Rondom het gebit
(Eigenschappen en beïnvloeding van glazuur, vulmaterialen en afdrukmaterialen)
1 Introductie Ons gebit is een onderdeel van het lichaam dat blootgesteld wordt aan zeer uiteenlopende omstandigheden. We eten ijs van –5 °C, daarna drinken we een kop koffie van 45 °C, we eten een appel, bijten op een zuurtje en kauwen ons brood. Het gebit ondergaat enorme temperatuurverschillen, staat bloot aan grote krachten in diverse richtingen en krijgt te maken met allerlei stoffen die het kunnen aantasten. Een gezond gebit is goud waard, maar als er een keer wat misgaat, is het fijn dat de tandarts er goud (en andere materialen) in kan stoppen om het weer te repareren. Wat maakt ons gebit zo sterk? Hoe zorgt het lichaam zelf voor onderhoud en voor zo weinig mogelijk aantasting van het gebit, welke gevaren zijn er zoal en wat voor middelen zijn er om het gebit te repareren als het toch misgaat? In deze uitgave gaan we in op de scheikundige achtergronden van deze zaken.
2 Suiker en suikervervangers In veel voedingsmiddelen die we dagelijks gebruiken komt suiker (= sacharose) voor. Sacharose is een disacharide, opgebouwd uit een molecuul glucose en een molecuul fructose. De naam glucose is afgeleid van het Griekse woord glukus dat zoet betekent. Glucose (druivensuiker) en fructose (vruchtensuiker) zijn monosachariden. De molecuulformule van beide stoffen is C6H12O6. Uit de ruimtelijke bouw van glucose, fructose en sacharose blijkt dat er sprake is van ringvormige structuren, zogenoemde cyclische verbindingen. Omdat er in de ring naast C atomen ook O atomen aanwezig zijn, spreek je van heterocyclische verbindingen. 6
4
3
6
HOCH2 1
OH
HO
6
CH2OH O 5
2
4
OH
4
HO
3
6
1
4
OH 2
OH
Glucose
CH2OH
2
4
OH
CH2OH O 5 1
OH
HO
3
3
1
HOCH2
2
2
O
HO
3
6
1
4
OH 2
CH2OH
5 4
3
OH
Sacharose
CH2OH O 5 OH
6
O OH
OH
Fructose
CH2OH O 5 OH
HO
OH
Glucose 6
O
5
OH
1
HO
1
OH 3
OH
6
CH2OH O 5 4
O 2
CH2OH O 5
3
OH
1
OH
OH 2
OH
Maltose
Glucose
Via de OH-groepen kunnen monosachariden zich aaneenkoppelen tot lange moleculen. Bijvoorbeeld 2 moleculen glucose kunnen zich aaneenkoppelen tot een nieuwe suiker, maltose (= moutsuiker). Een glucose en een fructose molecuul kunnen samen sacharose vormen. In de moleculen zijn ook na de koppeling nog voldoende OH-groepen over om met OH-groepen uit andere glucose of fructose moleculen te reageren. Er kunnen zo dus heel grote moleculen ontstaan, zogenoemde macromoleculen. In de natuur en ook in ons lichaam gebeurt dat in aanwezigheid van hulpstoffen zoals enzymen. Deze hulpstoffen zorgen ervoor dat de monosachariden op een speciale manier aan elkaar gekoppeld worden, bijvoorbeeld altijd de OH van C atoomnummer 1 die koppelt met de OH van C atoomnummer 4 uit het andere glucose molecuul of met de OH aan C atoomnummer 2 bij een fructose molecuul. Bij deze koppelingen komen H2O moleculen vrij. Het koppelen van 2 moleculen waarbij water vrijkomt, heet condensatie. De vorming van heel grote moleculen met behulp van condensatie heet polycondensatie. Zetmeel is een combinatie van een groot aantal glucosemoleculen. Scheikundig gezien is zetmeel een polysacharide. Zetmeel kan door een hydrolyse reactie gesplitst worden in glucose. Hydrolyse is een
1 / 26
splitsingsreactie onder opname van water. Dit is dus het omgekeerde van een condensatiereactie. Ook hydrolyse vindt plaats onder invloed van enzymen, zodat het grote molecuul precies op de goede plek wordt afgebroken. In ons speeksel zit het enzym amylase waarmee zetmeel al in de mond gesplitst wordt in glucose. Ook sacharose kan in de mond gehydrolyseerd worden. Daarbij komt ook glucose vrij. In de mond zijn ook bacteriën aanwezig, onder andere Streptococcus mutans. Net als voor de mens vormt glucose een goede voedingsstof voor deze bacteriën. Streptococcus mutans zet glucose als volgt om: C6H12O6 Æ 2 CH3-CHOH-COOH glucose melkzuur Na het eten van zetmeel (bijvoorbeeld boterhammen), sacharose of glucoserijk voedsel, kan er in de mond dus melkzuur ontstaan. Het H+ uit het melkzuur is een belangrijke oorzaak van het ontstaan van cariës. De zuuraanval van de bacteriën duurt tamelijk lang; pas na 45 - 60 minuten wordt het zuur door het speeksel geneutraliseerd. Een ander effect van suikers is de vorming van macromoleculaire slijmen. Hierbij zijn ook bacteriën betrokken. De suikermoleculen worden door deze bacteriën aan hun oppervlak omgezet in macromoleculen, door ze aan elkaar te koppelen. Bij die koppelingen komt water vrij, het zijn immers condensatiereacties. Je noemt de gevormde macromoleculen extracellulaire polysachariden (EPS). Het EPS zuigt het vrijkomende water op waardoor een slijmerige massa ontstaat. Er nestelen zich allerlei bacteriën in dit mengsel. Omdat EPS gemaakt is van suikers, vormt het een ideale voedingsbron voor de bacteriën. Vanwege het slijmerige karakter kan speeksel er niet goed in doordringen. Bovendien hecht het EPS slijm zich sterk aan tanden en kiezen. We spreken dan van tandplaque wat zich langdurig hecht aan het tandweefsel. De bacteriën in tandplaque scheiden natuurlijk allerlei producten, waaronder zuren, af. Die zuren blijven vervolgens lange tijd in contact met het tandweefsel, want het speeksel en ook poetsen verwijderen de tandplaque niet. Bij de aantasting van het tandweefsel komt onder andere ook calcium vrij. Deze calciumionen zorgen er vervolgens voor dat het tandplaque versteent, waardoor het zich nog vaster aan het gebit hecht. Tandplaque zorgt dus uiteindelijk voor verwoesting van het gebit. Je spreekt van demineralisatie van het gebit (zie ook paragraaf 3). Mensen eten graag zoete dingen. Om die reden worden suikers aan veel voedingsmiddelen toegevoegd. Nadelen zijn dat je er snel dik van wordt (suikers leveren veel calorieën) en het al genoemde cariogene effect (effect waardoor cariës ontstaat). Daarom is men op zoek gegaan naar andere stoffen die ook zoet smaken, maar die slechts weinig of geen calorieën leveren en die niet als voedingsbron voor bacteriën kunnen dienen of EPS kunnen vormen en daardoor dus ook niet of veel minder cariogeen zijn dan suiker of glucose. Enkele mogelijke suikervervangers zijn: Sorbitol (55), Xylitol (100), Cyclamaat (3.500), Aspartaam (20.000) en Sacharine (35.000). De getallen tussen haakjes geven de zoetkracht aan van deze stof ten opzichte van gewone suiker (sacharose). De zoetkracht van suiker is hierbij op 100 gezet. Op deze schaal heeft glucose een zoetkracht van 80. Aan de formules zie je dat deze stoffen een heel andere structuur hebben dan glucose of sacharose.
C – OH │ C – OH │ HO – C │ C – OH │ C – OH │ C – OH
C – OH │ C – OH │ HO – C │ C – OH │ C – OH
Sorbitol
Xylitol
O ║ S ║ O
NH O
Sacharine O O═ C–O–C ║ │ H2N– C – C – NH – C – C │ C – C – OH ║ O Aspartaam
In alle light frisdranken worden suikervervangers gestopt. De vorming van plaque wordt niet gestimuleerd. Maar light frisdranken zijn nog steeds erg zuur en daardoor toch erg schadelijk voor een gebit. 2 / 26
Xylitolkauwgom is goed voor het gebit. De meest voor de hand liggende reden is dat er geen suiker in zit. Een tweede reden is dat het kauwen van kauwgom de speekselproductie versterkt. Speeksel beschermt het gebit tegen zuuraanvallen en speelt een belangrijke rol bij de remineralisatie van het gebit (zie ook paragraaf 3). Vragen en opdrachten 1. a Geef de molecuulformule van sacharose en van maltose. b Hoe kun je aan de molecuulformules van sacharose en maltose zien dat ze zijn ontstaan uit 2 monosachariden onder afsplitsing van water? 2. Wat betekenen de vetgedrukte delen in monosacharide, disacharide en polysacharide letterlijk? 3. a Schrijf de molecuulformule van melkzuur op in de vorm C..H..O.. b Klopt de gegeven reactievergelijking voor de omzetting van glucose in melkzuur? Zijn er voor en na de pijl evenveel van elke atoomsoort aanwezig? 4. Welke 2 cariogene effecten hebben suikers in de mond? 5. Polymeren zoals zetmeel en EPS noem je ook wel hoog moleculaire stoffen. Monsachariden zoals glucose en fructose noem je laag moleculaire stoffen. Wat betekenen de begrippen hoog moleculair en laag moleculair? 6. In de structuurformule van sacharine en van aspartaam is een zeshoek met een cirkeltje erin getekend. Wat is de naam van dit onderdeel van beide moleculen. Geef ook de molecuulformule van deze stof. 7. Geef de molecuulformule van de stoffen sorbitol en xylitol in de vorm C..H..O.. en in de vorm C..H..(OH).. 8. Is sacharine een cyclische verbinding? Is het ook een heterocyclische verbinding? Waarom? 9. a Om een kop thee voldoende zoet te laten smaken, doen we er 2 suikerklontjes in. Dit is ongeveer 4 gram suiker. Bereken met behulp van de zoetkracht van suiker en de suikervervangers hoeveel gram sacharine en hoeveel gram aspartaam je moet gebruiken in plaats van suiker om de thee even zoet te krijgen. b Waarom zijn zoetjes zo klein? 10. Hoeveel keer zo zoet is sacharine ten opzichte van cyclamaat?
