Материаловедение Лекция 4 СПб. МСИ

Материаловедение Лекция 4 СПб. МСИ 2017 г. М. Матковская

. КОМПОЗИЦИОНЫЕ МАТЕРИАЛЫ. КЛАССИФИКАЦИИ. ПОКАЗАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ ОСНОВНЫХ ГРУПП КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полимерными называются материалы, в механизме отверждения которых имеет место процесс полимеризации - реакция соединения между собой большого количества мелких молекул (мономеров) в одну большую (полимер). Эти материалы обладают рядом свойств, которые способствуют широкому внедрению их в практику стоматологии. 3

Различают два основных класса полимерных пломбировочных материалов (ППМ): qненаполненные qнаполненные, или композиционные 4

Ненаполненные полимерные материалы 5

СОВРЕМЕННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ 6

Наполненные (композиционные) полимерные пломбировочные материалы (композитные пластмассы) были разработаны в США в конце 50 -х годов XX столетия доктором Rafael L. Bowen и впервые применены в стоматологии около 40 лет назад 7

Композит В соответствии с определением R. W. Philips (1973), под термином «композит» понимают пространственное трехмерное сочетание или комбинацию по крайней мере двух химически различных материалов, которые имеют четкую границу раздела. Причем эта комбинация имеет более высокие показатели свойств, чем каждый из компонентов в отдельности 8

Первые композитные материалы были представлены на стоматологический рынок компанией «ЗМ» в 1964 году. Это были композиты химического отверждения. Они обеспечивали лучшие эстетические свойства, чем амальгамы, однако, высокая степень изнашиваемости, изменение цвета и недостаточная связь с тканями зуба ограничивали их клиническое применение 9

Революцией в стоматологии стало создание фотополимерных композитных материалов За короткое время композиты почти полностью вытеснили из терапевтической стоматологии силикатные цементы и ненаполненные быстротвердеюшие пластмассы 10

В начале 80 -х годов развитие композитных материалов шло по двум направлениям: qсоздавались материалы для пломбирования передних зубов, основным требованием к которым были хорошие эстетические свойства qразрабатывались материалы для пломбирования жевательных зубов, от которых требовалась в первую очередь высокая прочность 11

В конце 80 -х годов появились материалы универсального типа, которые предназначались для пломбирования как передних, так и жевательных зубов. Они имели удовлетворительную эстетику и достаточную прочность. Теперь стоматологи могли использовать для любых реставрационных работ только один материал 12

В последующие годы продолжалось совершенствование этой группы композитов: создавались новые адгезивные системы, улучшалась цветовая гамма материалов, проводились работы по повышению их прочности, цветостойкости, манипуляционных и эстетических свойств, совершенствовались технологии применения композитов 13

Основные направления совершенствования композиционных пломбировочных материалов 14

Основные признаки композитов (ISO) 1. Наличие полимерной матрицы, как правило, на основе сополимеров акриловых и эпоксидных смол 2. Наличие более 50% по массе неорганического наполнителя 3. Обработка частиц наполнителя специальными поверхностно-активными веществами, благодаря которым он вступает в химическую связь с полимерной матрицей 15

Полимерная матрица композитов В 1958 году Bowen обнаружил, что продукт реакции бисфенола с глицидилметакрилатом (Bis-GMA) твердеет при наличии катализатора в течение 3 минут, давая при этом усадку лишь 5% (для сравнения полимеризационная усадка акриловых пластмасс равна 21%). Это соединение является основой большинства современных композитов 16

Bis-GMA (бисфенол-глицидилметакрилат) представляет собой мономер с высоким молекулярным весом. Это гибридная молекула, в которой к эпоксидной смоле присоединены реакционоспособные метакриловые группы 17

Другое вещество, широко используемое в производстве композитов - уретандиметилметакрилат (UDMA). Он выполняет ту же роль, что и Bis-GMA, но имеет меньшую полимеризационную усадку, придает материалу большую густоту и прочность 18

