Анализ литературы свидетельствует о повышенном интересе к полимерным материалам для ортопедической стоматологии, альтернативным акриловым пластмассам. Класс полимерных материалов для изготовления базисов съемных зубных протезов существенно расширился за счет термопластичных полимеров. Была разработана также технология литья под давлением для зуботехнических лабораторий [1, 2, 11].

Практика подтверждает определенные достоинства базисных полимерных термопластов, таких как полиамидные, полиакриловые или поликарбонатные. В то же время отмечается высокая стоимость оборудования для литья под давлением. В связи с этим представляет интерес новый полимерный базисный материал на основе полиуретана «Пенталур», разработанный ООО «НПО Альтердента» совместно с МГМСУ [3—5]. Материал «Пенталур» получен в результате усовершенствования материала «Денталур» тем же коллективом авторов. Для изготовления Пенталура не требуется значительных затрат на технологическое оборудование. Материал характеризуется улучшенными физикo-мexaничecкими свойствами; так, его удельная ударная вязкость (определяющая хрупкость материала) увеличилась в 3,5—5 раз.

Полиуретановые полимеры применяются в различных областях, однако для изготовления съемных зубных протезов аналогов Пенталуру не найдено. Известно, что полиуретаны имеют много общего с полиамидами [7, 8]. Полиуретаны отличаются от соответствующих им полиамидов, к которым относятся такие базисные термопластичные материалы, как «Valplast» (фирма «Valplast», США), «Flexi N512™» (фирма «Evolon», Израиль), тем, что в главной цепи макромолекул полиуретанов присутствуют атомы кислорода, благодаря чему гибкость цепей полиуретанов значительно больше, чем у полиамидов. Полиуретаны обладают большей эластичностью, более водостойки, более устойчивы к действию растворов кислот и окислителей [6]. Очень важным свойством полиуретанов для применения их в качестве базисов зубных протезов является высокая адгезия к различным материалам, что не характерно для полиамидов.

Представляет несомненный интерес способ изготовления съемных зубных протезов методом жидкого формования или свободной заливки [4], когда 2 жидких компонента точно дозируются, хорошо перемешиваются и заливаются в специально подготовленную форму, где одновременно происходят синтез полимера, «приклеивание» его к искусственным зубам и формование изделия. Такая технология позволяет получить изделия с повышенной размерной точностью, что обусловлено малой (по сравнению с акрилатами) усадкой при полимеризации. Физико-механические свойства материала, отвечающие требованиям стандартов, и способ его изготовления путем заливки текучей олигомерной композиции в форму позволяют получать базис, не содержащий остатков таких мономеров, как метилметакрилат, и при этом исключить нарушения вертикального размера базиса.

Неменьший практический интерес для применения полиуретанов в качестве базисов съемных зубных протезов представляет то, что их свойства можно варьировать в довольно широком диапазоне, подбирая соответствующие исходные вещества. Это особенно важно, так как перечисленные базисные материалы на основе термопластов, перерабатываемых литьем под давлением, обладают модулем упругости, который чаще ниже показателя, установленного в качестве нормы действующими стандартами — международным ИСО 1567-99 и ГОСТ Р 51889-2002 (ИСО 1567-99) «Материалы полимерные для базисов зубных протезов. Технические требования. Методы испытаний»; согласно этим стандартам, модуль упругости при изгибе полимерных базисных материалов не должен быть <2000 МПа. Это требование обусловлено необходимостью более равномерного распределения жевательной нагрузки на подлежащую базису слизистую оболочку полости рта. Так, авторы исследования [12] подтвердили правильность гипотезы о влиянии продолжительной и многократной нагрузки, которая может накапливаться в слизистой оболочке в виде поверхностной деформации.

Цель настоящей работы — сравнить основные физико-механические свойства полиуретанового материала «Пенталур» с таковыми у традиционного базисного акрилового материала и у композиций полиуретанового материала, различающихся исходными компонентами.

Для определения физико-механических свойств полиуретанового базисного материала «Пенталур» были использованы серийные партии материала, изготовленные в ООО «НПО Альтердента».

Синтез полиуретана проводили по двухстадийной технологии. В качестве компонентов использовали 4,4-дифенилметандиизоцианат, смеси многофункциональных полиэфиров, а в качестве модифицирующих добавок — 2 простых полиэфира, различающихся молекулярной массой (м.м.); полиэфир П — м.м. = 1000; полиэфир А — м.м. = 400 и гликоль — 1,4-бутандиол (БД). Синтез начинали с получения псевдофорполимера (ПФП) путем взаимодействия диизоцианата и полиэфира при температуре 60 °С. Готовая композиция состояла из 2 жидких компонентов: ПФП с определенным содержанием изоцианатных групп (NCO, масс. %) и отвердителя — смеси многофункциональных полиэфиров, содержащих гидроксильные группы (ОН, масс. %). Компоненты смешивали в определенном соотношении под вакуумом и заливали в форму, прогретую при 120 °С. Формирующие поверхности предварительно смазывали антиадгезионной смазкой. Затем форму с материалом помещали в термошкаф при температуре 120 °С и выдерживали 1 ч.

