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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE ODONTOLOGÍA
CARRERA DE ODONTOLOGIA
RESISTENCIA FLEXURAL DEL ACRILICO DE TERMOCURADO
REFORZADO CON NANOPLACAS DE GRAFENO
Trabajo de titulación presentado como requisito previo a la
obtención del Título de Odontólogo
Autor: Isaac Gabriel Larrea Santamaría
Tutor: Dr. Rodrigo Vinicio Santillán Cruz
Quito, febrero 2018
ii
iii
iv
APROBACIÓN DE LA PRESENTACIÓN ORAL/TRIBUNAL
El Tribunal constituido por la Dra. Monserrath Moreno y el Dr. Salvador Raza
Luego de receptar la presentación oral del trabajo de titulación previo a la obtención del
título de Odontóloga presentado por el señor Isaac Gabriel Larrea Santamaría.
Con el título:
RESISTENCIA FLEXURAL DEL ACRILICO DE TERMOCURADO
REFORZADO CON NANOPLACAS DE GRAFENO.
Emite el siguiente veredicto:
Fecha: 23 de febrero 2018
Para constancia de lo actuado firman:
Nombre Apellido Calificación Firma
Presidenta: Dra. Monserrath Moreno
Vocal 1: Dr. Salvador Raza
v
DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado a todas las personas que están o estuvieron luchando
contra el cáncer, también para aquellas que dejaron este mundo a causa de esta mortal
enfermedad.
A mis padres que a diario trabajan incansablemente en esta hermosa profesión que me
lo ha dado todo a través de ellos y de su amor.
A Mica que por más difícil que se ponga el camino nunca desiste, enseñándome que es
la verdadera constancia.
A mi hermano y mi cuñada que jamás mostraron debilidad ante la adversidad
permaneciendo firmes sin desfallecer para alcanzar la felicidad.
A mi sobrino.
vi
AGRADECIMIENTO
A Adri, Antonieta y Napoleón que a pesar de que ya no están en este mundo sus
enseñanzas servirán para toda la vida.
A mis padres que con sus consejos y guías han sabido formar mi carácter y mi
personalidad para ser un hombre de bien.
A mi tutor Dr. Rodrigo Santillán que por más descabelladas que sonaran las ideas
siempre me presto su conocimiento para aclarar mi mente.
A las personas que creen tener el poder y se dejan llevar por su orgullo, a las que creen
tener la razón y hacen lo imposible por llamar la atención, a las que no son más que
seres humanos con aires de grandeza, sino fuera por ellos el ingenio y la superación
jamás existiría.
A los mejores docentes que he tenido a lo largo de mi carrera, Dr. Guillermo Lanas y
Dr. Enrique Vela, que antes de enseñarme de odontología me enseñaron de ética y de
verdaderos valores como profesionales de la salud.
A los doctores Alejandro Farfán y Jorge Naranjo que creyeron en mi dándome una
oportunidad en el momento más oportuno.
A José Ramos por él y por su buena voluntad todo esto pudo ser posible
vii
ÍNDICE DE CONTENIDOS
viii
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 2
1.2. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. 2
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. 3
1.3.1. Objetivo General............................................................................................ 3
1.3.2. Objetivos Específicos .................................................................................... 3
1.4. HIPÓTESIS ........................................................................................................... 4
1.4.1 Hipótesis de Investigación (Hi) ....................................................................... 4
1.4.2 Hipótesis Nula (Ho) ......................................................................................... 4
2. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 5
2.1. Acrílico de termocurado ........................................................................................ 5
2.1.1. Concepto ......................................................................................................... 5
2.1.2. Historia .......................................................................................................... 6
2.1.3. Composición ................................................................................................... 7
2.1.4. Propiedades físicas ......................................................................................... 8
2.1.5 Propiedades mecánicas .................................................................................. 10
2.2 Polimerización de adición del PMMA ................................................................. 13
2.2.1 Etapas de la polimerización del PMMA ........................................................ 13
2.2.2 Ciclos de la polimerización térmica del PMMA ........................................... 14
2.2.3 Reacciones durante la polimerización del PMMA ........................................ 14
2.3 Biocompatibilidad ................................................................................................ 15
2.4 Manipulación ........................................................................................................ 17
2.4.1 Aspectos de la manipulación del PMMA ...................................................... 19
2.4.2 Problemas después de la manipulación del PMMA durante la confección de
prótesis .................................................................................................................... 20
2.5 Resina Acrílica termopolimerizable para base de dentaduras new stetic. ............ 23
2.5.1 Composición química de la resina acrílica termopolimerizable new stetic. .. 23
2.5.2 Propiedades de la resina acrílica termopolimerizable new stetic. ................. 23
ix
2.5.3 Proporciones de uso para la mezcla de la resina acrílica termopolimerizable
new stetic. ............................................................................................................... 24
2.5.4 Preparación de la Mezcla de la resina acrílica termopolimerizable new stetic.
................................................................................................................................ 24
2.5.5 Empaquetado y Prensado de la resina acrílica termopilimerizable new stetic.
................................................................................................................................ 25
2.5.6 Tiempo de Trabajo de la resina acrílica termopilimerizable new stetic. ....... 25
2.5.7 Condiciones de almacenamiento y preservación de la resina acrílica
termopilimerizable new stetic ................................................................................. 25
2.6 Mecánica de prótesis ............................................................................................ 26
2.6.1 Mecanismo de soporte para prótesis completas ............................................ 26
2.6.2. Cresta alveolar residual ................................................................................ 26
2.6.3. Influencia de la masticación y otros movimientos mandibulares ................. 27
2.6.4. Consideraciones parafunciónales ................................................................. 28
2.6.5. Oclusión ........................................................................................................ 28
2.6.6. Cambios en la articulación temporomandibular ........................................... 29
2.7 Fractura de prótesis ............................................................................................... 29
2.7.1 Tipos de fractura ............................................................................................ 30
2.7.2. Causas de fractura ......................................................................................... 30
2.8 Refuerzos en la resina base de prótesis ................................................................ 33
2.8.1 Metal .............................................................................................................. 34
2.8.2 Caucho ........................................................................................................... 34
2.8.3 Fibra de vidrio ............................................................................................... 34
2.8.4 Fibras vegetales ............................................................................................. 35
2.8.5 Fibras de carbono y grafito ............................................................................ 35
2.9 Grafeno ................................................................................................................. 38
2.9.1 Introducción ................................................................................................... 38
2.9.2 Concepto ........................................................................................................ 40
2.9.3 Historia del grafeno ....................................................................................... 41
2.9.4 El grafeno en la nueva generación médica y odontológica ........................... 42
2.9.5 Grafeno en unión con polímeros ................................................................... 45
2.9.6 Composición .................................................................................................. 46
2.9.7 Características físicas .................................................................................... 46
2.9.8 Resistencia mecánica ..................................................................................... 47
2.9.9 Obtención ...................................................................................................... 48
x
2.9.10 Características técnicas de las nanoplacas de grafeno (nanoplatelets grafeno
mechanical Lucas Led) ........................................................................................... 52
3. METODOLOGÍA ....................................................................................................... 55
3.1. Tipo y diseño de la investigación ........................................................................ 55
3.2 Muestra ........................................................................................................... 55
3.3 Criterios de inclusión ............................................................................................ 56
3.4 Criterios de Exclusión .......................................................................................... 56
.................................................................................................................................... 57
3.5. Definición operacional de las variables ............................................................... 57
3.6. Estandarización .................................................................................................... 59
4. MATERIALES Y MÉTODOS ................................................................................... 60
4.1. Materiales e instrumentos .................................................................................... 60
4.1.1. Material común. ............................................................................................ 60
4..1.2. Materiales de bioseguridad. ......................................................................... 60
4.1.3. Instrumental .................................................................................................. 60
4.2. Procedimientos .................................................................................................... 61
4.3 Manejo y Métodos de Recolección de datos. ....................................................... 66
4.3.1 Obtención de Permisos. ................................................................................. 66
4.3.2 Recolección de datos: .................................................................................... 67
4.3.3Medición de la resistencia flexural ................................................................. 67
4.3.4. Análisis Estadístico ...................................................................................... 69
4.3.5. Riesgos potenciales del Estudio ................................................................... 69
4.3.5 Aspectos bioéticos ......................................................................................... 69
CAPÍTULO 5 ................................................................................................................. 70
5.1 Aspectos Administrativos ..................................................................................... 70
5.1.1 Presupuesto .................................................................................................... 70
5.1.2 Fuente de financiamiento .............................................................................. 70
5.2 Plan de trabajo y cronograma de ejecución .......................................................... 71
6. RESULTADOS .......................................................................................................... 72
6.1 Presentación análisis e interpretación de los resultados ....................................... 72
6.1.1 Pruebas de normalidad................................................................................... 74
6.2 DISCUSIÓN ......................................................................................................... 83
CAPITULO 7 ................................................................................................................. 86
7.1 Conclusiones ......................................................................................................... 86
xi
7.2 Recomendaciones ................................................................................................. 86
Referencias bibliográficas .............................................................................................. 88
Anexos ............................................................................................................................ 93
INDICE DE TABLAS
Tabla 1: Modulo elástico PMMA Autor: Manuel Toledano (12) ................................ 10 Tabla 2: Requerimientos de los polímeros de base de dentadura dados por ISO 1567 12 Tabla 3: Propiedades físicas más relevantes de la resina acrílica ................................. 24
Tabla 4: Definición operacional de las variables .......................................................... 58 Tabla 5: Tabla de presupuesto ....................................................................................... 70 Tabla 6: Plan de trabajo ................................................................................................. 71 Tabla 7: Recolección de longitudes GRUPO “R” ......................................................... 72
Tabla 8: Recolección de longitudes GRUPO “GA” ...................................................... 72 Tabla 9: Recolección de longitudes GRUPO “G” ......................................................... 73 Tabla 10: Recolección de longitudes GRUPO “NA” .................................................... 73
Tabla 11: Recolección de longitudes GRUPO “NA” .................................................... 73 Tabla 12: Recolección de datos necesarios (todos los grupos de estudio) .................... 74 Tabla 13: Pruebas de normalidad .................................................................................. 75
Tabla 14: Prueba ANOVA comparación de carga ultima. ............................................ 76 Tabla 15: Prueba TURKEY comparación de carga ultima ........................................... 77
Tabla 16: Prueba ANOVA comparación resistencia ultima (Mpa)............................... 79
Tabla 17: Prueba TURKEY comparación de resistencia ultima ................................... 80
INDICE DE GRAFICOS Grafico 1: Mezcla de acrilico de autocurado; Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA ............................................................................................................... 6 Grafico 2: Dr. Otto Röhm ................................................................................................ 7 Grafico 3:Micrografía de las esferas de PMMA; Tomado de:www.researchgate.net ... 8 Grafico 4: Formula del metacrilato de metilo y PMMA ................................................. 8 Grafico 5: Representación gráfica de como el polímero (polvo) se convierte en una
protesis total superior; Tomado: http://clinicadentalriosdent.com .................................. 8 Grafico 6: Preparación de acrílico de termocurado para cocinar en mufla. .................. 22
Grafico 7: Protesis en cera dentro de una mufla lista para ser pasada a acrílico. .......... 22 Grafico 8: Resina acrilica termopolimerizable VERACRIL ......................................... 23 Grafico 9: Paciente con protesis total superior en acrílico de termocurado y protesis
parcial inferior en acrílico de termocurado; Autor; ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA ............................................................................................................. 29
Grafico 10: Fractura de protesis en mufla por exceso de manipulación al extraer;
Autor: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA ................................................. 32
xii
Grafico 11: Fractura de protesis por impacto; Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA ............................................................................................................. 32 Grafico 12: Reparación casera de protesis total superior con seda dental; Autor:
ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA ............................................................. 33 Grafico 13: Reparación casera de protesis total superior con hilo de algodón; Autor:
ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA. ............................................................ 33
Grafico 14: Colocación de refuerzo de fibra de vidrio en protesis; Tomado:
www.indensa.com .......................................................................................................... 36 Grafico 15: estructura de fibra de carbono en protesis fija; Tomado:
www.clinicadentaldiazlopez.com ................................................................................... 36 Grafico 16:Protesis dental superior reforzada con lamina de metal microperforado;
Autor: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA ................................................. 37 Grafico 17: Protesis dental superior reforzada con malla metálica; Autor: ISAAC
GABRIEL LARREA SANTAMARIA .......................................................................... 37
Grafico 18:Formas alotrópicas del carbono; Tomado: www.emaze.com .................... 40 Grafico 19: Representación gráfica de una capa de grafeno; Tomado:
clickmica.fundaciondescubre.es ..................................................................................... 41 Grafico 20: Konstantin Novoselov (Rusia, 1974) y Andre Geim (Rusia, 1958); Autor:
UoM StaffNet ................................................................................................................. 42 Grafico 21: Tatuaje en diente a base de grafeno actúa como sensor para medir la
cantidad microbiana; Tomado: dentalista.es ................................................................. 46 Grafico 22: Simulación de una lámina bidimensional de grafeno soportando peso;
Tomado: tuexperto.com ................................................................................................. 48
Grafico 23: Micrografía 60x de nanoplacas de grafeno; Autor: ISAAC GABRIEL
LARREA SANTAMARIA ............................................................................................ 53
Grafico 24: Micrografía de las nanoplacas de grafeno; Tomado: lucasled.es.............. 53 Grafico 25: Espectroscopia RAMAN que indica C: 97% H: 1% 2%; Tomado:
lucasled.es ....................................................................................................................... 54 Grafico 26: Grupo de muestras de acrílico de termocurado con nanoplacas de grafeno,
R grupo de control, N grupo que en su composición llevan 0,2g de nanoplacas de
grafeno dividido para cinco, NA grupo que en su composición cada una posee 0,2g de
nanoplacas de grafeno, G grupo que en su composición llevan 0,1 de nanoplacas de
grafeno dividido para cinco, GA grupo que en su composición cada una posee 0,1g de
nanoplacas de grafeno. Todas las muestras cumplen con peso y longitud establecidos en
los criterios ..................................................................................................................... 57 Grafico 27:Maquina de ensayos universales, Dispositivo Advance Force & torque
indicador (Quatrol) ......................................................................................................... 59 Grafico 28: Resina acrílica termopolimerizable new stetic VERACRIL en presentación
industrial (polímero), : Resina acrílica termopolimerizable new stetic VERACRIL en
presentación de un galon (monómero),Resina acrílica termopolimerizable new stetic
VERACRIL en presentación por porciones como se vende al por mayor, yeso piedra
MAGNUM 1 kilo, nanoplatelets grafeno Mechanical Lucas Led 20gr, placas de cera
ptrones para muestra. ...................................................................................................... 62
Grafico 29: Vibración del yeso piedra, colocación de patrones de cera en las muflas,
pesado de monómero, pesado de nanoplacas de grafeno, mezcla monómera más
nanoplacas de grafeno. ................................................................................................... 63
xiii
Grafico 30: Mezcla de resina acrílica con nanoplacas de grafeno, prensado de la mufla,
cocinado de las muflas, muflas con placas para corte y pulido de muestras. ................. 64 Grafico 31: Corte y pulido de las muestras según ADA, muestras cortadas y pulidas
colocadas en agua destilada, muestra en micrómetro para toma de longitudes. ............ 65 Grafico 32: Aditamento creado para máquina de ensayos universales de la Universidad
de las Fuerzas Armadas “ESPE” para ensayo de materiales a tres puntos con una
distancia ente puntos de 4,5 cm. ..................................................................................... 68 Grafico 33: Diafragma de la comparación carga ultima. Autor: ISAAC GABRIEL
LARREA SANTAMARIA ............................................................................................ 78 Grafico 34: Diafragma de la resistencia ultima. Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA ............................................................................................................. 81
Grafico 35: Diagrama de cajas, comparación de resistencia ultima. Autor: ISAAC
GABRIEL LARREA SANTAMARIA .......................................................................... 82
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo 1: Factura de compra de nanoplacas de grafeno en Lucas Led España ............. 94
Anexo 2: Conflicto de intereses .................................................................................... 95 Anexo 3: Petición de uso de laboratorio y máquina de ensayos universales Universidad
de las Fuerzas Armadas “ESPE” .................................................................................... 96 Anexo 4: Certificado Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE” ........................... 97
Anexo 5: Certificado laboratorio dental. ....................................................................... 98 Anexo 6: Certificado del Ing. Mat Jaime Molina ......................................................... 99 Anexo 7: Certificado subcomité de ética. ................................................................... 100 Anexo 8: Eliminación de desechos. ............................................................................ 101
xiv
RESUMEN
La necesidad y las diferentes complicaciones a lo largo de los años como es el caso de las
fracturas en prótesis dentales han dejado claro de que existen componentes simples en
nuestro entorno que ayudan a mejorando ciertos materiales que han sido utilizados en las
etapas de la odontología moderna ; los polímeros en odontología están presente en la
práctica diaria aún más en lo que se refiere a rehabilitación oral, el uso de acrílicos de
diferente composición, configuración y efectividad han sido estudiados a lo largo del
tiempo dando diferentes resultados ,la adición de componentes metálicos y no metálicos
en la preparación del acrílico de termocurado se traduce como un refuerzo positivo o no
significativo según los análisis de las investigaciones .
En el presente estudio se usaron nano placas de grafeno (NPG), el grafeno un material
aislado del grafito ya descrito en el año 1930 y en 2010 Andre Geim y Konstantin
Novoselov ganan el premio Nobel por el aislamiento y descripción de características de
esta forma alotrópica del grafito que hasta ese entonces se consideraba teórica; al grafeno
a partir del Nobel se lo empezó a llamar como el material del futuro describiéndolo como
flexible, elástico y extremadamente más resistente que el acero en configuraciones 2D,
las nanoplacas de grafeno un derivado de este material 2D según algunos estudios indican
poseer propiedades similares a la matriz de donde provienen. En el acrílico dependiendo
de la organización ordenada o al azar de las NPG, la estructura molecular del polímero
sufrirá reacciones que podrían ser usadas positivamente en la confección de protesis
dentales que usen acrílico de termocurado.
En este estudio se demostró que las nanoplacas de grafeno serían viables como un
refuerzo para el acrílico de termocurado a pesar de que estadísticamente no se obtuvo
significancia, pero se obtuvo resultados iguales que el grupo de control, los resultados no
fueron negativos ya que se pudo observar que las nanoplacas de grafeno fueron 2%
mejores que el acrílico sin refuerzo de ningún tipo, este 2% sin significancia demostró
que los datos numéricos arrojados por la investigación dejan en evidencia que este
derivado del grafeno posee varias cualidades una de ellas influye directamente en la
resistencia flexural del acrílico de termocurado usado en protesis dental.
Palabras clave: Prótesis totales, nanoplacas de grafeno, dureza, flexibilidad
xv
ABSTRACT
HEAT CURED ACRYLIC FLEXURAL RESISTANCE REINFORCED WITH
GRAPHENE NANOPLATES
The need and the different complications over the years, as in the case of fractures in
dental prostheses, have made it clear that there are simple components in our environment
that help to improve certain materials that have been used in the stages of modern
dentistry; the polymers in dentistry are present in daily practice even more in regard to
oral rehabilitation, the use of acrylics of different composition, configuration and
effectiveness have been studied over time giving different results, the addition of metal
components and non-metallic in the preparation of the thermoforming acrylic translates
as a positive or non-significant reinforcement according to the analysis of the
investigations.
In the present study graphene nano plates (GNP) were used, graphene is a material
isolated of graphite, already described in the year 1930 and in 2010 Andrey Geim and
Konstantin Novosiolov they win the Nobel Prize for the isolation and description of
characteristics of this allotropic form of graphite that until then was considered
theoretical; graphene from the Nobel began to be called as the material of the future
describing it as flexible, elastic and extremely stronger than steel in 2D configurations,
graphene nanoplates are a derivative of this 2D material according to some studies
indicate to have properties similar to the matrix where they come from. In the acrylic
depending on the orderly or random organization of the GNP, the molecular structure of
the polymer will undergo reactions that could be used positively in the manufacture of
dental prostheses that use heat cured acrylic.
In this study it was demonstrated that graphene nanoplates would be viable as a
reinforcement for the heat cured acrylic even though statistically no significance was
obtained, but the results were the same as the control group, the results were not negative
since it could be observed that the graphene nanoplates were 2% better than acrylic
without reinforcement of any kind, this 2% no significance showed that the numerical
data obtained by the investigation show that this graphene derivative has several qualities,
one of them directly influences the flexaural strength of the heat cured acrylic used in
dental prosthesis.
Keywords: Prostheses, nanoplates, graphene, hardness, flexibility
INTRODUCCIÓN
Una resina sintética para que sea útil en odontología debe tener cualidades excepcionales
en cuanto a su estabilidad química y dimensional y también debe poseer propiedades que
le permitan un tratamiento relativamente sencillo.
Debe ser fuerte y dura, pero no frágil (2).
Las prótesis en base a resina acrílica es un problema clínico en la práctica de prostodoncia
y que al restaurar los objetivos son devolver forma resistencia ahorrando costos y tiempo
evitando fracturas recurrentes (3).
Las investigaciones in situ sobre nanocompuestos polimerizados sobre todo el polimetil
metacrilato grafeno por sus siglas PMMA-GRAFENO están relacionadas principalmente
con las propiedades térmicas y mecánicas de este compuesto (4).
El material comúnmente utilizado en prótesis totales es el poli metil metacrilato (PMMA)
pero este material no es el ideal en todos los aspectos, su popularidad y uso se debe a la
combinación de virtudes en lugar de una única propiedad deseable. A pesar de ser popular
en el uso debido a exigencias estéticas y a la experiencia de uso en clínica este material
está lejos de cumplir requisitos mecánicos ideales para una prótesis (5).
2
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Basado en varios estudios en los que tratan este tema se puede evidenciar que el acrílico
del todo no es un material netamente ideal y que el uso de este material solo se debe a una
combinación de virtudes y popularidad (5). Las prótesis obviamente confeccionadas con
acrílico de termocurado están sometidas a varios factores tanto intraorales como
extraorales que pueden determinar el fracaso de la prótesis en relación con la resistencia
del material, menciona también que varios estudios ya evidencian que la fractura de
prótesis totales superiores se da en la línea media por la morfología y configuración
durante la confección (6).
Durante la experiencia clínica se puede notar que el acrílico de termocurado usado en
prótesis totales y removibles posee cualidades un tanto aceptables pero no en un cien por
ciento ya que en materia de adaptación y durabilidad deja mucho que desear ya sea por
falta de flexibilidad y exceso de peso del material, estas características físicas se pueden
mejorar mediante aditivos o refuerzos que de alguna manera ayudan en la eficiencia de
flexibilidad, peso , y durabilidad ayudando así a la vida útil de la dentadura postiza.
El uso de mallas metálicas en la confección de prótesis totales superiores que agregan
resistencia pero también peso a la prótesis, una compatibilidad casi baja del plástico con
el metal en prótesis removibles, fracturas en la línea media de prótesis totales inferiores
por mala adaptación, reparaciones en dentaduras postizas que reducen la calidad del
material y la vida útil de la prótesis, poca flexibilidad del acrílico provocando malas
adaptaciones, son algunos de los problemas a los que nos enfrentamos al colocar y al
confeccionar prótesis con el acrílico de termocurado a pesar de que se menciona varias
propiedades ideales de los polímeros dentales muchas de ellas no se cumplen o se
cumplen muy poco dando como resultado fracasos durante: la confección, mantenimiento
y uso de la dentadura postiza (02).
