Uitgebreide Studiegids Polymeren en Tandtechniek 2

Polymeren en Monomeren: Definities en Structuren

  • Wat zijn polymeren:
    • Homopolymeer: Bestaat uit één enkel soort monomeer.
    • Copolymeer: Bestaat uit twee of meerdere soorten monomeren.
      • Alternerend copolymeer: De verschillende monomeren zijn om en om gerangschikt.
      • Blok copolymeer: Bestaat uit blokken van meerdere identieke monomeren die worden afgewisseld met blokken van een ander polymeer.
  • 3D-Structuur: De driedimensionale vorm van polymeren bepaalt de uiteindelijke materiaaleigenschappen.
  • PMMA: Poly-methylmethacrylaat is een essentieel materiaal in de tandtechniek dat herkend moet worden.

Polymerisatieprocessen: Stappen- vs. Kettingreactie

  • Stappenreactie (Condensatiereactie):
    • Vindt vrijwel spontaan plaats.
    • Monomeren reageren met andere monomeren, maar ook met dimeren, oligomeren en polymeren.
    • In het beginstadium zijn er veel korte moleculen aanwezig; pas wanneer alle monomeer is opgebruikt, reageren de korte ketens met elkaar tot lange ketens.
    • Bijproduct: Er ontstaat een bijproduct dat niet deelneemt aan het uiteindelijke polymeer. Dit product (vaak rood omlijnd in schema's) heeft direct of indirect invloed op de eigenschappen van het materiaal.
  • Kettingreactie (Additiereactie):
    • Gebruikt een initiator om de reactie te starten (bijv. licht, warmte of een katalysator).
    • De initiator zorgt ervoor dat de dubbele binding van het monomeer wordt opengeklapt, waardoor een reactief gedeelte ontstaat.
    • Dit veroorzaakt een zeer snelle reactie die direct hele lange ketens vormt (vergelijkbaar met het rijgen van kralen aan een snoer).
    • Het duurt relatief lang voordat alle monomeren volledig zijn opgebruikt.
    • Soorten initiatie:
      • Thermolytisch: Onder invloed van temperatuur.
      • Fotolytisch: Onder invloed van licht.
      • Katalytisch: Onder invloed van een katalysator.
    • Bijzonderheid bij PMMA: Bij persen zit de initiator in het poeder en valt deze uiteen onder invloed van hitte (temperatuur). Bij gieten bevat de vloeistof een toevoeging die de initiator in het poeder laat ontbinden bij kamertemperatuur (katalytisch).

Rangschikking en Fysieke Toestanden van Kunststoffen

  • Ordening van ketens:
    • Kristallijn: Ketens liggen netjes en geordend naast elkaar (vergelijkbaar met droge spaghetti).
    • Amorf: Ketens zijn vervormd en ongeordend (vergelijkbaar met gekookte spaghetti op een bord).
    • Semi-kristallijn: Een combinatie van beide structuren.
  • Elasticiteitsmodulus (EE):
    • Een hogere elasticiteitsmodulus betekent dat het materiaal meer kracht kan verdragen.
    • Bij temperatuurverhoging gaat een polymeer over van de glastoestand naar de rubberfase (de glas-rubber overgang).
  • Fasendiagram eigenschappen:
    • Glastoestand: Ketens zijn amorf, onbeweeglijk en 'ingevroren'. Het materiaal is hard en mogelijk bros.
    • Rubbertoestand: Er is enige bewegingsvrijheid voor de ketens. De elasticiteit en flexibiliteit nemen toe; het materiaal wordt vervormbaar. Er is sprake van entanglements (verknopingen).
    • Vloeistof: Sommige kunststoffen bereiken een vloeibare fase (TmT_m). Veel kunststoffen hebben dit echter niet; zij ontleden of verbranden bij te hoge temperaturen na het uitreageren.
  • Glasovergangstemperatuur (TgT_g):
    • De TgT_g van PMMAPMMA ligt op ongeveer 105 ∘C105\,{}^\circ C (voldoende voor mondgebruik).
    • Beïnvloedende factoren: Ketenlengte, ketenstijfheid, keteninteracties (polair vs. apolair), zijgroepen (star vs. flexibel), crosslinks en weekmakers.
    • PMMAPMMA kenmerken: Flexibele hoofdketen, starre zijgroepen en polaire zijgroepen.

