Деструкция полимеров

17 Апреля в 8:31 2932 0


Абсорбция воды и растворимая фракция


Многие полимеры, используемые в стоматологии, например, входящие в состав полимерных композитов, базисов съемных зубных протезов или мягких подкладок к базисам, склонны к абсорбции растворителей, в частности, воды, а также к утрате растворимых компонентов. Молекулы растворителя раздвигают полимерные цепи, вызывая набухание. Поскольку это приводит к ослаблению связей, полимер становится более мягким, снижается его температура стеклования и прочность. В частности, такой материал, как нейлон, склонен поглощать влагу, что существенно ограничивает сроки службы нейлоновых зубных щеток. Полагают, что в случае полимерных композитов показатель водопоглощения является одним из определяющих факторов, от которых зависит изменение цвета этих материалов и гидролитическая деградация поверхности раздела между полимерной матрицей и частицами наполнителя. Мягкие базисные подкладки теряют эластичность в результате растворения пластификаторов, повышается их склонность к крипу, и они могут разрушаться под воздействием осмотического давления, которое может возникнуть при этих условиях. Таким образом, необходимо ограничивать как поглощение материалом влаги, так и содержание в материале растворимых фракций. Это позволит полимеру сохранять требуемые свойства и не выделять вредные компоненты, которые будут снижать биосовместимость материала с тканями живого организма. 

 

Простейшим методом оценки показателей водопоглощения и водорастворимости полимера является контроль изменения веса материала при его погружении в воду. Тщательный анализ количества воды, поглощенной полимерным материалом, может быть осложнен прохождением обратного процесса — потерей водорастворимых компонентов, таких, как пластификаторы или остаточные мономеры. Оба процесса протекают одновременно, хотя и с разной скоростью. Большое значение для оценки этих факторов имеет то, что оба этих процесса протекают независимо один от другого.

 

Поглощение и потеря воды зависят от скорости диффузии воды и водорастворимых компонентов через материал. Таким образом, чем выше скорость диффузии, тем быстрее вода будет поглощаться материалом, тем легче будут выходить из него растворимые фракции. Важно отметить, что любая влага в образце, поглощенная им из атмосферы, должна быть удалена перед погружением образца в воду. Перед испытанием образцы высушивают до постоянного веса и хранят в эксикаторе.

 

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.9.1.jpg

 Рис. 1.9.1. Схематическое представление кинетики водопоглощения и доли растворимой фракции

 

 

На Рис. 1.9.1 представлена кинетика абсорбции и десорбции. Причиной появления пика кривой в первом цикле испытания является разница скоростей проникновения воды в образец и выхода из него растворимой фракции. Поглощение воды происходит с большей скоростью, чем выход растворимых компонентов, поэтому сразу же после погружения образец начинает быстро набирать вес до точки насыщения. В этой точке начинается процесс выхода растворимой фракции, который можно заметить по потере веса образца, выходу растворимой фракции способствует ее растворение в поглощенной воде. Количество поглощенной воды можно рассчитать по формуле:

 

Водопоглощение, % масс. = (W, — W2)/W2 х 100

 

Количество растворимой фракции рассчитывают по формуле:

 

Растворимая фракция, % масс. = (W0 - W2)/W2 х 100

 

Если в конце цикла водорастворения определить объем материала, V, и величину W2 заменить величиной V, то это позволит выразить водопоглощение и показатель водорастворимости в таких единицах, как мкг/мм, которые рекомендованы международным стандартом (ИСО/ДИС 4049). Для большинства полимеров величина водопоглощения составляет от 30 до 50 мкг/мм. Для полимерных композитов эта величина, однако, будет более низкой из-за присутствия стеклонаполнителя, но с учетом стеклонаполнителя, количество воды, поглощенной полимером, должно находится в пределах значений, приведенных выше (для полимеров).

 

Более высокие значения водопоглощения, которые были определены для некоторых полимерных композитов, могут быть объяснены: наличием пористости или свободного пространства, образовавшегося в результате вымывания растворимой фракции; гидролитическим разрушением на поверхности раздела между полимером и наполнителем; химическим растворением частиц стекла, использованных для наполнения полимера.

 

Клиническое значение

 

Избыточное поглощение воды может привести к изменению цвета и деградации стоматологических полимерных материалов.

 

Разрыв связи

 

Деструкция полимеров, вызванная разрушением ковалентных связей, называется разрывом связей. Большинство свойств полимерного материала зависит от молекулярной массы полимерных цепей. Если в полимерной цепи произошел разрыв ковалентных связей, то это приведет к снижению молекулярной массы полимера, что, в свою очередь, обуславливает значительное снижение механической прочности материала. Разрыв ковалентных связей может произойти в результате облучения, нагревания или химического взаимодействия с другим веществом.

 

Некоторые формы электромагнитного излучения, такие, как ультрафиолетовые лучи, могут проникать в полимер и воздействовать на связи, удерживающие вместе отдельные звенья полимера. Одним из возможных последствий может стать ионизация, которая возникнет, если под воздействием электромагнитного излучения электрон оторвется от атома, и атом превратится в ион. Это приведет к тому, что связь с этим атомом будет разорвана и длина полимерной цепи сократится. Другим возможным последствием может стать образование сетчатой структуры (сшивание): в этом случае эффект от излучения будет положительным, поскольку приведет к улучшению механических свойств материала. Примером положительного эффекта от излучения является воздействие на полиэтилен g-лучами. Гамма-лучи способствуют образованию поперечно-сшитой структуры, которые повышают устойчивость материала к размягчению и текучести при повышенных температурах.

 

Нагревание полимерного материала может привести к разрыву полимерных цепей. Устойчивость полимера к воздействию повышенных температур зависит от энергии связи между звеньями полимерной цепи.

 

Однако в некоторых случаях разрыв цепи полимера имеет положительное значение — это относится к полимерам, из которых изготавливают хирургические шовные материалы или биодеградируемые имплантаты. В этих случаях процесс деструкции превращает полимер в низкомолекулярные продукты (углекислый газ, воду, соли и т.д.). Продукты, образовавшиеся в результате распада полимера, могут поглощаться клетками организма и выводиться с участков имплантации.

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