Вы здесь

Теплофизические свойства сополимеров

Теплофизические свойства сополимеров

Для сополимеров характерна более резко выраженная температурная зависимость механических свойств по сравнению с другими материалами, ранее применяемыми в стоматологии (цементы, амальгамы, металлы и т. д.). Эта зависимость обусловлена вязко-упругой природой деформации, т. е. сочетанием свойств вязкой жидкости (где вся работа, производимая при ее деформировании, рассеивается в виде тепла) и упругого тела, где она накапливается в виде потенциальной энергии, подобно растянутой пружине.

К теплофизическим свойствам сополимерных материалов относятся теплостойкость и тепловое расширение, теплопроводность.



Теплостойкость и тепловое расширение

Величина теплостойкости, или температуры размягчения, определяет предельную температуру эксплуатации сополимерных стоматологических материалов. Иными словами, это те предельные температуры, при которых сополимерный материал выдерживает определенную нагрузку в течение заданного времени. Для большинства аморфных стоматологических сополимеров теплостойкость близка к температуре стеклования. Величины теплостойкости сополимеров определяют из термомеханических кривых. Теплостойкость измеряется различными методами.

Так, теплостойкость полиметилметакрилата по Мартенсу 60—80° С, а но Вика 105—115° С. Введение в сополимерные стоматологические материалы неорганических наполнителей повышает теплостойкость, введение пластификаторов ее снижает.

Рабочие температуры использования стоматологических сополимерных материалов, а также процессы их обработки (шлифовка, полировка и т. д.) должны лежать ниже их теплостойкости. В противном случае будет происходить изменение механических характеристик этих материалов и их геометрических размеров, что имеет первостепенное значение для базисных сополимерных материалов.

Для большинства стоматологических сополимеров в качестве таких предельных рабочих температур можно использовать величины температур стеклования (Тс). С увеличением гибкости сополимерных цепей, например, с ростом длины олифатического радикала в полиалкилметакрилатах, изменяется Тс.
Температура стеклования, а следовательно, и теплостойкость сополимеров возрастает с увеличением полярности сополимерных цепей, приводящей к росту межмолекулярных взаимодействий макромолекул (силы когезии).

Найдена эмпирическая зависимость между Тс и свободным объемом сополимера.

Тепловое расширение сополимерных стоматологических материалов, кроме величин объемного теплового расширения, характеризуется также величинами линейного расширения. Однако большинство стоматологических сополимерных композиций, представляет апизатропные материалы, содержащие вещества с различными значениями величин . Это вызывает дополнительные внутренние напряжения в стоматологических материалах и в конечном итоге приводит к их разрушению. Как было показано выше, уменьшение различий в величинах а для составляющих композиционных пломбировочных материалов достигается соответствующим выбором неорганических наполнителей (пылевидный кварц и др.) и их обработкой (аппретированием) органическими соединениями.

Величина коэффициента линейного (объемного) теплового решения определяется на основании изменения длины или объема в зависимости от температуры:

Величина коэффициента линейного (объемного) теплового решения

где l0 — длина образца при исходной температуре; βт — коэффициент линейного теплового расширения в диапазоне температур; l1 — длина образца при температуре Т1;l2 — длина образца при температуре Т2.

Как правило, используется средний коэффициент между Т1 и Т2:

средний коэффициент

Относительное удлинение при повышении температуры от 0° С до Т°С составит



Относительное удлинение при повышении температуры

и может быть изображено координатами ε — Т в определенном интервале температур эмпирической кривой, проходящей через начало координат ε=аТ+ЬТ2 .... Подобным образом коэффициент линейного расширения может быть получен графически.

Для большинства материалов этот весьма важный показатель непрерывно и постепенно увеличивается с повышением температуры до появления признаков химических и физико-химических превращений.

