Классификация композиционных материалов

Композиционные материалы можно различать в зави­симости от размера частиц неорганического наполните­ля и вида полимеризации.

Классификация композиционных материалов в зави­симости от размера частиц наполнителя была разрабо­тана F. Lutz и R. W. Phillips (1983). Она предусматрива­ет следующие их виды:

• макрофилированные (макронаполненные) компо­зиты;

• минифилированные (мининаполненные) компози­ты;

— микрофилированные (микронаполненные) композиты;

• гибридные композиты;

• мелкодисперсные гибридные композиты (микро­гибриды);

• негомогенные микрофилированные композиты.

К настоящему времени классификация дополнена новым видом материалов - тотально выполненные ком­позиты. В современном варианте она представлена на схеме 2.

В состав макрофилированных композитов

входят неорганические наполнители с размером частиц от 2 доЗО мк. Первый композит, предложенный R. L. Bowen, был изготовлен на основе кварцевой муки, предварительно обработанной силаном с размерами ча­стиц до 30 мк. При сравнении первых композитов с тра­диционными пломбировочными материалами выделя­лись их высокая эстетичность, хорошее краевое приле­гание и высокие физико-механические свойства. Даль­нейшие клинические наблюдения показали, что пломбы из макрофилированных композитов плохо полируются,

использовать комбинацию "макрофил-микрофил", по так называемой технике ламинирования. Согласно этой ме­тодике, основу пломбы или реставрации представляет макрофилированный композиционный материал, кото­рый затем покрывается микрофильным композитом. Подобный подход позволяет сочетать значительную ме­ханическую прочность макрофильных композиционных материалов и высокую (до зеркального блеска) полиру-емость микрофильных. Это дает возможность использо­вать данную методику при восстановлении полостей IV класса, где нужна очень высокая резистентность ма­териала к отлому и которую не может обеспечить толь­ко одно применение микронаполненных композицион­ных материалов.

Мининаполненные композиционные материа­лы характеризуются несколько меньшими размерами частиц наполнителя — 1-5 мк, в среднем чаще встреча­ются размеры частиц 3-5 мк. За счет уменьшения раз­меров частиц наполнителя увеличивается суммарная об­щая площадь их поверхности. Это приводит к тому, что для связывания и обволакивания неорганических частиц органической фазой материала необходимо большее ко­личество акриловых смол. Поэтому в мининаполненных композитах уменьшается процентное содержание (по весу и объему) неорганического наполнителя. В среднем объемное содержание наполнителя составляет около 50-55%. Примером подобного типа композиционных материалов может быть "Стомадент".

Через 10 лет после внедрения первых композици­онных материалов удалось создать новое поколение микронаполненных композиционных материалов, в со­став которых входят микрофилированные частицы диок­сида кремния и других наполнителей. Отдельные части­цы имеют шаровидную форму и изготавливаются путем гидролиза силициумтетрахлорана. Образовавшиеся мел­кодисперсные зернышки в 1 000 раз меньше микрофи-лированных наполнителей, а их удельная поверхность

17

Зак. 1005

их поверхность остается шероховатой и в последующем, как правило, изменяется по цвету. Шероховатость плом­бы сопровождается выраженным стиранием зуба-анта­гониста и самой пломбы. Макрофилы, содержащие час­тицы наполнителя размером 1 -8 мк, так называемые small particle macrofilled system — макрофильные системы с небольшими частицами, иногда называются полуполи­руемыми материалами; содержащие частицы размером более 10 мк, полируются плохо — неполируемые мате­риалы.

К группе макронаполненных материалов можно отне-сти следующие композиты: "Prismafil" ("Caulk"), "Concise", "Valux" ("3M"), "Estilux" ("Kulzer") и другие. Можно отметить, что большинство из них в настоящее время почти не выпускаются промышленностью в связи с отмеченными выше недостатками.

