Классификация и виды пластмасс
Пластмассы -- это полимеры, представляющие большую группу высокомолекулярных соединений, получаемых химическим путем из природных материалов или химическим синтезом из низкомолекулярных соединений. Одним из свойств полимеров является их высокая технологичность, способность при нагревании и давление формоваться и устойчиво сохранять приданную им форму.
Главными компонентами пластмасс являются:
Мономер (основа пластмассы).
Связующее вещество (фенолформальдегидные или другие смолы).
Наполнители (стекловолокно, древесная мука, асбест и др.).
Пластификаторы (дибутилфталат, трикрезилфосфат), повышающие пластичность и эластичность.
Красители.
Ускорители полимеризации или поликонденсации.
Высокомолекулярными соединениями считаются такие, у которых число атомов в молекуле больше 10000.
По типу мономерных звеньев пластмассы делятся на 2 класса:
К первому классу относятся полимеры или сополимеры, в основе получения которых лежит процесс полимеризации или сополимеризации (полиэтилен). Основным процессом получения полимеров второго класса является поликонденсация (полиамиды). По пространственной структуре пластмассы подразделяют на:
1. Линейные полимеры -- химически не связанные одиночные цепи монополимерных звеньев (целлюлоза, каучук).
2. Разветвленные полимеры, имеющие структуру, подобную крахмалу и гликогену.
3. Пространственные (сшитые) полимеры, построенные в основном как сополимеры.
Разветвленные и неразветвленные линейные полимеры легче растворяются в органических растворителях, плавятся без изменения основных свойств и при охлаждении затвердевают.
Термопластичные высокомолекулярные соединения при нагревании постепенно приобретают возрастающую с повышением температуры пластичность, часто переходящую в вязкотекучее состояние, а при охлаждении вновь возвращаются в твердое упругое состояние. Это свойство не утрачивается и при многократном повторении процессов нагревания и охлаждения.
Термореактивные (необратимые) полимеры имеют сравнительно невысокую относительную молекулярную массу и при нагревании легко переходят в вязкотекучее состояние. С увеличением длительности действия повышенных температур они превращаются в твердую стеклообразную или резиноподобную массу и необратимо утрачивают способность вновь переходить в пластичное состояние. Это свойство объясняется тем, что переработка материала сопровождается химической реакцией образования полимера с сетчатой или пространственной структурой макромолекул. Термостабильные высокомолекулярные соединения при нагревании не переходят в пластичное состояние и сравнительно мало изменяются по физическим свойствам вплоть до температуры их термического разрушения.
По характеру деформаций, возникающих при механическом воздействии на высокомолекулярные соединения, последние можно разделить на твердые и пластичные.
Пластмассы акриловой группы являются основными материалами, из которых изготавливают различные виды зубных коронок.
Самыми распространенными, в настоящее время, являются пластмассы Симна-М и Симна-74, представляющие собой акриловую пластмассу горячего отвердения типа порошок-жидкость. Порошок - суспензионный «привитой» фторсодержащий сополимер, жидкость - смесь акриловых мономеров и олигомеров.
Полимеризация и поликонденсация
Построение макромолекул возможно двумя путями: полимеризацией и поликонденсацией.
Полимеризация -- реакция взаимного соединения мономерных соединений. В процессе полимеризации путем последовательного присоединения многих молекул мономера происходит образование полимера, но при этом не происходит отщепления или выделения каких-либо атомов или молекул. В результате реакции образуется высокомолекулярное соединение, отличающееся от исходного лишь величиной молекулы.
Механизм реакции полимеризации заключается в активации некоторых молекул мономера под действием света или катализатора и в последующем присоединении к уже активизированным молекулам других молекул с образованием длинных цепей. Присоединение продолжается до тех пор, пока энергия первоначально активизированной молекулы не рассеется.
Реакция полимеризации имеет цепной характер и складывается из трех основных стадий.
1. Активация молекул мономера --индукционный период, когда происходит разрыв двойных связей, предшествующий соединению молекул мономера. Образование полимера крайне незначительно. Продолжительность индукционного периода зависит от химической природы мономера, количества катализатора и температуры.
2. Рост цепи - главная фаза реакции, во время которой происходит образование основного количества полимера. После того как в реакционной массе возникли активные центры, обладающие высокой реакционной способностью, зависящей от внутримолекулярных колебаний или наличия свободных химических валентностей, начинается процесс роста цепи. Каждый активный центр обладает способностью очень быстро присоединять другие молекулы. Весь процесс протекает при помощи свободных радикалов, возникающих на концах растущей цепи полимера. При этом акт присоединения имеет место при каждом столкновении, а это сопровождается освобождением большого количества энергии, каждый раз регенерирующей свободные валентности. Этот период протекает по типу экзотермической реакции, т. е. с выделением значительного количества тепла.
3. Обрыв цепи: образование макромолекулы завершается моментом прекращения ее роста, что происходит по разным причинам.
Поэтому в соответствии с воздействием отдельных факторов полимеризация заканчивается образованием полимеров одинакового строения, но с различной длины молекулярной цепью, или, как принято говорить, полимер представляет собой смесь полимергомологов. Если в начале реакции имелось много активных центров (много тепла, большое количество катализатора), то возникают более короткие цепи и образуется низкомолекулярный полимер. Небольшое количество первоначальной энергии ведет к образованию небольшого количества активных центров и соответственно к образованию высокомолекулярного полимера. Чем большую степень полимеризации удалось получить (т.е. чем длиннее макромолекула), тем более высокими свойствами будет обладать полимер.
К полимеризации склонны различные эфиры акриловой и метакриловой кислот. Совместно могут полимеризоваться молекулы двух или нескольких разных мономеров. Это важное свойство мономерных соединений, называемое реакцией сополимеризации, позволяет синтезировать полимеры (сополимеры) с различными, заранее заданными свойствами. Меняя состав и соотношение мономеров, можно получать сополимеры повышенной прочности (например, этакрил), изменять их эластичность, твердость и т. д. Кроме того, между линейно расположенными макромолекулами в процессе полимеризации могут образовываться поперечные связи, т. е. образуется так называемый сшитый полимер. «Сшивка» макромолекул может происходить и благодаря введению специальных веществ. «Сшитые» полимеры обладают рядом повышенных свойств (твердость, теплостойкость).
Поликонденсация -- процесс получения полимеров в результате соединения мономеров с образованием наряду с высокомолекулярными низкомолекулярных веществ (вода, кислоты, аммиак и т. д.). В отличие от полимеризации поликонденсационный процесс не имеет индукционного периода. К поликонденсационным пластическим массам относятся термопласты: полиамиды (нейлон), поликарбонаты, а также термореактивные пластмассы -- фенопласты.
Большинство пластмасс представляет собой многокомпонентные системы. Подбирая отдельные компоненты и их соотношения, получают материалы с совокупностью желаемых свойств. Помимо основного вещества, называемого связующим, большинство пластмасс содержит наполнитель (замутнитель), пластификатор, краситель, катализатор, ингибитор и другие добавки.
Возможность формования изделий (протезов, слепков и т. п.) из пластмасс определяется тем, что эти материалы обладают пластичностью. Пластмассы для зубопротезных целей приобретают пластичность в результате набухания в собственном мономере или других веществах (пластмассы акриловой группы), химической реакции (альгинатные слепочные массы). Часть материалов (полиамиды, слепочные массы и т.д.) приобретают необходимую пластичность при нагревании вследствие расплавления.
В ортопедической стоматологии основными методами формовки изделий из пластмасс являются: обычное прессование в пресс-формах, литье под давлением и свободная формовка.