3 Glazuur Tanden en kiezen zijn opgebouwd uit onder andere dentine en glazuur. Het glazuur vormt de buitenste laag en biedt bescherming aan het dentine. Glazuur is opgebouwd uit zogenoemde glazuurprisma’s, die weer zijn opgebouwd uit apatietnaalden. Apatiet is scheikundig gezien de stof Ca5(PO4)3OH (s), ook wel hydroxylapatiet genoemd. Apatiet is dus een zout, bestaande uit calcium ionen (Ca2+), fosfaat ionen (PO43–) en hydroxide ionen (OH–) in de verhouding 5 : 3 : 1. Zouten zijn stoffen met een ionenrooster. De positieve en negatieve ionen rangschikken zich om en om. Een ionenrooster is een heel stevige structuur, vooral als er meerwaardige ionen (lading hoger dan 1+ of 1–) in aanwezig zijn. Naast hydropxylapatiet bestaat er ook fluorapatiet Ca5(PO4)3F (s) en fluorhydroxylapatiet Ca10(PO4)6F(OH) (s). Aan de formules zie je al dat in beide soorten apatiet hydroxide ionen zijn vervangen door fluoride ionen. Het vervangen van OH– door F– ionen heeft als effect dat het ionenrooster sterker wordt. Een ionenrooster wordt namelijk ook sterker als de afmetingen van de ionen kleiner zijn en fluoride ionen zijn kleiner dan hydroxide ionen. Glazuur wordt dus sterker als er veel fluoride in zit. Fluorapatiet is de hardste stof die biologisch (in de levende natuur) gevormd kan worden. Vervanging van hydroxide door fluoride kan op 2 manieren plaatsvinden: • door diffusie vanuit de mond; • door directe inbouw van fluoride bij de vorming van nieuw tandweefsel. Diffusie is een zeer langdurig proces en verloopt langzaam, zeker als er deeltjes in (fluoride) en uit (hydroxide) een vaste stof moeten diffunderen. Daarvoor is het bovendien noodzakelijk dat er voortdurend fluoride ionen in het mondmilieu aanwezig zijn, anders stopt de diffusie. Poetsen met fluoride tandpasta is dus erg nuttig, maar nog effectiever is de fluoridering via voedsel of drinkwater, want dan kan de fluoride van binnenuit aangevoerd worden door het bloed en bij de vorming van nieuw tandweefsel ingebouwd worden. Dentine is ook voor een groot gedeelte opgebouwd uit apatiet, maar bevat daarnaast nog andere stoffen zoals eiwitten, waardoor het minder hard is dan glazuur. Glazuur bestaat voor circa 96% uit apatiet, dentine voor circa 65%. Apatietkristallen zijn naaldvormig van structuur. De verschillende naalden ordenen zich vervolgens in een karakteristiek patroon. Dit is uitgebeeld in de figuur. De streepjes en de puntjes zijn de apatietnaalden. Daar waar puntjes getekend zijn, kijk je recht op een apatietnaald, daar waar streepjes getekend zijn kijk je tegen de lange kant van de apatietnaald aan. De getrokken lijnen geven de sleutelgatvormige glazuurprisma’s aan. Eén enkele glazuurprisma is anisotroop. Dit betekent dat de eigenschappen van de glazuurprisma 3 / 26
afhankelijk zijn van de richting waarin je kijkt. Maar door getekende opstapeling van de glazuurprisma’s wijzen de apatietnaalden in alle richtingen. Dit betekent dat het glazuur als geheel uit alle richtingen krachten kan opvangen. Bij het boren in glazuur merk je ook dat de kracht die je moet uitoefenen steeds wisselt. Dit komt doordat je de ene keer evenwijdig aan de apatietnaalden boort en even later loodrecht erop. Zuren hebben een zeer nadelige invloed op glazuur. De negatieve ionen die in hydroxylapatiet aanwezig zijn, hebben allemaal basische eigenschappen. Deze ionen nemen dus H+ op, waardoor ze hun lading verliezen. De reacties die optreden zijn de volgende: OH–
+ H+
Æ
H 2O
PO43–
+ H+
Æ
HPO42–
of
PO43–
+ 2 H+ Æ
H2PO4–
of
PO43– + 3 H+ Æ H3PO4
De eerste reactie treedt het meeste op. De redenen daarvoor zijn: • de OH– ionen zitten het minst vast in het rooster en • de OH– ionen hebben de sterkste basische eigenschappen, dus die reageren het eerste met H+. De hoeveelheid negatieve ionen in het rooster neemt door deze reacties af. Dan moeten er ook positieve ionen uit het rooster verdwijnen, want in een ionenrooster is altijd evenveel positieve als negatieve lading aanwezig. Er verdwijnen dus ook Ca2+ ionen uit het rooster en die komen in het mondmilieu of in eventueel aanwezig EPS terecht. Het ionenrooster brokkelt af, het tandweefsel wordt aangetast. Bij een zuuraanval door het nuttigen van zuur voedsel, spreek je van tanderosie. Bij de voortdurende inwerking door zuur vanuit tandplaque, spreek je van demineralisatie. Het effect is in beide gevallen uiteraard hetzelfde. Demineralisatie van glazuur betekent letterlijk dat er mineraal uit het glazuur gaat. Met mineraal wordt in dit geval apatiet bedoeld., en dan met name het calcium. Hydroxylapatiet demineraliseert bij pH waarden onder de 5,5. Er verdwijnen daarbij calciumionen en hydroxide ionen uit het apatiet. 2 Ca5(PO4)3OH (s) + 2 H+ (aq) Æ Ca2+ (aq) + 3 Ca3(PO4)2 (s) + 2 H2O (l) Op de plaatsen in het glazuur waar Ca2+ ionen zijn verdwenen, krijgt het ionenrooster een andere opbouw, namelijk de opbouw van Ca3(PO4)2. Deze andere opbouw is zichtbaar als een witte, doffe plek (laesie). Bij verdergaande demineralisatie ontstaat op deze plek een holte. In het laesie stadium is herstel via remineralisatie nog mogelijk. Fluoride speelt hierbij een belangrijke rol. In feite treedt de omgekeerde reactie op, waarbij fluoride de plaats van hydroxide innneemt. Ca2+ (aq) + 2 F– (aq) + 3 Ca3(PO4)2 (s) Æ 2 Ca5(PO4)3F (s) Uiteindelijk wordt het glazuur door demineralisatie gevolgd door remineralisatie zelfs sterker omdat hydroxylapatiet is vervangen door fluorapatiet, wat een sterker ionenrooster heeft. Fluoride ionen zijn ook veel minder basisch dan hydroxide ionen. Daardoor is fluorapatiet veel minder gevoelig voor aanvallen van zuur dan hydroxylapatiet. Fluorapatiet demineraliseert bij pH waarden onder 4,5. Om fluorapatiet te laten oplossen, is er tienmaal meer zuur nodig dan om hydroxylapatiet te laten oplossen. Erosie kan veroorzaakt worden door zuren in de voeding, maar ook door maagzuur dat in de mond komt bij braken, zure dampen in een fabriek, et cetera. Enkele voedingsmiddelen die erosie kunnen veroorzaken zijn: fruit (vooral zuur fruit zoals appels, citroenen, et cetera), zuur snoepgoed, augurken en dergelijke. Ook frisdranken zijn berucht op dit vlak. Zij bevatten vaak veel suikers en daarnaast is de pH van frisdrank meestal erg laag (tussen de 2 en 3). Vanwege de grote hoeveelheid suiker proef je niet dat een frisdrank zuur is. Bij normaal gebruik van dergelijke producten ontstaat vrijwel nooit erosie; het gaat bijna altijd om langdurig gebruik van flinke hoeveelheden zure producten, bijvoorbeeld iedere dag veel zure appels of veel glazen cola drinken. De meest effectieve manier om erosie te voorkomen, is het veranderen van het voedingspatroon en minder zuur te eten of te drinken. Een andere methode is na het consumeren van erg zure dingen de mond even met water te spoelen zodat het zuur sterk verdunt en daardoor minder schadelijk zal zijn. Het is beslist af te raden om direct na het gebruik van erg zure voedingsmiddelen de tanden te poetsen, want het glazuur is dan nog geëtst door het zuur en kan dan gemakkelijk weggepoetst worden. Het is beter om een poos te wachten totdat het speeksel de zuuraanval heeft geneutraliseerd. Het speeksel bevat namelijk onder andere bicarbonaat (HCO3–). Bicarbonaat kan zuur (H+) binden voordat het zuur het tandweefsel kan aantasten. HCO3– (aq) + H+ (aq) Æ H2CO3 (aq) Æ H2O (l) + CO2 (g) Diverse soorten tandpasta bevatten bicarbonaat en fluoride. Regelmatig poetsen helpt dus ook om in het mondmilieu voldoende beschermende en gebitversterkende stoffen aanwezig te laten zijn. 4 / 26
Vragen en opdrachten 1. a Hydroxylapatiet kun je ook calciumhydroxidefosfaat noemen. Leg deze naam uit. b Geef op dezelfde manier een andere naam voor fluorapatiet. 2. a Geef de verhouding van de aanwezige ionen in fluorapatiet en in fluorhydroxylapatiet. b Controleer of in alle drie de soorten apatiet de totale positieve en de totale negatieve lading gelijk zijn. 3. Leg uit hoe het komt dat fosfaationen steviger in het kristalrooster van apatiet vastzitten dan hydroxide ionen. 4. a Wat is diffusie? Waarom gaat dat vanuit een vaste stof zo langzaam? b Waarom is het bij diffusie noodzakelijk dat er voortdurend fluoride in het mondmilieu aanwezig is? Wat zou er gebeuren er als er een poosje geen fluoride in het mondmilieu aanwezig zou zijn? 5. Noem 2 effecten van de inbouw van fluoride in apatiet als je let op de bescherming van het glazuur. 6. a Wanneer spreken we van tanderosie en wanneer van demineralisatie? b Leg uit wat het begrip remineralisatie betekent. c Hoe zorg je ervoor dat remineralisatie kan optreden? Wat moet daarvoor in de mond aanwezig zijn. 7. Bij de controle van een element ziet de tandarts een doffe plek in het glazuur. a Hoe heet zo’n doffe plek ofwel verkleuring in het glazuur? b Wat is de scheikundige samenstelling van zo’n doffe plek? c Hoe kan zo’n doffe plek scheikundig gezien ontstaan? Geef ook een reactievergelijking in je antwoord. 8. Fluorapatiet demineraliseert bij pH waarden onder de 4,5. Hydroxylapatiet bij pH waarden onder de 5,5. a In welk geval is de concentratie van het zuur het hoogste? b Hoeveel keer zo zuur is de hoogste ten opzichte van de laagste van deze 2? c Noem 2 redenen waarom fluorapatiet minder snel demineraliseert dan hydroxylapatiet. 9. a Waarom moet je na het nuttigen van erg zuur voedsel je mond spoelen met water? b Waarom moet je vooral je tanden niet poetsen direct na het nuttigen van erg zuur voedsel? 10. a Bicarbonaat komt voor in speeksel. Geef de formule van bicarbonaat. b Heeft bicarbonaat zure of basische eigenschappen? Waarom?
4 Afdrukmaterialen Het maken van een gebitsafdruk is een secuur werk. Het vervangende element zoals een brug of een kroon wordt namelijk gemaakt aan de hand van de afdruk. De afdruk moet dus een preciese kopie van het te vervangen element zijn. Het afdrukmateriaal moet bij de start van het maken van de afdruk soepel en vervormbaar zijn, want het moet de vorm aannemen van het te vervangen element. Vervolgens moet het materiaal bij het uitnemen de aangenomen vorm vasthouden, het moet dan dus stijf geworden zijn, maar tegelijkertijd ook elastisch want bij het uit de mond nemen is enig buigen soms noodzakelijk, zeker bij het maken van afdrukken waarin ondersnijdingen voorkomen. Voor afdrukmaterialen geldt dat ze bij een temperatuur van ongeveer 37 °C een fase-overgang van plastisch (vervormbaar) naar stijf (onvervormbaar) moeten vertonen. De plastische toestand is noodzakelijk om met het materiaal een afdruk te maken die zoveel mogelijk details weergeeft. Eenmaal aangebracht in de mond moet het materiaal binnen redelijke tijd verstijven, waarna de afdruk uit de mond genomen kan worden. Helaas bestaan er geen materialen die zich zo ideaal gedragen. Er zijn verschillende afdrukmaterialen op de markt, die alle verschillen qua hardingstijd, afdrukkwaliteit en duurzaamheid van de afdruk. Je kunt de afdrukmaterialen in 4 groepen indelen: 1. irreversibele stugge afdrukmaterialen (bijvoorbeeld gips); 2. irreversibele elastische afdrukmaterialen (bijvoorbeeld polymeren zoals alginaat); 3. reversibele stugge afdrukmaterialen (bijvoorbeeld stents, een mengsel van wassen en harsen); 4. reversibele elastische afdrukmaterialen (bijvoorbeeld agar). Irreversibel betekent dat het hardingsproces (de fase overgang) niet omkeerbaar is. Deze komt tot stand door een chemische reactie. Reversibel betekent dat het hardingsproces wel omkeerbaar is. Dit gebeurt door middel van afkoelen en aantrekking tussen de moleculen in het mengsel. Bij verwarmen vervloeit het materiaal weer, het materiaal is thermoplastisch. Elastisch wil zeggen dat het verstijfde materiaal na een kleine vervorming de oorspronkelijke vorm weer aanneemt, anders gezegd terugveert in de eerste vorm. 4.1 Gips Gips heeft 2 functies in de tandheelkunde. Het wordt gebruikt als modelmateriaal en als afdrukmateriaal. Gips is calciumsulfaat, een zout. Er bestaan 2 verschillende kristalvormen van gips, namelijk CaSO4 · ½H2O (calciumsulfaat hemihydraat) en 5 / 26
CaSO4 · 2H2O (calciumsulfaat dihydraat). Aan de formules zien we dat in beide vormen van gips kristalwater aanwezig is. Dit betekent dat in het ionenrooster naast Ca2+ en SO42– ionen ook watermoleculen op vaste plaatsen in het rooster zijn ingebouwd. Bij CaSO4 · ½H2O is per 2 Ca2+ en per 2 SO42– ionen 1 H2O molecuul ingebouwd. Bij CaSO4 · 2H2O zijn per Ca2+ en per SO42– ion 2 H2O moleculen ingebouwd. In de natuur komt een vrij zachte vorm van het dihydraat voor. Door dit gips te branden kan er hemihydraat van gemaakt worden. Gebeurt dat branden in een gesloten vat onder hoge druk dan ontstaat het α-hemihydraat. Gebeurt het branden aan de open lucht dan krijgen we ß – hemihydraat. α-hemihydraat heeft een heel grote dichtheid, ß-hemihydraat is veel poreuzer. Vervolgens maal je de hemihydraat kristallen fijn en meng deze weer met water. Omdat CaSO4 een slecht oplosbaar zout is, ontstaat een suspensie van CaSO4 in water. Dit materiaal heeft goede vloei-eigenschappen en kan gebruikt worden voor het maken van afdrukken. Het hemihydraat in de suspensie neemt na verloop van tijd het water op en verandert daarbij in het dihydraat. Het mengsel hardt hierdoor uit, het vrije water wordt immers ingebouwd in het kristalrooster. Bij gebruik van αhemihydraat ontstaat het harde en sterke steengips, bij gebruik van het ß-hemihydraat ontstaat het minder sterke uitgietgips. Steengips wordt vooral gebruikt als modelmateriaal. Gipsafdrukken zijn niet elastisch. Gips is dus als afdrukmateriaal alleen te gebruiken voor het maken van eenvoudige afdrukken zonder ondersnijdingen. Gipsafdrukken kunnen niet lang bewaard worden, omdat ze kunnen uitdrogen door afgifte van kristalwater of andersom kunnen opzwellen door opname van kristalwater uit de lucht. Daarbij verandert de vorm en is de afdruk niet meer bruikbaar om daarmee het vervangende element te maken. Gips wordt voornamelijk gebruikt om afdrukken uit te gieten en veel minder om er afdrukken mee te maken. 4.2 Polymerisatie en polycondensatie afdrukmaterialen Polymerisatie is het koppelen van zeer veel kleine moleculen (monomeren) tot grote macromoleculen (polymeren). Bij polycondensatie gebeurt dat ook, maar daarbij komt er per koppeling een bijproduct vrij, vaak is dat water. Polycondensatie is in het onderdeel over suikers ook al aan de orde geweest. In beide gevallen ontstaan heel grote moleculen uit vele kleine moleculen. Grote moleculen zijn veel minder beweeglijk dan kleine moleculen. Het mengsel van de monomeren is dus goed vervormbaar terwijl het product, het polymeer, vast en stijf wordt. Polymerisatie en polycondensatie kunnen dus prima toegepast worden voor het maken van afdrukken. Afhankelijk van de soort monomeren wordt het polymeer sneller of minder snel hard. Ook de mate van elasticiteit van het polymeer hangt sterk af van het gebruikte monomeer en het al dan niet ontstaan van zogenoemde cross-links (dwarsverbindingen tussen de lange polymeer moleculen) in het polymeer. Enkele voorbeelden zijn: Agar of Agar-agar Agar is een polysacharide van het monomeer galactose, wat net als glucose en fructose een monoscharide is. Agar wordt gewonnen uit rode zeewier, waar het als celwandmateriaal in voorkomt. De werking van Agar is gebaseerd op het aan elkaar hechten van de lange polymeer ketens bij het dalen van de temperatuur. Het aanwezige vocht wordt dan opgesloten in de polymeerkluwen en het mengsel stijft op. Er ontstaat een gel. Bij stijging van de temperatuur wordt de binding minder sterk, komt het opgesloten water weer vrij en wordt de massa weer vloeibaar (een sol). De naam agar komt uit het Maleis en betekent gelei. Alginaat Alginaat is het zuurrestion van alginezuur. Alginezuur is een polymeer dat qua structuur heel veel lijkt op zetmeel. Het monomeer voor de vorming van alginaat is de ringstructuur van 6-oxy-2,3-dihydroxy-hexaanzuur. O ║ C – OH │ C – OH │ HO – C │ C │ C │ C═O │ H keten monomeer alginezuur
6
6
COOH O 5
4
1
4
OH
HO 3
6
COOH O 5 1
4
OH
HO
2
3
COOH O 5 1
OH
HO
2
3
2
ring monomeer alginezuur
ring monomeer alginezuur
ring monomeer alginezuur
6
6
6
COOH O 5
4
1 3
2
COOH O 5
4
O
1 3
2
een alginezuur trimeer 6 / 26
COOH O 5
4
O
1 3
2
O
Alginezuur is dus een heel lange keten van heterocyclische monomeren met in elk monomeerdeel een zuurgroep (COOH). Alginaat is een lange keten waarin alle zuurgroepen hun H+ hebben afgestaan. Alginaat heeft dus een hoge negatieve lading. Alginaat is een meerwaardig zuurrestion. De samenstelling van een alginaat afdrukmateriaal (alginaat-hydrocolloïd) luidt als volgt: Natriumalginaat 15% formule NanAlg (s) Gips (dihydraat) 12% CaSO4 · 2H2O Kaliumfosfaat 2% K3PO4 Calciumcarbonaat 70% CaCO3 Overige stoffen, o.a. zinkfluoride 1% o.a. ZnF2 In de formules stelt Alg het alginaation voor. De index n bij Na geeft aan dat er een onbekend maar in elk geval heel veel Na+ ionen aan het alginaat ion vastzitten in de vaste toestand. Het alginaation heeft dan de lading n–. De waarde van n varieert tussen de 500 en de 1000 bij de meeste alginaatsoorten. Na het mengen van het alginaatpoeder met water treden de volgende scheikundige processen op: NanAlg (s)
n Na+ (aq)
+
Alg n– (aq)
Dit is een oplosreactie, Na zouten lossen goed op.
