ЛАБОРАТОРНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЧНОСТИ НА ИЗГИБ АРМИРОВАННОГО БИС-АКРИЛОВОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПРОВИЗОРНЫХ ПРОТЕЗОВ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Предмет. Использование провизорных протезов стало рутинной процедурой у современных ортопедов-стоматологов после окончания эры штампованно-паяных конструкций. Применение традиционных акриловых пластмасс не дает необходимой прочности при длительном функционировании провизорных протезов. Бис-акриловые материалы помогли устранить некоторые из проблем, связанных с традиционными акриловыми материалами. Однако возможность поломки провизорных протезов в зонах повышенного напряжения является недостатком бис-акрилатов. Применение провизорных протезов, полученных методом литья либо технологией CAD/CAM, несомненно, решает проблемы, однако существенно удорожает протезирование. Другим известным и более дешевым способом является упрочнение полимеров путем их армирования. Цель ― изучить при проведении механического испытания прочность на изгиб балок из бис-акриловой композиционной пластмассы, армированных стекловолокном. Методология. На универсальной испытательной машине исследовали 8 групп образцов в зависимости от материала (самотвердеющая акриловая пластмасса Re-fine Bright (Yamahachi Dental MFG.,CO., Japan) или самотвердеющие бис-акриловые композиционные пластмассы Luxatemp (DMG) и Protemp 4 (3М ESPE)) и способа армирования пластмассы Protemp 4 стекловолоконной лентой GlasSpan (GlasSpan): фиксировали силу разрушения, вычисляли средние значения и ошибку средней, проверяли нормальность распределения результатов, определяли статистические различия между группами с помощью параметрического критерия Стьюдента (Т). Результаты. Сравнение результатов прочности на изгиб между 1-й контрольной (бис-акриловая пластмасса Protemp 4 без армирования) и другими (армирование стеклолентой) группами выявило существенное упрочнение пластмассы после армирования (p<0,05). Выводы. Использование армирующей стеклоленты с полноценной пропиткой адгезивом и жидкотекучим композитом повышает прочность бис-акриловой пластмассы более чем в два раза.

Ключевые слова:
акрилаты, бис-акрилаты, армирование стекловолокном, балки-образцы, прочность на изгиб
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение

Использование провизорных протезов стало рутинной процедурой у современных ортопедов-стоматологов [1, 3―10]. Это произошло после заката эры штампованно-паяных  конструкций и вытеснения их металлокерамическими или цельнокерамическими мостовидными протезами, требующими защиты препарированных зубов и зубных рядов на период изготовления постоянных конструкций. Традиционным материалом для изготовления провизорных коронок и мостовидных протезов является полиметилметакрилат, привлекающий своей дешевизной и возможностью коррекции, но также характеризующийся множеством недостатков (значительной полимеризационной усадкой, наличием остаточного мономера (токсико-аллергическое действие), низкой прочностью и т.д.) [2, 12].  

Разработка бис-акриловых композиционных пластмасс благодаря повышенной твердости, меньшей аллергенности, высокой точности и удобству применения  во многом решила проблемы временного протезирования [14, 28]. Однако провизорные протезы из бис-акрилатов не способны выдерживать повышенные либо длительные функциональные нагрузки.

При наличии множества способов усиления провизорных протезов [11, 13, 14, 17―27] мы не нашли методики, позволяющей непосредственно врачу одномоментно выполнить армирование протеза из бис-акрилата.

Для повышения прочности провизорных мостовидных протезов из бис-акриловой  пластмассы был запатентован "Способ изготовления временных несъемных зубных протезов" № 2544098 от 04.02.2015, где предложено армировать стекловолокном бис-акриловую композиционную пластмассу в процессе прямого изготовления провизорного мостовидного протеза.

Цель исследования ― изучить при проведении механического испытания прочность на изгиб балок из бис-акриловой композиционной пластмассы, армированных стекловолокном. 

Материалы и методы

Для лабораторного определения усилий разрушения балок-образцов методом трехточечного изгиба (ГОСТ 31574―2012)  с помощью специальной формы, состоящей из нескольких элементов, изготавливали экспериментальные образцы размерами 2,0±0,1 х 2,0±0,1 х 25±2 мм из самотвердеющей бис-акриловой пластмассы ProtempTM4 (3М) с помещенной внутрь стеклолентой GlasSpan либо без нее (контроль). Дальнейшие испытания заключались в нагружении балок до появления видимых разрушений (рис. 1). При этом фиксировали максимальную нагрузку, которую выдерживал образец. Расстояние между центрами опор составляло 20±0,1 мм. Нагрузку прикладывали на одинаковом расстоянии от центров опор. Механические исследования проводили на испытательной машине FPZ 10-1 «Fritz-Heskert» (Германия), обеспечивающей скорость перемещения траверсы 0,75±0,25 мм/сек. На циферблате машины фиксировалась максимальная нагрузка в ньютонах (Н), соответствующая усилию разрушения образца. После высчитывания среднеарифметических значений разрушающих усилий (M) и отклонения средней (m) с переводом абсолютных значений (Н) в относительные (МПа) проводили статистическое сравнение групп с помощью параметрического критерия Стьюдента (Т).

