Evaluation of flexural strength and surface properties of prepolymerized CAD/CAM PMMA-based polymers used for digital 3D complete dentures;

Abstract

Ziel: Ziel dieser In-vitro-Studie war es, die Biegefestigkeit, die Rauheit (Ra) und die Hydrophobizität von PMMA-basierten CAD/CAM-Kunststoffen zu untersuchen. Zudem sollten die Eigenschaften verschiedener CAD/CAM-PMMA- Kunststoffe und konventionell heißpolymerisiertem PMMA nach Temperaturwechselbelastung verglichen werden. Material und Methode: Jeweils 20 quaderförmige Probekörper (64 × 10 × 3,3 mm) wurden aus drei verschiedenen PMMA-basierten CAD/CAM-Kunststoffrohlingen (M-PM-Disc [M], AvaDent Puck [A] und Pink CAD/CAM-Disc [P]) und einem konventionell heißpolymerisierten PMMA (Promolux [C]) gemäß ISO-Norm 20795-1:2013 hergestellt. Die Proben wurden zwei Untergruppen (n = 10), einer Gruppe mit Temperaturwechselbelastung (Thermocycling) sowie einer Kontrollgruppe, zugeteilt, wobei die Proben der Belastungsgruppe 5.000 Temperaturzyklen (5 bis 55 °C bei 30 s Haltezeit) unterworfen wurden. Für die Messung der Rauheit (Ra) kam ein Profilometer zum Einsatz. Die Hydrophobizität wurde über den Kontaktwinkel mittels liegender Tropfen (Sessile-Drop-Technik) bestimmt. Zusätzlich wurde in einer Universalprüfmaschine bei einer Traversengeschwindigkeit von 1,0 mm/min die Biegefestigkeit der Proben getestet. Die Untersuchung der Oberflächenstruktur der Materialien erfolgte mithilfe eines Rasterelektronenmikroskops. Die Daten wurden mittels zweifaktorieller Varianzanalyse und Tukey-Post-hoc- Test ausgewertet (α < 0,05). Ergebnisse: PMMA-basierte CAD/CAM-Kunststoffe zeigten in jeder Gruppe eine signifikant höhere Biegefestigkeit als konventionell heißpolymerisiertes PMMA (p < 0,001). Der CAD/CAM-PMMA-Kunststoff P wies vor und nach der Temperaturwechselbelastung die höchste, konventionelles PMMA die geringste Biegefestigkeit auf (p < 0,001). Bei den Ra-Werten der getesteten Prothesenkunststoffe fanden sich in der Kontrollgruppe keine signifikanten Unterschiede (p > 0,05). In der thermozyklisch belasteten Gruppe wurde der niedrigste Ra-Wert für den CAD/ CAM-PMMA-Kunststoff M beobachtet (p < 0,001), während die CAD/CAM-PMMA-Kunststoffe A und P sowie das konventionelle PMMA vergleichbare Ra-Werte zeigten (p > 0,05). In der Kontrollgruppe hatte konventionelles PMMA einen signifikant kleineren Kontaktwinkel, war also hydrophiler als die CAD/CAM-Kunststoffe (p < 0,01). In der Temperaturwechselbelastungsgruppe wiesen der CAD/CAM-Kunststoff A und konventionelles PMMA einen signifikant größeren Kontaktwinkel auf, waren also hydrophober als die CAD/CAM-Kunststoffe M und P (p < 0,001). Weitere signifikante Unterschiede zwischen einzelnen Materialien fanden sich hier nicht (p > 0,05). Schlussfolgerung: Die Biegefestigkeit und die Hydrophobizität PMMA-basierter CAD/CAM-Kunststoffe waren höher als die von konventionell heißpolymerisiertem PMMA, während die Ra-Werte von CAD/CAM-PMMA-Kunststoffen und konventionell polymerisiertem PMMA vergleichbar waren. Eine Temperaturwechselbelastung wirkte sich signifikant auf die Biegefestigkeit und die Hydrophobizität, nicht jedoch auf die Rauheit der Prothesenmaterialien aus. © Quintessenz.; Purpose: The objectives of this in vitro study were to evaluate the flexural strength (FS), surface roughness (Ra), and hydrophobicity of polymethylmethacrylate (PMMA)-based computer-aided design/computer-aided manufacturing (CAD/CAM) polymers and to compare the properties of different CAD/CAM PMMA-based polymers with conventional heat-polymerized PMMA following thermal cycling. Materials and methods: Twenty rectangular-shaped specimens (64 × 10 × 3.3 mm) were fabricated from three CAD/ CAM PMMA-based polymers (M-PM Disc [M], AvaDent Puck Disc [A], and Pink CAD/CAM Disc Polident [P], and one conventional heat-polymerized PMMA (Promolux [C]), according to ISO 20795-1:2013 standards. The specimens were divided into two subgroups (n = 10), a control and a thermocycled group. The specimens in the thermocycled group were subjected to 5000 thermal cycling procedures (5 to 55°C; 30 s dwell times). The Ra value was measured using a profilometer. Contact angle (CA) was assessed using the sessile drop method to evaluate surface hydrophobicity. In addition, the FS of the specimens was tested in a universal testing machine at a crosshead speed of 1.0 mm/min. Surface texture of the materials was assessed using scanning M. Arslana, S. Muratb, G. Alpc, A. Zaimoglud Evaluation of flexural strength and surface properties of prepolymerized CAD/CAM PMMA-based polymers used for digital 3D complete dentures Mustafa Arslan electron microscope (SEM). The data were analyzed using two-way analysis of variance (ANOVA), followed by Tukey's HSD post-hoc test (α < 0.05). Results: CAD/CAM PMMA-based polymers showed significantly higher FS than conventional heat-polymerized PMMA for each group (P < 0.001). CAD/CAM PMMAbased polymer [P] showed the highest FS, whereas conventional PMMA [C] showed the lowest FS before and after thermal cycling (P < 0.001). There were no significant differences among the Ra values of the tested denture base polymers in the control group (P > 0.05). In the thermocycled group, the lowest Ra value was observed for CAD/ CAM PMMA-based polymer [M] (P < 0.001), whereas CAD/CAM PMMA-based polymers [A] and [P], and conventional PMMA [C] had similar Ra values (P > 0.05). Conventional PMMA [C] had a significantly lower CA and consequently lower hydrophobicity compared to the CAD/ CAM polymers in the control group (P < 0.001). In the thermocycled group, CAD/CAM PMMA-based polymer [A] and conventional PMMA [C] had significantly higher CA, and consequently higher hydrophobicity when compared to CAD/CAM polymers [M] and [P] (P < 0.001). However, no significant differences were found among the other materials (P > 0.05). Conclusions: The FS and hydrophobicity of the CAD/ CAM PMMA-based polymers were higher than the conventional heat-polymerized PMMA, whereas the CAD/ CAM PMMA-based polymers had similar Ra values to the conventional PMMA. Thermocycling had a significant effect on FS and hydrophobicity except for the Ra of denture base materials. © Quintessenz.