Печатать эту главуПечатать эту главу

Полимерные композиты (Ричард ван Нурт 2002)

Полимерные композиты и модифицированные поликислотами полимерные композиты

ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ И МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ПОЛИКИСЛОТАМИ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Композиты, как и следует из этого названия, состоят из смеси двух или более материалов. Каждый из этих материалов вносит свой вклад в общие свойства композита и присутствует в виде отдельной фазы в его структуре (см. раздел 1.6.). Композиты, основу которых составляют полимеры, являются наиболее широко используемыми материалами в стоматологии, поскольку они применимы в различных клинических ситуациях, начиная от пломбировочного материала, цемента для фиксации, материалов для непрямых вкладок, для фиксации металлических облицовок на эндодонтических штифтах и для культевых вкладок. Относительно недавно к довольно большому списку стоматологических материалов на полимерной основе добавился еще один класс — модифицированные поликислотами полимерные композиты или для краткости — компомеры. В данной главе мы рассмотрим композиты на полимерной основе, а затем ознакомим читателя с параметрами, по которым компомеры отличаются от полимерных композитов.

СОСТАВ И СТРУКТУРА

Композитные восстановительные материалы на полимерной основе (в сокращенной форме — композиты), которые используются в стоматологии, содержат три основных компонента, а именно:

  • органическую полимерную матрицу;
  • неорганический наполнитель;
  • связывающий агент или аппрет.

Полимер образует матрицу композитного материала, соединяя в единую структуру отдельные частицы наполнителя, связанные с матрицей специальным веществом — аппретом (Рис. 2.2.1).

Полимерная матрица

Полимер является химически активным компонентом композита. Первоначально это жидкий мономер, который превращается в жесткий полимер за счет реакции полимеризации радикального типа. Именно эта его способность превращаться из пластической массы в жесткий твердый материал позволяет применять композит для восстановления зубов.

Для пломбирования передних и жевательных групп зубов наиболее часто используется мономер Бис-ГМА, который получают при взаимодействии бисфенола-А и глицидилметакрилата. Этот мономер обычно называют по имени его открывателя мономером Боуэна (Bowen). Его молекулярная масса намного больше, чем молекулярная масса метилметакрилата, что позволяет снизить полимеризационную усадку (Рис. 2.2.2). Величина полимеризационной усадки у метилметакрилата по объёму составляет 22%, а у Бис-ГМА - 7,5%. В ряде композитов вместо Бис-ГМА используют уретандиметакрилат (УДМА). Бис-ГМА и уретандиметакрилатный мономеры являются очень вязкими жидкостями из-за их высоких молекулярных масс. При добавлении даже небольшого количества наполнителя образуется слишком плотная паста композита, что не позволяет применить такой материал в клинике. Для преодоления этого недостатка в композицию добавляют мономеры с низкой вязкостью, называемые мономерами+разбавителями, такие как метилметакрилат (ММА), этиленгликольдиметакрилат (ЭДМА) и триэтиленгликольдиметакрилат (ТЭГДМА). Наиболее часто применяется последнее соединение. Химические структуры некоторых из этих мономеров представлены в Таблице 2.2.1.

Рис.2.2.1. Структура композитных восстановительных материалов

Рис.2.2.2. Полимеризационная усадка материалов на основе малых и больших мономеров

 

Для того, чтобы обеспечить необходимую продолжительность срока хранения композита, необходимо предотвратить его преждевременную полимеризацию. В качестве ингибитора, (замедлителя процесса полимеризации) используется гидрохинон, обычно в количестве 0,1% или меньше. Полимерная матрица содержит также системы активатор/инициатор для обеспечения процесса отверждения. Применение конкретных компонентов в этой системе зависит от типа предусмотренной для данного материала реакции отверждения, которая может происходить химическим путем или активацией отверждения видимым светом.

 

Наполнитель

Для улучшения свойств композитов в их состав вводили разнообразные наполнители. В конце 50-х годов в качестве наполнителя использовали кварц, который был введен в композицию пломбировочного материала на основе метилметакрилата. Введение наполнителей дает пять основных преимуществ, а именно:

  1. Полимеризация метилметакрилата приводит к большой полимеризационной усадке (21 об.%) даже при использовании полимер-мономерной системы порошок-жидкость (7 об.%). Введение большого количества стеклянных наполнителей значительно снижает усадку, так как количество используемого мономерного связующего уменьшается, а наполнитель не участвует в процессе полимеризации. Тем не менее, усадку невозможно устранить полностью, ее величина будет зависеть от природы используемого мономера и количества введенного наполнителя.
  2. Метакрилатные полимеры имеют большой коэффициент теплового расширения (примерно 80 х 10-6/°С). Этот коэффициент снижается при добавлении неорганического наполнителя, имеющего коэффициент расширения, примерно равный таковому для тканей зуба (8-10х10-6/°С).
  3. Наполнители могут улучшить такие механические свойства, как твердость и прочность на сжатие.
  4. Использование таких тяжелых металлов, как барий и стронций, включенных в стекло, придает материалу рентгеноконтрастность.
  5. Наполнитель представляет собой идеальное средство для достижения эстетических параметров — цвета, прозрачности и флюоресценции. Разработка технологии введения наполнителя является основным направлением совершенствования материалов, что и привело к созданию композитов сегодняшнего дня.

Аппрет

Для того, чтобы композит имел приемлемые механические свойства, крайне важно, чтобы наполнитель и полимерная матрица были прочно связаны друг с другом. Если эта связь нарушается, развивающиеся при нагрузке напряжения не распределяются равномерно по всему объему материала; поверхность раздела фаз действует как первичный источник разрушения, приводя к разрушению всего композита.

Надежное соединение достигается введением в полимер связующего вещества. В качестве такого аппретирующего вещества применяют кремнийорганические соединения (силаны), одним из наиболее часто используемых в стеклонаполненных полимерных композитах является у-метакрилоксипропилтриметоксилан или у МПТС для краткости, химическая структура которого показана на Рис. 2.2.3 (см.также раздел 1.10).

Рис. 2.2.3. Структура силанового аппрета до и после активации кислотой

 

Крайне важно, чтобы связь между полимером и частицами наполнителя была прочной и долговечной. Во-первых, при отсутствии этой связи, напряжение не будет передаваться от полимера к стеклянному наполнителю и, вследствие этого, его большая часть будет приходиться непосредственно на полимерную матрицу. Это может приводить к излишней пластической деформации, износу и отколам пломб. Во-вторых, недостаточно прочная связь между полимером и частицами стеклянного наполнителя может приводить к образованию трещин. А поскольку полимеры обладают невысокой трещиностойкостью, это делает композит в целом восприимчивым к усталостным разрушениям (Рис. 2.2.4).

 

Рис. 2.2.4. СЭМ участка с недостаточной связью (показано стрелками) между полимерной матрицей и стеклянным наполнителем

 

Фундаментальная проблема заключается в том, что полимеры гидрофобны, а кварцевые стекла гидрофильны благодаря поверхностному слою гидроксильных групп, связанных со стеклом. Поэтому у полимера нет естественного сродства с поверхностью кремниевого стекла, необходимого для соединения с ним (Рис. 2.2.5).