В качестве характеристик состава полиуретановых композиций использовали: содержание NCO групп в ПФП, в масс.%; соотношение функциональных групп NCO/ОН; массовое соотношение отвердителя и ПФП; содержание модифицирующих добавок: полиэфира П, полиэфира А и 1,4-бутандиола (БД), в масс.%.

Для сравнения свойств материала «Пенталур» и свойств традиционных акриловых базисных материалов был выбран материал «Фторакс» (АО «Стома», Украина, партия №01.2010-09), широко применяемый в отечественной практике ортопедической стоматологии.

Физико-механические свойства полимеров определяли по ГОСТ Р 51889-2002 (ИСО 1567-99).

Дополнительно определяли свойства полиуретановых образцов по следующим показателям:

— ударной вязкости по Шарпи, ГОСТ 4647-80;

— твердости по Шору Д, ГОСТ 24621-91;

— степени набухания образцов в растворителях тетрагидрофуране (ТГФ) и ацетоне (в масс. %).

В табл. 1

Влияние водной среды на прочностные показатели при изгибе материала «Пенталур» представлено на рис. 1—3.

Как видно из рис. 1 и 2, прочностные показатели материала «Пенталур» существенно не изменяются при экспозиции образцов в воде при 37 °С. Прочность при изгибе образцов материала «Пенталур» колеблется в диапазоне 80—90 МПа, что превышает установленную стандартом для базисных полимерных материалов норму — 65 МПа. Модуль упругости в зависимости от времени выдержки в воде также меняется в узком диапазоне — от 2050 до 2350 МПа в среднем — и соответствует стандартной норме в диапазоне всего периода испытания.

Трещиностойкость (см. рис. 3) определяли по стандартной методике на 3 образцах для каждого временного интервала экспозиции материала в воде. Отмечается заметная разница данного показателя для разных образцов, особенно увеличивающаяся с увеличением времени экспозиции. Данный эффект требует более детального изучения; предположительно его можно связать со структурной неоднородностью образцов. При этом следует заметить, что даже самый низкий показатель трещиностойкости материала «Пенталур» превышает норму, установленную стандартом для данного свойства.

Свойства образцов полиуретанового материала, различающихся составом применяемых полиэфиров, а также соотношением изоцианатных и гидроксильных групп, представлены в табл. 2.

Как видно из данных табл. 2, в интервале соотношений NCO/OH от 0,9 до 1,1 ударная вязкость образцов материала меняется от 78 кДж/м² до значений >120 кДж/м²; твердость при комнатной температуре увеличивается с 75 до 84 ед. по Шору Д; с увеличением температуры до 60 °С твердость падает на 3—15 единиц; набухание в растворителях уменьшается. Соотношение NCO/OH также оказывает влияние на такие свойства, как прочность при изгибе и модуль упругости образцов полиуретанового материала. Более устойчивы к воздействию температуры образцы при NCO/OH=1. Чтобы сохранить соотношение NCO/OH=1, следует обратить внимание на точное соблюдение массового соотношения отвердителя и ПФП. Для представленных композиций величины этого соотношения находятся в диапазоне от 1:1,5 до 1:2,3.

Результаты испытаний образцов композиций полиуретанового материала, содержащих модифицирующие добавки, представлены в табл. 3.

Введение в композицию полиэфира П влияет на физико-механические свойства образцов полиуретанового материала. При увеличении содержания этого полиэфира (композиции 2—4, см. табл. 3) увеличивается ударная вязкость, снижается твердость и увеличивается степень набухания материала в растворителях. В то же время повышение концентрации полиэфира П в композициях приводит к снижению модуля упругости и прочности при изгибе. Добавление в композицию с полиэфиром П даже небольшого количества 1,4-БД (0,71% масс.) позволяет получить более прочный и более жесткий полиуретан. Еще более резко повысить жесткость полимерного материала удается добавлением в состав композиции полиэфира А. Так, даже небольшая его добавка, менее 5% масс., позволяет получить полиуретановый материал с высоким модулем упругости — более 2400 МПа — и высокой прочностью на изгиб (>100 МПа).

Лабораторные испытания полиуретанового базисного материала «Пенталур», проведенные для определения его основных физико-механических свойств, показали, что полиуретановый материал отвечает основным требованиям к материалу для съемных зубных протезов; при этом Пенталур по сравнению с традиционными акриловыми базисными материалами отличается повышенной гибкостью, сниженной полимеризационной усадкой и высокой трещиностойкостью. Причем повышенная стойкость материала к образованию трещин, являющихся основной причиной поломок базисов съемных зубных протезов, сочетается у материала «Пенталур» с достаточно высоким модулем упругости, что выгодно отличает его от известных литьевых термопластов для изготовления базисов.

Установлено, что введение в состав композиций полиуретанового материала простых полиэфиров с определенной молекулярной массой, а также 1,4-БД позволяет варьировать свойства полиуретана в довольно широком диапазоне — от достаточно жесткого материала с модулем упругости при изгибе >2400 МПа до материала с повышенной гибкостью и модулем упругости, не превышающем 700 МПа. Такой диапазон механических свойств полиуретанового материала наряду с хорошими характеристиками биосовместимости открывает новые возможности в создании съемных зубных протезов с улучшенными функциональными свойствами, а также материалов для челюстно-лицевого протезирования.