В ежедневной ортопедической практике используется все больше передовых технологий. В то же время новые технологии, видимо, не смогут полностью вытеснить традиционные методы ортопедического лечения. Несмотря на достижения последних лет, есть основания считать, что наиболее развитые традиционные технологии конца XX века сохранятся и обычные съемные протезы для лечения пациентов с частичной и полной утратой зубов останутся в практике ортопедической стоматологии [3], в связи с чем сохранит актуальность поиск более совершенных материалов для зубных протезов.

В настоящее время для изготовления базисов съемных зубных протезов применяется довольно широкий спектр полимерных материалов. Стандарты (ИСО 20795-1:2013 и ГОСТ Р 51889-2002) выделяют 5 типов полимерных стоматологических материалов для базисов съемных зубных протезов, в том числе акриловые материалы горячего отверждения 1-го типа и термопластичные полимеры 3-го типа. Разработка новых полимерных базисных материалов связана с желанием стоматологов-ортопедов получить базис съемного протеза, способного достаточно длительно выдерживать функциональные нагрузки, и исключить или свести к минимуму случаи поломки базиса. Необходимо, чтобы базисные пластмассы для съемных зубных протезов имели механическую прочность, исключающую поломку базиса, и обладали достаточной упругостью, препятствующей значительной атрофии подлежащих тканей. Иначе говоря, после действия жевательной нагрузки форма протеза должна полностью восстанавливаться и оставаться неизменной.

Хотя материалы 1-го типа на основе акрилатов сохраняют ведущее место в практике съемного протезирования, поиск базисных материалов, лишенных присущих акрилатам недостатков (прежде всего - наличие остаточных мономеров, пористости и недостаточной долговременной прочности), продолжается. Все большее внимание ортопедов - стоматологов и материаловедов - привлекают термопластичные материалы 3-го типа, съемные зубные протезы из которых получают методом литья под давлением или путем инжекции полимерного расплава в гипсовую форму.

Исследованы термопластичные полимеры 3-го типа разного химического состава (полиамид, поликарбонат, полипропилен, акриловые сополимеры, полиуретаны), базисы съемных зубных протезов из которых изготавливали методом литья под давлением или методом свободной заливки [1, 2, 4-6].

С помощью метода электронной спекл-интерферометрии показаны существенные отличия полиамидной базисной пластмассы Valplast от полимерных базисных материалов других марок - полиуретанового материала Денталур, полиформальдегидного материала Dental D и акрилового материала СтомАкрил - по показателю возврата формы образцов после снятия нагрузки и влиянию времени выдержки в модельной слюне на показатель модуля упругости Юнга [2]. Сравнительное исследование методом электронной спекл-интерферометрии проводили в статическом режиме нагружения образцов микронагрузкой, когда изгибающий момент составлял 1·10^–4Н·м.

Практический интерес представляет сравнение механических свойств термопластичных базисных материалов с таковыми у традиционных акрилатов под действием нагрузок, приближенных к реальным жевательным, и при многократном циклическом нагружении.

Цель настоящей работы - изучение деформационных свойств термопластичных базисных материалов при многократном нагружении силами, близкими к функциональным жевательным нагрузкам, в сравнении с таковыми у традиционных акриловых базисных материалов.

Для сравнительного изучения были выбраны термопластичные базисные материалы Acry F711 и Flexi N 512 («EVOLON Ltd.», Израиль) в сравнении с акриловым материалом Фторакс (АО «Стома», Украина). Материал Acry F711, по информации фирмы-изготовителя, представляет собой полиметилметакрилат в виде гранул с добавлением красителей для инжекционного литья; материал Flexi N 512 - высокомолекулярный полиамид, нейлон, с добавлением окрашивающих пигментов для инжекционного литья. Фторакс - традиционный полимерный материал для базисов съемных зубных протезов, в комплект которого входят порошок - сополимер метилметакрилата и фторкаучука - и жидкость - метилметакрилат - с добавлением сшивающих агентов.

Образцы из термопластичных материалов Acry F711 и Flexi N 512 в виде пластин размерами 74×72×3 мм изготавливали литьем под давлением (инжекционным литьем) в гипсовую форму (гипс III типа) на литьевой машине (J-100 EVOLUTION Pressing Dental S.r.l., Сан-Марино) по инструкции изготовителей. Образцы пластины акрилового материала Фторакс готовили на водяной бане по режиму, указанному в инструкции изготовителя. Из пластин готовили образцы в виде полосок шириной в среднем 10 мм и длиной 64-65 мм.

Испытания образцов-полосок на статический изгиб проводили через 50 ч, 6 и 12 мес после их экспозиции в дистиллированной воде при температуре 37 °С после циклического нагружения (1000 циклов) на машине Zwick/Roel Z 010 (Германия) в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ Р 51889-2002 «Материалы полимерные для базисов зубных протезов. Технические требования. Методы испытаний».

Влияние многократных нагрузок на полимерные базисные материалы изучали на испытательной машине Zwick при испытании образцов-полосок на изгиб в режиме циклического нагружения при постоянном напряжении 30 МПа со скоростью движения траверсы 100 мм/мин и выдержке при данном напряжении 1 с (всего 1000 циклов). Образцы подвергались циклическому нагружению через 50 ч (начальные показатели), через 6 и 12 мес выдержки в воде при 37 °С.

