Zinc polycarboxylate — ABC Chemicals

Бен Валслер

Поездка к стоматологу — это кошмар для некоторых, но приятный день и возможность поговорить о науке для Майка Фримантла…

Майкл Фримантл

Во время недавней проверки мой стоматолог обнаружил небольшую полость в одном из моих зубов. Настолько маленький, что даже моя зубная щетка прошла мимо перед визитом. После вылова крошечной частицы завтрака из полости он продолжил заполнять отверстие зубным цементом. Мой дантист и я люблю говорить о химии. Поэтому, пока его помощник готовил цемент, я спросил его, что это за цемент. Поликарбоксилат цинка, сказал он мне.

Zinc polycarboxylate - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Зубные цементы используются в качестве пломб, подкладочных полостей и для приклеивания коронок к зубам. Архетипическим зубным цементом, все еще широко используемым сегодня, является фосфат цинка. Его готовят путем смешивания порошка оксида цинка с водным раствором фосфорной кислоты на холодной стеклянной плите, когда пациент сидит в кресле. Затем цемент наносится на зуб до того, как у него появится возможность схватиться.

Порошок также содержит небольшое количество оксида магния и следы других оксидов, которые модифицируют свойства цемента. Оксид магния, например, помогает цементу спекаться, то есть формировать компактную твердую массу при его схватывании.

Zinc polycarboxylate - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Цинковый поликарбоксилатный цемент получают аналогичным образом с использованием порошка оксида цинка. Жидкость, однако, представляет собой водный раствор полиакриловой кислоты или сополимера акриловой кислоты и другой ненасыщенной карбоновой кислоты.

Полиакриловая кислота представляет собой анионный полимер. Он состоит из длинных цепочек атомов углерода, каждая из которых связана с карбоксильной группой. В присутствии воды карбоксильные группы теряют свои атомы водорода с образованием карбоксилат-анионов. У них есть один отрицательный заряд.

Оксид цинка в порошке действует как основание при контакте с кислотой. Кислотно-основная реакция приводит к высвобождению катионов цинка с двумя положительными зарядами. Эти катионы связываются с карбоксилат-ионами на соседних полимерных цепях, образуя поперечные связи между цепями. Продукт представляет собой трехмерную матрицу соли поликарбоксилата цинка. Каркас включает непрореагировавшие частицы оксида. В одновременном, но отдельном процессе, соседние карбоксилатные ионы на некоторых полимерных цепях связываются с двухзарядными катионами кальция на эмалевой поверхности зуба. Эмаль состоит в основном из фосфата кальция. Этот процесс связывания позволяет сшитой полимерной соли сливаться с зубом.

Zinc polycarboxylate - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Полиакриловая кислота также используется в кислотно-щелочной реакции для изготовления другого типа зубного цемента, известного как стеклянный иономер. Вязкая паста иономера обычно готовится путем смешивания водного раствора анионного полимера с тонко измельченным силикатным стеклом, содержащим алюминий, кальций, фтор и часто другие элементы. Наличие алюминия и кальция гарантирует, что стекло является основным. Когда порошок и жидкость смешаны, катионы кальция и алюминия образуют сшивки с карбоксилат-анионами на полимерных цепях и при нанесении на зуб связываются с ионами кальция на поверхности эмали.

Через несколько минут цемент превращается в твердую твердую поликарбоксилатную соль, которая прилипает к зубу. Соль имеет жесткую клеткообразную структуру, включающую непрореагировавшие стеклянные частицы, которые действуют как наполнитель для усиления отвержденного цемента. В отличие от других зубных цементов, стеклянные иономеры медленно выделяют ионы фтора, которые могут укреплять зубы и предотвращать кариес.

Способность поликарбоксилатов связываться с металлами широко используется в других областях применения, особенно в таких чистящих средствах, как бытовые средства для мытья посуды и стиральные порошки. Водорастворимые поликарбоксилаты в моющих средствах связываются с нерастворимыми в воде соединениями металлов и препятствуют росту их кристаллов. Эти соединения металлов образуются, когда анионы поверхностно-активных веществ в моющих средствах соединяются с катионами кальция, магния и других металлов в жесткой воде. Без такой обработки кристаллы могут инкрустироваться в тканях и обесцвечивать их. Кроме того, поликарбоксилаты помогают диспергировать частицы почвы и других загрязнений и удерживают их в стирке.

Водорастворимые поликарбоксилаты также оказались чрезвычайно ценными в качестве суперабсорбентов. Например, полиакрилат натрия может поглощать воду в сотни раз больше своего веса. Он используется в перевязочных материалах, гигиенических прокладках, мешках для мочи, одноразовых подгузниках и многих других продуктах.

Zinc polycarboxylate - ABC Chemicals

Источник: © Shutterstock

Но не в стоматологических материалах, насколько я знаю. Несмотря на это, я не могу дождаться моей следующей проверки и погрузиться в очередную дискуссию с моим стоматологом об удивительной роли поликарбоксилатов в стоматологии.

Бен Валслер

Это был Майк Фримантл, только что со стула стоматолога.

На следующей неделе в сотрудничестве с Notch Communications открывается наша коллекция Voices of Chemistry. Одним из Голоса является Ян Робертсон из PerkinElmer — в коллекции он объясняет, как случайное открытие на испанском пляже привело его к поиску способов решения проблемы пластиковых отходов в наших океанах.

Ян Робертсон

Пластмассовые предметы были найдены на дне Марианской впадины в Тихом океане, примерно в 6,8 милях вниз по морскому дну. Это одно из самых отдаленных мест на планете. Было обнаружено, что почти 20% микропластических загрязнений в Средиземном море составляют полипропилен и около 66% от общего количества, как установлено, представляют собой полимеры низкой плотности, включая полиэтилены.

Бен Валслер

Присоединяйтесь к Яну на следующей неделе, чтобы узнать больше о загрязнении полипропилена и пластмасс. До этого свяжитесь с любыми вопросами или комментариями — пишите по адресу chemworld@rsc.org или пишите в Твиттер @chemistryworld. Я Бен Валслер, спасибо, что присоединились ко мне.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *