04 - Materiały kompozytowe.doc

I. Materiały kompozytowe

Mimo nieustannego postępu w dziedzinie technologii związków syntetycznych nie udało się do dnia dzisiejszego wyprodukować materiału, który w pełni mógłby zastąpić twarde tkanki zęba.

Idealny materiał odtwórczy powinien między innymi posiadać następujące cechy:

·          trwale łączyć się z tkankami zęba zapewniając absolutną szczelność połączenia

·          powinien być obojętny dla środowiska jamy ustnej i miazgi zęba

·          nie wymywać się i nie nasiąkać płynami jamy ustnej

·          jego ścieralność winna być równa ścieralności twardych tkanek zęba

·          w trakcie wiązania (twardnienia) powinien być niewrażliwy na wilgoć powinien  

      być łatwy w użyciu i tani (dostępny)

·          powinien dawać cień na zdjęciach rentgenowskich

    Cementy krzemowe i krzemowo-fosforowe stosowane przed laty jako plastyczne materiały odtwórcze, zapewniały dobry efekt estetyczny, lecz były w zasadzie przeciwieństwem idealnego materiału do wypełnień. Wprowadzenie w 1944 r. żywic szybkopolimeryzujących na bazie polimetakrylanu metylu (akryl) jako plastycznych materiałów do wypełnień takich jak Duracryl wydało się postępem, ale w krótkim czasie okazało się, że materiały te nie sprawdziły się w praktyce klinicznej. Wykazywały duży skurcz polimeryzacyjny prowadzący do braku szczelności wypełnień, dużą toksyczność w stosunku do miazgi zęba i stosunkowo szybko traciły pierwotne zabarwienie. Zostały one wycofane z praktyki klinicznej.

W początkach lat 50-tych doskonalono żywice akrylowe dodając różne związki nieograniczone w celu poprawienia własności mechanicznych żywic, zwłaszcza zmniejszenia skurczu polimeryzacyjnego. Powstały preparaty - pierwsze materiały kompozycyjne, które znalazły zastosowanie kliniczne np. P-Caduril. Odkrycie przez Buonocore w 1955 roku zjawiska wzrostu adhezji żywicy akrylowej do trawionego kwasem szkliwa zapoczątkowało erę stomatologii „adhezyjnej” i przyczyniło się do postępu w technologii materiałów odtwórczych.

Dalszym krokiem na drodze doskonalenia materiałów kompozytowych było zsyntezowanie przez Bowena (w początku lat 60-tych ) w USA diakrylanów aromatycznych, a przede wszystkim żywicy Bisfenol A Glicydyl Metakrylatu - (Bis-GMA), produktu reakcji pomiędzy żywicą epoksydową, a metakrylanem oraz Bisfenol A Metaakrylan (Bis-EMA). Jednoczesne wprowadzenie związków sprzęgających, silanów, łączących fazę organiczną z nieorganiczną, zwiększyło wytrzymałość materiałów. Powstały w ten sposób materiały odtwórcze, o doskonałych na owe czasy własnościach, – kompozyty z makrowypełniaczem o wielkości ziarn 0,2-70µm („macrofill – resin”). W 1966 roku wprowadzono na rynek pierwsze kompozyty. Produkt ten pierwotnie sprzedawany był w postaci zestawu proszek-płyn lub pasta-pasta, czyli jako żywica utwardzana chemicznie. Na początku lat 70-tych wprowadzono materiały kompozy­towe utwardzone światłem ultrafioletowym. Dzięki temu poprawiły się właściwości fizyczne materiałów, zaś czas pracy i czas utwardzania zostały dokładnie określone. Kolejne zmiany w jakości i ilości wypełniacza wprowadzonego do żywicy pozwoliło na dalsze doskonalenie tych materiałów. Za sprawą firmy Ivoclar/Vivadent powstała grupa materiałów kompozytowych (odtwórczych) tzw. „ microfill - resin „ (żywica MF). Charakterystyczną cechą tych, wprowadzonych w 1977 roku, materiałów jest zawartość bardzo małych cząsteczek wypełniacza (+-0,04 µm) SiO2 wprowadzonych do żywicy Bis- GMA lub żywicy uretanodwumetakrylanowej. Komozyty „microfill”  mają mniejszą ścieralność oraz lepszą jakość (gładkość) powierzchni w stosunku do kompozytu o zawartości dużych wypełniaczy. Kompozyty „microfill” dzięki możliwości  uzyskania bardzo gładkiej powierzchni stosuje się najczęściej w ubytkach zębów  przednich, ale również bocznych. Jedną z wad tej grupy kompozytów jest większa absorpcja wody oraz większa rozszerzalność termiczna niż w grupie kompozytów o dużych cząsteczkach wypełniacza.

