N

O W O C Z E S N Y

T

E C H N I K

D

E N T Y S T Y C Z N Y

24

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

Drobnodyspersyjny
proszek TiO

2

jako sposób wzmacniania polimetakrylanu metylu

zwłaszcza w niskich temperaturach.
Aby poprawić udarność opisywanego
materiału, należy poddać go kopoli-
meryzacji z elastomerami o małej
temperaturze zeszklenia, wzmocnić
go włóknami lub cząstkami drobno-
dyspersyjnymi. Tworzywo akrylowe
jest odporne na oddziaływanie kwa-
sów i zasad, natomiast jest podatne
na oddziaływanie estrów, eterów, ke-
tonów, stężonych alkoholi oraz kwa-
sów nieorganicznych. Polimetakrylan
metylu jest mało odporny na zaryso-
wania.

Produkty wykonywane z akrylu,

oprócz zastosowania w protetyce
stomatologicznej, często stosowane
są jako baza cementu kostnego. Znaj-
dują swoje zastosowanie głównie
w przemyśle lotniczym do szklenia
kabin samolotów czy szybowców, jako
że materiał jest odporny na działania
atmosferyczne oraz – co istotne – nie
ulega zamgleniu nawet przy znaczącej
różnicy temperatur. W tab. 1 zostały
przedstawione podstawowe właściwo-
ści polimetakrylanu metylu.

W tworzywach sztucznych, a zatem

również w polimetakrylanie metylu,
znajdują się różnorodne składniki
dodatkowe. Ich zawartość może wy-
nosić od ułamka do kilkudziesięciu
procent. Są one dodawane w celu mo-
dyfikacji właściwości tworzyw sztucz-
nych. Do tych składników zaliczamy:
stabilizatory, napełniacze, barwniki
oraz pigmenty, zmiękczacze i środki
tiksotropujące (składniki powodujące

S

POSÓB

OTRZYMYWANIA

POLIMETAKRYLANU

METYLU

,

JEGO

WŁAŚCIWOŚCI

I

ZASTOSOWANIE

W uzależnieniu od warunków, w ja-
kich przeprowadzona została po-
limeryzacja, uzyskujemy polimer
ataktyczny (konfiguracja wszystkich
merów nie jest jednakowa lub nie po-
wtarza się w jednakowych blokach
albo sekwencjach), syndiotaktyczny
(podstawniki są ułożone ściśle naprze-
miennie) albo izotaktyczny (podstaw-
niki są ułożone we wszystkich merach
jednakowo). Polimetakrylan metylu
produkowany w skali przemysłowej
jest polimerem ataktycznym.

Jest on materiałem twardym, o du-

żej transparencji ok. 90-92%, promie-
nie ultrafioletowe są przepuszczane
w ok. 70%. Mając takie właściwości,
tworzywo zyskało miano szkła orga-
nicznego. Temperatura mięknienia
tworzywa wynosi 100÷125°C. PMMA
jest materiałem biokompatybilnym,
gdyż jest tworzywem nietoksycz-
nym, niewydzielającym smaku czy
zapachu; jest też materiałem słabo
nasiąkliwym. Ponadto cechuje go od-
porność na światło słoneczne oraz
ozon. Polimetakrylan metylu podda-
ny wysokiej temperaturze spala się
wolno, żółto-niebieskim płomieniem,
a temperatura jego zapłonu wynosi ok.
290°C. Ma dobre właściwości mecha-
niczne, jak i elektryczne. Zasadniczą
wadą jest fakt, że tworzywo to wyka-
zuje małą odporność na udarność,

TITLE



TiO

2

powder as a way

of enhancing polymethyl methacrylate

SŁOWA KLUCZOWE



dodatek TiO

2

,

wzmacnianie polimetakrylanu metylu

STRESZCZENIE



W artykule

zaprezentowano wyniki pomiarów
twardości Shore’a i udarności
kompozytów na bazie polimetakrylanu
metylu. Dowiedziono korzystny wpływ
dodatku TiO

2

zarówno na twardość, jak

i udarność materiałów PMMA/TiO

2

.

