Het belang van krimp en krimpspanning

EFFECTEN TIJDENS DE VERHARDING VAN COMPOSIETEN
Het belang van krimp
en krimpspanning
De basis van de meeste tandheelkundige composieten bestaat uit monomeren
zoals bisfenol-A diglycidylether methacrylaat (Bis-GMA) en tri-ethyleenglycoldimethacrylaat (TEGDMA), gecombineerd met vuldeeltjes van verschillende
grootte en samenstelling. Tijdens het verharden met de lamp worden de monomeren omgezet tot een polymeer, waarbij het materiaal zal gaan krimpen. Deze
krimp leidt tot krimpspanning binnen het materiaal. Wat is het effect hiervan op de
restauratie? door Cees J. Kleverlaan en Leontine A. Jongsma*
D
e krimp van een materiaal is een intrinsieke eigenschap van een composiet en wordt bepaald door het
volume van de matrix en de vuldeeltjes en door het
type monomeer en de omzettingsgraad hiervan tijdens de
verhardingsreactie. De krimp veroorzaakt krimpspanning
binnen het materiaal. Deze spanning leidt tot vloei van het
materiaal vanaf het vrije composietoppervlak, waardoor de
krimpspanning gedeeltelijk gecompenseerd wordt.
Klinisch is een deel van het toegepaste vulmateriaal gebonden aan de caviteitswanden. Hierdoor wordt de vloei van het
materiaal gehinderd, met een verhoogde spanning op het
hechtvlak tussen composiet en tandweefsel als gevolg. Als
Afb. 1 Vijf verschillende restauratieconfiguraties (bovenste rij) en de
schematische weergave als kubussen
(middelste rij) om een schatting te
maken van hun C-factor (configuratiefactor).
C-factor = gebonden oppervlak/vrij
niet-gebonden oppervlak.
De cilinders (onderste rij) tonen de
composietmonsters met de overeenkomstige C-factoren voor meting van
de krimpspanning in een trekbank (zie
afb. 3 en 4). De boven- en onderkant
van de cilinders zijn de gebonden
oppervlakken (respectievelijk aan een
stalen schijfje en aan glas). De mantel
van de cilinder is het vrije, niet-gebonden oppervlak.
1
38
TANDARTSPRAKTIJK | SEPTEMBER 2015
Cees Kleverlaan en Leontine Jongsma zijn verbonden aan de
Sectie Tandheelkundige Materiaalwetenschappen, ACTA,
Universiteit van Amsterdam en Vrije Universiteit, Amsterdam.
deze spanning groter is dan de hechtsterkte aan dit oppervlak
zal het vulmateriaal (gedeeltelijk) loskomen, met een lagere
hechtsterkte en eventueel meer lekkage als gevolg. Aangezien
de mogelijkheid tot vloei van een composiet afhankelijk is van
de relatieve hoeveelheid vrij oppervlak van een composietres-
2
3
Afb. 2 Schematische weergave van de kwikdilatometer voor metingen
van de verhardingskrimp. Het composiet wordt onder het glasstopje
geplaatst, dat aan de bovenkant open is, om de lichtgeleider van de lichtbron toegang te verschaffen tot zo dicht mogelijk bij het monster. De
verhardingskrimp van het monster resulteert in het zakken van het kwikniveau in de rechter glasbuis. Deze neerwaartse beweging wordt gevolgd
door het perspex vlottertje en de daarop rustende metaalkern van de
LVDT (linear variable displacement transducer). Het signaal van de LVDT
wordt continu (gedurende 30 minuten) door de computer geregistreerd.
De middelste glasbuis met de schroefmicrometer dient voor de calibratie
van de dilatometer.
Afb. 3 Vereenvoudigde schematische weergave van de opstelling in de
trekbank om krimpspanningen te meten. Het composiet bevindt zich
tussen een glasplaat (vast verbonden met het onderste deel van de trekbank) en een stalen schijfje (parallel aan de glasplaat) en is verbonden
met de krachtopnemer. Het composiet wordt vanaf de onderkant door
het glas belicht. De ontwikkeling van de krimpspanning wordt continu
vanaf de start van de belichting door de computer (gedurende 30 minuten) geregistreerd. De C-factor van het composietcilindertje tussen het
glas en het staal is C=2.
tauratie, wordt de invloed van de krimp en krimpspanning
groter naarmate er minder vrij (ongebonden) composietoppervlak aanwezig is. De ratio tussen vrij en gebonden
oppervlak van een composietrestauratie wordt uitgedrukt in
de C-factor. Dit is een van de meest belangrijke factoren in
de bepaling van de spanningsontwikkeling.1,2 Hoe hoger de
C-factor, hoe meer de vloei wordt gehinderd en hoe hoger de
spanning zal zijn. Afbeelding 1 toont hoe voor een aantal
restauraties een schatting gemaakt kan worden van de waarde van de C-factor.
