Composite có khối lượng phân tử cao (512) nên composite ít co khi trùng hợp (0,9%- 1,5%), nhưng nó có độ quánh cao (800.000 centipoise), giống mật ong ngày lạnh làm khó thao tác. Vì vậy, người ta sử dụng các Monomer làm loãng và cũng được gọi là
chất kiểm sốt độ qnh. Ví dụ :
Methylmethacrylate (MMA)
Ethylene glycol dimethacrylate (EGDM)
Tri (ethylene glycol) dimethacrylate (TEGDMA) Urethane dimethacrylate (UDMA)
Tuy nhiên, tỉ lệ các monomer “pha loãng” càng lớn, sự co do trùng hợp càng lớn và nguy cơ rò rỉ ở các khe bờ viền cuối cùng càng lớn. Vì vậy cần điều chỉnh tỉ lệ thành phần các chất này trong composite sao cho phù hợp. Đặc biệt, Bis-GMA và UDMA có khối lượng phân tử lớn gấp 5 lần khối lượng phân tử của MMA, vì thế mật độ nhóm nối đơi methacrylate của nó xấp xỉ bằng 2/5 so với MMA. Điều này làm giảm sự co do trùng hợp một cách tương ứng.
Ngoài ra, để chấp nhận được về mặt thẩm mỹ, phục hồi composite phải có tính trong mờ tương tự cấu trúc răng. Vì thế chỉ số khúc xạ của hạt độn phải gần bằng với của nhựa. Đối với bis- GMA và TEGDMA, chỉ số khúc xạ tương ứng của chúng lần lượt là 1.55 và 1.46, và hỗn hợp hai thành phần này bằng nhau về tỉ lệ theo khối lượng sẽ có chỉ số khúc xạ là 1.50. Hầu hết các hạt glass và thạch anh sử dụng làm hạt độn đều có chỉ số khúc xạ là 1.50, thích hợp tạo ra tính trong mờ
3.3.2.2. Hạt độn
Nếu sử dụng nhựa một mình, cho thấy một số những nhược điểm: Dễ bị mòn
Độ co cao
Phản ứng toả nhiệt cao
Sự kết hợp các hạt độn vào trong hệ thống để bù trừ cho những khiếm khuyết này. Nghĩa là, khi thêm hạt độn, lượng nhựa sẽ bị giảm xuống. Vì vậy, vật liệu được tạo ra sẽ cho thấy:
Độ bền tăng
Sức kháng mòn tăng Co do trùng hợp giảm
Cải thiện những đặc tính quang học như màu sắc, sự phát huỳnh quang và tính trong mờ.
Tính cản quang do các kim loại nặng (như barium)
Toả nhiệt khi trùng hợp ít: các hạt độn hoạt động như bể chứa hấp thu nhiệt Giảm sự giản nở nhiệt
Đa số các đặc tính quan trọng đều được cải thiện khi thêm lượng hạt độn. Việc phân bổ các kích thước hạt độn giúp tối đa hố lượng hạt độn (phần thể tích hạt độn). Nếu kích thước hạt độn đồng bộ, dù có lèn chặt lượng hạt độn đi chăng nữa, thì cũng vẫn tồn tại khoảng trống giữa chúng Tuy nhiên, nếu các hạt độn nhỏ hơn được cài vào giữa các khối cầu lớn hơn, khoảng trống được giảm đi. Tiếp tục quá trình này, sự phân bổ tiếp theo đối với các hạt độn nhỏ hơn nữa có thể tạo ra được lượng hạt độn thêm vào tối đa. Ngồi ra, hạt độn nhỏ cịn cung cấp những giá trị thẩm mỹ cao trong phục hình.
Tuy nhiên, kích thước hạt độn càng nhỏ, tỉ lệ giữa bề mặt trên thể tích để hình thành các điện cực hay các mối nối hydro với các phân tử monomer càng lớn, làm ngăn cản tính chảy và tăng độ qnh (khó trộn và thao tác), vì vậy lượng hạt độn thêm vào có thể ít hơn.Tỉ lệ hạt độn bị giới hạn khoảng 80% theo thể tích. Vì thế, ln có một sự cân bằng các yếu tố trong số các đòi hỏi về khả năng làm việc, độ bền và thẩm mỹ.
