THE ANALYSIS OF PHYSICAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS OF FACING COMPOSITE MATERIALS CERAMAGE («SHOFU») AND ULTRAGLASS («VLADMIVA»)

Cover Page

Abstract


According to the Ministry of Industry and Trade, the degree of dependence of the medical industry and practical medicine on imports is 81%. Critical dependence causes a shortage of inexpensive consumables, medicines and medical devices, and as a consequence of the increase in the cost of medical services, which is estimated as a threat to national security. In various regions of the Russian Federation in the general structure of dental care for patients in all age groups, dental arch defects range from 40 to 75%. Non-removable prosthetics for socially unprotected segments of the population are carried out mainly by bridges with lining the metal frame with hot-curing plastic, short-lived due to low strength characteristics, significant abrasion, and hygroscopicity. To a large extent, the service life of fixed prostheses is determined by the combination of the physicomechanical properties of the facing material, such as flexural strength, modulus of elasticity, and hardness. Flexural strength characterizes the ability of a material to resist unaxial occlusal loading, the modulus of elasticity determines the stiffness of a material and its ability to withstand applied loads without significant deformations, and the hardness characterizes the wear resistance of a material and its ability to withstand abrasion by antagonists. This paper presents the results of a study of the physicomechanical properties of facing composite materials: Ceramage (Shofu, Japan) and Ultra Glass (VladMiVa, Russia). The revealed differences in flexural strength, modulus of elasticity and Vickers microhardness of the material “UltraGlass” allow us to recommend it for widespread clinical use. Expanding the range of domestic materials for orthopedic dentistry by developing a coating composite material UltraGlass helps to improve the quality of dental care to the population with social benefits.