Макрофилированные композиты характеризуются значительной степенью наполнения материала неорга­ническим наполнителем — 70-80 % по весу и 60-70 % по объему. Благодаря своим высоким физико-механичес­ким свойствам макрофилы более резистентны к отлому, поэтому довольно целесообразно их применение для вос­становления полостей II, IV класса, подвергаемых зна­чительному давлению. Вследствие своей низкой полиру-емости они в последнее время заменяются гибридными

материалами.

Типичными клиническими ситуациями, когда макро­филы могут успешно применяться, являются (по R. Е.

Jordan, 1993):

• очень большие реставрации коронок зубов, особен­но в участках, подверженных значительному же­вательному давлению;

• большие реставрации на передних зубах нижней че­люсти ;

— пломбирование полостей II класса, где эстетика не имеет большого значения.

Если возникает клиническая необходимость, можно

увеличивается при этом в 1 ООО раз. Обычный размер ча­стиц наполнителя составляет 0,04-0,4 микрон, а объем­ное его содержание — примерно 30-50 %, в среднем 35-37 %. Это приводит к снижению прочности матери­ала из-за того, что высокая суммарная площадь поверхо-сти частиц наполнителя требует для своего связывания большее количество органического связующего. С дру­гой стороны, эти материалы дают очень высокую степень полировки поверхности реставрации или пломбы — практически до очень гладкой, почти зеркальной повер­хности. Разновидностью микронаполненных композитов являются негомогенные микронаполненные компози­ционные материалы, в состав которых входят мелко­дисперсный диоксид кремния и микронаполненные пре-полимеризаты. При изготовлении этих композитов к ос­новной массе наполнителя добавляются предваритель­но полимеризованные частицы, размер которых состав­ляет примерно 18-20 мк. Благодаря такой методике из­готовления композитов достигается более высокое на­сыщение наполнителем, достигающее 75-80 % по мас­се. В клинике пломбы из таких мелкодисперсных компо­зитов характеризуются гладкой поверхностью, высокой цветоустойчивостью, эластичностью и легко полируют­ся. По этой схеме построены такие композиты, как "Silux Plus" ("ЗМ"), "Helioprogress", "Heliomolar" ("Vivadent"), "Multifil VS" ("Heraeus Kulzer"), "BisfilM" ("Bisco") и др.

Гибридные композиционные материалы. Мик­ронаполненные композиты за счет практически зеркаль­ной полировки позволили достичь очень высокого кос­метического эффекта пломбирования зубов. Однако их прочность была недостаточной, чтобы выдерживать зна-чи ичн.пое жевательное давление, которое испытывают оокипые I у Г» 1,1 и режущие края фронтальных зубов. По-нпму пыли предприняты попытки повысить прочность микриплпштенпых композитов за счет введения в их («кщи части неорганического наполнителя больших размеров. Такие материалы получили название гибрид-пых. В первых гибридах было использовано сочетание микрочастиц размером меньше 1 мк и макрочастиц раз­мером больше 8-10 мк неорганического наполнителя -макрогибридные материалы. Несмотря на улучше­ние качества этих материалов, они по своим основным пюйствам больше приближались к макрофилированным композитам: пломбы имели шероховатую поверхность, поменялись через некоторое время по цвету (за счет по-i.мощения пигментов пищи) и вызывали стираемость )убов-антагонистов.

s

«в

* 8.0

Щ' -■

I 6.0

* В*

* 4.0 в б о»

3 2.0

э

_I'

Более удачным оказалось сочетание микро- и мини-частиц (1-2 мк) неорганического наполнителя, что по-июлило создать новый вид - микрогибридные компо­зиционные материалы. Они сейчас доминируют при пломбировании и восстановлении фронтальных и боко-пых зубов, приближаясь по своим свойствам к идеаль­ным композиционным реставрационным материалам (H.Suh et al., 1990). Микрогибриды отличаются разно­образными наполнителями, высокой их концентрацией н материале (70-80%) и, как правило, отличными физи­ко-механическими показателями (рис. 2). В качестве

