Komposit-Harze

Komposit-Harze

Einführung 

Die Welt der Dentalmaterialien hat eher eine Reihe von Revolutionen als eine Evolution erlebt.

 Die Revolution bei den Materialien nach den Dentalamalgamen ist ästhetischer Natur und wurde in den 1950er Jahren durch Kompositharze ausgelöst. Komposite waren ursprünglich selbstpolymerisierbar, wurden aber erst Ende der 1970er Jahre photopolymerisierbar und haben sich seitdem allmählich etabliert.

 Die ständige Weiterentwicklung ihrer Zusammensetzungen und Eigenschaften seit ihrer Einführung ist beträchtlich. 

Durch die Verbesserung ihrer Zusammensetzung sind Kompositharze allmählich einfacher zu verarbeiten, ästhetischer und leichter zu polieren geworden. Sie weisen weniger Einschränkungen bei der Polymerisation auf und sind widerstandsfähiger gegenüber verschiedenen Abbaumechanismen geworden. Mikrohybrid-Kompositharze (1990er Jahre) und später Nanohybrid-Harze (2000er Jahre) sind die ultimativen Produkte aller durch diese Materialien erreichten Leistungen. 

Mittlerweile sind sie in zahlreichen Viskositäten (flüssig oder verdichtbar) erhältlich, um den unterschiedlichsten klinischen Situationen gerecht zu werden. Seit den 2010er Jahren können sogenannte „Bulk-Fill“-Komposite, die empfindlicher auf die Photopolymerisation reagieren, 4 bis 5 mm hohe Kavitäten in einem einzigen Schritt füllen, wobei die Abbindekontraktion besser kontrolliert wird, was ihre klinische Umsetzung erleichtert.

Die zweite Revolution bei Dentalkompositen ist der Klebstoff. Sie war es, die die Entwicklung einer konservativeren Zahnheilkunde auf der Grundlage des Prinzips der Gewebeökonomie ermöglichte.

1. Definition 

Ein Dentalkomposit ist ein organomineralisches Füllungsbiomaterial, das aus einer Harzmatrix besteht, in der hauptsächlich mineralische Füllstoffe dispergiert sind. Die Bindung des letzteren an die Matrix wird durch einen Haftvermittler gewährleistet. Komposite werden mittels Klebstoff am Zahngewebe befestigt. 

Die verschiedenen Bestandteile des Dentalkomposits und die Schnittstelle zum Zahngewebe 

2. Zusammensetzung von Kompositharzen  

2.1 Die organische Phase 

Die organische Matrix wird auch organische Phase, dispergierende Phase oder kontinuierliche Phase genannt. Es macht 24 bis 50 % des Volumens des Komposits aus. Es beinhaltet:

• Matrixharz, 
• Verdünnungsmittel (oder Viskositätsregler),
• Abbindeverhinderer, Härter und Pigmente

1.  Matrixharz: Monomer oder Oligomer: 

Dieser wesentliche Bestandteil ist im Vergleich zu mineralischen Füllstoffen in einem geringen Anteil vorhanden und
ist für die Verschlechterung bestimmter mechanischer Eigenschaften des Verbundwerkstoffs verantwortlich (z. B. Verschleißfestigkeit). Es ist außerdem die Ursache der Polymerisationsschrumpfung und der dadurch verursachten Spannungen. Dies ist die chemisch aktive Komponente des Verbundwerkstoffs. Dabei handelt es sich um „R-Dimethylacrylat“-Monomere, wodurch alle Kompositharze untereinander und mit Klebstoffen kompatibel sind. Das Vorhandensein zweier polymerisierbarer Funktionen im selben Molekül ermöglicht die Erzeugung eines organischen Netzwerks mit hoher Vernetzungsdichte.