Рис.2.2.5. Схематическое представление молекул мономера (МА), отталкиваемых поверхностью стекла из-за присутствия на ней гидроксильных групп (ОН)

 

Рис.2.2.6. Схематическое представление силанового аппрета, обеспечивающего связь между метакрилатным полимером и гидроксилированной поверхностью стекла

 

Рис.2.2.7. Нанесение и конденсация силана на поверхности кварцевого стекла

 

Решить эту проблему можно путем применения подходящего связывающего реагента. В качестве такого реагента был выбран кремнийорганический аппрет, потому что у него имеются концевые гидроксильные группы, которые притягиваются гидроксильными группами поверхности стекла. На другом конце молекулы аппрета присутствует метакрилатная группа, которая способна соединяться с мономерами связующего за счет раскрытия углеродной двойной связи (Рис. 2.2.6). Реакция конденсации на границе между стеклом и кремнийорганическим аппретом обеспечивает ковалентную связь силана с поверхностью стекла (Рис. 2.2.7). Улучшение качества связи между полимером и стеклянным наполнителем обеспечило успешную разработку устойчивых к износу композитных пломбировочных материалов, которые теперь можно применять как для передних, так и для жевательных групп зубов.

 

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКИ КОМПОЗИТОВ

Беглое рассмотрение изменений в композитах в течение последних двадцати лет указывает на два важных направления в их разработке, а именно:

  • новые полимерные технологии;
  • новые технологии в применении наполнителей.

Новые полимерные технологии

Способы полимеризации

Процесс, с помощью которого паста композита превращается в твердый материал, является процессом полимеризации мономерной матрицы полимера.

В ранних поколениях композитов этот процесс был обеспечен выпуском материала в виде двух паст, смешивание которых давало необходимые для полимеризации ингредиенты. В одной пасте должен был содержаться активатор, такой как третичный амин, а в другой — инициатор, обычно пероксид бензоила (см. раздел 1.6, в котором подробнее представлена эта система отверждения).

В начале 70-х годов появились композиты, активируемые ультрафиолетовым (УФ) светом. В этих материалах УФ свет использовался для создания свободных радикалов, необходимых для запуска процесса полимеризации. Энергии УФ света было достаточно для разрушения центральной связи метилового эфира бензоина и создания двух первичных радикалов. Таким образом, достаточно было иметь только одну пасту, которая не отверждается до тех пор, пока ее не подвергнут действию УФ света. Однако было выявлено несколько серьезных недостатков при использовании отверждаемых УФ светом систем. УФ свет мог вызывать ожоги мягких тканей и вреден для зрения. Поэтому нужна была защита, и требовалось осторожное обращение при работе с аппаратами для УФ отверждения. Источником УФ света является дорогая ртутная разрядная лампа, при ее старении выход световой энергии постепенно снижается, а глубина отверждения ограничена из-за высокой степени поглощения света при прохождении через композит.

Тем не менее, идея иметь лишь одну пасту, которая может отверждаться, когда это необходимо, была хорошо воспринята стоматологами и открыла путь для внедрения композитов, активируемых видимым светом (ВСА), в которых источником свободных радикалов стал камфорохинон. Энергия возбуждения у него ниже, чем у метилового эфира бензоина, поэтому свет в голубой части спектра с длиной волны - 460-480нм оказался очень эффективен. Применение такого света для отверждения имеет преимущество в использовании более дешевого источника света с кварцевой галогеновой лампой, которая оказывает не такое вредное воздействие как УФ облучение. Видимый свет лучше проникает через композит, обеспечивая большую глубину отверждения. В аппаратах используют специальные фильтры для отсечения УФ и инфракрасного участков спектра света на выходе, что позволяет избежать ожога мягких тканей и избыточного подъема температуры на облучаемой поверхности.

Методы отверждения суммированы в Таблице 2.2.2.

Безопасность

Беспокойства по поводу недостаточной безопасности использования высокоинтенсивного ультрафиолетового света удалось избежать при внедрении новых ВСА систем. Использование термина «видимый свет» вселяет чувство безопасности, так как это тот самый свет, воздействию которого мы подвергаемся постоянно. Тем не менее, рекомендуется избегать прямого воздействия света от аппаратов светового отверждения, которые излучают видимый свет весьма высокой интенсивности, так как голубой участок его спектра может вызвать повреждение глаз. Высокоинтенсивный свет сам по себе может оказать вредное действие на сетчатую оболочку глаза, имеется также потенциальная опасность повредить сетчатку из-за «вредного воздействия синего света». Однако на сегодня еще мало известно об этом свете и о том, насколько серьезной эта проблема может стать в будущем. Самое лучшее — это защищать глаза, что позволяет легко устранить возможное вредное воздействие отверждающего света.

Цветовое восприятие

Существует еще одна трудность, о которой должны быть осведомлены врачи-стоматологи, это то, к чему может привести продолжительное воздействие высокоинтенсивного света. Экспозиция света может нарушить цветовое восприятие врача, а это означает, что выбор композита подходящего оттенка может стать настоящей проблемой, особенно, при постановке множественных пломб или изготовлении виниров прямым методом послойного нанесения композита.

 

Ингибирование отверждения кислородом

Полимер не отверждается при взаимодействии с воздухом, а его поверхность остается липкой. Это имеет свои преимущества при выполнении так называемой послойной техники нанесения, обеспечивающей хорошую связь слоев композита. Однако проблема остается после нанесения последнего слоя. Если можно применить полоски матрицы, то этого обычно достаточно для исключения доступа кислорода, и полимер будет полностью отвержден во всем объеме, включая и поверхностный слой. Для большинства полимерных композиций этот ингибированный кислородом воздуха поверхностный слой очень тонок, его глубина составляет не более нескольких микрон. Его легко стереть ватным тампоном, например, так делают при нанесении фиссурного герметика. Но есть такие полимерные композиции, в которых ингибирование кислородом процесса отверждения проявляется в более значительной степени, в этом случае потребуется специальный гель для того, чтобы предотвратить контакт отверждаемой полимерной поверхности с кислородом воздуха.

Ограниченная глубина отверждения

Еще одна причина, по которой ВСА композиты вытеснили УФ системы, состоит в том, что достигаемая при облучении УФ светом глубина отверждения значительно меньше, чем это получается с видимым светом.

При использовании УФ систем имеется опасность неполного отверждения пломбировочного материала в глубоких полостях, что является их серьезным недостатком особенно при пломбировании жевательных зубов. Для отверждаемых УФ светом композитов максимальная глубина отверждения немногим более 2,0 мм, в то время как для ВСА композитов возможна глубина отверждения до 3-4 мм с хорошим источником света и при соблюдения правил работы с материалом.

Тем не менее, глубина отверждения при использовании обеих систем ограничена, и поэтому всегда существует опасность, что более глубокие слои пломбы не будут полностью отверждены. Это особенно проблематично при пломбировании композитами проксимальных полостей жевательных зубов (Рис.2.2.8).

Рис. 2.2.8. Недостаточная полимеризация светоотверждаемого композитного материала у основания проксимальной ящикообразной полости

 

Клинически пломбы выглядят эстетично, однако основание композитной пломбы может отверждаться не полностью, особенно, при использовании металлической матрицы. Для достижения оптимальных механических свойств требуется высокая степень конверсии двойной связи С=С в полимерной матрице, а это связано как со временем отверждения, так и с мощностью источника света для активации процесса полимеризации. Любая степень незавершенности процесса отверждения явится причиной непрочного основания пломбы, и это может привести к отколам пломбы. Именно из-за недостаточной опоры в пришеечной области, вызываемой растворением неотвержденного материала, развивается вторичный кариес.

Существует ряд позиций, на которые необходимо обратить особое внимание. Источник света, используемый для ВСА композитов, более точно определяется как источник голубого света, а не видимого света с исключительно высокой интенсивностью. Для качественного источника видимого света выходное излучение должно иметь соответствующий спектр, представленный на Рис.2.2.9.

