Терминът полимер има гръцки произход - състои се от гръцките думи поли – много и мерос – части. В денталната медицина се използват два типа обтуровъчни материали - химио- и фотополимери, които полимеризират при смесването на двете си съставки (чрез химична реакция - химиополимер) или при облъчване с видима светлина (фотополимер). Полимерите са високомолекулни съединения, молекулите на които се състоят от голям брой повтарящи се атомни групи, свързани помежду си с ковалентни химични връзки. За първи път терминът полимер е въведен в практиката от холандския химик Йонс Якоб Берцелиус през 1833 година - много преди въвеждането на тези забележителни химични съединения в практиката. С термина полимер Берцелиус означава вещества, които имат еднаква емпирична формула, но различни моларни маси - по същество това твърдение е напълно валидно за всеки един полимер, който се използва днес. През 20-те години на ХХ век започва синтезирането на различни полимери, които постеленно навлизат във всяка една област от човешката дейност и изместват много материали, които са използвани до тогава. В днешно време полимерите са навлезли толкова широко в практиката, че всеки един от нас на практика е заобиколен почти само от полимерни съединения, а и почти всеки човек има в тялото си поне едно полимерно съединение.
Самите молекули на полимера са наречени макромолекули заради големия си размер и са изградени от многократно повтарящи се елементарни звена. Броят на мономерните звена в макромолекулите характеризира степента на полимеризация. В зависимост от нея в практиката има синтетични смоли или олигомери. Смолите са твърди или полутечни аморфни органични вещества с неголяма молекулна маса, способни при преработка да се превръщат в нетопими и неразтворими вещества. Полимерите, изградени от еднакви мономерни звена, се наричат хомополимери. Когато във веригата на макромолекулите се съдържат различни мономерни звена, се говори за съполимери.
Полимерите нямат точно определена молекулна маса. Голяма част от тях са неразтворими във вода, но се разтварят добре в бензен, толуен и други органични разтворители. Плътността им варира от 0.8 до 2.5 грама на кубичен сантиметър. Свойствата на полимерите се определят основно от структурата им. Така например пространствено омрежените полимери са по-здрави от линейните, които пък са по-здрави от разклонените. Именно линейните полимери с молекулна маса над 12 000 се използват при найлона и целулозата заради голямата си издръжливост при опъване. За получаването на пространствено омрежени полимерни матрици се използват мономери или олигомери, които впоследствие могат да се втвърдят по механизма на поликондензацията под действието на температура, йонизиращи лъчения, инициатори или втвърдители.
Линейните полимери с аморфна структура са еластични по природа. Могат да се деформират при външно механично въздействие и отново да възстановят формата си. Отнасят се към групата на еластомерите или каучуците.
Класификацията на полимерите се извършва по следния начин:
според произхода: естествени – от растителен (целулоза, каучук), животински и минерален произход
изкуствени – получени чрез преработка на природни високомолекулни съединения (вискоза)
синтетични – получени чрез синтез от нискомолекулни вещества
според състава полимерите се делят на две големи групи - органични и неорганични. Неорганичните са изключително разнообразни - слюда и графит, имащи слоеста структура; диамант; силикатите; повечето неорганични минерали; някои алотропни форми на простите вещества - например при сярата и фосфора; полифосфазените и техните производни, известни като неорганичен каучук. Органичните полимери са в по-голямата си част синтетични - рядко се срещат в природата. Тук спадат огромното мнозинство от познатите и използваните в практиката хибридни материали – полимер-неорганични полимери, органометални полимери и особено силиконите, които също намират широко приложение в стоматологията.
Синтетичните полимерни материали (пластмаси и каучуци) намират приложение във всички области на строителството, техниката и бита и бързо заместват естествените материали като дърво, камък, кожа, памук, коприна, стъкло и метали. В същото време те притежават предварително зададени свойства (в процеса на производството на материала), които естествените материали не притежават. Докато в миналото предимствата на полимерите са били определяни в сравнение с естествените материали, сега те се разглеждат като отделна група материали със самостоятелни свойства.
Получаването на полимерите е чрез различни химични (по-рядко физични) реакции. Полимеризацията е бърз процес, при който полимерната верига се образува чрез последователно присъединяване на молекулите на един или няколко мономера към нарастващ активен център. Осъществява се чрез разкъсване на ненаситени връзки или циклични съединения. За разлика от поликондензацията, в реакционната смес присъстват само мономер и полимер. Полимеризацията включва три етапа - образуване на активен център, нарастване на веригата и прекъсване на веригата. Полимеризацията може да бъде провеждана по няколко начина: чрез блок (блокова полимеризация), чрез суспензия, емулсия или разтвор. Поликондензацията другият тип реакция, при която се синтезират полимерни съединения. Представлява бавен процес и се извършва се на степени, като при всяка от тях се получават трайни междинни съединения, който могат да бъдат изолирани. Най-често при този тип реакция се отделя вода, която предизвиква известни обени и линейни деформации на материала. В ежедневната дентална практика поликондензацията се използва при реакцията на еластифициране на кондензационните силикони.
Графична схема на процеса на полимеризация. Лилавите елипси представляват малки органични молекули (т. нар. мономер). При протичането на полимеризацията те образуват големи молекули, състоящи се от хиляди и милиони фрагменти, свързани със здрава химична връзка (червената линия). Колкото по-здрава е тази връзка, толкова по-механично издържлив е съответният материал. Тази реакция е всъщност в основата на синтеза на всички съвременни пластмаси, т.е. фото- и химиополимерите не са нищо друго, освен пластмаси. Вижда се, че при крайния продукт кристалната решетка не е абсолютно правилна. Това не се дължи на мързел или недоглеждане от страна на web - разработчика, а представлява опит да се представят материалите в близко до действителността състояние. От физиката е известно, че никъде в природата и в техниката не се срещат идеално подредени кристални решетки. Композитните материали не правят изключение.
Като химична структура всички мономери в състава на композитите са на базата на метилметакриловата киселина. Нейната структурна формула изглежда по следния начин:
Струткурна химична формула - ужасът на всеки дветокласник
Триизмерен модел на молекулата на метакриловата киселина. Със сиви топчета са означени водородните атоми, с червени - кислородните, а с черни - въглеродните. Между два въглеродни атома има и двойна връзка - именно тя се разкъсва при полимеризацията и се образува дълга верига от идентични мономери. Полимерната верига изглежда по следния начин:
Това химично съединение е изиграло голяма роля в не една област от дейността на човека. Повечето зъботехнически пластмаси са на акрилатна основа. От тях зъботехниците изработват снемаеми протези и естетични инкрустации върху метални скелети. Секунните лепила също съдържат акрилати, както и някои строителни фугиращи смеси и бои. При материалите за обтурации обаче класическата метилметакрилова киселина е била използвана в миналото, след което постепенно е отхвърлена поради нейната ниска износоустойчивост и недобрата стабилност на цвета. Днес най-често се използват производни на метилметакрилата - bis-GMA (бис - фенол А глицидил метакрилат), UDMA (уретан диметакрилат) и TEGDMA (триетилен гликол диметакрилат). В композитите, произведени в САЩ, се използва основно bis-GMA.
Структурна формула на bis GMA и TEGMA - триетан глицидил метакрилат. Второто съединение също намира приложение при производството на някои композитни материали.
Различни изомери на съединението bis GMA
Синтез на bis GMA от основните му структурни съставки - бисфенол А и две молекули глицидил метакрилат
От схемата в началото на страницата се вижда също, че при втвърдяването крайният обем е по-малък от началния. Поради това всички композити малко или много се свиват при втвърдяването си, което представлява неблагоприятен ефект - образуват се цепнатини на границата със зъба, отлепват се обтурациите и т.н. Този страничен ефект се избягва чрез нанасянето на материала на части - всяка следваща порция компенсира свиването на предходната. Някой ден в областта на химията ще бъде извършено гениално откритие и ще бъде разработен разширяващ се при втвърдяване композит. Тогава ще се реши окончателно проблемът с цепнатините по границите на обтурациите, но ще възникне нов проблем - опасността от счупване на част от зъба поради напрежението при разширение на материала.
Съществуват и по-нови материали, също композити, при които обаче полимеризацията протича по малко по-различен начин. С какво се отличават те от конвенционалните полимери и защо са по-скъпи? Кликнете тук, за да получите информация по тези въпроси.
Немалко значение има и видът на неорганичния пълнител на материала. Колкото е по-голям е процентът му, толкова по-малко е полимеризационното свиване и е по-голяма механичната якост на материала. Като химичен състав неорганичният пълнеж включва бариеви, цинкови и итриеви силикати. Големината на частиците е от изключителна важност. За да не се увеличи много обемът на тази страница и за да не възникнат трудности при по-бавна интернет връзка, съм включил отделна страница с повече информация по този въпрос.
www.dentalimplants.bg www.bg-dentist.com www.ralev-dental.bg