Werkstoffe


PEEK: Werkstoffkundliche Eigenschaften - mit Blick auf die dentale Anwendung

Für die Patientenversorgung sind Polyetheretherketone (PEEK-Kunststoffe) unter Umständen akzeptable Werkstoffe geworden. Die Universität Jena hat diese im Prüflabor ausführlich getestet, um insbesondere Zahntechnikern Daten und Fakten sowie Richtwerte für die Verarbeitung an die Hand zu geben.

In den Untersuchungen stellte sich heraus, dass sich maschinell fräsbare PEEK-Kunststoffe unterschiedlicher Hersteller kaum unterscheiden. Alle zeigten eine ähnliche Elastizität wie der Knochen und eine geringe Abrasions- und Verfärbungsneigung. Mit geeigneten Polierinstrumenten kann eine sehr glatte Oberfläche erreicht werden, die die Voraussetzung für eine geringe Verfärbungsneigung und Plaqueanlagerung bildet. Da PEEK aus ästhetischen Gründen meist verblendet wird und es für dieses inerte Material aber schwierig ist, eine Bindung an andere Werkstoffe sicherzustellen, muss besonderer Wert auf eine gute Konditionierung der PEEK-Oberfläche gelegt werden.

Als optimale Vorbereitung der Oberfläche für einen dauerhaften Verbund werden als Konsequenz aus den Testergebnissen folgende Arbeitsschritte vorgeschlagen:

1. Korundstrahlen, 2. Retentionen anbringen, 3. Primer auftragen, 4. Opaker auftragen. Die Möglichkeit, mit Retentionen zu arbeiten, bietet sich z. B. bei Bio HPP (bredent medical/Senden) gut an.

Unter Anwendung dieser vier vorbereitenden Arbeitsschritte konnten im Druck-Scher-Test Haftfestigkeitswerte von bis zu 40 MPa erreicht werden. Wenn die klinische bzw. labortechnische Situation jedoch nur die Anwendung von Korundstrahlung und Primer – was jedoch ein unbedingtes Muss ist – erlaubt, so liegen die Haftfestigkeiten in Abhängigkeit vom verwendeten Verbundsystem niedriger. Es sind aber Haftfestigkeiten um 25 MPa ausreichend, um klinisch akzeptable Verbunde zwischen PEEK und seinen Verbundpartnern sicherzustellen, solange diese auch nach künstlicher Alterung diesen Wert nicht deutlich unterschreiten. Die klinischen Erfahrungen der vergangenen fünf Jahre zeigen positive Ergebnisse, die jedoch in Langzeitstudien bestätigt werden sollten. So beschreiben Weppler et al. [19] eine Oberkiefer-Stegarbeit mit PEEK mit einer mit der leichten, physiologischen und angenehm zu tragenden Arbeit sehr zufriedenen Patientin. Auch Schuldes et al. [15] berichten von einer sehr zufriedenen Patientin, die mit Teleskopprothesen aus PEEK-Gerüsten auf Grund von Legierungsunverträglichkeiten metallfrei definitiv versorgt wurde. Weiter konnten in einer klinisch-prospektiven Studie implantatgetragene PEEK-basierte Suprakonstruktionen über einen Zeitraum von 9,5 Monaten sowohl hinsichtlich der klinischen Stabilität als auch hinsichtlich der Patientenzufriedenheit positiv überzeugen [16].

Einleitung

  • Abb. 1: Chemische Formel von PEEK und PEKK.