1.2. JUSTIFICACIÓN
Se escogerá el acrílico de termocurado para este estudio debido que tiene mucha relación
con la rehabilitación oral, “el acrílico fue introducido en la odontología desde los años
1937(7). Desde entonces se han realizado muchos estudios con relaciona su resistencia
biocompatibilidad, durabilidad, adaptación, capacidad para albergar microorganismos,
etc., estos estudios han arrojado muchos datos para el mejoramiento de la calidad del
material, a pesar de eso nada está dicho aun y se sigue ahondado en el tema del refuerzo
para el acrílico ya que sus características físicas no son del todo fiables
El grafeno al ser un material prácticamente nuevo abre un camino importante en
diferentes campos de investigación ya que al ser considerado el material del futuro puede
ser usado en diferentes áreas como lo mencionan (8). En odontología en lo que respecta
al país no se ha realizado aun una investigación para determinar los beneficios de este
material en la rama de la salud oral, por lo cual se quiere iniciar con este estudio no solo
una prueba de las cualidades y características físicas de este material, sino que otras
generaciones investiguen y pongan a prueba los múltiples usos de este material
encaminado a la odontología.
En lo que respecta a refuerzos del acrílico se mencionan fibras de vidrio incluso con fibra
de carbono, carbono que viene siendo el antecesor del grafeno dentro del ámbito de la
3
odontología, debido a su excelentes capacidades físicas y químicas el grafeno puede tener
una amplia gama de aplicaciones en campos de ingeniería de los materiales y ramas de la
salud, se decidirá también probar que tan factible seria su introducción en materiales
odontológicos, ya que es fácil de usar y con bajo costo, dentro de los materiales dentales
de uso frecuente se optara por el acrílico de termocurado(9)(10)(11)
1.3. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.1. Objetivo General
Evaluar la resistencia flexural in vitro del acrílico de termocurado reforzado con
nanoplacas de grafeno para obtener datos referentes que determinen alteraciones físicas.
1.3.2. Objetivos Específicos
1. Comparar resistencia flexural de probetas de acrílico de termocurado sin refuerzo
y reforzadas con nanoplacas grafeno, según los datos obtenidos del estudio de
resistencia flexural cotejar si las nanoplacas de grafeno aumentan o disminuyen
la resistencia flexural del acrílico de termocurado.
2. Identificas si las nanoplacas de grafeno pueden ser un refuerzo viable al momento
usarlas en la confección de prótesis a base acrílico de termocurado.
3. Establecer estadísticamente si existieran alteraciones del acrílico de termocurado
sin refuerzo ante el acrílico de termocurado reforzado con nanoplacas de grafeno.
4
1.4. HIPÓTESIS
1.4.1 Hipótesis de Investigación (Hi)
La resistencia flexural del acrílico de termocurado es mayor usando como refuerzo las
nanoplacas de grafeno.
1.4.2 Hipótesis Nula (Ho)
La resistencia flexural del acrílico de termocurado NO es mayor usando como refuerzo
las nanoplacas de grafeno.
5
2. MARCO TEÓRICO
2.1. Acrílico de termocurado
2.1.1. Concepto
Las resinas acrílicas son polímeros, un polímero es una molécula constituida por unidades
químicas más básicas llamadas monómeros, que repetidas un número de veces “n”
constituirán una macro molécula polimérica. Las unidades de monómero se conectan
mediante enlaces covalentes (12).
Las resinas acrílicas son derivados del etileno y contienen un grupo vinilo en su fórmula
estructural (13).
El polimetilmetacrilato componente activo que forma parte del acrílico de uso en una
prótesis, como tal no se emplea en odontología. En cambio, el monómero de metacrilato
liquido se mezcla con el polímero en polvo. El monómero se disuelve parcialmente en el
polímero y forma una masa plástica. Grafico 1. Esta masa se introduce en el molde y el
monómero se polimeriza, por el método de termocurado si ese fuera el caso (2).
Al acrílico de termo curado se lo conoce como PMMA, material o resina acrílica base
para dentadura, resina acrílica termopolimerizable según varios autores.
Las características ideales de un material para base de dentadura en este caso el acrílico
de termocurado debe ser relativamente barato y tener una larga vida útil para que el
material pueda ser comprado a granel y almacenado sin deteriorarse dentro del
consultorio. el material debe ser fácil de manipular y fabricar sin tener que recurrir al uso
de equipo de procesamiento caro si las fracturas ocurren deben ser fáciles de reparar,
centrándonos en esto hay que recalcar que el material está expuesto a fracturas dentro de
las propiedades mecánicas ideales indica que el material debe tener suficiente resistencia
a la flexión y deberá tener una resistencia al impacto, también estas fracturas se dan por
defectos en la fabricación o desadaptación de la prótesis que viene siendo un factor que
depende del operador durante la confección(14)(12).
La presentación más común del material como el polvo puede ser trasparente o de color
de los dientes o de color rosa (para simular las encías, algunos incluso contienen fibras
rojas para duplicar los vasos sanguíneos). El líquido(monómero) se suministra en botellas
color ámbar herméticamente selladas (para evitar la polimerización prematura mediante
la luz o la radiación ultravioleta en el almacenamiento) (13).
Generalmente hay tres rutas que han sido investigadas para mejorar las propiedades de
impacto del PMMA: la búsqueda, o el desarrollo de, un material alternativo al PMMA;
La modificación química de PMMA tal como mediante la adición de un copolímero de
6
injerto de caucho; Y el refuerzo de PMMA con otros materiales tales como fibras de
carbono, fibras de vidrio y polietileno de módulo ultra-alto (5).
Se lo denomina acrílico de termocurado ya que su polimerización está dada por el método
de exposición al calor (2).
Grafico 1: Mezcla de acrilico de autocurado; Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA
2.1.2. Historia
Los materiales acrílicos se han estudiado desde hace más de 160 años, Los primeros
informes sobre acido acrílico y la polimerización de este material se remontan a finales
del siglo XIX. Ya en 1901, el químico alemán Dr. Otto Röhm, había finalizado su tesis
doctoral sobre los productos de polimerización del ácido acrílico. En 1907, fundó la
empresa Röhm & Haas, junto con el empresario Otto Haas, en 1910 se fundó un equipo
de investigación para estudiar y desarrollar la síntesis y polimerización del ácido acrílico
y posteriormente de los ácidos metacrílicos (MAA). Grafico 2. En 1915, Röhm obtuvo
una patente sobre el uso de ésteres poliacrílicos como componente aglutinante en pinturas
industriales y lacas. En 1918, después de la Primera Guerra Mundial, el científico alemán
Dr. Walter Bauer se unió al equipo de investigación de Röhm & Haas. Bajo la dirección
conjunta de Röhm y Bauer, el equipo de investigación desarrolló un método comercial
para la polimerización del metacrilato de metilo (MMA) en 1933. El polímero resultante,
un vidrio acrílico transparente resistente a la rotura, se introdujo en el mercado bajo la
marca Plexiglas. Debido a sus propiedades vítreas, peso ligero, y fuerza creciente
comparada al vidrio ordinario, se convirtió ampliamente utilizado en la industria del
armamento para la fabricación de las ventanas de la carlinga del avión. Después de la
Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron nuevas aplicaciones civiles para PMMA, tales
como publicidad iluminada, techos de vidrio y diseño de fachadas. Además, las resinas
acrílicas encontraron su camino en las aplicaciones dentales y la industria de la pintura y
el textil. Otras compañías como ICI y DuPont también se involucraron en la producción
de acrílico, y se desarrolló una gama de productos termoplásticos. Desde entonces, los
7
polímeros acrílicos se han generalizado en innumerables aplicaciones diarias y especiales,
demostrando aún sus fortalezas y beneficios hasta la fecha (15).
Las resinas acrílicas fueron introducidas por el Dr. Walter Wright y Vernon Brothers en
Filadelfia. El acrílico fue introducido como resina transparente en 1936 y como polvo
acrílico en 1937. En 1940, el 95% de las dentaduras se hizo a partir de ellos. El poli
metilmetacrilato sigue siendo el material de base de dentadura más utilizado
principalmente por su excelente estética, facilidad de procesamiento y reparación y ser
económico (16).
2.1.3. Composición
El acrílico de termocurado o resina acrílica de base de dentadura como varios autores lo
nombran tiene una presentación en dos partes el líquido es predominantemente
monómero de metacrilato de metilo no polimerizado con olor característico color
transparente de baja viscosidad con pequeñas cantidades de hidroquinona. La
hidroquinona se añade como un inhibidor actuando sobre los radicales libres
convirtiéndolos en radicales estabilizados, que evita la polimerización indeseable o
"ajuste" del líquido durante el almacenamiento. Los inhibidores también retardan el
proceso de curado y con ello aumentan el tiempo de trabajo (17) (12).
El polvo consiste en esferas de hasta 100 micras prepolimerizadas de metacrilato de
polimetilo y una pequeña cantidad de peróxido de benzoilo, denominado iniciador, que
es responsable de iniciar el proceso de polimerización. Grafico 3-4.
También se puede añadir un agente de reticulación al líquido. El dimetacrilato de glicol
se utiliza comúnmente como un agente reticulante en resinas de base de dentadura de
polimetacrilato de metilo. El dimetacrilato de glicol es químicamente y estructuralmente
similar al metacrilato de metilo (17).
Grafico 2: Dr. Otto Röhm
Tomado de: www.heganoo.com
8
Debido a que estos productos son transparentes, es necesario añadir diversos pigmentos
con el fin de mejorar sus cualidades estéticas (12).
Grafico 3:Micrografía de las esferas de PMMA; Tomado de:www.researchgate.net
Grafico 5: Representación gráfica de como el polímero (polvo) se convierte en una
protesis total superior; Tomado: http://clinicadentalriosdent.com
2.1.4. Propiedades físicas
Desde el punto de vista técnico con respecto a las propiedades físicas se hace énfasis a en
estructura y comportamiento molecular del material. Las resinas acrílicas experimentan
ciertos cambios dimensionales, inevitables durante su procesado, que se conoce con el
nombre de contracción de polimerización. Esta contracción se debe al cambio de densidad
que se produce cuando el metacrilato de metilo, que tiene una densidad de 0,94 g/cc, pasa
Grafico 4: Formula del metacrilato de metilo y PMMA
9
a ser polimetacrilato de metilo, que tiene una densidad de 1,19 g/cc. Este aumento de
densidad no es más que la expresión de una disminución del 21 % del volumen del
monómero durante la reacción de polimerización.
Dado que la proporción de polvo-líquido (polímero / monómero) de las resinas acnlicas
para uso odontológico es de 3:1, la contracción volumétrica libre esta entre un 6 y un 8
%(12).
Pero las resinas acnlicas no solo sufren esta contracción volumétrica por polimerización,
sino que también sufren una contracción lineal (que se puede medir desde un punto que
se marca en la superficie oclusal de los segundos molares en la prótesis encerada y los
mismos puntos medidos en la prótesis terminada y que varía entre el 0.2 al 0,69 %); este
tipo de contracción parece estar más relacionada con la contracción térmica de la resina,
esta se produce cuando la base la prótesis comienza a enfriarse después de su
polimerización, pero la resina permanece blanda mientras se está próximo a la
temperatura de curado, y la presión dentro de la mufla hace que se contraiga a la misma
velocidad que el modelo(12).
Las resinas autopolimerizábles presentan una contracción inferior a las termocuradas,
mientras que las procesadas por inyección contraen aún más por la alta temperatura del
procesado o por las características propias de estas resinas.
También se han descrito cambios en la dimensión vertical de oclusión de la prótesis,
según el material que se emplee para su confección. En las técnicas de resina líquida
cuando se usa una mufla de hidrocoloide se produce una disminución de la dimensión
vertical de oclusión de la prótesis, mientras que, si se usa un molde de yeso, en lugar de
hidrocoloide, se produce un aumento de la dimensión vertical de oclusión. Los materiales
termo curables que se modelan por compresión sufren, igualmente, un aumento de la
dimensión vertical de oclusión (12).
La porosidad constituye un defecto importante en la realización de una base de dentadura
en resina acrílica, ya que si es externa retendrá mucha placa y la prótesis presentará un
aspecto u olor desagradable; la porosidad interna debilita la prótesis y concentra tensión
alrededor del poro. Se tiende a concentrar más porosidad en las partes gruesas de la
prótesis al sobrepasar la resina el punto de ebullición y evaporarse el monómero o los
polímeros de bajo peso molecular. Es menos frecuente encontrar poros en las partes
vestibulares ya que estas están más cerca de la pared metálica de la mufla, donde el efecto
exotérmico del metal hará que la temperatura sea menor. También es causa de porosidad
la falta de homogeneidad de la masa plástica, ya que es difícil obtener una homogeneidad
completa en las mezclas de polvo-líquido. Las zonas con mayor cantidad de monómero
contraerán más que las adyacentes, lo que tiende a producir burbujas (12). Por último, la
falta de presión adecuada durante la polimerización es también causa de burbujas. En lo
que tiene que ver al producto terminado que es la prótesis las características físicas
cumplen ciertos parámetros cuando se fabrica una base de prótesis a partir de polímeros,
por cualquier medio, ciertas propiedades físicas y mecánicas del polímero final son
importantes. El polímero curado debe ser lo suficientemente rígido para mantener los
dientes en oclusión durante la masticación y para minimizar la carga irregular de la
mucosa subyacente a la dentadura. El polímero no debe fluir bajo cargas masticatorias si
se desea mantener una buena oclusión. El polímero debe tener suficiente resistencia y
resistencia para soportar no sólo las fuerzas masticatorias normales, sino también el alto
estrés repentino causado por las fuerzas de impacto. El material no debe deteriorarse en
10
el ambiente oral acuoso, y los daños no deben formarse debido al ataque de los disolventes
presentes en los alimentos, las bebidas o los medicamentos (18).
Una clasificación de las características físicas es:
2.1.4.1 Conductividad térmica
La conductividad térmica de PMMA es de aproximadamente 6 x10-4 cal *g -1 * cm-2. Esto
es muy bajo, y puede presentar problemas durante el procesamiento de la dentadura, ya
que el calor producido no puede escapar, dando lugar a un aumento de temperatura. Desde
el punto de vista del paciente, el problema con un bajo coeficiente de conductividad
térmica es que la dentadura aísla los tejidos blandos orales de cualquier sensación de
temperatura. Esto puede llevar a un paciente que consume una bebida que es demasiado
caliente sin darse cuenta, lo que puede conducir a la parte posterior de la garganta y,
posiblemente, incluso los esófagos se irritan (19).
2.1.4.2 Coeficiente de expansión termal
El coeficiente de dilatación térmica es de aproximadamente 80 ppm / ° C. Esto es bastante
alto, como se podría esperar de una resina. En general, esto no presenta un problema,
excepto que existe la posibilidad de que los dientes de porcelana establecidos en la resina
de base de dentadura postiza se puedan aflojar y perderse gradualmente debido a la
expansión y contracción diferencial (19).
2.1.4.3 Sorción y solubilidad del agua
Debido a la naturaleza polar de las moléculas de resina, el PMMA (polimetil metacrilato)
absorberá agua. Esta sorción de agua es típicamente del orden de 1,0-2,0% en peso. En la
práctica, esto ayuda a compensar la ligera contracción del proceso. Sin embargo, dada la
baja tasa de difusión de agua a través de la resina, se necesitaría la prótesis algunas
semanas de inmersión continua en agua para alcanzar un peso estable. Aunque el PMMA
es soluble en la mayoría de los disolventes (por ejemplo, cloroformo), ya que está
ligeramente reticulado, es prácticamente insoluble en la mayoría de los fluidos con los
que puede entrar en contacto con la boca. Sin embargo, se producirá alguna pérdida de
peso, debido a la lixiviación del monómero en particular, y posiblemente algunos de los
pigmentos y colorantes (19).
2.1.5 Propiedades mecánicas
En lo que respecta a las propiedades mecánicas son las que en este estudio se tomará más
en cuenta ya que gracias a ellas se podrá medir los resultados (19).
2.1.5.1 Modulo elástico
El módulo elástico de los plásticos en general es bastante bajo, especialmente si se
compara con los metales usados para bases de prótesis (12).
Modulo elástico
PMMA con caucho 1,1 GPa
PMMA polimerizado a 100 grados centígrados durante 20 minutos 1,4 GPa
PMMA autopolimerizable 1,6 GPa
PMMA polimerizado en microondas 1,7 GPa
Las resinas fotopolimerizables durante 10 minutos en cámara de luz
Tabla 1: Modulo elástico PMMA Autor: Manuel Toledano (12)
11
2.1.5.2 Elongación
La máxima extensión que alcanza una probeta de un material en estudio, hasta llegar a su
momento de ruptura esto después de someterlo a estiramiento, se menciona al polivinilo-
acrílico que tiene mayor elongación que las resinas acrílicas dándole mayor tenacidad y
resistencia a la deformación antes de fracturarse lo que es lógico ya que el polivinilo al
poseer en su estructura vinilo otorga estas propiedades, la combinación de una buena
elongación junto con una buena resistencia a la tracción hace que el material sea más
resistente, mientras que cuando la elongación es baja el material será menos
resistente.(20)(21)(12).
2.1.5.3 Limite proporcional
El límite proporcional de una resina acrílica debe ser alto para evitar la deformación
debido a la tensión que soporta en el momento de la masticación (12).
2.1.5.4 Dureza
La mayoría de los métodos para medir la dureza consisten en hacer una abolladura en la
superficie de un material con una fuerza especificada de una manera controlada y
reproducible y medir el tamaño de la abolladura, manera más técnica menciona que mide
la dureza por Rockewell que consiste en medir la resistencia de la superficie al ser rayado,
el número de dureza Knoop de las resinas autopolimerizables está entre 16 y el 18,
mientras que en las termopolimerizables es de 20. Estos bajos valores de dureza indican
que estos materiales son fáciles de rayar lo que hay que considerar a la hora de pulir y de
cepillar una prótesis (18) (20) (12).
2.1.5.5 Resistencia
Para dejar claras las propiedades debemos saber la diferencia entre mecánica de un
material y resistencia de un material, con respecto a esto diremos que la mecánica analiza
las fuerzas exteriores que actúan sobre el material, mientras que a la resistencia le interesa
saber si la estructura tendrá la capacidad para soportar dichas cargas, teniendo que
analizarse en este caso las fuerzas internas del cuerpo y su relación con la fuerza del
exterior que actúan en él.
En lo que respecta la resistencia de los materiales estudia y establece las relaciones entre
las cargas exteriores aplicadas y sus efectos en el interior de los sólidos, sin suponer que
los sólidos son rígidos como lo hace la mecánica, sino que las deformaciones por
pequeñas que sean tienen gran interés en nuestro análisis.
Para analizar la resistencia de un material nos basaremos en las hipótesis básicas que son:
1. Se hace una idealización o modelos del problema, se harán supociones sobre los
elementos, las cargas aplicadas y los apoyos
2. Se supone que los materiales son linealmente elásticos. Relación esfuerzos
deformación y linealidad de los materiales
3. Se supone que el material no contiene vacíos interiores, es decir es continuos. Sus
propiedades son iguales en cualquier punto son homogéneos, y sus propiedades
son iguales en cualquier dirección es decir son materiales isotrópicos.
4. Linealidad geométrica. Los desplazamientos son pequeños en comparación a las
dimensiones de la estructura. Se cumple la teoría de los desplazamientos pequeños
que dice que la geometría es constante independientemente de las fuerzas
exteriores.
12
5. Se cumple el principio de Saint Venant que dice los esfuerzos que actúan en una
sección distante al punto de la aplicación de la carga tiene una distribución
uniforme
6. Hipótesis de Navier que dicta que las secciones planas permanecen planas después
de la deformación. (59)
Los materiales a base de acrílico son típicamente de baja resistencia. Sin embargo, tienen
una resistencia a la compresión ya la tracción adecuada para aplicaciones de dentadura
completa o parcial.
Resistencia a la compresión 75 MPa
Resistencia a la tracción 52 MPa
Las resinas auto-curadas tienen generalmente valores de resistencia más bajos (13).
La fuerza se ve afectada por:
• Composición de la resina
• Técnica de procesamiento
• Grado de polimerización
• Sorción de agua
• Entorno posterior de la dentadura postiza.
En este estudio lo que se buscara es la resistencia flexural del polimetil metacrilato de
termocurado (13).
2.1.5.6 Resistencia flexural
La resistencia a la flexión puede ser significativamente influenciada por la presencia de
defectos de superficie, huecos u otras imperfecciones que pueden causar concentraciones
de tensiones en la superficie en tensión. Estas concentraciones de tensión pueden hacer
que un material se fracture a una fuerza menor que la que se espera, un hecho que tiene
implicaciones obvias para el diseño de ingeniería, así como para la odontología (14).
El curado de la masa antes de que el monómero se haya difundido al núcleo de las perlas
puede dar como resultado una resistencia a la flexión reducida y una tendencia a que las
grietas se propaguen a lo largo de líneas de debilidad entre la fase intersticial entrecruzada
y las perlas lineales más flexibles (18).
La resistencia a la flexión, que también se denomina resistencia transversal y módulo de
rotura, es esencialmente un ensayo de resistencia de una barra soportada en cada extremo
o un disco delgado soportado a lo largo de un círculo de soporte inferior bajo una carga
estática (19).
Tipo Resistencia flexural
mínima (MPa)
Módulo de flexión
mínimo (GPa)
Monómero residual
mínimo (%wt)
Sorción de agua
máxima (µg/mm3)
Solubilidad máxima
(µg/mm3)
1,3,4,5 65 2.0 2.2 32 1.6
2 60 1.5 4.5 32 8.0
Tabla 2: Requerimientos de los polímeros de base de dentadura dados por ISO 1567
Autor: McCabe (14)
13
2.2 Polimerización de adición del PMMA
La mayoría de las reacciones de polimerización son de dos tipos: polimerización por
adición, en la que no se forma ningún subproducto, y polimerización por condensación,
en la que se forma un subproducto de bajo peso molecular tal como agua o alcohol. Los
materiales que se fijan por polimerización de adición incluyen poli (metacrilato de
metilo), usado en la construcción de dentaduras, y bis-GMA, un componente común de
la matriz de compuestos de resina (18).
La polimerización de adición, y la reacción de adición implica simplemente la unión de
dos moléculas para formar una tercera molécula más grande.
La polimerización de adición implica como su nombre lo indica la adición de una especie
reactiva con un monómero para formar una especie reactiva más grande que es capaz de
adición adicional con monómero (14).
2.2.1 Etapas de la polimerización del PMMA
Existen tres etapas de la polimerización y estas son:
2.2.1.1 Activación
La activación que implica la descomposición del iniciador de peróxido usando activación
térmica (calor), activadores químicos o radiación de una longitud de onda adecuada si
está presente un iniciador activado por radiación (14).
2.2.1.2 Iniciación
Implica la producción de radicales libres, lo que producirá a una cadena de polímero a
comenzar a crecer. Las moléculas de radicales libres tienen grupos químicos con
electrones no compartidos. En los sistemas químicamente activados, los radicales libres
se producen generalmente por la reacción de un iniciador de peróxido orgánico y un
acelerador de amina. En los sistemas activados por luz, la escisión de la canforoquinona
da lugar a la producción de dos moléculas con un electrón. Cualesquiera que sean los
medios de producción, los radicales libres atacan los dobles enlaces de las moléculas
monoméricas disponibles, dando como resultado el desplazamiento del electrón no
compartido hasta el final del monómero y la formación de moléculas monoméricas
activadas (18).