Beispiel für Harz: Das Bis-GMA-Molekül. Es zersetzt sich :

•  Zwei aromatische Zyklen, die das Molekül versteifen, ü Ein Phenolzyklus, der die Abbinderetraktion verringert, aber die Viskosität erhöht,
• Zwei Hydroxylradikale bieten die Möglichkeit zur Bildung von Wasserstoffbrücken, was zu einer signifikanten Viskosität der unpolymerisierten Matrix führt, 
•  Zwei funktionelle Methacrylatgruppen ermöglichen den Aufbau der Polymerstruktur, 
• Zwei Esterbindungen (verursachen mögliche Hydrolyse). Polyurethane 

Sein Hauptvorteil: Die niedrige Viskosität ermöglicht die Einarbeitung eines höheren Anteils an Füllstoffen ohne Zugabe eines Verdünnungsmittels mit niedrigem Molekulargewicht. 

2.1.2 Die verschiedenen Rollen der Matrix

Verleiht dem Material vor der Polymerisation seine plastische Konsistenz (+/- flüssig oder pastös) 

-Ermöglicht die Aushärtung (es ist die Matrix, die polymerisiert): viele Polymere kreuzen sich und erreichen eine Länge von mehreren mm => Polymerisation ermöglicht die Aushärtung

 -Garantiert den Zusammenhalt und die Beständigkeit des Ganzen nach der Polymerisation

 – Verantwortlich für viele Defekte (mögliche Depolymerisation) 

2.1.3 Verdünnungsmittel oder Viskositätsregler

• Bis-GMA- und Diurethandimethacrylat-Monomere sind aufgrund ihres hohen Molekulargewichts sehr viskose Flüssigkeiten. Das Hinzufügen einer großen Menge Füllstoff führt zur Bildung eines Materials, dessen Konsistenz für den klinischen Gebrauch zu dick ist. Um diesem Problem entgegenzuwirken,
• Es werden Monomere mit niedriger Viskosität, sogenannte Viskositätsregler oder Verdünnungsmittel, hinzugefügt.

2.1.4 Aufnahmehemmer

Werden auch Konservierungsmittel genannt, da sie zur Konservierung von Kompositharzen beitragen.

Verbundwerkstoffe müssen gelagert werden können, ohne dass es durch Hitze oder Umgebungslicht zu einer spontanen Polymerisation kommt.

Die am häufigsten verwendeten Inhibitoren sind  Phenolderivate  und Sauerstoff aus der Umgebungsluft. 

2.1.5  Pigmente 

Sie sind der Ursprung der Farbe des Komposits. Um ästhetischen Ansprüchen gerecht zu werden, müssen die Pigmente möglichst dauerhaft stabil sein, damit die Restauration ihre ursprüngliche Farbe möglichst lange behält. 

Verwendung einer Farbskala zur optimalen Anpassung der Farbe des Restaurationskomposits. Farbiges, dentinähnliches Komposit für die Restauration eines Seitenzahns

  2.1.5 Das Abbindeverhalten von Kompositen

Der Prozess, bei dem sich das Komposit in pastöser Form in ein hartes Material verwandelt, ist die Polymerisation der Harzmatrix.

Die Polymerisation des Monomers oder Oligomers umfasst:

•  die Freisetzung von freien Radikalen, die durch Umwandlung des Initiators bzw. Starters durch Aktivatoren bzw. Katalysatoren entstehen.
•  Diese freien Radikale bewirken die Öffnung der Doppelkohlenstoffbindung des Monomers und ermöglichen so seine Aktivierung während der Initiierungsphase sowie die Bildung und Verlängerung des Polymers.
•  Sobald das Monomer aktiviert ist, kann es selbst mit einem anderen Monomer reagieren und so eine Kettenvernetzung bilden, um Polymere zu erzeugen. 

1. Chemische Initiierung (Chemo- oder Autopolymerisation)

Bei den ersten Kompositen (chemo- oder selbstpolymerisierbar) wurde dieses Ergebnis durch Mischen von zwei Pasten erzielt, die die für die Einleitung der Polymerisation erforderlichen Komponenten enthielten: Eine Paste enthielt einen Aktivator (tertiäres Amin), während die andere Paste einen Initiator, im Allgemeinen Benzoylperoxid, enthielt.

  a) Vorteile

– Photopolymerisation aller derzeit auf dem Markt befindlichen Materialien 

– niedrige Kosten;