 

Рис. 2.2.9. Спектр света, излучаемый аппаратом для отверждения видимым светом

 

Для всех композитов, отверждаемых светом, превращение пасты в твердый материал базируется на способности света проникать в толщу материала и инициировать отверждение во всем объеме пломбы. Степень, до которой свет может проникать в композит, ограничена, поэтому и глубина, на которую происходит отверждение материала, имеет свои пределы. Целый ряд факторов влияет на глубину отверждения, а именно:

  • Тип композита. Свет направлен и падает на композит — он отражается, рассеивается и поглощается (Рис.2.2.10), и эти процессы ограничивают глубину проникновения света. Это очень важно для темных оттенков композита, поэтому особое внимание необходимо уделять глубине отверждения композита, используя методику внесения материала порциями и удлинения времени облучения светом.

Рис.2.2.10. Отражение, рассеивание и поглощение света при облучении им композита

 

  • Качество источника света. Отверждение полимера в ВСА композитах наиболее эффективно инициируется светом с длиной волны в диапазоне 450-500 нм. Источник света должен быть сконструирован так, чтобы на выходе излучать максимум световой мощности в диапазоне около 460-480 нм, т.е. там, где находится максимум поглощения камфорахинона (Рис.2.2.9). Поэтому недостаточно иметь высокую мощность на выходе светового потока, он должен иметь эту мощность в нужном диапазоне длин волн. Может также происходить и ухудшение работы самого источника, поэтому важно, чтобы параметры выходящего света, характеризующие качество его работы, проверялись регулярно. Сейчас для этой цели предложен ряд недорогих измерителей светового потока.
  • Используемый метод. Наконечник световода должен располагаться как можно ближе к поверхности пломбы, поскольку эффективность отверждения резко падает при отведении его от поверхности. На самом деле интенсивность света на единицу площади поверхности падает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника света до этой поверхности, как это показано на Рис.2.2.11. Нужно тщательно избегать загрязнения конца световода композитом, так как это снизит эффективность отверждения при последующем использовании аппарата. Следует также строго придерживаться инструкции производителя по времени светового отверждения, ни в коем случае не сокращая его, так как при этом, материал может остаться недоотвержденным. Размер световода может оказаться недостаточных размеров для больших пломб, чтобы сразу охватить поверхность всей пломбы, и может появиться соблазн веерным способом обработать поверхность. Этого не следует делать, так как невозможно определить, как долго освещалась каждая конкретная зона поверхности. Если обработка веерным способом все же проведена, необходимо продолжить световое облучение пломбы, чтобы появилась уверенность, что световые пятна от аппарата для отверждения надежно перекрывают друг друга.

 

 

Ряд производителей рекомендует проводить световое отверждение за очень короткое время, например, в течение 20 с, так как в конечном итоге можно получить экономию времени для окончательного отверждения материала. Этого времени может быть достаточно там, где присутствует очень тонкий слой композита, но при пломбировании полостей больших размеров этого времени будет явно недостаточно. Время облучения светом для полноценной полимеризации должно составлять, по крайней мере, 40-60 с.

В ситуациях, когда нет хорошего доступа, например, к дистальным поверхностям при МОД пломбах из композитов для жевательных зубов, необходимо применять вспомогательные приспособления для улучшения отверждения — такие как светопроводящие клинья и прозрачные матрицы. Слишком продолжительное время освещения не приводит, однако, к увеличению глубины отверждения. Толщина слоя отверждения для определенного вида композита в сочетании с конкретным источником света достигает своего максимума, который невозможно превысить (Рис. 2.2.12). Таким образом, увеличение времени экспозиции более 60 с не повышает эффективность отверждения.

Интерпретация литературных данных о глубине отверждения, весьма затруднительна. Тем более, что еще не существует универсального метода определения глубины отверждения. В этой связи получаемые данные разными авторами зависят от методики ее определения и, следовательно, сравнение данных литературных источников практически невозможно. Общее правило, которого следует придерживаться заключается в том, что отверждаемый слой не должен превышать 2 мм толщины, время световой экспозиции должно быть не менее 40 с. Если полость, глубже 2 мм, рекомендуется послойное внесение в нее пломбировочного материала и, соответственно, техника отверждения должна быть послойной.

Аппараты для светового отверждения

Кроме описанного выше аппарата для светового отверждения с кварцевой галогеновой лампой, на рынке имеется целый ряд аппаратов с другими лампами. К ним относятся аппараты со светодиодом, излучающим голубой свет (голубой LED), аргоновый лазерные и плазменные (ксеноновые) дуговые лампы.

Аппарат LED со светодиодом голубого света имеет одно преимущество, заключающееся в том, что он излучает только очень узкий участок спектра в диапазоне длин волн 460-480 нм. Поэтому энергетически он высоко эффективен и может работать от небольшого перезаряжаемого аккумулятора, что делает его очень мобильным. Однако эта ширина световой полосы может оказаться слишком узкой для некоторых композитов, которые отверждаются видимым светом, но в состав которых входит не камфарохинон, а другое вещество, для которого оптимальные условия отверждения требуют длины волны света, выходящей за рамки этой полосы спектра. Если это так, то композит не будет отвержден или, что еще хуже, будет отвержден только частично, создавая впечатление совершенно твердого материала.

Аргоновый лазер имеет то преимущество, что он излучает очень высоко интенсивный свет, который может быть применен для инициирования полимеризации. Аргоновый лазер дает большую глубину и степень отверждения за более короткий промежуток времени, чем аппараты для отверждения с галогеновой лампой. На первый взгляд это может показаться привлекательным, поскольку появляется возможность существенно сократить время светового отверждения путем снижения экспозиции и числа слоев пломбы. Однако быстрое отверждение может ухудшить целостность системы — полимер-зуб, поскольку при таком процессе полимеризации не происходит релаксации полимеризационных внутренних напряжений. Возможно, использование импульсного режима, а не режима постоянного излучения лазера, сможет улучшить ситуацию. Один серьезный недостаток всех этих аппаратов состоит в их стоимости, которая на порядок превышает цену обычного кварцево-галогенового и светодиодного аппаратов.

Плазменные дуговые аппараты для светового отверждения могут давать приблизительно такую же высокую интенсивность света, как аргоновый лазер, но при меньшей стоимости. Тем не менее, как и с аргоновым лазером быстрое превращение композиции в полимер может вызвать высокие усадочные напряжения, а узкая полос, а излучаемого спектра может означать, что некоторые композиты вообще не смогут отверждаться.

Полимеризационная усадка

Как уже было отмечено ранее, давно признанным и серьезным недостатком композитов является полимеризационная усадка. По сути, целая область адгезионной техники восстановления зубов возникла из-за этого недостатка композитов, поскольку практически все существующие для восстановительной стоматологии композиты имеют усадку, которая приводит к образованию краевой щели (Рис.2.2.13). Композиты сами по себе не обладают механизмами, противодействующими возникновению кариеса, в противоположность стеклоиономерным цементам и амальгамам. Поэтому щель, однажды сформировавшись, обуславливает появление микропроницаемости, что может быстро привести к развитию вторичного кариеса.

 

Рис.2.2.13. СЭМ краевой щели, образовавшейся из-за полимеризационной усадки композита.

 

Следует отметить, что при разработке аппаратов для светового отверждения основное внимание было сфокусировано на максимально возможном увеличении степени конверсии мономера, что в свою очередь увеличивало величину полимеризационной усадки.