KEY WORDS



TiO

2

supplement,

strengthening PMMA

SUMMARY



This paper presents the

results of Shore hardness and impact
resistance measurements for composites
based on PMMA. The beneficial effect
of TiO

2

addition on both the hardness

and impact resistance of PMMA/TiO

2

materials was confirmed.

dr inż. Dorota Klimecka-Tatar

1

, inż. Michał Nalewajek

2

P

olimetakrylan metylu

(PMMA) należy

do grupy polimerów
akrylowych, które otrzymuje
się między innymi w reakcji

polimeryzacji estru kwasu
metakrylowego. Polimetakry-
lan metylu jest uzyskiwany

w efekcie rodnikowej polime-

ryzacji metakrylanu metylu.

5

/ 2 0 1 3

25

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

odwracalną, izotermiczną przemianę
żelu w zol pod wpływem czynników
mechanicznych, np. mieszania).

P

OLIMETAKRYLAN

METYLU

W

PROTETYCE

STOMATOLOGICZNEJ

W protetyce stomatologicznej polime-
takrylan metylu występuje w dwóch
wariantach: do polimeryzacji termicz-
nej, tzw. polimeryzacji na gorąco, oraz
do polimeryzacji na zimno, która na-
stępuje po doprowadzeniu odpowied-
nich katalizatorów. W obu przypad-
kach polimery są tworzone w sposób
podobny, z tych samych składników
wyjściowych. Różnica między nimi
polega na sposobie zapoczątkowania
reakcji polimeryzacji (1).

W przypadku tworzyw akrylowych

polimeryzujących na gorąco do reak-
cji polimeryzacji dochodzi po dopro-
wadzeniu odpowiedniej ilości ciepła
do tworzywa. W tworzywach samo-
polimeryzujących, czyli jak zwykło się
potocznie mówić, tworzywach akry-
lowych polimeryzujących na zimno,
reakcję rozpoczynają doprowadzone
w płynie katalizatory.

Samopolimery (lub szybkopolime-

ry) w protetyce znajdują zastosowanie
przy naprawach protez akrylowych,
jako tworzywa do akrylowania protez
szkieletowych oraz na płyty w apara-
tach ortodontycznych. Akryle samo-
polimeryzujące uważa się za materia-
ły gorsze od akryli polimeryzujących
na gorąco. Jest to spowodowane głów-
nie częstymi przebarwieniami mate-
riału oraz wysoką zawartością mono-
meru resztkowego. Temat monomeru
resztkowego w tworzywach akrylo-
wych polimeryzujących na zimno jest
szeroko dyskutowany. Należy zwrócić
uwagę na to, że dla wartości dotyczą-
cych ilości monomeru resztkowego,
jakie są dostępne w piśmiennictwie,
duże znaczenie ma ustalony w spo-
sób doświadczalny moment pomiaru.
W samopolimerach w istocie mamy
do czynienia z dalszą polimeryzacją,

a zatem z upływem czasu zmniejsza
się ilość monomeru resztkowego. Nie
mamy jednak do czynienia z wydziela-
niem się płynnego monomeru do oto-
czenia (2). Istotną rzeczą, jaką należy
stwierdzić, jest fakt, że tworzywa akry-
lowe polimeryzujące na gorąco mają
znacznie niższą zawartość monomeru
resztkowego w porównaniu z tworzy-
wami polimeryzującymi na zimno.
Faktem jest również, że szybkopolime-
ry nie są tak odporne na złamania jak
akryle polimeryzowane termicznie.
Nie jest zatem wskazane wykonywa-
nie z nich płyt protez osiadających (3).

Tworzywa akrylowe polimeryzujące

na gorąco w protetyce znajdują zasto-
sowanie głównie przy akrylowaniu
protez częściowych lub całkowitych.
Jest on materiałem najchętniej wy-
bieranym przez lekarzy oraz techni-
ków spośród sporej gamy materiałów
do ruchomych uzupełnień protetycz-
nych, takich jak tworzywo nylonowe
czy tworzywo acetalowe.