  • Abb. 1: Chemische Formel von PEEK und PEKK.
In der Zahnmedizin werden seit geraumer Zeit Polyetheretherketone (PEEK-Kunststoffe) angeboten. Sie gehören in die Gruppe der PAEK-Kunststoffe, der sogenannten Polyaryletherketone. Diese PAEK-Kunststoffe bestehen aus Phenyl- Einheiten und Ether- bzw. Ketongruppen unterschiedlicher Anzahl (Abb. 1). Während der PEKK-Kunststoff (Polyetherketonketon) nur eine Ether-Gruppe und zwei Keton-Gruppen in der sich wiederholenden Monomereinheit besitzt, hat PEEK zwei Ether-Gruppen und nur eine Keton-Gruppe. Die Eigenschaften der beiden Polymere sind sehr ähnlich. Unterschiede gibt es in der thermischen Beständigkeit, die umso größer wird, je mehr Ketongruppen gegenüber den Ethergruppen vorliegen, und bei der Erhöhung der molekularen Beweglichkeit und einem damit einhergehenden besseren Fließverhalten der Schmelze bei einem höheren Anteil von Ethergruppen. PEEK kann derzeit nur als (Langzeit-)Provisorium eingesetzt werden, da es trotz seiner guten Verarbeitbarkeit entweder im Spritzguss- oder CAD/CAM-Verfahren von den mechanischen Eigenschaften her den Kompositen ähnelt, deren Indikation für eine langfristige Prothetik ebenfalls eingeschränkt ist. Es gibt zwar günstige Eigenschaften für die zahnärztliche Anwendung im Mund wie gute Biokompatibilität und eine gute chemische Beständigkeit; die Biegefestigkeit von 180 bis 215 MPa und der Abrasionsgrad sind im Bereich von Verblendkompositen angesiedelt. Im Gegensatz zu Verblendkompositen bricht PEEK jedoch nicht im Biegeversuch bei vergleichbaren Krafteinwirkungen. Für PEEK sprechen in der zahnmedizinischen Anwendung auch die Röntgentransparenz und die Farbpalette. Inzwischen wird PEEK in unterschiedlichen Zahnfarben und auch in Gingivafarbe angeboten.
  • Abb. 2: Verblendetes PEEK-Brückengerüst. © Zahntechnischer Meisterbetrieb Schwindt, Landau/Pfalz
  • Abb. 3: Langspannige Brücke mit Gingivamasse individualisiert. Abb. 3-5, 18 © Vario Dental, München
  • Abb. 2: Verblendetes PEEK-Brückengerüst. © Zahntechnischer Meisterbetrieb Schwindt, Landau/Pfalz
  • Abb. 3: Langspannige Brücke mit Gingivamasse individualisiert. Abb. 3-5, 18 © Vario Dental, München

  • Abb. 4a u. b: Unterkieferprothese aus PEEK, mit Verblendkomposit verblendet.
  • Abb. 5: Modellguss-Unterkieferprothese aus PEEK.
  • Abb. 4a u. b: Unterkieferprothese aus PEEK, mit Verblendkomposit verblendet.
  • Abb. 5: Modellguss-Unterkieferprothese aus PEEK.

In den Abbildungen 2 bis 5 sind einige zahnmedizinische Anwendungsbeispiele von PEEK-Konstruktionen dargestellt. Solche Anwendungen mit PEEK-Kunststoffen sind in der Zahnmedizin zunehmend häufiger zu finden, während die Anwendung des PEKK-Kunststoffes bisher weltweit nur von einem Unternehmen (Cendres+Metaux SA, Biel/Schweiz) unter dem Namen Pekkton® ivory vertrieben wird [2, 17]. Die meisten Hersteller bieten PEEK für die zahnmedizinische Anwendung als Ronden für die CAD/CAM-Bearbeitung an, zusätzlich gibt es PEEK auch als Gerüstmaterial in verschiedenen Farben, welches für die Presstechnik optimiert wurde. Das ist möglich, da PEEK sich als thermoplastischer Werkstoff bei höheren Temperaturen gut verformen lässt. Dabei sind die Investitionskosten dann auch für kleinere Labore erschwinglich und die Verarbeitung wird kostengünstiger [1, 9].

Über die Studie

Die In-vitro-Studie der Universität Jena besteht aus drei Teilen. Der erste Teil befasst sich mit PEEK-Kunststoffen unterschiedlicher Hersteller und vergleicht die mechanischen Eigenschaften dieser. Im zweiten Teil wird die Oberflächenqualität und exogene Verfärbungsneigung der PEEK-Kunststoffe untersucht. Der dritte Teil widmet sich dem Verbund zu den möglichen Verbundpartnern: Verblendkomposit, Befestigungskomposit, PMMA-Verblendschale und Titan- oder Zirkoniumdioxid- Abutment. Ziel der Untersuchung sollte sein, dem Anwender Empfehlungen für die korrekte Handhabung des Werkstoffes PEEK zu geben. Es wurden drei PEEK-Kunststoffe unterschiedlicher Hersteller untersucht:

  • PEEK Bio Solution (Merz Dental/Lütjenburg),
  • Bio HPP (bredent medical/Senden) sowie
  • Tizian PEEK (Schütz Dental/Rosbach).