Полимеризационная усадка композита зависит от типа применяемых мономеров и их количества в исходной неотвержденной пасте композита. В большинстве стоматологических композитов используются полимеры с примерно сравнимыми величинами полимеризационной усадки. В целом, чем больше в составе стеклянного наполнителя, тем более низкая конечная усадка возникнет при отверждении. Однако стеклонаполненные композиты не всегда имеют более низкие значения усадки по сравнению с микронаполненными полимерами. В последних применяются предварительно полимеризованные наполненные микронаполнителем частицы, которые могут вести себя также, как стеклянные частицы обычного наполнителя.

В идеальном случае полимеризационная усадка композита должна быть как можно ниже, поскольку это улучшает краевое прилегание, снижает вероятность разрыва связи с тканями зуба и уменьшает риск развития вторичного кариеса. Обычные амальгамы почти устраняют эту проблему потому, что дают небольшое расширение при схватывании, а образующаяся в дальнейшем щель, в свою очередь, заполняется продуктами процесса коррозии. У амальгам с высоким содержанием меди усадка после отверждения имеет порядок 0,1 об.% по сравнению с 2-3 об.% у композита. Часто встречающиеся значения полимеризационной усадки приведены на Рис.2.2.14.

 

Рис.2.2.14. Сравнение объемной полимеризационной усадки ряда композитных пломбировочных материалов. Данные получены из технической литературы, предоставленной Voco GmbH, Cuxhaven, Германия

 

Однако к этим данным следует подходить осторожно, потому что трудно найти надежный метод количественной оценки полимеризационной усадки, на Рис.2.2.15. показано, как другой производитель по-иному интерпретирует усадку одних и тех же композитов. Тем не менее, понятно, что современная технология полимеров понижает границу полимеризационной усадки до значений около 2,0 об.%.

 

Рис. 2.2. 1 5. Сравнение объемной полимеризационной усадки ряда композитных пломбировочных материалов. Данные получены из технической литературы, предоставленной Dentsply Detrey GmbH, Konstanz, Германия

 

Несмотря на большие достижения в области создания адгезивных стоматологических материалов (см. раздел 2.5.), полимеризационная усадка остается основным источником внутренних разломов пломб, приводящих к появлению видимых белых линий или невидимых трещин в эмали и пломбе у их краев. Последние становятся видимыми только при клиническом осмотре при использовании трансиллюминации и увеличении. Во время процесса схватывания усадочные напряжения развиваются из-за того, что материал удерживается в полости силой адгезии к ее стенкам. Эти напряжения могут оказаться достаточными для разрыва с вязи по границе раздела, и все преимущества адгезионной системы будут утрачены. В особенности это характерно для связи с дентином, которая менее прочна, чем та, которая достигается с протравленной эмалью, и как следствие, усадка имеет тенденцию к направлению в сторону поверхности раздела протравленная эмаль-адгезив в том случае, если связь с дентином разрушается (Рис. 2.2.16). Щель, которая образуется между пломбой и дентином, может стать причиной повышения послеоперативной чувствительности из-за гидродинамического эффекта. Если любой из краев находится в дентине, тогда разрыв связи приведет к краевой проницаемости. Это

 

Рис. 2.2. 1 6. Образование щели вследствие полимеризационной усадки создаст особую проблему, если композитная пломба располагается ниже десневого уровня в проксимальных полостях.

Клиническое значение

Рекомендация — применение композитов целесообразно только в том случае, если края пломб находятся в пределах эмали.

Для преодоления этих проблем предлагался ряд решений, которые включали использование химически отверждаемых композитов на дне ящикообразной полости, так как полагали, что усадка проходит в направлении к стенкам полости. Использование послойной техники внесения материала в комбинации с отверждением через зуб — является другим подходом, который, как полагают, будет способствовать полимеризационной усадке в направлении к стенкам полости, а не от них (Рис. 2.2.17).

 

Рис. 2.2.17. Возможные варианты пломбирования проксимальной полости ящикообразной формы и минимизация влияния полимеризационной усадки. Направления напряжений, вызванных полимеризационной усадкой, указаны стрелками

 

Другой потенциальной проблемой является усадка, которая может вызвать сдвиг внутрь жевательных бугорков зуба таким образом, что в них создастся большое напряжение. Предположительно этот эффект считался причиной повышенной чувствительности пульпы зуба после пломбирования композитом жевательных зубов. Этот эффект может еще усилиться, если во время внесения композитного материала в полость жевательных зубов применяли слишком натянутую полоску матрицы.

Очевидно, что устранение или, по крайней мере, значительное снижение полимеризационной усадки полимерной матрицы композита, явится существенным прогрессом. Предпринятые попытки для того, чтобы избежать или минимизировать последствия полимеризационной усадки, полного успеха еще не принесли. Пути возможного улучшения краевой целостности композитных реставраций включают:

  • разработку более совершенных адгезивов для дентина и методик их применения для повышения стойкости адгезионного шва по отношению к полимеризационной усадке;
  • использование низкомодульного прокладочного материала, который будет работать как поглотитель напряжений;
  • замедление скорости реакции применением аппаратов для светового отверждения с так называемым «мягким стартом».

Продолжаются разработки новых адгезивов для дентина, но по-видимому усовершенствования адгезивов имеют естественные ограничения, связанные с тем, что адгезионная сила связи сможет компенсировать напряжения на границе раздела до какого-то предела, и возможно этот предел уже достигнут в лучших вариантах современных адгезивов. Идея использовать подкладку основу с низким модулем упругости несет в себе отрицательный момент, состоящий в том, что напряжения, возникающие при окклюзионных нагрузках, могут распределяться неравномерно, поскольку передача напряжений через поверхность раздела между зубом и пломбой затруднена, и функциональные нагрузки на пломбу могут вызывать высокие напряжения в любом месте структуры зуба. Третий подход основан на идее о том, что снижение скорости реакции даст больше времени для того, чтобы концентрации напряжений в композите, вызванные полимеризационной усадкой, смогли перераспределиться более равномерно за счет сохранения в течение более длительного времени текучести материала и возможности релаксации напряжений. Этот подход привел к разработке различных вариантов светоотверждающих аппаратов с «мягким стартом», в которых изменения мощности излучения отверждающего света от времени происходят по экспоненциальной, ступенчатой и колебательный (осциллирующей) зависимости (Рис. 2.2.18). Клиническая эффективность всех этих подходов пока остается предметом научных дискуссий, отраженных в публикациях.

 

Рис. 2.2.18. Зависимости интенсивности светового потока от времени для аппаратов светового отверждения с «мягким стартом»

 

Поскольку введение стеклянного наполнителя как средства снижения полимеризационной усадки, вероятно, уже дошло до своего логического конца (см. ниже), решение должно быть найдено или в разработке новых полимеров, которые будут давать очень малую усадку, или не будут давать ее совсем по завершении полимеризации. Целый ряд различных полимерных систем сейчас исследуются, но ни одна из них не дала еще практических результатов. Они включают жидкокристаллические мономеры и олигомеры, с раскрывающимися кольцами, такие как оксираны, спироортоэфиры, спироортокарбонаты и силораны, рассмотрение и обсуждение которых выходит за пределы нашего учебника.

 

Новые технологии в применении наполнителей

Недостатком ранних поколений композитов являлась шероховатость поверхности даже после окончательного полирования и низкая износостойкость. Оба эти недостатка прямо связаны с выбором наполнителя в составе композита. Факторы, которые представляют интерес при выборе наполнителя, являются следующие:

  • состав;
  • размер частиц.

 

Состав

Наиболее часто применяемым наполнителем до последнего времени был кварц, но сегодня в большинстве композитов используют один из видов стеклянных наполнителей на основе оксида кремния, включая коллоидальный оксид кремния, а также литий-алюминий-силикатные стекла и силикатные стекла, содержащие барий или стронций.