как "Prisma ТРН" ("Dentsply"), "Z-100" ("ЗМ"), "Prodigy" ("Kerr"), "Degufil Ultra" ("Degussa"), "Brilliant" ("Coltene"), "Charisma" ("Heraeus Kulcer") и др. Как и макронаполненные материалы микрогибриды за счет содержания неорганических частиц относитель­но большого размера имеют значительную резистент­ность к отлому. Практически все композиционные мате-рпаллы, содержащие более 75 % наполнителя по весу, обладают очень хорошей устойчивостью к отлому. При­менение более новых видов акриловых смол, обладаю­щих улучшенными физико-механическими характерис-гиками, позволяет микрогибридам достичь очень высо­кой (до 10-15 лет) стабильности цвета реставрации или пломбы. Вследствие тщательно подобранного соотноше­ния микро- и миничастиц неорганического наполнителя микрогибридные композиты допускают универсальное использование для восстановления как фронтальных, так и боковых зубов. Это обеспечивается удачным сочета­нием довольно высокой полируемости и механической прочности этих материалов. За счет высокого содержа­ния неорганического наполнителя микрогибриды обла­зают высокой рентгеноконтрастностью, что имеет боль­шое значение при пломбировании полостей на контакт­ных поверхностях зубов и для последующего выявления вторичного кариеса.

Дальнейшее развитие гибридных композиционных материалов привело к созданию так называемых тоталь-I к) выполненных гибридных композитов. Они характери-зу ются наиболее оптимально подобранным составом ча­стиц неорганического наполнителя различных размеров: микро-, мини- и макрочастиц (рис. 3). Это позволяет до­стичь еще лучших физико-механических свойств и по­лируемости материала. К тотально выполненным гибри-лам относятся такие популярные в настоящее время ма­териалы: "Prisma ТРН", "Spectrum ТРН" ("Dentsply") "Valux Plus" ("ЗМ"), "Herculite XRV" ("Kerr") и др. Обычно заводы-изготовители, учитывая универсаль-

примера можно привести следующие материалы: "Prisma ТРН" ("Dentsply"), "Z-lOO", "Р-50" ("ЗМ"), "Prodigy" ("Kerr"), "Tetric" ("Vivadent"), "Degufil Ultra" ("Degussa"), "Brilliant" ("Coltene"), "Charisma" ("Heraeus Kulzer") и многие другие.

Эти гибридные композиты лучше полируются, чем макрофильные, но хуже, чем микрофильные материалы. Однако в целом при довольно длительной полировке по­верхность выполненной из них реставрации можно до­вести до хорошего зеркального блеска, что позволяет применять этот вид композитов и для восстановления фронтальных зубов. Микрогибриды обычно являются сильнонаполненными материалами — до 75-80 % по весу. Они очень устойчивы к отлому в клинических ситуациях, где реставрации зубов'подвергаются значи­тельному жевательному давлению, т.е. в боковых участ­ках челюстей. Согласно длительным клиническим иссле­дованиям микрогибридные композиционные материалы характеризуются великолепными физическими свой­ствами, высокой, до блеска полируемостью; резистент­ностью к отлому, стабильностью цвета, универсальным использованием, рентгеноконтрастностью, широкой шкалой оттенков цвета материала, довольно простой методикой применения, высокой вязкостью, высокой ста­бильностью (сохранение качества пломбы или реставра­ции).

