Влияние давления на состояние эластических протезных прокладочных материалов.
Применение эластических пластмасс в ортопедической стоматологии в основном происходит при съемном протезировании и изготовлении челюстно-лицевых конструкций.
Их рекомендуется использовать при грибовидном альвеолярном отростке, экзостозах, выраженном торусе, для равномерного распределения нагрузки, ускорения адаптации [126, 171,189]. Эластические прокладочные материалы улучшают фиксацию съемных протезов, повышают жевательную эффективность, их расположение под жестким базисом создает ощущение комфорта.
Также разработаны конструкции шин с использованием эластических материалов, которые амортизируют силы жевательного давления в горизонтальных направлениях, сливекируяразницу в податливости слизистой оболочки, легко снимаются и одеваются,не травмируя зубы.
Известна конструкция съемного протеза, в которой для снижения нагрузки на подлежащие ткани используют прокладку из эластической пластмассы между искусственными зубами и базисом. Отмечается, что при таком более изолированном положении, ослабляется действие слюны, и прокладка дольше сохраняет свою эластичность, чем в случае ее применения на внутренней поверхности базиса.
Широкое применение эластические материалы нашли в практике челюстно-лицевого протезирования.
К недостаткам эластических прокладок относят следующее:
- потеря эластичности из-за старения уже через 6-12 месяцев;
- невозможность полирования, рыхлость;
- отсутствие оптимального краевого прилегания эластомеров;
- сложность обработки режущим инструментом.
Эластические прокладки классифицируются:
1)В зависимости от природы материала:
- акриловые
- поливинилхлоридные
- силиксановые или силиконовые
- полифазеновые флюоэластомеры (фторкаучуки);
2) от условий полимеризации:
- пластмассы высокотемпературной полимеризации (Эладент-100, Эластопласт, ПМ-01, Палазив-62, Новус-ТМ);
- пластмассы низкотемпературной полимеризации (Ортосил-М,Коррентил, Элексон и другие).
Полихлорвиниловые материалы лучше противостоят стиранию, чем акриловые и силиконовые, и прочнее срастаются с базисом, чем силиконовые компаунды.
Однако, присутствие в составе полихлорвиниловых композиций пластификатора обуславливает недостатки, свойственные пластмассам с внешней пластификацией, миграция пластификатора, старение).
Ряд авторов приводят данные о небольшом термине сохранения эластичных пластмасс своих первичных свойств, в составе зубных протезов, от 4 недель до 1-1,5 лет (в зависимости от вида эластичного материала). Причиной настолько быстрого старения эластичных пластмасс считается смывание слюной некоторых ингредиентов (в основном пластификаторов).
Но нигде не указана роль на этот процесс функциональных нагрузок, которые в течение всего времени пользования многократно и с различной силой действуют на эластические материалы.
Цель данной работы – изучить влияние нагрузок на процесс старения и утрату первоначальных свойств эластических прокладочных материалов.
Материалы и методы:
С целью изучения этого вопроса были проведены исследования модельных образцов эластических материалов на сжатие и определение изменения их размеров и массы, вследствие действия на них нагрузок.
Согласно инструкции к использованию материалов были изготовлены модельные образцы. Размеры модельных образцов: длина – 15 мм, ширина – 10 мм, высота – 5мм. Программа испытаний проводилась на машинах УТС-10и УТС-100 (Германия).
Испытания проведены в соответствии с положением стандарта ГОСТ-4651-98. Как известно, полимер по своей структуре неоднороден, в нем существуют слабые (дефектные) и более прочные участки.
При нагрузке слабые места являются концентраторами напряжения, поэтому в полимере происходят локальные микро разрывы цепей, приводящие к образованию микротрещин и микропустот размером примерно 2-20 мм, которые способствуют увеличению свободного объема образца. В зависимости от величины и продолжительности действия механических сил полимер подвергается деформации и разрушению. Заметим, что при обратимой деформации после устранения внешних сил полностью восстанавливается первоначальная форма образца – упругая или эластическая деформация. Чем сильнее внешнее механическое воздействие, тем значительнее изменение структуры и свойств полимеров.
Для определения предела обратимой деформации были изготовлены 5 образцов из различных эластических материалов: N1 из ПМ-01, N2 – ПМ-С, N3 -, N4, N5-.