Koniec lat 70-tych to początek ery materiałów złożonych utwardzanych światłem lampy halogenowej. W 1977 r. rozpowszechniono kompozyty światłoutwardzalne jako materiały stosowane bez zastrzeżeń zarówno w zębach przednich, jak i trzonowych oraz przedtrzonowych. Dopiero badania Philipsa i Leindfeldera zwróciły uwagę na szybkie "zużycie" kompozytów w od­cinku bocznym uzębienia. Zatem dalsze poszukiwania składu materiałów kompozycyjnych koncentrowały się na opracowaniu materiałów o wyższej wytrzymałości mechanicznej, zwłaszcza odporności na zużycie. Doprowadziły one do powstania grupy materiałów o mieszanej wielkości wypełniacza, tzw. hybrydowych (hibryd composite). Materiały te, wprowadzone na rynek w 1979 roku, zawierają wypełniacze o wielkości cząsteczek od kilkudziesiątych do kilku mikrometrów oraz bardzo małe cząsteczki o wielkości 0,04 µm. Kompozyty „hybrydowe” odznaczają się dużą wytrzymałością mechaniczną (są twarde i odporne na ścieranie) i dobrą strukturą powierzchni, dobrą szczelnością brzeżną i mniejszą absorpcją wody w porównaniu z kompozytami z mikrowypełniaczem i w takim kształcie są dziś nie zastąpionym materiałem odtwórczym.

W 1982 r. nastąpił rozwój techniki po­średniego wypełniania ubytków tkanek twardych zębów poprzez systemy wkładów koro­nowych na bazie kompozytów. Obecnie możliwe jest wiązanie żywic kompozytowych ze szkliwem, zębiną i cementem, istniejącymi już wypełnieniami z żywic kompozytowych, porcelaną oraz metalem. Najnowsze technologie pozwoliły na produkcję materiałów złożonych o parametrach zbliżonych do amalgamatu. Dyskusja na temat wad amalgamatu i pro­blemów z utylizacją jego odpadów oraz znaczący wzrost oczekiwań pacjentów odnośnie do walorów kosmetycznych wypełnień przyczyniły się do rozpowszechnienia kompozytów ja­ko materiałów spełniających wymagania funkcjonalno-estetyczne. Badania kliniczne nad materiałami światłoutwardzalnymi trwają nadal i koncentruję się nad opracowaniem tak żywic o minimalnym skurczu polimeryzacyjnym jak i lepszych jakościowo wypełniaczy.

1. Budowa materiałów kompozytowych.

Materiały kompozytowe (kompozycyjne, złożone, ang. composites) składają się z części (fazy) organicznej stanowiącej matrycę (matrix), w którą  wbudowane są wypełniacze (fillers) - związki nieorganiczne. Obydwie fazy materiału są połączone z sobą chemicznie przy udziale związków sprzęgających, stanowiących fazę wiążącą.

