Effect van warmtebehandelingen op de sterkte van composiet

20 augustus 2019

Composiet wordt volop gebruikt in de tandheelkunde, maar wat is eigenlijk de invloed van voorverwarmen van composiet op de sterkte ervan? Thymen Naaktgeboren en Rick de Vos, studenten uit Nijmegen, gingen op zoek naar het antwoord.

Het onderzoek van Thymen Naaktgeboren en Rick de Vos naar het effect van warmtebehandelingen op de sterkte van composiet is één van de vijf genomineerde inzendingen voor de NT-GSK Bachelorscriptie Award 2019. Het onderzoek is gedaan in Amsterdam en werd begeleid door Cees Kreulen.

Composiet is een veel gebruikt tandkleurig restauratiemateriaal in de tandheelkunde. Vanaf de tweede helft van de 20e eeuw werd er geëxperimenteerd met kunststof en is de composiet ontwikkeld tot wat hedendaags gebruikt wordt. Composiet is een materiaal dat bestaat uit meerdere bestanddelen, die elkaar in materiaalkundige eigenschappen ondersteunen. Het huidige composiet bestaat over het algemeen uit de volgende bestanddelen: organische matrix in de vorm van kunststof, anorganische vuldeeltjes in de vorm van glas en een middel dat deze bestanddelen verbindt, veelal silaan.

Invloed op de sterkte

In de tandheelkundige praktijk wordt voorverwarmen van composiet veel toegepast, maar er is weinig onderzoek gedaan naar de invloed hiervan op de sterkte. Verondersteld wordt dat warmte een betere polymerisatie en daarmee een grotere sterkte kan bewerkstelligen. Bovendien is het ook niet duidelijk wat het effect is van snelheid van afkoelen na naverwarmen van composiet. Het doel van dit onderzoek is meer te weten te komen welk effect verschillende warmtebehandelingen van composiet hebben op de uiteindelijke buigsterkte en wat de implicaties hiervan zijn op zowel direct als indirect gebruikt composiet.

Materiaal en methode

In dit onderzoek zijn, met behulp van een mal, composietbalken vervaardigd met een afmeting van 25x3x3mm. Het onderzoek is uitgevoerd met twee verschillende composieten van het merk Kulzer. Het eerste composiet was Venus A2. Dit is een microfijn composiet dat hoofdzakelijk gebruikt wordt om esthetische restauraties in het front te vervaardigen en heeft een vulstofpercentage silicaatglas van 56% en een matrixfase van Bis-GMA. Na het produceren van de eerste zevenenhalve groep hadden we geen Venus A2 meer om de rest van de samples mee te vervaardigen. Om kosten te besparen en vanwege problemen met de levering zijn de overige samples met Venus Pearl A2 vervaardigd. Dit is tevens een microfijn composiet, maar heeft een matrixfase van TCD-urethaan monomeer en vulstofpercentage silicaatglas van 59%.

De samples werden thermisch voor- en/of nabehandeld en met een polymerisatielamp uitgehard. Vervolgens werden sommige balken een week opgeslagen om verder te matureren alvorens, met behulp van de driepuntsbuigtest, te worden getest. De combinatie van verschillende behandelingen leidde tot tien groepen van elk tien samples. De verschillende groepen zijn in tabel 1 weergegeven.

De verkregen waarden werden geanalyseerd met behulp van SPSS (Post hoc met Bonferroni analyse). De groepen die enkel één verschillende factor hadden, werden op deze manier met elkaar vergeleken. Dit wil zeggen dat een verschil in voor- of nabehandeling alleen mag worden vergeleken als dit het enige verschil tussen beide te vergelijken groepen is.

Deze inhoud is geblokkeerd door uw cookie voorkeuren.

Resultaten

De druk die gemiddeld nodig was om de samples te breken, varieerde tussen verschillende groepen van 73,7 MPa tot 152,9 MPa. De analyse wees uit dat de groepen die gemaakt waren met de composiet Venus Pearl A2 een duidelijk hogere waarde van de buigspanning hadden dan de groepen van Venus A2. De verschillende buigspanningen zijn af te lezen in Tabel 1 en Figuur 1.

