Kunststoffe – PMMA und Komposite

Kunststoffe in der Zahntechnik

Was sind Kunststoffe?

Kunststoffe sind zu einer der wichtigsten Werkstoffgruppen geworden. Der enorm breit gefächerte Einsatzbereich ist den so vielfältig einstellbaren mechanischen Eigenschaften geschuldet. Durch chemische Modifikation ist es vergleichsweise leicht, die gewünschten Eigenschaften passend zur Anwendung einzustellen. Grundbausteine des Kunststoffs (Polymer) sind Monomere, die in unterschiedlichster Art und Weise die Grundbausteine darstellen. Sie sind die kleinste sich wiederholende Einheit, die aneinandergereiht das Polymer bilden. Polymere sind also simpel gesagt in erster Linie Ketten aus Monomeren. Da sich mehrere Ketten bilden, die nach dem Gesetz der Wahrscheinlichkeit wachsen und somit keine Einheitslänge aufweisen, ist auch die räumliche Anordnung dieser entstandenen Makromoleküle entscheidend für die Eigenschaften des Endprodukts. Per Definition handelt es sich dann um ein Polymer, wenn sich mehr als 1000 Atome aneinandergereiht haben. Der Polymerisationsgrad gibt also an, aus wievielen Grundbausteinen ein Polymer aufgebaut ist.

Diese recht einfache Beschreibung von Kunststoff wird in der Umsetzung aus chemischer Sicht durch den Einsatz von z.B. Füllstoffen, Initiatoren, Pigmenten, Stabilisatoren o.ä beliebig kompliziert. In der Zahnmedizin werden meistens Komposite eingesetzt, die sich als zahnfarbenes Füllmaterial größter Beliebtheit erfreuen. Aber auch als Verblendmaterial sind sie in der der Zahntechnik weit verbreitet und eine mögliche Alternative zu Dentalkeramiken. Daneben wird Kunststoff auch für Prothesen verwendet, jedoch handelt es sich hierbei nicht um Komposite, sondern um Polymethylmethacrylat (PMMA).

 

 

Verblendkomposite

Komposite setzen sich prinzipiell aus einer organischen (chemische Verbindungen, die auf Kohlenstoff basieren) Matrix und einer anorganischen Phase zusammen. Die Matrix besteht aus den zuvor beschriebenen Monomeren als Hauptbestandteil. Hinzu kommen noch weitere, sog. Co-Monomere, und Bestandteile zur Steuerung der Eigenschaften und Verarbeitung (Initiatoren, Stabilisatoren, Inhibitoren etc.).

BisGMA als Basismonomer
Chemische Struktur vom Basismonomer BisGMA

Die anorganische Phase, die in der Matrix verteilt ist, besteht aus Füllstoffpartikeln unterschiedlichster Geometrie sowiePigmenten, die die Farbgebung und Opazität beeinflussen. Die für Verblendung verwendeten Komposite sind lichtpolymerisierbar und der Füllstoffanteil kann zwischen 50 (Gewichts-)% und 90 (Gewichts-)% liegen. Die Füllstoffe sind silanisiert, um eine chemische Bindung zur organischen Matrix herzustellen und sind i.d.R. ≤ 1 μm.

Chemische Formel von UDMA als Basismonomer

Als Basismonomer werden Dimethacrylate wie BisGMA, TEGDMA und UDMA eingesetzt, die mit ihrer Komposition neben den Füllstoffen die Eigenschaften des Komposits bestimmen.

Chemische Formal von TEGDMA als Basismonomer

 

 

 

 

Prothesenkunststoff - PMMA

Das klassische Material im Bereich der zahnmedizinischen Kunststoffe ist das Monomer Methylmethacrylat. Traditionelle Prothesenkunststoffe sind Pulver/Flüssigkeitssysteme, die sich in ihrer Verarbeitung unterscheiden können. Das Pulver besteht hierbei aus vorpolymerisiertem Polymethylmethacrylat (PMMA) mit kugelförmiger Geometrie, Farbpigmenten und noch weiteren Zusätzen. Die Flüssigkeit besteht hauptsächlich aus einem Monomer, mesitens Methylmethacrylat (MMA).

chemische Formel von PMMA
Chemische Formel von PMMA

Bei Zusammenführung beider Komponenten wird die Polymerisation eingeleitet, zuerst quellen die Pulveranteile auf. Es erfolgt ein lineare Aneinanderreihung der Monomere, die so zu einem Makromolekül (PMMA) heranwachsen. Zwischen den einzelnen Ketten besteht nur selten eine chemische Bindung, sie sind eher ineinander verstrickt. Ist die Reaktion abgelaufen und der Kunststoff ausgehärtet befindet sich im Material ein Restmonomeranteil zwischen 2% und 5%. Das stellt ein großes Problem dar, da die Unverträglichkeit auf Metylmethacrylat am häufigsten unter den Acrylaten auftritt. Im Falle des hier beschriebenen Materials kann eine Wasserlagerung von 24 Stunden den Restmonomergehalt auf ein unkritisches Niveau senken. 

 

 

 

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