– Möglichkeit, zwischen verschiedenen Systemen zur Kontrolle der Polymerisationskinetik zu wählen

b) Nachteil

-fortschreitender Leistungsverlust der Lichtquelle, der eine Überwachung durch den Arzt erfordert

-Diese Erwärmung der Lampe erfordert ein Lüfterkühlsystem macht die Pistole schwer, laut  

2.1.5.2 Photopolymerisation

Anstelle des aminbeschleunigten Benzoylperoxid-Initiierungssystems kann eine Polymerisationsreaktion auch durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung wie UV-Licht (Wellenlänge 365 nm) oder sichtbares Licht (im Bereich 420 bis 470 nm) eingeleitet werden. Dabei sind es die Photonen, die als Aktivatoren dienen, indem sie auf die Photoinitiatoren einwirken und freie Radikale bilden. 

        a)  Vorteile

-Photopolymerisation aller derzeit auf dem Markt befindlichen Materialien 

– niedrige Kosten;

– Möglichkeit, zwischen verschiedenen Systemen zur Steuerung der Polymerisationskinetik zu wählen.

  b) Nachteile 

– Fortschreitender Leistungsverlust der Lichtquelle, der eine Überwachung durch den Behandler erfordert

– Diese Erwärmung der Lampe, die ein Lüfterkühlsystem erfordert, macht die Pistole schwer, laut  

2.1 Füllstoffe
Die derzeit auf dem Markt erhältlichen Komposite unterscheiden sich im Wesentlichen durch
die Eigenschaften der enthaltenen Füllstoffe. Die Aufgabe dieser Füllstoffe besteht darin, die Unzulänglichkeiten (beispielsweise schlechte mechanische und thermische Eigenschaften) der Wirtsmatrix, mit der sie (chemisch und/oder physikalisch) verbunden sind, auszugleichen. Darüber hinaus haben die Füllstoffe großen Einfluss auf die Polymerisationsschrumpfung und die Wasseraufnahme der Komposite. Somit wird ein breites Spektrum an Verbundwerkstoffen durch die Zusammensetzung, Größe, Größenverteilung und Masse bzw. den Volumenanteil der Füllstoffe in der organischen Matrix bestimmt.

2.2.1 Haupteffekte erhöhter Belastung

Sie erhöhen:

– Druckfestigkeit,

-Zugfestigkeit,

– Biegefestigkeit,

-Röntgenopazität.

2.2.2. Haupteffekte der Partikelgrößenreduzierung 

• Durch die Reduzierung der Partikelgröße wird die Oberflächenbeschaffenheit verbessert. Dies bietet einen ästhetischen Vorteil und verringert die Aggressivität des Materials gegenüber den gegenüberliegenden Zähnen. 
•  Die Verschleißfestigkeit verbessert sich mit abnehmender Partikelgröße.

2.2.3 Die Art der Vorwürfe

2.2.4 Die Größe der Ladungen: 

• Makroladungen: anfänglich 1 bis 50 μm, bestehend aus großen Glas- oder Quarzpartikeln. 
• Mikroladungen: ca. 0,04 μm (Silica, SiO2) 
• Nanofüllstoffe: Heute geht der Trend zur Kommerzialisierung von Verbundwerkstoffen auf Basis der Nanotechnologie, die unter anderem Nanopartikel von 2 bis 70 nm enthalten. 

2.2.5 Die Form der Ladungen

Es variiert je nach Zubereitungsart:

• eckig: durch Schleifen und Abrieb gewonnen,

• gerundet: Ergebnis des Sinterns,

• sphärisch: Sol-Gel-Verfahren 

2.3 Die Grenzflächenphase entspricht dem Haftvermittler zwischen der Matrix und den Füllstoffen. Dabei handelt es sich um Derivate von Organosilanen, die eine chemische Bindung zwischen Matrix und Füllstoffen herstellen. Neuste Entwicklungen zielen darauf ab, diesen Verbund zu verbessern, die Löslichkeit zu verringern und so die Lebensdauer der Restaurationen zu verlängern.

3. Klassifizierung von Kompositharzen

3.1 Abhängig von der Größe der Ladungen

Obwohl es keine allgemeingültige Klassifizierung gibt, scheint diese die einheitlichste zu sein, da die Größe der Füllstoffe viele Eigenschaften des Materials bestimmt. 