C

HARAKTERYSTYKA

AKRYLU

Tworzywo akrylowe, zwane również
szkłem akrylowym, jak już wcześniej
opisano, ma bardzo szeroki zakres

zastosowań i wykorzystywane jest
w produkcji wyrobów w wielu gałę-
ziach przemysłu. Głównym składni-
kiem tworzywa akrylowego jest po-
limetakrylan metylu, a w zależności
od wymogów aplikacyjnych może
w swoim składzie zawierać różne do-
mieszki. W niniejszej charakterysty-
ce skupimy się jednak na tworzywie
akrylowym stosowanym w wytwa-
rzaniu ruchomych protez zębowych.
Akryl charakteryzuje się dużą prze-
zroczystością w zakresie światła wi-
dzialnego, odpornością na działanie
promieni UV, dzięki czemu materiał
nie żółknie, charakteryzuje się małym
przewodnictwem cieplnym, co powo-
duje, że pacjenci odczuwają obniżenie
wrażliwości błony śluzowej pod płytą
protezy na zmianę temperatur. Jest
łatwy w obróbce, wytrzymały na ści-
skanie i rozciąganie.

Tworzywo akrylowe do sporządza-

nia protez zębowych jest dystrybu-
owane w postaci proszku oraz płynu,
które po zmieszaniu w odpowiednich
proporcjach podanych przez produ-
centa ulegają reakcji polimeryzacji.
Głównym składnikiem płynu jest mo-
nomer – metakrylan metylu o bardzo

Właściwości polimetakrylanmetylu

Gęstość

1180 kg/m

3

Moduł Younga (20°C)

3000 MPa

Wytrzymałość na rozciąganie

68-75 MPa

Udarność

2 kJ/m

2

Temperatura zeszklenia

106°C

Temperatura mięknienia wg Vicata

92-108°C

Chłonność wody (24 h)

30 mg

Tab. 1. Podstawowe właściwości PMMA

PMMA/TiO

2

Twardość średnia, Sh

o

0% TiO

2

27,2 ± 4,1

5% TiO

2

33,2 ± 2,0

10% TiO

2

36,8 ± 2,1

15% TiO

2

52,0 ± 4,0

Tab. 2. Wyniki pomiarów twardości wykonanych metodą Shore’a,

Sho

PMMA/TiO

2

Średnia udarność, kJ/m

2

0% TiO

2

1,46

5% TiO

2

2,20

10% TiO

2

2,50

15% TiO

2

2,90

Tab. 3. Wyniki badań udarności metodą Charpy’ego

N

O W O C Z E S N Y

T

E C H N I K

D

E N T Y S T Y C Z N Y

26

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

dużej lotności. W celu zapobiegnięcia
polimeryzacji monomeru w czasie
przechowywania dodaje się do niego
inhibitory, np. hydrochinon w ilości
poniżej 0,1%. Ponadto w płynie mogą
znajdować się również dimetyloakry-
lan (w celu wytworzenia polimeru
usieciowanego, co zwiększa odpor-
ność na pęknięcia powierzchniowe)
oraz amina organiczna (akcelerator).
Jako że do rozpoczęcia polimeryzacji
wystarczyłoby światło ultrafioletowe,
płyn jest przechowywany w ciemno-
brązowych butelkach, stanowiących
barierę dla promieni UV. Proszek na-
tomiast składa się z polimetakrylanu
metylu, który występuje w postaci ma-
łych kulek nazywanych perłami lub
koralami. Ponadto w jego skład wcho-
dzi organiczny nadtlenek jako inicja-
tor, który jest zawarty w ilości ok. 1%.
To on podczas rozkładu inicjowanego
temperaturą lub chemicznie zaczyna
reakcję polimeryzacji. Czysty akryl
jest po spolimeryzowaniu przeźro-
czysty, dlatego w celu uzyskania odpo-
wiedniej barwy dodawane są również
substancje nieorganiczne – tzw. pig-
menty, takie jak tlenek żelaza, siarczek
rtęci czy siarczek kadmu. Pigmenty
są dodawane w takich ilościach, aby
dopasować odcień tworzywa do ko-
loru błony śluzowej pacjenta. W celu
poprawy estetyki poprzez imitowanie
małych naczyń krwionośnych doda-
je się wysuszone włókna syntetyczne
(tzw. „żyłki”) (4).

