Основные свойства стоматологических материалов

Занятие № 1

Тема:

Стоматологическое материаловедение – прикладная наука о мате-риалах для стоматологии. «Идеальный» стоматологический мате-риал. Классификация стоматологических материалов и принципы ее построения. Основные свойства материалов и их значение для восстановительной стоматологии. Понятие теоретической прочности и концентрации напряжений.

Аннотация

Стоматологические материаловедение – это наука, изучающая во взаимосвязи состав, строение, свойства, технологию производства и применения материалов для стоматологии, а также закономерности изменения свойств материалов под влиянием физических, механических и химических факторов. Речь идет о факторах, действующих в специфических условиях полости рта в процессе функционирования зубочелюстной системы, что и позволило выделить стоматологические материалы в отдельную область знаний.

В настоящее время практикующие стоматологи понимают, что без глубокого знания свойств стоматологических материалов невозможно достигнуть функциональной полноценности, эстетичности и долговечности восстановления зубов. Намечая план оказания стоматологической помощи, врач всегда стоит перед выбором наиболее подходящего материала. Осуществить его правильный выбор, пользуясь только своим опытом и интуицией, очень не просто, так как конец ХХ века и начало нынешнего ознаменовались бурным развитием стоматологических материалов, поэтому стоматолог должен уметь оценить возможности новых разработок и новых методов применения материалов в клинике, что требует глубокого понимания взаимосвязи их химических основ и свойств. Знание основ материаловедения, различий свойств материалов в зависимости от химической природы, технологии применения позволит использовать в стоматологической практике научно-обоснованные критерии выбора нужного материала.

Несмотря на значительные достижения стоматологического материаловедения в последние годы, ни один из созданных материалов нельзя признать « идеальным ». «Идеальный » материал для восстановительной стоматологии должен полностью отвечать следующим требованиям:

- быть биосовместимым;

- противостоять всем возможным воздействиям среды полости рта;

- обеспечить прочную и постоянную связь со структурой твердых тканей зуба;

- полностью воспроизводить их внешний вид;

- обладать комплексом физико-механических свойств, соответствующих свойствам восстанавливаемых натуральных тканей и способствовать их регенерации.

Все стоматологические материалы подразделяют на три основных класса в зависимости от химической природы:

- неорганические материалы или керамика;

- металлы;

- полимеры.

Каждый класс, в свою очередь, подразделяется на типы, отличающиеся структурой и свойствами (схема 1).

 

Схема 1. Классификация стоматологических материалов по химической природе*.

*На основе классификации W.J.O'Brien “Dental Materials and Their Selection”, Quintessence Publ.Co., Inc, 3 изд., с.1.

Каждый класс материалов, несмотря на фамильное сходство входящих в него многочисленных типов, характеризуется довольно широким спектром свойств. Например, входящие во второй класс металлы и сплавы обладают различными показателями прочности, температуры плавления, цветом, но для всех металлов характерна ковкость, электро- и термопроводимость, типичный металлический блеск. Металлы имеют высокую прочность и жесткость (высокий модуль упругости). Поэтому в восстановительной стоматологии их применяют при необходимости протеза выдерживать значительные механические нагрузки, в то же время металлы быстро проводят тепло, не эстетичны, что ограничивает их применение.

Керамика и полимеры – термоизоляторы, обладают светлым цветом и полупрозрачностью, следовательно, их можно применять для защиты зуба от смены температур полости рта и для создания эстетических пломб и протезов, воспроизводящих естественный вид натуральных зубов.

В стоматологии нередко используется комбинация материалов раз­личной химической природы, так как ни один из материалов нельзя признать идеальным. Многообразие стоматологических материалов заключается не толь­ко в различии их по химической природе, но также в особенностях их применения в стоматологии или в их назначении. Материалы, имею­щие одинаковую химическую природу, но разное назначение, могут су­щественно отличаться по составу и свойствам.

Для систематизации сто­матологических материалов, чтобы было легче ориентироваться при выборе восстановительного материала и подборе вспомогательных и временных материалов, применяемых на этапах лечения и изготовле­ния зубных протезов, большую помощь может оказать классификация материалов, построенная по принципу их назначения в стоматологии.

Такой принцип классификации нельзя признать идеальным, так как не­которые материалы (например, цементы) имеют многочисленные виды применения в различных областях стоматологии. Но, несмотря на ука­занный недостаток, предложенная классификация позволяет разделять стоматологические материалы, исходя из основных требований, кото­рые предъявляются к ним условиями применения в той или иной об­ласти стоматологии.

Классификация стоматологических материалов по назначению является основной классификацией стоматологических материалов (схема 2).

Схема 2. Основная классификация стоматологических материалов по назначению.

 

Основные свойства стоматологических материалов

Главной целью стоматологического материаловедения является создание комплекса «идеальных» материалов для полости рта. Под действующими факторами полости рта подразумеваются: колебания температуры, высокая постоянная влажность, присутствие электролитной среды. Перечисленные факторы отражаются на свойствах материалов – физических, химических, технических, технологических, биологических эстетических.