2.2.1.3 Propagación
El radical libre se transfiere al monómero, que puede, a su vez, reaccionar con otro
monómero, este proceso se repite una y otra vez genera la cadena de polímero hasta que
las cadenas en crecimiento chocan o todos los radicales libres han reaccionado.
Los monómeros activados atacan los dobles enlaces de monómeros disponibles
adicionales, dando como resultado la rápida adición de moléculas de monómero al radical
libre. Esta segunda etapa, la propagación, continúa a medida que la cadena crece en
longitud (18) (22) (19).
2.2.1.3 Terminación
Pueden ser de 2 formas:
I) Acoplamiento Directo de Cadenas o Aniquilación: 2 moléculas próximas intercambian
sus valencias libres y quedan así saturadas y sin posibilidad de seguir creciendo.
14
II) Transferencia de hidrogeno: Se produce el pasaje de un átomo de H+ de una molécula
a otra. Es decir, un H+ de una cadena pesa a otra y la satura. Pero la que cedió el H+
puede comenzar la polimerización nuevamente en algún momento (22).
La reacción de polimerización de manera simplificada en lo que respecta al polimetil
metacrilato de termocurado:
Polymer (Powder) (Peroxide initiator) + Monomer (Liquid) (Amine accelerator) →
Polymer + Heat(reaction) (13).
2.2.2 Ciclos de la polimerización térmica del PMMA
Ciertos ciclos que se cumplen durante la polimerización en este caso de la resina de base
de prótesis son:
2.2.2.1 Largo. En la que la mufla es sumergida en agua a temperatura ambiente en la que
eleva la temperatura llegando a 72ºC, manteniendo esta temperatura constante por 8
horas, para posterior elevar la temperatura a su punto de ebullición y mantenerlo ah por
30 minutos. Se dejará enfriar el agua hasta llegar a temperatura ambiente y finalmente se
enfría la mufla sumergiendo en agua fría por 15 minutos más (36).
2.2.2.2 Corto. En la que la mufla presentada se sumerge en agua a 72oC por 1.5 horas
para posterior elevar la temperatura a su punto de ebullición en la que permanecerá así
por 30 minutos más. El proceso de enfriado es el mismo que en el ciclo largo (36).
2.2.3 Reacciones durante la polimerización del PMMA
La polimerización de las resinas de la base de la prótesis produce una contracción
volumétrica y lineal. Esto es comprensible cuando se consideran los eventos moleculares
que ocurren durante el proceso de polimerización. Imagine dos moléculas de metacrilato
de metilo. Cada molécula posee un campo eléctrico que repele las moléculas cercanas.
En consecuencia, la distancia entre moléculas es significativamente mayor que la longitud
de un enlace carbono-carbono representativo. Cuando las moléculas de metacrilato de
metilo se unen químicamente, se forma un nuevo enlace carbono-carbono. Esto produce
una disminución neta en el espacio ocupado por los componentes. La investigación indica
que la polimerización de metacrilato de metilo para formar metacrilato de poli metilo
produce una disminución del 21% en el volumen de material. Como era de esperar, una
contracción volumétrica del 21% crearía dificultades significativas en la fabricación de
la base de la dentadura postiza. Para minimizar los cambios dimensionales, los fabricantes
de resina prepolimerizan una fracción significativa del material base de la dentadura. Esto
se puede considerar como "presintiendo" la fracción de resina seleccionada. En la
práctica, la fracción prepolimerizada se encuentra en forma de polvo, y se denomina
comúnmente polímero. La fracción no polimerizada se suministra en forma de líquido, y
se denomina monómero. Cuando el polvo y los componentes líquidos se mezclan en las
proporciones apropiadas, se obtiene una masa. Los productos comerciales generalmente
usan una relación de polímero a monómero de aproximadamente 3:1 en volumen. Esta
proporción proporciona suficiente monómero para humedecer a fondo las partículas de
polímero, pero no contribuye con el exceso de monómero que produciría una contracción
mayor de la polimerización. Utilizando una proporción de 3:1, la contracción volumétrica
puede limitarse a aproximadamente el 7% (17).
15
Una de las principales propiedades de las resinas acrílicas es la sorción de agua, que se
produce de forma muy lenta, debido a las propiedades polares de las moléculas de resina
y a la difusión del agua entre la macromolécula del polímero, alcanzando un valor de
equilibrio alrededor de varias semanas después del contacto con el agua. En términos
cuantitativos se habla del 2%. Esta sorción de agua produce un cambio dimensional, que
no se considera significativo clínicamente, y se ha establecido en torno al 0,23 % por cada
1 % de incremento en el peso por sorción de agua. La pérdida de agua en las capas
superficiales representa un factor que predispone a la aparición de grietas superficiales.
Desde el punto de vista clínico se debe evitar el mojado y secado de la prótesis acabada
ya que puede producir deformaciones irreversibles de su base (12).
La solubilidad de los materiales resinosos en el medio oral es despreciable desde el punto
de vista clínico. En términos generales la sorción de agua no debe ser superior a 0,8 mg
/cm2 y la solubilidad no ser superior a 0,04 mg/cm2(12).
Otros problemas asociados con la sorción de agua son la colonización de la superficie de
la resina por microorganismos especialmente por hongos como cándida albicans, que son
capaces de producir cuadros clínicos que se conocen con el nombre de estomatitis por
prótesis; el tratamiento de la superficie de la prótesis con gluconato de clorhexidina o
nistatina se considera eficaz para prevenir esta colonización. Otros microorganismos
como bacteroides gingivalis, streptococcus oralis, streptococcus sanguis y bacteroides
intermedium se pueden adherir a las bases de dentaduras, especialmente en las zonas más
rugosas (12).
El proceso de polimerización se puede producir por varios mecanismos diferentes. La
polimerización por adición se caracteriza porque, en ella, no se forman subproductos. Esta
reacción puede ser acelerada por el calor, la luz o pequeñas cantidades de peróxidos.
2.3 Biocompatibilidad
La falta de polimerización de la resina provoca la presencia de monómero residual el cual
aparece en el acrílico curado térmicamente antes del inicio de la reacción, el monómero
residual es 26,2%. En 1 hora a 70 ° C disminuye a 6,6% ya 100 ° C es 0,29%(12). Para
reducir el monómero residual en dentaduras curadas térmicamente debe procesarse
durante más tiempo en agua hirviendo. La temperatura debe elevarse hasta la ebullición
solamente después de que se haya completado la mayor parte de la polimerización, de lo
contrario puede producirse porosidad defecto del cual se hablara más adelante. Este
monómero se asocia a una irritación de la mucosa que contacta con la resina; también
esta presencia de monómero residual se ha vinculado con aparición de procesos alérgicos
a la resina, el número de pacientes que presentan este cuadro es muy pequeño. Para
aumentar el grado de polimerización del material se puede incrementar el tiempo de
procesado de la prótesis (13).
El acrílico de termocurado en una prótesis para que sea incompatible con una alergia tiene
que ser totalmente polimerizado. Las reacciones alérgicas verdaderas a las resinas
acrílicas se ven raramente en la cavidad oral. El monómero residual, aproximadamente el
0,4% en una prótesis bien procesada, es el componente habitual señalado como un
irritante. Una verdadera alergia a la resina acrílica puede ser reconocida por una prueba
de parche. El contacto directo del monómero durante un período de tiempo puede
provocar dermatitis. La alta concentración de monómero en la masa puede producir una
16
irritación local y una sensibilización seria de los dedos. Se debe evitar la inhalación de
vapor de monómero. Las precauciones a tomar son:
• Minimizar el contenido de monómero residual utilizando técnicas de procesamiento
adecuadas.
• Evite el manejo directo de la masa acrílica con las manos desnudas.
• Trabaje en áreas bien ventiladas para evitar la inhalación del vapor de monómero (13).
En general, el PMMA es altamente biocompatible y los pacientes sufren pocos problemas.
Sin embargo, algunos pacientes presentan una reacción alérgica. Esto está muy
probablemente asociado con los diversos componentes lixiviables en la dentadura, tales
como cualquier monómero residual o ácido benzoico. La reacción alérgica tiende a ser
prácticamente inmediata, y es más probable que se produzca con prótesis dentales de
resina curadas en frío debido a su mayor contenido de monómero residual. A veces puede
ser posible superar este problema sometiendo la prótesis a un ciclo de curado adicional,
pero existe el peligro de que esto haga que la dentadura se distorsione a medida que se
alivian las tensiones de proceso internas. Cuando un paciente tiene una hipersensibilidad
retardada confirmada a las resinas de metacrilato, puede que tenga que considerarse un
material base alternativo, tal como un policarbonato o poliamida. Las prótesis fabricadas
a partir de estos materiales tienen que ser procesadas por moldeo por inyección y, si bien
la precisión es alta, los costes son también mayores que los de una dentadura postiza
construida a partir de PMMA (19).
Cierta resina acrílica para base de dentadura aumento la citotoxicidad al exponerla a un
ciclo largo por la manipulación, pero al exponerla a un baño de agua después de la
polimerización redujo la citotoxicidad de esta resina acrílica de base de dentadura de ciclo
largo (23).
En lo que respecta a la biocompatibilidad es importante recalcar que el acrílico de
termocurado es biocompatible con los tejidos pero la mala manipulación y el
desconocimiento de las fases de este material tanto antes como después de la
polimerización pueden provocar alergias y lesiones en los tejidos bucales ,a eso se suma
las afecciones micoticas por retención de hongos, también manifiesta que la American
Conference Govermental Industrial Hygienist sugiere 100 ppm o 410mg/cm3 como nivel
permitido de metacrilato de metilo en el medio ambiente(21).
17
2.4 Manipulación
Procesos de la preparación del acrílico de termocurado al confeccionar una prótesis son:
a) Proporción de polímero y monómero. Suele ser de 3 a 3,5/1 en volumen, o 2,5/1 en
peso. Es importante el uso de la proporción correcta:
1. Si es demasiado alta, el monómero no humedecerá todo el polímero, y el acrílico curado
será granular.
2. No debe ser demasiado bajo. En el monómero puro existe una contracción en la
polimerización del 21 % del volumen. En una masa de acrílico correctamente
proporcionada, ésta es de alrededor del 7%. Si existe mucho más monómero, habrá mayor
contracción.
b) Mezclado. Se mezclan las proporciones correctas y se mantienen en un contenedor
cerrado hasta que se alcanza el estado de masa (24).
Después de la mezcla del monómero y el polímero. El material pasa a través de las
siguientes fases:
c) Etapas Físicas:
Después de mezclar el material pasa por varias etapas físicas. No tiene lugar ninguna
reacción de polimerización durante estas etapas. Una masa plástica está formada por una
solución parcial del polímero en el monómero (13).
Etapa I
Etapa de arena húmeda: El polímero se deposita gradualmente en el monómero formando
una masa fluida y desordenada (13).
Etapa II
Etapa adhesiva: El monómero ataca al polímero penetrando en el polímero. La masa es
pegajosa y fibrosa (tela de telaraña) cuando se toca o se separa (13).
Etapa III
Etapa de masa o gel: A medida que el monómero se difunde en el polímero, se vuelve
suave y similar a la masa. No se adhiere a las paredes del frasco. Consiste en partículas
de polímero no disueltas suspendidas en una matriz plástica de monómero y polímero
disuelto. La masa es plástica y homogénea y puede ser empacada en el molde en esta
etapa (13).
Etapa IV
Etapa de caucho: El monómero desaparece por penetración adicional en el polímero y / o
evaporación. La masa tiene consistencia de goma, no es de plástico y no se puede
moldear.
Etapa V
Etapa rígida (13).
d) El tiempo de la masa depende de:
1. El tamaño de las partículas del polímero; cuanto más pequeñas sean las partículas, más
rápida es la disolución y la formación de la masa.
18
2. El peso molecular del polímero; cuanto más bajo sea, más rápida es la formación de la
masa.
3. En algunos materiales está presente un plastificante; esto reduce el tiempo de formación
de la masa.
4. La temperatura es importante; por ejemplo, la formación de la masa se puede retrasar
mediante la refrigeración de la mezcla.
5. Si la proporción de polímero/monómero; si es alta, existe un tiempo de formación de
masa más corto (24).
El tiempo de trabajo se define como el tiempo que un material base de la prótesis
permanece en la etapa de masa. Este período es crítico para el proceso de moldeo por
compresión. La Especificación ANSI / ADA No. 12 requiere que la masa permanezca
moldeable durante al menos 5 min. La temperatura ambiente afecta el tiempo de trabajo.
Por lo tanto, el tiempo de trabajo de una resina de dentadura postiza puede extenderse por
refrigeración. Un inconveniente significativo asociado con esta técnica es que la humedad
puede condensarse sobre la resina cuando se retira del refrigerador, lo que puede degradar
las propiedades físicas y estéticas de una resina procesada. La contaminación de la
humedad puede evitarse almacenando la resina en un recipiente hermético. Después de la
retirada del refrigerador, el recipiente no debe ser abierto hasta que alcance la temperatura
ambiente (17) (13).
e) Revestido del molde: después de retirar completamente la cera del molde mediante su
calentamiento con agua hirviendo y detergente, se deben revestir las paredes del molde:
1. Para prevenir la penetración del monómero en el material del molde y que polimerice
allí, produciendo una superficie rugosa con el material adherente del molde.
2. Para prevenir que agua del molde entre en la resina acrílica (24).
f) Rellenado. Es importante asegurarse de que:
1. El molde está lleno.
2. Existe suficiente presión en el molde; esto se consigue rellenando el molde con un
exceso de masa, causándole una deformación. Durante la polimerización existe una
contracción que reduce la presión en el molde. El no rellenar completamente puede llevar
a que haya porosidad por contracción (24).
g) Curado. Se calienta el molde rellenado en un horno o baño de agua; se deben controlar
tanto la temperatura como el tiempo de calentamiento. Son importantes los siguientes
principios:
1. Si el material no queda curado o polimerizado del todo, la prótesis puede tener un alto
contenido residual de monómero. Es importante evitarlo (12).
2. La tasa de aumento de temperatura no debe ser muy alta. El monómero hierve a 100,3
°C. La resina no debe alcanzar esa temperatura mientras que de una considerable cantidad
de monómero por reaccionar. La reacción de polimerización es exotérmica. Por lo tanto,
si una gran masa de material no curado o polimerizado se sumerge bruscamente en agua
hirviendo, la temperatura de la resina puede elevarse por encima de los 100,3 °C, con lo
que vaporizará el monómero. Esto causa porosidad por los gases (24).
Se utilizan dos técnicas de calentamiento alternativas:
l. Calentamiento a 72 °C por lo menos durante 16 horas; o bien
19
2. Calentamiento a 72°C durante dos horas; en este tiempo la mayor parte monómera ha
reaccionado, aunque el contenido residual monómero aún está por encima de los límites
aceptables; la temperatura se eleva entonces hasta 100°C y el calentamiento continuo dos
horas más. Esta última técnica es evidente que permite fabricar prótesis en menos tiempo,
pero también existe una mayor probabilidad que se deforme la prótesis al retirarlo del
molde (24).
h) Enfriamiento: El frasco (o mufla) se debe dejar enfriar totalmente en un banquillo de
madera, en el horno o en el baño de agua Nunca debe haber un enfriamiento brusco.
Durante el enfriamiento existe una diferencia en la contracción entre el material del
modelo y el acrílico, lo que causa tensiones dentro del polímero. Un enfriamiento lento
permite aliviar estas tensiones por deformación plástica. Los materiales curados a
mayores temperaturas tendrán mayores tensiones residuales, lo que los hará más
tendentes a deformarse (24).
i) Retirar del molde Se debe hacer con cuidado para evitar flexiones y roturas de la
prótesis.
j) Acabado y pulido. Se utiliza habitualmente una suspensión de piedra pómez, molida
muy finamente, en agua. El pulido final se hace, por ejemplo, con blanco de España,
utilizado en forma de suspensión en una gamuza suave mojada Algunas veces se utilizan
técnicas de pulido en seco; se debe tener mucho cuidado con no sobrecalentar la prótesis
(24).
2.4.1 Aspectos de la manipulación del PMMA
La relación polvo-líquido, es importante utilizar la relación polvo / líquido correcto (2,0
/ 1,0% en peso, 1,6 / 1,0% en volumen). Demasiado polvo podría dar como resultado un
llenado inadecuado por el monómero del espacio libre entre las partículas de polvo, dando
como resultado un material débil como consecuencia de la porosidad en el producto final.
Demasiado monómero producirá una contracción excesiva de la polimerización y una
pérdida de calidad del ajuste a la superficie de la dentadura. Los aditivos tienden a
depositarse en el fondo del recipiente y es importante que el recipiente se agite antes de
su uso para asegurar una distribución uniforme de los ingredientes en polvo (19).
2.4.1.1 Control de color
El pigmento se incorpora normalmente en el polvo de polímero, pero en algunos casos
puede estar simplemente sobre la superficie de las perlas de polímero y puede ser lavado
por un contacto demasiado rápido del monómero. En este caso, el polímero debe añadirse
lentamente al monómero. Demasiado poco polvo producirá una sombra demasiado clara
(19).
2.4.1.2 Aislamiento del molde
Existe el peligro de que la resina pueda penetrar en la superficie relativamente rugosa del
molde de yeso y adherirse a él. Para evitar esto, debe emplearse un medio de separación.
Hoy en día, el medio de separación suele ser una solución de alginato de sodio, aunque
algunos todavía recomiendan el uso de papel de estaño (19).
20
2.4.2 Problemas después de la manipulación del PMMA durante la confección de
prótesis
Dos problemas en particular que hay que tener en cuenta en el procesamiento de los
acrílicos para prótesis dentales: uno es su porosidad y el segundo es el procesamiento de
la tensión (19).
2.4.2.1 Porosidad
El problema que tiene más probabilidades de experimentarse con dentaduras de resina
acrílica es la presencia de porosidad durante la etapa de procesamiento. Hay dos causas
principales de porosidad: la contracción de polimerización asociada a la porosidad de
contracción, y la volatilización del monómero, denominada porosidad gaseosa (19).
2.4.2.2 Porosidad de la contracción
La porosidad de la contracción se produce porque el monómero se contrae en un 20% de
su volumen durante el procesamiento. Mediante el uso del sistema polvo-líquido, esta
contracción se minimiza y debe situarse en el rango de 5-8%. Sin embargo, esto no se
traduce en un alto encogimiento lineal, la base de la contracción volumétrica, debería ser
del orden del 1,5%, pero en realidad en algún lugar en la región es de 0,2-0,5%. Se cree
que esto se debe a que la contracción observada se debe en gran parte a la contracción
térmica como resultado del cambio de la temperatura de curado a la temperatura
ambiente, en vez de la contracción de la polimerización. Para activar el proceso de
polimerización, la temperatura en el matraz debe elevarse a más de 60 ° C, de tal manera
que el peróxido de benzoilo se descomponga y forme radicales libres. Una vez que se ha
iniciado la reacción, sigue generando calor propio debido a la reacción exotérmica. Esto
puede elevar la temperatura del acrílico a muy por encima de 100 ° C, a la temperatura
de procesamiento la resina es capaz de fluir en los espacios creados por la contracción de
curado. La fuerza motriz de este flujo es proporcionada por la presión que se ejerce
durante el procesamiento; Empaquetar un ligero exceso de material de base de dentadura
en el molde asegura que el material está bajo presión cuando el molde está cerrado. Esta
presión se mantiene durante todo el ciclo de procesamiento. La resina sólo se vuelve
rígida una vez que se encuentra por debajo de su temperatura de transición vítrea,
momento en el que se habrá completado la contracción de curado. A partir de este
momento, es la contracción térmica la que contribuye a los cambios observados en las
dimensiones de la base de la prótesis. Las resinas de curado en frío deben proporcionar
un mejor ajuste para la dentadura, ya que la temperatura de procesamiento es
considerablemente más baja (alrededor de 60 ° C, en comparación con 100 ° C para la
resina termo curada). Sin embargo, el ajuste se compromete normalmente debido a la
mayor probabilidad de fluencia a la temperatura de transición vítrea inferior. Por lo tanto,
es importante que la masa suficiente se empaquete en el molde para asegurar que el
material está constantemente bajo presión durante el procesamiento. Esto hará que los
huecos presentes en la mezcla se derrumben, y también debería ayudar a compensar la
contracción de curado. Por lo tanto, el empaque del molde sólo debe llevarse a cabo
cuando la mezcla ha alcanzado la etapa pastosa, ya que, antes de esto, el flujo alto causa
una pérdida rápida de presión. Si hay evidencia de porosidad localizada, esto puede
deberse a una mala mezcla de los componentes o al empaquetado del molde antes de que
se alcance la etapa pastosa. La contracción diferencial asociada puede conducir a una
distorsión de la dentadura (19).
21
2.4.2.3 Porosidad gaseosa
Como se indica anteriormente, en la polimerización, existe una reacción exotérmica.
Esto podría hacer que la temperatura de la resina se eleve por encima de 100 ° C, que está
justo por encima de su temperatura de ebullición. Si se supera esta temperatura antes de
que se complete el proceso de polimerización, se formará monómero gaseoso, que es la
causa de la porosidad gaseosa. La cantidad de calor generado depende del volumen de
resina presente, de la proporción de monómero y de la rapidez con la que el calor externo
llega a la resina. La ocurrencia de porosidad gaseosa puede ser evitada permitiendo que
la temperatura se eleve de forma lenta y controlada (19).
2.4.2.4 Procesamiento de la tensión
La restricción impuesta al cambio dimensional de la resina provocará inevitablemente
tensiones internas. Si se permitiera que tales tensiones se relajaran, el resultado sería
deformación, fisuración o distorsión de la base de la dentadura. Aunque muchas de las
tensiones generadas durante la contracción de curado pueden ser aliviadas por el flujo que
se produce por encima de la temperatura de transición vítrea, se mantendrá cierta tensión
que es debido a la contracción térmica. El nivel de la deformación interna se puede
minimizar usando dientes acrílicos en vez de porcelana (de modo que no haya una
contracción diferencial en el enfriamiento) y permitiendo que el contenedor se enfríe
lentamente. El relieve de la deformación interna puede producir pequeños defectos
superficiales en la resina. Éstos se conocen como fisuras, y pueden ser identificados por
un aspecto nebuloso o brumoso a la superficie de la base de la dentadura. Una fisura es
una región localizada de alta deformación plástica del polímero, que puede estar llena de
pequeños huecos. En esta etapa no es todavía una grieta ya que, a diferencia de una fisura,
la región agrietada todavía puede soportar el estrés. Sin embargo, la fisuración puede
conducir a una fractura frágil del polímero. A medida que crecen los vacíos en la región
fisurada, éstos se separan sólo por finas fibrillas de polímero hasta que finalmente las
fibrillas fallan y se forma una grieta Esta fisura crecerá bajo una carga aplicada
externamente de tal manera que alcanzará un tamaño en el que continuará creciendo
espontáneamente y causará la fractura de la dentadura postiza. Las fisuras pueden
formarse en respuesta al calor (debido al pulido, por ejemplo), a la contracción diferencial
alrededor de los dientes de porcelana, o al ataque de disolventes como el alcohol (19).