Faza nieorganiczna (fillers) stanowi ok. 60-80% masy materiału. W kompozytach mikrocząsteczkowych stanowi ona 52-60% objętości, zaś w przypadku materiałów kompozytów hybrydowych dochodzi nawet do 88%. Jako wypełniacze stosowane są przede wszystkim fosforany, krzemiany, różne szkła (barowe, strontowe, lantanowe, bizmutowe itp.), dwutlenek krzemu i inne. Cząsteczki nieorganiczne (wypełniacze) występują pod postacią, kuleczek odłamków, płytek, włókien, a także w postaci proszku. Wielkość cząsteczek wypełniacza waha się dość znacznie w zależności od preparatu od 0,007 do 70 µm. Mając na uwadze wielkość ziarn wypełniaczy możemy je podzielić na dwie zasadnicze gru­py: makrowypełniacze i mikrowypełniacze.

Makrowypełniacze stanowią zmielone, zgniecione i przesiane cząstki minerałów kwarcu i szkła. Rozmiary cząsteczek wahają się w granicach od 0,2 do 70μm, przy czym, w zależności od rodzaju materiału, ich wielkość jest różna. Materiały z makrowypełniaczem (makrofile) tradycyjne zawierają cząsteczki o wielkości 0,2-70μm, makrofile nowe 0,2-30μm, zaś materiały hybrydowe 0,2-8 μm. Mikrowypełniacze stanowią sferyczne cząstki dwutlenku krzemu – SiO2 (masa krzemionkowa), o wymiarach od 0,007 do 0,04 μm.

Zadaniem wypełniacza jest poprawa właściwości fizycznych materiału (kompozytu), co przyczynia się do zwiększenia trwałości wypełnień. Wypełniacz zmniejsza skurcz polimeryzacyjny i rozszerzalność termiczną kompozytu, zwiększa wytrzymałość na rozciąganie i ściskanie, zmniejsza sprężystość i sorpcję wody, zwiększa twardość kompozytu i jego odporność na zużycie (ścieranie). Cząstki wypełniacza są odpowiednio barwione, twarde, nietoksyczne, odporne na wodę i rozpuszczalniki chemiczne w środowisku jamy ustnej. Wypełniacze wpływają dodatkowo na konsystencję, przejrzystość i barwę materiału. Skład fazy nieorganicznej, zarówno co do rodzaju wypełniaczy i jego ilości oraz wielkości cząsteczek, decyduje o właściwościach materiału.

    Faza organiczna – matryca kompozytu (matrix), stanowi jego element spajający (lepiszcze) i zajmuje 20-30% objętości materiału. Składa się z różnych żywic zdolnych do polimeryzacji – diakrylanów. Większość materiałów kompozycyjnych zawiera żywicę Bis-GMA, aromatyczny monomer o wyso­kiej lepkości. Te zmodyfikowane akrylem żywice epoksydowe tworzą w wyniku polimeryzacji nie tylko łańcuchy lecz także, dzięki wiązaniom poprzecznym, trójwymiarową sieć. Dzięki temu wykazują lepsze cechy niż czyste żywice akrylowe pod względem właściwości mechanicznych, kurczliwości polimeryzacyjnej, lotności i odporności na kwasy. Jako wady tych żywic wymienia się nietrwałość barwy i dużą absorpcję wody. Żywice syntetyzowane według reguły Bowena (Bis-GMA) są podstawowym składnikiem większości materiałów kompozycyjnych. Wprowadzenie do matrycy kompozytu długołańcuchowych me­rów tej żywicy pozwala do minimum ograniczyć skurcz polimeryzacyjny materiału. Niektóre materiały zawierają w swoim składzie oligomery żywicy dimetakrylopoliuretanowej, która częściowo lub całkowicie zastępuje żywicę Bis-GMA. Najczęściej jednak matrix materiałów kompozycyjnych jest mieszaniną różnych typów żywic, z przewagą oczywiście żywic Bis-GMA i dimatakrylopoliuretanowej.