1. Macrocharged Sie waren die ersten auf dem Markt und wurden in Form von zwei Pasten zum Mischen angeboten. Es handelte sich dabei um eine Kombination aus durch Zerkleinern gewonnenen Makropartikeln (Quarz, Keramik, Glas) und einem Matrixharz. Die Größe der Ladungen variierte zwischen 1 und 40 µm. 

3.1.2 Mikrogeladen Um die Mängel der makrogeladenen Verbundwerkstoffe zu überwinden, sind mikrogeladene Verbundwerkstoffe auf den Markt gekommen, die, wie der Name schon sagt, aus Siliziumdioxid-Mikroladungen von durchschnittlich 0,04 µm bestehen. Kann homogen oder heterogen sein 

3.1.3 Hybridverbundwerkstoffe Sie stellen derzeit die größte Familie der Verbundwerkstoffe dar. Gekennzeichnet durch eine Mischung von Ladungen unterschiedlicher Größe und Zusammensetzung mit variierender Art, Form und Größe. Wir finden Mikroladungen aus Siliziumdioxid (0,04 µm), Makroladungen (10 bis 100 µm), Midi- (1 bis 10 µm), Mini- (0,1 bis 1 µm) und Mikroladungen (0,01 bis 0,1 µm) aus Glas…

Gruppieren Sie Hybrid-Mikrohybrid-Nanofüllstoff-Verbundstoffe

3.2 Einteilung nach Viskosität

Die Konsistenz eines Komposits ist eines der Auswahlkriterien des Zahnarztes für eine bestimmte Restauration. Während der gleichen Behandlung kann der Behandler mehrere Komposite mit sehr unterschiedlichen Konsistenzen verwenden.

1. Verbundwerkstoffe mit mittlerer Viskosität: 

Seine „ universellen “ . Ihre Viskosität ist für eine Vielzahl von Indikationen im anterioren und posterioren Bereich geeignet. Ihre Opazität wird je nach klinischer Indikation und/oder Komplexität der zu reproduzierenden Farbtöne (Schmelz-, Dentin- und Zwischenopazität) angepasst. Der Ladungsgrad dieser Verbundstoffe liegt bei etwa 78 Gew.-%; 60 Vol.-%.

2. Fluidverbundstoffe

Ihre klinischen Indikationen sind spezifisch (z. B. okklusale Mikrokavitäten, Schlitzkavitäten, zervikale Kavitäten oder Dentinersatz). 

Aufgrund ihrer Fließfähigkeit lassen sie sich leicht verteilen und passen sich gut an die Hohlraumwände an. 

 Sie werden bevorzugt eingesetzt, wenn der Boden einer Kavität abgedeckt werden soll, bevor ein dickflüssigeres Komposit hinzugefügt wird.

Sie weisen aufgrund ihres geringen Füllstoffgehalts (zwischen 50 und 70 Gew.-% und weniger als 50 Vol.-%)  eine erhebliche Polymerisationsschrumpfung (bis zu 5 Vol.-%) und verringerte mechanische Eigenschaften (im Vergleich zu Universalkompositen) auf.

3. Kompaktierbare oder kondensierbare Komposite Diese Komposite wurden in den 1990er Jahren für Seitenzahnrestaurationen entwickelt, um Amalgame zu ersetzen und gleichzeitig ihre Verwendungsbedingungen (Einfachheit, Geschwindigkeit der Handhabung) beizubehalten. 

Aufgrund der hohen Ausfallrate im klinischen Einsatz wurde dieser Verbundwerkstofftyp nach und nach
aufgegeben.

3. Einteilung nach der Art der Polymerisation der Harzmatrix
   1. Chemopolymerisierbare Verbundwerkstoffe Chemopolymerisierbare Matrixverbundstoffe bestehen aus zwei Komponenten (zwei Pasten oder einem Pulver und einer Flüssigkeit), von denen eine den Initiator und die andere den Co-Initiator enthält. Der Arzt mischt sie zum Zeitpunkt seines
      Eingriffs. 

