Влияние кислотной среды на физико-механические свойства полимерных материалов медицинского назначения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

А.Д. Насонов и др. Влияние кислотной среды на физико-механические свойства полимерных материалов медицинского назначения

УДК 539.4 © А.Д. Насонов, Е.А. Языкова, Л.Н. Тупикова

П.Д. Голубь, Т.В. Терещенко, Ф.М. Бетеньков

ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОЙ СРЕДЫ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ

МАТЕРИАЛОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Методом динамического механического анализа было проведено исследование влияния кислотной среды на физикомеханическое поведение полимерных материалов медицинского назначения. В качестве объектов исследования были выбраны следующие типы базисных акриловых пластмасс: «Бесцветная пластмасса», «СтомАкрил», «Фторакс».

Ключевые слова: динамический модуль сдвига, температура стеклования, метод динамического механического анализа

A.D. Nasonov, E.A. Yazykova, L.N. Tupikova, T.V. Tereschenko, P.D. Golub, F.M. Betenkov THE INFLUENCE OF ACIDIC MEDIUM ON THE PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES OF MEDICAL POLYMERIC MATERIAL

The influence of the acidic medium on the physical-mechanical properties of the medical polymeric material was studied with the help of the dynamic mechanical analysis method. The objects of study were types of basic acrylic plastics: "Colorless plastic", "Sto-mAkril", "Ftoraks".

Keywords: dynamic shear modulus, glass transition temperature, method of dynamic mechanical analysis.

Рациональное и своевременное ортопедическое лечение, в том числе и съемными пластиночными зубными протезами, - это одна из основ индивидуальной профилактики патологии челюстно-лицевой области, и без него пациентов с отсутствием зубов невозможно считать здоровыми [1-3]. Данные социальной и медицинской статистики свидетельствуют о неблагоприятной тенденции в состоянии здоровья населения. Стоматологическая заболеваемость имеет устойчивую тенденцию к росту, что позволяет отнести ее к социальным болезням. Современные экологические проблемы в совокупности с техногенными загрязнениями характеризуют Алтайский край как территорию с высокой экологической нагрузкой, следовательно, в ближайшее время состояние здоровья жителей региона, в том числе и стоматологическое, не улучшится. Уровень потребности в ортопедическом лечении съемными пластиночными протезами не будет снижаться, так как они являются быстрым, простым, недорогим и эффективным методом восстановления морфологии, эстетики и функции челюстно-лицевой области [3]. Актуальным и открытым остается вопрос изучения факторов, оказывающих влияние на свойства полимерных материалов, и, следовательно, на качество протезирования.

Для изготовления полных и частичных съемных пластиночных протезов в ортопедической стоматологии предлагается множество современных базисных материалов. Несмотря на это, первенство удерживают пластмассы на основе производных акриловой и метакриловой кислот. Однако многолетний опыт применения данных материалов, современная литература не дают сведений на вопрос о влияния факторов внешней среды на физико-механические свойства базисных акриловых материалов. Особый интерес представляют изменения механических свойств материалов при эксплуатации в кислотной среде.

Экспериментальная часть

Для исследования выбраны широко применяемые в ортопедической стоматологии базисные пластмассы на акриловой основе: «СтомАкрил», «Пластмасса бесцветная» и «Фторакс». Проведен сравнительный анализ вязкоупругих характеристик образцов, изменения механических свойств различных пластмасс в зависимости от режима пользования. Все изучаемые материалы относятся к стоматологическим пластмассам типа 1 (горячей обработки) класса 1 (порошок + жидкость) по стандарту ISO 1567.

Для испытаний использовали пластинчатые образцы, которые прошли все технологические стадии изготовления, что и базисы съемных пластиночных протезов прямоугольного сечения (60*10х1,5мм). Изготовление образцов проводилось в строгом соответствии с инструкциями фирм-производителей по технологическому режиму - прессование в кювете под давлением в водной среде. Все образцы высушивали в суховоздушном термостате при температуре 37±1°С в течение 23±1 ч, увлажняли путем погружения в кислотную среду с температурой 37±1°С на 168±2 ч. Исследовались образцы при температуре окружающей среды 23±1°С и относительной влажности воздуха не менее 30% (ГОСТ Р 51889 - 2002).