Сравнение прочностных показателей при статическом изгибе термопластичных материалов с традиционным акриловым материалом Фторакс для базисов съемных зубных протезов позволяет заключить, что материал Фторакс и после циклического нагружения имеет показатели прочности при изгибе, в среднем в 2 раза превышающие таковые у термопластичного материала Acry F711, а показатель его модуля упругости почти в 3 раза выше, чем у полиамидного материала Flexi N 512 (рис. 1, а, б).

Результаты испытаний показали, что через 6 и 12 мес экспозиции в воде после воздействия циклических нагрузок у всех испытуемых материалов незначительно изменяется исходный показатель модуля упругости при статическом изгибе (р<0,05). Однако заметна тенденция к повышению жесткости после 1000 циклов нагружения для акрилового материала Фторакс, а для испытанных термопластов заметна обратная тенденция - снижение модуля упругости, т.е. термопласты после многократного нагружения становятся более податливыми и деформируются больше под действием той же нагрузки.

Прочность при изгибе через 6 и 12 мес выдержки в воде и после воздействия многократных циклических нагрузок значимо снизилась на 22% у материала Фторакс (р=0,027), а у термопластов этот показатель практически не изменился (р=0,62).

Влияние многократных нагрузок на образцы полимерных базисных материалов можно проиллюстрировать изменениями показателей деформации под действием изгибающего циклического нагружения. На рис. 2

Как видно из представленной гистограммы, после циклического нагружения величина прогиба образцов увеличивается (p<0,05), при этом у образцов материала Фторакс это увеличение существенно меньше, чем у образцов из термопластичных базисных материалов Acry F711 и Flexi N 512. Деформация образцов всех испытанных материалов под действием многократного нагружения после экспозиции в воде в течение 6 и 12 мес существенно не изменилась.

На полоски-образцы базисных материалов воздействовали силой, создающей во всех образцах равное напряжение - 30 МПа. При проведении испытаний фиксировали величину силы в начальный момент нагружения и через 1 с, по истечении которой сила изменялась, уменьшаясь на величину खF, Н, в связи с релаксационными процессами в каждом материале (рис. 3).

Сравнивая значения खF для 1-го цикла нагружения с последним, 1000-м, циклом, можно в какой-то степени судить о скорости релаксационных процессов в каждом из сравниваемых полимерных материалов. Скорость этих процессов у материала Фторакс в начале циклирования невысока и возрастает в конце циклического нагружения, что заметно отличает этот базисный материал от термопластичных материалов Acry F711 и Flexi N 512. У термопластичных материалов эта скорость снижается, о чем свидетельствует падение значений к 1000-му циклу. Выдержка в воде в термостате образцов материала Фторакс не меняет характера изменения показателя खF, что также заметно отличает этот материал от термопластичных Acry F711 и Flexi N 512.

Различия в скорости релаксации акрилового полимер-мономерного материала Фторакс от таковой у термопластичных базисных материалов подтверждаются величинами остаточной деформации (ॉост, мм), которые резко возрастают к 1000-му циклу у термопластов (рис. 4).

Результаты изучения механических свойств термопластичных базисных материалов Acry F711 и Flexi N 512 в сравнении с традиционным акриловым материалом Фторакс при многократном нагружении силами, близкими к функциональным жевательным нагрузкам, демонстрируют существенные отличия базисных термопластов. Для термопластичных полимерных материалов характерна более высокая деформируемость под нагрузкой, особенно для полиамидного материала Flexi N 512, что согласуется с опубликованными данными исследований, выполненных методами электронной спекл-интерферометрии [2].

Величины прогиба образцов Flexi N 512 под нагрузкой в среднем в 3 раза выше, чем у образцов материала Фторакс. В связи с этим необходимо заметить, что стандарты, регламентирующие качество полимерных материалов для съемных зубных протезов, ограничивают их деформационные свойства показателем модуля упругости, который не должен быть <2000 МПа для всех типов базисных материалов, за исключением самотвердеющих полимеров, материалов 2-го типа, для которых установлена норма - не менее 1500 МПа. Это нормированное значение модуля упругости базисных материалов означает, что при нагрузке 5 кГ образец толщиной, близкой к толщине базиса протеза, не прогнется на величину >5 мм.

Следует отметить влияние многократного нагружения на характер релаксации полимерных базисных материалов - другими словами, на процессы перехода из неравновесного состояния образца при мгновенном действии изгибающей силы в равновесное. Многократное или циклическое нагружение в некоторой степени моделирует условия клинического применения сравниваемых материалов в качестве базисов съемных зубных протезов, когда материал базиса претерпевает многократно повторяющееся действие жевательных сил. При этом для термопластичных базисных материалов характерно возрастание величины остаточной деформации после многократного нагружения, приблизительно в 3 раза превышающей значение аналогичной характеристики для материала Фторакс. Можно предположить, что скорость релаксации термопластичных материалов существенно меньше, чем акрилового материала Фторакс, при этом возможно накопление в полимере усталостных напряжений.

Сравнительные лабораторные испытания полимерных базисных материалов показали существенное отличие термопластичных материалов Acry F711 и Flexi N 512 по деформационным и прочностным показателям от традиционного акрилового полимер-мономерного материала Фторакс. Результаты сравнительных испытаний термопластичных базисных материалов в рамках настоящего лабораторного исследования свидетельствуют о необходимости подробного клинического исследования съемных зубных протезов с указанными материалами для уточнения показаний и противопоказаний к их применению в практике ортопедической стоматологии.