Рис. 1. Схема испытаний на трехточечный изгиб

Fig. 1. Three-point bending test diagram

Для проведения данного эксперимента нами было всего изготовлено 65 балок-образцов, среди которых выделили 8 групп (от 4-х до 10-ти в каждой).

Материал, характер армирования и алгоритм изучаемых групп: Protemp 4 (контроль); Protemp 4 + стеклолента (GlasSpan) + адгезив (Singlebond) + жидкотекучий СТК (Filtek flow); Protemp 4 + стеклолента (GlasSpan) + адгезив (Single–bond, 3M);  Protemp 4 + стеклолента (GlasSpan) + ангидрин + жидкотекучий СТК (Filtek flow);  Protemp 4 + стеклолента (GlasSpan) + адгезив (Single–bond) + жидкотекучий СТК (Filtek flow) с предварительным засвечиванием галогеновым светом; Protemp 4 + стеклолента (GlasSpan) + адгезив (Single–bond) с предварительным засвечиванием; Luxatemp (DMG) (без армирования); Re-fine Acrylic (Yamahachi)  (без армирования).

Результаты

Удельная сила разрушения на изгиб (М) балок для указанных групп указана в табл. 

Таблица 

Относительная прочность на изгиб балок из бис-акриловой  и акриловой пластмассы

Table. Results of the relative flexural strength of the beams made of bis-acrylic and  acrylic resin

группы

Число

образцов (шт.)

Средняя сила (M)

разрушения (МПа)

Отклонение

средней (m)

1

10

130,1

2,6

2

10

278,3

2,6

3

4

177,4

9,4

4

4

228,0

6,4

5

10

243,8

4,9

6

6

91,9

4,1

7

10

133,1

4,9

8

9

92,7

3,5

Ориентиром для последующего сравнения послужила прочность образцов контрольной группы (№ 1) из бис-акрилата Protemp 4 без армирования ― 130,1±2,6 МПа. Наибольшие значения прочности на изгиб показали образцы группы № 2 с полноценной пропиткой армирующей стеклоленты адгезивом (бондом) и жидкотекучим композитом ― 278,3 ±2,6 МПа. Обращаем внимание на то, что светополимеризация СТК с адгезивом в данном случае проводилась сквозь пластмассу уже изготовленной балки. Предварительная же светополимеризация стекловолоконной арматуры, пропитанной адгезивом и СТК (группа № 5), оказалась менее эффективной ― 243,8 ± 4,9 МПа. Различия статистически достоверны.

Попытки исключить жидкотекучий СТК, оставив лишь адгезив, натолкнулись на технические сложности, а именно: неполимеризованный адгезив ингибировал самополимеризацию бис-акрилата (группа № 3), что приводило к непредсказуемому и нестабильному результату, хотя она и усиливала балку, ― 177,4±9,4 МПа, а предварительная светополимеризация адгезива (группа № 6) даже ослабляла ее ― 91,9± 4,1 МПа, видимо, вследствие вероятности образования пор на границе между стекловолокном и бис-акрилатом.

Замена адгезива, ингибирующего бис-акрилат, на обработку extempore ангидрином (группа № 4) существенно усиливала балку ― 228,0 ±6,4 МПа, однако также статистически значимо уступала балке с полноценной пропиткой (группа № 2).

На представленной далее диаграмме (рис. 2) демонстрируется визуальное сравнение шести основных групп (кроме № 4 и 6).

Рис. 2. Визуальная оценка относительной прочности (МПа) балок из групп  № 1, 2, 3, 5, 7 и 8

Fig. 2. Visual assessment of the relative flexural strength (MPa) of beams from groups No. 1, 2, 3, 5, 7 and 8

Среди проведенных исследований выделяются две группы, в которых балки выполнены из других материалов. В группе № 7 ― это материал, подобный Protemp 4         (3М), ― бис-акрилат Luxatemp (DMG). Прочность балок из Luxatemp оказалась аналогичной (с отсутствием статистической разницы) Protemp 4 ― 133,1± 4,9 МПа.  Однако балки из Luxatemp оказались существенно менее жесткими в течение получаса после их изготовления. Поэтому для большего удобства при манипуляциях мы продолжили исследования именно с Protemp 4.

