Полимеризация пластмассы

Полимеризацией называется химическая реакция при которой происходит объединение молекул одного и того же низкомолекулярного вещества. Реакция полимеризации протекает под воздействием внешних факторов: тепла, света- в присутствии катализаторов и активаторов. Наиболее важными факторами, влияющими на полноту реакции полимеризации, являются давление, время, внешняя энергия (температура). Процессу полимеризации можно подвергнуть одно низкомолекулярное вещество либо несколько веществ. Во втором случае реакция называется сополимеризацией, а продукты этой реакции- сополимерами. На полноту реакции процесса полимеризации существенное влияние оказывают внешняя энергия (температурное, лазерное и радиационное воздействие, СВЧ- энергия, светополяризация и др.), условия проведения полимеризации (повышенное атмосферное давление, влажная или сухая среда и т.д.).

Режимы полимеризации базисных пластмасс. Полимеризация базисных пластмасс на водяной бане, предложенная в 1940-1950-е годы, до сих пор применяется в зуботехнических лабораториях в нашей стране и за рубежом. При этом режиме кювету с заформованной пластмассой, укреплённую в бюгеле, помещают в воду в течение 1ч до 95-98С, выдерживают при этой температуре 30 мин и вынимают кювету после полного охлаждения. Наиболее типичные ошибки при этом режиме полимеризации пластмасс- это погружение кюветы в кипящую воду, сокращение времени полимеризации, охлаждение кюветы под проточной водой. Быстрое нагревание приводит к образованию пористости. Резкое охлаждение протеза ведет к значительному внутреннему напряжению в пластмассе, появлению трещин, частым поломкам.

Известно, что полимеризация акриловой пластмассы сопровождается экзотермической реакцией. При нагревании кюветы температура в центре массы становится намного выше, чем температура подогреваемой воды и гипсовой формы (может достигать 120С). Выделяющееся при полимеризации тепло не может быть быстро отведено, так как акриловая пластмасса и гипс обладают низкой теплопроводностью. При этом образуются пары мономера, которые, не имея выхода наружу, приводят к возникновению пористой структуры полимера газовой пористости.

В последние годы получила широкое распространение сухая полимеризация. При температуре 120-130С в условиях сухой среды реакция полимеризации осуществляет в более полном объёме. Механизм влияния сухого тепла на процесс полимеризации следующий: внешнее тепло даже температуры 12С при плохой теплопроводности воздуха медленно нагревает массивную металлическую кювету, а при плохой теплопроводности гипса состояние пластмассового теста достигается только у его небольшого процента.

Известно, что при температуре 120С на поверхности кюветы в центре через 1 ч температура достигает 75-80С, через 90 мин- 100-105С. Вследствие наличия экзотермической реакции в толще пластмассового теста достаточно добавить 30 мин, чтобы температура внутри и снаружи кюветы почти сравнялась. Поскольку повышение температуры теста происходит медленно, то и выражённость экзотермическая реакция не беспредельна- к концу 2-го часа полимеризации она прекращается, и температура более не поднимается.

Охлаждение кюветы можно проводить как в полимеризаторе, так и при комнатной температуре. При таком режиме полимеризации пористость меньше, плотность, следовательно, больше. При этом в пластмассе имеется 0,5% остаточного мономера. По опубликованным данным, содержание остаточного мономера в образцах, полимеризованных в сухой среде, снижаются от 2 до 0,2%. Вместо водяной бани используют тепловую энергию специальных электрических приборов (термошкаф или сухожаровой шкаф).

В последнее время в качестве источника внешней энергии применяют микроволновую энергию. Микроволновое облучение обладает преимуществом экономии времени и другими достоинствами. Однако использование стандартных кювет невозможно из-за их радионепроницаемой структуры. Для этого вида полимеризации необходимы специальные текстолитовые кюветы с замковыми креплениями, формы из полиэфирного стеклопластика с поликарбонатными болтами. Последние позволяют микроволновой энергии полностью проникать в отверждаемую пластмассу. В качестве источника электромагнитного поля используют бытовую микроволновую печь. При этом виде полимеризации можно использовать как специальные базисные пластмассы микроволнового отверждения, так и любые другие горячего отверждения.

Полимеризация всей массы происходит одномоментно в течение которого промежутка времени (3 мин). В связи с тем что полимеризация идет изнутри наружу, уменьшается количество остаточного мономера (даже в случае получения объёмных изделий). Исключительная стабильность и точность базиса достигаются посредством одновременной полимеризации. Это позволяет также улучшить физические характеристики базиса.

Наиболее перспективным может быть сочетание литьевого прессования базисных пластмасс горячего отверждения с полимеризацией в СВЧ- поле, что в конечном итоге позволяет сохранить линейно-объёмные размеры базиса протеза.

Новые направления в совершенствовании базисных материалов является применение пластмасс светового отверждения, имеющих структуру взаимопроникающей полимерной сетки и отверждающихся под действием голубого света с длинной волны 400-800 нм. Преимущество этого материала заключается в отсутствии в нем остаточного мономера. Данные материалы по сравнению с материалами химического отверждения имеют лучшее физико- химические, прочностные и биологические свойства, дают незначительную усадку при полимеризации, обладают малым коэффициентом термического расширения, высокой стойкостью при истирании, минимальной растворимостью, устойчивостью цвета, безвредным воздействием на ткани протезного ложа. Однокомпонентная форма их выпуска в виде одной пасты не требует дополнительного введения компонентов и перемешивания непосредственно перед применением, что обеспечивает их гомогенность, отсутствие пузырьков воздуха и т.д. Светоотверждаемые композиционные материалы имеют не ограниченное рабочее время, так как фотополимеры отверждаются «по команде» только после облучения ультрафиолетовым светом, что позволяет формовать материал при низкой исходной вязкости в отличие от формования материалов химического отверждения, в которых вязкость начинает нарастать после смешивания компонентов.

В высоконаполненные фотополимеризующиеся композиции входят минимум 3 компонента: 1 связующие компоненты, содержащие в молекуле, по крайней мере одну двойную связь, способную к радикальной полимеризации; 2 фотоинициирующая система; 3 наполнитель.

В качестве связующих компонентов применяют олигомеры на основе метакриловой кислоты или других ненасыщенных соединений, позволяющих получать полимерные системы с высокой степенью сшивки, которые характеризуются меньшей реакционной усадкой, а следовательно, и меньшими внутренними напряжениями, более высокой прочностью и меньшей истираемостью, более низким компонентом водопоглощения. Крупный размер молекул олигомера не позволяет выходить им в полость рта.

Отверждения высоконаполненных фотополимеризующихся композиций проводят, как правило, светом ртутной лампы (длинна волны 200-800 нм) или галогеновой лампой накаливания с вольфрамовой нитью. Использование галогеновой лампы накаливания наиболее предпочтительно, так как при этом оборудование менее громоздко, отсутствует жесткое ультрафиолетовое излучения, не образуется озон, а при работе в полости рта невозможен эритемный ожог. Время полимеризации составляет от 20 до 180 с в зависимости от толщины слоя полимера.

Полимер выпускается в виде пластин толщиной 2мм, упакованных в защищенный от света пакет; может быть использован в качестве материала для непосредственной перестановки базисов.