Phân loại composites theo hạt độn :
Hai loại hạt độn chủ yếu của composite là: Hạt độn loại Silica (SiO2), Hạt độn ceramics
Phân loại composities theo kích thước và phân bố các phân tử hạt độn trong nhựa
Hình 3. 10 : Phân loại composite theo kích thước và phân bố các phân tử hạt độn trong nhựa
3.3.2.3. Chất nối
Các hạt độn cần phải được dán vào khung nhựa. Điều này cho phép khung polymer linh hoạt hơn để chuyển ứng suất vào các hạt độn có modun cao hơn (cứng và đặc hơn). Nối kết hoá học giữa hai pha của composite được tạo ra bởi chất kết nối, đây là một hợp chất hoạt động bề mặt lưỡng chức năng bám chặt vào bề mặt hạt độn và cũng cùng phản ứng lại với sự hình thành khung nhựa monomer. Một chất kết nối được sử dụng thích hợp có thể cải thiện đặc tính cơ học và lý học, ức chế sự thấm qua bằng cách ngăn chặn nước thâm nhập từ giao diện nhựa- hạt độn trong composite.
Mặc dù có thể sử dụng titanates hay ziconates làm chất kết nối, nhưng người ta thường sử dụng chất silanes hữu cơ như γ- methacryloxypropyl trimethoxylisane nhất. Khi có nước hiện diện, các nhóm methoxy (-OCH3) bị thuỷ phân thành các nhóm silanol (-Si- OH), nhóm này lại có thể kết nối vào các nhóm silanol khác trên bề mặt hạt độn bằng cách tạo ra các mối nối siloxane (-Si-O-Si-). Các nhóm methacrylate trong silane hữu
cơ hình thành các mối nối cộng hố trị với nhựa khi nó được trùng hợp, vì thế nó hồn thành một q trình nối kết.
3.3.2.4. Các thành phần khác
Hệ thống khơi mào hoạt hố các q trình của composite: N,N-dimethyl-p- toluidine, Benzoyl peroxide…
Chất ổn định cực tím: 2- hydroxy-4-methoxybenzophenone… Chất ức chế trùng hợp: Hydroquinone, monomethyl ether… Chất làm cản quang.
Chất màu và chất cản sáng: hợp chất oxít vơ cơ như oxít sắt,…
3.3.3. Cơ chế
Hóa trùng hợp (Đơng cứng hố học, đôi khi xem như tự cứng) Quang trùng hợp (Cứng nhờ ánh sáng)
Lưỡng trùng hợp, vật liệu được hoạt hoá bởi cả ánh sáng và hoá học
3.3.3.1. Các composite hoá trùng hợp (Self-Cure/Chemically Activated Resins)Các composite hoá trùng hợp cung cấp là một hệ thống hai bột nhão (paste) và phản Các composite hoá trùng hợp cung cấp là một hệ thống hai bột nhão (paste) và phản ứng đông cứng bắt đầu khi trộn hai bột nhão này lại. Dạng nhão căn bản (base) chứa monomer và hạt độn cùng với một amine thơm bậc ba như N,N-dimethyl-p-toluidine (chất hoạt hóa/activator) và dạng nhão xúc tác (catalyst) chứa monomer và hạt độn, nhưng có thêm nhiều benzoyl peroxide (BPO) phân tán trong phthalate (chất khơi mào/initiator). Khi hai dạng nhão này được trộn lại với nhau, các amine phản ứng với benzoyl peroxide tạo ra các gốc tự do, và làm khởi xướng quá trình trùng hợp. Phản ứng hố học đơi khi được xem là đơng cứng kín đáo/ tối, ngụ ý là nó sẽ xảy ra mà khơng cần năng lượng ánh sáng như loại composite đông cứng nhờ ánh sáng.
