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I materiali estetici non ceramici a cura di Giordano Tasca

Estetica, adesione metallica, classificazione: questi i temi della relazione di Emilio Balbo
e Federico Ronchi al 45° Congresso degli Amici di Brugg

Caratteristiche dei polimeri estetici

L'idea che sta alla base dei materiali compositi è quella di saturare una matrice resinosa con particelle di riporto vetrose, rivestite da un silano che assicura il legame alla resina. Tipicamente i polimeri impiegati appartengono alla categoria molto vasta delle molecole metacriliche: alcune sono estremamente biocompatibili, altre, che sono spesso più volatili (per es. il metilmetacrilato), lo sono meno. I materiali metacrilici utilizzati per realizzare i sistemi compositi che si usano in laboratorio appartengono alla categoria ricca generalmente di Bis-GMA e di UDMA. (Fig. 6a) Queste molecole hanno la caratteristica intrinseca di formare polimeri con struttura amorfa: osservandoli al microscopio non è possibile riconoscere alcuna unità funzionale ripetuta. La caratteristica ottica rispecchia il comportamento meccanico che è paragonabile a quello di un vetro: questi polimeri sono quindi tendenzialmente fragili. Ultimamente sono stati introdotti polimeri di tipo semicristallino, i quali cioè, passando dalla fase liquida a quella solida, si organizzano mediante la propagazione al loro interno di cristalli. (Figg. 6b, 7)

Fig. 6a
Quattro compositi amorfi
del commercio

Fig. 6b
Tre compositi semicristallini
del commercio

Fig. 7
Profilo di una resina amorfa
e di una semicristallina

Studiando il comportamento meccanico di questa nuova classe di materiali si è scoperto che la semicristallinità comporta una serie di caratteristiche favorevoli; in particolare la struttura del cristallo permette di aumentare la tenacia di frattura, cioè la capacità di un materiale di resistere alla propagazione delle crepe. Si sa infatti che il gioco delle forze che si esplicano sul restauro durante la funzione determina inizialmente la formazione di microfratture; è dalla progressiva propagazione e congiunzione di queste che derivano la sezione e la distruzione macroscopica del manufatto.

La struttura semicristallina implica anche il vantaggio di un comportamento diversificato a livello macroscopico e microscopico. Il polimero si comporta come un corpo rigido nell’insieme dell’unità funzionale, per es. un ponte, mentre a livello strutturale interno, molecolare, mostra caratteristiche di microelasticità, per cui è in grado di assorbire degli shock, delle fatiche di lavoro, dissipando energia.

Oltre al tipo di organizzazione strutturale l’altro aspetto importante di un materiale composito è il genere di riempitivo che contiene, il quale può essere classificato secondo: a) la morfologia e la dimensione delle particelle, b) la loro composizione chimica, c) la tipologia di distribuzione delle diverse forme e dimensioni.
Se le particelle del riempitivo hanno tutte la stessa geometria e dimensione tendono a impaccarsi in modo molto regolare lasciando degli spazi vuoti altrettanto regolari che vengono colmati dalla matrice resinosa e che definiscono delle linee predeterminate di frattura.

Utilizzando invece particelle di dimensioni diverse si ottiene una maggior saturazione degli spazi: il materiale risulta più disomogeneo, ma, paradossalmente, più resistente alla propagazione di linee di frattura.

Un ulteriore ampliamento dello spettro di dimensioni e di forme delle particelle fornisce una saturazione ancora maggiore degli spazi lasciati alla matrice, come nei materiali che utilizzano nanoriempitivi accanto ai microriempitivi di varia taglia.

Si migliora ancor più la saturazione degli spazi attraverso l’ottimizzazione della geometria delle particelle (di varie dimensioni), tale da consentirsi un incastro massimo fra di esse. (Figg. 8a, 8b, 8c)

Fig. 8a, b, c
Schemi delle diverse tipologie di riempitivo

Per quanto concerne la composizione chimica il riempitivo può essere di tipo ceramico o vetroso. Il materiale adoperato in questa presentazione utilizza particelle estremamente purificate, deprivate di una serie di ioni metallici, che possono avere effetti inibitori sulla polimerizzazione ovvero possono nel tempo rappresentare sostanze mobili nel reticolo polimerico, producendo fenomeni di osmosi e di viraggio cromatico.

Che cosa può accadere nel tempo, per effetto dell’invecchiamento e della funzione, alle superfici di questi materiali con diversa tipologia di riempitivo? Se l’adesione fra particelle e matrice e l’impaccamento all’interno della resina non sono ottimizzati, si può avere il distacco di una serie di particelle con aumento della porosità e con degradazione progressiva della superficie. Anche la mancata ottimizzazione delle caratteristiche meccaniche della resina può portare a un progressivo spogliamento e dissoluzione della superficie attraverso il distacco in lamine della matrice. (Fig. 9)

Altri difetti di superficie si possono avere quando siano state inserite nel materiale delle particelle prepolimerizzate estremamente grosse, che, staccandosi o subendo delle alterazioni legate ai salti di temperatura a cui sono sottoposti i manufatti nel cavo orale, determinano di nuovo una cavitazione superficiale.

I materiali microriempiti raggiungono un grado di lucidità molto elevato, ma possono avere problemi consistenti di fatica e di frattura.
Quello che si vorrebbe avere dopo 5-10 anni di utilizzo clinico del restauro è una superficie in cui si sia determinata una progressiva, ma assolutamente lineare, spogliazione di materiale e nessuna problematica di fratture, né di alterazioni significative delle caratteristiche di superficie. (Federico Ronchi)