Применение современных стоматологических термопластических материалов в практике ортопедической стоматологии

В табл. 1 показаны критические температуры T_ст и T_пл ряда важных промышленных термопластов. Все реактопласты после того, как произошла сшивка цепей, становятся твердыми и жесткими.

 

Таблица 1.

Полимер	Tст, °С	Tпл, °С
Полиэтилен	- 80	135
Полипропилен	- 10	180
Полистирол	100	-
Поливинилхлорид	80	270
Поливинилиденхлорид	- 20	190
Полиметилметакрилат	105	-
Полиакрилонитрил	105	310
Найлон-6 (капрон)	50	223
Найлон-6,6	57	270
Полиэтилентерефталат	69	265
Полиформальдегид (полиоксиметилен, параформ)	- 85	180
Полиэтиленоксид (полиоксиэтилен)	- 67	70
Триацетат целлюлозы	130	300
Тефлон (политетрафторэтилен)	- 113	325
Ниже Tст пластмассы хрупки и тверды, между Tст и Tпл – гибки и податливы, выше Tпл они являются вязкими расплавами.

 

Оптические свойства. Пластические материалы бывают различной степени прозрачности - от совершенно прозрачных до матовых. Все аморфные полимеры прозрачны, тогда как в частично-кристаллических полимерах появляется некоторая мутность из-за различий в показателях преломления кристаллических и аморфных областей, которые неодинаково отклоняют световые лучи; при этом свет рассеивается и материал выглядит мутным. Если степень кристалличности низка и средний размер кристаллических областей мал, менее 500 Е (1 Е = 10^–10 м), тонкая пленка материала еще прозрачна (например, майлар, саран, профакс). Высокая же

степень кристалличности  и более крупные кристаллические  области придают дымчатость даже тонким пленкам (например, полиэтилен, найлон-6, найлон-6,6).

Электрические свойства. Все органические пластмассы являются изоляторами, а потому находят применение в электротехнике и электронике. В табл. 2 приведены некоторые важные электрические свойства ряда промышленных пластмасс.

Свойства пластмасс зависят  от их основных характеристик: а) природы  мономеров; б) средней СП; в) степени  кристалличности системы.

 

Таблица 2. Электрические свойства некоторых промышленных пластмасс

Полимер	Диэлектри-ческая проницаемо-сть при 60 Гц	Электри-ческая прочность, В/см	Коэффици-ент потери мощности при 60 Гц	Удельное сопротив-ление, Ом/см
Полиэтилен	2,32	6х106	5х10–4	1019
Полипропилен	2,5	2х106	7х10–4	1018
Полистирол	2,55	7х106	8х10–4	1020
Полиакрилони-трил	6,5	-	0,08	1014
Найлон-6,6	7,0	3х103	1,8	1014
Полиэтилен- терефталат	3,25	7х103	0,002	1018

 

1.2 Термопластические материалы

 

Полиэтилен (ПЭ) [–CH₂–CH₂–]_n существует в двух модификациях, отличающихся по структуре, а значит, и по свойствам. Обе модификации получаются из этилена CH₂=CH₂. В одной из форм мономеры связаны в линейные цепи (см. рис. 1) с СП обычно 5000 и более; в другой – разветвления из 4–6 углеродных атомов присоединены к основной цепи случайным способом. Линейные полиэтилены производятся с использованием особых катализаторов, полимеризация протекает при умеренных температурах (до 150^о С) и давлениях (до 20 атм).

Линейные полиэтилены образуют области кристалличности (рис. 2), которые  сильно влияют на физические свойства образцов. Этот тип полиэтилена (см. таблицу) обычно называют полиэтиленом высокой плотности; он представляет собой очень твердый, прочный и жесткий термопласт, широко применяемый для литьевого и выдувного формования емкостей, используемых в домашнем хозяйстве и промышленности. Полиэтилен высокой плотности прочнее полиэтилена низкой плотности.  

СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ  ПЛОТНОСТИ
СП	от 1000 до 50 000
Тпл	129–135° С
Тст	ок. –60° С
Плотность	0,95–0,96 г/см3
Кристалличность	Высокая
Растворимость	растворим в ароматических  углеводородах только при температурах выше 120° С

 

Разветвленные полиэтилены первоначально  получали нагреванием этилена (со следами  кислорода в качестве инициатора) до температур порядка 200^О С при очень высоких давлениях (свыше 1500 атм). Разветвления уменьшают способность полиэтилена к кристаллизации, в результате эта разновидность полиэтилена имеет следующие свойства:

 

СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ
СП	от 800 до 80 000
Тпл	108–115° С
Тст	ниже –60° С
Плотность	0,92–0,94 г/см3
Кристалличность	Низкая
Растворимость	растворим в ароматических  углеводородах только при температурах выше 80° С

 

Этот полиэтилен обычно называют полиэтиленом низкой плотности. Разработаны методы получения полиэтилена низкой плотности  при низком давлении и умеренных  температурах сополимеризацией этилена  с другим олефином, например бутиленом CH₂=CH–CH₂–CH₃. Там, где в цепь встраивается бутиленовая единица, образуется короткая боковая цепь:

 

 

 

В этом случае упаковка цепей не может  быть столь же плотной, как для  «чистого» полиэтилена. Полиэтилен низкой плотности представляет собой  прочный, очень гибкий и слегка упругий  термопласт, несколько более мягкий, легче формуемый и выдавливаемый, чем полиэтилен высокой плотности; полиэтилен низкой плотности находит  широкое применение в производстве покрытий, упаковочных материалов и  изделий, изготовляемых методом  литьевого формования.