K3PO4 (s)
3 K+ (aq)
+
PO43– (aq)
Dit is een oplosreactie, K zouten lossen goed op.
CaSO4 (s)
Ca2+ (aq)
+
SO42– (aq)
Dit is een evenwichtsreactie, CaSO4 lost slecht op.
Als een zout goed oplost, dan zijn er in de oplossing alleen maar ionen aanwezig. Als een zout slecht oplost, dan ontstaan er in de oplossing wel een paar ionen, maar het merendeel van de stof blijft onopgelost aanwezig. We geven dit aan door een dubbele pijl te tekenen en we spreken van een evenwichtsreactie. Dit betekent dat de hoeveelheid onopgeloste stof en de hoeveelheid ionen met elkaar in evenwicht zijn. Als nu één van de aanwezige ionen weggehaald wordt uit de oplossing, bijvoorbeeld doordat het zich hecht aan een ander ion, dan raakt het evenwicht uit balans. Het gevolg is dat de evenwichtsreactie gaat proberen het weggehaalde ion weer bij te maken totdat er opnieuw balans ontstaat. In deze situatie gebeurt er zoiets. De Ca2+ ionen komen in het mengsel in contact met PO43– ionen. Deze twee ionen vormen samen een nog slechter oplosbaar zout dan CaSO4. De fosfaat ionen halen de calcium ionen uit de oplossing weg. Het gevolg is dat het nog aanwezig CaSO4 weer een beetje oplost, de nieuwe calcium ionen worden weer weggehaald door fosfaat ionen, enzovoort. De reactievergelijking van de reactie die optreedt is: 3 Ca2+ (aq)
+ 2 PO43– (aq)
Ca3(PO4)2 (s)
Dit is een neerslagreactie.
De oplosreactie van kaliumfosfaat, de evenwichtsreactie van calciumsulfaat en de vorming van calciumfosfaat bij elkaar, levert de volgende reactievergelijking: 3 CaSO4 (s) + 2 K3PO4 (s)
Ca3(PO4)2 (s)
+
3 K2SO4 (aq)
Dit heet de vertragingsreactie.
Dit gaat net zolang door totdat het fosfaat op is of dat het gips op is. De samenstelling van het alginaat hydrocolloïd is zodanig dat het fosfaat op een gegeven moment op is. Er is dan nog een beetje gips over, dus er komen uiteindelijk toch Ca2+ ionen in de oplossing. Natuurlijk komen de Ca2+ ionen ook in contact met de alginaat ionen, maar ze reageren in eerste instantie met de fosfaat ionen omdat de bindingskracht tussen Ca2+ ionen en fosfaat ionen veel groter is dan de bindingskracht tussen Ca2+ ionen en alginaat ionen. Bovendien is de afgifte van calciumionen traag, omdat we als producent van Ca2+ het slecht oplosbare gips gebruiken. Er is dus nooit heel veel Ca2+ tegelijk in de oplossing aanwezig, dus de kans dat het Ca2+ met alginaat reageert, is klein. Maar als het fosfaat op is, gaan de Ca2+ ionen wel reageren met het alginaat. Als dat gebeurt, komt de harding op gang. Door de reactie van Ca2+ met alginaat ionen hechten de alginaationen zich via het calcium aan elkaar en ontstaat er een kluwen van aan elkaar gekoppelde macromoleculen. Bovendien maken de lange alginaatketens nog onderling verbindingen met elkaar (cross-links) zodat een stevige, stijve maar toch nog enigszins elastische massa ontstaat. De reactievergelijkinbg voor dit laatste proces luidt: n Ca2+ (aq)
+ 2 Algn– (aq)
CanAlg2 (s)
Dit heet de hardingsreactie.
De hardingsreactie komt dus pas op gang als de vertragingsreactie afgelopen is. Hoe meer fosfaat er in het alginaatpoeder aanwezig is, hoe groter de verwerkingstijd, want dan blijft de vertragingsreactie lang doorlopen 7 / 26
en duurt het veel langer voordat de hardingsreactie gaat beginnen. Gebruik je weinig fosfaat dan hard het alginaat mengsel snel uit en heb je een korte verwerkingstijd. Rubber afdrukmaterialen of elastomeren, zoals siliconen en polyethers Binnen deze groep van afdrukmaterialen wordt een vervormbaar mengsel van monomeer moleculen gemengd met een hulpstof ofwel een initiator, die de polycondensatiereactie op gang brengt. Afhankelijk van de hoeveelheid initiator verloopt de harding sneller of langzamer. Bij een polycondensatie proces komt altijd een bijproduct vrij. Het uittreden van het bijproduct veroorzaakt krimp in het afdrukmateriaal. Als dit in de mond gebeurt, sluit de afdruk strak aan op het gebit, dat is een positief effect. Gaat de polycondensatiereactie na het uitnemen van de afdruk nog verder, dan is de optredende polymerisatiekrimp uiteraard nadelig. Het is dan zaak om de afdruk zo snel mogelijk met gips uit te gieten, zodat er weer tegendruk tegen deze krimp wordt geboden. Het uittredende bijproduct, meestal water, zorgt er in de mond voor dat hechting tussen gebit en afdruk voorkomen wordt. Bij doorgaande reactie na uitnemen kan het uittredende water echter een negatieve invloed hebben op de harding van het uitgietgips. Conclusie is dat de polycondensatiereactie voor de harding zo veel mogelijk in de mond moet stoppen. De hoeveelheid en de verhouding van de monomeren en de initiator zijn bepalend of dit lukt of niet. Deze polycondensatie afdrukmaterialen zijn alle zeer elastisch. Ze worden daarom ook wel elastomeren genoemd. Hierna zijn de structuurformules van siliconenrubbers en polyethers weergegeven. CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 │ │ │ │ │ │ │ │ HO – Si – O – Si – OH + HO – Si – O – Si – OH Æ HO – Si – O – Si – O – Si – O – Si – OH + H2O │ │ │ │ │ │ │ │ CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 dimethylsiloxaan
dimethylsiloxaan
dimeer van dimethylsiloxaan
Het dimeer kan links en rechts verder reageren met nieuwe monomeren of met elders in het mengsel gevormde di-, tri- of polymeren. De gemiddelde polymerisatiegraad (n) geeft aan hoeveel monomeren er uiteindelijk aan elkaar gekoppeld zijn. Dit levert dan het volgende beeld: CH3 CH3 │ │ De letter n in de formule geeft aan hoeveel monomeer moleculen aan elkaar HO – Si – O – Si – O – H gekoppeld zijn. Bij de meeste siliconenrubbers is n ongeveer 1000. │ │ Als je in plaats van de CH3 groepen andere zijgroepen aan de Si atomen CH3 CH3 n koppelt, ontstaan allerlei typen siloxanen met elk hun eigen specifieke voor- en nadelen. Een voorbeeld hiervan is putty ofwel polyvinylsiloxaan. Er zijn ook enkele siliconenrubbers op de markt waarbij de polymerisatie reactie gebaseerd is op een additiepolymerisatie. Hierbij moet er in het monomeer een dubbele binding aanwezig zijn die door een initiatorstof opengebroken wordt. Voordeel van additiepolymeren is dat er geen bijproduct gevormd wordt tijdens de reactie en de polymerisatiekrimp daardoor niet optreedt. Polyethers ontstaan op dezelfde manier als bij de siliconen doordat twee OH groepen uit 2 monomeren met elkaar reageren onder afsplitsing van water. Er zijn diverse soorten polyethers op de markt, afhankelijk van de invulling van de restgroepen aan de C atomen. De eigenschappen hangen mede samen met de soort restgroepen die aanwezig zijn. Zo zullen C ketens als restgroep het hydrofiele karakter van de polyether verlagen waardoor de hecht eigenschappen aan het tandweefsel veranderen. Afname van het hydrofiele karakter heeft ook tot gevolg dat de stijfheid van het materiaal minder is, omdat de onderlinge binding van de polymeer moleculen dan afneemt. De polycondensatie reactie ziet er als volgt uit, waarbij R1, R2, R3 en R4 voor restgroepen staan: R1 R2 │ │ HO – C – C – OH + │ │ R3 R4
R1 R2 │ │ HO – C – C – OH Æ │ │ R3 R4
R1 R2 R1 R2 │ │ │ │ HO – C – C – O – C – C – OH + H2O │ │ │ │ R3 R4 R3 R4
Bij een polymerisatiegraad n ziet het eindproduct er als volgt uit: R1 R2 │ │ HO – C – C – O – H │ │ R3 R4 n
8 / 26
Vragen en opdrachten 1. a Wat verstaan we onder een plastisch materiaal? Noem een voorbeeld. b Wat verstaan we onder een reversibel afdruk materiaal? Noem een voorbeeld. c Wat is het verschil tussen een stug afdrukmateriaal en een elastisch afdrukmateriaal? 2. Welk type afdrukmateriaal (stug irreversibel, elastisch irreversibel, stug reversibel of elastisch reversibel) is het meest vormvast, het minst breek- of scheurgevoelig en het minst afhankelijk van omgevingsomstandigheden zoals temperatuur of luchtvochtigheidsgraaf? Leg je antwoord uit. 3. a Geef de reactievergelijking van de reactie die optreedt als gips dihydraat wordt omgezet in het hemihydraat. b Als je gips dihydraat te sterk verhit, dan zeg je dat het gips is ‘doodgebrand’. Wat is er dan gebeurd? 4. Als voorbereiding voor het maken van een gipsafdruk, weegt de assistent gipspoeder en water af. Het gipspoeder is het hemihydraat, dat door wateropname omgezet wordt in het dihydraat. a Op welk moment is het gips/watermengsel het meest vloeibaar, net na menging of later in het proces? b Wat is het effect op de uithardtijd als de assistent te veel water aan het gips toevoegt? 5. a Wat is scheikundig gezien het verschil tussen polymerisatie en polycondensatie? b Bij welke van deze twee komt polymerisatiekrimp voor? Waardoor wordt dat veroorzaakt? c Noem een positief effect van het optreden van polymerisatiekrimp en een negatief effect. 6. Een afdruk die gemaakt is met agar wordt bewaard in de koelkast. Een uur voor de verdere bewerking legt de assistent de afdruk op de werktafel. De temperatuur in deze ruimte is 30 °C. Is dit verantwoord? Wat zou er mis kunnen gaan? 7. a In de tekst is een trimeer van alginezuur getekend. Wat is een trimeer? b Teken het trimeer na, maar maak er nu alginaat van. Wat verandert er dan? c Wat is het verschil tussen een molecuul alginezuur en een glucose molecuul? d Geef de formule van natriumalginaat als de polymerisatiegraad 765 bedraagt. 8. Bij een goed oplosbaar zout komen alle ionen bij contact met voldoende water allemaal tegelijk vrij in de oplossing. Bij een slecht oplosbaar zout komen de ionen bijna niet vrij, maar blijven ze aan elkaar geklit. a Welke zouten in Alginaat hydrocolloïd zijn goed oplosbaar in water en welke slecht? b Wat voor soort reactie is de oplosreactie van een slecht oplosbaar zout? 9. De verwerkingstijd van een alginaat hydrocolloïd mengsel is afhankelijk van de snelheid waarmee het Ca2+ vrijkomt en zich gaat binden aan het alginaat. Het aanwezige fosfaat speelt daarin ook een rol. a Leg uit wat er zou gebeuren als er geen fosfaat aanwezig was in het alginaat poeder. b Leg uit wat er zou gebeuren als we in plaats van gips (slecht oplosbaar calciumzout) calciumchloride (goed oplosbaar calciumzout) zouden gebruiken in het poeder. c Leg uit hoe je de verwerkingstijd kunt verlengen. d Wanneer wordt het alginaat stijver en harder, als er veel gips of als er weinig gips gebruikt wordt bij dezelfde hoeveelheid fosfaat? 10. In plaats van kaliumfosfaat wordt ook wel natriumcarbonaat (Na2CO3) gebruikt om de harding van alginaat te vertragen. a Geef de reactievergelijking voor de vertragingsreactie bij gebruik van natriumcarbonaat. b Is calciumcarbonaat slechter oplosbaar in water dan calciumsulfaat of beter? Waarom? 11. Door een productiefout is er in alginaat hydrocolloïd poeder een hoeveelheid natriumsulfaat terechtgekomen. Bij oplossen komt er dus behoorlijk wat sulfaat in het vloeibare mengsel. Sulfaat is ook één van de ionen die te maken heeft met de evenwichtsreactie van het ‘oplossen’ van gips. a Waarom staat het woord oplossen tussen aanhalingstekens? b Schrijf de reactievergelijking op van de ‘oplosreactie’ van gips. c Welke invloed heeft het te veel toegevoegde sulfaat op het evenwicht? d Welke invloed heeft deze fout op de verwerkingstijd van het alginaat hydrocolloïd? 12. Wat is het verschil tussen een additie polymerisatie en een condensatie polymerisatie? Bij welke van de 2 treedt er geen polymerisatiekrimp op? 13. a Teken een stukje van putty ofwel polyvinylsiloxaan. In putty zijn de methyl groepen in het monomeer dimethylsiloxaan vervangen door ethyl (ofwel vinyl) groepen. b Is putty meer of minder hydrofiel dan polymethylsiloxaan? Waarom?