Наконец, в группе № 8 были исследованы балки из самотвердеющей акриловой пластмассы Re-fine Acrylic (Yamahachi), используемой для непрямого изготовления провизорных протезов. Полученные результаты показали существенно меньшие значения прочности даже по сравнению с неармированным бис-акрилатом Protemp 4 ― 92,7 ± 3,5 МПа.

Сравнение значений, полученных в группах, показало статистически значимые различия по критерию Стьюдента (Т) между всеми группами, кроме № 2 и 5 (p>0,05). Так, T (1-2) = 40,0;  T (1-3) = 4,8;  T (2-3) = 10,3;  T (2-4) = 7,3;  T (1-5) = 20,2; T (2-5) =  6,25; T (1-6) =  7,8 (p< 0,001);  T (3-4) =  4,3 (p<0,01).

Выводы

1. Сравнение результатов прочности на изгиб между 1-й контрольной  (бис-акриловая пластмасса Protemp 4 без армирования) и другими (армирование стеклолентой) группами выявило существенное упрочнение пластмассы после армирования.

 2. Использование армирующей стеклоленты с полноценной пропиткой адгезивом и жидкотекучим композитом повышает прочность бис-акриловой пластмассы более чем в 2 раза.

Известный эффект армирования полимеров может быть применим для бис-акриловой композиционной пластмассы, но требует дальнейшего изучения в клинике.

Список литературы

1. Способ временного протезирования несъемными мостовидными зубными протезами на дентальных имплантатах : пат. 2432924 Российская Федерация / С. Д. Арутюнов, О. О. Янушевич, А. И. Лебеденко, Д. С. Арутюнов, A. C. Арутюнов, В. В. Трезубов, И. Ю. Широков. – опуб. БИПМ, № 31, Том 3. – С. 698.

2. Критерии прочности и долговременности временных несъемных зубных протезов / С. Д. Арутюнов, В. А. Ерошин, А. А. Перевезенцева, А. В. Бойко, И. Ю. Широков // Институт стоматологии. – 2010. – № 4. – С. 84–85.

3. Бабунашвили, Г. Б. Клинико-лабораторное обоснование применения материала «Акродент» для временных зубных протезов : автореф. дисс. ... канд. мед. наук / Бабунашвили Г. Б. – Москва. – 2007.

4. Белоусов, Н. Н. Определение эффективности шинирования зубов при тяжелых формах воспалительных заболеваний пародонта / Н. Н. Белоусов // Пародонтология. – 2009. – № 3. – С. 41–44.

5. Бюкинг, В. Стоматологическая сокровищница / В. Бюкинг. – Москва, Барселона, Берлин, Бомбей, Варшава, Лондон, Милан, Париж, Пекин, Прага, Сан-Паулу, Сеул, Стамбул, Токио, Чикаго : Квинтэссенция. – 2007.

6. Николаенко, С. А. Исследование усталости современных материалов для временных мостов и коронок / С. А. Николаенко, W. Dasch, Е. С. Степанов // Стоматология для всех. – 2006. – № 4. – С. 32–35.

7. Николаенко, С. А. Клиническая оценка применения самотвердеющих пластмасс для временных мостовидных протезов и коронок / С. А. Николаенко, Е. С. Степанов // Институт стоматологии. – 2008. – № 1 (38). – С. 64–67.

8. Ортопедическая стоматология : национальное руководство / под ред. И. Ю. Лебеденко, С. Д. Арутюнова, А. Н. Ряховского. – Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2016.

9. Петрикас. О. А. Влияние конструкции опорного элемента на прочность волоконно-композитного адгезивного мостовидного протеза с односторонней опорой / О. А. Петрикас, Ю. Г. Ворошилин, И. В. Петрикас // Стоматология. – 2013. – Т. 92, № 2. – С. 36–39.

10. Смит, Б. Коронки и мостовидные протезы в ортопедической стоматологии / Б. Смит, Л. Хоу. – Москва : МЕДпресс-информ, 2010.

11. Основы несъемного протезирования / Г. Шиллинбург-младший, С. Хобо, Л. Уинсетт, Р. Якоби, С. Бракетт. – Москва, Барселона, Берлин, Варшава, Лондон, Милан, Мумбай, Париж, Пекин,. Прага, Сан-Паулу, Сеул, Стамбул, Токио, Чикаго : Квинтэссенция, 2011.

12. Fahmy, N. Z. Effect of two methods of reinforcement on the fracture strength of interim fixed partial dentures / N. Z. Fahmy, A. Sharawi // J Prosthodont. – 2009. – Vol. 18 (6). – P. 512–520. doi: 10.1111/j.1532-849X.2009.00468.x. Epub 2009 Apr 21.