W skład matrycy wchodzą także dimetakrylany glikoli, monomery o niskiej lepkości – TEGDMA (3-ety­loglicerolo-2-metakrylat), EGDMA (etyloglicerolo-2-metakrylat i hemahydroksyetylogli­cerolo-2-metakrylat), dodawane do kompozytu, by zapobiec jego nadmiernej gęstości.

Faza organiczna zawiera, oprócz żywic, związki regulujące proces polimeryzacji. Inicjatory i przyspieszacze są dodawane celem otrzymania wolnych rodników niezbędnych w proce­sie polimeryzacji. W systemach chemoutwardzalnych stosuje się nadtlenek benzoilu. W większości materiałów światłoutwardzalnych, dla zapoczątkowania reakcji powstawania wolnych rodników, wykorzystuje się źródło światła widzialnego o długości fali 460-480 nm. By zapobiec samorzutnej polimeryzacji materiału, dodaje się do żywicy inhibitory. Barwniki oraz pochłaniacze promieni nadfioletowych warunkują trwałość efektu kosmetycznego materiału.

Problemem technologicznym było trwałe połączenie fazy organicznej z nieorganicznym wypełniaczem. Hydrofobowa żywica matrycy, z uwagi na odmienne własności chemiczne, nie wykazuje adhezji do hydrofilnej części nieorganicznej. Pierwsze kompozyty stosowane u schyłku lat 60-tych stanowiły tylko mieszaninę tych dwóch faz i z tego powodu nie sprawdziły się w praktyce klinicznej. Wprowadzenie czynnika wiążącego fazę organiczną z wypełniaczem częściowo rozwiązywało ten problem. Wszystkie wypełniacze poddawane są procesowi preparacji powierzchniowej – silanizowania. W wyniku tego procesu powierzchnia wypełniacza zostaje pokryta monomolekularną warstwą silanu – związku krzemoorganicznego, zawierającego wiązanie podwójne. Silan wiąże chemicznie fazę nieorganiczną i organiczną. Najpowszechniej stosowanym silanem jest γ-metakryloiloksypropylotrimetoksysilan (silan A-174). Stosowane są także dwumetylodwuchlorosilan oraz związki winylowe i aminowe, dzięki którym cząstki wypełniacza łączą  się  chemicznie z żywicą  stanowiącą  matrycę  kompozytu.  Związki te stanowią zewnętrzną warstewkę nieorganicznego wypełniacza i łącząc się z żywicą materiału kompozycyjnego wpływają znacznie na właściwości preparatu, zwiększając szczególnie jego wytrzymałość mechaniczną i odporność na ścieranie. Parametry wytrzymałościowe kompozytu z silanizowanym wypełniaczem są o 100% wyższe, w porównaniu do materiału wytworzonego z pominięciem procesu silanizacji.

Złożona budowa kompozytu między innymi znacznie ogranicza możliwości połączenia już spolimeryzowanej porcji kompozytu z następną warstwą po upływie piętnastu minut, zamoczeniu, zaślinieniu itp. Między innymi tłumaczy się  to tym, że szlifowana powierzchnia kompozytu składa się w znacznej części z  obnażonych wypełniaczy, które pozbawione są już warstwy silanu. Dołączenie w tych warunkach następnej porcji kompozytu nie jest więc takie trwałe. Niejednorodna budowa wewnętrzna kompozytów (żywica-wypełniacze) oraz niepewność (mimo silanizowania powierzchni wypełniacza) połączenia fazy organicznej z nieorganiczną ujemnie wpływa na strukturę powierzchni kompozytów oraz na ścieralność występującą w warunkach klinicznych.

Połączenie fazy organicznej i nieorganicznej decyduje o wytrzymałości fizykomechanicznej materiału, dlatego też wprowadzono prepolimeryzację umożliwiającą uzyskanie cząsteczek kompozytu o średnicy od 1 do 200 μm (cząstek organicznych wzmocnionych cząsteczkami nieorganicznymi), które miesza się następnie z nie spolimeryzowaną masą kompozytu.