Thermoplasten, Thermoharders en Elastomeren

  • Thermoplasten:
    • Bestaat uit lange ketens die niet onderling verbonden zijn. Hierdoor kunnen ze door warmte vloeibaar worden en zijn ze recyclebaar.
    • Voorbeelden in de tandtechniek:
      • Schellak / thermoplastische beetplaat: Wordt zacht bij verwarmen en hard bij afkoelen.
      • Aligner-/retainerfolie (PETG/PU): Wordt vervormbaar in de vacuümvormer.
      • Thermoplastische partiële prothese (Polyamide/Nylon/"Flexprothese"): Verwerkt via injectie.
  • Thermoharders:
    • Vormen een vast netwerk door crosslinking (vernetting). Hoe meer crosslinks, hoe harder de stof. Smelt niet, maar degradeert bij hitte.
    • Voorbeelden:
      • Lichtuithardende lepelplaat: Polymeriseert tot een hard netwerk.
      • Composietkunststof: Hardt uit door vernetting.
  • Elastomeren:
    • Rubberachtig na uitharden. Veert terug naar de oorspronkelijke vorm na belasting.
    • Voorbeelden:
      • A-silicone (VPS): Gebruikt een platina katalysator, zeer stabiel.
      • C-silicone (Condensatie-silicone): Minder dimensionaal stabiel door krimp (bijproduct alcohol).
  • PMMA Positie: PMMAPMMA is in de basis een thermoplast, maar door crosslinks tussen moleculen gedraagt het zich in de mond als een thermoharder. Het kan niet zomaar schuiven bij hoge temperaturen.

Verwerking en Krimp van PMMA

  • Krimpfactoren:
    • Monomerenvloeistof heeft een groter volume dan polymeer in vaste vorm.
    • Monomeren kunnen vrij draaien; in polymeervorm zijn ze amorf gerangschikt en beperkt in beweging.
    • Krimpwaarde: In voorbeelden wordt vaak uitgegaan van 20 %20\,\% krimp voor zuivere monomeer.
    • Beperken van krimp: Houd strikt de poeder-vloeistofverhouding van de fabrikant aan. Meer monomeer leidt tot grotere krimp en meer restmonomeer.
  • Deeltjesstructuur en Menging:
    • PMMAPMMA-poeder bestaat uit bolvormige polymeerkorrels (amorf verstrengelde ketens).
    • Maximale vulling door bolletjes is theoretisch 74 %74\,\%, de resterende 26 %26\,\% open ruimte moet worden gevuld met monomeer.
    • Bij menging lossen de korrels niet op, maar zwelt de buitenkant op tot een gel-achtige laag (deegfase) doordat MMAMMA-moleculen diffunderen.
  • Warmtehuishouding:
    • Polymerisatie is exotherm (geeft warmte af).
    • De temperatuur in de kunststof kan hoger worden dan het waterbad.
    • Auto-acceleratie (Trommsdorff-effect): Bij een te snelle reactie is de uitharding oncontroleerbaar, wat leidt tot porositeit en vervorming.
    • Risico's worden verminderd door langzame opwarming, kleinere massa's en uitharden onder druk.

Restmonomeer en Nabehandeling

  • Restmonomeer:
    • Polymerisatie is een evenwichtsreactie; er blijft altijd een klein percentage monomeer achter (1 % tot 3 %1\,\% \text{ tot } 3\,\%).
    • Bij hogere temperaturen verschuift het evenwicht zodat er meer monomeer overblijft.
    • Bij lagere temperaturen raken de laatste monomeer-moleculen 'opgesloten' door verminderde ketenbeweeglijkheid.
  • Reductie:
    • Juiste mengverhouding.
    • Voldoende lange en warme uitharding.
    • Polymerisatie onder druk.
    • Nabehandeling: Bewaren in water van 40 ∘C tot 50 ∘C40\,{}^\circ C \text{ tot } 50\,{}^\circ C gedurende 12 tot 2412 \text{ tot } 24 uur helpt bij het uitdiffunderen van monomeer en het verminderen van interne spanningen. Koud water is minder effectief.

