Hotsleutelwoorden:
Weergaven: 0 Auteur: Site Editor Publiceren Tijd: 2025-07-16 Oorsprong: Site
De impactstuwheid van poly (methylmethacrylaat) (PMMA) in tandtoepassingen komt voort uit de moleculaire architectuur- en energiedissipatiemechanismen. Op moleculair niveau bestaan PMMA -ketens uit rigide methylmethacrylaat (MMA) eenheden met beperkte rotatievrijheid, wat bijdraagt aan de inherente brosheid ervan. Wijzigingen in de backbone van het polymeer kunnen dit gedrag echter veranderen. Copolymerisatie met acrylesters zoals butylacrylaat (BA) introduceert bijvoorbeeld flexibele zijketens die fungeren als interne weekmakers, waardoor de glasovergangstemperatuur (TG) met 5-10 ° C wordt verminderd en de mobiliteit van de ketting wordt verbeterd. Dit resulteert in een verbetering van de impactsterkte van 20 - 30%, omdat flexibele segmenten energie absorberen door gelokaliseerde vervorming vóór scheurvoortplanting.
Een andere kritische factor is de aanwezigheid van resterende monomeer na polymerisatie. Studies tonen aan dat PMMA met resterende monomeergehalte lager dan 2% een hogere impact taaiheid vertoont als gevolg van verminderde porositeit en verbeterde ketenverstrengeling. Geavanceerde uithardingstechnieken, zoals microgolf-geassisteerde polymerisatie, bereiken lagere monomeerniveaus (0,5-1,0%) in vergelijking met traditionele waterbadcurering (1,5-2,5%), waardoor de taaiheid wordt verbeterd door de vorming van de leegte te minimaliseren.
Vezelopname is een gevestigde methode om de impactweerstand van PMMA te verbeteren. Glasvezels, met hun hoge treksterkte (2-4 GPa) en modulus (70-80 GPa), zijn bijzonder effectief. Wanneer geplaatst in de buurt van het oppervlak van gebitbases, verhogen glasvezels de buigsterkte met 40-60% en impact taaiheid met 30-50%. Dit wordt toegeschreven aan stressoverdracht van de brosse PMMA-matrix naar de vezels, die energie absorberen door vezeluittrekking en ontbonden.
De oriëntatie van vezels speelt ook een cruciale rol. Unidirectionele vezels die parallel aan de richting van impactkrachten zijn afgestemd, vertonen superieure prestaties in vergelijking met willekeurig georiënteerde vezels. Bijvoorbeeld, kunstgebitbases versterkt met 10-15% (per volume) unidirectionele glasvezels vertonen een 2,5-voudige toename van de impactsterkte in vergelijking met niet-gemodificeerde PMMA.
Oppervlaktebehandeling van vezels verbetert verder de hechting. Silaankoppelingsmiddelen, zoals 3- (trimethoxysilyl) propylmethacrylaat (TMSPM), creëren covalente bindingen tussen de vezels en PMMA-matrix, waardoor de grens van de grensvlak met 50-70%wordt verbeterd. Dit vermindert de kans dat vezel-matrix ontdemend onder impactbelastingen, waardoor de taaiheid van het materiaal wordt behouden.
Nanofillers bieden een veelbelovende weg voor het verbeteren van de impactstuwheid van PMMA zonder de esthetische of verwerkingseigenschappen in gevaar te brengen. Titaniumdioxide (TIO₂) nanodeeltjes, met diameters van 20-50 nm, worden op grote schaal bestudeerd vanwege hun vermogen om de hardheid te vergroten en de waterabsorptie te verminderen. Wanneer opgenomen op 1% (per massa), verhogen TIO₂ nanodeeltjes de buigsterkte van PMMA met 15-20% en impact taaiheid met 10-15%. Dit wordt toegeschreven aan het vermogen van de nanodeeltjes om scheurvoortplanting te belemmeren door microcrocracking en scheurafbuiging te induceren.