    W celu sterowania procesem polimeryzacji, polepszenia zdolności składowania oraz trwałości barwy dodawane są do żywicy organicznej czynne środki chemiczne jako dodatki w wysokości do 5%: związki inicjujące polimeryzację, zapobiegające samoczynnemu wiązaniu materiału, środki absorpcyjne, barwniki i pigmenty.

2. Wiązanie (twardnienie) materiałów kompozytowych.

Materiały kompozytowe należą do grupy plastycznych materiałów do wypełnień. Reakcja wiązania (twardnienia) polega na polimeryzacji żywicy stanowiącej matrix kompozytu. Polimeryzacja jest to proces chemiczny polegający na prostym łączeniu się wielu cząste­czek zawierających wiązania wielokrotne w jeden związek wielkocząsteczkowy, bez jakiegokolwiek produktu ubocznego. Polimeryzacja materiałów kompozycyjnych jest wolnorodnikową polimeryzacją addycyjną. W procesie wiązania niezbędne jest wytworzenie wolnych rodników, które inicjują proces polimeryzacji. Wolne rodniki powstałe pod wpływem systemów inicjujących powodują rozpadanie się podwójnych wiązań monomerów i rozpoczęcie procesu polimeryzacji.

    Kompozyty polimeryzują (twardnieją) w dwojaki sposób: po zmieszaniu masy podstawowej z katalizatorem (dwuskładnikowe) albo po naświetleniu światłem halogenowym  o ściśle określonej długości fali świetlnej (jednoskładnikowe).

2.1. Kompozyty dwuskładnikowe produkowane są w postaci pasta-pasta, proszek-płyn (żywica), pasta płyn, zaopatrzonych w system aktywacji chemicznej – nadtlenek benzoilu z aminą trzeciorzędową. Inicjatorem jest nadtlenek benzoilu, który wchodząc w reak­cję z aminą trzeciorzędową powoduje powstawanie wolnych rodników. Polimeryzacja akty­wowana chemicznie zachodzi jednolicie w całej masie materiału. Materiały dwuskładnikowe najczęściej produkowane są w postaci dwóch past: pasty podstawowej i pasty katalizatora. Kompozyty pasta-pasta rozrabia się najczęściej przez zmieszanie pasty podstawowej z pastą katalizatora w proporcji 1:1 np.: Concise/3M, Silar/3M, Isopast/Vivadent i inne.

Nieliczne materiały produkowane są w postaci proszku i płynu, (podobnie jak cementy krzemowe). Materiały te przygotowuje się przez zmieszanie proszku z płynem w określonych proporcjach np. Evicrol firmy Spofa Dental. Materiały dwuskładnikowe rozrabia się zazwyczaj łopatkami z tworzyw sztucznych na bloczkach papierowych oraz nakłada się do ubytku przy pomocy instrumentów z tworzyw sztucznych - nakładaczy i upychadeł. Stosowanie instrumentów metalowych zarówno do rozrabiania materiałów jak i nakładania do ubytków powoduje starcie metalowych instrumentów przez ostrokonturowe cząsteczki twardego wypełniacza zawartego w masie kompozytu. Prowadzi to do przebarwienia materiału na sinawo - brudny kolor. Tylko nieliczne materiały takie jak: Isopast i Izofill, Izomolar firmy Vivadent można rozrabiać instrumentami metalowymi. Skład fazy nieorganicznej (wypełniacz w postaci proszku SiO2 o wielkości ziaren 0,04µm) umożliwia takie postępowanie. Mieszanie ręczne katalizatora z bazą powoduje wprowadzenie do masy pęcherzyków powietrza co pogarsza strukturę wewnętrzną, a tym samym i strukturę powierzchni rekonstrukcji, sprzyja wprowadzeniu zanieczyszczeń i przedłuża czas pracy. Polimeryzacja materiału następuje w ściśle określonym przez producenta czasie. Zazwyczaj materiały zarabia się przez 30 sek., następne 30 sek. jest do dyspozycji lekarza na wprowadzenie materiału do ubytku, zaś twardnieją w ciągu kolejnych 2 min.