Полимерная матрица 1. Ингибитор полимеризации — для увеличения времени работы с материалом и удлинения сроков хранения 2. Катализатор — для начала полимеризации 3. Дополнительный катализатор (ко-катализатор) — для улучшения процесса полимеризации ( только в композитах химического отверждения) 4. Активатор (фотоинициатор полимеризации) - для начала процесса полимеризации (только в светоотверждаемых композитах) 5. Поглотитель ультрафиолетовых лучей — для улучшения цветостабильности, уменьшения изменения цвета материала при попадании на него солнечных лучей 19

Наполнитель (дисперсная фаза) Неорганический (минеральный) наполнитель - вторая важная составная часть современных композитов Благодаря наличию большого количества наполнителя достигается улучшение свойств композитов 20

Ø уменьшается полимеризационная усадка (до 0, 5 — 0, 7%) Ø предотвращается деформация полимерной органической матрицы Ø снижается коэффициент теплового расширения Ø уменьшается сорбция воды Ø повышается твердость материала, его стираемость и сопротивляемость нагрузкам Ø улучшаются эстетические свойства материала, так как наполнитель обладает коэффициентом преломления и просвечиваемостью, близким к соответствующим показателям эмали зуба 21

Силаны Обеспечение стабильной, устойчивой связи между наполнителем и полимерной матрицей является необходимым условием получения прочных и устойчивых композиционных материалов. Если такая связь отсутствует или выражена недостаточно, то вдоль границы «наполнитель / полимерная матрица» легко проникают влага и красящие вещества, а наполнитель легко выбивается с поверхности материала 22

Силаны Благодаря наличию силанов композиты приобретают улучшенные свойства: qчастицы наполнителя становятся водоотталкивающими (гидрофобными) qснижается водопоглощение материала, qулучшается его цветостабильность; qрезко повышаются прочность и износостойкость 23

Структура композита 24

Композиционный материал Комплексное соединение, основу которого составляет органическая полимерная смола, в которую для улучшения свойств введен неорганический наполнитель, эти компоненты химически связаны друг с другом с помощью биполярных молекул поверхностно-активных веществ - силанов В результате материал приобретает улучшенные свойства, которые не могут быть получены применении каждого из этих компонентов в отдельности 25

КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ КОМПОЗИТОВ 26

27

Схематическое изображение структуры композитов 28

Схематическое изображение структуры композитов 29

Размер частиц наполнителя 1. Макронаполненные (размер частиц 8— 45 мкм) 2. Микронаполненные (размер частиц 0, 04— 0, 4 мкм) 3. Композиты с малыми частицами (мининаполненные) (размер частиц 1 -5 мкм) 4. Гибридные (смесь частиц различного размера: от 0, 04 до 5 мкм, средний размер частиц I— 2 мкм) 5. Микрогибридные (гибридные композиты с размером частиц от 0, 04 до I мкм, средний размер частиц 0, 5 -0, 6 мкм) 6. Нанонаполненные — нанокомпозиты (созданные с использованием нанотехнологий) Ø истинные нанокомпозиты Ø наногибридные композиты 30

Способ отверждения 1. Химического отверждения — тип I 2. Теплового отверждения — тип IA 3. Светового отверждения — тип II 4. Двойного отверждения: - световое + химическое - световое + тепловое 31

Консистенция 1. «Традиционные» композиты обычной консистенции 2. Жидкие (текучие) композиты 3. Конденсируемые композиты 32

Назначение 1. Для пломбирования жевательных зубов 2. Для пломбирования фронтальных зубов 3. Универсальные композиты 33

МАКРОНАПОЛНЕННЫЕ КОМПОЗИТЫ 34

Содержат частицы неорганического наполнителя большого размера (8 -45 мкм; иногда - до 100 мкм) Наполнителем обычно служит кварц, молотое стекло, керамика Первые образцы композитов в начале 60 -х годов были изготовлены именно с применением макронаполнителей 35

Положительные свойства • высокая прочность • приемлемые оптические свойства • рентгеноконтрастность 36