9 / 26
5 Vul- en sealmaterialen Vulmaterialen (cementen) en sealmaterialen (sealants) worden gebruikt om door cariës aangetast tandweefsel te repareren. Vulmaterialen dienen om grotere caviteiten op te vullen waarbij de hechting plaatsvindt aan glazuur en/of aan dentine. Sealants zijn in gebruik voor de reparatie van fisuren, leasies en etsputjes in glazuur. Sommige materialen kunnen zowel als vulmateriaal en als sealant toegepast worden. Het meest bekende vulmateriaal is amalgaam. Amalgaam heeft een uitstekende hechting aan dentine en wordt na inbrengen vrij snel hard. De sterkte van het amalgaam is vergelijkbaar met de sterkte van glazuur en dentine. Nadelen van amalgaam zijn de grijze kleur, de negatieve milieu-effecten van kwik (kwik is giftig en bij het inbrengen van een amalgaamvulling komt kwik vrij en ook in de mond komt er na verloop van jaren telkens een heel klein beetje kwik vrij uit de vulling) en het uitzetten van de vulling door corrosie, waardoor de vulling los kan komen te zitten en het omringende element zelfs kan scheuren. Vanwege deze nadelen van amalgaam is er veel onderzoek gedaan naar vervangende vulmaterialen. In eerste instantie zijn composieten, zoals Delton, Concise, Clinpro, enzovoort ontwikkeld die het gebruik van amalgaam sterk terugdrongen. Composieten bestaan uit een matrixfase en een vulstof. De matrixfase bestaat uit monomeren die tijdens of na het plaatsen van de vulling gaan polymeriseren onder invloed van licht of een hulpstof zodat de vulling hard wordt. In het eerste geval spreek je van licht uithardend composiet, in het tweede geval van chemisch uithardend composiet. De aanwezige vulstof, vaak kwarts (SiO2) of glas (Al2(SiO3)3) of een ander keramisch materiaal (bijvoorbeeld zinkoxide, ZnO of aluminiumoxide, Al2O3) zorgt voor de uiteindelijke hardheid van de vulling. De vulstof verdeelt zich tijdens de polymerisatie over het hard wordende materiaal en wordt op zijn plaatsgehouden door de kriskras door elkaar heen liggende polymeerketens. Het grote voordeel van deze kunststof vulmaterialen is het feit dat de kleur bijna gelijk aan die van het natuurlijke tandweefsel gemaakt kan worden. Ook kunnen met composiet oppervlakkige restauraties gemaakt worden (bijvoorbeeld fisuurlakken), iets wat met amalgaam veel minder goed gaat. Nadeel van composiet is het optreden van krimp tijdens uitharden, waardoor op de randen lekkages kunnen optreden waarin opnieuw cariës kan ontstaan (secundaire cariës). Maar het grootste probleem bij composieten vormt de hechting aan het dentine. Composieten zijn hydrofoob terwijl het mondmilieu en het dentine hydrofiel zijn. Voor een goede hechting moet het oppervlak helemaal droog zijn, moet het ruw gemaakt zijn (etsen) en zijn vaak ingewikkelde en tijdrovende bondingprocessen nodig. De zo verkregen hechting is in het begin goed, maar na verloop van enkele jaren blijken vooral de vereenvoudigde bonding systemen door wateropname (hydratatie) toch weer los te laten. Verder smaken etsgel en monomeren vaak vies en kunnen er toxische monomeren overblijven als de harding (polymerisatie) niet volledig is. Zeker op de minder zichtbare plekken van het gebit heeft amalgaam daarom weer terrein teruggewonnen van composiet. Zowel bij amalgaam als bij composiet is de hechting aan tandweefsel mechanisch. Je zegt ook wel dat amalgaam en composiet plakken door middel van retentie. Dat wil zeggen dat vulstof en tandweefsel aan elkaar blijven zitten door middel van adhesie krachten. Mechanische binding kan sterk zijn, vooral als het contactoppervlak groot is. Dit kun je bereiken door het element op te ruwen, dus door er groefjes of putjes in te maken. Bij glazuur en dentine gebruik je daar zure etsgel voor, waardoor het glazuur ter plekke oplost en die putjes en groefjes ontstaan. Door het nog kneedbare amalgaam goed in de putjes en groefjes te duwen of het nog vloeibare composiet in de putjes en groefjes te laten vloeien, wordt na uitharding bij amalgaam een sterke en bij composiet in combinatie met een bonding een redelijk sterke hechting bereikt. Bij het uitvloeien van composiet bestaat ook het risico dat het over niet geëtst tandweefsel vloeit. Na uitharding zal hier de hechting tussen composiet en het gladde tandweefsel zeer gering zijn en ontstaan snel lekkages waar zich weer bacteriën kunnen ophopen, die onder het composiet onbereikbaar zijn voor de tandenborstel. Bij mechanische hechting of retentie wordt dus altijd eerst gezond tandweefsel verwijderd om het oppervlak te vergroten. De hechtsterkte die na het uitharden is bereikt, is de maximaal haalbare hechting, die onder invloed van corrosie (amalgaam) of hydratatie (composiet) na verloop van tijd alleen maar minder zal worden. De laatste jaren zijn nieuwe, glasachtige vulmaterialen en sealants ontwikkeld die geen van de eerder genoemde nadelen van amalgaam en composiet laten zien. Glasachtigen zoals Ketac Fill, Ketac Molar, Fuji VII triage, Fuji IX (alle glasionomeercementen of GIC) en Glascarbomeer zijn opgebouwd uit een matrix bestaande uit gevriesdroogde polymeren (allerlei varianten van polyacrylaat) en vulstof bestaande uit glaspoeder (fluoraluminiumsilicaat, siliciumdioxide, kiezelzuur en dergelijke) met daarbij calciumfluoride en ook fluorapatiet. De harding van de glasachtigen is gebaseerd op een chemische reactie tussen calcium en aluminium ionen met de zuurrestgroepen in het polyacrylaat. Het aanwezige polyacrylaat is een polymeer waarvan de polymerisatie 10 / 26
niet in de mond plaatsvindt maar tijdens de fabricage van het poeder. Tijdens de harding treedt dus ook geen polymerisatiekrimp op. En ook eventuele resten van monomeren komen niet in de mond terecht. Polyacrylaat is een hydrofiele matrix. Het poeder moet in een waterige oplossing gebracht worden, dus droog werken is niet noodzakelijk, hetgeen de verwerking een stuk eenvoudiger maakt. Vooral bij kinderen is dit een enorm winstpunt. De aanwezigheid van Ca2+ ionen, F– ionen en fluorapatiet in de glasachtige vulstoffen en sealants zorgen er bovendien voor dat er na het aanbrengen nog gedurende een lange tijd reacties tussen vulstof/sealant en het glazuur of dentine optreedt, waarin deze zelfde stoffen voorkomen. Er is sprake van chemische hechting, vulstof/sealant en tandweefsel blijven aan elkaar zitten doordat er chemische bindingen zoals ionbindingen tussen beide ontstaan. Uit recent onderzoek blijkt dat glasachtig materiaal onder invloed van speeksel een reactie aangaan met glazuur waarbij het omgezet wordt in een nieuwe harde laag van fluorapatiet die een voortzetting wordt van het natuurlijke glazuur. Je spreekt van pseudo-glazuur. Deze eigenschap betekent dat een beschadiging in natuurlijk tandweefsel als het ware dichtgroeit. Er zijn geen naden en geen lekkages. De uitzetting van glasachtige materialen benadert die van natuurlijk tandweefsel. De aanwezigheid van fluoride zorgt voor een verhoging van de fluorideconcentratie in het speeksel. Dit heeft een gunstig effect op remineralisatieprocessen en zorgt voor een afname van de aantallen streptococcus mutans. Glasachtigen hebben als nadeel dat de uithardingstijd lang is, waardoor de initiële sterkte van de restauratie geringer is dan bij composiet of amalgaam. De uitharding kan versneld worden door gebruik te maken van hoog rendement lampen, maar dat neemt dit nadeel niet volledig weg. Er zijn ook mengvormen van glasionomeren en composieten ontwikkeld. Deze worden aangeduid met de term compomeren. In de rest van deze paragraaf gaan we nog wat dieper in op de scheikundige samenstelling van een aantal vulmaterialen en sealants en bespreken we reacties die optreden bij de harding van deze materialen en de hechting met natuurlijk tandweefsel. We bespreken achtereenvolgens amalgaam, traditionele cementen, composiet, glasionomeercement en carbomeer. Vragen en opdrachten 1. Wat is het verschil tussen een vulmateriaal en een sealant. 2. a Noem 2 positieve eigenschappen van amalgaamvullingen b Noem 3 negatieve aspecten van amalgaamvullingen. 3. Waarom werd in de jaren tussen 1970 en 1980 het gebruik van amalgaam teruggedrongen door composiet? 4. Waarom werd vanaf 1990 het gebruik van amalgaam toch weer meer ten koste van composiet? 5. Wat is het grootste voordeel van composiet ten opzichte van amalgaam? 6. Welke 2 manieren van hechting tussen een vulmateriaal en tandweefsel zijn er. 7. Composieten zijn hydrofoob. Wat betekent hydrofoob? Welke consequentie heeft dit voor de verwerking van composiet? 8. In glasachtige vulmaterialen en sealants is de vloeistoffase ook een polymeer, net als bij composiet. Waarom blijven er na uitharding van glasachtigen dan geen restjes monomeer over, terwijl dit bij composiet wel kan gebeuren? 9. Wat verstaan we onder pseudo-glazuur? 10. Welk nadeel hebben glasachtige vulmaterialen en sealants? 11. Welke reden kun je hebben om een compomeer te gebruiken in plaats van een glasionomeer? Amalgaam Een amalgaam is een legering van één of meer metalen met kwik. In de tandheelkunde versta je onder amalgaam een legering van een speciaal mengsel metalen met kwik. Dit speciale mengsel van metalen noem je kortweg de amalgaamlegering. De amalgaamlegering bevat dus nog geen kwik, een amalgaam bevat wel kwik. Door de amalgaamlegering te mengen met kwik ontstaat een nieuwe legering die in eerste instantie kneedbaar en vervormbaar is. In de nieuwe legering treden allerlei reacties tussen metaalatomen op met als uiteindelijk resultaat een uitgehard amalgaam. Scheikundig gezien is een legering een mengsel van metalen. Je onderscheidt ruwweg 4 soorten: 1. Ongeordende vaste ‘oplossingen’ Metalen die ongeveer even grote atomen hebben en een gelijke valentie (lading in de ionvorm) kunnen in elke willekeurige verhouding met elkaar gemengd zijn. Een voorbeeld hiervan is een legering van goud en zilver, een Au-Ag systeem. 2. Geordende vaste ‘oplossing’ (een zogenoemd superrooster) Sommige soorten metaalatomen mengen alleen in een vaste verhouding met elkaar.Van deze legeringen kun je dus een verhoudingsformule opschrijven. Voorbeelden zijn CuAu en Cu2Au3, beide koper-goud legeringen, die veel in gebruik zijn voor het maken van ‘gouden’ kronen. 11 / 26
3. Eutectische legeringen Dit zijn legeringen waarbij de samenstelling in de gesmolten toestand en in de vaste toestand exact gelijk zijn. Dit doet zich voor bij specifieke verhoudingen van de aanwezige metalen, bijvoorbeeld een eutectische lood-tin legering bevat 38% Pb en 62% Sn. Bevat het vloeibare mengsel meer lood, dan zullen er bij het kristallisatieproces eerst zuivere loodkorrels gevormd worden en vanaf het moment dat de samenstelling precies 38 – 62 is geworden, kristalliseert het mengsel in deze samenstelling verder uit. De vaste legering bestaat dan uit loodkorrels met daar omheen een mengsel van 62% Sn en 38% Pb. Het eutectische deel is dus ook een superrooster. Een eutectisch mengsel blijkt ook het mengsel met het laagste smeltpunt te zijn. 4. Mengsel van intermetallische verbindingen ofwel mengsel van superroosters Wanneer een vloeibaar mengsel van diverse metalen door elkaar heen uitkristalliseert, zullen er diverse superroosters tegelijkertijd ontstaan. Elk superrooster heeft een eigen samenstelling en eigenschappen. In de vaste toestand zitten wel al die korrels aan elkaar vast, maar de bindingskrachten in de korrels is groter dan de krachten tussen de korrels. Er ontstaat een vaste metaalmassa, die echter vatbaar is voor breuk op de korrelgrenzen. Hoe groter de korrels zijn die in het metaalmengsel zitten, hoe groter de kans op breuk. Amalgaam is een voorbeeld van een intermetallisch mengsel. Amalgaam bestaat bijvoorbeeld uit gamma (Ag3Sn), zuiver kwik (Hg), gamma-1 (Ag2Hg3) en gamma-2 (Sn8Hg). Gamma, gamma-1 en gamma-2 zijn ieder op zich voorbeelden van geordende vaste oplossingen (type 2). Er zijn verschillende amalgaamlegeringen in de handel, elk met hun eigen specifieke samenstelling, en elke amalgaamlegering levert in combinatie met kwik een specifiek amalgaam op met specifieke eigenschappen ten aanzien van hechting en sterkte. Ook de mengverhouding met kwik speelt hierin een rol. Men onderscheidt de volgende soorten amalgaamlegering: • Conventionele, verspaande of lath-cut amalgaamlegering De vier metalen zilver (Ag, 65 – 70%), tin (Sn, 24 – 29 %), koper (Cu, 0 – 6%) en zink (Zn, 0 – 2%) worden samengesmolten. De legering die bij afkoelen ontstaat, wordt verspaand tot staafvormige deeltjes met een grootte tot 1 mm. • Sferische amalgaamlegering Na afkoeling van dezelfde smelt als hiervoor worden nu bolvormige deeltjes gemaakt. De afmetingen zijn nu maximaal 0,1 mm. • Dispersant-alloy, dispersed alloy of dispersalloy amalgaamlegering Dezelfde smelt als hiervoor wordt nog gemengd met een eutectische Ag-Cu legering met verhouding 71,9% Ag en 28,1% Cu. Bij gebruik van de dispersalloy amalgaamlegering ontstaat na mengen met kwik geen gamma-2 fase, een zogenoemd non gamma-2 alloy. Om het amalgaam aan te maken, meng je de amalgaamlegering met vloeibare kwik. Je neemt ongeveer 46% kwik tegen 54% amalgaamlegering. Tijdens het mengproces reageren de korrels in de amalgaamlegering aan hun oppervlak met kwik. Dus alleen aan het oppervlak ontstaan nieuwe kwiklegeringen, die de korrels omgeven en uiteindelijk ervoor zorgen dat alle afzonderlijke korrels aan elkaar gekoppeld worden. In de figuur is dit schematisch weergegeven. de golflijntjes stellen de nieuwe kwiklegeringen voor die de korrels van de oorspronkelijke amalgaamlegering aan elkaar koppelen.