2.2. Kompozyty jednoskładnikowe. Materiały te produkowane są w postaci pasty, lub gęstego płynu (materiały typu flow), zaopatrzonych w system inicjacji polimeryzacji światłem widzialnym – zazwyczaj 0,2-0,7% kamforohinonu wraz z aminą alifa­tyczną. Materiały te po wyciśnięciu z opakowania i wprowadzeniu do ubytku, naświetla się światłem halogenowym (źródło światła o długości fali 470 nm) w celu spolimeryzowania.  Energia świetlna aktywuje diketon (kamforohinon), który łączy się z ami­ną – powstaje związek kompleksowy, który rozpadając się tworzy wolne rodniki inicjujące polimeryzację żywicy kompozytowej. Aktywacja światłem ha­logenowym powoduje wiązanie od 40 do 60% żywicy kompozytowej natychmiast po rozpo­częciu naświetlania.

Należy pamiętać, że materiały zło­żone, zwłaszcza posiadające dużą ilość nieorganicznego wypełniacza, mogą przedwcześnie polimeryzować przy świetle operacyjnym lub świetle z otoczenia. Dlatego też zaleca się, aby materiały kompozytowe nie były oświetlane strumieniem bezpośrednim. Zaleca się także przechowywanie materiałów z dala od światła dziennego oraz wyjmowanie ze strzykawki na kilka sekund przed utwardzaniem.

    Zaletami tego systemu jest brak konieczności ręcznego zmieszania składników preparatu (patrz wyżej), skrócenie czasu pracy lekarza (czas nakładania, modelowania jest dowolny), a o inicjacji procesu polimeryzacji decyduje moment rozpoczęcia naświetlania. Wadą tego systemu jest konieczność wyposażenia gabinetu w lampę polimeryzacyjną oraz ograniczona grubość warstwy kompozytu, która może być spolimeryzowana przez światło. Zmusza to w głębszych ubytkach do nakładania materiału warstwami i do polimeryzacji poszczególnych warstw. Grubość warstwy, która jest w stanie spolimeryzować uzależniona jest od rodzaju preparatu, koloru i właściwości lampy polimeryzacyjnej. Czas naświetlania waha się od 20 do 60 sekund. W trakcie naświetlania oczy lekarza i asystentki powinny być ochronione przez okulary lub osłony ponieważ światło polimeryzacyjne jest szkodliwe dla wzroku.

2.2.1. Lampy polimeryzacyjne produkowane są przez różne firmy w kilku typach. Lampy wieloczynnościowe ze źródłem światła halogenowego, umożliwiają uzyskanie światła polimeryzacyjnego (fioletowo-niebieskie), diagnostycznego (białe lub żółte) i do wykrywania płytki nazębnej (zielone), np. lampy - Heliomat (Vivadent). Większość produkowanych lamp posiada tylko światło polimeryzacyjne (halogenowe). Konstrukcje lamp polimeryzacyjnych umożliwiają nastawienie dowolnie wybranego czasu polimeryzacji w zakresie od 10 - 60 sek. Często czas naświetlania podawany jest cyklicznie sygnałem dźwiękowym np.: co 20 sek. W ostatnich latach wprowadzono na rynek również lampy o zmiennym natężeniu światła (soft start), w których natężenie rośnie wykładniczo w ciągu 20 sek. od wartości 200mW/mm2 , do wartości 800mW/mm2. Stosowane są także lampy polimeryzacyjne z plazmowym źródłem światła.

Bardzo duży wpływ na jakość wypełnienia ma głębokość utwardzenia materiału.