Wszystkie akryle, które są stosowane

w protetyce, są przepuszczalne dla pro-
mieni rtg. Powoduje to niebezpieczeń-
stwo, jakim może być fakt, że zaaspi-
rowane elementy zniszczonej protezy,
np. wskutek wypadku, mogą być trud-
ne do wyjęcia. Dzięki dodatkom soli
bizmutu bądź uranu w ilości 10-15%
można poprawić kontrastowość akrylu
na promienie rtg. Trzeba być jednak
świadomym faktu, że dodatek zwięk-
szających kontrast składników może
być przyczyną pogorszenia się walo-
rów mechanicznych tworzywa, sprzy-

jając wyginaniu się materiału oraz pod-
wyższając sorpcję wody.

Protezy akrylowe w czasie polimery-

zacji ulegają skurczowi objętościowe-
mu na poziomie 6%, co w odniesieniu
do skurczu liniowego odpowiada 2%.
Fakt ten wymusił stosowanie odpo-
wiednich technik wytwarzania. Dzięki
tym technikom pracy udało się ograni-
czyć skurcz liniowy do 0,5%.

Akrylowi nie jest również obojęt-

ne środowisko wody. Sorpcja wody
w akrylu jest wysoka, bo wynosi
aż 0,6 mg/cm

2

. Po osiągnięciu nasyce-

nia przez akryl obserwuje się sorpcję
na poziomie nawet 2%. Dzięki temu
proteza ulega nieznacznemu powięk-
szeniu, co powoduje lepsze przylega-
nie w jamie ustnej pacjenta.

Akryl cechuje mała rozpuszczal-

ność. Niewielka ilość substancji wy-
płukiwanych przez płyny ustrojowe
jamy ustnej stanowi monomer reszt-
kowy (4).

U

MOCNIENIE

POLIMERÓW

W większości tworzyw sztucznych
oprócz polimeru, czyli składnika
podstawowego, są również obecne
substancje dodatkowe, które służą
do modyfikacji własności tychże two-
rzyw. Do substancji dodatkowych,
wyjąwszy zmiękczacze, stabilizatory,
środki zmniejszające palność, środki
barwiące itd., zaliczamy również na-
pełniacze. Napełniaczami mogą być:
tlenki metali (np. biel tytanowa), mącz-

ka kwarcowa, skrawki tkanin, sadze,
talki, proszki metaliczne dodawane
przede wszystkim do tworzyw termo-
utwardzalnych oraz włókna z szero-
kiej gamy materiałów. Wprowadza
się je w celu polepszenia ich wytrzy-
małości przez ograniczenie zdolności
do przemieszczeń cząsteczek linio-
wych. Obecność napełniaczy w formie
włókien czy też w formie proszkowej
hamuje przemieszczanie się makro-
cząsteczek polimerów, powodując
umocnienie tworzyw sztucznych. Do-
dając napełniacz do tworzywa, nale-
ży ustalić optymalną jego ilość, biorąc
pod uwagę własności tworzywa oraz
przeznaczenie materiału (5).

Włókna stosowane jako napełniacze

w polimetakrylanie metylu (tzw. „żył-
ki”) są używane w protetyce w celu
podwyższania jego wytrzymałości
oraz podniesienia estetyki materiału.
Włókna obecne w akrylu imitują na-
czynia obecne w obrębie jamy ustnej,
co podwyższa wizualną jakość uzu-
pełnienia protetycznego. Napełniacza-
mi, jakie są stosowane w tworzywach
akrylowych używanych w protetyce,
są głównie włókna: szklane, aramido-
we, polietylowe, ceramiczne i węglo-
we.

Włókna stosowane jako napełnia-

cze w akrylach do zastosowań w pro-
tetyce stomatologicznej powinny mieć
dużą odporność na rozciąganie, być
biokompatybilne oraz spełniać szereg
wymogów estetycznych (kolor, prze-
wodność cieplna). Gotowe do zastoso-
wania włókna napełniacze mogą być
wstępnie zaimpregnowane żywicą me-
takrylową i splanowane, co ułatwia
uzyskanie dobrego połączenia po-
wierzchni napełniacza i osnowy. Złe
przygotowanie powierzchni włókien,
tzn. nieprzesączenie materiału żywi-
cą, może uniemożliwić ich połącze-
nie z tworzywem akrylowym. Włókno
działa wówczas jak wada materiałowa
(brak ciągłości), co może dawać nawet
negatywny skutek w postaci osłabie-
nia materiału akrylowego.