Todo lo expuesto tiene una importancia clínica la cual indica que la polimerización debe
realizarse lentamente (para evitar la porosidad gaseosa) y bajo presión (para evitar la
porosidad de la contracción), de modo que la temperatura de la dentadura acrílica nunca
supere los 100 ° C (19). Grafico 6.
También se ha descubierto que la introducción de enlaces cruzados en las cadenas
poliméricas mediante la adición de dimetacrilato de dietilenglicol reduce el potencial de
formación de agrietamiento.
22
Grafico 7: Protesis en cera dentro de una mufla
lista para ser pasada a acrílico.
Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA
Grafico 6: Preparación de acrílico de
termocurado para cocinar en mufla.
Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA
23
2.5 Resina Acrílica termopolimerizable para base de dentaduras new stetic.
Dentro del mercado tenemos la resina acrílica
termopolimerizable de la casa comercial new stetic que
nos presenta un precio accesible y una presentación de
fácil uso en forma de polvo (polímero) y líquido
(monómero).
Para new stetic dentro de su ficha técnica tenemos esta
presentación; Kit: Caja de cartón que contiene frasco de
500 g de acrílico termopolimerizable Polvo más 250ml
de acrílico termopolimerizable líquido (40).
Las resinas Acrílicas se fabrican con materias primas de
altísima calidad y a
través de un proceso productivo totalmente
estandarizado y certificado bajo
ISO 9001:2008 e ISO 13485:2003. Además, en el
Laboratorio de Control de la
Calidad, se chequea el cumplimiento de los
requerimientos de la norma ISO
20795-1:2013 para el producto terminado, por medio de equipos especializados (40).
2.5.1 Composición química de la resina acrílica termopolimerizable new stetic.
2.5.1.1Componentes Polímero: Acrílico Termopolimerizable (Tipo I).
Poli (Metacrilato de Metilo).
Pigmentos.
2.5.1.2 Poliéster (Si se requiere referencia con jaspeado).
Componentes monómeros Termopolimerizable (Tipo I).
Metacrilato de Metilo.
Etilenglicol Dimetacrilato
2.5.2 Propiedades de la resina acrílica termopolimerizable new stetic.
Las propiedades físicas de los polímeros se miden en el Laboratorio de Control
de la Calidad, mediante la utilización de equipos especializados y calibrados,
basados en la norma ISO 20795-1:2013 (40).
Grafico 8: Resina acrilica
termopolimerizable
VERACRIL
Autor: New Stetic
24
Las propiedades físicas más relevantes se muestran en la siguiente tabla:
PARAMETRO REQUERIMIENTO RESULTADO
EXPERIMENTAL
Absorción de Agua No debe exceder a 32 µg/mm3
20.71
Solubilidad de Agua No debe exceder 1.6 µg/mm3 0.50
Resistencia a la flexión Mínimo 65 MPa 74.39
Módulo de flexión Mínimo 2000 MPa 2248
Monómero residual Máximo 2.2% en peso 1.0
Tabla 3: Propiedades físicas más relevantes de la resina acrílica
Autor: new stetic
Otras propiedades son evaluadas en forma cualitativa como: Color, estabilidad del color,
capacidad de pulido, Translucidez, porosidad y se encuentran dentro de los límites de
aceptación (40).
2.5.3 Proporciones de uso para la mezcla de la resina acrílica termopolimerizable new
stetic.
Por peso: Dos partes de polímero Termopolimerizable y una parte de monómero
Termopolimerizable.
Por volumen: Tres partes de polímero Termopolimerizable y una parte de monómero
Termopolimerizable (40).
2.5.4 Preparación de la Mezcla de la resina acrílica termopolimerizable new stetic.
Aplique una capa delgada de aislante en las superficies de yeso con la mufla caliente y
evitando excesos.
Se prepara la mezcla en un recipiente adecuado (dappen, recipiente de vidrio, porcelana
o silicona).
Se vierte el polímero dosificado sobre el monómero en las proporciones indicadas,
mezclando en forma de cruz continuamente durante 30 segundos aproximadamente, para
evitar la generación de aire y para asegurar que las partículas de polímero se incorporen
completamente con el monómero (40).
Se tapa el recipiente para evitar la inclusión de aire hasta que la mezcla se encuentre en
la etapa plástica (cuando la mezcla no se adhiere a la espátula o a las paredes del
recipiente).
Finalmente se procede a empaquetar la mufla (40).
25
2.5.5 Empaquetado y Prensado de la resina acrílica termopilimerizable new stetic.
Se empaca el material en etapa plástica, y se coloca una lámina de polietileno entre la
resina y el modelo de impresión.
Se prensa con 1500 psi en forma lenta, se retira de la prensa, se destapa la mufla para
remover la lámina de polietileno y se procede a recortar el excedente de acrílico con la
ayuda de una espátula, se cierra la mufla nuevamente y una presión definitiva de 2000 psi
sobre la mufla, para garantizar una dimensión vertical sin alteración (40).
2.5.6 Tiempo de Trabajo de la resina acrílica termopilimerizable new stetic.
La mezcla permite un tiempo de trabajo de 10 minutos aproximadamente, teniendo en
cuenta la temperatura del ambiente (40).
2.5.7 Condiciones de almacenamiento y preservación de la resina acrílica
termopilimerizable new stetic
Almacenamiento: Mantener el producto en un lugar fresco y bien ventilado
(atmósfera de aire).
Conservar alejado de toda llama o fuente de chispa. No fumar. Mantenerlo
alejado del calor y la luz solar directa
Almacenar alejado de oxidantes, ácidos, bases e iniciadores de polimerización.
No almacenar por periodos largos de tiempo (40).
26
2.6 Mecánica de prótesis
La estabilidad es el factor que define el éxito de una prótesis total, se considera como
estabilidad el que la dentadura colocada en boca no se mueva en lo absoluto ni cuando el
paciente está en reposo ni cuando la cavidad oral está en función, masticando, tragando,
salivando o tosiendo.
La única forma de conseguir esta meta consiste en lograr que no haya interferencias entre
la dentadura y los músculos orofaciales ya sea cuando están en reposo o cuando están en
actividad funcional
La estabilidad depende de tres factores:
Retención
Equilibrio muscular
Equilibrio oclusal (35).
2.6.1 Mecanismo de soporte para prótesis completas
El soporte mucoso y cargas masticatorias El área de mucosa disponible para recibir la
carga de dentaduras postizas completas es limitada en comparación con las
correspondientes áreas de soporte disponibles para denticiones naturales. Los
investigadores han calculado que el área media de apoyo de la dentadura postiza es de
22,96 cm2 en los maxilares edéntulos y aproximadamente 12,25 cm2 en la mandíbula
edéntula (25).
La mucosa muestra poca tolerancia o adaptabilidad al desgaste de la dentadura. Esta
tolerancia mínima puede ser aún más reducida por la presencia de enfermedades
sistémicas como la anemia, la hipertensión o la diabetes, así como las deficiencias
nutricionales. De hecho, cualquier alteración de los procesos metabólicos normales puede
disminuir el límite superior de la tolerancia de la mucosa e iniciar la inflamación (37).
2.6.2. Cresta alveolar residual
La cresta residual consiste en la mucosa portadora de prótesis, la submucosa y el periostio
y el hueso alveolar residual subyacente. Unas variedades de cambios se producen en el
hueso residual después de la extracción dental y el uso de dentaduras postizas completas
(26).
La cresta edéntula residual recibe cargas verticales, diagonales y horizontales aplicadas
por una dentadura con una superficie mucho menor que el área total de los ligamentos
periodontales de todos los dientes naturales que habían estado presentes. Uno de los
hechos firmes relacionados con los pacientes edéntulos es que el uso de prótesis dentales
es casi siempre acompañado de una pérdida de hueso indeseable e irreversible. La
magnitud de esta pérdida ósea es extremadamente variable. Por lo tanto, el dentista debe
tener cuidado para la preservación y protección de los dientes restantes para minimizar o
evitar la reducción residual avanzada de la cresta ósea alveolar. El soporte comprometido
se complica aún más debido a que las prótesis dentales completas se mueven en relación
con el hueso subyacente durante la función de masticación y fonación. Por lo tanto, la
construcción de una dentadura completa debe ser formulada para minimizar la fuerza
transmitida a la estructura de soporte o para disminuir el movimiento de la prótesis en
relación a estos movimientos. Hay dos factores físicos implicados en la retención de la
dentadura postiza que están bajo control del dentista. Una es la extensión máxima de la
base de la prótesis y el otro contacto íntimo máximo de la base de la prótesis y su asiento
27
basal. Los factores musculares se pueden utilizar para aumentar la retención y la
estabilidad de las dentaduras postizas. De hecho, el buccinador, orbicular de los labios y
los músculos intrínsecos y extrínsecos de la lengua son los músculos clave que el dentista
aprovecha para lograr este objetivo mediante técnicas de impresión. El diseño de la
superficie labial vestibular y lingual pulida de la prótesis y la forma del arco dental se
consideran en el equilibrio de las fuerzas generadas por la lengua y la musculatura perioral
(37).
2.6.3. Influencia de la masticación y otros movimientos mandibulares
La masticación consiste en una separación rítmica y una aposición de las mandíbulas, que
incluye procesos biofísicos y bioquímicos, incluyendo el uso de labios, dientes, mejillas,
lengua, paladar y todas las estructuras orales para preparar el alimento para tragar.
Durante los movimientos masticatorios, los músculos de la lengua y de la mejilla
desempeñan un papel esencial en mantener el bolo del alimento entre las superficies
oclusales de los dientes. Los dientes deben colocarse dentro de los confines de un
equilibrio funcional de la musculatura implicada en el control del bolo alimenticio entre
las superficies oclusales de los dientes (37).
La experiencia clínica sugiere que la calidad funcional la de prótesis puede tener un
impacto directo en el rendimiento masticador del usuario de la dentadura postiza. La
fuerza de mordida máxima en los portadores de prótesis es de cinco a seis veces menor
que la de los edéntulos individuales (27).
Los pacientes edéntulos están claramente discapacitados en la función masticatoria e
incluso las dentaduras completas clínicamente satisfactorias son un sustituto pobre de los
dientes naturales. Las diferencias pronunciadas entre las personas con dientes naturales y
los pacientes con prótesis completa son evidentes en este contexto funcional:
1. El mecanismo de la mucosa de apoyo en oposición al apoyo por el periodonto
2. Los movimientos de las prótesis durante la masticación;
3. Los cambios progresivos en las relaciones maxilo mandibulares y la migración
eventual de prótesis dentales
4. Los diferentes estímulos físicos a los sistemas de motor del sensor.
Los tejidos portadores de prótesis están constantemente expuestos al contacto friccional
de las bases dentales superpuestas. Las dentaduras se mueven durante la masticación
debido a las fuerzas expulsivas de la musculatura circundante. Estos movimientos se
manifiestan como desplazamiento, elevación, deslizamiento, inclinación o rotación de las
prótesis dentales. Además, los contactos dentales opuestos se producen con dientes
naturales y artificiales durante la función y parafunción cuando el paciente está despierto
y dormido (27).
Aparentemente, el desplazamiento del tejido debajo de la base de la dentadura da lugar a
la inclinación de las prótesis dentales y de los contactos dentales en el lado no alejado.
Además, la presión oclusal sobre las prótesis desplaza los tejidos blandos del asiento basal
y permite que las prótesis se muevan más cerca del hueso de soporte. Este cambio de
posición bajo presión induce un cambio en la relación de los dientes entre sí (37).
28
2.6.4. Consideraciones parafunciónales
Los hábitos parafunciónales que impliquen una oclusión repetida o sostenida de los
dientes pueden ser perjudiciales para los dientes u otros componentes del sistema
masticatorio (28).
El apriete de los dientes es frecuente y es una causa frecuente de queja de dolor de la
mucosa portadora de prótesis. En el portador de prótesis, los hábitos parafunciónales
pueden causar una carga adicional en los tejidos portadores de prótesis. El malestar inicial
asociado con el uso de nuevas prótesis dentales es conocido por evocar patrones inusuales
de comportamiento en la musculatura circundante. Con frecuencia, la queja de una lengua
adolorida se relaciona con el hábito de empujar la lengua contra la dentadura postiza. El
paciente por lo general no tiene conocimiento de la relación causal entre la lengua
dolorosa y su contacto con los dientes (28).
Cambios en la morfología (altura de la cara), oclusión y articulación temporomandibular.
Los cambios morfológicos maxilomandibulares ocurren lentamente durante un período
de años y dependen del equilibrio de la actividad osteoblástica y osteoclástica. Las
superficies articulares de las ATM están también involucradas, y en estos sitios, el
crecimiento y la remodelación están mediados a través de la actividad proliferativa de los
cartílagos articulares. En el esqueleto facial, cualquier cambio dimensional en la altura de
la cara morfológica o los maxilares debido a la pérdida de dientes se transmiten
inevitablemente a las ATM. Las superficies articulares sufren una remodelación lenta
pero continua a lo largo de la vida. Tal remodelación es probablemente el medio mediante
el cual se mantiene la congruencia de las superficies articulares opuestas, incluso en
presencia de cambios dimensionales o funcionales en otras partes del esqueleto facial.
La reducción de las crestas residuales en dentaduras completas y la consiguiente
reducción de la dimensión vertical de la oclusión tienden a causar una reducción de la
altura total de la cara y un prognatismo mandibular resultante. De hecho, en los portadores
de prótesis completa, la reducción media de la altura de la cresta alveolar residual
mandibular medida en la región anterior puede ser aproximadamente cuatro veces mayor
que la reducción media que ocurre en el proceso alveolar residual maxilar (29).
2.6.5. Oclusión
La oclusión de las dentaduras completas está diseñada para armonizar con el reflejo
primitivo e incondicionado de la deglución inconsciente del paciente (30). Grafico 9.
Durante la deglución de los pacientes dentales completos ocurren contactos dentales y
refuerzo mandibular contra los maxilares. Esto sugiere que las oclusiones dentales
completas deben ser compatibles con las fuerzas desarrolladas durante la deglución para
prevenir contactos oclusales sin armonía que podrían causar traumatismo en el asiento
basal de las dentaduras. Durante la deglución, la mandíbula está cerca, en relación
céntrica, o la posición de retrusión mandibular máxima con respecto a los maxilares en la
dimensión vertical establecida de oclusión. Se admite, sin embargo, que la mayoría de los
contactos dentales naturales funcionales ocurren en una posición mandibular anterior a la
relación céntrica, una posición denominada oclusión céntrica. Sin embargo, en prótesis
dentales completas, se establece la posición de la intercuspidación máxima planificada de
los dientes para coincidir con la relación céntrica del paciente (31).
La relación céntrica y la oclusión céntrica se denomina por consiguiente oclusión de
relación céntrica. La posición de oclusión céntrica ocupada por la mandíbula en el
paciente dentado no puede ser registrada con suficiente precisión cuando el paciente se
29
desdentado. En consecuencia, la experiencia clínica sugiere que el registro de la relación
céntrica es el punto de partida en el diseño de una oclusión artificial. La relación céntrica
en la dimensión vertical establecida tiene potencial para el cambio. Este cambio se
produce por alteraciones en los tejidos de soporte de prótesis y altura facial, así como por
cambios morfológicos en las ATM. Una apreciación de la naturaleza dinámica de la
relación céntrica en pacientes con prótesis, particularmente en un contexto de
envejecimiento, reconoce los cambios en las necesidades funcionales del sistema
masticatorio (37).
2.6.6. Cambios en la articulación temporomandibular
La relación fisiológica básica entre los cóndilos, los discos y sus fosas glenoideas parece
mantenerse durante los contactos oclusales máximos y durante todos los movimientos
guiados por elementos oclusales (32).
El dentista debe tratar de mantener o restaurar esta relación fisiológica básica. Los
movimientos fronterizos de la mandíbula son reproducibles, y todos los demás
movimientos tienen lugar dentro de los confines de los clásicos "sobres de movimiento"
(33).
La reproducción del borde posterior es de gran importancia práctica en el tratamiento de
pacientes sometidos a prótesis (34).
Grafico 9: Paciente con protesis total superior en acrílico de termocurado y protesis
parcial inferior en acrílico de termocurado; Autor; ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA
2.7 Fractura de prótesis
Las fracturas en dentaduras postizas son el resultado de dos tipos diferentes de fuerzas, a
saber, la fatiga por flexión y el impacto. La fatiga de flexión se produce después de la
flexión repetida de un material y es un modo de fractura por el cual una estructura falla
eventualmente después de ser sometida repetidamente a cargas que son tan pequeñas que
una aplicación aparentemente no hace nada perjudicial para el componente. Este tipo de
falla puede explicarse por el desarrollo de grietas microscópicas en áreas de concentración
de estrés. Con la carga continua, estas grietas se funden a una fisura cada vez mayor que
debilita insidiosamente el material. El fallo catastrófico resulta de un ciclo de carga final
que excede la capacidad mecánica de la parte restante del material. La fractura de la línea
media en una dentadura es a menudo el resultado de la fatiga de flexión. Los fallos de
impacto generalmente ocurren fuera de la boca como resultado de un golpe repentino en
la dentadura o caída accidental mientras se limpian, tos o estornudos. La fractura puede
30
deberse a una multiplicidad de factores más que al propio material de base de la prótesis
y estos factores se han discutido en detalle. Por ejemplo, cualquier factor que incrementa
la deformación de una base de dentadura; Factores adicionales que forman áreas de
concentración de estrés tales como una gran muesca fraccional; Dentaduras con pestañas
finas o poco extendidas; Dentaduras mal ajustadas o falta de alivio adecuado; Dentaduras
postizas con oclusión bloqueada o bloqueada; Mal diseño clínico y dentaduras postizas
que se han reparado previamente (5).
2.7.1 Tipos de fractura
2.7.1.1 Fatiga de la resina acrílica
La fractura por fatiga resulta de la flexión repetida de la dentadura mediante fuerzas
demasiado pequeñas para fracturarse directamente. La falla de la base de la dentadura es
debida al crecimiento progresivo de una grieta que se origina de un punto en la superficie
donde un cambio abrupto en el perfil superficial causa una concentración localizada de la
tensión muchas veces que se aplicó al bulto de la dentadura. La grieta a menudo comienza
palatalmente a los incisivos centrales superiores, crece lentamente al principio, pero sufre
una tasa de crecimiento enormemente aumentada justo antes de las fracturas de la
dentadura postiza. Un fallo de este tipo ocurre más comúnmente en dentaduras postizas
que tienen alrededor de 3 años de edad. La fractura de la línea media debido a la fatiga es
el tipo más común de rotura de la dentadura postiza (38).
2.7.1.2 Impacto
La rotura de la dentadura puede ocurrir, por ejemplo, si el paciente deja caer la prótesis
durante la limpieza. También puede ser el resultado de un accidente en el que el paciente
recibe un golpe en la boca. Siempre que sea posible, la causa o causas de la fractura debe
identificarse antes de que la prótesis sea reparada o reemplazada. A menos que esto se
haga y la causa atendida, la dentadura postiza es probable que se fracturen de nuevo en
un corto período de tiempo (38).
2.7.2. Causas de fractura
2.7.2.1 Factores de dentadura
2.7.2.1.1. Concentradores de tensión
Los cambios en el perfil superficial de la dentadura que actúa como concentradores de
tensión incluyen arañazos, un diastema mediano y una muesca frenal profunda. Las
inclusiones dentro de la base de la dentadura postiza, tales como porosidad, yeso, polvo,
filamentos de nylon y mallas metálicas relativamente flexibles, pueden predisponer a la
fractura y también contribuir al rápido crecimiento de la grieta. La concentración de estrés
también puede desarrollarse alrededor de los pines de los dientes de porcelana (38).
Grafico 10.
2.7.2.1.2. Ausencia de un reborde labial
Una dentadura parcial no es tan rígida como una dentadura total. Por lo tanto, la flexión
será más marcada y la fractura por fatiga es más probable como consecuencia. Si esto
parece ser la causa primaria de una fractura, y la anatomía del alveolo anterior evita la
adición de un reborde labial a la prótesis de reemplazo, se indica una base de prótesis
metálica (38).
31
2.7.2.1.3. La polimerización incompleta de la resina acrílica
Si el ciclo de curado original de la dentadura no hubiera incluido un período de
calentamiento terminal a 100 ° C, no se habrá alcanzado el grado máximo de
polimerización y la resistencia de la base de la dentadura se habrá reducido de su valor
normalmente esperado (38).
2.7.2.1.4. Reparación anterior
Una dentadura se ha fracturado previamente en la línea media y se ha reparado con resina
acrílica de curado en frío, puede ocurrir una fractura adicional debido a que el material
de curado en frío es más susceptible a la fatiga que la resina termo curada. Además, el
material original de la base de la prótesis a cada lado de la línea de fractura ya estará
fatigado (39).
2.7.2.1.5. Forma de los dientes en la dentadura
Los dientes posteriores acrílicos se instalan con una sobrecarga bucal normal, pueden
desgastarse, donde una acción de acuñamiento en la dentadura superior resulta de la
oclusión de los dientes. El bloqueo de la oclusión también parece predisponer a la fractura
de la línea media (38).
2.7.2.1.6. Mala adaptación
La reabsorción de la cresta alveolar ha tenido lugar debajo de una dentadura superior, el
apoyo será proporcionado principalmente por el paladar duro. Como resultado, la flexión
de la dentadura ocurre cuando los dientes se obstruyen. Para corregir este fallo, la
dentadura postiza debe volver a montarse después de haber sido reparada. Mediante este
proceso, la vieja resina altamente estresada se reemplaza por una resina de termocurado
más fuerte (38).
2.7.2.1.7. Falta de alivio adecuado
Si la mucosa que recubre la cresta de la cresta es más compresible que la que cubre el
centro del paladar duro, la flexión de la dentadura ocurre cuando los dientes se obstruyen.
Para compensar esta variación en la compresibilidad de la mucosa y para evitar la flexión,
se debe incorporar una cámara de alivio palatal en la dentadura postiza (38).
2.7.2 .2 Factores del paciente
2.7.2.2.1. Factores anatómicos
Ciertas características del paciente pueden dar lugar a factores de dentadura postiza, ya
discutidos, que predisponen a la fractura. Por ejemplo, un frenillo labial prominente
requerirá una muesca profunda en la brida que da como resultado una concentración de
tensión en esa zona (38).
2.7.2.2.2. Cargas oclusales altas
Pueden ocurrir en pacientes con poderosos músculos de masticación, o cuyos dientes
naturales inferiores todavía están presentes, o que son bruxistas (38).
32
Grafico 10: Fractura de protesis en mufla por exceso de manipulación al extraer;
Autor: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
Grafico 11: Fractura de protesis por impacto; Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA
33
Grafico 12: Reparación casera de protesis total superior con seda dental; Autor:
ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
Grafico 13: Reparación casera de protesis total superior con hilo de algodón; Autor:
ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA.
2.8 Refuerzos en la resina base de prótesis
Como se menciona en el anterior capitulo la continua exposición de las prótesis a fracturas
ha llevado a la investigación de diferentes materiales adicionados al PMMA para mejorar
las características físicas y mecánicas también la resistencia y durabilidad de las prótesis
a base de resinas acrílicas termocuradas, algunos de esos refuerzos son metal, fibra de
vidrio, caucho, fibra vegetal, fibra de carbón entre otras.