Использование динамических механических методов (ДМА) не приводит к разрушению образцов или изменению структуры исследуемых материалов, поскольку измерения выполняются при малых напряжениях и деформациях в области линейной вязкоупругости. Так как в процессе измерения образец не разрушается, то воз-

можно проведение измерений на одном и том же образце в широком интервале температур. Метод позволяет проводить исследования динамического модуля сдвига и тангенса угла механических потерь в широком интервале температур, включая не только стеклообразное и высокоэластическое состояния, но и область перехода из одного состояния в другое.

Экспериментальное исследование образцов базисных акриловых пластмасс «СтомАкрил», «Пластмасса бесцветная», «Паладон 65» методом ДМА реализовалось на обратном крутильном маятнике. Полуавтоматическая установка позволяет измерить с высокой точностью динамические вязкоупругие параметры полимеров в интервале температур от 77 до 600 К на частотах 0,1-2 Гц [4, 6]. На основе экспериментальных данных рассчитывались динамический модуль сдвига в’ и тангенс угла механических потерь 1§5 в широком интервале температур. Погрешность определения этих величин была следующей: для полимерных материалов с в '> 108 Па относительная погрешность Зв'/в' составляет около 0,035 (~ 3,5%). В случае, когда в' = 105-106 Па, относительная погрешность возрастает до ~ 5%.

Погрешность измерения 1§5 для полимеров с в'> 108 Па не превышала 5%. Точность поддержания температуры в термокриокамере была около 0,5оС. Определение температуры стеклования производилось при помощи метода аппроксимации зависимости в' от температуры и последующего нахождения первой и второй производных от функции, выражающей данную зависимость [2].

Результаты и обсуждения

Экспериментальные результаты сведены в таблицу. Анализ полученных данных для образцов состаренных в воздушной и кислотной среде (аналог человеческой слюны) показал, что кислотная среда оказывает определенное влияние на вязкоупругие свойства полимеров. Можно отметить следующие закономерности: у всех трех полимеров, состаренных в воздушной среде, наблюдается четкий интервал области стеклования, приблизительно равный 9оС, что свидетельствует об одинаковой структуре базисных пластмасс на акриловой основе; температура стеклования для этих полимеров мало изменяется. Очевидно, что чем выше температура стеклования, тем больше теплостойкость. Следовательно, при температуре стеклования, равной 112оС, «Бесцветная пластмасса» более теплостойка, чем «СтомАкрил» и тем более чем «Фторакс».

Из таблицы видно, что «Бесцветная пластмасса», состаренная в кислотной среде, является более термостойкой относительно других представленных образцов. Однако, сравнив образцы «Бесцветной пластмассы», состаренных в разных средах, можно сделать вывод: образец, состаренный в кислотной среде, подвергся большему изменению структуры - температура стеклования изменилась на 12°С. Данный показатель характеризует изменение и прочности образца.

Таблица

№ п/п Наименование исследуемого образца Температура стеклования Т °С Область стеклования Динамический модуль сдвига О’, ГПа, при комнатной температуре Динамический модуль сдвига О’ ГПа, при Т > Тр оС

Тн, °С Тк, °С АТ, °С

1 «Бесцветный пластмасс» (старение в воздушной среде при комнатной температуре) 112 105 114 9 1,2 0,02

2 «Бесцветный пластмасс» (старение в кислотной среде при комнатной температуре) 90 85 96 11 1,1 0,06

3 «СтомАкрил» (старение в воздушной среде при комнатной температуре) 100 97 105 8 1,3 0,04

4 «СтомАкрил» (старение в кислотной среде при комнатной температуре) 82 81 83 2 1,1 0,02

5 «Фторакс» (старение в воздушной среде при комнатной температуре) 95 90 100 10 1,4 0,38

6 «Фторакс» (старение в кислотной среде при комнатной температуре) 88 82 94 12 1,1 0,08

Заключение

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод, что различные виды сред по-разному влияют на структуру образцов и на основные вязкоупругие свойства. Это характерно для всех типов образцов. При этом можно отметить, что «Бесцветная пластмасса» более устойчива к таким воздействия, чем «СтомАкрил» и «Фторакс», на основании чего можно составить практические рекомендации по пользованию съемными пластиночными зубными протезами для внедрения в практическое здравоохранение.