Het mengproces van kwik met de amalgaamlegering noem je trituratie. De belangrijkste reactie die optreedt tijdens de trituratie, is de omzetting van gamma (de Ag3Sn legering, waarvan ook het meeste aanwezig is in de amalgaamlegering) in gamma-1 en meestal ook gamma-2. 8 Ag3Sn (s) gamma
+
37 Hg (l) kwik
Æ
12 Ag2Hg3 (s) gamma-1
+
Sn8Hg (s) gamma-2
Het sterke en harde gamma is nu omgeven door een bros gamma-1 en een vrij zacht gamma-2. Vooral gamma-2 is verantwoordelijk voor een lagere sterkte, optreden van corrosie en vloei van het amalgaam.
12 / 26
De harding gaat sneller naarmate er meer zilver en tin aanwezig zijn en naarmate de deeltjes van de amalgaamlegering kleiner zijn (groter contactoppervlak waardoor er sneller reactie met kwik optreedt). Meestal is het amalgaam 5 minuten na de trituratie al hard genoeg om met de afwerking te beginnen. Na het aanbrengen van een amalgaamrestauratie moet er altijd gecondenseerd worden. Hiermee wordt bedoeld dat het amalgaam met een stopper stevig in de caviteit geperst moet worden. Enerzijds gebeurt dit om de caviteit in alle hoeken te vullen met amalgaam, maar anderzijds ook om eventueel metallisch kwik uit het amalgaam te persen. Metallisch kwik is kwik dat niet gereageerd heeft met een ander metaal en dus vrij in het amalgaam voorkomt. Metallisch kwik is giftig en moet dus tijdens de condensatie direct afgezogen worden. Eén van de gevaren van metallisch kwik is onder andere dat het vrij snel verdampt (kwikdamp). Om die reden wordt metallisch kwik onder een laagje water of olie bewaard. Bij het werken met kwik dien je je sowieso te houden aan de strenge regels ten aanzien van het werken daarmee. Amalgaamvullingen zijn, als ze goed aangebracht zijn, zeer slijtvast en vertonen weinig lekkage op de randen omdat het materiaal niet krimpt. Op den duur kan er wel wat metallisch kwik weglekken (diffunderen) uit het amalgaam en in het lichaam terecht komen. Dit zijn echter zeer kleine hoeveelheden uitgesmeerd over een lange periode. Ook kan er na lange tijd corrosie (reactie van amalgaam met zuurstof onder invloed van water) optreden. Als dat gebeurt, zet de legering uit, wat zelfs kan leiden tot breuk van het omringende element. Vragen en opdrachten 11. a Bevat een amalgaamlegering kwik? b Bevat amalgaam kwik? 12. a Maakt de aanwezigheid van kwik in een amalgaamvulling deze vulling sterker of juist zwakker. b Wat is de functie van het kwik in een amalgaamvulling? 13. a Kunnen Na en Al samen een ongeordende vaste ‘oplossing’ vormen? Waarom wel/ niet? b Waarom staat het woord oplossing tussen aanhalingstekens? 14. a Geef de verhoudingsformule van gamma, gamma-1 en gamma-2. b Wat voor type legering zijn gamma, gamma-1 en gamma-2 ieder afzonderlijk? Waarom? c Wat voor type legering is het mengsel van gamma, gamma-1 en gamma-2? 15. In een vloeibaar mengsel van lood en tin komt 90% lood voor. Dit mengsel laat je afkoelen. a Welk mengsel van lood en tin noem je een eutectisch mengsel? b Welke samenstelling heeft het vaste metaal dat als eerste uitkristalliseert? c Welke samenstelling heeft het vaste metaal dat als laatste uitkristalliseert? 16. De samenstelling van een conventionele amalgaamlegering is Ag 71%, Sn 24%, Cu 2% en Zn 5%. De formule van gamma, de belangrijkste legering in deze amalgaamlegering, is Ag3Sn (s). De atoommassa’s van zilver en tin zijn respectievelijk 107,9 g/mol en 118,7 g/mol. a Bereken de molecuulmassa van Ag3Sn. b Bereken het gehalte zilver en het gehalte tin in Ag3Sn. c Komen de gehaltes die je in b. hebt berekend een beetje overeen met de samenstelling van gamma? 17. Bij gebruik van welke amalgaamlegering gaat de hardingsreactie het snelste? Bij gebruik van conventioneel of bij gebruik van sferisch amalgaamlegering? Waarom? 18. a Schrijf de reactievergelijking tussen gamma en kwik op. b Wat betekenen de getallen 8 en 37 voor de pijl in deze reactievergelijking? c In vraag 18 heb je de molecuulmassa van gamma uitgerekend. De atoommassa van kwik is 200,6 g/mol. Bereken nu de ideale massaverhouding waarin kwik en gamma met elkaar gemengd moeten worden. 19. Wat verstaan we onder trituratie? Wat betekend condensatie in relatie met amalgaamvullingen? 20. Welke producten ontstaan bij de corrosie van amalgaam? Noem minstens 2 namen en formules van dergelijke producten. Zinkoxide eugenol cement Zinkoxide eugenol cement is in gebruik voor het opvullen van grotere caviteiten en dient vaak als tussenlaag tussen de pulpa en de uiteindelijke toplaag van de vulling. De toplaag moet hard en sterk zijn, de rol van het cement is vooral het bevorderen van de hechting en het voorkomen van pulpa irritatie. Het poeder bestaat uit zinkoxide (ZnO), zinkacetaat (ZnAc2 ofwel (CH3COO)2Zn) en zinkstearaat (C17H35COO)2Zn. Deze laatste twee stoffen dienen om de hardingsreactie te versnellen. Daarnaast bevat het poeder dennenhars. Dit is toegevoegd om de verwerking te verbeteren. De vloeistof bestaat voor 85% uit eugenol (kruidnagelolie) en voor het overige uit olijfolie en water.
13 / 26
De hardingsreactie berust op de vorming van zinkcomplexen aan het oppervlak van de zinkoxidekorrels. Een complex is een verbinding van een metaalion met moleculen of negatieve ionen waarbij er een soort atoombinding ontstaat tussen het positief geladen metaalion en het molecuul of negatieve ion. Het molecuul of negatieve ion noem je in zo’n geval een ligand. Normaal gesproken trekken positieve en negatieve ionen elkaar als magneten aan. Dit noemen we ionbinding. Niet metaal atomen koppelen zich aan elkaar door middel van gemeenschappelijke elektronenparen. Dit zijn elektronen die door beide atomen worden vastgehouden. Dit noemen we atoombinding. Bij een complex is er sprake van een mengvorm van ionbinding en atoombinding. Het positieve metaalion trekt een elektronenpaar van een of meerdere liganden sterk aan, maar de liganden houden dat elektronenpaar ook nog vast. Het gevolg is dat er een sterke binding ontstaat tussen het metaalion en het ligand die sterker is dan de normale ionbinding. Complexvorming treedt op bij metaalionen met een hoger atoomnummer, zoals Zn, Pb en Ag.
In de figuur is zinkhydroxide (Zn(OH)2) getekend in de ionvorm (links) en in de complexvorm (rechts). Zn2+ ionen zijn gekoppeld aan 4 liganden, anders gezegd: er moeten van 4 kanten elektronenparen naar Zn toekomen om een goed complex te vormen. In het complex zit elk Zn atoom gekoppeld aan 4 O atomen. Tijdens en na het mengen van poeder en vloeistof en dus ook tijdens het verwerken, treden de volgende reacties op: (1) aanmaken van zinkhydroxide uit zinkoxide en water. Dit gebeurt aan het oppervlak van de zinkoxidekorrels. ZnO (s) + H2O (l) Æ Zn(OH)2 (s) (2) koppeling van zinkhydroxide met eugenol. eugenol (l) + Zn(OH)2 (s) Æ Zn-eugenolcomplex (s) + H2O (l) eugenol ZnO korrel Zn(OH)2 laag
14 / 26
De eugenol moleculen reageren met hun OH groep met zinkhydroxide. Bij deze reactie ontstaat water en het O atoom van de OH groep uit eugenol vormt een complexbinding met het zink ion. Het O atoom uit de OCH3 groep van eugenol vormt ook een complexbinding met het zinkion. Op deze wijze komen alle eugenolmoleculen vast te zitten aan de ZnO korrels en verstijft het mengsel. Voegen we reactie (1) en (2) samen, dan krijg je de netto reactie tussen ZnO en eugenol: (3) ZnO (s) + eugenol (l) Æ Zn-eugenolcomplex (s) Bij reactie 1 is water nodig, bij reactie 2 komt water vrij. Netto wordt water niet gebruikt, maar het is wel nodig om de reactie op te starten, namelijk om de zinkoxide in de poederdeeltjes om te zetten in zinkhydroxide, wat dan vervolgens complexen kan vormen met de eugenol. Om de reactie te laten starten, moet dus een beetje water worden toegevoegd. Vervolgens zorgt de reactie zelf voor de aanvoer van voldoende water om het proces (de vorming van zinkhydroxide en vervolgens de complexvorming met eugenol) op gang te houden. Het vloeibare eugenol wordt zodoende gebonden aan de zinkoxide korrels en het mengsel verstijft. Zinkacetaat en zinkstearaat bevorderen de reactie doordat ze de menging van zinkoxide en eugenol positief beïnvloeden. Beide stoffen treden op als emulgatoren. Er zijn 3 factoren die de hardingsreactie versnellen: • Het gebruik van meer poeder. Er is dan meer zinkoxide aanwezig waardoor de verstijving sneller plaatsvindt. • Het gebruik van meer water. Als er meer water in het begin wordt toegevoegd, zal er ook meer zinkhydroxide ontstaan en dan worden er ook meer complexen gevormd zodat de verstijving sneller verloopt. • Verhoging van de temperatuur. De meeste reacties verlopen sneller bij een hogere temperatuur. De vorming van het zink eugenolcomplex is een exotherme reactie. Er komt dus warmte vrij waardoor de temperatuur stijgt. Het mengen van het poeder en de vloeistof vindt daarom plaats op een gekoelde glasplaat om de verhoging van de temperatuur tegen te gaan. Risico van te sterk afkoelen is dat er dan condens kan ontstaan van waterdamp uit de lucht en dan wordt de hardingsreactie alsnog versneld doordat er meer water bijkomt. Er zijn nog meer cementen op basis van zinkoxide, zoals zinkoxide carboxylaat cement (kortweg carboxylaat cement). Bij carboxylaat cement is de vloeistof polyacrylzuur, een polymeer dat ontstaat uit acrylzuur ofwel 2propeenzuur (CH2 = CH – COOH). De zink ionen aan het oppervlak van de zinkoxidekorrels reageren met de zuurgroepen van het polyacrylzuur en vormen daarmee complexen. Het resultaat is weer dat de zinkoxidekorrels de vloeistof aan zich binden waardoor de massa verstijft. Ook andere keramische oxiden, zoals Al2O3 en CaO vinden toepassing in cementen. We noemen nog het calciumhydroxide cement. Het poeder is ongebluste kalk. De vloeistof is voornamelijk water. Bij het mengen ontstaat het calciumhydroxide volgens de reactievergelijking: CaO (s) + H2O (l) Æ Ca(OH)2 (s) Het calciumhydroxide vormt met weinig water een suspensie die door drogen hard wordt. Een calciumhydroxide cement wordt toegepast bij zeer diepe caviteiten, waarbij bijna de pulpa is bereikt om als onderlaag te dienen en de pulpa te stabiliseren. Calciumhydroxide wordt altijd in combinatie met andere cementen zoals glasionomeercement of zinkoxide eugenolcement gebruikt. Vragen en opdrachten 21. Is de grondstof ZnO die voor diverse cementen gebruikt wordt, een zure of een basische stof? 22. Dezelfde vraag voor de stoffen SiO2 , CaO en Al2O3. 23. Wat is een keramisch oxide? 24. a Een bekend voorbeeld van een zilvercomplex is Ag(NH3)2+. Welke deeltjes zijn hier het ligand? b Een ander bekend voorbeeld van een complex is hemoglobine, wat zorgt voor het transport van zuurstof in het bloed? Welk metaalion zit er in hemoglobine en welke stof vormt het ligand? 25. a Teken de structuurformule van het monomeer van polyacrylzuur. Polyacrylzuur ontstaat door een additiepolymerisatie. b Geef de molecuulformule van de stof eugenol. 26. a Waarom is er voor het opstarten van de hardingsreactie voor het zinkoxide eugenol cement water nodig? b Wat is het effect van toevoegen van meer water dan nodig is op de hardingsreactie? 27. De hardingsreactie van zinkoxide eugenol cement is een exotherme reactie. Wat is een exotherme reactie? 15 / 26
