Comparative characteristics of the properties of polymer materials used for the manufacture of removable denture bases

Yuliya A. Vokulova; Вокулова Юлия Андреевна; Evgenii N. Zhulev; Жулев Е. Н.; Elena Yu. Nikolaeva; Николаева Е. Ю.; Irina V. Velmakina; Вельмакина И. В.; Nina A. Yanova; Янова Н. А.; Anna A. Plishkina; Плишкина А. А.

doi:10.35693/AVP655547

Comparative characteristics of the properties of polymer materials used for the manufacture of removable denture bases

Authors: Vokulova Y.A.¹, Zhulev E.N.², Nikolaeva E.Y.², Velmakina I.V.², Yanova N.A.¹, Plishkina A.A.¹
Affiliations:
1. National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod
2. Privolzhsky Research Medical University
Issue: Vol 25, No 1 (2025)
Pages: 58-62
Section: DENTISTRY
Published: 13.04.2025
URL: https://aspvestnik.ru/2410-3764/article/view/655547
DOI: https://doi.org/10.35693/AVP655547
ID: 655547

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Aim – to conduct a comparative characterization of the properties of polymer materials (water absorption and solubility) used for the manufacture of removable denture bases using traditional and digital methods.

Material and methods. To conduct the study, experimental samples were made from cold polymerized base resin based on polymethylmethacrylate Vertex Castapress (Vertex Dental, the Netherlands) and photopolymer material for 3D printing Next Dent Base (Next Dent, the Netherlands) in the amount of 5 pieces for each material. The study was conducted in accordance with GOST 31572-2012 “Polymer materials for denture bases”. Statistical analysis was performed using the Mann – Whitney test.

Results. For the photopolymer base material for 3D printing, Next Dent Base, the average value of water absorption is 9.857 ± 0.2165 micrograms/mm³, and solubility is 0.22 ± 0.1483 micrograms/mm³. For the basic cold-polymerized resin based on polymethylmethacrylate Vertex Castapress, the average value of water absorption is 13.46 ± 0.1826 micrograms/mm³, solubility is 0.74 ± 0.1342 micrograms/mm³.

Conclusions. Criteria of water absorption and solubility are used to assess the ability of basic plastics to withstand the effects of saliva and are indicators of durability and bioinertness of dentures. Next Dent Base, a photopolymer base material for 3D printing, has better water absorption and solubility in comparison with Vertex Castapress cold polymerization resin, which indicates that this material has greater strength and wear resistance (the medians of the samples differ by 32.4% according to the criterion of water absorption, and by 75.0% according to the criterion of solubility).

Keywords

water absorption, solubility, basic plastics, removable dentures, 3D printer, Next Dent Base, Vertex Castapress

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Ортопедическое лечение пациентов пожилого и старческого возраста с частичной или полной потерей зубов чаще всего осуществляется с применением съемных протезов. Важнейшими свойствами материалов для базисов таких протезов являются водостойкость и растворимость. Водостойкость – это способность полимеров сохранять свойства при продолжительном воздействии воды. Водостойкость полимера характеризуется водопоглощением. Этот параметр обозначает количество воды, которое материал способен впитать. Если вода попадает внутрь полимера, он набухает, что может привести к изменению геометрической формы базиса протеза, ухудшению показателей прочности, твердости, жесткости, сопротивлению вдавливания. Чем выше показатели водопоглощения, тем более полимер подвержен проникновению микроорганизмов [1–4].

Такое свойство базисных пластмасс, как растворимость, может влиять на состояние слизистой оболочки протезного ложа и тканей зубочелюстной системы в целом. Это обусловлено прежде всего содержанием в базисном полимере остаточного мономера, который выделяется в ротовую жидкость и является основным этиологическим фактором развития аллергических реакций на съемный зубной протез [5, 6].

В настоящее время наряду с традиционной технологией изготовления базисов съемных протезов методом горячей или холодной полимеризации акриловой пластмассы широкое применение в клинической практике получили цифровые методы изготовления протезов с помощью 3D принтеров и фрезерно-шлифовальных станков [7–13].

В специальной литературе имеются сведения о физико-химических свойствах базисных пластмасс, применяемых при традиционном методе изготовления съемных протезов (модуль упругости, твердость, плотность, ударная вязкость, пластичность, относительное удлинение, предел прочности, величина светопропускания, электропроводность и др.) [14, 15]. Однако научные публикации, посвященные сравнительной оценке свойств полимерных материалов, применяемых для изготовления базисов съемных протезов традиционным и цифровым методом, единичны [16, 17] и содержат достаточно противоречивые сведения, что требует дополнительных исследований.

