Полимеризация базисных пластмасс в свч-печах

Традиционные методы полимериза­ции акриловых пластмасс на водяной ба­не, компрессионное и литьевое прессо­вание под давлением требуют строгого соблюдения режима, больших затрат времени, а полученная пластмасса обла­дает высоким содержанием остаточного мономера и низкими прочностными ха­рактеристиками. Исследованиями ряда отечественных ученых (Нападов М.А., Голубничий А.П., 1980; Рыбаков А.И., 1984) доказано, что качество пластмасс, приготовленных в сухой среде, намного выше, чем при их полимеризации на во­дяной бане. Улучшение физико-механи­ческих свойств акрилатов может быть до­стигнуто за счет инфракрасной, ультра­фиолетовой, гидропневматической и ультразвуковой обработки. В последние годы наиболее прогрессивным методом изготовления акрилатов и придания им лучших свойств является технология с использованием энергии сверхвысоких частот (СВЧ-полимеризация).

Энергия СВЧ быстро становится тем средством, которое позволяет создавать новые технологические методы и про­цессы. Основными технологическими процессами, основанными на энергии СВЧ, являются размораживание, сушка, нагрев и термообработка, термомехани­ческие воздействия, химические процес­сы (включая полимеризацию).

В отличие от традиционных способов, когда энергия передается нагреваемому объекту посредством лучеиспускания,

Глава 15. Основные конструкционные материалы

 

конвенции или теплопередачи, при СВЧ-нагреве происходит генерация теп­ла внутри самого обрабатываемого объ­екта. Проникновение СВЧ-поля внутрь вещества дает возможность обеспечить достаточно равномерный нагрев по все­му объему тела, избежав градиента (пере­пада) температур.

В связи с тем, что воздействие СВЧ-поля приводит к достаточно равномер­ному выделению тепла именно в обраба­тываемом объекте, на его нагрев затрачи­вается, по сравнению с традиционными способами, значительно меньше време­ни. В ряде случаев технологический про­цесс может быть ускорен в десятки раз. Время нагрева определяется объемом те­ла, но практически не зависит от его формы.

Энергия СВЧ — это очень удобный ис­точник тепла, который в ряде случаев об­ладает несомненными преимуществами перед другими источниками. Такой ис­точник не вносит каких-либо загрязне­ний при нагреве, отличается гибкостью в применении и управлении. Распро­странение энергии СВЧ происходит со скоростью света. Генераторное оборудо­вание является полностью электронным и работает практически безинерционно. Благодаря этому количество энергии СВЧ и момент ее приложения можно из­менять мгновенно.

Использование энергии СВЧ впервые упоминается в публикации японских ученых M.Nishii и H.Hashimoto (1968). Дальнейшее развитие темы нашло отра­жение в работе H.Kimura и N.Teraoka (1984), которая посвящена созданию специальных кювет и стоматологических материалов, процессу формования и по­лимеризации акриловых смол с исполь­зованием микроволн. В результате этих исследований фирмой «G-C Interna­tional» (Япония) был разработан метод, который позволяет сократить время по­лимеризации материала базиса до 3 мин.

При этом использовались специальный материал Acron MC и радиопрозрачная кювета из стеклопластика, а процесс по­лимеризации осуществлялся в бытовой микроволновой печи.

По имеющимся зарубежным публика­циям, можно считать доказанным, что микроволновая технология является не только приемлемой, но также имеет ряд преимуществ по сравнению с традици­онными способами полимеризации пластмасс, что объясняется действием СВЧ-поля на вещество. Электромагнит­ное поле, проникая в мономер, взаимо­действует с заряженными частицами, вы­зывая их колебания и изменяя при часто­те излучения 2450 МГц направленность их ориентации приблизительно 5 млрд раз в секунду. Вследствие этого они пере­мещаются внутрь сети молекул, и это движение под воздействием микровол­нового излучения служит причиной вну­треннего нагрева. Процесс происходит сразу и равномерно во всем объеме поли-меризуемой массы, причем за короткий промежуток времени — 3—7 мин. Кроме того, происходит более полная связь мо­лекул полимера и мономера, что позво­ляет получить пластмассу с лучшими фи­зико-механическими характеристиками.

