Kompozitní materiály

Transkript

1 Kompozitní materiály Chemie, složení, vlastnosti Pavel Bradna 1. lékařská fakulta, Karlova Universita, Praha, Česká republika Výzkumnýústav stomatologický

2 Názvosloví: též pryskyřičné kompozity (resin composites), kompozity, kompozita Heterogenní materiály složené z polymerní matrice a částicového plniva Hlavní části: matrice (matrix) plnivo (filler) Oblasti použití: Výplňový, dostavbový, fixační materiál Co jsou to kompozity? vazebná činidla (coupling agents)

3 Typy kompozitů Částicové (particulate) kompozity - beton, výrobky pro aut. průmysl, sport atd. Ve stomatologii výplňové, dostavbové a fixační Vláknové kompozity Fibre Reinforced Composites (FRC) dřevo, kosti, skelné/uhlíkové/aramidové lamináty. Ve stomatologii dlahovací, nosné části můstků, čepy

4 Funkce jednotlivých částí: matrice - přenáší mechanické zatížení na vyztužující částice/vlákna plniva - chrání zatížené plnivo před poškozením vnějším prostředím (voda) plnivo - nese zatížení působící na kompozit vazebná činidla - zprostředkují dokonalý přenos sil z matrice na plnivo - usnadňují rozptýlení plniva v monomerech

5 Reakce tuhnutí - radikálová polymerace metakrylátových skupin Složení matrice - monomery, iniciátory, stabilizátory (inhibitory samovolné polymerace) 1. BIS-GMA Monomery - (2,2-bis[4-(2hydroxy-3-metakryloyloxypropoxy) fenyl]propan)

6 Obecná struktura dimetakrylátových/diakrylátových monomerů U BIS-GMA schopnost tvorby H-můstků vysoká viskozita nutné míchat s TEGDMA, EGDMA (etylénglykol dimetakrylát), ebis-gma (etoxylovaná BIS-GMA), HDMA (viz část Polymerace) CH 3 OH CH 3 OH CH 3 H 2 C=C-C-OCH 2 -CH-CH 2 O- C -OCH 2 -CH-CH 2 O-C-C=CH 2 O CH 3 O Metakrylát. skup Spacer část molekuly mezi 2 metakrylátovými/akrylátovými jednotkami Metakrylát. skup Větší molární hmotnost - menší počet 2 vazeb v objemové jednotce menší polymerační smrštění, cca. 5-6 obj. %

7 2. UDMA - uretandimetakrylát - (2,2,4-trimetylhexametyl -bis-(2-carbamoyl-oxyetyl)dimetakrylát) 3. TEGDMA - trietylénglykoldimethakrylát (nízkoviskozní ředidlo) 4. HDMA - 1,6 hexandioldimetakrylát

8 Typy kompozitních materiálů podle iniciační reakce: Chemicky tuhnoucí typy: dostavby, fixace tam, kde není zaručen průnik světla, ale i levnější výplně Dvousložkové/dvoukomponentní, systémy: základní (base-peroxidová) pasta/katalyzátorová pasta (amin) případně i prášek/tekutina starší typy Světlem tuhnoucí/polymerující typy: výplňové materiály jednokomponentní (CQ/PPD-amin) Duálně tuhnoucí typy: fixační cementy, některé dostavbové materiály dvousložkové/dvoukomponentní

9 Chemicky tuhnoucí kompozity Iniciační systém: (dibenzoylperoxid + terc.amin) Nevýhody: Zbarvování reakčními produkty aminů, stabilizátorů, peroxidů

10 Světlem tuhnoucí/polymerovatelné (LC/VLC light/visible light curing) kompozity Fotoiniciátory: Kafrchinon (CQ) Intenzivně žlutýzabarvuje světlé odstíny kompozitů proto kombinace CQ a PPD Alternativně: 1-fenyl-1,2 propandion (PPD, λ = cca 420 nm) Amin: (koiniciátory-zdroj volných radikálů) etyl-4-(n,n -dimetylamino)benzoát (4EDMAB), N,N -dimetylaminoetylmetakrylát (DMAEMA) Inhibitory: 4-MF, BHT

11 Plniva: Silanizací povrchově upravené: Ba-Sr sklo, Zr syntetické sklo (Zr-silica), pyrogenní SiO2 (silica), pigmenty (dříve i křemen-velmi tvrdý - větší abraze antagonistů, zbarvování) Vazebná (silanizační) činidla: γ-metakryloxypropyltrimetoxysilan (A 174) Upravený povrch Neupravený povrch