En la práctica clínica, se han utilizado prótesis dentales removibles y totales para la
rehabilitación oral y son esenciales para que los pacientes mejoren y mantengan su calidad
de vida. Sin embargo, estas prótesis necesarias para la vida cotidiana a menudo se vuelven
inutilizables debido a deformación o fractura, y los usuarios se vuelven desfavorecidos.
Las razones de estas complicaciones incluyeron uso indebido por parte de los usuarios,
accidentes como caídas o golpes y resistencia insuficiente, y se han incorporado varios
refuerzos en las prótesis para aumentar su resistencia y evitar estos problemas. Los
refuerzos utilizados en prótesis dentales extraíbles, en especial dentaduras postizas
completas, dentaduras postizas parciales y dentaduras sobre implantes y sobre raíces, han
34
sido frecuentemente reportados con respecto a sus materiales, diseños y posiciones entre
otros factores, pero sus variaciones fueron diferentes y sus defectos reportados fueron casi
suficientemente altos. Por otra parte, la necesidad de refuerzo fue defendida en los
estudios clínicos. Sin embargo, el refuerzo más eficaz no es aparente, y los médicos están
confundidos acerca de diseñar tal refuerzo. Mientras tanto, los materiales para prótesis
han sido mejorados en sus propiedades mecánicas para prevenir complicaciones, y por lo
tanto el refuerzo puede ser innecesario. Por otra parte, algunos autores informaron que el
refuerzo implicaba la adición de un material extraño a las prótesis y, por lo tanto, podría
ser un factor de riesgo para el desarrollo de la fractura, en lugar de la prevención de la
fractura (5) (10) (9).
Actualmente, el refuerzo tiene dos propósitos importantes en una prótesis. El propósito
inicial es mejorar la resistencia y prevenir las fracturas, y la mayoría de los estudios
anteriores se realizaron con un enfoque en este propósito. El segundo objetivo es mejorar
la rigidez y evitar la reabsorción residual del reborde y la sobrecarga a los dientes o
estructuras residuales. En cuanto al efecto sobre la cresta residual, la deformación de la
base de la prótesis no sólo conduce a fracturas de la base de la dentadura, sino también a
la reabsorción de la cresta por la tensión de compresión transmitida al hueso subyacente,
un estudio de elementos finitos sobre las sobredentaduras mandibulares y mostraron que
el refuerzo metálico rígido redujo el estrés bajo la base de la prótesis y pudo distribuir el
estrés del área residual del reborde alveolar de forma más amplia y uniforme. Para la
sobrecarga a los dientes residuales, se informó que la deformación de la prótesis causa
estrés en los dientes del pilar que puede conducir a la pérdida de estos dientes (5)(9)(3)
2.8.1 Metal
Dos acrílicos con norma ADA número doce se aplica los insertos metálicos en malla
permiten disminuir la deflexión de los acrílicos para base de dentadura (42).
El metal no se usa ampliamente porque la adhesión estética, costos y deficiente adhesión
entre el alambre y la resina acrílica, el metal es propenso a la corrosión. El uso de
longitudes completas de fibras metálicas ofrece el mejor refuerzo (41). Grafico 16-17.
2.8.2 Caucho
Conocida como resina de alto impacto (41).
Caucho reforzado (butadieno-estireno polimetil metacrilato). Partículas de caucho
injertadas a MMA para un mejor enlace con PMMA. Se denominan así debido a mayores
propiedades de resistencia al impacto y fatiga, por lo tanto, indicadas para pacientes que
dejan su dentadura repetidamente por Parkinson, senilidad, Alzheimer. Disponible como
sistema de procesamiento de líquido en polvo es igual que las resinas de endurecimiento
térmico (16).
2.8.3 Fibra de vidrio
Las fibras paralelas continuas proporcionan alta resistencia y rigidez en una dirección
(anisotrópica), mientras que las fibras orientadas al azar proporcionan propiedades
similares en todas las direcciones (propiedades isotrópicas). Las fibras continuas
proporcionan un refuerzo superior sobre las fibras cortadas, pero la colocación de fibras
continuas en las partes débiles de la dentadura es difícil y hay formación de huecos dentro
del sistema de matriz de fibra-polímero debido a la pobre impregnación de las fibras por
35
contracción de resina y polimerización, Resina acrílica mejoran las propiedades
mecánicas isotrópicas. Las fibras de vidrio cortadas de 6 mm con fibra al 5% en
combinación con la técnica de moldeo por inyección dan como resultado un aumento de
la resistencia transversal, del módulo de elasticidad y de la resistencia al impacto. Las
fibras de vidrio pueden modificarse mediante la técnica de polimerización de plasma
usando HEMA, EDA, TEGDME (16) (9).
Las fibras tienen que ser silanisadas para mejor adhesión (5).
Las fibras de vidrio usadas son mejores que las fibras de nylon (43).
Dentro de estudios mecánicos del material con refuerzo de fibras de vidrio hizo más
eficiente a la resina acrílica de base prótesis (44). Grafico 14.
2.8.4 Fibras vegetales
Fibras vegetales de ramio obtenido de la planta asiática boehmeria nívea fibra textil usada
en la antigüedad en vendajes de momias del antiguo Egipto, para el refuerzo del PMMA
se usó 1.5mm de fibras de ramio, debido a la buena dispersión, el módulo de flexión de
composite aumentó considerablemente con un contenido de fibra que se aproximaba al
10% en volumen. Aunque la adición de fibras de 3,0 mm aumentó el módulo de flexión
más rápidamente hasta el 4% en volumen, redujeron el módulo a contenidos más altos
como resultado de la aglomeración aparente. La resistencia a la flexión de la base de la
prótesis con fibras de ramio disminuyó debido a la débil adherencia interfacial. A partir
de estudios experimentales y teóricos, la longitud de fibra crítica para la base de prótesis
reforzada con fibra de ramio PMMA fue de 2,1 mm. Con un mejor enlace interfacial, se
debe lograr una mayor resistencia a la flexión (45).
2.8.5 Fibras de carbono y grafito
En los ochentas se realiza un estudio con fibras de carbón y resinas para comparar la
resistencia a la flexión de resinas compuestas no modificadas y reforzadas con fibra de
carbono. Si la adición de fibras de carbono a la resina compuesta dental aumenta la
resistencia de la resina a la fractura, se pueden superar algunas de las deficiencias
asociadas con las dentaduras parciales fijas unidas con ácido grabado. Los hallazgos del
estudio, sin embargo, mostraron que la adición de fibras de carbono a una resina
compuesta dental realmente disminuyó la resistencia a la flexión (46).
En el dos mil trece se realiza una revisión de los refuerzos en el acrílico para base de
dentadura y manifiesta que se colocan fibras de carbono (65-70 mm de longitud, 5% en
peso y tratadas con un agente de acoplamiento de silano) durante el empaque. Las fibras
de carbono y grafito son anisotrópicas y proporcionan el mayor refuerzo de las resinas de
base de dentadura en términos de resistencia a la flexión y propiedades de flexión cuando
se colocan longitudinalmente (perpendicular a las fuerzas aplicadas), pero debido a la
dificultad encontrada en colocar las fibras centralmente, Las fibras están disponibles en
forma continua, tejida, trenzada y tubular, pero los tubos de fibras trenzadas proporcionan
una distribución más uniforme del refuerzo, una alta carga de carga y una manipulación
sencilla debido a que los haces de fibras presentan diferentes presentes (por ejemplo, en
prótesis soportadas por implantes) (16).Grafico 15.
36
2.8.5.1. Ventajas
Aumenta la resistencia a la flexión, la resistencia al impacto, evita la fatiga y fortalece la
resina (16).
2.8.5.2 Desventajas
Poco estético debido al color negro, pero esto puede ser cubierto por un opacador. El
pulido es difícil y también debilita la prótesis terminada. Además, existe un problema de
diseminación lateral de las fibras durante el prensado (16).
Grafico 14: Colocación de refuerzo de fibra de vidrio en protesis; Tomado:
www.indensa.com
Grafico 15: estructura de fibra de carbono en protesis fija; Tomado:
www.clinicadentaldiazlopez.com
37
Grafico 16:Protesis dental superior reforzada con lamina de metal microperforado;
Autor: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
Grafico 17: Protesis dental superior reforzada con malla metálica; Autor: ISAAC
GABRIEL LARREA SANTAMARIA
38
2.9 Grafeno
2.9.1 Introducción
Para conocer la importancia de este material primero se debe analizar las propiedades más
básicas de los materiales cualesquiera que sean, así se podrá tener una idea de cuan
maravilloso es el grafeno.
Según el análisis de la resistencia de materiales (libro de resistencia de los materiales) se
enumeran ciertas propiedades (propiedades que más adelante serán comparadas con
respecto al grafeno y las nanoplacas), así tenemos:
1. Soportar cargas
2. Tener capacidad de deformarse y recuperar su forma
3. Mantener su posición original,
es decir, toda estructura debe tener resistencia, es decir capacidad de soportar cargas,
además tener rigidez, capacidad de deformarse y recuperar su forma, y finalmente
estabilidad es decir capacidad de mantener su posición original. (59)
En este caso nos centraremos en un derivado que no es más que nano estructuras
desprendidas mediante de exfoliación del grafito y del grafeno.
2.9.1.1 Nanomateriales
Los nanomateriales son materiales que contienen partículas con una o más dimensiones
en la nanoescala, es decir: desde aproximadamente un nanómetro a 100 nanómetros. El
nanómetro (nm) equivale a una milmillonésima parte de un metro (1 nm = 10-9 m).
Los nanomateriales se pueden presentar de forma natural, por ejemplo, las cenizas
generadas por un volcán, o como subproducto no intencionado de un proceso industrial,
por ejemplo, los humos de soldadura o los productos de combustión, denominándose en
estos casos nanomateriales incidentales o accidentales, tradicionalmente conocidos como
partículas ultrafinas. El término nanomaterial también incluye los nanomateriales
manufacturados diseñados intencionadamente con unas propiedades específicas
(mecánicas, eléctricas, ópticas, catalíticas, etc.) muy diferentes, en muchos casos, a las
que presenta el mismo material a tamaño no nano.
Los nanomateriales manufacturados pueden presentarse en forma de nano-objetos,
materiales que se caracterizan por tener una, dos o tres dimensiones externas en la
nanoescala, o de material nanoestructurado que se caracteriza por tener la estructura
interna o la estructura superficial en la nanoescala. Los nano-objetos se denominan
nanoplaca, nanofibra o nanopartícula dependiendo de si tienen una, dos o tres
dimensiones externas, respectivamente, en la nanoescala. Normalmente, durante el
proceso de producción de los nano-objetos, las partículas primarias, que son aquellas que
se generan inicialmente en el proceso, tienden a unirse unas con otras para dar lugar a
aglomerados o agregados en los que las dimensiones externas pueden alcanzar tamaños
superiores a 100 nm.
Los materiales nanoestructurados se caracterizan por tener la estructura interna o la
estructura superficial en la nanoescala. Estos materiales pueden presentar una distribución
de tamaño de grano en la cual una fracción significativa del material está en la nanoescala,
o tener espacios y poros en la nanoescala o precipitados en la nanoescala (normalmente,
nano-objetos incorporados en una matriz sólida como por ejemplo una matriz polimérica).
39
También se incluyen en este grupo las superficies que han sido intencionadamente
modificadas para tener heterogeneidades morfológicas o químicas en la nanoescala. Los
nanomateriales nanoestructurados pueden presentarse en forma de polvo
nanoestructurado, nanocompuesto, nanoespuma sólida, material nanoporoso y
nanodispersión fluida. (60)
2.9.1.1 .1 Nanomateriales con base de carbono
Fullerenos (fullerenes): Los fullerenos están constituidos únicamente por átomos de
carbono y tienen un número par variable de átomos de carbono, que puede oscilar desde
28 hasta más de 100 átomos, adoptando la forma de una esfera hueca. Tienen una
estructura de anillos hexagonales de carbono similar al grafito, aunque también tienen
anillos pentagonales y heptagonales que son los que permiten que se formen estructuras
tridimensionales. La forma más conocida de los fullerenos es la que contiene 60 átomos
de carbono, C60, denominada fullereno Buckminster o Buckyball. Los fullerenos son
materiales químicamente estables e insolubles en disoluciones acuosas. Grafico 18.
Nanotubos de carbono (carbon nanotubes, CNT): Los nanotubos de carbono poseen
estructura cilíndrica y están compuestos por una o más láminas tubulares similares al
grafeno, denominándose nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) o de pared
múltiple (MWCNT), respectivamente. El diámetro puede variar entre aproximadamente
1 nm para los de pared simple hasta más de 100 nm para los de pared múltiple, mientras
que la longitud puede sobrepasar algunos centenares de micrómetros. Los nanotubos son
materiales química y térmicamente muy estables, que presentan una elevada elasticidad,
conductividad eléctrica y térmica, alta relación resistencia-peso y baja densidad.
Asimismo, presentan una gran resistencia a la deformación y al estiramiento. Grafico 18.
Nanofibras de carbono (carbon nanofiber, CNF): Al igual que los nanotubos de
carbono, las nanofibras de carbono están formadas por láminas de grafeno. Presentan una
estructura en forma de copa por lo que algunas propiedades mecánicas y eléctricas serán
diferentes a las de los nanotubos de carbono. Presentan elevada conductividad eléctrica y
resistencia al fuego.
Negro de humo (carbon black): El negro de humo es prácticamente carbono puro
elemental en forma de partículas que se producen por combustión incompleta o
descomposición térmica de los hidrocarburos en condiciones controladas. Las partículas
primarias del negro de humo son de tamaño inferior a 100 nm, aunque tienden a agruparse
dando lugar a aglomerados y agregados de tamaño superior a este valor. Como la mayor
parte de los nanomateriales con base de carbono, presenta elevada conductividad y
resistencia mecánica.
Grafeno (graphene): El grafeno es un material con estructura bidimesional que se
presenta en forma de nanoplacas. Las nanoplacas son láminas constituidas por una red
hexagonal de átomos de carbono dispuestos en un mismo plano, como en el grafito, cuyo
espesor es del orden del nanómetro. Presenta elevada dureza (similar a la del diamante),
elasticidad, flexibilidad y densidad, además de alta conductividad térmica y eléctrica. El
grafeno es un material muy ligero y resistente a las radiaciones ionizantes. (60)
En varios países del mundo se están ya llevando a cabo muchas investigaciones por parte
de empresas con respecto al grafeno tal es el caso de la empresa Lockheed Martin
industria aeroespacial y militar ubicada en los Estados Unidos que está trabajando en una
solución para la desalinización del agua de mar mediante la patente del material
40
Perforene, que es una solución de filtración molecular diseñada para atender a la creciente
demanda global por agua potable. Esta membrana presenta agujeros con un tamaño de
nanómetro o menos en una hoja de grafeno, son pequeños lo suficiente para atrapar de
sodio, cloro y otros iones a partir de agua de mar, mejorando dramáticamente el flujo de
moléculas de agua, reduciendo la obstrucción y la presión sobre la membrana, además,
debido al espesor, permite que el agua fluya 100 veces mejor que en los sistemas de
ósmosis inversa, haciendo el más eficaz en la desalinización con una fracción del costo.
La empresa está analizando otras aplicaciones para este material, como la separación de
proteínas para el uso biofarmacéutico y la remoción de sustancias químicas y compuestos
del agua utilizada en pozos de petróleo y de gas. (49). Grafico 18.
Grafico 18:Formas alotrópicas del carbono; Tomado: www.emaze.com
2.9.2 Concepto
El grafeno no es un material completamente nuevo por su composición ya que está
formado por átomos de carbono, al igual que otros muchos materiales como el grafito, el
diamante, los fullerenos, los nanotubos de carbono, etc. Sí es nuevo por su estructura, ya
que se trata de un material que puede considerarse bidimensional tanto por la disposición
de los átomos de carbono que lo forman como por poseer el mínimo espesor
correspondiente a una única capa atómica (monocapa). Grafico 19.
Hasta el año 2004, no se creía posible la existencia de una estructura como la del grafeno
como entidad aislada. Se suponía que los cristales estrictamente bidimensionales eran
termodinámicamente inestables, debido a fluctuaciones térmicas en redes cristalinas que
teóricamente producirían desplazamientos atómicos dando lugar a una estructura en tres
dimensiones. Esta hipótesis se apoyaba en numerosas pruebas experimentales, entre ellas
41
el hallazgo de que la temperatura de fusión de láminas delgadas decrece rápidamente al
disminuir su espesor, lo que provoca que una lámina se vuelva inestable para grosores
correspondientes a aproximadamente una docena de monocapas, lo que obliga a los
cristales bidimensionales a tomar estructuras tridimensionales que les proporcionen
estabilidad.
Se han prestado atención a los nano-plaquetas de grafeno, que han sido estudiados para
su uso como refuerzos en compuestos poliméricos, especialmente para mejorar sus
propiedades mecánicas, incluyendo el módulo de Young, resistencia a la tracción y
tenacidad, así como su conductividad eléctrica (47) (48).
Grafico 19: Representación gráfica de una capa de grafeno; Tomado:
clickmica.fundaciondescubre.es
2.9.3 Historia del grafeno
El uso del grafito comenzó hace 6000 años, cuando en Europa se lo utilizó para decorar
la cerámica, la investigación sobre el grafeno esencialmente del grafito como átomo, se
remonta a la década de 1960 cuando la capacidad de transmitir energía eléctrica de los
compuestos de grafito con aleación se comparó con el grafito puro. Mientras que la
comunidad científica estaba entusiasmada con el descubrimiento que podría conducir a
un sustituto más ligero y más barato para los conductores de metal existentes, estaban
desconcertados a causa de la alta conductividad de los compuestos de grafito y cautelosos
sobre las aplicaciones futuras. La investigación del grafeno ha crecido lentamente a
finales del siglo XX con la esperanza de observar propiedades eléctricas superiores a
partir de finas capas de grafito o grafeno, mientras que la obtención de grafeno se
consideraba una tarea formidable tanto en aspectos teóricos como experimentales. En los
sistemas de intercalación de grafito, se insertaron moléculas grandes entre planos
atómicos, generando capas de grafeno aisladas en una matriz tridimensional. La
eliminación posterior de las moléculas más grandes produjo una mezcla de capas de
grafeno apiladas o desplazadas sin el control de la estructura. Se creía generalmente que,
basándose en el cálculo teórico y la observación experimental, los materiales 2D no
existían sin una base 3D. Los cálculos mostraron que una lámina de grafeno era
termodinámicamente inestable con respecto a otras estructuras como es el caso del
fulereno. Se realizaron varios intentos para sintetizar grafeno, inclusive el mismo enfoque
que se usó para la creación de nanotubos de carbono (que producen grafito con 100 capas
42
de grafeno), deposición química de vapor en superficies metálicas (unas pocas capas de
grafeno), la descomposición térmica de silicio(SiC). Aunque estos enfoques no producen
grafeno en monocapa perfecto, los estudios mostraron una movilidad de carga alta de
unas pocas capas de grafeno, los enfoques microscópicos se han optimizado y se han
convertido en una técnica importante para producir grafeno en la actualidad.
Sin embargo, en el año 2004 dos científicos de la Universidad de Manchester (Reino
Unido), Andre Geim (Rusia, 1958) y Konstantin Novoselov (Rusia, 1974) fueron capaces
de obtener e identificar por vez primera láminas individuales de grafeno junto con otros
cristales bidimensionales. Existen varias hipótesis que tratan de explicar la estabilidad de
estas láminas aisladas. Por un lado, las láminas provienen de una estructura tridimensional
previa, lo cual, unido a la fuerza de los enlaces covalentes entre los átomos de carbono,
presumiblemente las hace resistentes a las fluctuaciones térmicas. Por otro lado, las
ondulaciones microscópicas que presentan las láminas podrían contribuir a su estabilidad,
aparte de dar cuenta de algunas otras propiedades del grafeno. Grafico 20.
Seis años después, en el año 2010, Geim y Novoselov recibieron el Premio Nobel de
Física por el descubrimiento de las propiedades extraordinarias que mostraba el grafeno.
El término "grafeno" fue recomendado por la comisión pertinente de la IUPAC para
reemplazar el antiguo término "capas de grafito", que no era adecuado en la investigación
de la estructura de una sola capa de carbono, porque se identifica una estructura de
apilamiento tridimensional como "grafito". La definición reciente de grafeno puede darse
como una monocapa bidimensional de átomos de carbono, que es el componente básico
de materiales grafíticos (es decir, fullereno, nanotubo, grafito). (08).
Grafico 20: Konstantin Novoselov (Rusia, 1974) y Andre Geim (Rusia, 1958); Autor:
UoM StaffNet
2.9.4 El grafeno en la nueva generación médica y odontológica
Es necesario recalcar que como material “universal” el grafeno ha sido objeto de
investigaciones en campos variados uno de ellos es la medicina y la odontología dando
resultados positivos en la experimentación, se ansia que años venideros estas
investigaciones sean llevadas a cabo en el campo ya no experimental, existen varios usos
del grafeno en la vida cotidiana un ejemplo de esto es la empresa italiana Direta Plus que
incorporo a sus llantas grafeno para alivianar el peso, también el MIT mediante impresión
43
3D logro reproducir una estructura que soporta el peso mejor que el acero, en España ya
se llevan a cabo investigaciones sobre sensores cerebrales para el mapeo del
funcionamiento neuronal y así poder entender mejor este órgano que ha sido por años
objeto de minuciosos estudios.
Investigaciones llevadas a cabo en la universidad de Manchester indican que el grafeno
puede ser usado en la lucha contra el cáncer, consiste en que el óxido de grafeno, una
forma modificada de grafeno, actúa como un agente anti-cáncer que se dirige
selectivamente a las células madre del cáncer (CSC). En combinación con los
tratamientos existentes, esto podría conducir eventualmente a la contracción del tumor,
así como prevenir la propagación del cáncer y su recurrencia después del tratamiento. Sin
embargo, más estudios preclínicos y extensos ensayos clínicos serán necesarios para
avanzar hacia la clínica para asegurar el beneficio del paciente. (61)
El óxido de grafeno es estable en el agua y ha demostrado potencial en aplicaciones
biomédicas. Puede entrar o unirse fácilmente a la superficie de las células, haciéndolo un
candidato para la administración selectiva de fármacos. En este trabajo,
sorprendentemente, es el propio óxido de grafeno que ha demostrado ser un fármaco
anticanceroso eficaz. (61)
Con respecto a biosensores la lista es larga ya que al ser el grafeno un material
bidimensional y del grosor de un átomo se lo está utilizando en sensores para detección
del virus del Zika y aumento de glucosa importante en pacientes diabéticos; la epilepsia
también es otra de las afecciones donde el grafeno está empezando a tomar forma dando
resultados buenos. (62) (63)
El grafeno al ser a base de carbono y al ser un material nuevo surgen nuevas dudas con
respecto a la biocompatibilidad y al uso en seres humanos es por eso que Department of
Biomedical Engineering, Stony Brook University en Nueva York investigo los efectos de
las nanoestructuras del grafeno en células, sentando bases y exponiendo que no se
produce citotoxicidad y que ciertas dosis usadas a nivel microscópico son seguras. (64)
2.9.4.1 Grafeno en odontología
El grafeno podría utilizarse como un dispositivo de detección exquisitamente sensible.