Актуальность. По отраслевой программе импортозамещения, внутренний рынок в РФ к 2020 году должен быть заполнен до 40 процентов отечественными медицинскими препаратами [1-3]. Укрепление позиций российских производителей на рынке и независимость от конъюнктуры возможны только при изготовлении ими медицинских изделий и материалов, имеющих подтвержденное качество и доказанную эффективность. В различных регионах Российской Федерации в общей структуре оказания стоматологической помощи больным во всех возрастных группах дефекты зубной дуги составляют от 40 до 75% [4, 5]. Несъемное протезирование социально незащищенным слоям населения проводят преимущественно мостовидными протезами с облицовыванием металлического каркаса пластмассой горячего отверждения, недолговечной из-за низких прочностных характеристик, значительного истирания и гигроскопичности [6, 7]. В условиях оказания стоматологической помощи населению, имеющему социальные льготы, мостовидные протезы с облицовкой из композитных материалов имеют преимущества перед металлопластмассовыми протезами за счет высоких физико-механических характеристик и эстетических показателей и перед металлокерамическими протезами за счет значительного снижения себестоимости и временных затрат. В значительной степени срок эксплуатации несъемных протезов определяется совокупностью физико-механических свойств облицовочного материала, таких как предел прочности на изгиб, модуля упругости и твердости. Прочность на изгиб характеризует возможность сопротивления материала воздействию неосевой окклюзионной нагрузки, модуль упругости определяет жесткость материала и его способность выдерживать приложенные нагрузки без значительных деформаций, а твердость характеризует износостойкость материала и его способность противостоять истиранию зубами-антагонистами [7-12]. Основываясь на многолетнем опыте разработки облицовочных композиционных материалов, фирма Shofu Dental реализует на рынке композиционный материал Ceramage, содержащий около 73% микроскопического керамического наполнителя. Высокий уровень популярности Ceramage и обусловил сравнение его физико-механических характеристик с физико-механическими характеристиками разработанного материала UltraGlass («ВладМиВа»). Цель исследования - сравнительная оценка физико-механических характеристик облицовочных композитных материалов Ceramage и UltraGlass. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Для исследования изготавливались образцы композитных материалов: Ceramage опакового дентина «Opaque Dentin» (Ceramage OD) и Ceramage режущего края Incisal (Ceramage I). Сравнение проводили с отечественным материалом UltraGlass опакового дентина (UltraGlass OD) и режущего края (UltraGlass I). Определение прочности на изгиб и модуля упругости выполнено в соответствии с ISO 10477-92 на испытательной машине Instron 2519-107. Для проведения испытаний изготовили по 6 образцов каждого из исследуемых композиционных материалов. В процессе подготовки одну из металлических пластин накрывали полиэфирной пленкой и устанавливали на ней форму для приготовления образцов. Заполняли форму испытуемым материалом, помещали сверху вторую полиэфирную пленку и с помощью зажима сдавливали образец для удаления излишков материала. После заполнения формы образцы полимеризовали на аппарате Preci NT Shuttle II. Отвержденные образцы опускали в сосуд с дистиллированной водой и помещали в термостат с температурой 37,0 °С на 24 часа. Затем образцы переносили на испытательную машину Instron 2519-107. Статистический анализ данных, расчет величин прочности на изгиб, модуля упругости проводился автоматически программой Bluehill-3. Оценка твердости образцов облицовочных композитных материалов по Виккерсу проводили в соответствии со стандартом ISO 6507-1-2007 путем вдавливания четырехгранной алмазной пирамиды с углом между противоположными гранями 136° на автоматическом микротвердомере Digital Display Microhardness Tester, Model HVS-1000 B. Подготовка образцов осуществлялась на лабораторном станке для автоматического шлифования и полирования образцов - LaboPol-5. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ Предел прочности на изгиб у UltraGlass OD составил 193,74 ± 0,59 МПа, что на 38,8% превышает показатели Ceramage OD (139,54 ± ± 2,13 МПа). Показатели прочности на изгиб у материала UltraGlass I (201,56 ± 2,34 МПа) превышают на 37,5% таковые у Ceramage I (146,62 ± 2.03 МПа). Сравнительная оценка физико-механических характеристик облицовочных композиционных материалов представлена в табл. 1. Table 1 / Таблица 1 Показатели физико-механических характеристик композитных облицовочных материалов / Indicators of physico-mechanical characteristics of composite facing materials Показатели / Indicators Массы для восстановления дентинного слоя / (Masses to recover dentinal layer) Массы для восстановления режущего края / Masses to restore the cutting edge Представители / Representatives Представители / Representatives Ceramage OD UltraGlass OD Ceramage I UltraGlass I Предел прочности на изгиб (МПа)* / Flexural Strength (MPa) * 139,54 ± 2,13 193,74 ± 0,59 38,8% 146,62 ± 2,03 201,56 ± 2,34 37,5% Модуль упругости (ГПа)* / Elastic modulus (GPa) * 10,62 ± 0,34 15,35 ± 0,17 43,2% 12,45 ± 0,51 15,88 ± 0,83 27,6% Твердость по Виккерсу (МПа)* / (Vickers hardness (MPa) *) 716,14 ± 1,76 32,5% 540,44 ± 0,74 602,26 ± 1,54 20,7% 498,89 ± 1,09 *Различия физико-механических характеристик композиционных облицовочных материалов достоверны при р < 0,05 / *Differences in the physicomechanical characteristics of composite facing materials are significant at p < 0.05. В процессе разрушения пищевого комка вертикальные окклюзионные нагрузки воздействуют только в момент центральной окклюзии, в остальное время действуют неосевые нагрузки («горизонтальные»), которые обуславливают возникновение напряженно-деформирующих состояний, концентрирующихся в месте сопряжения облицовочного материала с металлическим каркасом, что приводит к нарушению целостности мостовидного протеза [5, 6]. Модуль упругости у UltraGlass OD составил 15,35 ± 0,17 ГПа, что на 43,2% больше показателей Ceramage°OD (10,72 ± 0,34 ГПа); у материала UltraGlass I этот показатель равен 15,88 ± 0,83 ГПа, что на 27,6% больше модуля упругости Ceramage°I (12,45 ± 0,51 ГПа). Важным показателем, определяющим жесткость материала и его способность выдерживать приложенные нагрузки без необратимых деформаций, является показатель модуля упругости (эластичности). Материал с низким значением модуля упругости является гибким, что приводит к уменьшению прочности конструкции, вследствие возникновения переломов в результате усталости материала. Твердость по Виккерсу у UltraGlass OD равна 540,44 ± 0,74 МПа, что ниже на 32,5% показателей Ceramage°OD (716,14 ± 1,76 МПа). У материала Ceramage°I твердость по Виккерсу составила 602,26 ± 1,54 МПа, что превосходит показатели UltraGlass I (498,89 ± 1,09 МПа) на 20,7%. Твердость по Виккерсу эмали естественных зубов по данным различных источников колеблется от 3047 до 3845 Мпа [12-15]. Если твердость облицовочного материала значительно выше твердости эмали, то при высоких окклюзионных нагрузках напряжение концентрируется на границе «облицовочный материал - металлический каркас», что может приводить к сколам облицовочного материала. При уменьшении твердости облицовочного материала до 30% от твердости эмали как у исследуемых образцов увеличивается напряжение в облицовочном материале, что вызывает ее абразивный износ, предотвращая истираемость эмали зуба-антагониста [15-17]. Это обретает особую значимость при восстановлении жевательной эффективности пациентов, предрасположенных к развитию кариозной болезни (со сниженными прочностными характеристиками эмали). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Технологии производства наноструктурированных композиционных материалов оптимизируется различными путями. Физико-механические свойства материала Ceramage повышаются за счет включения в состав керамических нанонаполнителей, материала UltraGlass - армированием нановолокнами органической матрицы. Благодаря бимодальному наполнителю и оригинальной формуле олигомера, наполненность которого составляет 79%, UltraGlass обладает эстетикой нанокомпозита, устойчивостью к истиранию и низким коэффициентом термического расширения [18-20]. Композиционный материал UltraGlass продемонстрировал показатели твердости по Виккерсу, незначительно уступающие показателям Ceramage, при этом прочность на изгиб и модуль упругости UltraGlass превосходят таковые у Ceramage, что определяет предпочтение при выборе облицовочного материала в процессе восстановления жевательной эффективности несъемными протезами.