Deze resultaten zijn met elkaar vergeleken, mits er één onderscheidende factor was tussen beide groepen. Dit resulteerde niet in significante verschillen tussen maximale buigspanningen van groepen composiet die op verschillende temperaturen werden voorverwarmd of naverwarmd. Het snel laten afkoelen of langzaam laten afkoelen na naverwarmen en het matureren gedurende zeven dagen alvorens het testen, leverde ook geen significante verschillen tussen beschreven groepen op.

Discussie

In materiaal en methoden is beschreven dat alle groepen balkjes gemaakt zouden worden met Venus A2 composiet van Kulzer. Wegens problemen met de levering was dit niet het geval. De verschillen in buigsterkte tussen deze composieten zouden kunnen worden verklaard door het verschil in type kunststof. Venus A2 bevat het kunststof Bis-GMA. Het veel nieuwere composiet, Venus Pearl A2, bevat op TCD-uretheen gebaseerde kunststoffen. Deze laag-viskeuze kunststoffen krimpen aanzienlijk minder dan kunststoffen die zijn gebaseerd op Bis-GMA. Wij verwachten dat, door de verminderde krimp, er na polymerisatie minder stress op de geproduceerde balken komt te staan en de buigspanning wordt verhoogd. Om een volledig beeld te krijgen wat verschillende warmtebehandelingen met het composiet doen, raden wij aan om dezelfde studieopzet nogmaals met één soort composiet, uit te voeren. Hierdoor zullen meerdere groepen met elkaar te vergelijken zijn.

Klinische relevantie

Uit dit onderzoek blijkt dat er geen verschil in buigsterkte is tussen de groepen composiet die op kamertemperatuur, 30oC of 60 oC zijn voorverwarmd. Bovendien zorgt een verhoging van 30oC naar 60 oC niet tot een verbetering van verwerking van het composiet. In de klinische situatie is het dus niet nodig om composiet tot 60oC te verhitten, omdat dit niet leidt tot verbetering van eigenschappen en bovendien minder risicovol voor omliggende weefsels is, door blootstelling aan te hoge temperatuur. Verwarming tot 30 oC kan echter wenselijk zijn, omdat er geen sprake van verlies van sterkte was, maar het composiet wel gemakkelijker kan worden verwerkt.
Uit de resultaten blijkt dat het naverwarmen van direct composiet geen significant verschil oplevert met onbehandeld composiet. Het naverwarmen van deze soort composiet is een handeling die in het productieproces achterwege kan worden gelaten, wanneer het voor indirecte toepassingen wordt gebruikt.

De groepen die tijdens het onderzoek na naverwarmen snel waren afgekoeld, verschilden niet significant van langzaam afgekoelde groepen. Het snel afkoelen na naverwarmen van indirecte voorzieningen, wordt hierdoor niet aangeraden.

In dit onderzoek is maturatie van composiet met behulp van twee groepen composietsamples onderzocht. De sterkte van deze groepen laat een duidelijk, maar niet significant verschil zien. Bij indirecte voorzieningen wordt de vraag gesteld of maturatie van het composiet nodig is, omdat deze niet direct na productie hoeven te worden geplaatst. Uit de resultaten van dit onderzoek bleek echter dat er geen significant verschil in buigspanning is tussen composiet dat direct of na een week werd getest. In de praktijk lijkt het dus niet strikt noodzakelijk om, na het produceren, zeven dagen te wachten alvorens de indirecte voorziening van composiet te plaatsen.

Conclusie

Op basis van de resultaten van dit onderzoek, rekening houdend met de beperkingen van het onderzoek, kunnen we concluderen dat het voorverwarmen, naverwarmen, het snel laten afkoelen en het langer laten matureren geen hogere maximale buigspanning van micro-hybride composietbalken oplevert.