Влияние кислотной среды на физико-механические свойства полимерных материалов медицинского назначения

Рациональное и своевременное ортопедическое лечение, в том числе и съемными пластиночными зубными протезами, – это одна из основ индивидуальной профилактики патологии челюстно-лицевой области, и без него пациентов с отсутствием зубов невозможно считать здоровыми [1-3]. Данные социальной и медицинской статистики свидетельствуют о неблагоприятной тенденции в состоянии здоровья населения. Стоматологическая заболеваемость имеет устойчивую тенденцию к росту, что позволяет отнести ее к социальным болезням. Современные экологические проблемы в совокупности с техногенными загрязнениями характеризуют Алтайский край как территорию с высокой экологической нагрузкой, следовательно, в ближайшее время состояние здоровья жителей региона, в том числе и стоматологическое, не улучшится. Уровень потребности в ортопедическом лечении съемными пластиночными протезами не будет снижаться, так как они являются быстрым, простым, недорогим и эффективным методом восстановления морфологии, эстетики и функции челюстно-лицевой области [3]. Актуальным и открытым остается вопрос изучения факторов, оказывающих влияние на свойства полимерных материалов, и, следовательно, на качество протезирования.

Для изготовления полных и частичных съемных пластиночных протезов в ортопедической стоматологии предлагается множество современных базисных материалов. Несмотря на это, первенство удерживают пластмассы на основе производных акриловой и метакриловой кислот. Однако многолетний опыт применения данных материалов, современная литература не дают сведений на вопрос о влияния факторов внешней среды на физико-механические свойства базисных акриловых материалов. Особый интерес представляют изменения механических свойств материалов при эксплуатации в кислотной среде.

Экспериментальная часть

Для исследования выбраны широко применяемые в ортопедической стоматологии базисные пластмассы на акриловой основе: «СтомАкрил», «Пластмасса бесцветная» и «Фторакс». Проведен сравнительный анализ вязкоупругих характеристик образцов, изменения механических свойств различных пластмасс в зависимости от режима пользования. Все изучаемые материалы относятся к стоматологическим пластмассам типа 1 (горячей обработки) класса 1 (порошок + жидкость) по стандарту ISO 1567.

Для испытаний использовали пластинчатые образцы, которые прошли все технологические стадии изготовления, что и базисы съемных пластиночных протезов прямоугольного сечения (60×10×1,5мм). Изготовление образцов проводилось в строгом соответствии с инструкциями фирм-производителей по технологическому режиму – прессование в кювете под давлением в водной среде. Все образцы высушивали в суховоздушном термостате при температуре 37±1ºС в течение 23±1 ч, увлажняли путем погружения в кислотную среду с температурой 37±1ºС на 168±2 ч. Исследовались образцы при температуре окружающей среды 23±1ºС и относительной влажности воздуха не менее 30% (ГОСТ Р 51889 – 2002).

Использование динамических механических методов (ДМА) не приводит к разрушению образцов или изменению структуры исследуемых материалов, поскольку измерения выполняются при малых напряжениях и деформациях в области линейной вязкоупругости. Так как в процессе измерения образец не разрушается, то воз- можно проведение измерений на одном и том же образце в широком интервале температур. Метод позволяет проводить исследования динамического модуля сдвига и тангенса угла механических потерь в широком интервале температур, включая не только стеклообразное и высокоэластическое состояния, но и область перехода из одного состояния в другое.

Экспериментальное исследование образцов базисных акриловых пластмасс «СтомАкрил», «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65» методом ДМА реализовалось на обратном крутильном маятнике. Полуавтоматическая установка позволяет измерить с высокой точностью динамические вязкоупругие параметры полимеров в интервале температур от 77 до 600 К на частотах 0,1-2 Гц [4, 6]. На основе экспериментальных данных рассчитывались динамический модуль сдвига G’ и тангенс угла механических потерь tgδ в широком интервале температур. Погрешность определения этих величин была следующей: для полимерных материалов с G ' > 10⁸ Па относительная погрешность δG'/G' составляет около 0,035 (~ 3,5%). В случае, когда G' = 10⁵-10⁶ Па, относительная погрешность возрастает до ~ 5%.

Погрешность измерения tgδ для полимеров с G' > 10⁸ Па не превышала 5%. Точность поддержания температуры в термокриокамере была около 0,5^оС. Определение температуры стеклования производилось при помощи метода аппроксимации зависимости G' от температуры и последующего нахождения первой и второй производных от функции, выражающей данную зависимость [2].

Результаты и обсуждения

Экспериментальные результаты сведены в таблицу. Анализ полученных данных для образцов состаренных в воздушной и кислотной среде (аналог человеческой слюны) показал, что кислотная среда оказывает определенное влияние на вязкоупругие свойства полимеров. Можно отметить следующие закономерности: у всех трех полимеров, состаренных в воздушной среде, наблюдается четкий интервал области стеклования, приблизительно равный 9оС, что свидетельствует об одинаковой структуре базисных пластмасс на акриловой основе; температура стеклования для этих полимеров мало изменяется. Очевидно, что чем выше температура стеклования, тем больше теплостойкость. Следовательно, при температуре стеклования, равной 112оС, «Бесцветная пластмасса» более теплостойка, чем «СтомАкрил» и тем более чем «Фторакс».

Из таблицы видно, что «Бесцветная пластмасса», состаренная в кислотной среде, является более термостойкой относительно других представленных образцов. Однако, сравнив образцы «Бесцветной пластмассы», состаренных в разных средах, можно сделать вывод: образец, состаренный в кислотной среде, подвергся большему изменению структуры – температура стеклования изменилась на 12oС. Данный показатель характеризует изменение и прочности образца.

Таблица

И.А. Иванов, В.О. Ербахаев, О.А. Иванова. Работа габионных конструкций в условиях севера

Заключение

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что различные виды сред по-разному влияют на структуру образцов и на основные вязкоупругие свойства. Это характерно для всех типов образцов. При этом можно отметить, что «Бесцветная пластмасса» более устойчива к таким воздействия, чем «СтомАкрил» и «Фторакс», на основании чего можно составить практические рекомендации по пользованию съемными пластиночными зубными протезами для внедрения в практическое здравоохранение.