Современное стоматологическое производство представляет собой промышленный комплекс, в котором используется множество технологических процессов: прессование, литье деталей определенной конструкции, паяние, нанесение керамических и пластмассовых покрытий и т.д., используются также различные аппараты: для штамповки, литья, вакуумные печи для обжига керамики и др.

Все это требует от врача-ортопеда не только знаний технологического процесса, но и влияния нарушения его на свойства материала и органы полости рта и организм в целом.

К физическим свойствам материалов относятся: плотность, температура плавления и кипения, теплоемкость, теплопроводность, термические коэффициенты линейного и объемного расширения, поверхностное напряжение, цвет, фазовые превращения и др.

В стоматологическом материаловедении используются разнообразные методы исследования и испытания, которые дают возможность установить природу материала, состав, свойства и, при необходимости, определить качество готовых стоматологических изделий.

Методы физического анализа: рентгенологический, рентгеноструктурный, магнитная и ультразвуковая дефектоскопии и дилатометрический.

Рентгенологический анализ дает возможность установить виды, типы и размеры кристаллических решеток металлов и сплавов.

Рентгеноструктурный анализ дает возможность установить даже микроскопические дефекты внутри материала.

Магнитная дефектоскопия позволяет выявить дефекты в поверхностном слое (до 2 мм) металлических материалов.

Ультразвуковая дефектоскопия позволяет осуществлять эффективный контроль качества на большой глубине.

Дилатометрический метод основан на определении изменений объема, происходящих в материале при фазовых превращениях, применяется для определения кристаллических точек в твердых образцах.

Коэффициент теплопроводности измеряется по количеству тепла в калориях в секунду, которое проходит через образец материала толщиной в 1 см и площадью 1 см³, когда разница температуры на концах образца составляет 1⁰С. Чем выше этот показатель, тем более способно вещество пропускать через себя тепловую энергию, и наоборот. Коэффициент теплопроводности выражается в кал/см·с·⁰С. (таблица 1).

К химическим относятся те свойства, которые проявляются при химическом взаимодействии материала с окружающей средой полости рта. Металлы и другие материалы в процессе отработки подвергаются действию кислот и растворов. Материалы, находящиеся в полости рта подвержены действию слюны, пищи, имеющих различную – кислую или щелочную среду.

Процессы выделения металлов из состава сплавов, окисление металлов при нагревании, полимеризация, взаимодействие между ионами фтора, кальция и фосфора, входящих в составы профилактических материалов, с твердыми тканями зубов, твердение материалов и др. представляют собой химические реакции.

Одним из требований, предъявляемым к конструктивным материалам, является их химическая инертность. Ряд металлов и сплавов не могут быть использованы для изготовления зубных конструкций из-за коррозионной неустойчивости, приводящей к разрушению металла. К химическим свойствам относят также окисляемость и растворимость. Для определения коррозионной стойкости в различных условиях используют метод испытаний в жидкости с полным погружением, в парах, в кипящем солевом растворе, в атмосфере, в лабораторных условиях.

Механические свойства характеризуют способность материалов сопро-тивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам отно-сят прочность, твёрдость, вязкость, упругость, пластичность, хрупкость. Механические свойства материалов подчиняются законам механики и изучаются в разделе физики, который отражает закономерности влияния энергии и силы на физическое тело. Жевательные и другие функциональные нагрузки – это силы, которые действуют на стоматологические материалы в условиях полости рта. В зависимости от функции различных групп зубов (резцы, клыки, премолляры, моляры) жевательная нагрузка колеблется от 50 до 30-500 Н (Ньютон), наибольшая приходится на жевательные зубы. Механические свойства определяют как поведет себя материал под действием этих сил.

Механические свойства твердых тел – прочность на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, удар, твердость – характеризуют сопротивление материалов воздействию различных нагрузок и в значительной мере определяют область их применения при восстановлении зубов. Под действием нагрузки в твердом теле происходят изменения (деформации) или оно разрушается. Различают упругие (эластичные) или обратимые деформации (после снятия нагрузки к твердому телу возвращается первоначальная форма) и остаточные (пластичные) или необратимые (после прекращения действия нагрузки формы и размеры тела изменяются).

Материалы по различным свойствам разделяют на:

- изотропные (свойства материалов одинаковы в любых направлениях, например, металлы, каучук);

- анизотропные (свойства в различных направлениях не одинаковые, например, дерево, волокна, слоистые пластики).

Важным свойством материала является прочность.

Прочность – это способность материала без разрушения (деформации) противостоять действию внешних сил.

Деформация – это изменение размеров и формы тела под действием приложенных к нему сил.

Предел прочности – это степень деформации материала до наступления разрыва, определяется процентом вытяжения или сжатия материала под воздействием сил вытяжения или компрессии.