Отрицательные свойства • трудность полирования, отсутствие «сухого блеска» • высокая шероховатость поверхности • выраженное накопление зубного налета • плохая цветостойкость 37

Показания к применению 1. Пломбирование полостей I и II классов 2. Пломбирование полостей V класса в жевательных зубах 3. Пломбирование полостей в передних зубах, если не требуется эстетический эффект (например, при локализации кариозной полости на язычной поверхности) 4. Восстановление сильно разрушенных коронок фронтальных зубов с последующей облицовкой вестибулярной поверхности более эстетичным, например, микронаполненным композитом 5. Моделирование культи зуба под коронку ( «Coradent» , Vivadent; «Rebilda» , VOCO) 38

39

40

МИКРОНАПОЛНЕННЫЕ КОМПОЗИТЫ 41

Микронаполненные композиты Проблема полируемости и стойкости сухого блеска была решена путем использования в качестве наполнителя двуокиси кремния (Si. O 2; пирогенная силика) с очень маленьким размером частиц (0, 04 мкм) 42

«Идеальный» зеркальный имеет поверхность, с неровностями менее 0, 38 мкм 43

Чувствительность человеческого глаза к различным частям спектра и субъективного восприятия блеска композита в зависимости от размера частиц наполнителя Поверхность с неровностями размером до 0, 5 мкм также будет выглядеть полированной, хотя блеск будет выражен меньше 44

q. Хорошее качество (зеркальный блеск поверхности) можно ожидать у композитов с размерами частиц менее 0, 35 мкм q. Удовлетворительное (смешанное отражение)-при среднем размере частиц 0, 5 мкм q. Матовую поверхность будут иметь материалы с размером частиц наполнителя более 0, 76 мкм 45

Положительные свойства микрофильных композитов Ø отличная полируемость Ø стойкость глянцевой поверхности Ø высокая цветостойкость Ø хорошие эстетические качества Ø низкий абразивный износ 46

Отрицательные свойства микрофильных композитов Ø низкая механическая прочность Ø высокая полимеризационная усадка Ø высокий коэффициент температурного расширения 47

Мелкие частицы наполнителя плохо взаимодействуют с органической матрицей композита и имеют тенденцию к агломерации (слипанию) В результате ультрамелкие частицы наполнителя распределены в микрофильном композите неравномерно, образуя трехмерные агломераты размером 0, 1— 0, 4 мкм (Грютцнер А. , 2004) 48

Показания к применению микронаполненых композитов Ø пломбирование полостей III класса Ø пломбирование полостей V класса Ø пломбирование дефектов при некариозных поражениях зубов Ø изготовление эстетических адгезивных облицовок (виниров) без перекрытия режущего края зуба Ø эстетическое пломбирование полостей IV класса, а также восстановление коронки зуба при травматическом повреждении — в сочетании с гибридными или макронаполненными композитами и парапульпарными штифтами (пинами) 49

Восстановление режущего края 50

Абразивный износ 51

Абразивный износ Если размер неровностей и выемок меньше 0, 5 мкм, поверхность, несмотря на абразивный износ, остается блестящей 52

53

54

ГИБРИДНЫЕ КОМПОЗИТЫ 55

Гибридные композиты содержат смесь частиц наполнителя различных размеров (0, 04— 5 мкм) и различного химического состава (бариевое и стронциевое стекло, обожженный оксид кремния, соединения фтора) 56

Положительные свойства гибридных композитов qприемлемые эстетические свойства qдостаточная прочность qкачество поверхности пломбы лучше, чем у макронаполненных композитов qрентгеноконтрастность 57

Недостатки гибридных композитов Ø не идеальное качество поверхности (хуже, чем у микронаполненных композитов) Ø недостаточная полируемость, низкая стойкость сухого блеска 58