В течение 1992—1997 гг. специалиста­
ми МГМСУ (Б.П.Марков, А.И.Дойни-
ков, Е.Г.Пан, О.Б.Новикова) в содружес­
тве с сотрудниками Центрального НИИ
стоматологии (И.Ю.Поюровская,

Т.Ф.Сутягина), ГосЦНИРТИ (Б.Д.Рыба­ков) и НТЦ «Альфа-1» (С.В.Корнеев, ГФДуржинская) проводились разработ­ка метода и исследования полимериза­ции базисов съемных зубных протезов при помощи микроволновой энергии. Основной задачей этих работ являлось обеспечение изготовления базисов про­тезов из отечественных обычных двух-компонентных полимер-мономерных пластмасс (Этакрил-02, АКР-15, бес­цветная, Фторакс), которые по качеству

Раздел II. Материалы, применяемые для изготовления пластиночных протезов при полной утрате зубов

 

не уступали бы таковым, изготовленным на водяной бане.

В процессе исследований было дока­зано, что при сокращении времени поли­меризации материала в гипсе ни тепло­вой, ни микроволновый методы нагрева по отдельности не способны обеспечить однородность нагрева всего объема кю­веты. Лишь комбинация теплового и ми­кроволнового нагрева способна обеспе­чить разницу температур в центральной части и на периферии кюветы в единицы градусов. Для этого кювета изготавлива­ется из диэлектрика с потерями, т.е. ста­новится полупрозрачной для электрома­гнитных волн. При этом часть энергии микроволн, которая проникает внутрь кюветы, обеспечивает микроволновый нагрев гипса с полимеризуемым матери­алом. Другая часть микроволновой энер­гии поглощается материалом кюветы, нагревает ее, в связи с чем обеспечивает обычный тепловой нагрев гипса с мате­риалом. Такое комбинированное воздей­ствие позволяет обеспечить равномер­ный нагрев материала с гипсом в кювете по всему ее объему.

Оборудование для осуществления по­лимеризации в электромагнитном поле СВЧ представлено специальными кюве­тами из диэлектрика АГ-4 и программи­рованной микроволновой установкой «Дента» (рис. 15.1). По конструкции кю-

веты аналогичны известным металличе­ским и состоят из двух колец, основания и крышки, плотно подходящих друг дру­гу. Части кюветы скрепляются болтами. Материал кювет механически прочен и выдерживает необходимый режим прессования.

Установка «Дента» снабжена микро­волновым генератором мощностью 800 Вт, рабочей частотой 2450 МГц и укомплектована стеклянным поддо­ном, на котором устанавливается кювета. Специальное кольцо обеспечивает вра­щение стеклянного поддона для дости­жения так называемого перемешивания поля внутри камеры микроволновой пе­чи и, следовательно, более равномерного нагрева. Технологические режимы, о ко­торых будет сказано ниже, устанавлива­ются нажатием фиксированных кнопок на панели управления.

Клинические и лабораторные этапы до момента выплавления воска из кюве­ты и после извлечения готового протеза не отличаются от общепринятых. После гипсовки и полного затвердевания гипса кювета помещается в печь на вращаю­щийся столик. Запускается режим раз­мягчения воска (1 мин при 100% мощно­сти поля СВЧ). При этом воск не дово­дится до полного расплавления во избе­жание впитывания его в гипс и деформа­ции поверхности модели, а размягчается

Рис. 15.1. Диэлектрическая кювета в микроволновой установке «Дента».

 

Глава 15. Основные конструкционные материалы

 

и легко удаляется. Остатки вымываются кипящей водой.

