Resinas fotopolimerizables para aplicaciones dentales como materiales de obturación

Abstract

Las resinas compuestas de uso dental generalmente consisten de tres ingredientes principales: una resina de matriz orgánica, partículas inorgánicas de relleno, y un agente de acoplamiento. Otros ingredientes que pueden incluir son estabilizadores de color, inhibidores, pigmentos, y un sistema de activación. La matriz orgánica es un monómero de alto peso molecular, como el bisfenol A glicidil dimetacrilato (Bis-GMA) o el uretano dimetacrilato. El Bis-GMA es un metacrilato aromático con grupos metacrilatos terminales que proporcionan los sitios para la polimerización de radicales libres. Dos desventajas del Bis-GMA son su cuestionable estabilidad de color y la alta viscosidad; la alta viscosidad es el resultado de los enlaces puente de hidrógeno que forman los grupos oxidrilos. Para reducir la viscosidad, los fabricantes añaden monómeros de bajo peso molecular (baja viscosidad) como el rietilenglicoldimetacrilato (TEGDMA) y etilenglicoldimetacrilato (EGDMA), los cuales reducen la viscosidad del Bis-GMA, aumentan el entrecruzamiento y la dureza. Otro monómero de uso frecuente como la matriz de las resinas compuestas es uretano dimetacrilato (UDEMA), cuya viscosidad es más baja que la del Bis-GMA. Las partículas usadas como relleno varían de un material a otro, pero pueden ser sílice coloidal, silicato de bario, vidrio de estroncio/borosilicato, cuarzo, silicato de zinc, o silicato de litio y aluminio; cada tipo de partículas tiene sus propias características: las partículas de sílice coloidal tienen un diámetro inferior a 0,1 micrón, son inerte, tienen bajos coeficientes de dilatación térmica y mejoran el pulido; el silicato de bario tiene dureza y es muy radio-opaco; el cuarzo es muy estable, pero es duro para pulir y puede desgastar los dientes antagonistas. Las propiedades físicas de la resina se ven afectadas por la cantidad de carga en la resina compuesta. Dentro de los límites prácticos, cuanto mayor sea el porcentaje de contenido de relleno, mejores son las propiedades físicas (porque hay menos matriz). Por ejemplo, el coeficiente de expansión térmica, la absorción de agua y la contracción durante la polimerización, disminuyen; mientras que el módulo elástico, la resistencia a la tracción y la resistencia a la fractura, aumentan. El propósito principal de unir las partículas de relleno a la resina orgánica a través de un agente de silanización es mejorar las propiedades físicas del material compuesto. El silano previene la degradación hidrolítica a lo largo de la interfaz carga/matriz, lo que de otra forma, podría dar lugar a grietas en la resina y permitiría la transferencia de tensión entre el relleno y la matriz. Los agentes de acoplamiento más comunes o los agentes silanizantes más utilizados para el tratamiento de las partículas de relleno son los organosilanos. Este agente de silanización es una molécula bifuncional; el grupo silano de un extremo se une a los oxidrilos de las partículas de carga a través de una reacción de condensación que produce un enlace siloxano. El grupo de metacrilato del otro extremo, se somete a la polimerización por adición a la resina durante la activación química o por luz de la misma. El objetivo principal de esta tesis fue el estudio de sistemas fotopolimerizables apropiados para el desarrollo de materiales dentales. En particular, se pretende el desarrollo de compuestos de curado rápido (20-40 s), en espesores relativamente gruesos (2-3 mm) a través del uso de diferentes fotoiniciadores. Además, se pretende ampliar el nivel de conocimiento acerca de las cargas utilizadas en la preparación de estos materiales: nuevos tipos de cargas, materiales nanocompuestos y materiales híbridos orgánico-inorgánicos. Dental resin composites generally consist of three primary ingredients: an organic resin matrix; inorganic filler particles; and a coupling agent. Other ingredients include color stabilizers, inhibitors, pigments, and an activation system. The organic resin matrix is a high molecular weight monomer such as bisphenol A glycidyl methacrylate (Bis-GMA) or urethane dimethacrylate. Bis-GMA, is an aromatic methacrylate with terminal methacrylate groups provide sites for free radical polymerization. Two disadvantages of Bis-GMA are its questionable color stability and high viscosity; high viscosity is the result of its –OH groups which hydrogen bond; to lower the viscosity, manufacturers add low-molecular-weight (low-viscosity) monomers like triethyleneglycol dimethacrylate (TEGDMA) and ethyleneglycol dimethacrylate (EGDMA); these reduce the Bis-GMA's viscosity, increase crosslinking, and increase hardness. Another monomer frequently used as the matrix for resin composites is urethane dimethacrylate (UDEMA), which shows a lower viscosity compared with Bis-GMA. Filler particles vary from material to material but may be colloidal silica, barium silicate, strontium/borosilicate glass, quartz, zinc silicate, or lithium aluminum silicate; each has its own distinctive characteristics: colloidal silica particles have a diameter less than 0.1 micron, are inert, have low coefficients of thermal expansion, and improve condensability and polishability; barium silicate has medium hardness and is very radiopaque; quartz is very stable but is hard to polish and can wear the opposing dentition. The physical properties of the resin are affected by the amount of filler in the resin composite. Within practical limits, the greater the percentage filler content, the better the physical properties (because there is less matrix). For example, coefficient of thermal expansion, water sorption, polymerization shrinkage decreases while modulus of elasticity, tensile strength, and fracture toughness increase. The primary purpose of bonding filler particles to the organic resin matrix via the silanating agent is to improve the resin composite's physical properties. The silane agent does this by preventing hydrolytic breakdown along the filler/matrix interface which may result in cracking of the resin and by allowing stress transfer between the filler and matrix. The most common coupling agents or silanating agents used for bonding filler particles to the matrix are the organosilanes. This silanating agent is a bifunctional molecule; the silane group on one end bonds to the hydroxyl groups on the filler particles via a condensation reaction that produces a siloxane bond. The methacrylate group on the other end undergoes addition polymerization with the resin composite during light- or chemical-activation of the resin. The main objective of this thesis was to study photopolymerizable systems which are appropriate for the development of dental materials. In particular, it aims to develop fast curing composites (20-40 s), in relatively thick thickness (2-3 mm) through the use of different photoinitiators. Furthermore, it aims to expand the level of knowledge about the loads used in the preparation of these materials: new types of loads, materials, nanocomposites and organic-inorganic hybrid materials.