ЦЕЛЬ

Провести сравнительную характеристику свойств полимерных материалов (водопоглощение и растворимость), применяемых для изготовления базисов съемных протезов традиционным и цифровым методом.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для проведения исследования нами были изготовлены экспериментальные образцы из базисной пластмассы холодной полимеризации на основе полиметилметакрилата Vertex Castapress (Vertex Dental, Нидерланды) и фотополимерного материала для 3D печати Next Dent Base (Next Dent, Нидерланды) в количестве 5 экземпляров для каждого материала. Каждый образец имел диаметр 20 ± 1 мм и толщину 0,5 ± 0,1 мм с плоскими верхней и нижней торцевыми поверхностями.

Исследование проводили в соответствии с ГОСТ 31572-2012¹. На первом этапе помещали образцы в эксикатор, содержащий свежевысушенный силикагель. Эксикатор устанавливали в сушильный шкаф и выдерживали при температуре 37,0°С в течение 23 часов, после чего эксикатор вынимали из сушильного шкафа и образцы переносили во второй эксикатор и выдерживали в течение 60 мин., образцы взвешивали на аналитических весах с погрешностью 0,2 мг. После взвешивания всех образцов заменяли силикагель в первом эксикаторе на свежевысушенный и помещали эксикатор в термостат. Повторяли испытание до тех пор, пока не будет достигнута постоянная масса М₁, то есть пока потеря массы каждого образца при очередном взвешивании не будет более 0,2 мг. Подсчитывали объем V (мм³), каждого образца, вычисленный по среднему значению диаметра трех измерений и среднему арифметическому значению пяти измерений толщины. Измерение последней проводили в центре и в четырех равноудаленных от центра точках окружности. Далее погружали образцы в воду температурой 37°С на 168 часов. По истечении этого времени вынимали диски из воды, вытирали сухим полотенцем до исчезновения видимой влаги, оставляли на воздухе для просушки в течение 15 сек., а затем через 60 сек. после извлечения из воды взвешивали с точностью до 0,2 мг и записывали массу образцов М₂. После взвешивания проводили вторичное высушивание образцов в эксикаторе до постоянной массы и записывали полученные данные М₃.

Для каждого образца значение водопоглощения W_В(мкг/мм³) определяли по формуле:

$W_{в} = \frac{(M_{2} - M_{3})}{V}$

где М₂ – масса образца после погружения в воду, мкг; М₃ – постоянная масса образца после вторичного высушивания, мкг; V – объем образца, мм³.

Водопоглощение базисных материалов по ГОСТу не должно превышать 32 мкг/мм³ [18].

Затем для каждого образца определяли массу растворимого вещества на единицу объема Wp, мкг/мм³, по формуле:

$W_{р} = \frac{(M_{1} - M_{3})}{V}$

где М₁ – начальная постоянная масса образца, мкг.

Растворимость (потеря массы на единицу объема) базисных материалов, согласно вышеуказанному ГОСТу, не должна превышать 1,6 мкг/мм³.

Полученные в ходе эксперимента данные заносили в таблицы и проводили статистический анализ в программной среде R с помощью критерия Манна – Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты проведенного исследования по изучению водопоглощения и растворимости базисных пластмасс представлены в таблице 1 и на рисунке 1.

Рисунок 1. Коробчатые графики распределения значений водопоглощения и растворимости базисных пластмасс.

Figure 1. Box-shaped graphs of the distribution of water absorption and solubility values of basic plastics.

Таблица 1 / Table 1

Описательные статистики распределения значений величин водопоглощения и растворимости базисных пластмасс (n – количество образцов)

Descriptive statistics of the distribution of water absorption and solubility values of basic plastics (n is the number of samples)

Элементы описательной статистики	Водопоглощение		Растворимость
Элементы описательной статистики	Vertex Castapress	Next Dent Base	Vertex Castapress	Next Dent Base
n	5	5	5	5
Среднее ± стандартное отклонение (мкг/мм³)	13,46 ± 0,1826	9,857 ± 0,2165	0,74 ± 0,1342	0,22 ± 0,1483
Медиана	13,09	8,845	0,8	0,2
Минимум	11,86	7,72	0,6	0
Максимум	16,43	12,62	0,9	0,4
25-й процентиль	12,15	8,399	0,6	0,2
75-й процентиль	13,76	11,7	0,8	0,3
Стандартная ошибка среднего	0,08164	0,09681	0,06	0,06633

В таблице 2 приведены значения критерия Манна – Уитни и соответствующие ему уровни значимости p для каждого признака для попарного сравнения групп.