Esto se ha aplicado recientemente a la odontología. Se ha depositado una lámina de
grafeno sobre la superficie de un diente humano extraído con miras a desarrollar un
sistema para la detección remota de la respiración y la presencia de bacterias en placa. Si
bien esta tecnología está en fase de desarrollo, podría abrir algunas oportunidades
interesantes para el monitoreo remoto y no invasivo de la salud oral (19).
La integración directa de los nanosensores de grafeno altamente sensibles con
biomateriales como el esmalte dental ha permitido que los sensores funcionen sin batería
para el control remoto de las bacterias patógenas (55). Grafico 21.
En resultados obtenidos de ensayos, podríamos considerar que las nanopartículas de
grafeno-oro (C1) podrían ser un relleno muy prometedor para los nanocompósitos
dentales. Las investigaciones de propiedades superficiales de compuestos nos muestran
que el refuerzo con alto porcentaje de nanopartículas de grafeno es una buena solución
para mejorar las propiedades fisicoquímicas (54).
44
Las investigaciones más sobresalientes indican un gran avance en el área de polímeros y
biocomposites, así como también en el área antibacterial ya que también estos últimos
años se han estado investigando las interacciones del grafeno y los microrganismos.
En lo que se refiere a biocomposites y polímeros tenemos una investigación de la
Univestity of Medicine and Pharmacy Iuliu Hatieganu, Faculty of Dental Medicine en
Romania la cual menciona al grafeno como un aditivo que mejora la absorción de agua
y la resistencia flexural ya que el grafeno en bajas porciones al ser adicionado a la matriz
polimérica del composite nanohibrido Herculite XRV Ultra (Kerr) presento mejoras
físico químicas, en esta investigación se usó polvo de grafeno adicionado partículas de
plata.(65)
En el Department of Biology and Biotechnology, Sapienza University, y Department of
Dentistry and Maxillo-Facial Sciences, Unit of Pediatric Dentistry Sapienza University
en Roma se investigan las propiedades antimicrobianas y antibióticas de un nuevo
nanomaterial compuesto por nanorodios de óxido de zinc adicionado con nanopartículas
de grafeno (ZNGs). Los ZNGs fueron producidos por el método hidrotérmico y
caracterizados mediante microscopía electrónica de barrido por emisión de campo (FE-
SEM), espectroscopía de dispersión de energía por rayos X (EDX) y técnicas de
difracción de rayos X (XRD). Se evaluó la actividad antimicrobiana de los ZNG frente a
Streptococcus mutans, principal agente bacteriológico en la etiología de la caries dental.
El ensayo de viabilidad celular demostró que los ZNG ejercían un efecto de muerte
sorprendentemente alto en células de S. mutans de una manera dependiente de la dosis.
Por otra parte, FE-SEM análisis reveló importantes daños mecánicos ejercidos por ZNGs
en la superficie celular de este patógeno dental en lugar de la generación de especies
reactivas de oxígeno (ROS). Además, las mediciones de espectrometría de masas de
plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) mostraron una disolución de zinc
insignificante, demostrando que la liberación de iones de zinc en la suspensión no está
asociada con la alta tasa de mortalidad celular. Finalmente, nuestros datos indicaron que
también la formación de biofilm de S. mutans se vio afectada por la presencia de material
a base de óxido de grafeno-zinc (ZnO), como lo demuestra el análisis de la tinción de
safranina y la curva de crecimiento. Por lo tanto, ZNGs puede ser un nanobactericida
notable contra uno de los principales patógenos dentales. Las aplicaciones potenciales en
cuidado dental y terapia son muy prometedoras. (66)
Otro composite muy usado en odontología y medicina es el silicato de calcio también ha
sido blanco de investigaciones ya que al involucrarlo con el grafeno ha presentado una
distribución uniforme de 1% en peso, la alta densificación y el tamaño de grano fino
ayudan a mejorar la tenacidad a la fractura en un 130%, una dureza en un 30% y un índice
de fragilidad en un 40% en comparación con la matriz sin grafeno, los resultados indican
que la adición de grafeno disminuyó el valor del pH. Se midió in vitro el efecto de la
adición de grafeno sobre la adhesión temprana y la proliferación de células osteoblásticas
humanas, el compuesto mostro buena biocompatibilidad y promovió la viabilidad celular
y la proliferación celular todas estas investigaciones fueron llevadas en el Department of
Mechanical Engineering and Center of advanced Material, University of Malasya, Kuala
Lumpur, Malasya. (67)
El grafeno y sus derivados pueden ser funcionalizados y modificados adicionalmente con
varias moléculas bioactivas, pueden combinarse con varios biomateriales utilizados en
odontología y medicina regenerativa y reconstructiva. Las composiciones modificadas
45
con grafeno resultantes presentan a menudo propiedades físico-mecánicas mejoradas y
bioactividad mejorada, además, los compuestos modificados con grafeno son candidatos
prometedores para proporcionar factores de crecimiento, fármacos y otros compuestos
bioactivos de gran significado. En conclusión, de varios estudios el grafeno puede
mejorar las propiedades físicas, químicas y mecánicas de los biomateriales. Dado que
puede ser funcionalizado y combinado con varias biomoléculas, el grafeno posee un
enorme potencial para ser utilizado como portadores de fármacos o sustratos y andamios
para estrategias de ingeniería de tejidos basadas en células (56).
2.9.5 Grafeno en unión con polímeros
La incorporación de láminas de grafeno en polímeros puede inducir mejoras en las
propiedades eléctricas, térmicas, mecánicas, y de barrera a gases del
Polímero, para ello es necesario que las láminas se encuentren exfoliadas, y en el
caso de las propiedades eléctricas, se generen rutas de percolación (20).
Los nanocompuestos de polímeros basados en grafeno exhiben propiedades mecánicas
superiores en comparación con el polímero puro o los compuestos a base de grafito
convencionales. Se observó una mejora significativa en las propiedades mecánicas de los
nanocompuestos preparados por el proceso de mezcla en solución en comparación con el
método de mezcla en fusión, mejoras observadas en estudios avanzados sobre las
cualidades y comportamiento del grafeno junto con el polímero, la mejora en las
propiedades mecánicas por el grafeno fue mayor 100% mientras que para otros grupos
de estudio sin grafeno fue menor 42%, esto se atribuyó a la relación de aspecto muy alta
de la carga de grafeno (57).
La mejora de las propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas de los nanocompuestos
poliméricos cargados con grafeno no sólo depende de las propiedades del grafeno sino
también de las propiedades de las matrices poliméricas “huésped”. Como resultado, el
grado de mejora en todas estas propiedades varía para diferentes nanocompuestos. Los
métodos de procesamiento también juegan un papel significativo en la mejora de estas
propiedades.
Para los polímeros vítreos, los resultados más sorprendentes se encontraron a partir de
PMMA (33% de mejora a sólo 0,01% en peso) y epoxi (31% de aumento a 0,1% en peso)
reforzado con grafeno reducido térmicamente TRG por sus siglas en inglés (58).
En palabras menos técnicas las moléculas de grafeno podrían alinearse perfectamente y
de manera infinita lo que en teoría se creía “irreal” al juntar un polímero y el grafeno, hoy
gracias a la época, avances científicos y nanotecnología se a echo viable pero aún falta
mucho por descubrir y realizar.
Diversas investigaciones nos indican que el uso del grafeno es prometedor en el campo
de la medicina y de la odontología, los estudios ya empiezan a dar frutos, teniendo
resultados favorables al mezclar grafeno con nanocomposites, polímeros o metales nobles
mostrando así que el grafeno puede ser un ayudante para mejorar las propiedades
fisicoquímicas de los materiales usados en odontología.
46
Grafico 21: Tatuaje en diente a base de grafeno actúa como sensor para medir la cantidad
microbiana; Tomado: dentalista.es
2.9.6 Composición
El grafeno es el cristal bidimensional como se lo menciono antes formado por átomos de
carbono provenientes del grafito por su disposición, se lo considera el cristal más delgado
de la naturaleza. La existencia de un cristal bidimensional es un tanto contradictoria
excepto a temperatura cero, los materiales no se encuentran en un estado de perfecto
equilibrio; además, las fluctuaciones térmicas en una y dos dimensiones son
suficientemente importantes como para que no se pueda definir con rigor el orden
cristalino a grandes distancias. Todo cristal bidimensional presenta defectos, y los más
frecuentes son pares de dislocaciones defectos que se producen del cambio de líquido a
sólido. El grafeno destaca por poseer pocos defectos, una rigidez excepcional y la
posibilidad de expandirse mucho más que cualquier otro material cristalino. Se ha
demostrado que la red del grafeno puede estirarse, de forma reversible, hasta un diez por
ciento. La mayoría de los sólidos dejan de ser estables para deformaciones al menos del
3%.
La masa de estos átomos es cuatro o diez veces mayor que la del carbono. Sin embargo,
las muestras de grafeno nunca son completamente planas presentan rugosidades a escala
nanoscopica cuyo origen se desconoce (50).
2.9.7 Características físicas
Su espesor de un átomo, hace que no se pueda definir su anchura de una forma inequívoca
(se considera de 3 angstrom, que es la fluctuación observada en medidas de barrido
electrónico) (50).
47
Las membranas de grafeno pueden soportar átomos de metales pesados, como el oro o el
níquel, prácticamente sin deformarse.
El carbono en su configuración plana, como se ha comentado anteriormente, tiene
propiedades extraordinarias. Desde un punto de vista estructural, el grafeno es el material
más delgado jamás obtenido: una lámina de grafeno tiene un espesor de 3,35 Å (es decir,
3,35•10-10 m). Un cabello humano tiene un diámetro en el rango 0,02-0,200 mm (esto es,
2-200•10-5 m). Por tanto, el grafeno es 100.000 veces más delgado que el cabello más
fino. Además, se trata de un material muy ligero: tiene una densidad de0,77 mg/m2
únicamente. Así, se calcula que una capa de grafeno capaz de cubrir un estadio de fútbol
pesaría alrededor de unos pocos gramos (47).
2.9.8 Resistencia mecánica
El grafeno es el material más resistente desde un punto de vista mecánico. Tiene una
resistencia mecánica de 42 N/m (tensión a rotura). Si elegimos una hipotética lámina del
acero más resistente, del mismo espesor que el grafeno ésta tendría una resistencia de
0,40 N/m. Por tanto, se podría decir que el grafeno es unas 100 veces más resistente que
el más resistente de los aceros. Puede resultar curioso que una única capa de grafeno sea
tan dura y resistente, cuando el grafito, que no es más que una superposición de capas de
grafeno se rompe con tanta facilidad. El motivo es sencillo: en el grafito, las capas de
grafeno se encuentran unidas por fuerzas de Van der Waals, que son fuerzas mucho más
débiles que las uniones covalentes entre los carbonos que conforman una lámina de
grafeno. Grafico 22.
La fuerza del grafeno es mucha, de acuerdo con el comité del Premio Nobel pone como
ejemplo una hipotética hamaca de un metro cuadrado de grafeno perfecto podría soportar
a un gato de 4 kilos, la hamaca pesaría 0,77 miligramos “menos del peso de un bigote de
gato” y sería virtualmente invisible. Para medir esta resistencia, se utilizó un microscopio
de fuerza atómica que “presionaba” perpendicularmente la hoja de grafeno para doblarla
y obtener así su límite elástico. De estos experimentos se concluyó que la constante
elástica (que indica lo que puede deformarse un cuerpo sin sufrir deformación
permanente) del grafeno era enorme, pudiéndose estirar hasta un 10% de su tamaño
normal de forma reversible. Esta característica se ha alcanzado en un grafeno que apenas
presenta impurezas o defectos en su red.
Debido a esta combinación de flexibilidad y resistencia, ofrece un increíble potencial para
su aplicación industrias tan importantes como la del automóvil y la aeronáutica, ya que
permite el desarrollo de materiales más ligeros (en comparación con el acero, un conjunto
de láminas de grafeno del grosor del papel es seis veces más ligero, presenta de cinco a
seis veces menor densidad) y resistentes, dando lugar a vehículos y aeronaves menos
pesados, más seguros, y que consumen menos combustible. Este comportamiento del
grafeno también puede ser interesante para su uso en nanotecnología, ya que podría
aguantar grandes presiones apenas sin deformarse. Por ejemplo, una hoja de grafeno
podría ser capaz de soportar que se les coloque encima átomos mucho más pesados que
el carbono (como es el oro), prácticamente sin sufrir una deformación (47).
48
Grafico 22: Simulación de una lámina bidimensional de grafeno soportando peso;
Tomado: tuexperto.com
2.9.9 Obtención
La síntesis de grafeno se refiere a cualquier procedimiento para fabricar o extraer grafeno,
dependiendo del tamaño, pureza y fluorescencia deseados del producto específico. En
ciertas etapas se han encontrado diversas técnicas para producir películas finas. A finales
de 1970 el carbón precipitado en forma de finas capas grafíticas en las superficies de
metal de transición, en 1975, el grafito de poca capa se sintetizó en una superficie de
cristal de platino a través de métodos de descomposición química, pero no se designó
como grafeno debido a la falta de técnicas de caracterización o quizás debido a sus
limitadas aplicaciones o pocas aplicaciones. En esos períodos, sus propiedades
electrónicas nunca fueron investigadas debido a la dificultad de aislarlas y transferirlas a
sustratos aislantes. Pero a finales de los años 90, Ruoff y colaboradores intentaron aislar
finas escamas grafíticas sobre sustratos de SiO2 mediante frotamiento mecánico de islas
modeladas en HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite) por sus siglas en ingles. Sin
embargo, no hubo ningún informe sobre su caracterización de la propiedad eléctrica.
Usando un método similar esto fue logrado más tarde en 2005 por Kim y sus compañeros
de trabajo y las propiedades eléctricas se informaron. Pero el verdadero avance en la
investigación del grafeno comenzó después de que Geim y sus colaboradores publicaran
por primera vez su trabajo de aislar grafeno sobre el sustrato de óxido de silicio SiO2 y
medir sus propiedades eléctricas. Después del descubrimiento del grafeno en 2004, se
desarrollaron diversas técnicas para producir películas grafíticas delgadas y poco grafeno
en capas. La evidencia experimental de los cristales 2D se produjo en 2004 y 2005 cuando
las escamas delgadas de grafeno y otros materiales se exfoliaron, primero del grafito a
granel. Pero el grafeno se obtuvo en primer lugar en forma de pequeños copos del orden
de varios micrones a través de la exfoliación mecánica de grafito utilizando cinta
adhesiva. Aunque este método da el grafeno de la más alta calidad, pero para la
producción en masa, se necesita un método de fabricación que pueda sintetizar grafeno a
49
escala de hojuelas. En los últimos años, se han establecido diversas técnicas para la
síntesis de grafeno. Sin embargo, la división mecánica (exfoliación), exfoliación química,
síntesis química y síntesis de deposición térmica de vapor químico (CVD por sus siglas
en inglés), son los métodos más utilizados hoy en día. Algunas otras técnicas también se
informan, tales como unzipping o descompresión de nanotubo y la síntesis de microondas.
Aunque se encontró que la exfoliación mecánica con voladizo microscópico de fuerza
atómica era capaz de fabricar grafeno de pocas capas, la limitación del proceso era el
grosor del grafeno varía a 10 nm, que es comparable al grafeno de 30 capas. En el método
de exfoliación química la solución dispersada de grafito se exfolia insertando grandes
iones alcalinos entre las capas de grafito. La síntesis química es el proceso similar que
consiste en la síntesis de óxido de grafito, dispersión en una solución, seguida por
reducción, algo similar para la síntesis de nanotubos de carbono, la CVD térmica catalítica
ha demostrado ser el proceso más significativo para la fabricación a gran escala del
grafeno. Cuando el proceso de CVD térmico se lleva a cabo en un horno de calentamiento
resistivo, se conoce como CVD térmica, y cuando el proceso consiste en el crecimiento
asistido por plasma, se denomina CVD mejorado por plasma o PECVD por sus siglas en
ingles. En este mundo como nada es la bendición, todos los métodos de síntesis tienen
algunos inconvenientes también dependiendo de la aplicación final del grafeno. Por
ejemplo, el método de exfoliación mecánica es capaz de fabricar monocapa o pocas capas
de grafeno, pero la fiabilidad de obtener unas estructuras similares usando esta técnica es
bastante insignificante. Además, los procesos de síntesis química son procesos a baja
temperatura que hacen más cómodo fabricar grafeno sobre multi-tipos de sustratos a
temperatura ambiente, particularmente sobre sustrato polimérico. Sin embargo, el grafeno
sintetizado de gran extensión producido en este proceso no es uniforme y disperso. De
nuevo, el grafeno sintetizado a partir de óxidos de grafeno reducido (RGOs por sus siglas
en ingles), suele provocar una reducción incompleta del óxido de grafito que da lugar a
la degradación sucesiva de las propiedades eléctricas en función de su grado de reducción.
Por el contrario, los métodos térmicos CVD son más ventajosos para la fabricación de
dispositivos de área grande y favorables para la futura tecnología de semiconductores
(CMOS por sus siglas en inglés) reemplazando al silicio. El grafeno epitaxial significa
grafitización térmica de una superficie de SiC que es otro método de síntesis de grafeno,
pero la limitación de este método es alta temperatura de proceso e incapacidad para
transferir sobre cualquier otro sustrato. Por lo tanto, el método CVD térmico es único
debido a la producción de una capa uniforme de átomos de carbono catalizados
térmicamente y que pueden depositarse sobre superficies metálicas y también pueden
transferirse sobre una amplia gama de sustratos (51).
2.9.9.1 Exfoliación mecánica
La exfoliación mecánica puede ser el proceso más raro y eminente para extraer escamas
de grafeno de capa única sobre sustratos preferidos. Es el primer método reconocido de
síntesis de grafeno. Se trata de una técnica de arriba hacia abajo en nanotecnología,
mediante la cual se crea una tensión longitudinal o transversal sobre la superficie de los
materiales de estructura estratificada. El grafito se forma cuando las capas de grafeno
monoatómico se apilan juntas por fuerzas débiles de van der Waals. Para el corte
mecánico, se requiere una fuerza externa para separar una capa monoatómica del grafito.
El apilamiento de las láminas en grafito es el resultado de la superposición del orbital “p”
parcialmente lleno perpendicular al plano de la lámina (con fuerzas de van der Waals).
50
La exfoliación es lo contrario de apilamiento. De hecho, las láminas de grafeno de
diferentes espesores pueden obtenerse mediante exfoliación mecánica o pelado de capas
de materiales grafíticos como grafito pirolítico altamente ordenado (HOPG por sus siglas
en ingles), grafito monocristalino o grafito natural. Este peeling o exfoliación se puede
hacer utilizando una variedad de agentes como la cinta adhesiva, ultrasonicación, campo
eléctrico e incluso por técnica de transferencia de impresión, etc.
En algunos estudios de la HOPG también han sido unidos al sustrato ya sea por adhesivos
regulares como resina epoxi para mejorar el rendimiento de escamas de grafeno de capa
única. Un estudio reciente también demuestra la impresión de transferencia de patrones
de grafeno macroscópico de HOPG modelado utilizando películas de oro.
Es por mucho, el método más barato para producir grafeno de alta calidad.
Las escamas de grafeno obtenidas por métodos de exfoliación mecánica tienen su
caracterización por métodos como microscopía óptica, espectroscopia Raman y
micrografía de fuerza atómica AFM por sus siglas en ingles. El análisis de AFM se realiza
sobre el grafeno exfoliado para evaluar su espesor y número de capas. En exfoliación
micromecánica, el grafeno se separa de un cristal de grafito usando cinta adhesiva,
después de despegarlo del grafito, el grafeno de múltiples capas permanece en la cinta,
posteriormente, la cinta se une al sustrato de acetona para separar la cinta, finalmente se
realiza una última exfoliación con una cinta no utilizada, los copos obtenidos varían
sustancialmente en tamaño y espesor, donde los tamaños van desde nanómetros hasta
varias decenas de micrómetros de grafeno de una capa, dependiendo de la hojuela. El
grafeno de una capa tiene una tasa de absorción de la luz del 2%, sin embargo, es posible
verlo bajo un microscopio de luz sobre SiO2 / Si, debido a los efectos de interferencia.
En realidad, no es fácil obtener mayores cantidades de grafeno por este método de
exfoliación, ni siquiera teniendo en cuenta la falta de escamas sostenibles. La dificultad
de este método es realmente baja, sin embargo, las escamas de grafeno necesitan ser
encontradas en la superficie del sustrato. La calidad del grafeno preparado es muy alta,
casi sin defectos. Aun así, el método de exfoliación mecánica necesita ser mejorado y a
gran escala para producción en masa, en el campo de la nanotecnología aún más para
obtener grafeno de gran pureza, libre de defectos (51).
2.9.9.2 Exfoliación química
El método químico es uno de los mejores métodos apropiados para la síntesis de grafeno.
En el método químico que produce la suspensión coloidal que modifica grafeno del
grafito y de los compuestos de la intercalación del grafito.
En diferentes campos como el de materiales en general, compuestos de polímero,
materiales de almacenamiento de energía y electrodos conductores transparentes ya han
utilizado el método químico para la producción de grafeno. En 1860, el óxido de grafeno
se fabricó por primera vez, se usaron los métodos Brodie, Hummers y Staudenmaier
métodos usados para la obtención de nanocompuestos.
La exfoliación química es un proceso de dos pasos: En primer lugar, reduce las fuerzas
de van der Waals entre capas para aumentar la separación entre capas. Por lo tanto, forma
grafeno con compuestos intercalados (GIC por sus siglas en ingles), a continuación, se
exfolia el grafeno con una o varias capas mediante calentamiento rápido o sonicación.
Para el óxido de grafeno de una sola capa (SGO por sus siglas en inglés) se utiliza la
ultrasonicación y para las de diversos espesores de capa se usa ultracentrifugación de
gradiente de densidad. El óxido de grafeno (GO) se prepara fácilmente mediante el
51
método de Hummers que implica la oxidación del grafito con agentes oxidantes fuertes
tales como KMnO4 y NaNO3 en H2SO4 / H3PO4.
Los hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP por sus siglas en ingles), se han utilizado
para la síntesis de grafeno. Polifenileno hiper-ramificado poli-dispersado, precursor dan
escamas más grandes. Se utiliza una variedad de disolventes para dispersar el grafeno en
disolventes aromáticos perfluorados, ortodicloro benceno, e incluso en disolventes de
bajo punto de ebullición como el cloroformo y el isopropanol. La exfoliación con láser
de grafito pirolitico altamente orientado, también se ha utilizado para preparar grafeno.
La exfoliación térmica y la reducción del óxido de grafito también producen grafeno de
buena calidad, generalmente denominado óxido de grafeno reducido (RGO por sus siglas
en inglés) (51).
2.9.9.3 Exfoliación de hojuelas de grafito natural en nano placas de grafeno (GNP)
En un experimento con escamas de grafito natural con un tamaño de partícula
suministrado por Asbury Graphite Mills, EE. UU, se pusieron escamas de grafito natural
(1 g) en un matraz de fondo redondo. Se añadió ácido fórmico en un volumen de 50 ml,
98%, en el matraz, la mezcla se sometió a ultrasonicación a temperatura ambiente durante
2 horas para producir dispersión de GNP / HCOOH, después de la eliminación de una
pequeña cantidad de copos de grafito no exfoliados en el fondo, las nanoplacas de grafeno
resultantes se filtraron y se lavaron con acetona, luego se secaron en una estufa de vacío
durante la toda la noche (52).
