Адгезия эластичной подкладки к базису протеза

Адгезия — это сила, которая соединяет два разнородных материала, приведен­ных в близкий контакт. Адгезия отличает­ся от когезии, которая является притяже­нием между одинаковыми атомами или молекулами в пределах одного вещества.

Адгезия между твердым и материалами

На атомном уровне все поверхности являются неровными (шероховатыми).

Это означает, что если их привести в контакт, то они будут соприкасаться только выступами на поверхностях. В этих точках может возникать очень высокое давление, в результате которо­го, при отсутствии загрязняющих ве­ществ, может появиться эффект, называ­емый локальной адгезией, или холодной сваркой. Если мы попытаемся перемес­тить путем скольжения одну поверх­ность по отношению к другой, то почув­ствуем сопротивление, которое называ­ется трением.

Причиной трения является необходи­мость сдвига или разрыва связей, образо­ванных локальной адгезией. Обычно прочность локальной адгезии настолько высока, что процесс разрыва протекает не по границе раздела между выступами поверхности, а внутри твердого вещест­ва. Этим можно объяснить такое явле­ние, как стирание материала в результате трения (фрикционный износ).

Несмотря на то что силы трения, воз­никшие в результате локальной адгезии, могут быть достаточно высокими, опре­делить адгезионную силу в направлении нормали, т.е. силу, перпендикулярную к поверхности материала, обычно невоз­можно. Это объясняют возникновением напряжений упругости (упругих напря­жений) материала, действующих в нор­мальном направлении и исчезающих сра­зу же после снятия нагрузки на материал.

Только очень мягкие металлы, такие как чистое золото, могут ослабить упру­гие напряжения за счет своей текучести и предотвратить разрушение в области соединения (локальной адгезии) в ре­зультате приложения нагрузки в нор­мальном направлении. Примером ис­пользования этого явления в стоматоло­гии является применение когезионного золота.

При попытках вытереть стекло тканью на его поверхности сохраняется очень тонкий слой воды. Единственным спосо-

Раздел I. Ортопедическое лечение больных при полной утрате зубов

 

бом удаления всей воды с поверхности стекла является нагрев пластины.

Этим примером можно проиллюстри­ровать хорошую адгезию, возникшую между жидкостью и твердым веществом. В данном случае адгезию можно объяс­нить способностью жидкости образовы­вать очень близкий (межмолекулярный) контакт с твердым веществом на боль­шой площади поверхности. Этим хоро­шая адгезия между жидкостью и твердым веществом отличается от слабой адгезии (которая была описана выше), возника­ющей между твердыми телами, которые контактируют между собой только в от­дельных точках.

Таким образом, одним из главных ус­ловий адгезии, которым нельзя прене­брегать, является плотный контакт меж­ду двумя веществами, поскольку образо­вание прочной связи возможно только при близком межмолекулярном контак­те. Данное требование кажется простым, однако с его выполнением могут возни­кать проблемы, поскольку очень сложно обеспечить близкий контакт между раз­нородными твердыми веществами на микроскопическом уровне, о чем уже упоминалось выше.

Допустим, что для возникновения ад­гезии расстояние между взаимодейству­ющими молекулами должно составлять не более 0,0007 мкм. Понятно, что адге­зия между двумя твердыми веществами практически невозможна. Однако ее можно создать путем использования третьего вещества (обычно в жидком или полужидком состоянии), которое будет действовать как промежуточная среда.

Вещество, соединяющее два материа­ла, называется адгезивом, а поверхности взаимодействующих материалов — адге-рентами, или субстратами. Совокуп­ность точек, в которых субстраты кон­тактируют с адгезивом, называется по­верхностью раздела.

Само собой разумеется, что каждое яв­ление, происходящее на поверхности раздела, определяет успех или неудачу адгезионной связи. Это относится в рав­ной мере как к адгезивам технического назначения, так и к стоматологическим адгезивам, поэтому в первую очередь мы должны рассмотреть общие требования к адгезивам, а затем приступить к более внимательному изучению механизмов связи.