Krimp- en krimpspanningwaarden uit het
laboratorium
Twee situaties
Er zijn ruwweg twee verschillende soorten restauraties te
onderscheiden: de situatie waar de omgeving relatief flexibel
is en kan meegeven, en die waarbij het tandweefsel niet kan
meegeven en er sprake is van een rigide omgeving. Voorbeelden van de eerste situatie zijn MOD-restauraties met een lage
C-factor van ongeveer 1. Het andere uiterste is een diepe klasse V-restauratie, waar de C-factor een hoogte kan bereiken
van 5. Hierbij zal de combinatie van de krimpspanning en de
kwaliteit van het adhesief een belangrijke oorzaak zijn voor
het loskomen van de hechting. Voor lagere C-factoren in de
orde van 1-2, zoals in MO-, DO- of MOD-restauraties, kan de omringende tandstructuur wel meegeven. Kleine trekkrachten
kunnen flexibele knobbels al doorbuigen. Hierdoor zullen
composieten die veel krimp vertonen de knobbels meer doorbuigen dan composieten met weinig krimp. Uiteindelijk kan
dit resulteren in horizontale glazuurbarsten ter hoogte van de
bodem van de caviteit. Daarom is het aan te raden in deze
gevallen composieten met lage krimpwaarden te gebruiken.
Idealiter zou de kwaliteit van vullingen klinisch geëvalueerd
moeten worden. Dit wordt echter niet vaak gedaan. In plaats
daarvan wordt uitgeweken naar laboratoriumtesten. Deze
kunnen vaak wel goed onderlinge verschillen in kaart brengen, maar zijn veelal niet voorspellend voor het klinisch gedrag. Voor veel composieten is de krimp gemeten door de
fabrikant. Door een gebrek aan standaardisatie van de testmethodes zijn deze waarden echter vaak onderling niet te
vergelijken.
Eén van de meest gebruikte methode is de Archimedes-methode, waarmee de dichtheid voor en na het uitharden bepaald
wordt. Op deze manier kan de volumeverandering, de krimp
dus, vastgesteld worden. Daarnaast bestaan er nog een aantal
methodes om de krimp te bepalen. De uitkomsten van deze
methodes vertonen onderling kleine, maar wel relevante
verschillen. In dit onderzoek is gebruikgemaakt van een kwikdilatometer3 waarbij direct de volumeverandering bepaald
wordt (zie afbeelding 2 en 4).
Het meten van de krimpspanning is minder eenvoudig. Dit
wordt meestal gedaan in een trekbank of een vergelijkbare
opstelling, waarbij de kracht wordt gemeten die ontstaat bij
de verhardingsreactie van het composiet. De gevonden
waarden in de literatuur kunnen onderling enorm verschillen,
omdat bepaalde opstellingen heel flexibel zijn en andere
volkomen rigide. Bij de flexibele opstellingen zie je lage spanningswaarden (1-5 MPa) en bij totaal rigide opstellingen zijn
de waarden hoog (>20 MPa). In dit onderzoek wordt gebruik-
SEPTEMBER 2015 | TANDARTSPRAKTIJK
39
u
4a
4b
Afb. 4a/4b Werkelijke opstelling van de de kwikdilatometer voor metingen van de verhardingskrimp en de opstelling in de trekbank om
krimpspanningen te meten.
