Messmethoden zur Charakterisierung von Kompositfüllungswerkstoffen

Ziel dieser Arbeit war es, die existierende Infrastruktur und
Messmethodik für die Beurteilung von Zahnrestaurationsmaterialien
zu verbessern und zu erweitern, mit der Intention eine komplexe
Materialcharakterisierung unter simulierten klinischen Bedingungen
durchzuführen, die eine Interpretation des Materialverhaltens,
sowie die Optimierung der Werkstoffe erlauben soll. Für die
Konkretisierung der Messverfahren wurden in dieser Arbeit, aus
einer in den letzten drei Jahren angelegten Materialdatenbank, acht
Zahnrestaurationsmaterialien ausgewählt. Hierfür wurden sowohl
physikalische Materialeigenschaften (Festigkeit und E-Modul im
Biege-, Druck und diametralen Zugversuch, Bruchzähigkeit,
mechanische Eigenschaften gemessen in einem Univer-salhärteversuch,
Kriechverhalten, Härte, Polymerisationsschrumpfung) als auch der
Einfluss der Polymerisationsquelle und Alterung durch
Wasserlagerung und der Verbund zwischen Restaurationsmaterial und
Zahnhartsubstanz, präsentiert. Als neue Untersuchungsmethoden
wurden die indirekte Beurteilung der Polymerisationsgüte und
Alterung, die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften im
Universalhärteversuch sowie ein Mikrozug-Prüfverfahren für die
Beurteilung der Haftfestigkeit zwischen Zahnhartsubstanz und
Restauration evaluiert. Korreliert mit Messungen der
Polymerisationsschrumpfung, erlauben die neuen Methoden eine
komplexe Charakterisierung der gesamten Restauration. Für die
Abhängigkeit der Härte von der Belichtungsart und Alterung kann
zusammenfassend abgeleitet werden, dass die 80% Reduktion der
Vickershärte durch die Polymerisation mit LED-Lampen in den
Programmen, die entweder eine geringere Intensität oder einen
langsamen Anstieg der Lichtintensität aufweisen, in eine zunehmende
Tiefe erreicht wird. Die Halogenlampen und eine schnelle
Polymerisation schnitten entscheidend schlechter ab. Hingegen wurde
die höchste Vickershärte mit der Halogenlampe und den
Pulse-Programm der LED-Lampe GC erreicht. Die Polymerisation mit
der Plasmalampe und den Lichtofen, sowie mit der niedrig
energe-tischen LED Lampe Freelight 1, verursachten schlechtere
Ergebnisse. Weiterhin zeigte sich, dass, mit Ausnahme des Pulse
Programms der Lampe GC, die Lichtdosis eine entscheidende Rolle für
die Qualität der Polymerisation spielt. Die Polymerisation mit der
Lampe GC im Fast Cure Programm wird durch die unzureichende Härte
und Dicke der polymerisierbaren Schicht nicht empfohlen. Für die
Polymerisation mit der Plasmalampe Easy Cure wird eine längere
Belichtungszeit empfohlen, da nach 6 s der 80%-Härtewert schon in
einer Tiefe von 1,7 mm erreicht wurde. Für eine Reduktion der
Belichtungszeit (12 s) bei gleichzeitiger hoher Härte und geringer
Polymerisationsschrumpfung erwies sich die Lampe GC im
Pulse-Programm als sehr effektiv. Weiterhin ist zu beachten, dass
die geringeren Polymerisationsspannungen durch die LED-Lampen
erreicht wurden, während die Plasma- und die Halogenlampe zwei bis
drei mal höheren Spannungen verursachten. In der Studie der
Haftfestigkeit an Dentin, zeigten alle Materialien eine
auszureichende Polymerisation in den tiefen Klasse 1 Kavitäten. Die
Härte an der Grenze zum Dentin ist wesentlich höher als der 80 %
Wert der maximalen Härte und korreliert gut mit der
Polymerisationsspannung. Eine hohe Polymerisationsspannung und ein
hoher E-Modul (bzw. Vickershärte) wirkten sich negativ auf die
Haftfestigkeit aus. Ein niedriger E-Modul bewirkte nur bedingt eine
hohe Haftfestigkeit, jedoch einen reduzierten Verlust bei der
Herstellung der Proben für den Mikrozugversuch. Bei einer
ausreichenden Polymerisation an der Grenze zum Dentin, zeigten die
getesteten Materialien eine gute Korrelation der
Polymerisationsspannung mit der Haftfestigkeit. Für alle acht
dargestellten Hybrid- und mikrogefüllten Kompositen wurden die
Anforderungen der ISO 4049 und der American Dental Association
Specifications erfüllt. Bezogen lediglich auf die
Monomermatrixzusammensetzung, wirkte sich die Modifikation der
Matrix durch Zugabe von UDMA auch in dieser Studie positiv auf die
Biegefestigkeit aus. Außerdem zeigte die Weibullanalyse auch hohe
Weibullparameter für diese Materialien, was auf eine gute
Zuverlässigkeit zurückschließen läst. Die Schlussfolgerung der
Asmussen Studie (1998) nach der auch die diametrale Zugfestigkeit
mit dem Anteil an UDMA im Monomergemisch signifikant steigt, konnte
in dieser Studie jedoch nur partiell bewiesen werden, wohingegen
die Annahme, dass der E-Modul mit dem UDMA Gehalt sinkt, bestätigt
wurde. Eine nichtparametrische Korrelationsanalyse der
Festigkeiten, gemessen in den drei Belastungsarten ergab, dass
zwischen der Biege- und Druckfestigkeit keine Korrelation
existiert, die Biege- und diametrale Zugfestigkeit korrelieren nur
schwach miteinander. Zwischen Druckfestigkeit und diametraler
Zugfestigkeit ist jedoch die Korrelation auf dem Niveau von 0,01
zweiseitig signifikant. So kann zwischen Zug-, Biege- und
Druckfestigkeit keine eindeuti-ge Abhängigkeit festgestellt werden.
Die E-Moduli gemessen in allen vier Belastungsarten korrelie-ren
gut miteinander.