Критерии адгезии

Перед соединением двух поверхностей необходимо убедиться в их идеальной чистоте, в противном случае будет невоз­можно образование адгезионной связи.

Во всех инструкциях по применению адгезивов обращается внимание на то, чтобы соединяемые поверхности были чистыми и сухими. И это требование яв­ляется чрезвычайно важным по ряду объ­ективных причин. Чистая и сухая по­верхность материала служит гарантией правильного образования адгезионной связи. Присутствие на поверхности мате­риала загрязняющих веществ будет пре­пятствовать образованию прочной связи, поскольку связь между загрязнителем и поверхностью твердого вещества сама по себе является слабой. Более того, за­грязнитель препятствует проникнове­нию адгезивов в субстрат.

В число факторов, влияющих на спо­собность адгезива вступать в близкий контакт с субстратом, входят:

• смачиваемость субстрата адгезивом;

• вязкость адгезива;

• морфология или рельеф поверхнос­ти субстрата.

Поверхностная энергия

В массе твердого вещества или жидко­сти молекулы подвержены действию сил притяжения во всех направлениях. Та­ким образом, каждая молекула находит­ся в состоянии динамического равнове-

Глава 10. Перебазировка пластиночных протезов

 

сия с окружающими ее молекулами. Од­нако на поверхности вещества этот тон­кий баланс нарушается, что приводит к притяжению молекулы внутрь, в на­правлении огромного числа молекул в массе материала. Действие сил притя­жения внутрь материала создает энергию на поверхности материала, называемую поверхностной энергией. У жидкостей по­верхностную энергию называют поверх-постным натяжением.

Под действием поверхностного натя­жения жидкость стремится принять сфе­рическую форму. Это происходит пото­му, что в отличие от других форм, сфера обладает наименьшей площадью по­верхности, и, следовательно, минималь­ной поверхностной энергией для данно­го объема жидкости, что позволяет свес­ти к минимуму суммарную энергию жидкости.

В то время как поверхностное натяже­ние жидкости представляет собой реаль­ное напряжение на се поверхности, в слу­чае твердого тела поверхностная энергия связана с работой по растяжению его по­верхности, а не с приданием этой поверх­ности определенной формы. Измерить поверхностную энергию твердого вещес­тва намного сложнее, чем жидкости.

Адгезив должен быть совместим с по­верхностью, подлежащей соединению. Например, гидрофобные (не смачивае­мые водой) полимеры не склеиваются с гидрофильными (смачиваемые водой) поверхностями.

Вязкость

Для успешного использования адгези-ва необходимо, чтобы он мог не только образовывать близкий контакт с субстра­том, но и легко растекаться по его по­верхности, но не до такой степени, что­бы его текучестью нельзя было бы управ­лять. Движущая сила растекания жидко­сти зависит от ее способности смачивать твердую поверхность. Движущей силе

противодействует вязкость жидкости. Нежелательно, чтобы жидкость имела слишком высокую вязкость. Высокая вязкость будет препятствовать легкому растеканию жидкости по поверхности твердого субстрата и ее проникновению в узкие трещины и щели.

Шероховатость поверхности

Преимуществом грубой или шерохо­ватой поверхности является увеличение площади для создания адгезионного со­единения, однако есть и недостаток та­кой поверхности — возможность захвата воздуха. Захват воздуха может значи­тельно снизить эффективное простран­ство для склеивания, в результате чего произойдет ослабление связи. Состав­ными элементами неровностей поверх­ности являются трещины и щели, поэто­му одним из требований, предъявляемых к адгезиву, является его способность за­текать в углубления на поверхности суб­страта.