Под великолепными физико-механическими свой­ствами микрогибридов подразумевается высокая сопро­тивляемость при сдавливании, изгибе, низкое водопог-лощение и коэффициент термического расширения (при­ближающийся по своему значению к твердым тканям зубов). В связи с содержанием в микрогибридах очень маленьких частиц неорганического наполнителя они от­носительно хорошо полируются, хотя этот процесс за­нимает значительно больше времени, чем полировка микронаполненных гибридных материалов. Очень хоро­шей полируемостью отличаются такие микрогибриды,

пость применения этих материалов, предлагают доволь­но большую гамму цветовых оттенков материала, а так­же удобную, легкую и простую для клинического исполь­зования упаковку (шприцы, карпулы и т.п.). Довольно высокая вязкость материала (в определенных темпера­турных пределах) дает возможность провести качествен­ную пластическую обработку, формирование и конден­сацию материала с высокой степенью контроля и без об­разования пор в реставрации.

Для более эстетического восстановления коронки зуба необходима полная имитация его твердых тканей (дентина, эмали) не только по цветовым оттенкам, но и по степени их непрозрачности (прозрачности). В интак-тном зубе разные твердые ткани обладают различной способностью пропускать или поглощать свет. Наиболее непрозрачен дентин - он пропускает 50 % и менее света. Эмаль более прозрачна - она поглощает около 40 % све­та. Наиболее прозрачна эмаль режущего края коронок зубов — задерживает 30 % света (или другими словами прозрачна на 70 %). Исходя из этого, выпускаются ден­тинные (опаковые) оттенки композита, эмалевые и от­тенки режущего края. Они имеют степень непрозрачно­сти, равную соответствующим восстанавливаемым твер­дым тканям зубов. Композиционные материалы химичес­кого отверждения часто выпускаются так называемой стандартной степени прозрачности (в пределах 50-60 %).

Степень неорганического наполнения композиционных материалов

Количество неорганического наполнителя в весовом отношении в композиционном материале является важ­ным показателем при клиническом применении, так как определяет его резистентность к перелому (отлому) в по­лостях II, IV класса, подвергающихся значительному дав­лению (P. Lambrechts et а!., 1982). Композиционные ма­териалы, содержащие в весовом отношении более 75% неорганического наполнителя определяются как "сильнонаполненные" ("heavy-filled") материалы. Соот­ветственно содержащие 66 % или меньше неорганичес­кого наполнителя относятся к "слабонаполненным" ("lightly-filled") материалам. Между ними имеются кли­нические различия, заключающиеся в том, что сильнона­полненные материалы высоко устойчивы к отлому в си­туациях, подвергаемых значительному давлению, тогда как слабонаполненные менее резистентны к переломам. Иногда встречается определение "средненаполненные" композиты, под которым подразумевают материалы, со­держащие 66-75 % неорганического наполнителя.

Размер частиц неорганического наполнителя и сте-11ень его весового наполнения в материале довольно раз­личны в зависимости от вида материала. На сегодня не представляется возможным создание "сильнонаполнен-ного" композиционного материала, содержащего субмик­ронные частицы наполнителя (другими словами микро-наполненного композита с высоким содержанием напол­нителя по весу). Исключением из этого правила могут быть только некоторые негомогенно наполненные мик-рофильные материалы, например, "Silux Plus" ("ЗМ"), "Heliomolar" ("Vivadent"). Если размер частиц неорга­нического наполнителя составляет 1 мк и более, то та­кое сильное наполнение является возможным.

Неорганический наполнитель в большинстве микро-фильных композиционных материалов представляет со­бой коллоидальный кварц (кремнезем) — мелкий белый порошок с размерами частиц около 0,04 мк. Микрофи.ть-ные материалы, подвергнутые тщательной финишной обработке и полированию, характеризуются блестящей, сильно отражающей поверхностью, не отличающейся от глазурованного фарфора. К сожалению, использование субмикронных частиц наполнителя в композиционных материалах обычно препятствует сильному наполнению неорганическим наполнителем, так как обычно приме­няемые основные смолы способны принять лишь срав­нительно ограниченное количество микрочастиц неор­ганического наполнителя. В действительности макси­мальное неорганическое наполнение в микрофильных материалах может едва доходить до 51-52 %, но обыч­но оно бывает гораздо ниже — до 36-37 %. Это состав­ляет значительный контраст со степенью наполнения в других композиционных системах, например, микрогиб­ридных и тотально выполненных гибридных композитах, где его уровень варьирует от 75 до 80 %. Исключением из этого правила являются сильнонаполненные микро-фильные материалы "Silux Plus" ("ЗМ"), ("Heliomolar", "Helioprogress" ("Vivadent"), "Distalite" ("J&J") и уси­ленные микрофильные системы ("Multifil VS" ("Heraeus Kulzer"), "BisfilM"("Bisco"), "Quantum" ("BlockDrug"), в которых удается достичь уровня неорганического на­полнения до 75 % по весу. Такие сильнонаполненные микрофильные материалы (типа "Heliomolar" ("Vivadent" и др.) уникальны вследствие таких особен­ностей:

• это микрофильные материалы с высоким уровнем неорганического наполнения (приблизительно около 75 % по весу);

• могут успешно применяться для пломбирования и восстановления разрушенных зубов в боковых уча­стках челюстей;

• являются рентгеноконтрастными микрофильными композитами;

• характеризуются антикариесогенным медленным выделением фтора.

Сильнонаполненные микрофильные композиты обыч­но используются для пломбирования и восстановления дефектов фронтальных зубов, особенно в тех случаях, когда реставрация (пломба) не подвергается значитель­ной жевательной нагрузке. Вследствие своих высоких физико-механических свойств они также могут приме­няться и для заполнения аналогичных дефектов в боко­вых участках зубных рядов. Усиленные микрофильные материалы ("Bisfil М" ("Bisco"), "Multilil VS" ("Htraeus Kulzer"), "Quantum" ("Block Drug") также имеют силь­ное наполнение (до 78 % по весу) и полируемость до высокой степени блеска. Несмотря на то, что они отне­сены к микрофилам, они являются действительными гиб­ридами. В клинике микрофильные композиционные ма­териалы для восстановления полостей II и IV классов не рекомендуется применять.

В зависимости от вида полимеризации композицион­ные материалы делятся на композиты, полимеризующи-еся химическим путем, полимеризующиеся под воздей­ствием света, полимеризующиеся под воздействием тепла.

Композиты, полимеризующиеся химическим

путем, обычно состоят из двух паст, пасты и жидкости, или из жидкости и порошка. Такое их разделение на две части вызвано тем обстоятельством, что в одной из них содержатся вещества инициирующие полимеризацию, так называемые катализирующие вещества. В состав этих композитов входит инициаторная система, состоя­щая из перекиси бензоила (ВРО), который активирует­ся третичными ароматическими аминами (например, N, г\Г-бис(2-дигидроксиэтил)-р-толуидин) с образованием инициирующих полимеризацию свободных радикалов (G. М. Brauer, 1981). Такие "самотвердеющие" матери­алы используют взаимодействие между своими двумя компонентами (частями): катализирующей пастой (со­держащей перекись бензоила) и ускоряющей основной пастой (содержащей третичные амины) для создания сво­бодных радикалов. При замешивании базисной пасты, содержащей аминовый компонент, с катализаторной пастой, в состав которой входит ВРО, образуются ради­калы, запускающие процесс полимеризации. Скорость полимеризации в значительной степени зависит от ко­личества инициатора, температуры и наличия ингиби­торов полимеризации. Преимущество химического вида полимеризации - это равномерная полимеризация неза­висимо от глубины полости и толщины пломбы. Во вре­мя начальной стадии этот процесс может ингибировать-с я кислородом, у которого большая реакционная способ­ность (сродство) относительно радикалов, чем у моно­мера. Поэтому на поверхности затвердевшего компози­та под действием кислорода воздуха образуется недопо-лимсризованный слой - "слой, ингибированный кисло­родом" (W. Finger, К. Jorgensen, 1976; I. Ruyter, 1981).