Podczas polimeryzacji obowiązują następujące zasady:

1. Zakładanie materiału warstwami, które nie przekraczają 2 mm grubości (ponieważ stopień utwardzenia maleje wraz ze wzrostem głębokości).

2. Na głębokość i rozległość polimeryzacji mają wpływ: moc żarówki, jakość i rodzaj światłowodu oraz innych elementów optycznych, ilość wydzielonej energii cieplnej oraz czas utwardzania.

3. Czas naświetlania każdej warstwy powinien wynosić 20-40 sekund.

4. Żywice posiadające więcej cząsteczek wypełniacza o dużych rozmiarach zostają utwardzone na większą głębokość przy tych samych warunkach ekspozycji świetl­nej. Polimeryzacja kompozytów mikrocząsteczkowych występuje do głębokości 2-­3 mm, a hybrydowych 4-5 mm. Głębokość powinna być mierzona od powierzchni światłowodu lampy utwardzającej.

5. Materiały o jaśniejszym odcieniu i bardziej przezierne polimeryzują głębiej.

6. Polimeryzacja zachodzi najszybciej w ciągu pierwszych 20 minut od aktywacji.

    Polimeryzacja jest opóźniona przy obecności tlenu, który jest absorbowany przez wolne rodniki. Każda żywica, która posiada kontakt z powietrzem podczas polimeryzacji, roz­wija na swojej powierzchni warstwę nie spolimeryzowaną jako rezultat dyfuzji tlenu atmosferycznego. Warstwa ta jest cieńsza o 10-20 μm dla kompozytów utwardzanych światłem widzialnym niż dla chemoutwardzalnych.

Produkowane lampy do utwardzania różnią się między sobą wieloma cechami. Są to:

1.        Źródło światła.

2.        Skuteczność polimeryzacji materiału kompozytowego (głębokość i rozległość).

3.        Ilość wydzielanej energii cieplnej.

4.        Jakość i rodzaj elementów optycznych.

5.        Obecność układu stabilizującego napięcie.

Wszystkie lampy dostępne na rynku spełniają podstawowe wymaganie, tzn. powodują utwardzenie warstwy 2-2,5 mm jednorazowo. Efektywność działania lampy maleje z cza­sem, dlatego zaleca się okresową kontrolę elementów optycznych i żarówki w lampie.

     W ostatnich latach materiały kompozycyjne polimeryzowane światłem halogenowym znalazły bardzo szerokie zastosowanie głównie ze względu na łatwość pracy klinicznej oraz  właściwości fizykochemiczne wypełnień. Również w ostatnich latach zdołano wyprodukować materiały, które polimeryzują pod wpływem światła oraz po pewnym czasie również chemicznie tak jak kompozyty dwuskładnikowe. Eliminuje to niebezpieczeństwo niespolimeryzowania głębszej warstwy kompozytu mimo naświetlania lampą polimeryzacyjną. Warstwa ta spolimeryzuje samoczynnie po upływie określonego czasu.

Materiały kompozycyjne przez wiele lat produkowane były jako materiały plastyczne do wypełnień ubytków próchnicowych zębów przednich - kl. III i V. Ze względu na właściwości fizykochemiczne przewyższające cementy krzemowo - fosforowe bardzo często używane były do wypełnień zębów bocznych - kl. I i II u Black’a. Ze względu na większą ścieralność niż amalgamaty materiały te jako wypełnienia dla zębów bocznych nie były akceptowane przez ADA (American Dental Association). - Amerykańskie Towarzystwo Dentystyczne. W ostatnich latach intensywne prace ośrodków badawczych doprowadziły do produkowania wyprodukowania materiałów kompozycyjnych przeznaczonych do zębów bocznych. Pierwszym materiałem, który uzyskał akceptację ADA jest preparat Occlusion. W obecnej chwili większość liczących się firm produkuje materiały przeznaczone dla odbudowy zębów trzonowych i przedtrzonowych. W niewielkim stopniu ustępują one odpornością na ścieranie i wytrzymałością na ściskanie amalgamatom,  mają odpowiedni kolor i zachowują szczelność brzeżną.