Площадь поверхности шероховатого субстрата выше, чем гладкого, на боль­шей площади поверхности сможет обра­зоваться большее число связей. Если не­ровности поверхности будут иметь опре­деленное строение (морфологию), на­пример на поверхности субстрата будут присутствовать микроскопические под­нутрения, то прочность адгезии может усилиться за счет микромеханического сцепления.

Механизмы адгезии

Адгезионная связь может быть меха­нической, физической или химической, но обычно она представляет собой ком­бинацию этих видов связи.

Механическая адгезия

Простейшим видом адгезии является механическое сцепление компонентов адгезива с поверхностью субстрата. Эта адгезия образуется за счет присутствия таких неровностей поверхности, как уг-

Раздел I. Ортопедическое лечение больных при полной утрате зубов

 

лубления, трещины, щели, при развитии которых образуются микроскопические поднутрения.

Основным условием образования меха­нической адгезии является способность адгезива легко проникать в углубления на поверхности субстрата, а затем твердеть.

физическая адгезия

При близком контакте двух плоскостей образуются вторичные связи за счет ди-поль-дипольного взаимодействия между поляризованными молекулами. Величина возникших сил притяжения очень неве­лика, даже если они и обладают высоким значением дипольного момента или по­вышенной полярностью.

Величина энергии связи зависит от от­носительной ориентации диполей в двух плоскостях, однако обычно эта величина составляет не более 0,2 электрон-вольт. Это значение намного меньше, чем у первичных связей, таких как ионные или ковалентные, у которых энергия свя­зи обычно колеблется в пределах от 2,0 до 6,0 электрон-вольт.

Химическая адгезия

Если после адсорбции на поверхности молекула диссоциирует и затем ее функ­циональные группы, каждая в отдельно­сти, смогут соединяться ковалентными или ионными связями с поверхностью, то в результате образуется прочная адге­зионная связь. Такую форму адгезии на­зывают хемосорбцией, и она может быть по своей природе как ионной, так и ко-валентной.

Праймеры

Праймеры, подобно аппретам, пред­ставляют собой другую группу веществ, разработанных для усиления способнос­ти поверхности субстрата к адгезионно­му взаимодействию. Обычно праймеры используются в сочетании с адгезивами.

Типичным примером использования праймера является герметизация поверх­ности деревянного изделия перед покры-

тием клеем. Если она не будет загермети­зирована, адгезив может впитаться в по­ры изделия и на склеиваемой поверхнос­ти ничего не останется.

Существует множество примеров ис­пользования праймеров в стоматологии, в том числе фосфорная кислота, исполь­зуемая для травления поверхности эма­ли, множество кондиционеров для ден­тина, которые используются в сочетании сдентинными адгезивами. К сожалению, авторы многих стоматологических пуб­ликаций и учебников по стоматологии не видят разницы между аппретами и прай-мерами и часто заменяют один термин другим.

Заключение

Адгезия представляет собой сложное явление. Ее нельзя объяснить с помощью одной единственной модели. Образова­ние адгезионной связи зависит от мно­жества факторов, в редких случаях она обеспечивается каким-то одним меха­низмом.

Клиническое значение. В ортопедиче­ской стоматологии она дает возможность использовать новые материалы и техно­логии. Не существует такой области сто­матологии, в которой в той или иной сте­пени не использовались бы наши углуб­ленные представления о межмолекуляр­ном взаимодействии на границе раздела двух материалов.

Одной из основных проблем, возника­ющих при создании эластичных прокла­док для съемных зубных протезов, явля­ется вопрос прочного соединения под­кладки с поверхностью пластмассового базиса.

Успешное решение поставленной за­дачи может не быть достигнуто без учета химической природы соединяемых ма­териалов и без создания условий, обес­печивающих возможно более полное взаимодействие между молекулами эла­стичной подкладки и акрилового базиса.