Material und Methode

Biegefestigkeit, Elastizitätsmodul und Druck-Scherfestigkeit wurden nach ISO 4049 bzw. ISO 10477 mit der Zwick-Universalprüfmaschine Z005 ermittelt. Die Abrasionsfestigkeit wurde mit der 3-Medien-Abrasionsmaschine von Willytec im Vergleich zu einer AlMg-Legierung gleicher Härte wie Amalgam bestimmt [5]. Die Politur erfolgte nach drei unterschiedlichen Polierstrategien:

  • Zahntechnische Variante: Formfräser F137 2H, Polierfräser F137 2P, Ceragum Gummipolierer, Politur mit Acrypol, Politur mit Abraso Starglanz;
  • Zahnärztliche Variante A: DuraGreen, CompoMaster coarse, CompoMaster, Durapolish-Paste;
  • Zahnärztliche Variante B: Die Oberflächenrauigkeit wurde mit dem Hommeltester T1000/Hommelwerke ermittelt.

Die Verfärbungsneigung nach Lagerung in den unterschiedlichen Medien Kaffee, Tee, Tabak, Rotwein, Aqua. dest. wurde mit dem ShadeEye (Shofu, Ratingen) bestimmt [12]. Die REM-Aufnahmen erfolgten am LEO-1530 (Zeiss, Oberkochen).

Ergebnisse

Mechanische Eigenschaften

Aus Abbildung 6 ist zu entnehmen, dass sich sowohl die Biegefestigkeiten (204-215 MPa) als auch die Elastizitätsmoduln (4.950 bis 5.000 MPa) der drei gefrästen PEEK-Kunststoffe nahezu nicht unterschieden. Etwas geringere Werte zeigte jedoch das aus Granulat gepresste PEEK mit einer Biegefestigkeit von 180 MPa bzw. dem Elastizitätsmodul von 3.900 MPa.

  • Abb. 6: Biegefestigkeit und Elastizitätsmodul der drei PEEKKunststoffe einschließlich der Press-Variante.
  • Abb. 7: REM-Aufnahmen der unterschiedlichen PEEK-Kunststoffe, obere Reihe im Rückstreuelektronenkontrast-Verfahren, untere Reihe Sekundärelektronenkontrast (jeweils mit 10.000-facher Vergrößerung aufgenommen).
  • Abb. 6: Biegefestigkeit und Elastizitätsmodul der drei PEEKKunststoffe einschließlich der Press-Variante.
  • Abb. 7: REM-Aufnahmen der unterschiedlichen PEEK-Kunststoffe, obere Reihe im Rückstreuelektronenkontrast-Verfahren, untere Reihe Sekundärelektronenkontrast (jeweils mit 10.000-facher Vergrößerung aufgenommen).

  • Abb. 8: REM-Aufnahmen vom gepressten PEEK-Kunststoff (Bio HPP), links im Rückstreuelektronenkontrast-Verfahren (jeweils mit 5.000-facher Vergrößerung aufgenommen), rechts im Sekundärelektronenkontrast (mit 10.000-facher Vergrößerung aufgenommen).
  • Abb. 9: Abrasionsgrad von PEEK im Vergleich zu Verblendkompositen.
  • Abb. 8: REM-Aufnahmen vom gepressten PEEK-Kunststoff (Bio HPP), links im Rückstreuelektronenkontrast-Verfahren (jeweils mit 5.000-facher Vergrößerung aufgenommen), rechts im Sekundärelektronenkontrast (mit 10.000-facher Vergrößerung aufgenommen).
  • Abb. 9: Abrasionsgrad von PEEK im Vergleich zu Verblendkompositen.