2.3. Kompozyty dwuskładnikowe polimeryzujące z udziałem systemu podwójnej aktywacji, zarówno światłem, jak i chemicznej, odnosi się do kom­pozytów produkowanych w postaci pasta-pasta. Aktywacja świetlna jest stosowana do za­początkowania procesu polimeryzacji, a chemiczna do kontynuowania rozpoczętej reakcji (faza "ciemna" polimeryzacji 2-stopniowej).

Układ katalityczny jest tak dobrany, by materiał nie wiązał zbyt wcześnie. Wiązanie materiału rozpoczyna się najczęściej po 2 min. Po zarobieniu, a materiał twardnieje po ok. 6 min. 

System podwójnej aktywacji stosowany jest np. w materiałach do wypełnień ubytków zębów bocznych np. P10/3M oraz w cementach żywiczych – materiałach kompozycyjnych, przeznaczonych do osadzania licówek, koron, wkładów, szyn i mostów AET, w warunkach w których z uwagi na niedostateczny dostęp światła polimeryzacyjnego zachodzi obawa, że materiał nie w pełni spolimeryzuje.

3. Własności materiałów kompozytowych.

Intensywne badania laboratoryjne i kliniczne doprowadziły do produkcji coraz to nowszych preparatów, posiadających coraz więcej cech zbliżonych do idealnego materiału do wypełnień. Współczsne kompozyty posiadają cechy fizyczno-chemiczne znacznie przewyższające cementy krzemowe i krzemowo-fosforowe jak również amalgamaty i dlatego znalazły zastosowanie w różnych dziedzinach stomatologii wypierając prawie zupełnie cementy krzemowe.

3.1. Skurcz polimeryzacyjny

Materiały kompozycyjne w trakcie wiązania kurczą się, co jest związane ze skurczem polimeryzacyjnym żywicy stanowiącej matrix kompozytu. Spowodowany on jest zmniejszeniem odległości pomiędzy cząsteczkami monomeru podczas łączenia się w polimer. Odległość między cząsteczkami zawierającymi pojedyncze wiązania -C-C- , zależna od sił Van der Waalsa, zmniejsza się z 3-4 Å do 1,54 Å po polimeryzacji. Polimeryzacji towarzyszy niewielka redukcja skurczu (10%) będąca wynikiem zwiększenia odległości (z 1,35 Å na 1,54 Å) pomiędzy cząsteczkami węgla, co jest spowodowane zamianą wiązań podwójnych CH2=C monomeru na wiązania pojedyncze -CH2-C polimeru. Zatem rodzaj żywicy, a zwłaszcza liczba wiązań podwójnych występujących w monomerze, będzie decydowała o wielkości skurczu polimeryzacyjnego – większa liczba wiązań w monomerze – większy skurcz polimeryzacyjny. Większy skurcz będą wykazywały materiały z większą ilością żywicy i oczywiście mniejszą ilością wypełniacza. Najmniejszy skurcz wykażą materiały do wypełnień zębów bocznych i zdecydowanie wyższy materiały płynne np. cementy łączące i materiały typu flow. Skurcz polimeryzacyjny jest tym większy, im liczniej występują cząsteczki wypełniacza. Dla materiałów, w skład których wchodzi makrowypełniacz (kompozyty trady­cyjne i hybrydowe), wynosi on od 1,0 do 2,5%, dla materiałów z mikrowypełniaczem od 2 do 3,5%. Są jednak materiały, które kurczą się powyżej 7,1%. Skurcz materiałów światłoutwardzalnych w 60% zachodzi w ciągu pierwszej minuty od rozpoczęcia naświetlania.

Tab. 1. Skurcz polimeryzacyjny materiałów kompozytowych