28. a Is een cement waarin heel veel cross-links ontstaan tijdens het uitharden harder of zachter dan een cement waarin bijna geen cross-links ontstaan? b Noem een voorbeeld van een cement waarin weinig cross-links ontstaan. c Noem ook een voorbeeld van een cement waarin juist veel cross-links ontstaan. 29. a Wat is het verschil tussen een ionbinding en een complexbinding? b Bij welke metaalionen komen vaak complexbindingen voor? c Zijn complexbindingen sterker of minder sterk dan ionbindingen? 30. Een assistent mengt het poeder en de vloeistof voor een zink eugenolcement. Ze doet dit volgens voorschrift op een gekoelde glasplaat. Ze merkt tijdens het mengen dat de hardingsreactie al op gang komt, en zet daarom de koeling nog wat harder aan. Dit heeft echter niet het gewenste effect, de hardingsreactie lijkt zelfs sneller te gaan verlopen. Wat is er hier aan de hand? Composieten Composieten zijn kunsstof vulmaterialen die bestaan uit een mengsel van ten minste 2 verschillende materialen: 1. Een matrix bestaande uit hoofdzakelijk een polymeer, dat gevormd wordt tijdens de restauratie. 2. Vulstof waarvoor kwarts (SiO2), glas (Al2(SiO3)3), keramisch oxiden of mengvormen van deze 3 in gebruik zijn. Er kunnen verder nog stoffen toegevoegd zijn die invloed hebben op de hardingsreactie en de verwerkingstijd, de mechanische eigenschappen zoals uitzetting, trekvastheid en de zijwaartse kracht die het materiaal kan verduren, de viscositeit, de kleur en de hechting aan glazuur of dentine. Voor en tijdens de verwerking, wanneer de matrix nog uit monomeren bestaat, is het composiet vervormbaar (‘vloeibaar’), omdat de polymerisatie nog niet op gang is gekomen. Deze start pas als het mengsel wordt belicht met speciaal ultraviolet licht (blauwe lamp). Je spreekt van licht-hardende composieten. Er zijn ook composieten waarvan de polymerisatie wel direct na mengen start. Je spreekt dan van chemisch hardende composiet. Het voordeel van licht-hardende composiet is dat het mogelijk is het mengsel van matrix en vulstof kant-enklaar aan te leveren en vlak voor gebruik uit de verpakking te halen. Het mengen hoeft dan niet door de tandarts of de assistent gedaan te worden, maar kan vooraf professioneel plaatsvinden. Ook het aanbrengen verloopt een stuk rustiger omdat de harding pas begint na belichten met een speciale lamp. Nadeel bij wat grotere caviteiten is dat voor een goede harding de lagen maximaal 2 – 3 mm dik mogen zijn en dat elke volgende laag pas aangebracht kan worden nadat de vorige helemaal uitgehard is. Water heeft een zeer nadelige invloed op de uitharding van composiet, dus het aanbrengen van meerdere lagen in de vochtige mond vergt veel preventiemaatregelen (zoals bijvoorbeeld rubberdam) en is voor de patiënt soms wel erg belastend. Het voordeel van chemisch hardende composiet is dat het wel in grotere hoeveelheden in de caviteit aangebracht kan worden, de chemische reactie komt van binnenuit het mengsel en werkt niet alleen op het oppervlak, zoals licht wel doet. Een groot nadeel van composiet is echter het optreden van de zogenoemde polymerisatiekrimp. Tijdens het polymerisatieproces ofwel de hardingsreactie neemt het volume van de composietmassa af. Vooral op de randen van de gevulde caviteit kan daardoor lekkage optreden. Hier biedt de lichthardende composiet weer voordelen, aangezien bij elke nieuwe laag eventueel spleten in de vorige laag weer opgevuld kunnen worden. Composiet hecht niet uit zichzelf aan tandweefsel. Er is daarvoor altijd een bonding (lijm) nodig. Water heeft een zeer nadelige invloed op de hechting van composiet aan tandweefsel. Tot slot nog een opmerking over de indeling in 4 groepen die je voor composieten hanteert, gebaseerd op de afmetingen van de vulstofdeeltjes: 1. Macro vulstof composiet ofwel traditioneel composiet. De vulstof bestaat uit grove onregelmatig gevormde korrels met afmetingen van 0,1 – 100 µm (micrometer, dit is 0,001 mm). Deze wordt bijna niet meer gebruikt. De grote deeltjes maken polijsten lastig, tandplaque hecht makkelijker en de slijtvastheid is te laag. Door de grote deeltjes is dit composiet ook minder fraai. 2. Micro vulstof composiet. De vulstofkorrels zijn zeer klein, namelijk 0,01 – 0,12 µm. De hechting tussen de vulstof en de matrix is door het grote contactoppervlak erg hoog. Deze vorm is goed slijtvast, maar niet heel sterk. Het is vooral in gebruik voor restauraties in de frontstreek. Een speciale vorm van micro vulstof composiet is nano-composiet. Alle deeltjes hebben ongeveer dezelfde afmetingen, namelijk 0,02 – 0,04 µm. Nano-composiet kan tot hoogglans gepolijst worden. 3. Voorgepolymeriseerde micro vulstof composiet. Een deel van de vulstof is al ingebed in gepolymeriseerde matrix, die vervolgens weer in kleine korrels van 150 – 200 µm is gemalen. De rest van de vulstof is aanwezig zoals in 2, dus met afmetingen van 0,01 – 0,12 µm. 4. Hybride vulstof composiet. Dit is een mengsel van type 1 en type 2. Het is iets minder sterk dan amalgaam, maar wel veel esthetischer en wordt gebruikt voor restauraties in de achterste delen van de tandbogen waar grote kauwkrachten voor kunnen komen. 16 / 26
Alle vier de typen zijn hierna schematisch uitgebeeld.
Vragen en opdrachten 31. Van composieten wordt weleens gezegd dat ze zijn opgebouwd uit een organische en een anorganische component. Welk onderdeel van een composiet is dan de organische component, de matrix of de vulstof? Waarom? 32. a Wat verstaan we onder chemisch hardende composiet? b Kun je chemisch hardende composiet kant-en-klaar aanschaffen? Waarom? c Is chemisch hardende composiet geschikter voor het repareren van grote caviteiten of juist voor kleinere? 33. a Waarom mogen de lagen bij licht hardende composiet maximaal 2 – 3 mm dik zijn? b Wat betekent dit voor de belasting van de patiënt bij behandeling van een diepe caviteit? 34. Welk composiet levert uiteindelijk de sterkste reparatie op, micro vulstof composiet of macro vulstof composiet? Leg je antwoord uit. 35. Polymerisatiekrimp is een groot nadeel bij het werken met composiet. a Wat is polymerisatiekrimp en hoe wordt dat veroorzaakt? b Welke werkwijze bij het aanbrengen van composiet kan de effecten van polymerisatiekrimp opheffen? 36. Tijdens het aanbrengen van een composiet vulling in meerdere lagen treedt er halverwege een kleine storing op in het afzuigapparaat die niet opgemerkt wordt. De tandarts is net bezig de 3e laag composiet aan te brengen en laat deze vervolgens met de lamp hard worden. De overige lagen worden vervolgens ook gewoon aangebracht en de vulling wordt netjes afgewerkt. De volgende dag komt de patiënt terug en blijkt de vulling los te zitten. Waardoor is dit veroorzaakt? Glasionomeercementen (GIC) De grondstof van glasionomeercement is siliciumdioxide (SiO2). Dit is ook de grondstof voor glas. Daarnaast bevat het poeder aluminiumoxyde (Al2O3), calciumfluoride (CaF2), gevriesdroogd polyacrylzuur en tegenwoordig ook fluorapatiet. De vloeistof bestaat uit gedestilleerd water en een zuur, vaak tartaarzuur ofwel wijnsteenzuur. GIC is dus een hydrofiel mengsel. Het is dan ook niet nodig om droog te werken, zoals bij composiet en amalgaam wel het geval is. Na het mengen van poeder en vloeistof treedt er een aantal reacties op: (A) Siliciumdioxide en aluminiumoxide reageren met elkaar onder de vorming van aluminiumsilicaat ofwel glas. 3 SiO2 (s) + Al2O3 (s) Æ Al2(SiO3)3 (s) (B1) Het calciumfluoride en het gevriesdroogde polyacrylzuur lossen op in de zure vloeistof. CaF2 (s) Æ Ca2+ (aq) + 2 F– (aq) H (– CH2 – CH)n – H (s) Æ H (– CH2 – CH)n – H (aq) │ │ COOH COOH (B2) De polyacrylzuur moleculen vormen samen met de Ca2+ ionen een stroperig netwerk waarin de glaskorrels en het toegevoegde fluorapatiet ingebed worden. Ca2+ ionen vormen daarbij cross-links tussen de ketens van het polyacrylzuur. Er zijn hierna maar 2 ketens 17 / 26
getekend, maar dit proces kan zich zowel naar boven als naar onder herhalen. Er ontstaat een vast netwerk van polyacrylzuur met daarin ook de glaskorrels en het fluorapatiet (beide laatsten zijn niet getekend). COO– COO– COO– COO– │ │ │ │ C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C– │ │ │ COO– COO– COO– 2 H (– CH2 – CH)7 – H (aq) + 7 Ca2+ (aq) Æ │ COOH
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
COO– COO– COO– COO– │ │ │ │ C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C–C– │ │ │ COO– COO– COO– + 14 H+ Ca2+ Ca2+ Ca2+
(B3) De H+ ionen die vrijkomen, reageren met het silicaat in de glaskorrels, waardoor silicagel ontstaat en er aluminiumionen vrijkomen. De reactievergelijking hiervoor luidt: Al2(SiO3)3 (s) + 6 H+ (aq) Æ 2 Al3+ (aq) + 3 H2SiO3 (s) Na afloop van deze primaire hardingsreactie (B1 t/m B3) blijkt dat het cement een zeer geringe pulpa irritatie vertoont. De reacties (A) en (B) duren bij elkaar ongeveer 5 minuten. Water heeft een vertragend effect op de hardingsreactie doordat het de vorming van cross-links met Ca2+ ionen vertraagt. Voor de uiteindelijke sterkte van het GIC maakt dit niet uit. (C) Aluminiumionen uit de glaskorrels worden net als Ca2+ ionen ingebouwd in het netwerk van polyacrylzuur moleculen, zoals in reactie B2 is aangegeven. Door deze naharding wordt het cement nog veel steviger en de pulpa irritatie verdwijnt volledig. Na ongeveer 24 uur bereikt het glasionomeercement (GIC) zijn maximale hardheid. De hardingstijd kan versneld worden door de restauratie te verwarmen met een hoogrendement LED of halogeenlamp. Glasionomeercementen en sealants zijn minder hard dan composiet en amalgaam. Het blijkt zelfs dat na enige tijd de aangebrachte GIC restauratie kan verdwijnen. Maar op de plaats van de restauratie is wel zogenoemd pseudo-glazuur ontstaan. Vooral bij GICementen waarin veel CaF2 en fluorapatiet zijn verwerkt, gaat een reactie verlopen tussen deze stoffen en het glazuur waarbij onder invloed van speeksel uiteindelijk een harde laag fluorapatiet ontstaat op de plek van de restauratie. De aangebrachte restauratie groeit als het ware vast aan het glazuur en neemt dezelfde structuur aan als het glazuur. Het tandweefsel herstelt zich op een natuurlijke manier, met dat verschil dat er in plaats van hydroxylapatiet een laag fluorapatiet ontstaat. Het aanwezige polyacrylzuur, de aluminium ionen en de silicagel vulstof, de oorspronkelijke stoffen in GIC, zijn weggesleten. Zoals al eerder gezegd, is de hechting van GIC aan glazuur chemisch van aard. Vragen en opdrachten 37. Noem 2 voordelen van het gebruik van glasionomeercement boven zinkoxyde eugenolcement of carboxylaat cement. 38. De formule van polyacrylzuur is H (– CH2 – CH)n – H │ COOH a Wat betekent de letter n in deze formule? b Teken een stukje polyacrylzuur met n = 4. Geef daarvan ook de molecuulformule. c Wat is het verschil tussen polyacrylzuur en polyacrylaat? d Wat is het monomeer van polyacrylzuur. Geef de naam en de structuurformule. 39. Leg uit waardoor het komt dat GIC door inbouw van Al3+ ionen nog steviger wordt. 40. a Wat verstaan we onder pseudo-glazuur? b Welke onderdelen (ionen) uit GIC blijven aanwezig als het GIC wordt omgezet in pseudo-glazuur? 41. a Noem een soort cement waarbij toevoeging van meer water een versnellend effect op de hardingsreactie heeft en een soort cement waarbij toevoeging van meer water de hardingsreactie juist vertraagt. b Wat is in beide antwoorden bij a. het effect op de verwerkingstijd? 18 / 26
42. Kunststof sealants zijn bij het begin van de verwerking meestal veel dunner (vloeibaarder) dan GIC sealants. Toch dringen GIC sealants verder door in een fissuur dan kunststof sealants (composiet). Geef een verklaring voor deze schijnbare tegenstelling. Glascarbomeer Glascarbomeer is een bijzondere vorm van een glasionomeercement. De hoeveelheid fluorapatiet is beduidend groter dan in GIC, tot wel 50% van het poeder. Verder zijn de deeltjes in het poeder zeer fijn gemalen, zodat het materiaal bij het begin van de verwerking erg vloeibaar is en diep door kan dringen in een fissuur of microputje. De samenstelling van de vloeistof is helemaal afgestemd op het volledig oplossen van de nano vulstof (= zeer fijn gemalen vulstof), zodat er een zeer gladde restauratie ontstaat. De vorming van pseudo-glazuur (fluorapatiet) is bij toepassing van glascarbomeer aanzienlijk sneller dan bij gewone GI cementen. Daar waar het bij een gewoon CIC 2 tot 5 jaar duurt voordat er een fluorapatiet laag is gevormd, gebeurt dit bij glascarbomeer al in 1 tot 2 jaar tijd. Ten slotte is de matrix van glacarbomeer minder hydrofiel doordat er in het polymeer extra koostofketens zijn aangebracht. Feitelijk is in elk monomeer een extra koolstofketen aangebracht, waardoor het polymeer veel meer C atomen bevat dan in gewoon polyacrylaat. Glascarbomeer is minder vatbaar voor zuurinwerking dan gewone GIC. Een zuur heeft immers pas invloed op een materiaal als dat materiaal op kan lossen in het waterige zuurmengsel. Vragen en opdrachten 43. Teken een stukje polyacrylzuur met in elk monomeer een extra koolstofketen van 2 C atomen lang. 44. Zou tandplaque beter hechten aan GIC of aan Glascarbomeer? Waarom? 45. Als je een GIC sealant en een Glascarbomeer sealant hebt die even dun zijn, welke van de 2 dringt dan dieper door in een fissuur? Waarom? 46. Hoe komt het dat Glascarbomeer sealants in het algemeen dunner zijn dan GIC sealants? 47. Waarom is Glascarbomeer minder goed oplosbaar in zuur dan GIC?