A V Tscymbalystov

Belgorod State National Research University

Author for correspondence.
Email: tsimbalistov@bsu.edu.ru
308015, Russia, Belgorod, ul. Victory, 85, Bldg. 17

Doctor of Medical Sciences, Professor, Head of the Department of Orthopedic Dentistry, Belgorod State University National Research University, Honored Doctor of the Russian Federation, Deputy Director of the Medical Institute

A A Kopytov

Belgorod State National Research University

Email: tsimbalistov@bsu.edu.ru

V P Chuev

Belgorod State National Research University

Email: tsimbalistov@bsu.edu.ru

R I Asadov

Belgorod State National Research University

Email: tsimbalistov@bsu.edu.ru

D V Vinakov

Belgorod State National Research University

Email: tsimbalistov@bsu.edu.ru

  • Kopytov A.A. Tekhnologizaciya upravleniya informacionno-kommunikativnym prostranstvom rossijskogo vuza kak faktor povysheniya urovnya konkurentosposobnosti. Dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata sociologicheskih nauk. Rossijskaya akademiya narodnogo hozyajstva i gosudarstvennoj sluzhby pri Prezidente RF. Orel, 2014.
  • Dzanaeva A.V., Omel'yanovskij V.V., Kagermazov S.A. Principy importozameshcheniya lekarstvennyh preparatov. Farmakoehkonomika. Sovremennaya farmakoehkonomika i farmakoehpidemiologiya. 2015. T. 8. № 2. S. 38—42.
  • Postanovlenie Pravitel'stva RF № 305 ot 15 aprelya 2014 goda Ob utverzhdenii gosudarstvennoj programmy Rossijskoj Federacii — Razvitie farmacevticheskoj i medicinskoj promyshlennosti na 2013—2020 gody.
  • Brovko V.V. Kliniko-ehpidemiologicheskij analiz rezul'tatov ortopedicheskogo lecheniya bol'nyh s chastichnym otsutstviem zubov s uchetom vozrastnyh pokazatelej. Dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata medicinskih nauk. Moskva, 2011.
  • Baraba A. Minimal'no invazivnaya tekhnologiya zameshcheniya udalennyh zubov. Dental Forum. 2017. № 4. S. 82.
  • Tyo E.A,, CHashchina A,O. Aktual'nye aspekty profilaktiki vtorichnogo kariesa zubov. Klinicheskaya stomatologiya. 2016. № 2 (78). S. 14—18.
  • Zagorskij V.V. Morfofunkcional'nye harakteristiki tvyordyh tkanej zubov, morfologicheskoe i biomekhanicheskoe issledovanie. Dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata medicinskih nauk. Moskva, 2017.
  • Morales-Rodríguez A., Gallardo-López A., Fernández-Serrano A., Muñoz A., Domínguez-Rodríguez A., Poyato R. Improvement of vickers hardness measurement on swnt/ al2o3 composites consolidated by spark plasma sintering. Journal of the European Ceramic Society. 2014. T. 34. № 15. S. 3801—3809.
  • Leshchuk L.S. Durability of dental products at dynamic contact with hard tooth tissues. experimental research. Novinki stomatologii. 2014. № 1 (78). S. 105—110.
  • Novak N.V, Bajtus N.A. Analiz fiziko-mekhanicheskih harakteristik tverdyh tkanej zuba i plombirovochnyh materialov. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo medicinskogo universiteta. 2016. T. 15. № 1. S. 19.
  • Niu Lin, Lu Yi, Liu Yue-sheng. Application of Ceramage modified fixed Maryland Bridge for aesthetic restoration of anterior dentition defects. Chinese Journal of Aesthetic Medicine. 2011. № 04.7-16
  • Matyunin V.M., Marchenkov A.Yu., Agafonov R.Yu. Sposob opredeleniya tverdosti materialov vdavlivaniem piramidy na raznyh masshtabnyh urovnyah indentirovaniya. Tekhnologiya metallov. 2014. № 6. S. 44—47.
  • Nikolaenko S.A., Pechenegina E.V., Zubarev A.I., Fedorov Yu.V., Lobauehr U. Sravnitel'naya harakteristika iznosostojkosti sovremennyh polimernyh kompozitov. Klinicheskaya stomatologiya. 2017. № 3 (83). S. 4—9.
  • Grebenyuk S.M., Klimenko M.I. Opredelenie effektivnogo modulya uprugosti kompozita pri normal'nom raspredelenii modulej uprugosti volokna i matricy. Vestnik Hersonskogo nacional'nogo tekhnicheskogo universiteta. 2014. № 3 (50). S. 254—258.
  • Matveev D.V., Sokolov P.E., Laze R., Petrikas O.A. Issledovanie prochnosti na izgib armirovannogo kompozita. Tverskoj medicinskij zhurnal. 2016. № 4. S. 73—75.
  • Li Xiao, Jin Zhu-kun, Yang Kai, Zhao Hui. Mechanical characteristic and monomer conversion effects of post heated and press on ceramage ceramic optimized polymer material. Chinese Journal of Prosthodontics. 2011-03. 98—109.
  • Chen H., Yang L., Long J. First-principles investigation of the elastic, vickers hardness and thermodynamic properties of al-cu intermetallic compounds. Superlattices and Microstructures. 2015. T. 79. S. 156—165.
  • Kandemir A.C., Courty D., Spolenak R., Ramakrishna S.N., Erdem D. Gradient nanocomposite printing by dip pen nanolithography. Composites Science and Technology. 2017. T. 138. S. 186—200.
  • Teng Ji-li, Luo Lin, Liang Xing,Wang Hang. An in vitro study of the marginal fit and fracture strength of Ceramage ceramic optimized polymer crowns. International Journal of Stomatology. 2010-03. 34—51.
  • Sokolovich N.A., Klimova E.A., Ponomareva K.G., Polyakova E.A., Brodina T.V. Issledovanie mikrobiologicheskih i biohimicheskih izmenenij v polosti rta posle terapii kariesa. Medicinskij al'yans. 2017. № 2. S. 74—79.

Views

Abstract - 158

PDF (Russian) - 55


Copyright (c) 2018 Tscymbalystov A.V., Kopytov A.A., Chuev V.P., Asadov R.I., Vinakov D.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.