3.3.2 Photopolymerisierbare Komposite Bei diesen Kompositen wird die Bildung primärer Radikale photochemisch eingeleitet. Photochemische Initiierung durch alleinige Aktivierung von Monomeren durch Photonen

3.3.3. Duale Komposite In diesen Kompositen wird die Bildung von Primärradikalen photochemisch und chemisch eingeleitet.

3.4 Einteilung nach klinischer Indikation

4. Eigenschaften von Kompositharzen 
5. Mechanische Eigenschaften

• Druckfestigkeit Vergleicht man die Druckfestigkeit verschiedener Komposite und Amalgame mit denen von Zahnschmelz und Dentin, so lässt sich auf den ersten Blick feststellen, dass diese Materialien zufriedenstellende Werte aufweisen.

ungefüllte Harze	konventionelle Verbundwerkstoffe	Mikrofeinstaub	Universalhybriden
80 MPa	300 MPa (240-350)	350 MPa (300-400)	ein (350-450)

• Zugfestigkeit: Dies ist der Widerstand des Materials gegenüber seitlichen Kräften. Komposite haben eine höhere Zugfestigkeit als Amalgam (≈ 48 MPa). Es besteht eine hohe Anfälligkeit für innere Defekte oder kleine Mikrobrüche an der Oberfläche, die sich nicht beseitigen lassen. Deshalb hängt die Zugfestigkeit von Verbundwerkstoffen auch von der Qualität der Oberflächenbeschaffenheit ab.   

Mikrofüller-Komposite	Fluidverbundstoffe	Makroladungsverbundstoffe	Hybriden
≈ 40 MPa	≈ 35 MPa	53,4 MPa	52 bis 72 MPa

• Elastizitätsmodul nach YOUNG

Es charakterisiert das Material unter Belastung und bestimmt seine Steifigkeit durch Messen der Kräfte, bei denen das Material zunächst reversibel und dann irreversibel verformt wird. Je höher der Elastizitätsmodul, desto steifer ist das Material und desto weniger verformt es sich unter Belastung. 

Der Elastizitätsmodul des Komposits sollte dem des Dentins nahe kommen.

 Bei einem niedrigen Elastizitätsmodul verformt sich das Material und die okklusalen Spannungen werden direkt auf die Zahnwände ausgeübt. 

• Härte 

Ist eine mechanische Oberflächeneigenschaft. Es definiert den Widerstand gegen das Eindringen eines Materials oder gegen dauerhafte Verformung pro Flächeneinheit

Flüssige und mikrofeine Komposite haben die geringste Härte. Die höchsten Werte werden für universelle Mikrohybriden verzeichnet. 

Die Härte des Zahnschmelzes ist deutlich höher als bei allen Kompositmaterialien

• Ermüdungsbeständigkeit: 

 Durch zyklische mechanische Belastungen entstehen Mikrorisse, die insbesondere an den okklusalen Kontaktzonen zu Ermüdungsbrüchen führen. Sie spielen außerdem eine ungünstige Rolle bei der Randadaption, insbesondere auf der Ebene von Seitenzahnkompositen mit tiefen Zahnfleischausläufern.

• Verschleißfestigkeit: 

  Der Verschleiß galt lange Zeit als Schwachpunkt von Seitenzahnkompositen. Allerdings haben erhebliche Fortschritte in der Zusammensetzung und in der Füllstofftechnologie durch unterschiedliche, zahlreichere und kleinere Füllstoffe maßgeblich zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit beigetragen .

4.2 Physikalische Eigenschaften 

• Wärmeausdehnung:

Ein weiterer Faktor, der die Integrität der peripheren Versiegelung beeinflusst, ist der Unterschied zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Komposits und dem des Zahngewebes, der etwa drei- bis viermal kleiner ist als der von Kompositen.

Der ideale Wärmeausdehnungskoeffizient sollte bei etwa 10 liegen, da der Wärmeausdehnungskoeffizient von Zahnschmelz 11,4 und der von Dentin 8,3 beträgt.