19 / 26
ANTWOORDEN Paragraaf 2 Suiker en suikervervangers
1 a Sacharose: C12H22O11, Maltose: C12H22O11 b C6H12O6 + C6H12O6 Æ C12H24O12 (de indices opgeteld) = C12H22O11 + H2O 2 Mono betekent één (1), di betekent twee (2) en poly betekent veel. Een disacharide is opgebouwd uit 2 monosacharides, een polysacharide is opgebouwd uit veel monosachariden. 3 a C3H6O3 b 1 glucose Æ 2 melkzuur. 2 C3H6O3 bevat 2x3 = 6 C atomen, 2x6 = 12 H atomen en 2x3 = 6 O atomen. Dit is precies het aantal C, H en O atomen in 1 glucosemolecuul. De reactievergelijking klopt dus. 4 Het ontstaan van melkzuur (zuuraanval) en het ontstaan van EPS (langdurig contact van zuren met tandweefsel). 5 Laagmoleculair betekent kleine moleculen, lage molecuulmassa. Hoogmoleculair betekent grote moleculen, hoge molecuulmassa. 6 Deze stof heet benzeen, een zeshoek van C atomen met om en om een dubbele en een enkele binding. De molecuulformule van benzeen is C6H6. 7 Sorbitol: C6H14O6 of C6H8(OH)6. Xylitol: C5H12O5 of C5H7(OH)5 (C atomen hebben 4 bindingen, je moet het aantal bindingen per C atoom aanvullen met H tjes). 8 Sacharine is een heterocyclische verbinding, het molecuul bevat 2 ringvormen en in 1 ring zitten ook andere atomen dan alleen C atomen. 9 a Zoetkracht sacharine = 35.000, zoetkracht suiker = 100. 4 gram suiker is even zoet als 4*100/35.000 = 0,0114 g = 11,4 mg sacharine. Zoetkracht aspartaam = 20.000, zoetkracht suiker = 100. 4 gram suiker is even zoet als 4*100/20.000 = 0,02 g = 20 mg aspartaam. b Je hebt van sacharine of van aspartaam veel minder nodig om even zoet te smaken als suiker. 10 Sacharine is 10x zoeter dan cyclamaat (35.000 / 3.500 = 10).
Paragraaf 3 Glazuur 1 a De formule van hydroxylapatiet is Ca5(PO4)3OH (s). Hierin zit Ca2+ (calcium), PO43- (fosfaat) en OH(hydroxide). b De formule van fluorapatiet is Ca5(PO4)3F (s). Fluorapatiet bevat calcium, fosfaat en fluoride, dus de naam kan zijn: calciumfluoridefosfaat. 2 a Fluorapatiet Ca5(PO4)3F heeft als verhouding tussen de ionen Ca2+ : PO43– : F– = 5 : 3 : 1. Fluorhydroxylapatiet Ca10(PO4)6F(OH) heeft als ionenverhouding Ca2+ : PO43– : F– : OH- = 10 : 6 : 1 : 1. b In fluorapatiet: 5* 2+ = 10+ en 3*3- + 1*1- = 10-, evenveel + als – lading. In fluorhydroxylapatiet: 10x2+ = 20+ en 6*3- + 1*1- + 1*1- = 20-, evenveel + als – lading. 3 Fosfaationen zijn kleiner dan hydroxide-ionen en kleinere ionen zitten steviger aan elkaar vast dan grote. De aantrekkingskracht tussen ionen is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de grootte. Dit betekent dat als de grootte bijvoorbeeld 3x zo klein wordt dat de kracht 32 = 9x zo groot wordt. 4 a Diffusie is een natuurkundig proces waarbij deeltjes van een stof op basis van hun bewegingssnelheid de beschikbare ruimte volledig proberen te vullen. Het effect zal zijn dat de concentratie van elke stof in de hele beschikbare ruimte gelijk wordt, anders gezegd dat de stof van een plek met hoge concentratie beweegt naar een plek met lage(re) concentratie. In vaste stoffen hebben de deeltjes een zeer lage bewegingssnelheid waardoor dit proces erg langzaam gaat en lang duurt. b Fluoride moet vanuit het mondmilieu in het glazuur komen, dus moet de concentratie in het mondmilieu voortdurend hoger zijn dan in het glazuur. Als de concentratie in het mondmilieu lager wordt dan in glazuur, gaat de fluoride uit het glazuur naar het mondmilieu. 5 Het apatiet wordt door inbouw van fluoride sterker (zie vraag 3) zodat zuur het apatiet minder snel kan binnendringen en fluoride is minder basisch dan hydroxide, zodat het apatiet minder snel reageert met zuur.
20 / 26
6 a Erosie is als het glazuur wordt aangetast door zuur dat tijdelijk in de mond aanwezig is, bijvoorbeeld na het eten van een appel of het drinken van een glas frisdrank. Door spoelen met water verdwijnt dit zuur. Demineralisatie is als het glazuur wordt aangetast door langdurige inwerking van zuur dat in tandplaque aanwezig is en gevormd wordt. Dit zuur verdwijnt niet door spoelen met water. b Reminelarisatie is dat het glazuur waaruit al wat calcium is verdwenen zonder dat er al gaten in gevallen zijn, door calcium- en fluoride-opname weer in de oude staat hersteld wordt. Reminelarisatie betekent letterlijk terug opnemen van mineralen. c In de mond moeten calciumionen en fluoride-ionen aanwezig zijn. 7 a Laesie b Calciumfosfaat ofwel Ca3(PO4)2 (s). c Door inwerking van zuur op hydroxyapatiet. 2 Ca5(PO4)3OH (s) + 2 H+ (aq) Æ Ca2+ (aq) + 3 Ca3(PO4)2 (s) + 2 H2O (l) 8 a De pH is het hoogste bij de laagste pH waarde, in dit geval pH = 4,5. b Als de pH 1 verschilt, is het 10x zo zuur, dus pH = 4,5 is 10x zo zuur als pH = 5,5. c Zie antwoord vraag 5. 9 a Door spoelen met water wordt het zuur verdund, dan stijgt de pH en is de kans op erosie veel kleiner. b Kort na of tijdens contact van glazuur met zuur kan er calcium en hydroxide loskomen uit het glazuur. Als je dan gaat poetsen, poets je dit loszittende calcium weg of verwijder je ook calcium dat nog net vastzat in het glazuur. Na het verdwijnen van het zuur (bijvoorbeeld door spoelen) kan het weggenomen calcium niet gereminelariseerd worden. 10 a HCO3– (aq) b Bicarbonaat heft zowel zure (kan H+ afgeven) als basische (kan H+ opnemen) eigenschappen. Bicarbonaat wordt meestal toegepast vanwege de basische eigenschappen en dat is ook de functie in speeksel.
4 Afdrukmaterialen 1 a Plastisch betekent vervormbaar. Agar en alginaat zijn voorbeelden, net als niet uitgehard gips. b Reversibel betekent omkeerbaar, dat wil in dit verband zeggen dat de afdruk door afkoelen stijf wordt, maar bij opwarmen weer flexibel (plastisch). c Stug wil zeggen dat de uitgeharde afdruk één vorm heeft en houdt, als er toch vervorming optreedt dan breekt de afdruk. Dit in tegenstelling tot elastisch waarbij de afdruk na een kleine vormverandering weer in de oorspronkelijke vorm terugkomt. 2 Stugge materialen breken of scheuren als er bij het uitnemen een kracht op wordt uitgeoefend, reversibele materialen nemen bij verandering van temperatuur makkelijker een andere vorm aan, dus elastisch irreversibel is het beste. (Over opname of afgifte van water met gevolgen voor de vorm is hier geen uitspraak te doen, dat hangt af van de chemische samenstelling en eigenschappen) 3 a CaSO4 · 2H2O Æ CaSO4 · ½H2O + 1½H2O (eigenlijk mag je in een reactievergelijking geen gebroken coëfficiënten laten staan, bij deze reactie doet men dat in de praktijk echter vaak wel. Eigenlijk moet je dus opschrijven: 2 CaSO4 · 2H2O Æ 2 CaSO4 · ½H2O + 3H2O). b Als je gips dood brandt, verdwijnt al het water uit het kristal, dus ook de ½H2O die nog in hemihydraat aanwezig moet zijn. 4 a Net na het mengen, dan is er nog veel ‘vrij’ water aanwezig. Na verloop van tijd wordt het vrije water opgenomen in het kristalrooster. b Bij gebruik van te veel water duurt het langer voordat het mengsel hard wordt. 5 a Bij polymerisatie koppelen moleculen zich aan elkaar doordat dubbele bindingen in de monomeren open klappen en nieuwe bindingen tussen de monomeren vormen. Bij polycondensatie koppelen moleculen zich aan elkaar doordat van elk molecuul een klein deel wordt afgehaald, de twee kleine delen koppelen zich tot een nieuw molecuul en de twee grote delen ook. b Bij polycondensatie treedt polymerisatiekrimp op doordat er kleine moleculen uit het mengsel moeten verdwijnen, de ruimte die zij innamen komt dan vrij waardoor het mengsel kan krimpen. c Een voordeel van polymerisatiekrimp is dat het uithardende mengsel zich strak om het af te drukken element heen sluit, zodat details goed zichtbaar zijn en de vorm een exacte kopie is van het origineel. Een nadeel is dat de krimp ook na het afnemen van de uithardende afdruk door kan gaan, zodat de vorm af gaat wijken van het origineel. 21 / 26
6
Dit is niet verantwoord want de hardingsreactie bij agar is gebaseerd op daling van de temperatuur. Bij te grote stijging van temperatuur wordt de afdruk weer vloeibaar of half vloeibaar, in elk geval verandert daardoor de vorm. 7 a Een trimeer is opgebouwd uit drie (tri) monomeer moleculen (hier alginezuur) aan elkaar. b 6 COO6 COO6 COOO
5 4 3
c d 8 a
b 9 a
b c d 10 a b
11 a b c
d 12 13 a
O
5 1
2
4
O
3
O
5 1
4
O
2
1 3
2
O
De COOH groepen (alginezuur) zijn veranderd in COO- groepen (alginaat). Bij alginezuur zitten aan 2 van de 4 ‘middelste’ C atomen een OH groep, bij glucose zitten aan alle 4 ‘middelste’ C atomen een OH groep. Glucose heeft dus 2 OH groepen meer in het molecuul. Na765Alg (s) Natriumalginaat is goed oplosbaar (natriumzout); gips ofwel calciumsulfaat is slecht oplosbaar; kaliumfosfaat is goed oplosbaar (kaliumzout); calciumcarbonaat is slecht oplosbaar; zinkfluoride is goed oplosbaar (fluoridezout). De oplosreactie van een slecht oplosbaar zout is een evenwichtsreactie. Als er geen fosfaat is dan zal het calcium wat uit gips langzaam vrijkomt, zich direct hechten aan het alginaat en komt de hardingsreactie ook direct op gang. De snelheid van het hardingsproces wordt dan bepaald door de oplossnelheid van gips. Bij gebruik van het goed oplosbare calciumfluoride komt er direct na oplossen heel veel calcium vrij dat zich dan ook massaal aan het alginaat gaat hechten. Het afdrukmateriaal wordt dan erg snel hard. De verwerkingstijd wordt langer als je meer (kalium)fosfaat toevoegt. Als er veel gips is bij dezelfde hoeveelheid fosfaat dan blijft er na het opraken van de fosfaat veel calcium over, dus zal het alginaat harder en stijver worden. CaSO4 (s) + Na2CO3 (s) CaCO3 (s) + Na2SO4 (aq) Calciumcarbonaat is slechter oplosbaar in water dan calciumsulfaat. Dit komt omdat carbonaationen kleiner zijn dan sulfaationen waardoor de bindingskracht tussen calciumionen en carbonaationen sterker is dan tussen calciumionen en sulfaationen. Gips is een slecht oplosbaar zout. Het lost dus wel een beetje op, maar het merendeel lost niet op. CaSO4 (s) Ca2+ (aq) + SO42– (aq) Een evenwicht probeert de situatie te houden zoals die is. Bij een teveel aan sulfaat probeert het evenwicht dit teveel weg te werken. De reactie naar links zal dus gaan lopen, want daardoor wordt de hoeveelheid sulfaat minder. Maar tegelijkertijd vermindert dan ook de hoeveelheid calcium. Er komt minder calcium vrij door deze fout, dus zal de verwerkingstijd langer worden. Additie polymerisatie is hetzelfde als polymerisatie, condensatie polymerisatie is hetzelfde als polycondensatie. Zie verder antwoord bij vraag 5. CH3 │ CH2 │ HO ─ Si ─ O ─ │ CH2 │ CH3
CH3 CH3 CH3 │ │ │ CH2 CH2 CH2 │ │ │ Si – O – Si – O – Si – OH │ │ │ CH2 CH2 CH2 │ │ │ CH3 CH3 CH3
b Putty is minder hydrofiel dan methoxysiloxaan omdat alle zijgroepen meer C atomen bevatten en hoe meer C atomen in een molecuul hoe minder hydrofiel.