Таблица 2 / Table 2

Результаты сравнения базисных пластмасс по критериям водопоглощения и растворимости

The results of the comparison of basic plastics according to criteria of water absorption and solubility

Критерий	W критерий Манна – Уитни	P
Водопоглощение	23	0,032*
Растворимость	25	0,011*

Примечания. * – наличие статистически значимого различия на уровне значимости p < 0,05.

Из полученных данных следует, что для фотополимерного базисного материала для 3D печати Next Dent Base среднее значение водопоглощения составляет 9,857 ± 0,2165 мкг/мм³, а растворимости – 0,22 ± 0,1483 мкг/мм³. Для базисной пластмассы холодной полимеризации на основе полиметилметакрилата Vertex Castapress среднее значение водопоглощения составляет 13,46 ± 0,1826 мкг/мм³, растворимости – 0,74 ± 0,1342 мкг/мм³. Эти данные свидетельствуют о том, что у всех базисных материалов, из которых были изготовлены образцы, показатели водопоглощения и растворимости находятся в пределах допустимой ГОСТом нормы. Однако у фотополимерного базисного материала Next Dent Base данные показатели оказались существенно ниже в сравнении с пластмассой холодной полимеризации Vertex Castapress (медианы выборок по критерию водопоглощения отличаются на 32,4%, а по критерию растворимости – на 75,0%).

В плане оценки полученных результатов представляют интерес исследования других авторов, занимавшихся изучением данной проблемы. В частности, L.Perea-Lowery и соавт. (2021), изучая физико-химические свойства фотополимерной смолы для 3D печати Imprimo LC Denture (Scheu-Dental GmbH, Германия), пластмассы горячей полимеризации Paladon (Kulzer GmbH, Германия) и пластмассы холодной полимеризации Palapress (Kulzer GmbH, Германия), не выявили среди исследуемых групп статистически значимой разницы по критерию «водопоглощение» [17]. Растворимость же в воде для пластмассы горячей полимеризации была значительно ниже, чем в других группах (p < 0,001). Различия в полученных нами результатах объясняются, на наш взгляд, исследованием разных базисных полимерных материалов и применяемыми 3D принтерами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Критерии водопоглощаемости и растворимости используются для оценки способности базисных пластмасс противостоять воздействию слюны и являются показателями долговечности и биоинертности зубных протезов. Фотополимерный базисный материал для 3D печати Next Dent Base обладает лучшими показателями водопоглощения и растворимости в сравнении с пластмассой холодной полимеризации Vertex Castapress, что свидетельствует о том, что данный материал обладает большей прочностью и износостойкостью.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Работа выполнена по инициативе авторов без привлечения финансирования.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов.

Вокулова Ю.А. – идея и дизайн исследования, сбор и обработка данных, написание текста; Жулев Е.Н. – одобрение и окончательная научная редакция; Николаева Е.Ю., Вельмакина И.В. – дизайн исследования, редактирование статьи; Янова Н.А., Плишкина А.А. – обзор литературы, редактирование текста.

Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.

Конфликт интересов: не заявлен.

ADDITIONAL INFORMATION

Study funding. The study was the authors’ initiative without external funding.

Conflict of interest. The authors declare that there are no obvious or potential conflicts of interest associated with the content of this article.

Contribution of individual authors.

Vokulova Yu.A.: idea and design of research, data collection and processing, writing of the text; Zhulev E.N.: approval and final scientific revision; Nikolaeva E.Yu., Velmakina I.V.: research design, editing of the article; Yanova N.A., Plishkina A.A.: literature review, text editing.

The authors gave their final approval of the manuscript for submission, and agreed to be accountable for all aspects of the work, implying proper study and resolution of issues related to the accuracy or integrity of any part of the work.

Conflict of interest: nothing to disclose.

¹ ГОСТ Р 31572-2012 (ИСО 1567-99) «Материалы полимерные для базисов зубных протезов. Технические требования. Методы испытаний». Дата введения 01.01.2015.

About the authors

Yuliya A. Vokulova

National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod

Author for correspondence.
Email: Vokulova89@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5220-2032

MD, Dr. Sci. (Medicine), Assistant Professor at the Department of Clinical Dentistry at the Institute of Clinical Medicine