13. Garoushi, S. Use of short fiber-reinforced composite with semi-interpenetrating polymer network matrix in fixed partial dentures / S. Garoushi, P. K. Vallittu, L. V. Lassila // J Dent. – 2007. – Vol. 35 (5). – P. 403–408.

14. Garoushi, S. K. Short glass fiber-reinforced composite with a semi-interpenetrating polymer network matrix for temporary crowns and bridges / S. K. Garoushi, P. K. Vallittu, L. V. Lassila // J Contemp Dent Pract. – 2008. – Vol. 1, № 9 (1). – P. 14–21.

15. Geerts, G. A. The effect of different reinforcements on the fracture toughness of materials for interim restorations / G. A. Geerts, J. H. Overturf, T. G. Oberholzer // J Prosthet Dent. – 2008. – Vol. 99 (6). – P. 461–467. doi: 10.1016/S0022-3913(08)60108-0.

16. Gegauff, A. G. Fracture toughness testing of visible light- and chemical-initiated provisional restoration resins / A. G. Gegauff, J. J. Wilkerson // Int J Prosthodont. – 1995. – № 8 (1). – P. 62–68.

17. The effect of fiber reinforcement on the fracture toughness and flexural strength of provisional restorative resins / T. A. Hamza, S. F. Rosenstiel, M. M. Elhosary, R. M. Ibraheem // J Prosthet Dent. – 2004. – Vol. 91 (3). – P. 258–264.

18. Hansen, P. A. Making multiple predictable single-unit provisional restorations using an indirect technique / P. A. Hansen, E. Sigler, R. H. Husemann // J Prosthet Dent. – 2009. – Vol. 102 (4). – P. 260–263. doi: 10.1016/S0022-3913(09)60167-0.

19. Mechanical properties of four methylmethacrylate-based resins for provisional fixed restorations / E. P. Hernandez, Y. Oshida, J. A. Platt, C. J. Andres, M. T. Barco, D. T. Brown // Biomed Mater Eng. – 2004. – Vol. 14 (1). – P. 107–122.

20. Keyf, F. The effects of HEMA-monomer and air atmosphere treatment of glass fibre on the transverse strength of a provisional fixed partial denture resin / F. Keyf, G. Uzun, M. Mutlu // J Oral Rehabil. – 2003. – Vol. 30 (11). – P. 1142–1148.

21. Keys, W. F. Provisional Restorations – A Permanent Problem? / W. F. Keys, N. Keirby, D. N. J. Ricketts // Dent Update. – 2016. – Vol. 43 (10). – P. 908–912, 914.

22. Reinforcement of acrylic resins for provisional fixed restorations. Part III: effects of addition of titania and zirconia mixtures on some mechanical and physical properties / W. Panyayong, Y. Oshida, C. J. Andres, T. M. Barco, D. T. Brown, S. Hovijitra // Biomed Mater Eng. – 2002. – Vol. 12 (4). – P. 353–366.

23. Reshad, M. Anterior provisional restorations used to determine form, function, and esthetics for complex restorative situations, using all-ceramic restorative systems / M. Reshad, D. Cascione, T. Kim // J Esthet Restor Dent. – 2010. – Vol. 22 (1). – P. 7–16. doi: 10.1111/j.1708-8240.2009.00305.x.

24. Flexural properties of prosthetic provisional polymers / M. Rosentritt, M. Behr, R. Lang, G. Handel // Eur J Prosthodont Restor Dent. – 2004. – Vol. 12 (2). – P. 75–79.

25. Fracture strengths of provisional restorations reinforced with plasma-treated woven polyethylene fiber / A. Samadzadeh, G. Kugel, E. Hurley, A. Aboushala // J Prosthet Dent. – 1997. – Vol. 78 (5). – P. 447–450.

26. Abrasionsbeständigkeit von Provisorien-Kunststoffen: sind CAD/CAMKunststoffe abrasionsbeständiger? / B. Stawarczyk, F. Schmutz, J. Fischer, C. H. F. Hämmerle // Quintessenz Zahntechnik. – 2010. – Vol. 36 (7). – P. 954–962.

27. Reinforcement of acrylic resins for provisional fixed restorations. Part II: Changes in mechanical properties as a function of time and physical properties / A. G. Zuccari, Y. Oshida, M. Miyazaki, K. Fukuishi, H. Onose, B. K. Moore // Biomed Mater Eng. – 1997. – № 7 (5). – P. 345–355.

28. Zuccari, A. G. Reinforcement of acrylic resins for provisional fixed restorations. Part I: Mechanical properties / A. G. Zuccari, Y. Oshida, B. K. Moore // Biomed Mater Eng. – 1997. – Vol. 7 (5). – P. 327–343.