Полиэтилен - один из наиболее полезных и важных пластических материалов. Детали электронных устройств, покрытие картонных молочных пакетов, упаковочные пленки и игрушки - вот далеко не полный перечень того, что делают из полиэтилена.

Полипропилен (ПП) [–CH₂–CH(CH₃)–]_n получают из пропилена C₃H₆. В 1954 Дж.Натта (Италия) определил его молекулярную структуру, открыв важный класс стереорегулярных полимеров. Боковые метильные группы CH₃ могут располагаться в цепи полипропилена случайным образом

 

или регулярно 

 

Натта назвал полимеры первого типа атактическими, а второго тактическими, в данном специфическом случае - изотактическими (что значит «на одной стороне»).

В атактическом полипропилене беспорядочное  расположение метильных групп препятствует кристаллизации, в результате получается мягкий, резиноподобный материал, который  легко растворим в органических растворителях и размягчается при  невысоких температурах. Он используется для получения различных изделий  методом экструзии, а также в  качестве клея для пластмасс.

В тактическом полипропилене метильные  группы расположены регулярно вдоль  цепи. Вследствие этого из тактического полипропилена получаются прочные  жесткие термопласты с высокими температурами плавления и отличной устойчивостью к растворителям. Изотактический полипропилен – важный промышленный продукт. Он широко используется для получения волокон и пленок и как материал для литьевого  и выдувного формования емкостей.

 

СВОЙСТВА ИЗОТАКТИЧЕСКОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА
СП	от 1000 до 6000
Тпл	174–178° С
Тст	ок. 0° С
Плотность	0,90 г/см3
Кристалличность	высокая
Растворимость	растворим в ароматических  углеводородах только при температурах выше 120° С

 

Полистирол (ПС) [–CH₂–CH(C₆H₅)–]_n синтезируют из стирола C₈H₈ с пероксидными или азоинициаторами при температурах 60-150^О С в жидкой фазе (в растворе, суспензии или эмульсии). Расположение бензольных колец по бокам линейной цепи препятствует кристаллизации настолько, что термопластический полимер получается аморфным, прозрачным, жестким и несколько хрупким.

 

СВОЙСТВА ПОЛИСТИРОЛА
СП	от 500 до 5000
Тпл	аморфен и не имеет точки  плавления
Тст	ок. 90° С
Плотность	1,08 г/см3
Кристалличность	Отсутствует
Растворимость	легко растворим в ароматических  углеводородах и кетонах при  комнатной температуре

 

Несмотря на чувствительность к  воздействию растворителей и  некристаллический характер, полистирол - один из наиболее важных термопластов, благодаря своей прозрачности, легкой формуемости и прекрасным электроизолирующим свойствам. Полистирол широко используется в электрическом оборудовании, предметах обихода, игрушках и особенно как теплоизоляционный пенопласт. В последние годы получен полистирол с более высокой ударопрочностью благодаря добавкам эластических компонентов; новые сорта расширили сферу применения этого полимера.

Полиметилметакрилат (ПММА) [–CH₂–C(COOCH₃)(CH₃)–]_n – аморфный прозрачный термопласт, имеющий важное промышленное значение. Его синтезируют из метилметакрилата C₅H₈O₂ так же, как полистирол получают из стирола. Он тверд (несколько тверже полистирола), абсолютно бесцветен и кристально прозрачен, T_ст ок. 100° С. Полиметилметакрилат широко используют для изготовления украшений, оптики и других товаров, где желательно высокое качество.

Поливинилхлорид (ПВХ) [–CH₂–CHCl–]_n получают из его мономера, винилхлорида CH₂=CHCl при температурах от 20° С до 100° С с пероксидными инициаторами (синтез аналогичен синтезу полистирола). Поливинилхлорид состоит из линейных цепей и является атактическим полимером, а следовательно, аморфным, твердым, жестким, устойчивым к воздействию растворителей термопластом.

 

СВОЙСТВА ПОЛИВИНИЛХЛОРИДА
СП	от 500 до 5000
Тпл	аморфен и не имеет точки  плавления
Тст	ок. 20° С
Плотность	1,60 г/см3
Кристалличность	очень низкая
Растворимость	растворим при комнатной  температуре в небольшом числе  растворителей

 

Особенно важное свойство поливинилхлорида огнестойкость, связанная с присутствием хлора в его молекуле (ок. 55%). Хлор придает поливинилхлориду жесткость, полимер размягчается лишь при высоких  температурах; по этой причине в  некоторых случаях приходится вводить  пластификаторы (10-40%), чтобы сделать его более легко формуемым, выдавливаемым и выдуваемым. Поливинилхлорид используется в больших количествах в производстве волокон, пленок, труб, резины, формованных изделий, искусственной кожи и покрытий.