Rys. 1. Schemat budowy skleroskopu Shore’a (12)

ry

s. ar

chiwum autor

ów

5

/ 2 0 1 3

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

asystentka stomatologiczna oraz higienistka stomatologiczna

–

0 zł czesnego, wpisowe 200 zł jednorazowo

Prawidłowe przygotowanie włókna przedstawia się w na-

stępujący sposób: w pierwszym etapie włókna poddaje się
działaniu silanów. Są to z reguły silany zawierające grupy
metakrylanowe, które ulegają polimeryzacji. Kolejnym
etapem produkcji włókien jest pokrycie ich powierzchni
niedużą ilością polimeru akrylowego, co ma ułatwić połą-
czenie z materiałem oraz zwiększyć elastyczność samego
włókna (3).

Po przeanalizowaniu stopnia zużycia protez wzmoc-

nionych włóknami, które były użytkowane przez czte-
ry lata, dr Kathe Narva (6) zaobserwowała, że zaledwie
4 z 51 protez uległy złamaniu, co oznacza 92% skutecz-
ności w przypadku wzmocnienia tworzywa akrylowego
włóknami sztucznymi.

Jednym z najczęstszych napełniaczy proszkowych są:

biel ołowiowa siarczanowa (PbSO

4

), biel cynkowa (ZnO),

litopon (BaSO

4

+ ZnS) i biel tytanowa (TiO

2

). Biel tytano-

wa, tzn. TiO

2

,

to najpowszechniej stosowane związki oma-

wianej grupy, a udział ich stanowi około 50% napełniaczy
w technologii tworzyw sztucznych (7).

Tlenek tytanu (IV), ditlenek tytanu, dawniej dwutlenek

tytanu, ma wiele zastosowań. Najczęściej wykorzystywa-
ny jest jako biały pigment do farb i środek wybielający
papier.

U

MOCNIENIE

PMMA

CZĄSTKAMI

T

I

O

2

Dotychczas większość opublikowanych prac dotyczyła
w szczególności kompozytów polimetakrylanu metylu
z zastosowanym wypełniaczem, którym była krzemion-
ka (8). W ciągu ostatnich lat możliwość zastosowania tlen-
ków metali jako wypełniaczy w polimerach została już
zauważona w kilku pracach naukowych (9, 10). Uzyskany
kompozyt może wykazywać lepsze właściwości cieplne,
elektryczne, termiczne, mechaniczne oraz optyczne (11).

Badania wpływu nanocząsteczek TiO

2

na mechanizm

degradacji polimetakrylanu metylu było przeprowadzane
na próbkach o zawartości TiO

2

0÷20% masy. Po spolime-

ryzowaniu preparaty były badane metodą analizy termo-
grawimetrycznej (TGA), a ich struktura podlegała również
badaniom z wykorzystaniem mikroskopu skaningowego
(SEM) oraz elektronowego mikroskopu transmisyjnego
(TEM).

Z literatury (11) wynika, że cząsteczki TiO

2

zwiększają

stabilność termiczną PMMA, dla kompozytów PMMA/TiO

2

o różnej zawartości wypełniacza TiO

2

,

a temperatura ich

zniszczenia jest wyższa niż dla czystego PMMA. W zasa-
dzie w kompozytach PMMA/TiO

2

o zawartości 15 i 20%

TiO

2

bardzo łatwo spowodować, by

wypełniacz był równo-

miernie rozmieszczony w całej objętości wyrobu, co może
być wynikiem dobrego pokrycia cząstek tlenku tytanu po-
limetakrylanem metylu.

Założono, że lepsza stabilność termiczna jest spowo-

dowana ograniczeniem przez TiO

2

ruchomości łańcu-

cha polimeru. Wprowadzenie tlenku między struktury
makrocząsteczki wpływa zatem korzystnie na ułożenie
łańcuchów i ich stabilność. Stabilność łańcuchów w po-
limerze oznacza podniesienie walorów wytrzymałościo-
wych materiału.