59

60

Микрогибридные композиты Являются модификацией гибридных композитов Они имеют ультрамелкий гибридный наполнитель с размером частиц от 0, 04 до 1 мкм (средний размер 0, 5 -0, 6 мкм) и модифицированную полимерную матрицу Микрогибридные композиты сочетают высокие прочностные характеристики и расширенные эстетические возможности 61

Свойства микрогибридных композитов • хорошие эстетические качества • хорошие физико-механические свойства • хорошая полируемость • хорошее качество поверхности • высокая цветостойкость 62

Показания к применению микрогибридных композитов • пломбирование полостей всех пяти классов по Блеку во фронтальных и жевательных зубах • изготовление вестибулярных эстетических адгезивных облицовок (виниров) • починка (реставрация) сколов фарфоровых коронок 63

64

65

Недостатки микрогибридных композитов Не идеальное качество поверхности Отполировать пломбу из микрогибридного композита до «сухого блеска» довольно трудно, а если это и удается, то стойкость такого полирования непродолжительна, и через 3— 6 месяцев высушенная поверхность композита вновь выглядит матовой Поэтому реставрацию из микрогибридного композита рекомендуется шлифовать и полировать примерно каждые полгода 66

Недостатки микрогибридных композитов Недостаточная прочность и пространственная стабильность Особенно это проявляется при пломбировании обширных полостей, в которых пломба испытывает значительные нагрузки при жевании 67

Недостатки микрогибридных композитов Недостаточно плотная консистенция Сложной манипуляцией является заполнение таким композитом каких-либо «проблемных» участков кариозной полости, особенно когда нет возможности поддерживать в кабинете температуру воздуха 21— 23°С Если в кабинете становится жарко, композит «начинает течь» , и это создает дополнительные неудобства в работе 68

Недостатки микрогибридных композитов Высокая полимеризационная усадка У различных материалов она колеблется от 2 до 5% Появление постоперативной чувствительности, когда, после наложения пломбы из светоотверждаемого композита, у пациента появляются боли в зубе от температурных раздражителей, болезненность при накусывании на пломбу, а иногда через какое-то время развивается пульпит или периодонтит Как правило, это связано с так называемым дебондингом, то есть отрывом композита от дна полости в результате полимеризационной усадки 69

Недостатки микрогибридных композитов «Полимеризационный стресс» — возникновение напряжений на границе пломбы с тканями зуба в процессе полимеризации. Это явление, кроме развития «постоперативной чувствительности» , может приводить к возникновению микротрещин в эмали и нарушению краевого прилегания пломбы 70

Недостатки микрогибридных композитов Недостаточная эластичность приводит к нарушению краевого прилегания пломб, разрушению пломб и облицовок в области шеек зубов Дентин более эластичная ткань, чем микрогибридный композит, при жевательных нагрузках, особенно при «жесткой» окклюзии, за счет микроизгибов зуба происходит растрескивание композитной пломбы или винира в пришеечной области с образованием дефекта 71

НАНОНАПОЛНЕННЫЕ КОМПОЗИТЫ 72

«Нанотехнологии» (от греч. nanos — карлик) предложен в 1974 году и используется для описания процессов, происходящих в пространстве с линейными размерами от 0, 1 до 100 нм (0, 001 -0, 1 микрона) Нанотехнологии предполагают манипулирование материей и построение структур на атомном уровне При этом размер частиц, с которыми происходят управляемые, целенаправленные превращения, составляет несколько нанометров, что соответствует размерам атомов и молекул 73

74

Развитие нанотехнологий 1. Совершенствование микрогибридных композитов путем модифицирования их структуры нанонаполнителем 2. Создание истинных нанокомпозитов на основе нанонаполнителей различных типов 75

Схематическое изображение структуры микрогибридного композита (Грютциер А. , 2004) 76