Следующий технологический режим — сушка гипсовой формы (5 мин при 50°С) — связан с тем, что на равномерный нагрев кюветы в поле СВЧ влияет водо-насыщенность гипса. Избыточное содер­жание воды может вызвать чрезмерно быстрый нагрев гипсовой формы, что снижает качество полимсризуемой плас­тмассы.

После паковки пластмассового теста в кювету, прессования, скрепления час­тей кюветы и ее установки в печи СВЧ нажатием соответствующих кнопок на панели управления устанавливается ре­жим полимеризации, состоящий из не­скольких циклов: нагрев—пауза—допол­нительный нагрев. Различные уровни подачи энергии и ее импульсность (пре­рывистость) позволяют компенсировать изменения диэлектрических свойств об­рабатываемого материала во время обра­ботки и выровнять температуру по объ­ему в паузах между импульсами.

Процесс соединения полимера и моно­мера является сложной экзотермической реакцией. Нагрев кюветы до 65°С на водя­ной бане сопровождается выделением тепла, и при дальнейшем нагреве до

75—80°С происходит температурный ска­чок до I Ю°С. Результатом этого является перегрев пластмассы, что увеличивает воз­можность образования газовой пористос­ти и ухудшает качество зубных протезов.

При достижении критической темпе­ратуры 65°С пауза в СВЧ-нагреве сгла­живает температурный скачок, который проходит в этот период в пределах Ю()°С. Цикл дополнительного нагрева по СВЧ-методике обеспечивает окончательную полимеризацию при температуре близ­кой к Ю0°С, но уже в стабильных услови­ях, когда критический пик температуры прошел.

Сравнительная оценка физико-механи­ческих характеристик и содержания оста­точного мономера в образцах пластмасс (табл. 15.1), полимеризованных в поле СВЧ и на водяной бане, показала преиму­щество микроволновой технологии (Мар­ков Б.П., Пан Е.Г., Маркова Г.Б. и др., 1998; Мальгинов Н.Н., 2000; Марков Б.П., Пан Е.Г., Маркова Г.Б., Зоткина М.А., 2001).

Установлена существенная зависи­мость санитарно-химических свойств пластмасс от методики полимеризации (Мальгинов Н.Н., 2000). Так, при СВЧ-полимеризации новой базисной пласт-

 

Сравнительная оценка физико-механических характеристик и содержания остаточного мономера в образцах пластмасс

Таблица 15.1

 

Свойства	Водяная баня	СВЧ-полимеризация	Статистически значимая разница, %
Ударная вязкость (кДж/м^2) по Динстату	3,9±0,6	4,2±0,57	X
Прочность при трехточечном изгибе (МН/м^2)	79+2,5	105+5
Прочность при изгибе (МН/м^2)	100,7+8,4	167+350
Содержание остаточного мономера(%)	0,47	0,24

Раздел II. Материалы, применяемые для изготовления пластиночных протезов при полной утрате зубов

массы «Стом-Акрил» содержание в вы­тяжках основного составляющего поли­мерной композиции — метилметакрилата — на всех сроках наблюдения находится на уровне 0,046—0,080 мг/л, что в 10 раз мень­ше по сравнению с технологией полиме­ризации на водяной бане. Только в случае СВЧ-полимеризации концентрация ме­тилметакрилата на всех сроках наблюде­ния в 3—5 раз ниже безопасного уровня (0,25 мг/л). Также надо отметить, что сте­пень прилегания СВЧ-полимеризованно-го базиса к протезному ложу выше, чем у полученного обычным нагреванием на водяной бане (Kimura H., Teraoka N., 1983), за счет уменьшения погрешностей линейных размеров (Takamata Т., 1989).

Подводя итог, следует отметить, что технология изготовления съемных про­тезов с использованием энергии СВЧ по­зволяет улучшить качество зубных про­тезов и, соответственно, ортопедическо­го лечения, облегчить труд зубного тех­ника и повысить культуру труда.