C

EL

I

ZAKRES

BADAŃ

W niniejszej pracy określono wpływ dodatku drobno dys-
persyjnego proszku TiO

2

na właściwości użytkowe po-

wszechnie stosowanego w pracach z zakresu protetyki
stomatologicznej tworzywa polimetakrylowego. Na podsta-
wie studiów literaturowych stwierdzono, że podstawowymi
ograniczeniami w zastosowaniu polimetakrylanu metylu
są jego niska wytrzymałość na odkształcenie dynamiczne
oraz mała odporność na zarysowania. W pracy, ze wzglę-
du na charakter sił działających na tworzywo akrylowe
w warunkach aplikacyjnych, podjęto próbę poprawienia
udarności przez wprowadzenie napełniacza TiO

2

.

Do przygotowania próbek wykorzystano tworzywo poli-

meryzujące na gorąco Villacryl H Plus, który znajduje za-
stosowanie w wykonywaniu protez zębowych całkowitych,
całkowitych osiadających oraz protez częściowych. Proszek
Villacryl H Plus zawiera napełniacz w postaci tzw. „żyłek”.

r e k l a m a

N

O W O C Z E S N Y

T

E C H N I K

D

E N T Y S T Y C Z N Y

28

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

Zakładana zawartość monomeru reszt-
kowego w gotowym, utwardzonym
tworzywie nie przekracza 2,2% masy.
Materiał odpowiada normie PN-EN ISO
20795-1; Typ I, Klasa I, kolor V4.

W celu wytworzenia kompozy-

tu na bazie PMMA wykorzystano
drobnodyspersyjny proszek TiO

2

(rutyl), który został dodany do prosz-
ku akrylowego w proporcjach, które
pozwoliły na uzyskanie kompozytu
PMMA/TiO

2

, gdzie zawartość TiO

2

wynosiła odpowiednio 5, 10 i 15%
masy.

Próbki do badań zostały wykona-

ne zgodnie z normami odpowiadają-
cymi przeprowadzonym badaniom
(PN-81/C-89029, oznaczanie udarno-
ści metodą Charpy). Do pomiaru ener-
gii potrzebnej w próbie udarności uży-
to próbki o wymiarach 12 x 6 x 3 mm,
natomiast do pomiarów twardości
metodą Shore’a użyto próbki o wy-
miarach ø = 16 mm i wysokości 6 mm
– wszystkie wymiary ± 0,5 mm.

Pierwowzory próbek zostały wyko-

nane z wosku modelowego w formach
silikonowych, a same próbki zostały
wykonane metodą tradycyjnej polime-
ryzacji termicznej w puszkach prze-
znaczonych do polimeryzacji protez
akrylowych.

Do wykonania formy używamy gip-

su II klasy, który wymieszano z wodą
zgodnie z zaleceniami producenta,
a próbki (pierwowzory) umiejscowio-
no w gipsie tak, aby zachować ich
czystość oraz aby nie powstały żadne
podcienie mogące spowodować ich
zniszczenie. Wszystkie etapy przygo-
towania próbek do badań przepro-
wadzone zostały zgodnie z obowią-
zującymi procedurami postępowania
z tworzywem akrylowym.

Przygotowane formy wypełniono

rozrobionym ciastem akrylowym
zmieszanym w odpowiednich pro-
porcjach z tlenkiem tytanu. Wyraźnie
widać, że dodatek tytanu ma bezpo-
średni wpływ na zabarwienie akrylu.
Po dodaniu TiO

2

próbki jaśniały, sta-

wały się bielsze oraz mniej przezierne.
Po przejściu wszystkich faz polimery-
zacji i osiągnięciu fazy tzw. „ciasta”
tworzywo nałożono z lekkim nadmia-
rem, ów nadmiar miał zagwarantować
szczelne wypełnienie formy.

