LS9.2 Vernetzte Kunststoffe

"Normale" Monomere wie MMA werden mit einer C=C-Doppelbindung pro Molekül polymerisiert, so können zwei oder mehr kettenförmige Moleküle entstehen. Diese Polymerketten sind (außer durch Wasserstoffbrücken) nicht direkt untereinander vernetzt. Das sollte Dir soweit von der Polymerisation von Methylmethacrylat bekannt sein.

Vernetzung von Kunststoffen (Level 1/2)

Komposite müssen als Verblendungen sehr hart sein, um nicht sehr schnell durch Kaubelastungen zerstört bzw. abgerieben zu werden. Deshalb bestehen sie aus Momomeren mit zwei (oder mehr) statt einer Doppelbindung. Diese können dann statt nur Ketten eine quervernetztes Netzwerk bilden. Dieses Netzwerk ist sehr fest und sehr hart.

Im Bereich von Dentalkunststoffen kommen Verbindungen zum Einsatz, die von der Methacrylsäure abgeleitet sind – beispielsweise das Bis-GMA oder "UDMA". Diese Monomere sind alle recht groß, und damit auch sehr hochviskos. Deshalb müssen weiteren Monomere hinzugefügt werden, die die Viskosität der Masse senken und sie damit gut modellierbar machen.

Bei der Polymerisation von dentalen Kompositen spielen Monomere und Co-Monomere unterschiedliche, aber sich ergänzende Rollen bei der Bildung eines verzweigten polymeren Netzwerks.

Vernetzung von Kunststoffen (Level 2)

Monomere

Monomere sind die grundlegenden Bausteine, die sich zu langen Polymerketten verbinden. Bei dentalen Kompositen wird häufig ein hochviskoses (sehr zähflüssiges) Monomer (wie Bis-GMA oder UDMA) verwendet, das durch seine molekulare Struktur und seine funktionellen Gruppen (beispielsweise Methacrylatgruppen) die Grundlage für das harte, stabile Polymernetz bietet, wenn es vernetzt wird. Das daraus entstehende Netzwerk verleiht dem Komposit die notwendige Festigkeit und Stabilität für den dentalen Einsatz.

Co-Monomere

Co-Monomere (manchmal auch als sekundäre Monomere bezeichnet) werden gemeinsam mit den Hauptmonomeren polymerisiert. Ihre wesentlichen Aufgaben sind:

• Verringerung der Viskosität: Oft haben die Hauptmonomere hohe Viskositäten, was die Handhabung erschweren kann. Comonomere wie TEGDMA (Triethylenglycolmethacrylat) werden eingesetzt, um die Viskosität zu senken und eine leichtere Verarbeitung zu ermöglichen.
• Verbesserung der Polymerisationsreaktion: Durch die Beimischung von Co-Monomeren kann eine dichtere und homogenere Vernetzung erreicht werden, was zu verbesserter mechanischer Stabilität und geringerer Schrumpfung während der Polymerisation führt.
• Modifikation der Eigenschaften des Endprodukts: Mit der Variation des Verhältnisses von Hauptmonomeren zu Co-Monomeren können Eigenschaften wie Flexibilität, Härte, Schrumpfungsverhalten und die indirekte Biokompatibilität des Komposits gezielt eingestellt werden.

Vernetzung von Kunststoffen (Level 3)

Bis-GMA

Bis-GMA (Bisphenol A-Glycidylmethacrylat) ist ein Harz, das häufig in zahnmedizinischen Kompositen, zahnmedizinischen Versiegelungen und zahnmedizinischem Zement verwendet wird. Es handelt sich um den Diester, der aus Methacrylsäure und dem Bisphenol A-Diglycidylether abgeleitet ist.

Mit zwei polymerisierbaren Gruppen ist es anfällig für die Bildung eines vernetzten Polymers, das in zahnmedizinischen Restaurationen verwendet wird. Für zahnmedizinische Arbeiten wird hochviskoses Bis-GMA mit Aluminosilikatpartikeln, zerstoßenem Quarz und anderen verwandten Acrylaten gemischt; Änderungen der Komponentenverhältnisse führen zu unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften des Endprodukts. Bis-GMA wurde 1962 von Rafael Bowen (daher auch der zusätzliche Name Bowen-Monomer) in zahnmedizinische Kompositharze integriert. Bis zur Entwicklung von Matrixmaterialien in den frühen 2000er Jahren waren Bis-GMA und verwandte Methacrylatmonomere die einzigen Optionen für die organische Matrixzusammensetzung.

UDMA

TEGDMA

HEMA

HEMA (2-Hydroxyethylmethacrylat) ist ein häufig eingesetztes Monomer in Dentalkompositen und spielt eine wichtige Rolle im Polymerisationsprozess. Im Folgenden die wesentlichen Aspekte seiner Funktion:

1. Funktion als reaktives Monomer:

• • HEMA besitzt eine methacrylatartige Doppelbindung, die während der Polymerisation aktiviert wird, wodurch es in das entstehende Polymernetzwerk eingebunden wird.
  • Durch seine geringe Molekülgröße kann HEMA in Bereichen mit eingeschränktem Platzangebot effektiv in die Matrix integriert werden.

1. Verbesserung der Benetzungs- und Haftungseigenschaften:

• • Aufgrund seiner hydrophilen Hydroxyethylgruppe verbessert HEMA die Benetzung von Füllstoffen und Substraten.
  • Diese Eigenschaft unterstützt die Wechselwirkung zwischen adhäsiven Komponenten und der Zahnsubstanz, was letztlich zu einer besseren Haftung der Kompositrestauration an der Zahnoberfläche führt.

1. Steigerung der Polymerisierungsqualität:

• • HEMA trägt zur homogeneren Verteilung der Monomere im System bei, was einen gleichmäßigeren Aushärtungsprozess ermöglicht.
  • Durch diese bessere Verteilung kann ein dichter vernetztes Polymernetzwerk erzielt werden, das die mechanischen Eigenschaften des Kompositmaterials optimiert.

1. Einfluss auf Polymerisationsverhalten:

• • HEMA reagiert in der Regel schnell und unterstützt die Polymerisationskinetik.
  • Allerdings kann ein zu hoher Anteil von HEMA auch zu einer Erhöhung der Wasseraufnahme und einer möglichen Beeinträchtigung der langfristigen mechanischen Stabilität führen. Daher muss sein Anteil in der Kompositformulierung sorgfältig abgestimmt werden.

Vernetzung von Kunststoffen (Level 4)

• Toxikologie und Allergolie von Dentalkunststoffen