С целью изучения и анализа влияния нагрузок на размеры и массу эластических прокладочных материалов было изготовлено 12 модельных образцов, по 3 из каждого исследуемого материала. Размеры модельных образцов: длина – 15 мм, ширина – 10 мм, высота – 5 мм. Все разделили на три группы по степени предполагаемого давления. Первую группу составили 4 модельные образца (№1, №2, №7, №8), которые не нагружались. Вторую группу составили4 модельные образца (№3, №4, №9, №10), которые подвергались сжатиям, вызывающим их 20% объемную деформацию. Третья группа состояла из 4 модельных образцов (№5, №6, №11, №12), которые испытывали сжатие, вызывающее их 40% объемную деформацию.
Нагрузка действовала на модельные образцы вертикально.
Сжатия производились ручным прессом, и нагрузка передавалась вертикально с помощью придавливания образцов крышкой металлической формы до момента ее плотного касания подставки с расположенными в нем образцами. При этом происходило сжатие модельных образцов по высоте h на 20% во второй группе и 40% своего объема – в 3-й группе. Все образцы 2-й и 3-й групп были сжаты 1000 раз. Их измеряли сразу после снятия нагрузки и через 1 час. Измерения проводились микрометром МК 0-25мм, ДСТ 6507-60 с точностью0,01 мм.
Параллельно исследовалось влияние нагрузок на массу и пористость модельных образцов.
Все 12 образцов перед сжатием были взвешены на электронных лабораторных равноплечих весах второго класса модели ВЛР – 200 гр., ДТС – 19491-74 (погрешность взвешивания, которая допускается, ± 0, 00015 гр.) и определена их исходная масса – М0. Потом вычислялиизменение массы модельных образцов после взвешивания – ∆М1, ∆М1 =М1 – М0,где М1 – масса образца после взвешивания. Чтоб определить пористость модельных образцов после нагрузок, их выдерживали в течение 24 часов в бидистилляте, после чего тщательно вытирали гигроскопичной бумагой и взвешивали. Масса модельных образцов после их нахождения в воде – М2. Потом находили изменение массы образцов после замачивания∆М2 = М2-М1.
После чего вычисляли процентное изменение массы модельных образцов – А, где А = (∆М2/∆М1) 100%.
Результаты исследований.
В таблице №1 представлены данные испытаний 4 образцовисследуемых материалов на сжатие.
Таблица №1
Результаты исследований материалов на сжатие.
| № п/п | Fm, H | E, H/см2 | Am, % | W, Дж |
| 1 | 54,3 | 0,0014 | 25 | 0,098 |
| 2 | 54,2 | 0,0013 | 27 | 0,0966 |
| 3 | 55,9 | 0,0018 | 26 | 0,1001 |
| 4 | 54,6 | 0,0013 | 23 | 0,098 |
Обозначения величин в таблице:
Е, Н/см2 – модуль упругости материла образцов при сжатии;
Fm, Н – максимальное значение разрушающего усилия при сжатии;
Am, % – относительная деформация образцов при сжатии;
W, Дж – работа, затраченная на разрушение образца.
Глядя на эти данные, модельные образцы анализировали, определяя изменение объёма при нагрузках, которые вызывают их объёмную деформацию на 20% и 40%, в зависимости от цикла сжатий, таблица №2.
Таблица №2.
| Количество сжатий | После І-го сжатия | После 100 сжатий | После 200 сжатий | После 300 сжатий | После 500 сжатий | После 800 сжатий | После 1000 сжатий | |||||||
| Время измерения после снятия нагрузки | Сразу | Через10 мин | Сразу | Через10 мин | Сразу | Через10 мин | Сразу | Через10 мин | Сразу | Через10 мин | Сразу | Через10 мин | Сразу | Через10 мин |
| № группы | ||||||||||||||
| І | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| ІІ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | -0,28 ±0,18 | 0 | -0,3 ±0,1 | 0 | -0,3 ±0,1 | -0,05 ±0,15 | -0,33 ±0,13 | -0,1 ±0,1 |
| ІІІ | -0,8 ±0,2 | -0,55 ±0,35 | -4,25 ±0,75 | -3,4 ±0,2 | -5,1 ±0,3 | -4,05 ±0,35 | -5,9 ±0,5* | -5,15 ±0,55 | -6,5 ±0,3* | -5,8 ±0,4 | -7,2 ±0,6* | -6,5 ±0,5* | -7,75 ±0,35* | -7,2 ±0,6* |
* - расхождения между ІІ и ІІІ группами значимы при р<0,001.
Полученные результаты показывают, что объём образцов уменьшается в среднем на 7,2% ± 0,6 %после 1000 сжатий при нагрузке, которая вызывает 40% деформацией (ІІІ группа, обр. №9 – 12).