Состав стекла имеет большое значение, так как от него в первую очередь зависит цвет композита. Показатель преломления стекла должен быть очень близок к показателю преломления полимера, чтобы избежать сильного рассеивания света, что в свою очередь может привести к плохой эстетике и малой глубине отверждения.

Включение бария или стронция обеспечивает рентгеноконтрастность композитов, а это помогает диагностике вторичного кариеса. Кварц является самым твердым материалом, используемым в качестве наполнителя, но композиты с ним не обладают рентгеноконтрастностью. Силикатные стекла значительно мягче, что улучшает в некоторой степени способность композита к полированию.

Средний размер частиц и их распределение

Средний размер частиц и характер распределения частиц по размеру имеют большое значение, так как это определяет количество наполнителя, которое можно добавить к полимеру без потери необходимых рабочих характеристик или технологичности материала. Размер частиц также оказывает значительное влияние на качество полирования поверхности композитной пломбы. Хорошо известно, чем более мелкие по размеру частицы наполнителя введены в состав, тем более гладкой будет поверхность самого композита. (Соотношение твердости наполнителя и полимерной матрицы является еще одним фактором, который следует учитывать, когда оценивают качество полирования).

Самым первым наполнителем в композитах был кварц со средним размером частиц до 70 мкм. Переход на более мягкие стекла позволил снизить размер частиц наполнителя, а подбор подходящего сочетания их размеров сделал возможным существенное увеличение степени наполнения полимера. Высокое содержание наполнителя до 74 об.%, используется в композитах для жевательных зубов, а для передних зубов количество наполнителя в составе материала находится в диапазоне 55-60 об.%. Вполне очевидно, что высокое содержание наполнителя не оправдано для композитов, предназначенных для передних зубов, так как в этом случае придется пожертвовать эстетикой, что не столь важно для композитов, восстанавливающих жевательные зубы.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПОЗИТОВ

Стоматологические композиты можно разделить на четыре основных группы по природе и размеру частиц наполнителя.

Традиционные композиты

Традиционные композиты содержат стеклянный наполнитель со средним размером частиц 10-20 мкм и максимальным размером 40 мкм. У этих композитов есть один недостаток, заключающийся в том, что состояние отполированной поверхности оказывается неудовлетворительным, она имеет тусклый вид из-за того, что частицы наполнителя выдаются над поверхностью, поскольку вокруг них полимер убывает при полировании и износе (Рис. 2.2.19).

Рис.2.2.19. Частицы наполнителя выступают над поверхностью из-за преимущественного удаления полимерной матрицы

Микронаполненные полимеры

Первые микронаполненные полимеры были выпущены в конце 70-х годов. Он и содержали коллоидный оксид кремния со средним размером частиц 0,02 мкм с колебаниями размера от 0,01 до 0,05 мкм. Этот очень маленький размер частиц наполнителя означает, что композит может быть отполирован до очень гладкого состояния поверхности, и что очень большая площадь поверхности наполнителя контактирует с полимером. Эта большая площадь поверхности (по сравнению с обычно использовавшимся в композитах наполнителем) означает, что очень трудно получить высокое содержание наполнителя в композите, так как требуется большое количество полимера для смачивания суммарной поверхности частиц этого наполнителя. Если этот микронаполнитель добавить к полимеру в таком количестве, чтобы была сохранена приемлемая текучая консистенция, тогда максимальное его количество, которое удастся ввести, может быть порядка 20 об.% (Рис. 2.2.20).

 

Рис.2.2.20. Гомогенная структура микронаполненного композита

 

Для обеспечения оптимального содержания наполнителя была разработана двухстадийная технология его введения. Вначале с помощью одной из доступных технологий готовится материал с очень высоким содержанием наполнителя. Этот материал затем полимеризуется и измельчается до размера частиц 10-40 мкм, который в последующем используется как наполнитель в полимерной матрице готового композита. Таким образом, в конечном итоге получают композит, содержащий частицы композитного наполнителя (Рис. 2.2.21). Хотя наполнение предполимеризованными частицами может быть такой же высокой степени, как и традиционных композитов с крупными частицами, суммарное содержание наполнителя остается значительно ниже (примерно 50 об.%).

 

Рис. 2.2.21. Гетерогенная структура микронаполненного полимерного композита с использованием предполимеризованных частиц, которые добавлены к полимеру, содержащему небольшое количество коллоидного оксида кремния

Гибридные или смешанные композиты

Гибридные композиты содержат крупные частицы наполнителя со средним размером 15-20 мкм, а также небольшое количество коллоидного оксида кремния с размером частиц 0,01-0,05 мкм (Рис.2.2.22). Следует отметить, что практически все композиты сегодня содержат небольшое количество коллоидного оксида кремния, но их свойства в очень значительной степени определяются основным наполнителем с более крупным размером частиц.

 

Рис. 2.2.22. Структура гибридного композита, состоящего из больших частиц наполнителя в полимерной матрице, содержащей коллоидный оксид кремния

Гибридные композиты с малым размером частиц

Улучшенные методы позволили измельчать стекло до частиц размером, значительно меньшим, чем это было возможно ранее. Это привело к внедрению композитов со средним размером частиц наполнителя меньше 1 мкм и типичным распределением размеров в диапазоне 0,1-6,0 мкм, которые сочетают с микронаполнителем — коллоидным оксидом кремния (Рис.2.2.23). Меньшие размеры частиц наполнителя позволяют этим композитам лучше полироваться до гладкой блестящей поверхности, чем тем, которые содержат более крупные частицы. Полирование этих композитов дает хорошие результаты, блестящую отполированную поверхность, потому что любая неровность поверхности, возникшая из-за присутствия частиц наполнителя, будет меньше длины волны видимого света (0,38-0,78 мкм).

Рис.2.2.23. Композит с наполнителем из небольших по размеру частиц

 

Предложенная выше классификация по критерию распределения частиц по их размеру схематично представлена на Рис.2.2.24. Для того, чтобы увеличить количество наполнителя до максимального, существует возможность выбрать наполнители с двумя или более типами распределения размеров частиц, которые могут взаимно сочетаться. Наполнитель с меньшей дисперсностью частиц заполнит пространства, оставшиеся между крупными частицами наполнителя (Рис.2.2.25). Это означает, что увеличивается плотность упаковки наполнителя в композитном восстановительном материале, при этом средний размер частиц наполнителя будет уменьшен. Если нет опасений, что эстетическое качество восстановления пострадает, то композиты можно применять для пломбирования как передних, так и жевательных зубов.

Рис. 2.2.24. Классификация композитов по типу наполнителя; на горизонтальной оси размер частиц в логарифмическом масштабе

Рис. 2.2.25. Бимодальное распределение частиц по размеру

 

СВОЙСТВА

Рабочие характеристики

Несмотря на внедрение отверждения видимым светом, внесение в кариозную полость композитных полимеров требует строгого соблюдения определенных правил. По существу, полимерные композиты самостоятельно не приклеиваются к эмали или дентину. Чтобы достичь этого требуется протравливание эмали фосфорной кислотой и нанесение на дентин специального адгезива. При послойном внесении материала и строгом соблюдении техники светового отверждения постановка композитной пломбы займет примерно в три раза больше времени, чем пломбирование амальгамой полости приблизительно такого же размера. При использовании композитных материалов требуется с особой точностью выполнять все этапы пломбирования, а пациенту соблюдать тщательную гигиену полости рта потому, что возникновение вторичного кариеса при таком восстановлении более вероятно, и возникшее поражение имеет тенденцию прогрессировать быстрее, чем при другом виде пломбировочного материала.