22 / 26
5 Vul- en sealmaterialen 1
2 a b 3 a b
4 5 6 7
8
9 10 11 a b 12 a b 13 a b 14 a b c 15 a b c 16 a b c
17 18 a
Vulmaterialen worden vooral gebruikt voor reparatie van grotere caviteiten waarbij hechting aan dentine en glazuur aan de orde is. Sealants zijn voor de reparatie van meer oppervlakkige beschadigingen in het glazuur zoals fisuren, laesies en etsputjes. Amalgaam hecht zeer goed aan dentine, het wordt vrij snel hard en de sterkte is vergelijkbaar met die van natuurlijk tandweefsel. De kleur is grijs (niet zo esthetisch), kwik kent negatieve milieueffecten en is giftig en door corrosie (roesten) zet amalgaam uit waardoor de vulling los kan komen te zitten. De kleur van composiet kan vrijwel gelijk gemaakt worden aan die van de eigen tanden en kiezen en met composiet zijn oppervlakkige restauraties veel beter te maken dan met amalgaam. De hechting van composiet aan dentine vereist absoluut droge omstandigheden, wat in de mond erg lastig te realiseren is. Na enkele jaren inwerking van vocht uit de mond kan de bonding losser worden met lekkages en secundaire cariës tot gevolg. Daarnaast treedt er vlak na het aanbrengen nog een geringe polymerisatiekrimp op wat aan de randen lekkages kan geven. De kleureigenschappen van composiet Mechanische hechting (ofwel retentie) is gebaseerd op adhesiekrachten. Chemische hechting is gebaseerd op chemische bindingen zoals ionbindingen. Hydrofoob betekent watervrezend. De verwerking van composiet moet onder droge (watervrije) omstandigheden plaatsvinden. Bij glasachtigen is het polymeer al in de fabriek gemaakt en vervolgens fijngemalen. Er vindt dan geen polymerisatie in de mond plaats. Bij composieten zitten er in het poeder wel monomeren die pas in de mond aan elkaar gekoppeld worden, dan kunnen er dus monomeer resten achterblijven. Pseudoglazuur ontstaat als in het glasachtige vulmateriaal dezelfde bestanddelen aanwezig zijn als in het glazuur (calcium, fluoride, fosfaat) die zich door een chemische reactie hechten aan het glazuur, waardoor het glazuur aangroeit. De uithardingstijd van glasachtigen duurt erg lang waardoor de hardheid van een reparatie in het begin nog (te) zwak is. Pas na enige tijd (weken) is de hardheid goed. Compomeer bevat composiet en glasachtig vulmateriaal. Het composiet zorgt voor een snellere harding, zodat de hardheid van de restauratie ook aan het begin al groter is. Een amalgaamlegering bevat geen kwik, wel zilver, koper, tin en/of zink. Amalgaam bevat wel kwik, amalgaam is een mengsel van een amalgaamlegering met kwik. Amalgaam is minder hard dan een amalgaamlegering, de aanwezigheid van kwik maakt de vulling dus zwakker. De functie van kwik is om de metaalkorrels in de amalgaamlegering aan elkaar te hechten en om het mengsel kneedbaar te maken om het goed aan te kunnen brengen. Na en Al kunnen geen ongeordende vaste oplossing vormen omdat de lading te veel verschilt (1+ en 3+). Oplossing staat tussen aanhalingstekens omdat een oplossing normaliter vloeibaar is terwijl een ongeordende oplossing van metalen een vaste stof is. gamma: Ag3Sn (s), gamma-1: Ag2Hg3 (s), gamma-2: Sn8Hg (s) Elk op zich zijn gamma, gamma-1 en gamma-2 geordende vaste oplossingen ofwel superroosters. Een mengsel van intermetallische verbindingen ofwel een mengsel van superroosters. Een eutectische lood-tin legering bevat 38% Pb en 62% Sn. De samenstelling van het metaal dat als eerste uitkristalliseert, is 100% lood. De samenstelling van het metaal(mengsel) dat als tweede uitkristalliseert, is 38% Pb en 62% Sn (eutectisch mengsel). Er kristalliseert dus geen zuivere tin uit in dit voorbeeld. 3*107,9 + 1*118,7 = 442,4 Gehalte Ag = 323,7/442,4 * 100% = 73,2% ; het gehalte Sn = 118,7 / 442,4 * 100% = 26,8%. De percentages in de amalgaamlegering zijn iets lager dan in antwoord b, in de amalgaamlegering moet ook nog plaats zijn voor koper en zink, maar uit de percentages blijkt ook dat gamma wel het hoofdbestanddeel is van deze amalgaamlegering. Bij gebruik van sferische amalgaamlegering omdat hierin de deeltjes kleiner zijn en er dus meer contactoppervlak is. Hoe groter het contactoppervlak hoe sneller de hardingsreactie plaatsvindt. 8 Ag3Sn (s) + 37 Hg (l) Æ 12 Ag2Hg3 (s) + Sn8Hg (s) gamma kwik gamma-1 gamma-2 23 / 26
19
20
21 22 23 24 25
26
27 28
29
30
31 32
b 8 en 37 zijn coëfficiënten, zij geven aan dat er 8 moleculen gamma en 37 atomen kwik met elkaar reageren. c 8 moleculen gamma wegen 8*442,4 = 3539,2 g/mol. 37 atomen kwik wegen 37*200,6 = 7422,2 g/mol. De ideale massaverhouding gamma : kwik = 3539,2 : 7422,2 = 32,3% : 67,7%. a Trituratie is het mengen van de amalgaamlegering met het kwik waarbij uiteindelijk amalgaam ontstaat. b Condensatie bij een amalgaamvulling is het stevig aanduwen van het aangebrachte amalgaam in de caviteit, zodat de caviteit helemaal gevuld wordt met amalgaam en deze goed aansluit tegen het tandweefsel. Bij dit aandrukken komt kwik dat nog niet gereageerd heeft vrij. Er ontstaan oxides van zilver, kwik of tin. Er kan zilveroxide (Ag2O), kwik(I)oxide (Hg2O), kwik(II)oxide (HgO), tin(II)oxide (SnO) of tin(IV)oxide (SnO2) ontstaan. Tin(II)oxide is het meest waarschijnlijk omdat tin van de aanwezige metalen het minst edel is dus het snelste reageert met zuurstof. ZnO is net als alle andere metaaloxiden een basische stof (trekt H+ aan, verhoogd de pH). SiO2 is een niet-metaaloxide, die heeft zure eigenschappen. CaO en Al2O3 zijn weer metaaloxiden, dus basisch. Een keramisch oxide is een oxide dat in de keramische industrie (porselein, aardewerk) wordt gebruikt. Het zijn oxides die in zand voorkomen, zoals SiO2, ZnO, CaO, Al2O3. a NH3 ofwel ammoniak is hier het ligand. b In hemoglobine is Fe2+ het centrale metaalion en vormen hemoglobine eiwitten de liganden. a H H OH │ │ │ H─ C ═ C─C═O b C6H3OH(OCH3)(C3H5) ofwel C10H12O2 a Water is nodig om zinkhydroxide te maken uit zinkoxide, het zinkhydroxide reageert met eugenol en vormt de complexen, zinkoxide kan dit niet. b Als er meer water wordt toegevoegd dan nodig, wordt er in kortere tijd meer zinkhydroxide gevormd en verloopt ook de hardingsreactie met eugenol (de complexvorming) sneller. Een exotherme reactie is een reactie waarbij warmte vrijkomt, de reactie geeft warmte af aan de omgeving. a Cross-links zorgen voor extra stevigheid, dus meer cross-links betekent een harder eindproduct. b Calciumhydroxide cement is een vrij zacht cement. c Zink-eugenol of carboxylaat cement zijn hardere cementen. a Bij een ionbinding gaan elektronen over van het metaalatoom naar het niet metaalatoom en ontstaan er positieve en negatieve ionen die elkaar als magneten aantrekken maar geen gemeenschappelijk deel hebben. Bij complexvorming vormen de elektronen gemeenschappelijk bezit van beide deeltjes, waardoor ze aan elkaar vast blijven zitten. b Complexvorming komt voor bij de grotere metaalionen zoals Fe, Zn of Au met een hogere positieve lading, meestal dus meer dan 1+. c Complexbindingen zijn in het algemeen sterker dan ionbinding omdat complexbinding tussen ionbinding en atoombinding in zit en atoombinding de sterkste binding in de natuur is. Door het koelen is er waterdamp op de koude glasplaat gecondenseerd, dit water komt bij het zinkoxideeugenolmengsel en versnelt de omzetting van zinkoxide in zinkhydroxide en versnelt daarmee de harding. De matrix is de organische component, de matrix moet door polymerisatie zorgen voor uitharding. Polymerisatie kan alleen maar met organische moleculen (koolstofverbindingen) optreden. a Chemische harding wil zeggen dat de harding plaatsvindt op basis van een chemische reactie tussen de stoffen die in het mengsel aanwezig zijn. Deze reactie begint op het moment dat de stoffen bij elkaar komen. b Chemisch hardend composiet is niet kant-en-klaar te koop omdat dan alle stoffen al gemengd zouden zijn en dan begint de hardingsreactie al in de fabriek. c Voor het vullen van grote caviteiten is chemisch hardend composiet geschikt omdat de hardingsreactie van binnen uit het mengsel plaatsvindt en niet alleen aan het oppervlak. Bij chemische harding wordt het mengsel dus altijd door en door hard.
24 / 26
33 a Bij licht uithardend composiet treedt harding alleen op op plaatsen waar het blauwe licht op schijnt. Als de laag te dik is dan dringt het blauwe licht er niet helemaal in door, dus op de dieper gelegen stukken vindt dan geen harding plaats. b De behandeling van een diepe caviteit met licht uithardend composiet duurt erg lang want de vulling moet letterlijk laagje voor laagje aangebracht worden en uitharden. De behandeling duurt dan erg lang. 34 Micro vulstof composiet is wel erg slijtvast maar niet zo heel sterk. Dit komt omdat de aanwezige korreltjes allemaal ongeveer even groot zijn en daardoor ook makkelijk langs elkaar heen kunnen schuiven als er een grote kracht op het materiaal wordt uitgeoefend. Macro vulstof composiet is wel sterker, vanwege de onregelmatige korrels die bij uitoefening van grote kracht niet zo makkelijk langs elkaar bewegen en dus meer weerstand bieden. Macro vulstof composiet is de sterkste. 35 a Polymerisatiekrimp wil zeggen dat de aangebrachte restauratie tijdens het uitharden krimpt doordat er tijdens het polymerisatieproces dat in de mond plaatsvindt kleine bijproducten uit het mengsel treden. De vrijkomende ruimte in het mengsel wordt opgevuld door samen persing waardoor het totale volume afneemt. b Door het composiet laagje voor laagje aan te brengen, te laten uitharden en de volgende laag net over de randen heen te leggen, zodat eventuele lekkages van de eerdere laagjes dan weer met nieuwe vloeistof afgedekt kunnen worden. Dit vergt wel een langer durende behandeltijd. 36 Door de storing in de afzuiging is er vocht in het composiet terecht gekomen. Water heeft een zeer nadelige invloed op de bonding (hechting) van het composiet aan tandweefsel en aan elkaar. De 3e en de 4e laag zitten dus niet goed aan elkaar, zodat de hele restauratie vanaf de 4e laag niet goed aan het tandweefsel gehecht zit. 37 Water versnelt de harding bij zink eugenol of carboxylaat cement, bij GIC vertraagt water de reactie waardoor de verwerkingstijd toeneemt zonder nadelige invloed op de uiteindelijke sterkte. De verwerking van calciumfluoride en fluorapatiet maken dat een GIC restauratie op termijn de structuur van het glazuur aanneemt, het laat het natuurlijk tandweefsel aangroeien. 38 a De letter n is de polymerisatiegraad, dit is het aantal monomeren dat aan elkaar gekoppeld is. b H H H H H H H H De molecuulformule is: │ │ H ─ C ─ C ── │ │ H COOH
│ │ C ─ C ── │ │ H COOH
│ │ C ─ C ── │ │ H COOH
│ │ C ─ C ─ H │ │ H COOH
C12H18O8
c In polyacrylaat zijn alle COOH groepen uit polyacrylzuur omgezet in COO-, dus alle H+ eraf. d Het monomeer heet acrylzuur ofwel 2-propeenzuur ook wel carboxyetheen genaamd. H H │ │ C ═ C of ook wel │ │ H COOH 39 40 a
b 41 a b 42
43
H H O │ │ ║ C ═ C ─ C ─ OH │ H
Al3+ heeft een hogere lading dan Ca2+ en vormt daardoor nog sterkere bindingen. Door de hogere lading kunnen aluminiumionen ook meer cross-links maken dan calciumionen. Pseudoglazuur is glazuur dat ontstaat vanuit de stoffen die in GIC aanwezig zijn. Deze toegevoegde bestanddelen vormen precies hetzelfde glazuur als het natuurlijke, waardoor het natuurlijke glazuur aangroeit. Pseudoglazuur hecht zich chemisch aan het gewone glazuur. Calcium, fluoride en fosfaat uit de calciumfluoride en het fluorapatiet. Bij zink eugenolcement heeft meer water een versnellend effect op de hardingsreactie. Bij GIC heeft water een vertragend effect op de hardingsreactie. Als de hardingsreactie sneller gaat, wordt de verwerkingstijd korter en andersom. Kunststof sealants zijn hydrofoob (watervrezend) terwijl tandweefsel hydrofiel is. Hydrofobe stoffen worden afgestoten door hydrofiele stoffen, beide mengen en hechten niet vanzelf met en aan elkaar. GIC is hydrofiel en hecht dus wel goed met tandweefsel, wordt als het ware tegen het tandweefsel aangetrokken. Dus ondanks dat het iets dikker en minder vloeibaar is, trekt GIC wel en Kunststof niet in kleine gaatjes en groefjes van het tandweefsel. H H │ │ H ─ C ─ C ── │ │ CH2 COOH
H H │ │ C ─ C ── │ │ CH2 COOH
H H H H │ │ 25 / 26 │ │ C ─ C ── C ─ C ─ H │ │ │ │ CH2 COOH CH2 COOH
44
45 46 47
Tandplaque hecht om 2 redenen beter aan GIC dan aan Glascarbomeer: 1) GIC is meer hydrofiel dan glascarbomeer en tandplaque is ook hydrofiel, dus dat hecht beter. 2) Glascarbomeer is vanwege de veel kleinere kleine deeltjes (nano vulstof) zeer glad, wat de hechting van tandplaque ook lastiger maakt. De GIC sealant is hydrofieler dan de glascarbomeer sealant, dus als beide even vloeibaar zijn dan zal de GIC dieper doordringen in een fisuur of een etsputje. Glascarbomeer heeft nano vulstof, de korrels zijn veel kleiner dan in GIC waardoor glascarbomeer veel vloeibaarder is. Glascarbomeer is minder hydrofiel, de koolstofketens in de matrixfase bevatten meer C atomen. Een zure omgeving is een hydrofiele omgeving, een mengsel gedraagt zich pas zuur als de H+ opgenomen kan worden door water. GIC lost dus beter op in een zure omgeving omdat GIC zich beter thuisvoelt in een hydrofiele omgeving dan glascarbomeer.
26 / 26