u
TABEL 1
Composietnaam
Krimp (in vol%)
Krimpspanning (in MPa)
Grandio
Filtek A110
Premise
Clearfil APX
Filtek Z250
Quixfil
Filtek Supreme
Ceram-X mono
Glacier
Prodigy Condensable
Tetric Ceram
Herculite XR
Spectrum TPH
Ice
Charisma
Point 4
Micro Hybrid Composite
Heliomolar Flow
Tetric Flow
Revolution Formula 2
UltraSeal XT Plus
1,9 (0,2)
2,2 (0,1)
2,3 (0,1)
2,3 (0,1)
2,3 (0,0)
2,4 (0,1)
2,5 (0,0)
2,8 (0,1)
2,9 (0,0)
3,1 (0,0)
3,2 (0,1)
3,2 (0,1)
3,2 (0,1)
3,3 (0,1)
3,3 (0,1)
3,4 (0,0)
3,7 (0,1)
4,2 (0,1)
4,4(0,0)
5,0 (0,1)
5,6 (0,1)
20,0 (1,2)
17,4 (0,8)
13,3 (0,3)
20,4 (0,9)
13,9 (1,0)
15,8 (2,9)
15,1 (1,3)
14,2 (0,6)
14,3 (1,0)
16,1 (1,1)
12,8 (0,7)
14,9 (1,0)
15,6 (0,7)
15,4 (1,2)
15,3 (0,9)
11,9 (2,1)
12,5 (0,7)
8,4 (1,0)
7,6 (1,3)
6,8 (0,7)
3,3 (0,3)
Heliomolar
Tetric Evo Ceram
Gradia Direct
In Ten-S
ELS Flow
SDR
Venus Diamond
Filtek Silorane
ELS New Formula
2,0 (0,1)
2,0 (0,1)
2,4 (0,0)
2,7 (0,1)
3,2 (0,1)
3,3 (0,1)
2,0 (0,1)
2,1 (0,1)
2,3 (0,1)
8,4 (0,8)
10,6 (0,2)
10,4 (0,9)
8,8 (1,1)
3,0 (0,2)
5,6 (0,6)
10,5 (0,8)
4,2 (0,9)
2,6 (0,9)
Aelite Flo
Flow-it
Filtek Z100
4,8 (0,1)
5,3 (0,1)
2,6 (0,1)
16,0 (1,2)
15,4 (0,8)
23,5 (0,4)
gemaakt van een bijna totaal rigide opstelling, omdat de
trekbank de lengte van het composiet tot op de 0,1 μm
nauwkeurig gelijkhoudt tijdens de meting. Ook heeft de
C-factor een effect op de krimpspanning. Hoe hoger de
C-factor, hoe hoger de krimpspanning. Deze metingen zijn
alle bij dezelfde C-factor (C=2), in een trekbank4 en continu gedurende 30 minuten, uitgevoerd (zie afbeelding 3
en 4).
Literatuur
A
B
C
Tabel 1 Krimp en krimpspanningwaarden van 33 verschillende composieten.
A: Materialen met een hoge correlatie tussen krimp en krimpspanning.
B: Materialen onder de correlatielijn, met relatief weinig krimpspanning in
verhouding met de krimp.
C: Materialen boven de correlatielijn, waarbij relatief veel krimpspanning
bestaat in verhouding met de krimp.
In een publicatie uit 20054 is de krimp en krimpspanning
van 17 composieten onderzocht. Hierbij werd een hoge
correlatiecoëfficiënt van r2=0,88 gevonden voor de krimp
en krimpspanning. De verhardingskrimp van een composiet is gerelateerd aan de hoeveelheid vulstofdeeltjes. Als
de vulstofgraad toeneemt, zal minder krimp optreden omdat een kleiner deel reageerbaar monomeer beschikbaar is
voor de verhardingsreactie. Echter, wanneer de vulstofgraad toeneemt, zal dit leiden tot stijvere materialen waardoor verwacht mag worden dat de krimpspanning zal toenemen. Dit betekent dat er een inverse relatie bestaat
tussen krimp en krimpspanning: hoe kleiner de krimp hoe
hoger de krimpspanning, en omgekeerd. Vier van de 17
composieten vormden een uitzondering en vielen buiten
de correlatielijn. Filtek Z100, Aelite Flo en Flow-It, vertoonden een significant hogere krimpspanning dan verwacht
op grond van hun krimpwaarde. Eén composiet, Heliomolar, had een significant lagere krimpspanning dan verwacht.
De eerdergenoemde studies4,5, waarin krimp en krimpspanning van diverse composieten werden geëvalueerd, zijn
nu uitgebreid tot een studie waarbij 33 composieten zijn
onderzocht. Tabel 1 en afbeelding 5 tonen de krimp en
krimpspanningswaarden van 33 composieten uit dit
onderzoek en het eerder uitgevoerde onderzoek.4,5
Het eerste deel van de Tabel 1 bevat 21 composieten, bij
welke krimp en krimpspanning correleren met r2 = 0,81.
Het tweede deel van Tabel 1 bevat twaalf uitzonderingen,
die relatief ver boven of onder de correlatielijn liggen.
Behalve Aelite Flo, Flow-it en Filtek Z100 zijn er geen mateSEPTEMBER 2015 | TANDARTSPRAKTIJK
41
u
after30minutes
25
CJKleverlaanAJdeGeeand AJFeilzerPolymerizationshrinkage
andcontractionstressofdentalresincomposites.