Таблица №3
Влияние нагрузки на массу полимерных образцов
| № образца | Размер деформации | Исходная масса,М0, г | Масса после нагрузки, М1,г | Изменение массы после нагрузки, ∆М1, г | Масса после 2 суток нахождения в воде, М2,г | Изменение массы образца после замачивания, ∆М2,г | А, масс % |
| Партия І | |||||||
| 1 | Без деформации | 0,78360 ±0,00015 | 0,78360 ±0,00015 | 0 | 0,78480 ±0,00025 | 0,00120 ±0,00020 | 0,15 ±0,03 |
| 2 | Без деформации | 0,79325 ±0,00015 | 0,79320 ±0,00015 | -0,00005 ±0,00015 | 0,79425 ±0,00022 | 0,00105 ±0,00018 | 0,13 ±0,03 |
| 3 | Деформация 20% | 0,78530 ±0,00015 | 0,78535 ±0,0002 | 0,00005 ±0,00015 | 0,78760 ±0,00026 | 0,00225 ±0,00021 | 0,29 ±0,05 |
| 4 | Деформация 20% | 0,78220 ±0,00015 | 0,78215 ±0,00023 | -0,00005 ±0,00015 | 0,78455 ±0,00028 | 0,00240 ±0,00023 | 0,31 ±0,06 |
| 5 | Деформация 40% | 0,78700 ±0,0002 | 0,77135 ±0,00036 | -0,01565 ±0,00105 | 0,77720 ±0,00043 | 0,00585 ±0,00027 | 0,76 ±0,1 |
| 6 | Деформация 40% | 0,78880 ±0,00025 | 0,77475 ±0,00039 | -0,01405 ±0,00095 | 0,78150 ±0,00044 | 0,00675 ±0,00029 | 0,87 ±0,12 |
| Партия ІІ | |||||||
| 7 | Без деформации | 0,79530 ±0,00018 | 0,79530 ±0,00015 | 0 | 0,79620 ±0,00019 | 0,00090 ±0,00016 | 0,11 ±0,03 |
| 8 | Без деформации | 0,80755 ±0,00015 | 0,80760 ±0,00017 | 0,00005 ±0,00015 | 0,80830 ±0,00016 | 0,00075 ±0,00015 | 0,09 ±0,02 |
| 9 | Деформация 20% | 0,78655 ±0,00019 | 0,78650 ±0,00024 | -0,00005 ±0,00015 | 0,78790 ±0,00021 | 0,00135 ±0,00019 | 0,17 ±0,04 |
| 10 | Деформация 20% | 0,78175 ±0,00015 | 0,78165 ±0,00020 | -0,00010 ±0,00015 | 0,78255 ±0,00026 | 0,00090 ±0,00020 | 0,12 ±0,03 |
| 11 | Деформация 40% | 0,78710 ±0,00017 | 0,77035 ±0,00032 | -0,01675 ±0,00135 | 0,77550 ±0,00038 | 0,00515 ±0,00026 | 0,67 ±0,09 |
| 12 | Деформация 40% | 0,78490 ±0,00015 | 0,77265 ±0,00034 | -0,01265 ±0,00115 | 0,77625 ±0,00040 | 0,00460 ±0,00030 | 0,69 ±0,08 |
∆М1= М1 – М0;
∆М2= М2 – М1;
А – процентное изменение массы модельных образцов;
А = (∆М2/∆М1) 100%.
Как видно из таблицы №3 поглощение воды образцами №3, №4 и №7,№9 составляет приблизительно по 0,3 % и 0,2 %; 0,1%, а для образцов №5, №6 и №11, №12 – 0,8; 0,9 и 0,7 и 0,6%. Из этого следует сделать вывод о том, что при большем сжатие (около 40 масс. %) модельные образцы находятся на предыдущей стадии разрушения.
Интересно отметить, что при сжатии образцов до крайней деформации потеря массы образца меньше на порядок, чем поглощение воды, что свидетельствует об увеличении высшей крайней оборотной деформации (образцы №5, №6 и №11 и №12) потеря массы образцов приблизительно на 0,01 м больше величины поглощения воды. Можно допустить, что в этом случае возникают разрывы связей в сополимере, то есть полимер разрушается.
Выводы:
Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что исследуемые материалы могут эксплуатироваться без разложения при нагрузках, которые вызывают их объёмную деформацию на 20%, то есть меньше крайнего модуля упругости. Проведены физико-химические исследования впервые показали, что механические нагрузки, приложенные к образцам эластичногополимера, существенно влияют на старение материалов, которые используются в ортопедической стоматологии.