Monomers used in resin composites: degree of conversion, mechanical properties and water sorption/solubility

ABSTRACT

The organic phase of resin composites is constituted by dimethacrylate resins, the most common monomers being the bisphenol A diglycidildimethacrylate (BisGMA), its ethoxylated version (BisEMA), triethylene glycol dimethacrylate (TEGDMA) and urethane dimethacrylate (UDMA). This study compared the homopolymers formed from the monomers used in restorative dental composites in terms of their degree of conversion (DC) and reaction kinetics (by near infra-red spectroscopy, n=3), mechanical properties (flexural modulus and strength in three point-bending, FM and FS, respectively, n=15), water sorption and solubility (WS and SL, respectively - ISO 4049, n=5). Materials were made photopolymerizable by the addition of camphoroquinone/dimethylamine ethyl methacrylate. TEGDMA showed the highest DC, followed by BisEMA, UDMA and BisGMA, both at 10 min and at 24h (p<0.001). UDMA showed the highest rate of polymerization, followed by TEGDMA, BisEMA and BisGMA (H0=13.254, p<0.001). UDMA and TEGDMA presented similar FM, significantly higher (p<0.001) than BisEMA and BisGMA, which in turn present statistically similar values (p>0.001). For FS, UDMA presented the highest value (p<0.001), followed by TEGDMA, then by BisEMA and BisGMA, which were statistically similar (p>0.001). BisGMA showed the highest WS, and TEGDMA and BisEMA the lowest. UDMA was statistically similar to all (H0=16.074, p<0.001). TEGDMA presented the highest SL, followed by UDMA, BisGMA and BisEMA (p<0.001). The tested homopolymers presented different behaviors in terms of polymerization kinetics, flexural properties, water sorption and solubility. Therefore, the use of copolymers is justified in order to obtain high DC and mechanical properties, as well as good resistance to water degradation.

RESUMO

A fase orgânica de compósitos resinosos é constituída por dimetacrilatos, sendo os mais comuns o dimetacrilato de diglicidilabisfenol A (BisGMA), sua versão etoxilada (BisEMA), dimetacrilato de trietilenoglicol (TEGDMA) e dimetacrilato de uretano (UDMA). Este estudo comparou os homopolímeros formados pelos monômeros utilizados em compósitos restauradores dentários em relação a seus graus de conversão (GC) e cinética de reação (através de espectroscopia no infra-vermelho), propriedades mecânicas (módulo de elasticidade em flexão e resistência à flexão, MF e RF, respectivamente), sorção de água e solubilidade (SA e SL, respectivamente - ISO4049). Os materiais se tornaram fotopolimerizáveis pela adição de canforoquinona/metacrilato de dimetilaminoetila e foram fotoativados utilizando uma fonte de luz de quartzo-tungstênio-halogênio filtrada para 400-500 nm. O TEGDMA apresentou o maior GC, seguido pelo BisEMA, UDMA e BisGMA, tanto aos 10 min quanto após 24 h (p<0,001). O UDMA mostrou a maior velocidade de reação, seguido pelo TEGDMA, BisEMA e BisGMA (H0=13,254, p<0,001). O UDMA e o TEGDMA apresentaram MF semelhantes, estatisticamente superiores ao BisEMA e ao BisGMA (p<0,001), os quais por sua vez apresentaram valores estatisticamente semelhantes (p>0,001). Para RF, o UDMA apresentou o valor mais alto, seguido pelo TEGDMA, BisEMA e BisGMA (p<0,001), sendo os dois últimos estatisticamente semelhantes (p>0,001). O BisGMA apresentou a maior SA, e o TEGDMA e o BisEMA as menores. O UDMA foi estatisticamente semelhante a todos (H0=16,074, p<0,001). O TEGDMA apresentou a maior SL, seguido pelo UDMA, BisGMA e BisEMA (p<0,001). Os homopolímeros demonstraram desempenhos bastante distintos em relação à cinética de polimerização, propriedades em flexão e sorção e solubilidade. Tais diferenças justificam o uso de co-polímeros para a obtenção de materiais com propriedades físicas otimizadas.