HC polymeerchemie van
composieten
Plastic wil uit zichzelf niet hechten aan tandweefsel. Halverwege de jaren ’50 vond een ontwikkeling
plaats in de adhesieve tandheelkunde. Door te etsen werd de mogelijkheid gecreëerd om hydrofoob
materiaal als plastic te hechten aan tandweefsel composietontwikkeling.
In de loop van de tijd is het percentage vulstofdeeltjes (glas, keramiek) toegenomen (zelfs tot 85%).
De vulstofdeeltjes zijn ook kleiner. Voordelen: composiet is beter polijstbaar, er is minder krimp en
biocompatibel. De matrix bestaat uit polymeren, die zijn niet toxisch (in tegenstelling tot
monomeren, die wel een allergische reactie kunnen veroorzaken).
Composieten zijn materialen die samengesteld zijn uit twee of meer componenten, waardoor
composieten andere eigenschappen bezitten dan de afzonderlijke bestanddelen. Het doel is de
eigenschappen te verbeteren door de voordelen van de componenten te combineren.
Tandheelkundig composiet (resin-based composite) bestaat uit:
Organische matrix (kunsthars, resin matrix, acrylaat): vooral veel C’tjes, hydrofoob,
uitharding door polymerisatie
Anorganische vulstofdeeltjes ((silicaat)glas, SiO2, silica, siliciumdioxide): hydrofiel
Koppelingsmiddel (silaanverbinding, porcelain activator): om een overgang te creëren tussen
hydrofoob en hydrofiel materiaal
Polymerisatie:
Condensatiepolymerisatie: bijv. bij afdrukmaterialen, je verliest wat van het materiaal, het
condensaat.
Additiepolymerisatie: bijv. bij composiet, dubbele bindingen worden aangevallen door
initiatoren. Monomeren reageren volgens een aantal stappen:
1. Initiatie: initiatoren vormen vrije radicalen (bijv. o.i.v. blauw licht) en openen de
dubbele binding van het monomeer.
2. Propagatie: het monomeer wordt actief en bindt met een ander monomeer
ketenreactie.
3. Terminatie: reactie stopt door reactie met een ander vrij radicaal.
Hierdoor vormen de monomeren dus polymeren. Het meest gebruikte
monomeer in de tandheelkunde is methylmethacrylaat (MMA), wat door MMA
polymerisatie wordt omgezet in polymethylmethacrylaat (PMMA).
In composieten worden andere monomeren gebruikt, gebaseerd op MMA:
bifunctionele dimethacrylaat monomeren (o.a. Bis-GMA, TEGDMA, UDMA).
Deze monomeren hebben 2 methacrylaatgroepen sterk gecrosslinkt polymeernetwerk
sterkte en hardheid.
De benzeenringen in Bis-GMA houden vanwege hun grootte wat beweeglijkheid tegen,
waardoor het composiet wat viskeuzer wordt.
Voor de koppeling van monomeren geldt: hoe meer bouwstenen, hoe meer krimp. Je wil
daardoor graag grote bouwstenen. Bis-GMA vertoont minder polymerisatiekrimp dan MMA
1
, door een hoger molecuulgewicht en sterische hindering. Krimp wordt dus veroorzaakt door
de organische matrix!
Uithardingsmechanismen:
Chemisch uithardend
o Mengen van 2 pasta’s: initiator- en katalysatorpasta
Lichtuithardend
o Eén pasta: geactiveerd door blauw licht, 470 nm
Dual cure
o Combinatie chemisch- en lichtuithardend, vrij gangbaar
Effecten polymerisatie:
Krimp
Restmonomeren
De kunsthars is vrij goed doordringbaar voor licht. De vulstofdeeltjes zorgen er o.a. voor dat de krimp
wordt beperkt, maar ze kaatsen ook licht terug (verstrooiing) waardoor de doordringdiepte wordt
verlaagd. Een toename van (kleine) vulstofdeeltjes zorgt voor een grotere verstrooiing waardoor de
uithardingsdiepte verder verminderd. Het licht bereikt de initiatoren in het onderste laagje
composiet dan niet, waardoor het onderste laagje niet goed wordt uitgehard. Daarom: laagsgewijze
uitharding meer polymerisatie betere uitharding.
Anorganische fase: vulstofdeeltjes:
Verminderde krimp
Verminderde (thermische) uitzetting
Verbeterde mechanische eigenschappen
o Sterkte
o Hardheid
o Polijstbaarheid/slijtvastheid
Verbeterde esthetiek: kleur, translucentie
Radiopaciteit, door toevoeging van zware elementen (hoe zwaarder een element, hoe meer
terugkaatsing, dus hoe radiopaquer) (glazuur is radiopaak door het calcium in
hydroxyapatiet)
Samenstelling:
o Traditioneel: gemalen kwarts (SiO 2=siliciumdioxide=silica)
o Modern: colloidaal silica (nanodeeltjes), silicaatglas verrijkt met elementen als Ba, Sr
en Al voor de radiopaciteit betere polijstbaarheid en esthetiek
Grootte vulstofdeeltjes:
1. Macro (conventioneel) sterkte
2. Hybride (85% glas) tijd
3. Micro/nano (74% glas) polijstbaarheid
Hechting matrix-vulstofdeeltjes:
In principe is er geen hechting tussen de hydrofobe matrix en de hydrofiele vulstofdeeltjes.
Een gebrek aan hechting zorgt ervoor dat er geen lastoverdracht plaatsvindt naar de
vulstofdeeltjes. Dit leidt tot scheurvorming op het grensvlak.
2
, Silanisering (m.b.v. een silaankoppelingsmiddel) zorgt voor een covalente binding tussen de
vulstofdeeltjes en de matrix.
o Hechting aan de vulstofdeeltjes (glas) via de OH-groepen
( condensatiepolymerisatie)
Uithardingsproces: o Hechting aan de matrix via -C=C- bindingen ( additiepolymerisatie)
Uitharding wordt uitgedrukt in conversie. Conversie: consumptie dubbele bindingen (%),
max. 60-70%.
Hoe minder vulstofdeeltjes, hoe dieper de uitharding.
Conversie is afhankelijk van:
o Belichtingsduur: heeft een limiet
o Belichtingsafstand: afstand 2x zo groot, intensiteit 4x zo klein
o Kwaliteit van de lichtbron: dient eens in de zoveel tijd gecontroleerd te worden.
Lichtintensiteit: vermogen, aantal fotonen/s (mW/cm 2)
o Golflengte van het licht: initiator (kamferchinon) absorbeert lichtenergie bij een
specifieke golflengte (blauw licht, 470 nm, geen UV)
o Soort composiet (kleur, opaciteit): absorptie van licht door initiator, kunsthars en
vulstofdeeltjes. Een toename van kleine vulstofdeeltjes gaat gepaard met een
grotere verstrooiing van licht en dus een verminderde uithardingsdiepte.
LED-polymerisatielampen hebben een lange levensduur, zijn energiezuinig en hebben een
smalle golflengte-range.
HC Cementen
Een cement is een substantie die door vermenging van poeder met een vloeistof uithardt vanuit
vloeibare/visceuse tot vaste toestand. Het doel is om twee oppervlakken aan elkaar te verbinden.
Chemische samenstelling:
Poeder (base): zinkoxide/aluminosilicaatglas
Vloeistof (zuur): fosforzuur (oud)/polyacrylzuur (nieuw)
Poeder-vloeistofratio: 6-7
o Zinkoxide + fosforzuur zinkfosfaatcement
o Zinkoxide + polyacrylzuur zinkpolycarboxylaatcement
o Aluminosilicaatglas + fosforzuur silicaatcement
o Aluminosilicaatglas + polyacrylzuur glasionomeercement (GIC)
Zinkfosfaatcement
1. Zinkoxide poeder + fosforzuur oplossing
2. Voordelen:
Gemakkelijke verwerking
Snel uithardend
Goedkoop
3. Nadelen:
Geen adhesie aan tandweefsel (net als composiet)
Irritatie van de pulpa door de lage pH
Geen anticariogene werking
3
, Gemakkelijk oplosbaar (algemeen nadeel van cement t.o.v. composiet).
Oplosbaarheid vindt voornamelijk direct na de uitharding plaats. Wanneer
een keramisch materiaal in contact komt met zuren vindt er oplossing plaats.
Zinkpolycarboxylaatcement
1. Fosforzuur vervangen door polyacrylzuur betere adhesie
Alle cementen die polyacrylzuur bevatten, hechten aan
tandweefsel
Polyacrylzuur is een ionomeer, omdat het (bij afstaan van
een H+), COO- -groepen bevat, waardoor er ionische
bindingen tussen de polymeerketens kunnen worden
gevormd. COO- -groepen kunnen binden aan Ca2+,
aanwezig in hydroxyapatiet. Een ionomeer is dus een polymeer Polyacrylzuur
met geladen groepen langs de ketens.
Calciumhydroxidecement
1. Calciumhydroxide is slechts een bestanddeel, beetje misleidend
2. Basisch: pH 11. OH- als component is een voordeel want dit maakt het cement
basisch
Hydroxyapatiet wordt gevormd onder hoge pH. Is er dus veel OH - aanwezig,
dan wordt de vorming van hydroxyapatiet vergemakkelijkt vorming van
secundair/tertiair dentine (reparatief).
De hoge pH zorgt ook voor de antibacteriële werking en compatibiliteit met
de pulpa
3. Toepassing: onderlaag in diepe caviteiten bij exponatie pulpa
Glasionomeercement
1. Fluoroaluminosilicaat glaspoeder + polyacrylzuur oplossing
2. Uitlekken van fluoride zorgt voor de anticariogene werking
3. Toepassing:
Directe restauraties (gebruik als vulmiddel, gering belast)
Indirecte restauraties (cementeren, “luting”)
Onderlaag voor composiet/cement (liner/base), barrière bij grote caviteiten
4. Chemische samenstelling poeder (glas):
5. Chemische samenstelling vloeistof:
4