Rheologie: De Leer van Vloeien en Vervormen

  • Begrippen:
    • Viscositeit: Maat voor stroperigheid. Hoe hoger de viscositeit, hoe groter de weerstand tegen vervorming.
    • Elasticiteit: Het vermogen van een materiaal om na vervorming terug te veren naar de oorspronkelijke vorm.
    • Plastische vervorming: Blijvende vervorming (irreversibel).
    • Visco-elasticiteit: Combinatie van vloeien en terugveren (bijv. afdrukmateriaal of softliners).
    • Dilatant gedrag: Materiaal wordt stugger naarmate men het sneller beweegt of kneedt (bijv. PMMAPMMA-deegfase).
    • Kruip (Creep): Zeer langzame, blijvende vervorming onder constante belasting.
  • Verloop: Tot de elastische limiet geldt de Wet van Hooke (reversibel). Daarbuiten treedt plastische vervorming op tot aan de breuk (breakdown).

Afdrukmaterialen: Vergelijking en Eigenschappen

  • Polysulfide:
    • Lange verwerkingstijd, hoge scheursterkte.
    • Nadelen: Sterke geur/smaak, verkleurt.
  • Polyether:
    • Stijf en hydrofiel (neemt goed detail op in vocht).
    • Nadelen: Moeilijk uit ondersnijdingen te verwijderen.
  • Condensatie-silicone (C-silicone):
    • Vormt alcohol als bijproduct.
    • Nadelen: Krimp maakt het minder maatvast; moet snel worden uitgegoten.
  • Additie-silicone (VPS):
    • Geen bijproduct, zeer maatvast en elastisch.
    • Let op: Latexhandschoenen bevatten zwavel die de platina-katalysator blokkeert. Gebruik nitril of vinyl.
  • Alginaat:
    • Goedkoop en hydrofiel.
    • Nadelen: Lage vormstabiliteit door synerese (vochtverlies), imbibitie (vochtopname) en kruip.

Interacties en Oppervlakte-eigenschappen

  • Chemische interactie: Er ontstaat een nieuwe stof door reactie.
    • Silaniseren: Silaan reageert met keramiek en composietcement om covalente bindingen te vormen.
    • Hybridelaag: Bonding reageert met dentine/glazuur.
  • Fysische interactie: Krachten zoals waterstofbruggen of elektrostatische krachten (bijv. de egg-box structuur in alginaat met Ca2+Ca^{2+} ionen). Deze kunnen vaak door warmte worden verbroken.
  • Mechanische interactie: Vergroten van het contactoppervlak, bijvoorbeeld door een tand op te ruwen aan de onderzijde voor hechting aan de prothesebasis.
  • Bevochtiging en Contacthoek ($θ$):
    • Hydrofiel ($θ < 90^\circ$): Vloeistof spreidt uit, goede detailopname (alginaat, gips, polyether).
    • Hydrofoob ($θ > 90^\circ$): Vloeistof vormt druppels, minder detail bij vocht (VPS, was, PMMAPMMA).
    • Extremen: $θ \to 0^\circ$ is volledige natting; $θ \to 180^\circ$ betekent dat water eraf rolt.

Xplex en Candulor Gastles

  • Xplex Kenmerken:
    • Klinisch onbreekbaar en eenvoudig hoogglans te polijsten.
    • Kleur 34 is populair vanwege de opake, maskerende werking die lijkt op mondweefsel.
    • High Impact Modification: Bevat polymeerbolletjes met een rubberen kern (Core Part) voor slagvastheid en een PMMAPMMA-schil (Shell Part) voor chemische binding aan de matrix.
  • Praktische vraagstukken:
    • Poreusheid: Oplossen door materiaal weg te halen, opnieuw aan te brengen en druk op de pan te zetten.
    • Luchtbellen: Voorkomen door rustig te gieten.
    • Loskomende elementen: Gebruik mechanische retentie en bonding.
    • Beetverhoging: Voorkomen door proef-persen.
    • Cuvet-afkoeling: Vermijd snelle afkoeling in koud water bij heetpolymerisaat om spanningsscheuren te voorkomen.