Необходимо отметить, что полимеризация химичес­ки отверждаемого материала продолжается до оконча­ния этой реакции, но ее каталитические составляющие и конечном счете сохраняются в затвердевшем материа­ле. В полости рта эти третичные ароматические амины нодиергаются химическим превращениям, что в после­дующем приводит к изменению цвета реставрации (В. F. Pollack, М. Н. Blitzer, 1984).Чаще всего это выражается н Оолее желтом окрашивании или даже потемнении ком-ио пппюпиого материала. В материалах химической по­лимеризации значительно хуже (по сравнению с поли-меризуемыми светом) удерживаются частицы неоргани­ческого наполнителя. Это приводит в последующем к более быстрому изнашиванию и стиранию такого мате­риала в клинических условиях. Фотополимеризуемые материалы более стабильны в этом отношении. По срав­нению с композитами химического отверждения выде­ляют ряд их преимуществ (R. Е. Jordan, 1993):

— контролируемое (в момент, необходимый врачу, после проведенного формирования материала) от верждение;

— быстрая, глубокая и падежная полимеризация ма­териала (до 80-85%). В течение 40 с надежно твер­деет слой материала толщиной от 2,5 до 4-7 мм (в зависимости от особенностей материала);

— улучшенная стабильность цвета по сравнению с "са-

моотверждаемыми" материалами. Они не содер­жат третичных ароматических аминов как потен­циального источника изменения цвета реставрации (Е. Asmusen_: 1983). Композиты, полимеризующиеся под воздей­ствием света выделяются однородной консистенцией в виде пасты, допускают регулирование момента полиме­ризации и возможность послойного нанесения материа­ла. В качестве инициатора полимеризации использует­ся светочувствительное вещество камфорохинон и амин-пый активатор, например, N.N-диметиламиноэтила ме-такрилат. Они образуют с дикетоном, который активи­руется, поглощая энергию света, комплекс, распадаю­щийся затем с образованием реактивных свободных ра­дикалов. Интенсивное расщепление камфорохинона на­ступает под воздействием света с длиной волны 400-500 нм (наиболее оптимальна 470 нм). Эта система присут­ствует практически во всех фотополимерах, полимери-зуемых видимым светом (композиты, полимеризуемые

ультрафиолетовым светом — 370 нм — в настоящее вре­мя не выпускаются и не применяются в клинике). Ско­рость полимеризации зависит от количества инициато­ра, времени освещения и интенсивности света. Степень и глубина полимеризации в определенной степени зави­сят от цвета и прозрачности композита.

Для обеспечения светового отверждения композици­онного материала требуется определенное количество световой энергии. Следовательно, степень полимериза­ции зависит от характеристики источника света (напри­мер, новая лампа дает большую интенсивность света), расстояния между источником света и поверхностью композита (чем ближе, тем интенсивнее), времени экс­позиции света, характеристики инициаторной системы. Развитие источников света позволило полимеризовать материал толщиной 2 мм в течение 10-20 с. Видимый свет более глубоко проникает в толщу материала в от­личие от ультрафиолетового излучения, что позволяет увеличить глубину полимеризации в эксперименталь­ных условиях до 4 мм в течение 40 с.

Композиты, полимеризация которых осуществ­ляется под воздействием тепла, используются толь­ко для изготовления вкладок вне полости рта, например, "SR-Isosit, Inlay/ Onlay" ("Ivoclar").

Недостатком всех композиционных материалов явля­ется их полимеризационная усадка, составляющая при­мерно до 2-5 об %. Причиной усадки является умень­шение расстояния между молекулами мономера по мере образования полимерной цепочки. Межмолекулярное расстояние составляет до полимеризации около 3-4 ан­гстрем (силы Ван-дер-Ваальса), а после полимеризации примерно 1,54 ангстрема. Известно, что усадка суще­ственно может сказываться на качестве пломбирования, в связи с чем особое внимание уделяется применению композитов в сочетании с кислотным протравливанием эмали и эмалево-дентинными адгезивными системами.