2.9.9.4 Obtención casera
Un método simplificado de obtención del grafeno fue lo que llevo a Geim y Novoselov a
ganar el premio nobel, pero existe un método de producción en masa barato y con
materiales no tan costos incluso solo es necesario una licuadora, solventes orgánicos y
detergentes de uso diario que producirán la exfoliación química dando como resultado
grafeno. Se ha demostrado que la exfoliación ocurre siempre que la velocidad de corte
local o velocidad especifica de la licuadora excede un valor crítico, dichas velocidades de
corte se pueden conseguir en una gama de licuadoras que incluyen mezcladores de cocina
simples. El grafeno producido de esta manera es prácticamente indistinguible del
producido por sonicación de grafito en disolventes o tensioactivos y se ha demostrado
que es útil en una gama de aplicaciones desde compuestos a sensores. Es importante
destacar que el licuado de alto corte también se puede usar para exfoliar una gama de
otros materiales estratificados (53).
52
2.9.10 Características técnicas de las nanoplacas de grafeno (nanoplatelets grafeno
mechanical Lucas Led)
2.9.10.1 Descripción del producto
Control de calidad bajo microscopio óptico RAMAN
Análisis elemental: C: 97% H: 1-2 % O: 0.5%
Color negro
Solido al 98%
Pureza: 99%
Densidad: ~2.25gr/cm3
Grosor: <10 nm
El polvo de grafeno posee una baja densidad, por lo que 10 gramos de polvo de grafeno
equivale a 596.40 cm3 de volumen o lo que es lo mismo este volumen de Grafeno sería
lo que contendría un frasco cilíndrico que midiera 15cm de alto y 18cm de fondo de dicho
material; aproximadamente.
El proceso de fabricación del grafeno se extrae del grafito tratado mediante exfoliación
en un proceso totalmente industrializado y siguiendo un estricto control de calidad.
AvanGRAPHENE (pocas capas) consiste en menos de 6 capas. Es un grafeno con un
grosor ligeramente mayor que avanGRAPHENE (1-2 capas).
Esta característica le permite soportar mejor los procesos de extrusión. Por lo tanto. Es
más fácil introducirlo en matrices de plástico a través de un proceso de extrusión.
2.9.10.2 Dispersibilidad
AvanGRAPHENE (pocas capas) se puede suministrar con o sin funcionalidad superficial,
para su integración en la mayoría de los polímeros como PVC, TPU, poliamidas,
polipropileno o ABS. Antiestático, ESD y conductividad pueden obtenerse debido a la
facilidad para alcanzar su límite de percolación.
Grafito Las nanopartículas (línea avanGRP) son un tipo / grado intermedio entre grafeno
y grafito, que no puede considerarse ni un grafeno ni un grafito puro. Sus características
especiales les permiten ser introducidos en matrices de plástico de una manera más fácil
y más económica. Estos materiales de precio conveniente, la dispersión fácil y las
características comunes que comparten con grados de grafeno puro, hacen una excelente
opción para mejorar las propiedades de los materiales.
AvanGRP mecánico está especialmente diseñado para proporcionar una mejor
transmisión térmica en la matriz plástica, permitiendo mejoras en las características
térmicas, y ser utilizado como agente de nucleación en el polímero y mejorar su fase
cristalina, alcanzando más del 40% de mejora en sus resultados VICAT (CLORURO DE
POLIVINILO).
Conductivo avanGRP está especialmente diseñado con un eje XY mucho más grande que
permite llegar a la percolación dentro de matrices de plástico fácilmente, proporcionando
piezas con baja resistencia eléctrica.
La línea avanGRP está especialmente desarrollada para ser aplicada cuando la
introducción de cargas en una matriz no representa una gran pérdida de sus propiedades
mecánicas y / o no se persigue una resistencia extremadamente baja.
53
Grafico 23: Micrografía 60x de nanoplacas de grafeno; Autor: ISAAC GABRIEL
LARREA SANTAMARIA
Grafico 24: Micrografía de las nanoplacas de grafeno; Tomado: lucasled.es
54
Grafico 25: Espectroscopia RAMAN que indica C: 97% H: 1% 2%; Tomado:
lucasled.es
55
3. METODOLOGÍA
La investigación es de tipo experimental in-vitro, comparativa.
3.1. Tipo y diseño de la investigación
Experimental:
Se realizaron láminas de acrílico de termocurado bajo la norma ADA punto 4.3.5 de la
especificación no. 12. Norma usada para el análisis y experimentación con las
características de los polímeros usados en prótesis
Comparativa:
Porque se va a comparo la resistencia flexural de tres grupos uno sin refuerzo y dos con
refuerzo de nanoplacas de grafeno
3.2 Muestra
La muestra fue tomada por muestreo no probabilístico por conveniencia, ya que la
elección de elementos no depende de la probabilidad sino de las características de la
investigación.
Tomando como ejemplo la investigación de Heidari et cols 2015 para el presente
estudio se realizarán tres grupos donde:
Grupo ROSADO 0 (grupo de control) serán 10 muestras de acuerdo bajo la
norma ADA punto 4.3.5 de la especificación no. 12. Sin refuerzo de algún tipo
Grupo GRIS 1 (grupo de control negativo) serán 10 muestras de acuerdo bajo la
norma ADA punto 4.3.5 de la especificación no. 12. Adicionadas cinco con 0.1g
de nanoplacas de grafeno y un subgrupo de cinco que divida 0,1g de nanoplacas
de grafeno para cinco muestras.
Grupo NEGRO 2 serán 10 muestras de acuerdo bajo la norma ADA punto 4.3.5
de la especificación no. 12. Adicionadas cinco con 0.2 g de nanoplacas de
grafeno y un subgrupo de cinco que divida 0,2 g de nanoplacas de grafeno para
cinco muestras.
Se usarán dos grupos de control para identificar:
Grupo ROSADO 0(grupo de control nulo): Resistencia flexural del acrílico
sin refuerzo de ningún tipo. Grafico 26.
Grupo GRIS 1 (grupo de control negativo): Es el grupo donde se esperará
que 0.1 gramos de nanoplacas de grafeno no influyan sobre la resistencia
flexural del acrílico de termocurado. Grafico 26.
El grupo NEGRO 2 será el grupo donde se esperará que 0.2 gramos de
nanoplacas de grafeno influyan sobre la resistencia flexural del acrílico de
termocurado. Grafico 26.
56
El estudio investigativo de Heidari et cols 2015muestra que, según los criterios de los
investigadores descritos, usaron 90 muestras, 10 en cada grupo en total 9 grupos, en el
presente estudio se usaran 30 muestras, en total tres grupos de 10 muestras cada uno.
Todas estas muestras se mantuvieron en agua destilada 37ºC
3.3 Criterios de inclusión
Placas rectangulares de acrílico de termo curado marca NEWESTETIC, de
dimensiones: 10 mm de ancho por 65 mm de largo por 2.5 mm de grosor, que
cumple el punto 4.3.5 de la especificación no. 12 de la ADA para polímeros de
bases de dentadura.
Placas que fueran confeccionadas siguiendo las indicaciones del fabricante y que
tengan superficies uniformes, lisas sin burbujas, rugosidades ni fracturas, en este
caso se usara las nanoplacas de grafeno como aditivo para mejorar la resistencia
a la flexión por lo cual se adicionara a la mezcla cierta cantidad de nanoplacas.
Placas que tengan un peso entre 1,5 g y 1,8 g
3.4 Criterios de Exclusión
Placas que no sean rectangulares y de acrílico de termo curado de marcas
diferentes.
Placas que no cumplan con las dimensiones establecidas por la ADA para
polímeros de bases de dentadura.
Placas que no fueran confeccionadas siguiendo las indicaciones del fabricante.
Placas que no tengan superficies uniformes, con presencia de burbujas,
rugosidades, fracturas.
Placas que no tengan un peso entre 1,5 g y 1,8 g
57
Grafico 26: Grupo de muestras de acrílico de termocurado con nanoplacas de grafeno, R grupo de control, N grupo
que en su composición llevan 0,2g de nanoplacas de grafeno dividido para cinco, NA grupo que en su composición
cada una posee 0,2g de nanoplacas de grafeno, G grupo que en su composición llevan 0,1 de nanoplacas de grafeno
dividido para cinco, GA grupo que en su composición cada una posee 0,1g de nanoplacas de grafeno. Todas las
muestras cumplen con peso y longitud establecidos en los criterios .
58
3.5. Definición operacional de las variables
VARIABLE DEFINICION TIPO CLASIFICACION INDICADOR
CATEGORICO
ESCALAS
DE
MEDICION
Resistencia
flexural del
acrílico
Es la
resistencia que
ofrece la placa
de acrílico de
termocurado
justo antes que
se rompa
Dependiente Cuantitativa
continua
Rosado Mpa
Gris Mpa
Negro Mpa
Se obtendrán con
el dinamómetro
en Megapascales
0
1
2
Nanoplacas
de grafeno
como
refuerzo del
acrílico de
termocurado
Polvo usado
como aditivo
incorporado en
la estructura
del acrílico de
termocurado
para conferir
mejores
cualidades
físicas y
mecanicas
Independiente Cualitativa ordinal Rosado (0 gr)
Gris (0,1 gr)
Negro (0,2 gr)
Se obtendrán con
una balanza
digital en gramos
0
1
2
Tabla 4: Definición operacional de las variables
Elaborado por: Isaac Gabriel Larrea Santamaría
59
3.6. Estandarización
Para la estandarización de la investigación se usará el Laboratorio técnico Dental del
Valle con su principal técnico José Ramos (Anexo 5) que tiene todos los permisos de
funcionamiento y el personal capacitado y adecuado para la realización de muflas para
cocido de probetas de acrílico termopolimerizable.
Luego en el momento de la medición en la Escuela Superior Politécnica del Ejercito en
el Laboratorio de mecánica y materiales, se usará la Maquina universal de ensayos y se
registraran los valores mediante el dispositivo Advance Force & torque indicador
(Quatrol), y se realizara una medición por probeta; la prueba de resistencia flexural a tres
puntos se efectuará con velocidad de ensayo de: 1mm/minuto y distancia entre apoyos
de: 45mm.Grafico 27. La recopilación de datos se realizará mediante las mediciones de
la última resistencia en mega pascales (Mpa) de las láminas de resina acrílica para base
dentaduras con y sin nanoplacas de grafeno; así se obtendrá una media y moda de los
valores que se expresaran estadísticamente para análisis y conclusiones
Grafico 27:Maquina de ensayos universales, Dispositivo Advance
Force & torque indicador (Quatrol)
60
4. MATERIALES Y MÉTODOS
4.1. Materiales e instrumentos
4.1.1. Material común.
- Hoja de recolección de datos
- Lapiceros
- Bolígrafo
- Regla
- Tablero.
4..1.2. Materiales de bioseguridad.
- Mascarillas.
- Guantes de látex.
- Campos de mesa
- Bandejas metálicas.
4.1.3. Instrumental
- Cera base
- Vasos tequileros
- Espátula de metal
- loseta de vidrio
- Mufla BRODÉN
- Estufa
- Prensa
- Espaciador de metal
- Disco de carburo fino
- Papel plástico
- Pincel mediano
- Aislante liquido
- Yeso piedra
- Yeso blanco
- Resina acrílica de termocurado (Veracril- NEW STETIC)
- Nanoplatelet grafeno mechanical (Lucas LED)
- Recipientes plásticos
61
4.2. Procedimientos
Las muestras que se obtuvieron se dividieron en tres grupos de los cuales dos tuvieron un
subgrupo, en todos los grupos se utilizó acrílico de termocurado (Veracril- NEW
STETIC). En el grupo “R” se confeccionaron muestras sin nanoplacas de grafeno, en el
grupo “N” “NA” “GA” “G” con nanoplacas de grafeno “mechanical”. Todas las muestras
se confeccionaron con las siguientes dimensiones: 10 mm de ancho por 65 mm de largo
por 2.5 mm de espesor, cumpliendo el punto 4.3.5 de la especificación no. 12 de la ADA
para polímeros de bases de dentadura. Para la producción en serie de las muestras se
confecciono un patrón de acetato rígido de 73 mm de largo 53 mm milímetros de ancho
y 4 mm de espesor y para la producción individual se procedió hacer patrones en cera de
las siguientes dimensiones 15 mm de ancho por 70 mm de largo y 4 mm de espesor.
Posteriormente se colocó el patrón de acetato rígido aislado en el yeso piedra de las
muflas, después se dejó fraguar por 10 minutos pasado este tiempo se procedió a
desprender de la superficie del yeso al acetato rígido.
Para las muestras individuales se en muflo con yeso los patrones de cera de dimensiones
70mm de largo 15 mm de ancho 35mm de espesor, una vez fraguada, se sumergió las
muflas por 12 minutos en agua a temperatura de ebullición, después se dejó enfriar por 8
minutos.
A continuación, se lavaron con detergente en polvo. Una vez limpio y seco el yeso, se
aplicó dos capas de aislante de yeso-acrílico dejando secar por 10 minutos. Grafico 28-
29.
62
Grafico 28: Resina acrílica termopolimerizable new stetic VERACRIL en presentación industrial (polímero), : Resina
acrílica termopolimerizable new stetic VERACRIL en presentación de un galon (monómero),Resina acrílica
termopolimerizable new stetic VERACRIL en presentación por porciones como se vende al por mayor, yeso piedra
MAGNUM 1 kilo, nanoplatelets grafeno Mechanical Lucas Led 20gr, placas de cera ptrones para muestra.
63
Grafico 29: Vibración del yeso piedra, colocación de patrones de cera en las muflas, pesado de monómero, pesado
de nanoplacas de grafeno, mezcla monómera más nanoplacas de grafeno.
64
Grafico 30: Mezcla de resina acrílica con nanoplacas de grafeno, prensado de la mufla, cocinado de las muflas,
muflas con placas para corte y pulido de muestras.
65
Grafico 31: Corte y pulido de las muestras según ADA, muestras cortadas y pulidas colocadas en agua
destilada, muestra en micrómetro para toma de longitudes.
66
Se realizó la mezcla de monómero - polímero con proporciones de tres partes de polvo
por una de líquido. Para el grupo “R” la mezcla de acrílico se colocó en los moldes de
yeso piedra (el yeso piedra no posee alta porosidad como el yeso blanco) adecuadamente
aislado para pasar por la prensa hidráulica. Se retiraron los excesos de acrílico y se
terminó de cerrar la mufla. Grafico 30.
El procedimiento para los grupos “NA” “GA” con nanoplatelets grafeno “mechanical”
fue el siguiente: Se pesó en una balanza digital Yingjie 0,1g de nanoplatelets grafeno
“mechanical” para cada muestra del grupo “GA” y 0,2g para cada muestra del grupo
“NA” esta cantidad se mezcló con resina termopolimerizable, se esperó que la resina
llegue a una fase plástica para poder ser manipulada y adelgazada a manera de lámina ,
esta lamina se colocó en el molde de la mufla para posteriormente pasara por la prensa
hidráulica. Se retiró los excesos de acrílico y se terminó de cerrar la mufla. Grafico 30.
El procedimiento de producción en serie para los grupos “G” y “N” se desarrolló de la
siguiente manera: se pesó en una balanza digital Yingjie 0,1g de nanoplatelets grafeno
“mechanical” para una plancha de dimensiones 73mm de largo 53mm milímetros de
ancho y 3,5 mm de espesor del grupo “G” y 0,2g para la plancha del grupo “N” esta
cantidad se mezcló con resina termopolimerizable, se esperó que la resina llegue a una
fase plástica para poder ser manipulada y adelgazada a manera de lámina , esta lamina se
colocó en la mufla para posteriormente pasara por la prensa hidráulica. Se retiraron los
excesos de acrílico y se terminó de cerrar la mufla. Grafico 30.
La polimerización se realizó en una estufa por inmersión en agua, para todos los grupos,
hasta alcanzar la temperatura de ebullición en 60 minutos, siendo este protocolo una de
las alternativas de polimerización que el fabricante establece. Grafico 30.
Transcurrido el tiempo para los tres grupos y dos subgrupos, se retirarán las muflas del
agua y se sumergieran en agua a temperatura ambiente por 15 minutos y se dejarán enfriar
por 15 minutos más fuera del agua. Grafico 30.
Las muestras se almacenaron en agua destilada a una temperatura de 5ºC en una
refrigeradora hasta el día que se realizarán las pruebas de resistencia flexural. Grafico 31.
4.3 Manejo y Métodos de Recolección de datos.
4.3.1 Obtención de Permisos.
Para la realización del presente trabajo investigativo se revisó el banco de tesis y se
comprobó que no tiene similitud con otros temas anteriormente presentados. Así, tras la
aceptación de tutoría por parte del docente de Facultad de Odontología, Dr. Vinicio
Santillán, e inscribir el tema en la Unidad de Graduación, Titulación e Investigación; se
solicitará las autorizaciones necesarias para la realización del presente trabajo.
Obteniendo el certificado para que el laboratorio dental (anexo 5) realice las probetas a
usarse en este trabajo de investigación; el cual cuenta con sus respectivos permisos de
funcionamiento y no presenta ningún vínculo personal ni de trabajo con el autor del
estudio ni el tutor de la investigación.
Para la realización de las mediciones se procedió a realizar la obtención del permiso
(anexo 3) para hacer uso de la Maquina universal de ensayos y el dispositivo Advance
Force & torque indicador (Quatrol), del Laboratorio de mecánica y materiales de la
Escuela Superior del Ejercito. Grafico 27.
67
4.3.2 Recolección de datos:
Las muestras de 30 especímenes donde “0” no tienen ningún tipo de compuesto más que
polímero y monómero de termocurado y 20 especímenes “1 y 2”, 10 ejemplares para cada
grupo que en su composición está presente las nanoplacas de grafeno. Fueron sometidos
a pruebas de resistencia flexural con el equipo universal de ensayos MTS.
Las longitudes serán tomadas con un calibrador TACTIX 245011, con un micrómetro
digital de fibra de carbón con una exactitud de +- 0.1mm/ +-0,004.
Los valores obtenidos de las mediciones recolectados en un formulario y recopilados en
tablas de Excel donde se mostraron los valores en, milímetros, centímetros, newtons,
megapasacales.
4.3.3Medición de la resistencia flexural
Después de terminados las muestras se procede a realizar las mediciones en la Maquina
universal de ensayos y el dispositivo Advance Force & torque indicador 39 (Quatrol),
del Laboratorio de resistencia de materiales de la Universidad de las Fuerzas Armadas
ESPE.
Para determinar la resistencia flexural de las muestras se usan las formulas:
𝜗 =𝑀 ⋅ 𝑦
𝐼
𝑀 =𝑃 ⋅ 𝐿
4
𝐼 =1
2𝑏ℎ3
𝑦 = ℎ ∕ 2 Dónde: M es momento flector, P es la carga en Newton, L es la longitud de la muestra
es base de la muestra, h es el espesor, y es el centroide de la muestra
68
Se comprobó que la maquina no posee un aditamento especifico de las medidas necesarias
por lo cual se procedió a fabricar dicho aditamento. Grafico 32.
Finalmente se procede a colocar de una en una las muestras de resina acrílica
termopolimerizable n aditamento para la máquina de ensayos universales y se realiza la
colocación de una carga en Newtons, con una velocidad relativa de 1mm por minuto estos
datos que aparecen en el dispositivo Advance Force & torque indicador 39 (Quatrol)se
los transcribe en una tabla de Excel y fueron analizados estadísticamente y expresando
sus resultados posteriormente. Grafico 27.
Grafico 32: Aditamento creado para máquina de ensayos universales de la
Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE” para ensayo de materiales a tres
puntos con una distancia ente puntos de 4,5 cm.
69
4.3.4. Análisis Estadístico
Los valores obtenidos de las mediciones serán recolectados y recopilados en tablas de
Excel.
Una vez que los datos numéricos ya fueron verificados se procederán a exportarlos a un
programa estadístico para su respectivo análisis, en donde se utiliza comparación de
medias con pruebas paramétricas de tres grupos (ANOVA) y pruebas de normalidad
(Kolmogorov-Smirnov, Shapiro-Wilk) tomando en cuenta las hipótesis todo esto fue
realizado por el Estadista Jaime Molina (anexo 6).
4.3.5. Riesgos potenciales del Estudio
Todo material posee un protocolo de manejo durante su uso y su desecho.
En el caso del polímero de termocurado y las nanoplacas de grafeno al ser un polvo es
necesario usar mascarilla y gafas durante la manipulación ya que podría ocasionar
irritación de vías respiratorias altas y ojos.
Durante el uso de monómero de termocurado y el pulido de las placas de prueba es
necesario usar gafas de protección para evitar irritación o lesiones en los globos oculares.
Para la eliminación de desechos de yesos, material de exceso, placas de prueba fracturadas
y desechos contaminantes que puedan ocasionar daños al medio ambiente se pidió
colaboración a la Coordinación de Clínica de la Facultad de Odontología de la
Universidad Central (anexo 8) ya que cuenta con los permisos correspondientes para la
eliminación de estos materiales contaminantes y desechos producto de la confección de
las placas para las pruebas.
4.3.5 Aspectos bioéticos
El estudio se sometió a la revisión y la aprobación del comité de ética de la Universidad
Central del Ecuador, considerando los parámetros que rigen la norma del Registro
Oficial aprobado el 1 de julio del 2014 (anexo7). Por la manera de obtención de las
muestras de acrílico de termocurado y al ser un estudio in vitro, el presente proyecto no
requiere de consentimientos informados.
70
CAPÍTULO 5
5.1 Aspectos Administrativos
5.1.1 Presupuesto N° RUBRO VALOR (USD)
1 Materiales de impresión, fotografía, reproducción y
publicaciones, copias
100
2 Teléfono e internet 100
3 Materiales dentro de las muestras (nanoplatelets
grafeno, acrílico de termocurado, yeso blanco, tiras de
cera, materiales de bioseguridad)
200
4 Transporte 100
5 Uso de laboratorio dental 200
6 Computadora portátil(mantenimiento) 150
7 Pago a estadístico 100
8 Impresiones y empastado 150
9 Alimentos y bebidas 100
Subtotal 1200
Imprevistos 200
Total 1400
Tabla 5: Tabla de presupuesto
5.1.2 Fuente de financiamiento
La tesis será sustentada en su totalidad por el autor.
5.2 Plan de trabajo y cronograma de ejecución
CRONOGRAMA
HITO/ACTIVIDAD DESCRIPCIÓN RESPONSABLES
DURACIÓN: TIEMPO/MES
(PUEDE VARIAR)
6 7 8 9 10 11 12
TEMA Elaboración del tema de investigación y
posterior aprobación.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
ANTEPROYECTO Diseño y estructuración del Anteproyecto
para posterior aprobación.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
APROBACIÓN COMITÉ DE FO Corrección de proyecto. Dr. Santillán
Isaac Larrea X
APROBACIÓN COMITÉ DE
ÉTICA Corrección de proyecto.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
MUESTRAS Realización de las muestras Dr. Santillán
Isaac Larrea X
PROYECTO FINAL Diseño y estructuración del Proyecto Final
para su posterior ejecución.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN Extracción de datos estudio para su posterior
análisis por parte del estadístico.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
INFORME FINAL Presentación de resultados, discusión,
conclusiones y recomendaciones.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
BORRADOR Presentación del borrador para su posterior
corrección de cabios y recomendaciones.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
ENTREGA Entrega de la impresión final, corrección por
parte del tribunal.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
DEFENSA Sustentación oral del trabajo de investigación
para titulación.