Глава 10. Перебазировка пластиночных протезов

 

Повышение интенсивности взаимо­действия на границе раздела фаз, т.е. со­здание условий, при которых между мо­лекулами соединяемых поверхностей возникают более прочные связи, на наш взгляд, — наиболее универсальный спо­соб повышения адгезионной прочности. Одним из самых эффективных приемов повышения адгезионной прочности яв­ляется подбор специальных соединений (адгезивов), имеющих сродство к обоим субстратам (эластичная подложка и ба­зис) и содержащих различные по приро­де и реакционной способности функци­ональные группы.

В связи с вышеизложенным, в качестве адгезивов были исследованы следующие соединения: тстрабутоксититан (ТБТ), тетраэтоксисилон (ТЭС), продукт соко-инденсации акрилата с у-аминопропил-тиэтоксисиланом (ПАЭ), а также адгези-вы Wacer 6790 и UV 1860/120.

Исследуемые адгезивы в виде 6—10% растворов в органических растворителях, наносились кисточкой на заготовки (пластина шириной 25 мм) на основе пластмасс «Стом-Акрил», и после высы­хания в течение 10—15 мин при комнат­ной температуре на обработанные по­верхности наносился слой силиконовой композиции.

Пластмасса с нанесенной подкладкой выдерживалась под давлением в течение 5 мин, а после этого испытывалась на усилие отрыву (табл. 10.1).

Как видно из полученных экспери­ментальных данных, наиболее эффек­тивным адгезивом является ПАЭ, обес­печивающий высокую прочность связи пластмассы с силиконовой подкладкой.

Очевидно, высокая прочность связи в системе «пластмасса—силикон», дости­гаемая при использовании ПАЭ, обуслов­лена наличием в указанном адгезиве ак­тивных функциональных групп, способ­ных к взаимодействию как с непрореаги-ровавшими активными группами в сили-

коновой композиции (Si-H; SiCH=CH₂; SiOH), так и с кислородосодержащими группами поверхности пластмассы, со­единяя таким образом обе поверхности с образованием прочных химических связей.

Полученное адгезионное соединение обладает хорошей устойчивостью к воз­действию различных биологических сред, что является важным параметром, опре­деляющим эксплуатационные характери­стики протеза, находящегося в полости рта и контактирующего с различными биологическими средами (слюна, раз­личные жидкости и т.п.).

Так, после выдержки полученных съемных протезов в физиологическом растворе в течение 14 дней показатель усилия отрыва подкладки от пластмассо­вого базиса практически не изменился и составляет 8,6 МПа. При этом основ­ные физико-механические показатели эластичной подкладки (прочность и эла­стичность) также не изменяют свои зна­чения.

Вместе с тем у используемых в насто­ящее время отечественных подкладок для съемных зубных протезов на основе поливинилхлорида в процессе аналогич­ных испытаний (выдержка в физиологи­ческом растворе в течение 24 ч) наблю­дается значительное снижение физико-

Таблица 10.1 Влияние адгезива на прочность соединения подкладки с пластмассой

 

Адгезив	Сопротивление отрыву, МПа
Без адгезива	Нет крепления
ТБТ	1,2
ТЭС	1,0
ПАЭ	Х,2
	2,3
UV I860/120	2,0
Xemosil	1,5

Раздел I. Ортопедическое лечение больных при полной утрате зубов

 

механических показателей: твердость увеличивается на 25%, эластичность снижается на 20%, что, очевидно, обус­ловлено «вымыванием» пластификатора из полимера при контакте с жидкими средами.

Таким образом, полученные экспери­ментальные данные позволили разрабо­тать силиконовую композицию для изго­товления эластичных подкладок марки ПЭС (подкладка эластичная, силиконо­вая), обладающих, по сравнению с ана­логичными изделиями (подкладка ПМС, Харьков), более высокими прочностны­ми показателями.

Для присоединения «ГосСил» к базису съемного протеза применяется раствор полибутилтитаната в Н-гептоне, а также разбавленный в растворителе силиконо­вый полимер или алкилсилановое связу­ющее звено.