Много исследований было проведено по реологии полимерных композитов. В идеале вязкость композита должна быть такой, чтобы его можно было конденсировать в больших полостях и, в то же самое время, он мог затекать бы в трудно доступные пространства. С одной стороны, материал не должен течь под действием собственного веса, чтобы ему можно было придавать форму, а с другой — под действием небольшого внешнего давления он должен легко течь. По сравнению со стоматологическими амальгамами композиты прилипают к инструментам, и это может помешать достижению хорошего краевого прилегания пломбы. Для улучшения технологических свойств композитов и тем самым краевого прилегания, в конце 90-х годов были выпущены так называемые «текучие» (маловязкие) композиты. И почти одновременно на рынке появились «пакуемые» (конденсируемые плотные) композиты. Повышая вязкость этих композитов, исследователи пытались достичь рабочих характеристик этих материалов, напоминающих амальгаму.

Для того, чтобы получить текучие композиты, производителям потребовалось уменьшить количество наполнителя в их составе, а чтобы избежать чрезмерного снижения неорганической фазы, размер частиц стеклянного наполнителя был увеличен. Текучие композиты могут показаться трудными в работе именно из-за их низкой вязкости. Поэтому такие материалы идеально подходят для небольших полостей, препарируемых воздушно-абразивным методом, для восстановления края пломбы, а также для полимерных материалов профилактического назначения. Однако не рекомендуется использовать данные материалы, имеющие уменьшенное содержание наполнителя с частицами больших размеров, там, где возможно действие высокой окклюзионной нагрузки или истирания.

Пакуемые композиты производятся при небольшом увеличении содержания наполнителя на 1-2 об.% путем изменения реологии полимерной матрицы. Достичь этого довольно трудно, потому что содержание наполнителя в большинстве композитов уже находится на предельно высоком уровне, а простое добавление большего количества наполнителя делает композит рыхлым и вызовет образование трещин. Увеличенная вязкость пасты композита может быть достигнута несколькими способами:

• путем увеличения диапазона распределения частиц по размеру, что улучшает плотность упаковки, например, применение наполнителя с тримодальным распределением частиц по размеру;

• модификацией формы частиц наполнителя таким образом, чтобы частицы могли сцепляться, затрудняя скольжение одной частицы относительно другой и тем тормозя течение пасты;

• модификацией полимерной матрицы таким образом, чтобы создавалось более прочное межмолекулярное притяжение (например, замещая гидроксильные группы Бис-ГМА водородом для образования водородной связи), и за счет этого увеличивалась вязкость;

• добавлением диспергаторов (добавка, регулирующая реологические свойства), которые снижают вязкость и позволяют ввести больше наполнителя.

Однако увеличение содержания наполнителя не может не повлиять на друге параметры материала. Композиты становятся менее прозрачными, качество полирования ухудшается и, несмотря на большее содержание наполнителя, по механическим свойствам они не лучше универсальных композитов, например, микрогибридного типа. А поскольку ухудшению более всего подвержены эстетические характеристики, производители выпускают только ограниченное число цветовых оттенков. Поэтому данные материалы имеют ограниченное применение и рекомендуются для пломбирования полостей II класса небольшого и среднего размера. В связи с высокой вязкостью материала могут возникать трудности краевого прилегания пломб, и, кроме того, существует опасность присутствия пузырьков воздуха по краю и в массе пломбы. По этой причине было предложено вначале наносить тонкий слой текучего композита на дно проксимально расположенной ящикообразной полости, а после этого завершить пломбирование пакуемым композитом.

Следует заметить, что оба композита, и текучий и пакуемый, были разработаны, исходя из пожеланий практических врачей-стоматологов, которым хотелось иметь композиты со специальными рабочими характеристиками. Тем не менее, эти композиты не обладают улучшенными физическими и механическими свойствами. На самом деле, текучие композиты имеют более низкие механические свойства, а пакуемые — боле низкие эстетические свойства по сравнению с универсальными композитами.

Биосовместимость

Полимерные композиты имеют сложную структуру, и поэтому некоторые компоненты состава и продукты разрушения могут выделяться из материала. К этим веществам относятся остаточные мономеры и олигомеры, растворители, такие добавки, как УФ стабилизаторы, пластификаторы и инициаторы. Имеются данные о том, что количество выделяемых из композитов веществ могут составлять до 2% по массе, хотя эта величина непостоянная и зависит, в большей степени, от степени отверждения. Было показано, что некоторые из веществ, выделяемые из композитов, являются цитотоксичными, и в связи с этим в отдаленные сроки могла возникнуть гиперчувствительность, связанная с применением полимерных композитов. Однако этих данных недостаточно, чтобы сделать вывод о том, что применение материалов представляет неприемлемый риск для здоровья пациента, поскольку количество высвобождаемых веществ очень мало, а случаи гиперчувствительности, связанной с полимерными композитами достаточно редки.

Некоторые опасения высказывались в отношении применения бисфенола-А и производных бисфенола-А в составе композитных восстановительных материалов, так к а к эти материалы, к а к было показано, были способны вызывать изменения в эстроген-чувствительных органах и клетках. Однако, исследования выщелачивающихся компонентов показали, что это в большей степени низкомолекулярные мономеры, такие как ММА и ТЭГМА, а не олигомеры типа Бис-ГМА и УДМА. В связи с этим данная проблема не стала предметом широкого обсуждения, как применение амальгам. В настоящее время признано, что никакой угрозы применения полимерных композитов не существует.

Водопоглощение и растворимость

Композиты должны иметь низкий показатель водопоглощения. Если композит может абсорбировать воду, значит он способен абсорбировать и другие компоненты ротовой жидкости, что приведет к изменению его цвета.

Водопоглощение связано со способностью полимерной матрицы абсорбировать воду. Стеклянный наполнитель сам не абсорбирует воду, но может адсорбировать ее на свою поверхность. Поэтому величина водопоглощения зависит от содержания полимера в композите и качестве связи между полимером и наполнителем. Учитывая это, наверное, разумнее связывать величину водопоглощения с содержанием полимера в композит е. Зная показатель водопоглощения одного полимера, можно оценить связана ли величина водопоглощения композита только с полимерной матрицей, или она неоправданно высока.

Данные, приведенные в Таблице 2.2.3, показывают, что если принять во внимание содержание наполнителя в восстановительном материале, то значительные различия между величиной сорбции воды для целого ряда композитов становятся очевидными.

 

* Показатель водопоглощения для полимера получен при допущении, что стекло не абсорбирует воду, и вычислен из расчета объемного содержания полимера (%) из последнего столбца. Переработана из данных публикации Oysaed Н., Ruyter I.E. (1986).

 

Водопоглощение для полимера находится в пределах 40-45 мкг/мм3, а для двух композитов из этой таблицы сорбция воды в 2-3 раза выше, чем можно было ожидать. Возникает вопрос — «куда идет эта дополнительная вода?»