Kiedy forma została wypełniona

tworzywem akrylanowym, puszkę
złożono i ściśnięto w prasie hydrau-
licznej do uzyskania 5000 kg, co sprzy-
ja równomiernemu rozprowadzeniu
tworzywa. Puszkę pozostawiono
w prasie przez około 15÷20 min, a na-

stępnie umieszczono w ramce poli-
meryzacyjnej. Tak przygotowane for-
my umieszczono w polimeryzatorze
napełnionym wodą o temp. ok. 60°C.
Ramka z puszkami ogrzewana była
przez 30 min od osiągnięcia tempera-
tury 100°C, utrzymując wrzenie wody
przez 30 min.

P

OMIARY

TWARDOŚCI

METODĄ

S

HORE

’

A

Metoda Shore’a (Sh

o

) jest jedną z naj-

bardziej powszechnych metod bada-
nia twardości tworzyw sztucznych.
Badanie twardości tą metodą doko-
nuje się skleroskopem Shore’a, który
składa się ze szklanej rurki z podział-
ką, na dnie której umieszczana jest
próbka.

Na próbkę umiejscowioną w urzą-

dzeniu z wysokości H swobodnie
spada zakończony diamentowym, za-
okrąglonym ostrzem bijak pomiarowy
o masie m = 20 g. Podczas uderzenia
bijaka w badaną próbkę część siły
opadania powoduje powstanie trwa-
łego odcisku w badanym materiale.
Samo odkształcenie trwałe, powstają-
ce podczas badania, nie ma większego
znaczenia, gdyż w pomiarze twardości
metodą Shore’a skupiamy się na wy-
znaczeniu sprężystości materiału.

Rys. 3. Porównanie udarności dla tworzyw akrylowych bez i z dodatkiem 5-15%
mas. TiO

2

Rys. 2. Porównanie twardości Shore'a dla tworzyw akrylowych bez i z dodatkiem
5-15% mas. TiO

2

5

/ 2 0 1 3

29

T E C H N I K A

D E N T Y S T Y C Z N A

To właśnie sprężystość materiału po-
woduje odskok bijaka w rurce na daną
wysokość. Im twardsza próbka pomia-
rowa, tym większa wysokość, na jaką
wzniesie się bijak. Z racji tego, że każ-
dorazowe uderzenie bijaka w dane
miejsce powoduje utwardzenie się ma-
teriału w danym miejscu, pomiaru na-
leży dokonywać w różnych miejscach
próbki. Jako że próbki miały średnicę
16 mm, aby wyeliminować tę możli-
wość powstania błędu pomiarowego,
użyto kilku próbek o tych samych
wymiarach i składzie, a końcowy wy-
nik był średnią arytmetyczną pięciu
pomiarów. Dla właściwej oceny wpły-
wu zawartości wypełniacza w postaci
proszku TiO

2

przygotowano próbki

z PMMA bez dodatku wypełniacza.
Wyniki uzyskane podczas pomiarów
twardości metodą Shore’a dla próbek
zawierających 0÷15% masy TiO

2

za-

mieszczono w tab. 2 i na rys. 2.

Na podstawie wyników (tab. 2) moż-

na jednoznacznie stwierdzić, że nawet
niewielki dodatek proszkowego wy-
pełniacza korzystnie wpływa na twar-
dość materiału na bazie akrylu. Wpro-
wadzenie do kompozycji 20% masy
wypełniacza spowodowało ponad
90-proc. wzrost twardości kompozytu
PMMA/TiO

2

. Natomiast wprowadze-

nie 5 i 10% tlenku tytanu spowodowa-
ło poprawę twardości o ok. 20÷40%.

B

ADANIE

UDARNOŚCI

METODĄ

C

HARPY

’

EGO

Jak wynika z literatury, podstawową
wadą tworzyw akrylowych jest ich ni-
ska odporność na zginanie dynamicz-
ne, tzn. udarność. Dlatego zasadne
wydaje się przeprowadzenie badań
wpływu dodatku proszkowego wy-

pełniacza na udarność kompozytów
PMMA/TiO

2

.