Tuy nhiên, nó tồn tại một số vấn đề. Đầu tiên, sự hoạt hố hố học là trong suốt q trình trộn hầu như khơng thể tránh được việc kết hợp khơng khí vào trong hỗn hợp, vì vậy hình thành những bọt khí làm yếu cấu trúc và nhốt oxy bên trong, oxy này làm ức chế sự trùng hợp khi đông cứng. Vấn đề thứ hai là nha sĩ khơng kiểm sốt được thời gian làm việc sau khi hai thành phần được trộn vào nhau. Vấn đề thứ ba là sự hình
thành lớp ức chế oxygen. Trong giai đoạn khơi mào của phản ứng trùng hợp, oxy ức chế sự trùng hợp vì khả năng phản ứng của oxy với các gốc tự do cao hơn nhiều so với của monomer. Trong giai đoạn ức chế này, oxy này sẽ khuếch tán vào trong nhựa lỏng và được tiêu thụ bởi các gốc tự do được tạo ra. Phản ứng này tạo ra một lớp bề mặt không được trùng hợp. Độ dày của lớp màng mỏng không được trùng hợp trên bề mặt tuỳ thuộc vào độ quánh của nhựa, sự hoà tan của oxy trong monomer và hệ thống khơi mào sử dụng.
Ngoài ra, hệ thống khơi mào trùng hợp BPO- Amine bị ức chế bởi các phức chất chứa phenol (như eugenol). Nhược điểm chính của composite hóa/tự trùng hợp cịn là khơng ổn định về màu do vòng thơm amin. Composite dễ bị đổi màu dưới ánh sáng mặt trời và trở nên có màu vàng hay nâu theo thời gian.
3.3.3.2. Composite quang trùng hợp (Light –cure/ Photochemically Activated Resins) Để khắc phục các vấn đề của sự hoạt hoá hoá học, các nhà sản xuất đã chế tạo một loại nhựa khơng địi hỏi phải trộn, mà bằng cách sử dụng hệ thống khơi mào nhạy với ánh sáng và một nguồn đèn cho sự hoạt hoá. Hệ thống hoạt hoá (activation) bằng ánh sáng đầu tiên được tạo ra để ánh sáng UV khơi mào gốc tự do. Ngày nay, composite cứng bằng nguồn sáng UV đã được thay thế bằng hệ thống hoạt hoá bằng ánh sáng xanh thấy được, với việc cải thiện độ sâu trùng hợp lớn, kiểm soát được thời gian làm việc và các ưu điểm khác.
Composite nha khoa trùng hợp bằng đèn được cung cấp dưới dạng nhão đơn chứa trong một ống bơm ngăn sáng. Hệ thống khơi mào gốc tự do (free radical initiating system) bao gồm một chất nhạy sáng (photosensitizer) và một chất khơi mào amine (initiator/accelerator) được chứa trong dạng nhão này. Miễn là hai thành phần này không tiếp xúc với ánh sáng, thì chúng khơng phản ứng với nhau. Tuy nhiên, việc tiếp xúc với vùng ánh sáng xanh bước (sóng khoảng 468 nm) sẽ tạo ra một tình trạng kích thích cho các chất nhạy sáng, rồi chúng sẽ tương tác với amine để tạo ra các gốc tự do để khơi mào sự trùng hợp. Chất nhạy sáng thường được sử dụng là Camphorquinone (CQ), vốn hấp thu ánh sáng xanh với bước sóng khồng từ 400- 500 nm. Chỉ cần địi hỏi một lượng nhỏ CQ (0,2% theo khối lượng hay ít hơn trong dạng nhão). Gần đây
hơn, những chất khơi mào ánh sáng mới đã được xem xét như phenylpropanedione (PPD) và Lucirin TPO (ethyl 2,4,6- trimethylbenzoylphenylphosphinate).
3.3.3.3. Lưỡng trùng hợp (Dual- Cured Resins)
Những vật liệu này giúp nha sĩ có những thuận lợi trong việc làm cứng chất gắn khi chúng được sử dụng để gắn phục hồi (gắn các inlays lớn bằng sứ), cũng như những vùng mà năng lượng ánh sánh không đến được. Vì thế xi măng sẽ đơng cứng hố học. Để cho phép điều này xảy ra những phản ứng này chứa cả những chất gia tốc hoá học và chất hoạt hoá ánh sáng.
Gồm hai dạng dẻo có thể chiếu đèn, một phần chứa benzoyl peroxide (BPO) và phần kia chứa chất gia tốc amine thơm bậc ba (accelerator). Chúng được được kết hợp để đông cứng rất chậm qua cơ chế tự trùng hợp. Sự đông cứng sẽ được gia tốc dưới “mệnh lệnh” của việc chiếu đèn làm kết hợp amine và CQ.