Высокие значения водопоглощения композита, (после пересчета, исходя из количества, присутствующего в нем наполнителя), могут быть связаны с несколькими причинами. Возможно, что материал содержит фракцию с высокой растворимостью, которая и оставляет пространства, заполняемые водой (это может быть связано с неполным отверждением полимера). В дополнение к этому полимер может содержать воздушные пустоты, образовавшиеся при замешивании или наложении пломбы. Еще одной причиной высокого водопоглощения мог быть гидролитический распад связи между наполнителем и полимером, который приводит к абсорбции воды на поверхности частиц наполнителя. Это может привести к двум важным последствиям. Во-первых, по мере того, как утрачивается связь между частицами наполнителя и полимером, наполнитель будет терять свою эффективность упрочняющего компонента материала, приводя в результате к разрушению пломбы. Во-вторых, поверхностная прочность частицы наполнителя будет снижаться, что приведет к повышению износа. Таким образом, сочетание таких характеристик, как высокое содержание наполнителя и высокий показатель водопоглощения, должно вызывать определенное беспокойство относительно качества композита.

Часто предполагают, что водопоглощение может компенсировать до некоторой степени полимеризационную усадку, но процесс поглощения воды достаточно медленный, занимающий много месяцев до своего завершения. Это легко можно показать рассчетным путем, зная коэффициент диффузии воды в композите D, который обычно имеет порядок 1,25х10-9см2с"1. Для образца материала 2 мм толщины достижение равновесного водопоглощения потребует 166 суток, а в образце толщиной 5 мм необходимое время для достижения равновесия превышает 3 года. Таким образом, поглощение воды не сможет предупредить нарушение пограничной связи, так же, как не сможет противодействовать и мгновенной усадке, происходящей в момент отверждения. Конечно, небольшое набухание приведет к некоторому улучшению краевого прилегания пломбы, но вполне вероятно, что это наступит слишком поздно.

Учитывая это, очень важно, чтобы при измерении показателей водопоглощения были приготовлены тонкие образцы для того, чтобы в реальный отрезок времени достичь равновесного состояния в сорбции воды. Кроме того, для сравнения данных по водопоглощению в расчет следует принимать и количество стеклонаполнителя.

Коэффициент теплового расширения

Для того, чтобы напряжения в композите, возникшие в результате температурных колебаний и связанных с ними расширений и сокращений композитной пломбы, были минимальными, коэффициент теплового расширения композита должен быть близок к этому показателю твердых тканей зуба. Стеклянный наполнитель имеет низкий коэффициент теплового расширения, в то время как у полимера он высок, поэтому, чем больше неорганического наполнителя в композите, тем ниже будет коэффициент расширения. Поскольку в микронаполненных композитах больше содержится полимера, причем не только в виде матрицы, но и на предполимеризованных частицах наполнителя, коэффициент их теплового расширения высок по сравнению с таковым у стеклонаполненных композитов.

Примерные величины коэффициентов теплового расширения некоторых, имеющихся в продаже, композитов представлены в Таблице 2.2.4, в которой также приведено сравнение с коэффициен том теплового расширения эмали в виде их отношения.

 

Рентгеноконтрастность

Когда композиты используют в качестве пломбировочного материала, и особенно, для жевательных зубов, их рентгеноконтрастность представляет особую важность. Определение кариеса под рентгенопрозрачной композитной пломб ой практически невозможно, что позволит кариозному процессу развиваться длительное время до его обнаружения. У некоторых композитов рентгеноконтрастность ниже, чем у дентина, что не очень хорошо, потому что не позволяет с помощью рентгеновских лучей обнаружить наличие кариеса. Тем не менее, еще не известно какой оптимальной рентгеноконтрастностью должен обладать композит, поскольку избыточная рентгеноконтрастность может потенциально маскировать кариес, располагающийся под пломбой. Все-таки, композит должен иметь, по крайней мере такую же рентгеноконтрастность, как эмаль. Некоторые композиты, не удовлетворяющие этому требованию, не должны использоваться в качестве пломбировочного материала для жевательных зубов.

Соответствие по цвету

Эстетические качества композитов хорошо известны. Самые ранние композиты страдали изменением цвета, которое может проявляться в трех видах:

• изменение цвета по краю пломбы;

• изменение цвета всей поверхности;

• изменение цвета всего объема пломбы.

Изменение цвета по краю обычно появляется при наличии щели между пломбой и тканями зуба. Остатки органических веществ проникают в щель и приводят к краевому окрашиванию. Устранение краевой щели полностью предупреждает этот тип окрашивания. Если краем является эмаль, то устранить эту проблему можно путем кислотного протравливания для создания связи с эмалью. Связь между протравленной эмалью и композитом достаточно прочная и долговечная, она позволяет достичь хорошей герметичности по краю пломбы и предупредить проникновение органических веществ. Обычно рекомендуют использование ненаполненного полимера в качестве адгезива, так как это помогает улучшить краевое прилегание.

Изменение цвета всей поверхности композита может быть связано с ее шероховатостью и вероятно происходит с теми полимерными композитами, в которых использованы большие по размеру частицы наполнителя. Органические вещества застревают в пространствах между выступающими частицами наполнителя и трудно удаляются при чистке зубов. Полирование подходящим абразивом, таким как пасты с оксидом алюминия, должно удалить это поверхностное окрашивание. Важно, чтобы полирование было проведено в несколько этапов, например, вначале алмазным инструментом с размером абразива 20 мкм, затем пастой с частицами размером 7 мкм и окончательная (финишная) обработка пастой с частицами размером 1 мкм. Это даст оптически гладкую полированную поверхность микронаполненных композитов без каких-либо ямок и царапин, так можно отполировать и гибридные композиты с небольшими по размеру частицами наполнителя. Иногда наблюдают темный изрытый участок нарушения цвета, который возник из-за вскрытия воздушных пузырьков по мере износа композита. Такое нарушение цвета не может быть легко удалено, и лучше заменить пломбу светоотверждаемым композитом, не оставляя в материале «замороженных» пузырьков воздуха, благодаря соблюдению правил наложения пломбы.

Изменение цвета всего объема или большой глубины пломбы представляет особую проблему, если она изготовлена из композита химического отверждения типа паста-паста с аминным активатором. Изменение цвета такой реставрации происходит медленно в течение продолжительного времени, придавая пломбе отчетливо желтую окраску. Этот вид нарушения цвета возникает как из-за химического разрушения компонентов в матрице полимера, так и абсорбции ротовой жидкости. Композиты, активируемые видимым светом, имеют значительно большую цветовую стабильность.

Подобно внедрению в практику пакуемых и текучих композитов, продиктованное клинической необходимостью, производители разработали и выпустили целый ряд новых композитов с высокими эстетическими качествами. Эти композиты наполнены частицами с минимальным размером - не более 2 мкм и средним около 0,6 мкм, что делает их великолепно полируемыми. В настоящее время имеется целая «артистическая» палитра с большим разнообразием материала по цвету и прозрачности.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Прочность на сжатие

Если сравнивать прочность на сжатие ряда композитов и амальгам с этим показателем для эмали и дентина, то окажется, что эти материалы очень близки (Таблица 2.2.5). Интересно отметить, что композиты для передних зубов имеют сходные показатели по прочности на сжатие с композитами для жевательных зубов, но, тем не менее, рекомендации по их использованию различны. Важно понять значимость этой оценки. Будучи относительно простой, для измерения, величина прочности на сжатие материала часто цитируется в литературе. К сожалению, публикуемые данные бывает трудно интерпретировать из-за неоднозначности возможных вариантов разрушения при сжатии, а именно:

Пластичные материалы могут расплющиться, напоминая пластилин;

  • Такие хрупкие материалы, как стекло и камень, могут разлететься в разные стороны;
  • Длинные и тонкие образцы могут изогнуться в продольном направлении.