• Abbindeschrumpfung nach der Polymerisation 

Der größte Nachteil von Verbundwerkstoffen war und ist die Abbindeschrumpfung. Ein entscheidendes Ziel der bedeutenden Entwicklung ästhetischer Materialien war die Kontrolle der Retraktion der Zahnstellung. Die klinischen Konsequenzen sind wichtig. Durch die Retraktion kann ein peripherer Hiatus entstehen, der zu postoperativen Schmerzen, Verfärbungen und Sekundärkaries führen kann.

Zahnfüllende Gelenkinfiltrationen

• Wasseraufnahme und Löslichkeit: 

Verbundwerkstoffe absorbieren erhebliche Mengen Wasser, etwa 2 % ihres Gewichts. Die Wasseraufnahme ist ein fortschreitender Prozess, der bei Verbundwerkstoffen mit geringerer Füllstoffkonzentration (Mikrofeinstoffe) zunimmt.

Die Wasseraufnahme und Löslichkeit verschiedener Kompositharze hängen ab von:

• Vom Verhältnis Füllstoff zu Harz. Je geringer die Harzbeladung ist, desto größer ist der Matrixanteil und damit auch die Absorption.
• Vom Polymerisationsgrad. Bei einer Verkürzung der Polymerisationszeit um 25 % erhöht sich die Absorption um das 2-Fache und die Löslichkeit um das 4- oder 6-Fache. Eine unsachgemäße Polymerisation beeinträchtigt die Haltbarkeit des Komposts und die Farbstabilität erheblich.

Löslichkeit eines Kompositharzes

• Radioopazität 

Die Röntgenopazität von Kompositen wird durch den Prozentsatz und die Art der verwendeten Füllstoffe beeinflusst

 Mit Ausnahme von mikrofeinen Kompositen, die aufgrund der Tatsache, dass SiO2 nicht röntgendicht ist, nahezu keine Röntgenopazität aufweisen, ist die Röntgenopazität der meisten derzeit auf dem Markt erhältlichen Komposite höher als die von Zahnschmelz. 

4.3 Optische Eigenschaften 

Die Unterschiede in der Opazität von Kompositharzen ergeben sich durch die Unterschiede im Brechungsindex der mineralischen Füllstoffe und der Matrix. Die unterschiedlichen Sättigungsgrade werden durch unterschiedliche Konzentrationen der Metalloxide erreicht.

Die kolorimetrische Logik aktueller Systeme basiert auf der histologischen Struktur des Zahns und schlägt „Zahnschmelz“- oder „Dentin“-Komposite vor; dies ist das Konzept der Schichtung.

4.4. Biologische Eigenschaften

• Biokompatibilität: Die Biokompatibilität von Kompositharzen bleibt ein schlecht definiertes Problem. Vor allem die in der Harzmatrix enthaltenen freien Monomere sind wahrscheinlich zellschädigend.

• Reaktion des Zahnfleischgewebes: Es hat sich gezeigt, dass Zahnfleischgewebezellen auf Komposit-Harze weniger positiv reagieren als auf CVI, dass makrogeladene Harze das Gewebe zu reizen scheinen und dass Rauheit oder Porosität die Bildung von Zahnbelag fördern. 
• Postoperative Empfindlichkeiten: Die potenzielle Ursache für postoperative Schmerzen ist nicht so sehr die Art des verwendeten Kompositharzes, sondern vielmehr die Dicke des Restdentins.
• Das Verbleiben des Dentinschmierstoffs ( selbstätzender Klebstoff) in den Tubuli verhindert Schwankungen des intratubulären Drucks , der Hauptursache für die Beschwerden im Dentin-Pulpa-System.

Komposit-Harze

  Bei verlagerten Weisheitszähnen kann eine Operation erforderlich sein.
Zirkonkronen sind stark und ästhetisch.
Zahnfleischbluten kann ein Hinweis auf eine Parodontitis sein.
Unsichtbare kieferorthopädische Behandlungen werden immer beliebter.
Unsichtbare kieferorthopädische Behandlungen werden immer beliebter.
Moderne Zahnfüllungen sind langlebig und diskret zugleich.
Interdentalbürsten sind ideal für enge Zwischenräume.
Eine gute Zahnhygiene verringert das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen.
 

Komposit-Harze