Ưu điểm chính của hệ thống này là đảm bảo hồn tất sự đơng cứng hoàn toàn cho dù là quang trùng hợp khơng thích hợp. Khuyết điểm chính là tình trạng xốp do việc trộn. Song việc này đã được giảm bớt nhờ sử dụng ống bơm trộn. Có độ ổn định màu sắc kém hơn so với loại quang trùng hợp vì chất gia tốc amine thơm, nhưng điều này cũng vẫn đỡ hơn loại tự cứng (tự trùng hợp) vì hàm lượng chất gia tốc được giảm đi hơn so với trong loại nhựa tự cứng. Cuối cùng, như đối với loại nhựa tự trùng hợp, sự ức chế do khơng khí và tình trạng xốp cũng gặp trong loại lưỡng trùng hợp này.
3.3.4. Đặc điểm
3.3.4.1. Đặc điểm vật lý , cơ học
Thời gian đông cứng và thời gian làm việc :
Đối với composite quang trùng hợp, khoảng 75% mức độ trùng hợp xảy ra trong 10 phút đầu và phản ứng trùng hợp tiếp tục diễn ra trong 24 giờ sau đó. Sau 24 giờ, có được các thuộc tính lý học tối ưu. Thời gian đơng cứng đối với composite, tự hoạt hóa hỗn hợp từ 3-5 phút.
Hệ số giãn nở nhiệt:
- Composite hạt rất nhỏ (55-68) x 10-6 oC.
Do giãn nở nhiệt tạo lực kéo căng thêm vào chỗ kết dính với cấu trúc của răng và làm tăng thêm tác động có hại của sự co ngót khi trùng hợp. Các thay đổi do giãn nở nhiệt lặp đi lặp lại do ảnh hưởng các tác động của nhiệt độ nóng, lạnh tạo hở kẽ, thấm nước, làm thất bại phục hồi.
Tính hút nước :
Các composite trùng hợp khơng hồn tồn có khả năng hút nhiều nước nhiều hơn. Quá trình hút nước làm cho composite giãn nở và làm giảm bớt các lực căng trong quá trình trùng hợp. Sự giãn nở do hút nước bắt đầu sau khi trùng hợp 15 phút. Sau 4 ngày giãn nở hầu hết, sau 7 ngày trở lại trạng thái ổn định.
Tính tan trong nước :
Mức độ tan trong H2O của các loại composite khác nhau và ở mức từ 0.01- 0.06mg/cm2. Các composite trùng hợp khơng hồn tồn có khả năng thấm nước và hịa tan nhiều hơn và bộc lộ trên lâm sàng là không ổn định về màu sắc.
Độ bền nén: 180-300MPa tùy thuộc loại composite. Độ bền căng: 60-150MPa tùy loại.
Độ cứng knoop :22-80kg/mm2.
Composite cịn có khả năng kết dính được với các phục hồi khác như sứ và động kim, sau khi đã phun cát và dùng chất kết dính với độ bền dính là 20MPa ( nếu phục hình bằng sứ bị mẻ có thể dùng composite sửa lại).
3.3.4.2. Đặc điểm hóa học
Co ngót trùng hợp tạo ra các lực trùng hợp tương đương 13MPa giữa composite và cấu trúc răng. Các lực này có thể làm tách chỗ tiếp xúc giữa composite và răng tạo ra một kẽ hở có thể thấm nước. Trường hợp composite dính chắc vào men, ngà răng và lực trùng hợp tạo ra sức căng của men thì có thể làm vỡ men dọc theo giao diện giữa composite và men. Nếu thành phần oligomer trong composite tỉ lệ càng cao thì mức độ co ngót khi trùng hợp càng cao. Để làm giảm bớt mức độ ảnh hưởng của co ngót trùng hợp đến chất lượng hàn phục hồi thì thực hiện kĩ thuật trùng hợp từng lớp.
Sự co do trùng hợp, đây là nhược điểm quan trọng nhất của composite. Khi trùng hợp, các phân tử tiến lại gần nhau, làm tồn bộ miếng trám co lại và hở rìa. Sự trùng hợp này còn tiếp diễn sau khi trám rất lâu.
3.3.4.3. Thẩm mỹ
Composite có màu sắc giống răng thật vì vậy có tính thẩm mỹ cao.