Литература

1. Воронов А.П., Лебеденко И.Ю., Воронов И.А. Ортопедическое лечение больных с полным отсутствием зубов. - М.: Медпрессинформ, 2006. - 316 с.

2. Исупов В.В., Старцев О.В. Численные методы в динамической механической спектроскопии полимеров // Математические модели и численные методы механики сплошных сред: междунар. конф., 27 мая - 2 июня 1996. -Новосибирск: СО РАН, 1996. - C. 292-293.

3. Колядо В.Б., Пуховец И.А. Состояние здоровья населения Алтайского края // Мед. труда и промышл. Экология. -2006. - № 6. - С. 23-27.

4. Исследование вязкоупругих свойств акриловых базисных пластмасс под влиянием факторов внешней среды / / А. Д. Насонов и др. // Вестник Бурятского госуниверситета. - 2013. - № 3. - С. 70-73.

5. Натрусов В.И, Викулов В.Ф., Кондратьева Э.Л. Влияние поверхностной обработки на прочность стеклопластиков при низких температурах // Механика композитных материалов. - 1988. - № 2. - С. 201-205.

6. Перепечко И.И. Акустические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1973. - 295 с.

Насонов Алексей Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, профессор, кафедра физики и методики обучения физике, Алтайская государственная педагогическая академия, 656031, Барнаул, ул. Ядринцева, 130.

Языкова Елена Александровна, кандидат медицинских наук, ассистент, кафедра ортопедической стоматологии, Алтайский государственный медицинский университет, 656907, Барнаул, ул. Школьная, 16.

Тупикова Людмила Николаевна, доктор медицинских наук, профессор, зав. кафедрой ортопедической стоматологии, Алтайский государственный медицинский университет, 656031, Барнаул, ул. Молодежная, 33.

Терещенко Татьяна Васильевна, магистрант, Алтайская государственная педагогическая академия, 656050, Барнаул, ул. Гущина, 153а.

Голубь Павел Дмитриевич, кандидат физико-математических наук, профессор, кафедра физики и методики обучения физике, Алтайская государственная педагогическая академия, 656056, Барнаул, ул. Чернышевского, 28.

Бетеньков Федор Михайлович, кандидат технических наук, доцент, кафедра технологических дисциплин, Алтайская государственная педагогическая академия, e-mail:[email protected]

Nasonov Alexey Dmitrievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor, Department of Physics and Methodology of Teaching Physics, Altay State Pedagogical Academy, 656031, Barnaul, Yadrintseva Str., 130.

Yazykova Elena Alexandrovna, candidate of medical sciences, assistant, Department of Prosthodontics, Altai State Medical University, 656907, Barnaul, Shkolnaya Str., 16.

Tupikova Ludmila Nikolaevna, doctor of medical sciences, professor, Head of the Department of Prosthodontics, Altai State Medical University, 656031, Barnaul, Molodezhnaya Str., 33.

Tereschenko Tatyana Vasilievna, postgraduate student, Altai State Pedagogical Academy, 656050, Barnaul, Guschina Str., 153a.

Golub Pavel Dmitrievich, candidate of physical and mathematical sciences, professor, Department of Physics and Methodology of Teaching Physics, Altay State Pedagogical Academy, 656056, Barnaul, Chernyshevsky Str., 28.

Betenkov Fyodor Mikhailovich, candidate of technical sciences, associate professor, Department of Technological Disciplines, Altay State Pedagogical Academy, e-mail: [email protected]

УДК 624 © И.А. Иванов, В.О. Ербахаев, О.А. Иванова

РАБОТА ГАБИОННЫХ КОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА

Приведены рекомендации по использованию габионных конструкций в условиях Севера.

Ключевые слова: габионы, север, низкие температуры, берегоукрепительные работы.

I.A. Ivanov, V.O. Erbahaev, O.A. Ivanova GABION CONSTRUCTIONS FUNCTIONING UNDER THE CONDITIONS OF THE NORTH

Recommendations to use gabion constructions under the conditions of the North are given.

Keywords: gabion, north, low temperatures, shore protection.