Badanie udarności materiału doko-

nano za pomocą młota Charpy’ego,
a energia niezbędna do złamania
próbki została określona na podstawie
różnicy położenia początkowego oraz
końcowego wahadła. Próbkę umiesz-
czono w podporach dwustronnych,
tak aby ostrze młota trafiło w sam
środek próbki. Wahadło, uderzając
w próbkę, wykorzystało energię, którą
odczytano ze skali.

Na podstawie wyników przedsta-

wionych w tab. 3 i na rys. 3 można
jednoznacznie stwierdzić, że wraz
ze zwiększającą się zawartością wy-
pełniacza TiO

2

wzrasta udarność two-

rzywa akrylowego. Udarność próbki
o 15-proc. zawartości tlenku jest nie-
mal o 100% większa od udarności
próbki akrylu bez dodatku proszku.

P

ODSUMOWANIE

Na podstawie przeprowadzonych ba-
dań można stwierdzić, że:
• kompozyt PMMA/TiO

2

jest mate-

riałem twardszym niż akryl bez do-
datku proszkowego wypełniacza,
a twardość rośnie wraz ze zwięk-
szaną ilością dodanego TiO

2

;

• wyniki badania udarności młotem

Charpy’ego bardzo wyraźnie uka-
zują różnice pomiędzy kompozytem
polimetakrylanu metylu z tlenkiem
tytanu (IV) a samym akrylem Villa-
cryl H Plus; wraz z ilością dodawa-
nego tlenku rośnie udarność mate-
riału.

‰

1

Instytut Inżynierii Produkcji,

Politechnika Częstochowska, Częstochowa

2

Wyższa Szkoła Inżynierii Dentystycznej

i Nauk Humanistycznych w Ustroniu

Piśmiennictwo
1. Haupfauf L.: Protetyka stomatologiczna.

Protezy całkowite. Urban & Partner, Wro-
cław 1994.

2. Marx H., Fukui M., Stender E.: W kwestii

monomeru resztkowego – badanie żywic
na protezy. Urban & Schwarzenberg, Mün-
chen 1983.

3. Raszewski Z.: Nowe spojrzenie na tworzywa

akrylowe. Wydawnictwo Elamed, Katowice
2009.

4. Craig R., Powers J., Wataha J., Limanow-

ska-Shaw H.: Materiały stomatologiczne.
Elsevier Urban & Partner, Wrocław 2000.

5. Blicharski M.: Wstęp do inżynierii materia-

łowej. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne,
Warszawa 1998, 2001.

6. Narva K.: Doctoral thesis on reinforcing

denture with fiber Reinforcements. Praca
doktorska na temat wzmocnienia protezy
z włóknami, rozprawa doktorska. Unvier-
sity of Turuku, Turuku 2004.

7. Pauling L., Pauling P.: Chemia. PWN, War-

szawa 1989.

8. Morales-Acosta M.D., Quevedo-López M.A.,

Gnade B.E., Ramírez-Bon R.: PMMA-SiO

2

organic-inorganic hybrid films: determina-
tion of dielectric characteristics. Journal
of Sol-Gel Science and Technology, 4/2012;
58 (1): 218-224.

9. Park J., Won Lee J., Wook Kim D., June

Park B., Jin Choi H., Sun Choi J.: Penta-
cene thin-film transistor with poly(methyl
methacrylate-co-methacrylic acid)/TiO

2

nanocomposite gate insulator. Elsevier Ltd.,
2008.

10. Hojjati B., Charpentier P.A.: Synthesis

of TiO

2

– polymer nanocomposite in su-

percritical CO

2

via RAFT polymerization.

Elsevier Ltd., 2008.

11. Laachachi A., Ferriol M., Cochez M.,

Ruch D., Lopez-Cuesta J.M.: The catalytic
role of oxide in the thermooxidative degra-
dation of poly(methyl methacrylate) – TiO

2

nanocomposites (Katalityczna rola tlenku
w termooksydacyjnej degradacji nanokom-
pozytów polimetakrylanu metylu – TiO

2

).

Elsevier Ltd., 2008.

12. Dobrzański L.A.: Podstawy nauki o ma-

teriałach i metaloznawstwo. Materiały
inżynierskie z podstawami projektowania
materiałowego. Wydawnictwo Naukowo-
-Techniczne, Warszawa 2002.