DentalMaterials 2005;11;50andnewdata(2014)
FiltekZ100
Co
ontraction
nstress(M
MPa)
20
Grandio
ClearfilAPX
FiltekA110 ProdigyCondensable
A li Fl
AeliteFlo
SpectrumTPH
FiltekSurpeme
FlowͲit
Glacier
Ice;Charisma
QuiXfil
HerculiteXR
FiltekZ250
Ceram.XMono
PremiseDentine
MicroHybridComposite
Tetric Ceram
TetricCeram
TetricEvoCeram
Point4
GradiaDirect
VenusDiamond
15
10
Heliomolar
InTenͲS HeliomolarFlow
Tetric Flow
TetricFlow
R l i F2
RevolutionF2
SDR
5
FiltekSilorane
els newformula
new formula
elsflow
UltraSeal XT Plus
UltraSealXTPlus
0
1
2
5
3
4
Shrinkage(vol%)
5
6
Afb. 5 Correlatie tussen krimp en krimpspanning. 21 composieten (u) vertoonden een hoge correlatie (r2 = 0,81) tussen krimp en krimpspanning, wat betekent dat voor de meeste composieten een lage krimp gepaard gaat met een hoge krimpspanning en omgekeerd. Twaalf
composieten ( en ) vielen buiten de correlatie. Materialen ver onder de correlatielijn () hebben een relatief lage krimpspanning uitgaande
van de volumetrische krimp in vergelijking met materialen op of dicht bij de lijn (u) en ver boven de lijn ().
rialen getest die een ongunstige verhouding tussen krimp en
krimpspanning hebben. Aan de andere kant hebben fabrikanten veel energie gestoken in het ontwikkelen van materialen
die ver onder de correlatielijn liggen. Deze materialen hebben
een gunstige verhouding tussen krimp en krimpspanning in
vergelijking met materialen die op of dichtbij de lijn, of ver
boven de lijn liggen. Naast Heliomolar zijn dat Tetric Evo
Ceram, Gradia Direct, In Ten-S, Venus Diamond, Filtek Silorane
en Els New Formula. Voor de flowables zijn dat Els Flow en
SDR. Deze materialen hebben over het algemeen relatief lage
waarden voor zowel de krimp als de krimpspanning. Dit zou
de spanning op de hechting tussen tandweefsel en composiet
moeten reduceren waardoor problemen als gevolg van krimp
en krimpspanning voorkomen zouden kunnen worden.
Men kan zich afvragen wat de keerzijde is van deze ontwikkelingen. Over het algemeen zien we dat materialen die gunstige
krimp en/of krimpspanningseigenschappen hebben wat moeilijke verwerkingseigenschappen hebben. De meeste van deze
materialen voelen stug aan en zijn lastig te verwerken. Om de
verwerkingseigenschappen te verbeteren wordt het composiet vaak verwarmd voordat het aangebracht wordt. Verder
kunnen eigenschappen zoals slijtage en weerstand tegen vermoeingsbelasting negatief beïnvloed worden.
Conclusie
Het grootste deel van de onderzochte composieten (21 van de
33) voldoet aan de regel dat een lage krimp gepaard gaat met
een hoge krimpspanning en omgekeerd. Negen composieten
42
TANDARTSPRAKTIJK | SEPTEMBER 2015
vormden daarop een positieve uitzondering. Composieten
met zowel een lage krimpspanning als een lage krimp zullen
de minste problemen opleveren met betrekking tot problemen
als randspleetvorming en knobbeldoorbuiging. Het klinisch
succes van restauratiematerialen is echter ook grotendeels
afhankelijk van andere factoren dan de krimp- en krimpspanning – deze zijn slechts twee factoren op weg naar klinisch
succes. De resultaten van dit onderzoek en vorige onderzoeken4,5 pleiten dus tegen de toepassing van universele ‘multipurpose’ composieten – composieten waarvan wordt gepropageerd dat zij in alle indicaties kunnen worden toegepast. u
* Dit artikel verscheen eerder als ‘Het belang van krimp en krimpspanning
tijdens de verharding van composieten’ in VVT Magazine, maart 2015, nr. 3.
Referenties
1 Feilzer AJ, de Gee AJ, Davidson CL. Setting stress in composite
resin in relation to configuration of the restoration. J Dent Res
1987;66:1636–9.
2 Ferracane JL. Developing a more complete understanding of
stresses produced in dental composites during polymerization.
Dent Mater 2005;21:36-42.
3 De Gee AJ, Davidson CL, Smith A. A modified dilatometer for
continuous recording of volumetric polymerization shrinkage of
composite restorative materials. J Dent 1981;9:36–42.
4 Kleverlaan CJ, Feilzer AJ. Polymerization shrinkage and contraction stress of dental resin composites. Dent Mater 2005;21:1150-7.
5 De Gee AJ, Kleverlaan CJ, Feilzer AJ. Krimp en krimpspanning;
welk composiet voor welke caviteitsvorm? Nederlands Tandartsenblad, 2007;62:26-29.