Промоторы адгезии

19 Апреля в 8:55 2405 0


Нередко возникает необходимость в соединении двух материалов, которое невозможно осуществить при нормальных условиях, поскольку эти материалы не обладают химическим сродством и, следовательно, не смачивают друг друга.

 

Примером такого явления в стоматологии являются попытка создать прочную и долговечную связь между частицами стекла, используемыми в качестве наполнителя, и полимерной матрицей. Для того, чтобы они образовывали прочную связь (силы физической адсорбции будут явно недостаточными), необходимо изменить поверхность одного или обоих компонентов для создания прочной связи. Иногда для этих целей используются промежуточные вещества, способные образовывать связи с обоими материалами. Такие вещества называются связывающими веществами или аппретами.

 

Связывающие вещества - аппреты

 

Будучи ионной по природе, поверхность стекла легко адсорбирует воду, образуя хорошо связанный поверхностный слой, толщина которого образована множеством молекул. При промышленном производстве стекла невозможно избежать образования этого слоя воды.

 

В результате, при смешивании стекла с полимерным связующим для получения композита, независимо от того, каким будет этот композит — наполненным порошкообразными частицами или армированным волокнами, полимер не будет смачивать поверхность стекла, и связь между матрицей и наполнителем окажется слабой. В результате механические свойства полученного композита будут крайне низкими, поскольку стекло не сможет противостоять действию нагрузок, а будет просто заполнять пространство. Для обеспечения связи между матрицей и наполнителем должны быть разработаны соответствующие методы удаления адсорбированной воды. Одним из подходов к решению этой проблемы является использование специальных аппретов. Связывающее вещество или аппрет , нанесенное на стекло, вытеснит воду с его поверхности, и образует связь со стеклом более прочную, чем существовавшую ранее связь между стеклом и водой.

 

Функцией аппрета является вытеснение адсорбированной воды и создание прочной химической связи между оксидными группами на поверхности стекла и полимерными радикалами связующего. Для подобных целей широко используется силан, состав которого можно представить общей формулой:

 

R-Si-X3,

 

где R — органическая функциональная группа, X — гидролизуемые группы, связанные с силаном. Последние являются посредниками, поскольку они гидролизуются с образованием силанола по реакции:

 

R-Si-X3 + ЗН20 -> R-Si(OH)3 + ЗНХ

 

Эти тригидроксилсиланолы обладают способностью вытеснять воду с поверхности стекла и образовывать на ней водородные связи с гидроксильными группами. При высушивании стекла, покрытого силаном, вода испаряется и между силанолом и поверхностью стекла происходит реакция конденсации. Две стадии этой реакции представлены на Рис. 1.10.12.

 stomatologicheskoe materialovedenie_1.10.12.jpg

Рисунок 1.10.12 Образование водородной связи между силаном и гидроксильными группами на поверхности (а), на которой после высушивания образуются ковалентные связи с выделением воды (Ь)

 

После образования ковалентной связи ее уже невозможно разрушить гидролизом.

 

Теперь, если соединить полимерную матрицу со стеклом, обработанным силаном, органическая функциональная группа, R, вступит в реакцию с полимерным связующим с образованием прочной связи. Для успешного прохождения этого процесса важно, чтобы органическая функциональная группа была совместима со связующим, которое выполняет роль полимерной матрицы в наполненной системе.

 

Такой подход позволяет получить прочную и устойчивую к влаге связь. Без аппрета связь могла бы быстро разрушиться по мере проникновения воды в полимер и повторной ее адсорбции на поверхности стекла, приводящей к замещению полимера.

 

Связь, представленная на Рис. 1.10.12, была бы очень жесткой, если радикал с функциональными группами был бы слишком коротким. Напряжения, возникающие в результате усадки при твердении полимера или возможного температурного сжатия материала, могут оказаться достаточно высокими для разрушения такой связи. Эту проблему можно легко преодолеть путем использования органических функцональных групп, состоящих из молекул большей длины. При достаточной длине молекул можно получить необходимую степень гибкости. Поверхность, созданную применением аппретов, разумно рассматривать, как две поверхности раздела: (1) между стеклом и силанолом; (2) между полимером и органической функциональной группой.

 

Наиболее часто в качестве аппретирующих веществ используются такие соединения, как у-метакрилоксипропилтриэтоксисилан, и у-меркаптанопропилтриметоксисилан.

 

Праймеры

 

Праймеры, подобно аппретам, представляют собой другую группу веществ, разработанных для усиления способности поверхности субстрата к адгезионному взаимодействию. Обычно праймеры используются в сочетании с адгезивами.

 

Типичным примером использования праймера является герметизация поверхности деревянного изделия перед покрытием клеем. Если поверхность дерева не будет загерметизирована, адгезив может впитаться в поры на его поверхности, и на склеиваемой поверхности ничего не останется.

 

Существует множество примеров использования праймеров в стоматологии, в том числе фосфорная кислота, используемая для травления поверхности эмали, множество кондиционеров для дентина, которые используются в сочетании с дентинными адгезивами. К сожалению, авторы многих стоматологических публикаций и учебников по стоматологии не видят разницы между аппретами и праймерами, и часто заменяют один термин другим.


Адгезия представляет собой сложное явление. Ее нельзя объяснить с помощью одной единственной модели. Образование адгезионной связи зависит от множества факторов, в редких случаях она обеспечивается каким-то одним механизмом. 

 

Клиническое значение

 

Адгезия стала одним из краеугольных камней стоматологии. В терапевтической стоматологии она позволяет герметизировать зазоры между краями пломб и твердыми тканями зуба. В ортопедической стоматологии она дает возможность использовать новые материалы и технологии. Не существует такой области стоматологии, в которой в той или иной степени не использовались бы наши углубленные представления о межмолекулярном взаимодействии на границе раздела двух материалов.

Основы стоматологического материаловедения
Ричард ван Нурт

Похожие статьи
показать еще
 
Стоматология и ЧЛХ