Нетрудно представить насколько сложные напряжения могут возникать в образцах материалов при испытании их на сжатие. И если задать себе вопрос, разрушаются ли пломбы по какому-либо из приведенных выше вариантов, то ответ, вероятно, будет отрицательным. Скорее всего реставрации будут разрушаться от растяжения (из-за действия изгибающих сил), так как композиты имеют очень маленький предел прочности на растяжение или разрыв. Таким образом, прочность на сжатие является плохим показателем сопротивляемости материала разрушению, поскольку не существует простой взаимосвязи между прочностью на сжатие материала и его пределом прочности на разрыв.

Прочность при диаметральном разрыве или диаметральная прочность

Если пломбировочные материалы с большей вероятностью разрушаются в режиме растяжения, то более разумно измерять предел их прочности на разрыв, а не на сжатие. К сожалению, определять прочностные свойства на разрыв для хрупких материалов крайне трудно, и такое испытание дает большой разброс данных. Причиной этого является высокая чувствительность хрупких материалов к присутствию внутренних дефектов и небольших поверхностных трещин, которые невозможно устранить. Вследствие этого предел прочности на разрыв композитов зависит от качества полирования поверхности.

Испытание для определения диаметральной прочности является альтернативным методом при измерении предела прочности на разрыв материала. И хотя и при этом испытании в образцах материала возникают сложные напряжения, но результаты достаточно воспроизводимы, а изучаемое свойство легко измерить. По этим причинам данные по диаметральной прочности стоматологических материалов часто приводят в литературе. Интересно отметить, что этот тест обычно применяют для хрупких материалов. Значит, если приводят данные диаметральной прочности, а нетрадиционного предела прочности на сжатие, это указывает на то, что исследованный материал хрупок и поэтому страдает от недостатка прочности при ударе.

Типичные величины диаметральной прочности для ряда композитов приведены в Таблице 2.2.6. Из этих цифр видно, что традиционные композиты для восстановления передних зубов имеют величины прочности при диаметральном разрыве близкие к показателями прочности современных композитов для жевательных групп зубов. Но клинический опыт показывает, что традиционные композиты имеют недостатки при пломбировании жевательных зубов. Данные по диаметральной прочности, как и показатели прочности на сжатие, не являются прямым показанием к применению конкретного композита, так как не позволяют прогнозировать его свойства в клинических условиях.

В связи с тем, что композиты все чаще используют для пломбирования жевательных зубов, частота отколов пломб будет, вероятно, возрастать по причинам, которые рассматривались в этой главе.

Твердость

Твердость поверхности стоматологического материала может быть измерена непосредственно с применением ряда методик, а полученные результаты использованы для сравнения различных композитов. Раньше полагали, что твердость является надежным показателем сопротивляемости износу композита, и это, отчасти, справедливо.

Исходные акриловые полимеры были весьма мягкими материалами, но их твердость и устойчивость к износу были значительно улучшены добавлением наполнителя. Измерения твердости вначале позволяли судить об износостойкости материала, но в настоящее время это соотношение нарушилось, как только стали применять новые поколения композитов с высоким содержанием наполнителей.

Износ

Износ — это процесс, при котором материал смещается или удаляется при действии сил, возникающих при трении двух поверхностей одна о другую. В полости рта могут иметь место износа, представленные ниже.

Абразивный износ

Когда две поверхности трутся одна о другую, более твердая из них может вызвать образование углублений и желобков или срезать часть материала с другой поверхности. Этот прямой контактный износ известен под названием истирание при абразивном контакте двух тел, и происходит он в полости рта при наличии непосредственного контакта зубов. В клинике это называют стираемостью зубов.

Абразивный износ может также происходить при заполнении пространства между двумя поверхностями абразивной гидросмесью, даже при отсутствии прямого контакта между двумя твердыми поверхностями. Этот тип износа называют истиранием при абразивном контакте трех тел, и происходит он в полости рта при жевании, а пища выступает в качестве абразивного агента (зубные пасты действуют как абразивная гидросмесь между зубной щеткой и зубом).

Усталостное изнашивание

Повторные нагрузки на зубы вызывают циклические напряжения, которые со временем могут привести к росту усталостных трещин. Эти трещины часто образуются под поверхностью, а затем, сливаясь выходят на поверхность материала.

Коррозионный износ

Химическое воздействие на композит может произойти по типу гидролитической деструкции полимера, разрушения межфазной структуры полимер-наполнитель или эрозии его поверхности.

Вполне очевидно, что каждый из перечисленных выше механизмов вовлечен в процесс износа композитов. В месте окклюзионного контакта основными механизмами износа будут абразивное истирании при контакте двух тел и усталостное, в то время как при отсутствии прямого контакта доминирующим будет истирание незакрепленным абразивом, находящимся в контакте с двумя поверхностями, т.е. при взаимодействии трех тел. Коррозионный износ может наблюдаться в обеих ситуациях, а в сочетании с нагрузками, создающими напряжения, может привести к образованию напряженно-коррозионной трещины. Трещина медленно увеличивается и приводит к разрушению

материала.

Поскольку износ является многофакторным процессом, его нельзя определять с помощью измерения какого-то одного параметра. Была замечена слабая корреляция между механическими свойствами и износом, а некоторые из физических свойств, такие как низкое водопоглощение, могут быть только показателями потенциальной устойчивости к износу, особенно, в отношении коррозионного износа.

В целом, высокая степень наполнения, гладко полируемая поверхность, устойчивый к гидролизу полимер и прочная связь между наполнителем и полимером являются необходимыми свойствами композита, предназначаемого для пломбирования жевательной группы зубов. Однако, следует оговориться, что эти параметры сами по себе не гарантируют материалу его износостойкость.

Для изучения износостойкости материала в качестве альтернативного подход можно принять методы лабораторного моделирования клинических условий. К сожалению, очень трудно смоделировать все условия в полости рта, которые могут активно влиять на процесс износа. И хотя in vitro был испытан целый ряд методов для измерения скорости износа, ни один из них, как было найдено, не может быть использован для достаточно точного прогнозирования износостойкости композитов при восстановлении ими жевательных зубов в условиях in vivo.

Другим камнем преткновения является проблема разработки надежного лабораторного теста износостойкости, способного давать хорошую корреляцию с клиническими данными, которые сами по себе исключительно трудны для получения и интерпретации. Из многих переменных показателей, которые следует принимать во внимание, разная степень износа у разных пациентов является одной из наиболее трудных для понимания. Тем не менее, было показано, что существует значительное различие в скорости износа между окклюзионными контактными зонами и бесконтактными участками. В этой связи следует отметить, что любые цифровые данные о скорости износа бессмысленны до тех пора, пока они не сопровождаются информацией о методах, использованных при их определении.

Размер пломбы может также оказать влияние на скорость износа, вероятно, из-за большей площади прямого контакта поверхности зуба и пломбы. Необходимо учитывать также, что большие по размеру пломбы ставят на жевательные зубы, подвергающиеся наибольшим окклюзионным нагрузкам.

Таким образом, даже полученные in vivo данные, являются лишь ориентировочными в оценке способности композитных пломб жевательных зубов противостоять износу. Ситуация осложняется и тем, что до настоящего времени еще не разработано общепринятого метода определения износа in vivo, и поэтому полученные результаты следует интерпретировать с большой осторожностью.

Лучшим измерением устойчивости композитных материалов к износу на жевательных зубах является оценка их клинического состояния. Несмотря на значительные улучшения пломбировочных материалов за последние годы, все же следует избегать применения композитов в тех участках, где будет прямой окклюзионный контакт, подвергающийся значительным функциональным нагрузкам. Поскольку окклюзия должна проверяться до начала лечения, необходимо также максимально минимизировать наличие центральных или скользящих контактов, а лучше вообще их избегать.