II. Полимерные цементы (поликарбоксилатные или полиалкенатные)
Поликарбоксилатные цементы (ПКЦ) - это системы порошок-жидкость. Жидкость - водный раствор полиакриловой кислоты или сополимера акриловой кислоты с другими ненасыщенными кислотами, такими, как итаконовая и малеиновая кислоты Концентрация кислоты в растворе может изменяться от одной марки цемента к другой, но обычно ее величина около 40%.
ПКЦ по составу и технологии производства порошка похожи на цинк-фосфатные цементы. Порошки содержат в основном оксид цинка с добавкой оксида магния. Иногда оксид магния может быть заменен оксидом олова. Возможны добавки других оксидов. В порошке может также содержаться добавка небольшого количества фторида олова, который позволяет регулировать время твердения и улучшить манипуляционные свойства.
Схема 3. Основные компоненты жидкости неорганических и полимерных цементов
Таким образом, комплекты поликарбоксилатного цемента представляют собой раздельно хранимые порошок и жидкость, при смешивании которых образуется цементная масса, затвердевающая в течение 4-9 мин при комнатных условиях. Реакция твердения этого цемента включает растворение поверхностного слоя частиц порошка кислотой. По внешнему виду структура этого материала похожа на структуру цинк-фосфатного цемента.
Стеклополиалкенатные цементы - это гибридный материал, сочетающий в себе свойства стоматологических силикатных и цинк-поликарбоксилатных цементов. Стеклополиалкенатный цемент (СПАЦ) - цемент, отверждающийся по кислотно-основному механизму. В результате реакции отверждения образуется гидрогелевая соль в качестве связующей матрицы в структуре твердого цемента. Основанием в этой системе является порошок кальций алюмосиликатного стекла, содержащего фториды, причем варианты составов стекол очень многообразны.
Схема 4. Основные компоненты состава стеклополиалкенатных цементов
От соотношения этих главных компонентов существенно изменяется качество полученного стекла. При высоком содержании оксида кремния (более 40%) стекло будет прозрачным. При высоком содержании фторида кальция или алюминия - непрозрачным. Оптимальным соотношением оксидов алюминия и кремния считается соотношение, равное 0,75:1,0 соответственно. Чем больше оксида алюминия, тем интенсивнее будет разрушаться стекло, высвобождая ионы, связывающие поликислоту СПАЦ. Именно это свойство стекол новых цементов дало им название стеклоиономерных.
Принципиальным составляющим цемента является полиэлектролит, т.е. вещество, обладающее свойствами как электролита, так и полимера. Обычно к таким веществам относятся водорастворимые полимеры. Полиэлектролиты, применяемые в СПАЦ, относятся к классу полиалкеновых кислот. Поликислота может быть представлена в комплекте цемента в виде концентрированного водного раствора (от 40 до 50% концентрации) или содержаться в сухом виде в порошке цемента. В последнем случае цемент получают, смешивая порошок с водой или водным раствором винной кислоты.
Повышение молекулярной массы и концентрации поликислоты сокращает время твердения и повышает прочность цемента. Но при этом повышается вязкость жидкости и пасты смешанного цемента, что ведет к ухудшению его манипуляционных свойств. Также следует иметь в виду, что вода в жидкости цемента имеет значение для процесса его твердения и оказывает влияние на весь комплекс свойств СПАЦ. Она является не только реакционной средой процесса твердения, но и играет роль в гидратации реакционных продуктов, полиалкенатных солей и силикагеля. Слишком много воды в системе приводит к ослаблению цемента и медленному твердению. Лучше снизить количество воды, насколько позволяют манипуляционные свойства цементной массы.
Отвержденный цемент имеет характерную структуру, в которой содержатся распределенные в матрице из кальциевых и алюминиевых полисолей частицы непрореагировавшего порошка в оболочке из силикагеля.
Стеклоиономерные цементы с добавлением полимеров, отверждаемых по механизму радикальной полимеризации, чаще всего инициируемой световым облучением. Для этого в состав СПАЦ были добавлены некоторые вещества с функциональными полимеризационно способными группами, которые позволили дополнить процесс твердения СПАЦ дополнительным полимеризационным процессом отверждения. Он помогал защитить цемент на ранних этапах кислотно-основной реакции его твердения от влияния влаги и ускорить процесс образования твердого материала, в котором, как предполагается, без помех мог продолжаться процесс созревания СПАЦ по его основному механизму твердения. В жидкости, входящей в комплект модифицированного СПАЦ, обычно содержатся вода, полиакриловая кислота или та же кислота, некоторые карбоксильные группы в которой замещены метакрилатными или монометилметакрилатными радикалами. Они и включаются в реакцию полимеризации. Вначале при твердении этого материала происходит полимеризация этих метакрилатных групп, однако окончательный процесс созревания цемента происходит за счет постепенной реакции кислотно-основного типа до достижения конечных прочностных свойств цемента.