Теоретическая прочность материала исходит из его строения, межмолекулярных связей, может предсказать его прочность, но его реальная прочность в 10-100 раз ниже. Реальные изделия не имеют идеальных гладких поверхностей. Пломбы, искусственные коронки, мостовидные протезы имеют неправильную геометрическую форму с изгибами, углами, надрезами, в которых будут концентрироваться напряжения под действием жевательных нагрузок, их называют концентраторами напряжения. Если концентраторы действуют в хрупком материале, таком как керамика, в нем образуется трещина, которая мгновенно распространяется по материалу и приводит к разрушению, внезапно, без видимых деформаций.

Металлы способны течь и удлиняться до 120% от их первоначальной длины, прежде чем разрушиться. Полимеры в основном не прочны и очень эластичны по сравнению с металлами и керамикой, что объясняется особенностями молекулярного строения: сильные связи внутри полимерных цепей и слабые – между цепями.

Технические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видам обработки. К ним относятся испытания на литье, ковкость, штамповку, прокатку, волочение, свариваемость, пайку и обработку режущими инструментами.

Под биологическими свойствами материалов понимают возможное воздействие их на биологическую среду, в которой они находятся. Все конструкционные и вспомогательные материалы не должны оказывать отрицательное влияние на ткани и жидкости, с которыми они контактируют, изменять микрофлору полости рта, нарушать митотический процесс, влиять на рН, нарушать кровообращение, чувствительность, тем более не вызывать воспаления и т.д.

Все конструкционные материалы проходят специальную проверку на животных и в биологических средах на биологическую инертность. Стоматологический материал должен отвечать определенным токсико-гигиеническим требованиям.

 

Стоматологическое материаловедение, знакомство со стоматологическими материалами, в зависимости от химической природы:
I. Керамика	1.Неорганические соли 2.Стекла 3. Кристаллическая керамика	Студенты ознакомились с представителями керамики.
II. Металлы	1. Сплавы 2. Интерметаллические соединения	Студенты ознакомились с представителями металлов, применяемых в стоматологии.
III. Полимеры	1. Твердые 2. Воски 3. Эластомеры	Студенты ознакомились с представителями полимеров.
Знакомство с материалами согласно классификации по назначению:
I. Материалы для про-филактики заболеваний зубов и гигиены	1. Фторсодержащие и реминерализирующие материалы 2. Средства для чистки зубов 3. Герметики 4. Отбеливающие средства	Студенты ознакомились с представителями всех групп профилактических материалов.
II. Восстановительные материалы для лечения зубов в терапевтической стоматологии	1. Пломбировочные материалы для: а) восстановления коронки зуба; б) корневых каналов зубов; 2. Материалы для основ и прокладок 3. Адгезивные материалы	Студенты ознакомились с представителями всех групп материалов, применяемых в терапевтической стоматологии.
III. Материалы для лечения при частичной и полной потере зубов в ортопедической стоматологии	1. Основные конструкционные для зубных протезов: а) несъемных; б) съемных. 2. Вспомогательные: а) клинические; б) зуботехнические.	Студенты ознакомились с представителями основных и вспомогательных материа-лов, применяемых в орто-педической стоматологии.
IV. Материалы для ортопедического лечения аномалий прикуса и зубных рядов.	1. Для ортодонтической проволоки и дуг; 2. Для брекетов; 3. Для фиксации ортопедических аппаратов	Студенты ознакомились с материалами для ортодонти-ческого лечения.
V. Материалы для хирургического лечения дефектов и деформаций челюстно-лицевой области.	1. Для восстановления костных и мягких тканей лица. 2. Для зубных имплантатов.	Студенты ознакомились с материалами для лечения дефектов и деформаций, применяемых в хирургичес-кой стоматологии.

 

Контрольные вопросы

1. Дайте определение стоматологического материаловедения как прикладной науки. Почему стоматологическое материаловедение выделено в отдельную область знаний?

2. Что такое «идеальный» стоматологический материал?

3. Существует ли универсальный «идеальный» стоматологический материал? Поясните свой ответ.

4. Какие свойства материалов определяют возможность их применения в различных областях стоматологии?

5. Какие показатели характеризуют физиологические свойства стоматологических материалов?

6. Методы физического анализа.

7. Какие показатели характеризуют хим. свойства стомат. материалов?

8. Какие показатели характеризуют механические свойства стоматологических материалов?

9. Что такое концентрация напряжения и концентратор напряжения? Опишите взаимосвязь между формой концентратора напряжения и величиной напряжения.

10. Сравните в общем виде стоматологические материалы различной химической природы: металлы, керамику, полимеры по их физико-механическим свойствам.

11. Что такое теоретическая и практическая прочность?

12. Почему необходимо проведение доклинических (технических, биологических) испытаний, и невозможно ограничиться только клиническими испытаниями (наблюдениями)?

13. На какие типы делят материалы, исходя из их способности воспринимать механические нагрузки?