Характерные для сополимерных пломбировочных материалов изменения хода кривой связаны с фазовыми превращениями, вызванными структурными преобразованиями. В критических точках наблюдается резкое изменение коэффициента, либо разрыв кривой. Изотропное тело, например, при тепловом расширении сохраняет свою форму, поскольку длина его изменяется в любом направлении равнозначно, и выглядит:

Изотропное тело, например, при тепловом расширении  

Следовательно, для изотропного тела (материала) коэфицент объемного расширения будет равен:

для изотропного тела (материала) коэфицент объемного расширения

Для анизотропных материалов, какими являются большинство стоматологических композитов, коэффициент линейного расширения а в различных направлениях не равнозначен.

Эти исследования стоматологических сополимерных материалов, используя метод их дилатометрического изучения, позволили определить не только изменение линейных размеров твердого тела, но и изучить ход многих явлений и процессов, происходящих в материале при изменении температуры. При помощи дилатометрии можно исследовать фазовые переходы с момента изготовления пломбировочного материала до его полного отверждения.



Исследованию подвергались все группы сополимерных пломбировочных материалов на основе: а) акриловых смол — норакрил-65; б) эпоксидных смол — дентоксид; в) эпоксиакриловых сополимерных композиций — акрилоксид.

Изучение проводилось в динамике и сравнении с твердыми тканями зуба, с которыми они контактируют (табл.40).

Показатели термических коэффициентов линейного расширения основных пломбировочных материалов в сравнении с твердыми тканями зуба при циклическом термовоздействии

Установлено, что из всех подвергнутых изучению материалов наиболее устойчивыми к сохранению первоначального размера оказались материалы на основе эпоксидных смол. Коэффициент линейного теплового расширения в диапазоне исследуемых температур у этого материала был постоянным, независимо от изменения очередности нагрева и охлаждения образцов. Заметно неустойчивыми материалами оказались материалы на основе акриловых смол.

При рассмотрении системы зуб — пломба и сравнительной оценки свойств пломбировочных материалов главными ориентирующими показателями должны быть величины значений физико-механических свойств твердых тканей зуба. Результаты известных работ, отражающих эту проблему, имеют существенные различия. Wilson и др. (1970), в частности, получили значение коэффициента теплового расширения тканей зуба весьма сложным и неясным математическим расчетом.

Нами при изучении термодеформационных характеристик тканей зуба (исследовались образцы из 20 удаленных зубов) были получены неожиданные результаты. После некоторого теплового воздействия на образцы (исследования проводились на дентине свежеудаленных 3 | 3 зубов, верхних клыков, помещенных в изотопический раствор хлорида натрия) они начали уменьшаться. С повышением температуры отрицательная деформация существенно возросла, достигнув при температуре 64° С около 0,1%. При последующих нагревах характер термодеформационных кривых сохранялся, и только после девятого, десятого цикла (нагрев — охлаждение), длившихся в течение 14 ч, эти кривые становились устойчивыми. Образцы, изготовленные из других зубов (для достоверности), дали подобный эффект при тепловом воздействии. Наличие межструктурного плазменного субстрата у только что удаленного зуба является, по всей вероятности, причиной отрицательной деформации и соответственно отрицательного значения величины коэффициента линейного теплового расширения. Иными словами, процесс воздействия температурного фактора приводит к «высушиванию» образца и уменьшению его размера. Для доказательства этого было проведено взвешивание образцов из свежеудаленных зубов до термотренировки и после. Результаты взвешивания после 14-часового нахождения их в термоциклических условиях составили 7,61 ± ±0,57%. Эти данные представляют большой теоретический интерес.

Для получения истинного значения коэффициента линейного теплового расширения зубной ткани и основных пломбировочных материалов исследования проводились в условиях, приближенных к естественным. Образцы испытывали как в изолированной, так и в агрессивной средах. При исследовании сополимерных материалов, используемых для пломбирования зубов в диапазоне известных температур, присутствие агрессивной среды заметного влияния на ход термодеформационных кривых не оказало. В табл. 40 показаны зависимости показателей коэффициентов линейного расширения от циклических температурных нагрузок для различных групп пломбировочных материалов в сравнении с показателями твердых тканей зуба. Эти данные еще раз подтверждают имеющиеся различия, возникающие при температурных воздействиях между элементами системы зуб — пломба.