12 Povrch částice skleněného plniva O-Si- O-Si- CH 2 =C(CH 3 )-R HO-Si- -O-Si- O CH 2 =C(CH 3 )-R O- O- +H 2 O HO-Si- HO-Si- OCH 3 CH 2 =C(CH 3 )-R OCH 3 OCH 3 1. Hydrolýza metoxy skupin a jejich reakce se silanolovými skupinami na povrchu částic plniva skla za uvolňování metanolu Povrch částice skleněného plniva CH 3 OH 2. Kopolymerace molekul silánu s monomery vytváří pevnou a stabilní vazbu mezi částicemi plniva a matricí

13 Rozdělení kompozitů podle velikosti plniva Typ plnivo 1. Konvenční kompozity křemen, sklo (makrofilní, nepoužívají se) (5 50 µm) Naplnění hmotn % Křemen - velmi tvrdý, výrazná abraze a zabarvování povrchu kompozitu Phillips Science of Dental Materials

14 2. Mikrofilní kompozity - rozemletý předpolymerizát s amorfním Si0 2 (0,04 µm) tvoří organické plnivo s velikostí částic (1 50µm) - amorfní=pyrogenní Si0 2 (0,04 µm) Cca 60 obj. % plniv Výhody: vysoce estetický (opalescence), snadno leštitelný Nevýhody: menší mechanická pevnost Phillips Science of Dental Materials

15 3. Hybridní kompozity - mleté sklo částic 1 5 µm, - pyrog. Si02 (0,04 µm) 0-3 hmot. % (nastavení thixotropních vlastností a nelepivosti) Naplnění ~ 70 hmot. % Phillips Science of Dental Materials

16 Výhody: univerzální (spíše molárový úsek) mechanickou odolností Nevýhody: horší estetika obtížnější leštitelnost 4. Mikrohybridní kompozity Naplnění hmotn. % - mleté sklo pod 1 µm - pyrog. Si hmot. %

17 5. Nanokompozity/nanohybridní kompozity 1. Syntetické sférické nanočástice ~ nm 2. Nano klastry (aglomeráty nanočástic) nebo částice mletého skla velikosti 1 3 µm Výhody: Větší stupeň naplnění (80 hmtn %) Snížená polymerační kontrakce Vynikající estetické vlastnosti (opalescence, snadná leštitelnost, dlouhodobý lesk) Snížená obraze Nevýhody: Vyšší cena

18 Výhody kompozitních materiálů: V barvě zubů Vysoká mechanická odolnost - odolnost proti abrazi, tuhost Nízká rozpustnost v ústní dutině Nevýhody: Neadherují k zubním tkáním Polymerační kontrakce Chybí protektivní účinek (F iontů, kationty amalgámů) Pracnost Vysoká cena

19 Rozdělení kompozitů podle velikosti plniva Typ kompozitu Konvenční Plnivo Ba-Sr sklo, křemen Velikost částic [µm] 5 50 Mikrofilní Hybridní Mikrohybridní Nanokompozity 1. předpolymerizát (amorfní Si0 2 d=0,04 µm) organické plnivo 2. amorfní Si Ba-Sr sklo 2. amorfní Si Ba-Sr sklo, syntetické Zr-Si (zirconia-silica) 2. amorfní Si nanočástice 2. nano klastry - aglomeráty nanočástic/mleté sklo , ,02-0,04 <1 0,02-0,04 ~ 0,10 0,04 1 3

20 Kompomery (hybridní materiály KOMPOzit a skloionomer) a) kompozitů Polyacid modified composite resins Kombinace vlastností kompozitů a skloionomerů Odolností kompozitů Dobrou estetikou Jednosložkové b) skloionomerů Elucí F - iontů Adhezí k zubním tkáním

21 Charakteristika: Neobsahují vodu Jednosložkové (LC, ve stříkačce, kompulích) Dvousložkové chemicky polymerující P/P Složení: Matrice: monomery s COOH skupinami a konvenční BIS- GMA, TEGDMA, UDMA apod. Např: adukt alkyltetrakarboxylové kyseliny a hydroxyetylmetakrylátu ~ 3-5 hmotn. % ve směsi s UDMA, TEGDMA

22 Plnivo: Sr reaktivní sklo obdobné GIC, Ba sklo (RTG), YbF 3 Reakce tuhnutí: Převažuje radikálová polymerace, neutralizační reakce mezi COOH skupinami monomerů a alkalickými kationty v malém rozsahu a až po delší době a sorpci vody. Vlastnosti a použití vesměs obdobné kompozitním materiálům, ale snížená mechanická odolnost

23 Literatura: Craig RG., Powers JM., WatahaJC: Dental Materials, Properties and Manipulation 8th. Edition, Mosby Powers JM., Sakagushi RL: Craig s Restorative Dental Materials, 12th. Edition, Mosby Gladwin M., Bagby M.: Clinical Aspects of Dental Materials, Theory, Practice and Cases, 2nd. Edition, Lippincott Williams/Williams Anusavice KJ. Phillips Science of dental Materials, 11th Edition, Saunders