Zirconia (ZRO₂) nanodeeltjes vertonen nog een groter potentieel. Bij een belasting van 0,5-1,0%verhoogt ZRO₂ de impactsterkte van PMMA met 25-35%, terwijl tegelijkertijd de breuktaaiheid met 20-30%wordt verbeterd. De fasetransformatie van Zro₂ van tetragonaal tot monoklinisch onder stress induceert drukkrachten bij de scheurpunt, waardoor de groei van de scheur effectief wordt gearresteerd.
Recente ontwikkelingen in nanovezeltechnologie hebben ook veelbelovend getoond. Elektrospun polyvinylpyrrolidon (PVP)/Zro₂ composiet nanovezels, wanneer ingebed in PMMA, verhoogt de buigsterkte met 83% en buigtaaiheid met 169%. De hoge beeldverhouding van nanovezels (100-500: 1) biedt een groot oppervlak voor stressoverdracht, terwijl de Zro₂-deeltjes de nanovezel-matrix-interface versterken.
Het productieproces beïnvloedt de impact van PMMA aanzienlijk. Traditionele uitharding van het waterbad, hoewel veel gebruikt, resulteert vaak in restspanningen als gevolg van niet-uniforme verwarming. Dit kan leiden tot microscheuren en verminderde taaiheid. Daarentegen bereikt magnetronondersteunde uitharding uniforme verwarming, het verminderen van restspanningen en het verbeteren van de impactsterkte met 10-15%.
Hogedrukpolymerisatietechnieken, zoals autoclaaf-uitharding bij 2-3 MPa, verbetert de taaiheid verder door de porositeit te verminderen en ketenverstrengeling te vergroten. Studies tonen aan dat door autoclaaf verzorgde PMMA een 20-25% hogere impactsterkte vertoont in vergelijking met conventioneel uitgeharde monsters.
Post-curure behandelingen, zoals gloeien bij 80 ° C gedurende 4 uur, verlichten interne spanningen en verbeteren de dimensionale stabiliteit. Dit resulteert in een toename van 15-20% in de impactstuwheid, omdat het materiaal beter bestand wordt tegen scheurinitiatie en verspreiding.
Ondanks belangrijke vooruitgang blijven er uitdagingen bij het optimaliseren van de impact van PMMA's impact. Een probleem is de afweging tussen taaiheid en stijfheid. Hoewel vezelversterking de taaiheid verbetert, vermindert het vaak de modulus van het materiaal, waardoor het vermogen om occlusale krachten te weerstaan mogelijk in gevaar brengt. Het balanceren van deze eigenschappen vereist een zorgvuldige optimalisatie van vulstofinhoud en oriëntatie.
Een andere uitdaging is de stabiliteit op lange termijn van nanofillers. Agglomeratie van nanodeeltjes in de loop van de tijd kan hun effectiviteit bij het verbeteren van de taaiheid verminderen. Oppervlaktemodificatietechnieken, zoals entenpolymeren op nanodeeltjesoppervlakken, kunnen de dispersie verbeteren en agglomeratie voorkomen, waardoor de prestaties van het materiaal in de loop van de tijd worden gehandhaafd.
Toekomstig onderzoek is ook gericht op het ontwikkelen van bioactieve vulstoffen die niet alleen de mechanische eigenschappen verbeteren, maar ook osseo -integratie bevorderen. Het opnemen van hydroxyapatiet-nanodeeltjes in PMMA kan bijvoorbeeld zowel impact taaiheid als botbindend vermogen verbeteren, waardoor het geschikt is voor door implantaat ondersteunde prothesen.
Bovendien worden computationele modelleringstechnieken, zoals eindige elementenanalyse (FEA), gebruikt om het impactgedrag van gemodificeerde PMMA -composieten te voorspellen. Dit zorgt voor snelle screening van materiaalcombinaties en verwerkingsparameters, waardoor de ontwikkeling van hoogwaardige tandheelkundige materialen wordt versneld.