Схематическое изображение структуры наногибридного композита 77

Схематическое строение истинного нанокомпозита 78

Структура истинного нанокомпозита «Filtek Supreme ХТ» 79

80

ТЕКУЧИЕ (ЖИДКИЕ, "FLOWABLE") КОМПОЗИТЫ 81

Развитие щадящих и микроинвазивных методов препарирования твердых тканей зубов, совершенствование технологий производства и клинического применения композитных материалов привели к необходимости создания текучих композитов с более жидкой, по сравнению с «традиционными» , консистенцией, которые проникали бы в небольшие дефекты, фиссуры, надежно заполняли бы «проблемные» участки кариозной полости 82

83

84

Жидкие композиты имеют модифицированную полимерную матрицу на основе высокотекучих смол Степень наполненности у них обычно составляет 55— 60% по весу В большинстве жидких композитов используется микрогибридный наполнитель 85

Положительные свойства текучих композитов Высокая эластичность (низкий модуль упругости (модуль Юнга, модуль эластичности), поэтому иногда их называют низкомодульными композитами (Low-Modulus Composites) Позволяет им компенсировать напряжения, возникающие на границе пломбировочного материала с тканями зуба в процессе полимеризационной усадки и функциональных нагрузок в процессе жевании 86

Положительные свойства текучих композитов Высокая текучесть Легко вводятся в кариозную полость из шприца через игольчатый аппликатор, хорошо проникают в труднодоступные и «проблемные» участки 87

Положительные свойства текучих композитов Высокая тиксотропность - способности материала сохранять первоначально заданную форму и не стекать с вертикальных и наклонных поверхностей. За счет этого свойства жидкие композиты равномерно распределяются по стенкам полости, образуя тонкую пленку и не стекая с тех участков, па которые они были нанесены 88

Недостатки текучих композитов Значительная полимеризационная усадка (около 5%) Но жидкотекучие композиты способны компенсировать «полимеризационный стресс» за счет собственной внутренней эластической деформации 89

Недостатки текучих композитов Значительно уступают микрогибридным и нанонаполненным показателям • полируемости • стойкости сухого блеска • Полимерная смола жидких композитов имеет меньшую механическую прочность, чем смола микрогибридных композитных материалов. Чтобы повысить их прочностные характеристики, в текучих композитах увеличен размер частиц наполнителя (средняя величина частиц — около 3 мкм) 90

ПОКАЗАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ ТЕКУЧИХ КОМПОЗИТОВ 91

1. пломбирование зубов «методом слоеной реставрации» — создание «начального» ( «суперадаптивного» ) слоя 2. пломбирование небольших полостей на жевательной поверхности, инвазивная и неинвазивная герметизация фиссур 3. пломбирование полостей II класса при «туннельном» препарировании 4. пломбирование небольших полостей III класса 5. пломбирование пришеечных полостей (V класс), в том числе клиновидных и абфракционных дефектов, эрозий эмали и т. д. 92

1. пломбирование полостей VI класса во фронтальных зубах 2. реставрация мелких сколов эмали 3. реставрация сколов фарфора и металлокерамики 4. восстановление краевого прилегания композитных пломб 5. фиксация фарфоровых вкладок, виниров и волоконных шинирующих систем 93

КОНДЕНСИРУЕМЫЕ ("PACKABLE") КОМПОЗИТЫ 94

Изготавливаются на основе модифицированной «густой» полимерной матрицы и гибридных наполнителей с размером частиц до 3, 5 мкм 95

96

"Solitaire» Filtek™ P 60 97

Основные свойства конденсируемых композитов • повышенная механическая прочность, близкая к прочности амальгамы • высокая устойчивость к стиранию • плотная консистенция: материал конденсируется в кариозной полости, не течет, не прилипает к инструментам • низкая полимеризационная усадка (1, 6 - 1, 8%): не требуется применения некоторых «композитных технологий» , в первую очередь направленной полимеризации 98

Основные свойства конденсируемых композитов • возможность применения стандартных, более удобных и дешевых аксессуаров (деревянных клиньев, металлических матриц, штопферов для амальгамы) • улучшенные манипуляционные свойства, простота работы: пломбирование полости конденсируемым композитом занимает примерно на 30% времени меньше, чем «традиционным» микрогибридным композитом или компомером 99