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/м2) по Динстату | 3,9±0,6 | 4,2±0,57 | X |
Прочность при трехточечном изгибе (МН/м2) | 79+2,5 | 105+5 | |
Прочность при изгибе (МН/м2) | 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.
Дата добавления: 2015-12-29; просмотров: 6088;