Dr. Santillán
Isaac Larrea X
Tabla 6: Plan de trabajo
72
6. RESULTADOS
6.1 Presentación análisis e interpretación de los resultados
Obtenidos los datos por medición con los instrumentos, y en el laboratorio de
resistencia de materiales de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, se proceden a
exportarlos a una hoja de cálculo de Microsoft Excel 2016 como se presenta a
continuación.
Tabla 7: Recolección de longitudes GRUPO “R”
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
Tabla 8: Recolección de longitudes GRUPO “GA”
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
73
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARI
Tabla 9: Recolección de longitudes GRUPO “G”
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
Tabla 10: Recolección de longitudes GRUPO “NA”
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
Tabla 11: Recolección de longitudes GRUPO “NA”
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
74
6.1.1 Pruebas de normalidad
Se verifica si las muestras tomadas provienen de una población normal, para esto se
realiza, las pruebas de Kolmogorov - Smirnov o con la prueba de Shapiro - Wilk (menor
a 20 datos).
Ya que la muestra proviene de una población normal con distribución normal entonces se
realizan pruebas paramétricas (media, desviación estándar): en este caso al ser más de un
grupo se eligió ANOVA.
Para cada prueba de Hipótesis, se compara el valor de significación con el 0,05 (95% de
confiabilidad), si el nivel de significación es superior a 0,05 se acepta Ho (hipótesis
inicial), si es inferior a 0,05 se acepta Ha (hipótesis alterna).
Hipótesis a demostrar
Ho: Las muestras provienen de un conjunto con distribución Normal.
Ha: Las muestras NO provienen de un conjunto con distribución Normal.
MEZCLA TOTAL 0,1
Nº DISTANCIA ENTRE APOYOS (mm) CARGA ULTIMA (N) RESISTENCIA ULTIMA (MPa) PESO (g) ESPESOR (mm)
1 R 45 106 116,231 1,8 2,48
2 R 45 103 115,95 1,8 2,45
3 R 45 100 103,751 2 2,5
4 R 45 83 87,971 1,9 2,53
5 R 45 98 103,087 2 2,49
6 R 45 84 84,532 1,9 2,59
7 R 45 86 89,531 1,9 2,54
8 R 45 95 98,131 1,9 2,55
9 R 45 74 84,316 1,8 2,45
10 R 45 78 93,476 1,7 2,37
1 GA 45 43 43,898 1,8 2,53
2 GA 45 43 45,482 1,8 2,51
3 GA 45 71 78,496 1,8 2,46
4 GA 45 47 55,335 1,7 2,43
5 GA 45 36 50,088 1,5 2,31
1 G 45 98 103,389 1,8 2,55
2 G 45 76 88,169 1,7 2,51
3 G 45 108 118,657 1,8 2,48
4 G 45 87 83,584 1,8 2,61
5 G 45 74 104,622 1,7 2,15
1 NA 45 23 25,149 1,7 2,44
2 NA 45 26 34,119 1,6 2,27
3 NA 45 27 36,27 1,7 2,21
4 NA 45 24 33,205 1,5 2,21
5 NA 45 21 34,987 1,5 2,02
1 N 45 94 103,184 1,7 2,47
2 N 45 90 102,306 1,6 2,42
3 N 45 87 102,408 1,7 2,39
4 N 45 75 90,924 1,6 2,36
5 N 45 79 97,399 1,6 2,34
Tabla 12: Recolección de datos necesarios (todos los grupos de estudio)
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
75
Pruebas de normalidad
GRUPOS
Kolmogorov-Smirnov Shapiro-Wilk
Estadístico gl Sig. Estadístico gl Sig.
CARGA
ULTIMA (N)
Grupo R 0,164 10 0,200 0,940 10 0,555
Grupo GA 0,330 5 0,080 0,811 5 0,099
Grupo G 0,208 5 0,200 0,928 5 0,583
Grupo NA 0,175 5 0,200 0,974 5 0,899
Grupo N 0,201 5 0,200 0,949 5 0,734
RESISTENCIA
UTIMA (MPa)
Grupo R 0,154 10 0,200 0,901 10 0,224
Grupo GA 0,281 5 0,200 0,815 5 0,108
Grupo G 0,204 5 0,200 0,942 5 0,682
Grupo NA 0,342 5 0,057 0,792 5 0,070
Grupo N 0,323 5 0,097 0,814 5 0,105
PESO kg Grupo R 0,224 10 0,168 0,911 10 0,287
Grupo GA 0,330 5 0,079 0,735 5 0,021
Grupo G 0,367 5 0,026 0,684 5 0,006
Grupo NA 0,241 5 0,200 0,821 5 0,119
Grupo N 0,367 5 0,026 0,684 5 0,006
ESPESOR mm Grupo R 0,136 10 0,200 0,970 10 0,894
Grupo GA 0,218 5 0,200 0,911 5 0,473
Grupo G 0,344 5 0,053 0,803 5 0,086
Grupo NA 0,247 5 0,200 0,952 5 0,749
Grupo N 0,159 5 0,200 0,967 5 0,859
Tabla 13: Pruebas de normalidad
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
Según la prueba de Normalidad de Shapiro-Wilk, todos los valores de significación en lo
que respecta a Carga ultima y a Resistencia ultima (Sig.) de las muestras son mayores
0,05 (95% de confiabilidad), luego se acepta Ho: esto es las muestras provienen de
conjuntos con distribución Normal, por tanto, para realizar las comparaciones se realizan
pruebas Paramétricas: ANOVA.
76
6.1.1.1 PRUEBA ANOVA COMPARACION DE CARGA ULTIMA (N)
Se tiene dos hipótesis
Ho: Todas las medias son similares
Ha: Alguna o varias de las medias no son similares al resto
ANOVA
CARGA ULTIMA (N)
Suma de
cuadrados gl Media cuadrática F Sig.
Entre grupos 20004,700 4 5001,175 42,497
0,000 Dentro de grupos 2942,100 25 117,684
Total 22946,800 29
Tabla 14: Prueba ANOVA comparación de carga ultima.
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
En la Prueba de ANOVA el valor del nivel de significación (Sig. asintótica (prueba
bilateral)) = 0,000) es inferior a 0,05 (95% de confiabilidad), luego se acepta Ha, esto
es, Alguna o varias de las medias no son similares al resto. Para determinar cuáles son
similares o diferentes se hace la prueba dos a dos Tukey
77
6.1.1.2 PRUEBA TURKEY
En la prueba dos a dos se forman tres subconjuntos totalmente diferentes
En el primero conjunto se ubica el valor más bajo que es el grupo NA con una media de
24,20 N, le sigue muy por encima y diferente el grupo GA con una media de 48,0 N, a
continuación, el grupo más alto y con similares medias Grupo N (85,0N), Grupo G
(88,6 N) y Grupo R (90,7 N) evidenciando que las cargas en los grupos N, G, R son
iguales estadísticamente.
CARGA ULTIMA N
HSD Turkey
GRUPOS N
Subconjunto para alfa = 0.05
1 2 3
Grupo NA 5 24,20
Grupo GA 5 48,00
Grupo N 5 85,00
Grupo G 5 88,60
Grupo R 10 90,70
Sig. 1,000 1,000 0,903
Tabla 15: Prueba TURKEY comparación de carga ultima
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
78
GRAFICA DE CARGA ULTIMA
Grafico 33: Diafragma de la comparación carga ultima. Autor: ISAAC GABRIEL
LARREA SANTAMARIA
En la gráfica se observa que la media del Grupo R es la más alta con un valor de 90,7 N,
le sigue el grupo G con una media de 88,6N, luego el Grupo N con una media de 85,0
N, muy por debajo los grupos GA con una media de 48,0N y el grupo NA con una
media de 24,2N. Esto indica que los grupos “GA” y “NA” tuvieron una reacción
negativa ante la carga que se aplicó a las muestras.
90,7
48,0
88,6
24,2
85,0
Grupo R Grupo GA Grupo G Grupo NA Grupo N
Comparacion de MediasCarga ultima N
79
6.1.1.3 PRUEBA ANOVA COMPARACION RESISTENCIA ULTIMA (Mpa)
Se tiene dos hipótesis
Ho: La resistencia flexural del acrílico de termocurado es mayor usando como refuerzo
las nanoplacas de grafeno.
Ha: La resistencia flexural del acrílico de termocurado NO es mayor usando como
refuerzo las nanoplacas de grafeno.
ANOVA
RESISTENCIA UTIMA MPa
Suma de
cuadrados gl Media cuadrática F Sig.
Entre grupos 21293,924 4 5323,481 43,803
0,000 Dentro de grupos 3038,285 25 121,531
Total 24332,209 29
Tabla 16: Prueba ANOVA comparación resistencia ultima (Mpa)
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
En la Prueba de ANOVA el valor del nivel de significación (Sig. asintótica (prueba
bilateral)) = 0,000) es inferior a 0,05 (95% de confiabilidad), luego se acepta Ha, esto es
“la resistencia flexural del acrílico de termocurado NO es mayor usando como refuerzo
las nanoplacas de grafeno”.
80
6.1.1.4 PRUEBA TURKEY
Para determinar cuáles son similares o diferentes se hace la prueba dos a dos Tukey
RESISTENCIA UTIMA MPa
HSD Tukey
GRUPOS N
Subconjunto para alfa = 0.05
1 2 3
Grupo NA 5 32,7460
Grupo GA 5 54,6598
Grupo R 10 97,6976
Grupo N 5 99,2442
Grupo G 5 99,6842
Sig. 1,000 1,000 ,998
Tabla 17: Prueba TURKEY comparación de resistencia ultima
Elaborado: ISAAC GABRIEL LARREA SANTAMARIA
En la prueba dos a dos se forman tres subconjuntos totalmente diferentes
En el primero conjunto se ubica el valor más bajo que es el grupo NA con una media de
32,7460 MPa, le sigue muy por encima y diferente el grupo GA con una media de 54,6598
MPa, a continuación, el grupo más alto y con similares medias Grupo R (97,6976 MPa),
Grupo N (99,2442 MPa) y Grupo G (99,6842 MPa).
81
GRAFICA DE RESISTENCIA ULTIMA
Grafico 34: Diagrama de la resistencia ultima. Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA
En la gráfica se observa que la media del Grupo G es la más alta con un valor de 99,68
MPa, le sigue el grupo N con una media de 99,24 MPa, luego el Grupo R con una media
de 97,7 MPa, muy por debajo los grupos GA con una media de 54,66 MPa y el grupo
NA con una media de 32,75 MPa. Esto indica que a pesar de no tener significancia los
grupos “G” y “N” están por encima del grupo de control “R” demostrado una reacción
positiva de casi un 2%.
97,70
54,66
99,68
32,75
99,24
Grupo R Grupo GA Grupo G Grupo NA Grupo N
Comparacion de MediasRESISTENCIA UTIMA MPa
82
DIAGRAMA DE CAJA RESISTENCIA ULTIMA
Grafico 35: Diagrama de cajas, comparación de
resistencia ultima. Autor: ISAAC GABRIEL LARREA
SANTAMARIA
83
6.2 DISCUSIÓN
Como material ideal en la confección de protesis totales removibles y protesis parciales
removibles un material de uso común es el PMMA este material es irremplazable y de
primera elección desde su introducción en el año 1937(16), en el presente estudio se
analizó una de las muchas y de las más importantes propiedades mecanicas del PMMA
la resistencia flexural, al material se incorporó en su estructura un derivado del Grafeno,
compuesto que ha sido objeto de diversos estudios desde que en el 2011 sus
descubridores ganaran el premio nobel de física por lograr aislar y caracterizar este
compuesto ,el compuesto del que se está hablando son las nanoplacas de grafeno que
hoy por hoy se comercializan de manera masiva ; los resultados estadísticos obtenidos
por el método ANOVA a primera vista demuestran una hipótesis nula en la cual se
indica que no existe significancia y que las nanoplacas de grafeno no aportan refuerzo
alguno al acrílico de termocurado, en grupos estudiados a los que se incorporó
pequeñas cantidades de NPG se mostraron igual que el grupo de control que no poseía
ningún tipo de refuerzo evidenciando que al colocar pequeñas cantidades de NPG el
polímero mejoro un 2% el cual no es de significancia en el estudio, pero
numéricamente dejando de lado el análisis estadístico se evidencian cambios
importantes que pueden intervenir en la resistencia flexural así lo indica Cabezas en
su estudio donde demuestra que cambios térmicos en acrílicos de termocurado si afecta
sobre la resistencia flexural y asegura que el acrílico de termocurado al ser reforzado
en su caso con inserto metálico estos influyen directamente en la resistencia flexural
(68) , Pazmiño en su estudio comparativo de deflexión transversa en acrílicos con y sin
inserto metálico hace evidentes datos de importancia que para la presente
investigación tienen gran significado , en el análisis de las tablas de recolección de
datos una característica de las muestras de Pazmiño es el espesor donde indica que la
mayoría de muestras es de 4,40mm, comparándolas con las de este estudio Pazmiño
duplica el espesor a pesar de eso otro dato que llama la atención es la resistencia a la
flexión donde ni el grupo de control ni el grupo que esta reforzado con inserto metálico
llega a 100 Mpa o sobrepasa los 100Mpa, demostrando así que en el ámbito
estadístico no existe significancia, se coloque o no inserto metálico (69).
Numéricamente dentro de esta investigación se toma en cuenta el espesor de las
muestras siendo estas de 2,50mm , para la resistencia calculada se tomó en cuenta que
y= 2,50mm/2 en donde 1,25mm seria donde se está ejerciendo la resistencia, grupos
como “G” “N” es donde la resistencia fue desde 88 Mpa hasta 118 Mpa observando la
tabla de datos de las muestras que tienen inserto metálico en Pazmiño la menor
resistencia es de 41 Mpa y la mayor es de 94 Mpa, Toledano indica que en pruebas de
resistencia transversal la resistencia oscila entre 78 y 92 Mpa (12) demostrado que
numéricamente las nanoplacas de grafeno podrían estar confiriendo resultados positivos
, otro dato que toma importancia en esta investigación es el peso con relación al grupo
de control el peso en “N” es entre 0,1 g y 0,2g menos que en “R”(69), Zappinni
menciona que las pruebas de resistencia se pueden ver influidas por las condiciones de
84
la carga y por la geometría de la muestra(6), esto coincide con lo demostrado por
Cabezas que no solo la temperatura influye sobre la resistencia flexural (68) sino
también otros factores como la geometría y la forma en que se aplique la carga el
momento de realizar un ensayo.
En estudios hechos con acrílico de autocurado sumado nanofibras de grafeno indica dos
factores de importancia para esta investigación los cuales son: la marca del polímero ya
que no todos los acrílicos en el mercado tienen una composición estándar ya que cada
fabricante usa sus propios aditivos esto tiene influencia directa si se adiciona otro
material a la mezcla en este caso las nanoplcas de grafeno podrían verse alteradas por la
composición del polímero ; otro factor del que se habla es la cantidad de nanofibras en
la mezcla de acrílico de autocurado se indica que la adición de pequeñas cantidades de
nanofibras de grafeno a la resina acrílica autopolimerizable de cierta marca puede
mejorar sus propiedades mecánicas. Cantidades menores o iguales al 0,49% en peso de
nanofibras de grafeno se dispersan eficazmente en la resina acrílica autopolimerizable
de la misma marca y aumentan el grado de polimerización de la misma.
La temperatura de transición vítrea disminuye al adicionar las nanofibras de grafeno a la
resina, indicando la intercalación de las mismas entre las cadenas del polímero acrílico
(efecto plastificante). Esto también ocasiona una disminución del límite elástico de la
resina acrílica, imparte tenacidad y permite medir la compresión mecánica sin que
aparezcan grietas.
El mejor equilibrio de propiedades (mas módulo elástico, más tenacidad, más grado de
conversión durante la polimerización, menos porcentaje de agrietamiento) se obtiene al
añadir 0,5% en peso de nanofibras de grafeno a la resina acrílica autopolimerizable. Con
cantidades de nanofibras de grafeno mayores al 3% en peso, no sólo empobrece
resultado de la resina, sino también el pulido y las propiedades mecánicas, situación
similar queda en evidencia en esta investigación en los grupos NA y GA tienen
cantidades 0,1 y 0,2 g en una sola muestra mientras que N y G tienen pocas cantidades
de nanoplacas de grafeno en su composición demostrando lo que este estudio con
acrílico de autocurado más nanofibras de grafeno indica (70). anexo
Codruta usa matrices poliméricas y nanoparticulas de grafeno y oro para demostrar que
esta combinación tiene resultados alentadores en lo que se refiere a mejorar las
propiedades fisicoquímicas de los materiales dentales , esta mezcla de polímero y
nanoparticulas de grafeno y oro tiene un muy buen futuro(54); en la presente
investigación al ser el tiempo y los recurso un limitante se eligió un polímero
relativamente más económico que un composite dental usado en restauraciones y las
nanoplacas de grafeno que aunque su precio no es tan económico están dentro del
rango del presupuesto, al ser más comerciales que las nanoparticulas de grafeno y oro
sirvió para encontrar datos que estadísticamente no tuvieron gran significancia pero
denotan que entre más se investigue el campo del grafeno sumado a otros materiales
odontológicos y ya no solo sobre flexión sino de dureza , fatiga , compresión podrían
dar nuevas evidencias .
En el Instituto Tecnológico de Massachusetts se llevaron a cabo simulaciones de la
resistencia del grafeno que propone ser un material maravilloso en configuración 2D , el
Instituto Tecnológico de Massachusetts estudió las diversas configuraciones que se le
pueden dar al grafeno mostrando estructuras en configuración 3D, esto para probar el
85
nivel de resistencia que posee, se evidencio que estas estructuras 3D tienen una
resistencia y una densidad relativamente alta, estos modelos teóricos y computacionales
demuestran las cualidades del grafeno y sus derivados también lo importante que es
investigar sobre estructuras porosas en donde el grafeno y los polímeros intervienen,
dentro de esta investigación todo lo echo en el Instituto Tecnológico de Massachusetts
esclarece que la ubicación y ordenamiento de las nanoplacas de grafeno usada en las
muestras puede no ser la más eficiente dando a notar que en grandes cantidades como
en el grupo “GA” y “NA” las estructuras cambian negativamente afectadas por NPG en
relación a la flexión y en pequeñas cantidades como en el grupo “G” y “N” la
estructura se mantiene pero con cambios casi imperceptibles pero importantes(71).
Lui es su investigación usa una técnica sándwich para poder medir la resistencia al
corte interfacial de las muestras de PMMA y nanoplacas de grafeno talvez esta
configuración sea la ideal si se quisiera demostrar propiedades mecanicas eficientes
para el PMMA mezclado con nanocompuestos de grafeno (11) ; esta investigación no
usó la configuración en sándwich ya que no se puso a prueba un orden o configuración
sino la mezcla en si, además en los cálculos de resistencia si se hubiera colocado una
lámina o malla de PMMA más nanoplacas de grafeno en la mitad de las muestras este
resultado daría 0 por que el centroide es un área nula donde no se ejerce ni flexión ni
contracción, lui caracteriza sus muestras para medir algo tan complicado como es la
resistencia al corte interfacial el ensayo de materiales de lui muestra datos de fibras a
nivel microscópico demostrando que las nanoplacas de grafeno en materiales
compuestos tienen importantes implicaciones como refuerzo.
Estudios de 1983 ya empezaron a experimentar entre el acrílico de termocurado y fibras
de carbono un antecesor del grafeno(10)(46), esta investigación demuestra que el
acrílico y las fibras de carbono no tuvieron resultados muy prometedores, al ver los
datos históricos de 1983 y los de la presente investigación podemos relacionar los
resultados de los grupos “GA” y “NA” con los de la fibra de carbono, talvez el polímero
y los compuestos de carbono en altas cantidades no son compatibles esto coincide con
lo descrito por Torres del Castillo(70), ya que el carbono en exceso ocupa más lugar
distanciando moléculas de polímero en la estructura química y así confiere una
resistencia pobre y un tiempo de polimerización más largo.
En lo que respecta a refuerzos diversos autores indican que el mejor refuerzo después de
la malla metálica y que tiene mejor resistencia flexural es la fibra de vidrio
(1)(5)(9)(10)(41)(43)(44) pero existe un inconveniente en la práctica y en la clínica y
esto es que la fibra de vidrio no es tan fácil de pulir y no todos los tejidos de cavidad
oral son compatibles con la fibra de vidrio(72) por su parte grafeno al ser un material
derivado del grafito y el grafito al ser carbono se lo puede considerar como un
biomaterial amigable con los tejidos tal es el caso que se están desarrollando parches
flexibles de un átomo de espesor amigables con el tejido cerebral (73) demostrando que
si se puede usar en un tejido tan delicado como el cerebral se puede usar en cavidad
oral.
86
CAPITULO 7
7.1 Conclusiones
Al no tener todavía fijado la mezcla exacta entre las nanoplacas de grafeno y el acrílico
de termocurado fue necesario experimentar con la cantidad adecuada.
Una cantidad elevada de nanoplacas de grafeno en la mezcla con el acrílico de
termocurado hizo evidentes resultados negativos haciendo del material compuesto algo
débil ante las cargas colocadas en los ensayos esto se demuestra en los grupos “GA” y
“NA”.
Los grupos “G” y “N” que en su mezcla contienen pocas cantidades de nanoplacas de
grafeno demostraron ser un 2% mejor que el acrílico de termocurado sin algún tipo de
refuerzo a pesar de no tener significancia estadística las gráficas lo demuestran.
Las nanoplacas de grafeno fueron un material fácil de usar y su incorporación a la
mezcla polímero y monómero no fue nada difícil demostrando así que a futuro este
material puede ser usado sin ningún tipo de complicación.
Las muestras de PMMA más las nanoplacas de grafeno fueron fácil de pulir.
7.2 Recomendaciones
Se recomienda realizar investigaciones de más configuraciones de las nanoplacas de
grafeno y el acrílico por ejemplo en técnica sándwich para analizar la eficiencia física y
mecánica.
Ampliar el rango de investigación del grafeno mezclado con polímeros no solo haciendo
ensayos de resistencia flexural sino también en campos como la dureza, resistencia al
impacto, módulo de elasticidad, biocompatibilidad, sorción de agua, propiedades
antibacterianas.
Se sugiere tomar en cuenta al grafeno y sus derivados en estudios posteriores
relacionados con odontología ya que de este material se mencionan características muy
buenas de las cuales se podrían sacar provecho como por ejemplo la transmisión de
electricidad y temperatura.
87
88
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Anexos
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Anexo 1: Factura de compra de nanoplacas de grafeno en Lucas Led España
95
Anexo 2: Conflicto de intereses
96
Anexo 3: Petición de uso de laboratorio y máquina de ensayos universales Universidad
de las Fuerzas Armadas “ESPE”
97
Anexo 4: Certificado Universidad de las Fuerzas Armadas “ESPE”
98
Anexo 5: Certificado laboratorio dental.
99
Anexo 6: Certificado del Ing. Mat Jaime Molina
100
Anexo 7: Certificado subcomité de ética.
101
Anexo 8: Eliminación de desechos.
102
103
104