Auch die Strukturanalyse (Abb. 7) ergab zwischen den drei gefrästen PEEK-Kunststoffen nahezu identische Bilder. In Abb. 8 ist das gepresste PEEK (Bio HPP) dargestellt. Die Abrasionsneigung mit einem Abrasionsgrad von 1,5 gegenüber der amalgamähnlichen Legierung mit dem Wert 1 ist relativ gering und der Vergleich mit unterschiedlichen Verblendkompositen (Abb. 9) zeigte meist eine geringere Abrasionsneigung als diese.

Oberflächenqualität und Verfärbungsneigung

Die Oberflächenrauigkeit (Abb. 10) wurde nach drei unterschiedlichen Polier-Varianten ermittelt. Sowohl mit der zahntechnischen Methode (1) als auch mit den Super Snap-Scheiben (3) wurden sehr geringe Oberflächenrauigkeiten von 0,04 bis 0,05 μm erreicht. Die Variante (2) ergab höhere Oberflächenrauigkeiten um 0,2 μm. Die den Methoden zugeordneten Polierinstrumente sind in der Abb. 11 dargestellt. Ein Vergleich mit verschiedenen Verblendkompositen (Abb. 12) zeigte, dass die erreichbare Oberflächenrauigkeit aller drei PEEK-Kunststoffe genauso gut ist wie die von Verblendkompositen.

  • Abb. 10: Arithmetischer Mittenrauwert von PEEK nach den unterschiedlichen Poliermethoden (1), (2) und (3).
  • Abb. 11: Jeweilige Polierinstrumente für die Methoden (1), (2) und (3)
  • Abb. 10: Arithmetischer Mittenrauwert von PEEK nach den unterschiedlichen Poliermethoden (1), (2) und (3).
  • Abb. 11: Jeweilige Polierinstrumente für die Methoden (1), (2) und (3)

  • Abb. 12: Ra-Wert von PEEK nach Politurmethode (1) im Vergleich zu Verblendkompositen.
  • Abb. 12: Ra-Wert von PEEK nach Politurmethode (1) im Vergleich zu Verblendkompositen.

Nach optimaler Politur der PEEK-Oberfläche ergab sich eine nur sehr geringe Verfärbungsneigung für PEEK. Gemittelt über die fünf Medien Kaffee, Tee, Tabak, Methylenblau und Aqua. dest. zeigte PEEK nur einen Verfärbungsgrad von 2,5, während Verblendkomposite sich im Mittel deutlich stärker verfärbten, wie aus Abbildung 13 ersichtlich ist.

  • Abb. 13: Mittlere Verfärbungsneigung von PEEK nach der Lagerung in Kaffee, Tee, Tabak, Rotwein und Aqua. dest. im Vergleich zu Verblendkompositen.
  • Abb. 14: Oberflächenrauigkeit von PEEK nach Politur, Fräsen und Korundstrahlen.
  • Abb. 13: Mittlere Verfärbungsneigung von PEEK nach der Lagerung in Kaffee, Tee, Tabak, Rotwein und Aqua. dest. im Vergleich zu Verblendkompositen.
  • Abb. 14: Oberflächenrauigkeit von PEEK nach Politur, Fräsen und Korundstrahlen.

  • Abb. 15: REM-Aufnahme der gefrästen und Korund gestrahlten Oberfläche (jeweils mit 1.000-facher Vergrößerung aufgenommen).
  • Abb. 15: REM-Aufnahme der gefrästen und Korund gestrahlten Oberfläche (jeweils mit 1.000-facher Vergrößerung aufgenommen).

Die Oberflächenrauigkeit von PEEK nach unterschiedlicher Oberflächenvorbehandlung geht aus Abbildung 14 hervor. So zeigte die mit Korund gestrahlte Oberfläche eine fast doppelt so hohe Oberflächenrauigkeit wie die gefräste Oberfläche. Diese Unterschiede werden in den REM-Aufnahmen in Abb. 15 noch deutlich unterstrichen. Damit zeigt sich, dass PEEK-Oberflächen sehr gut für die Anwendung mit Primer-Systemen konditionierbar sind.

Verbundfestigkeit

Erfolgte eine Verblendung der PEEK-Oberfläche, so ergaben sich doppelt so hohe Verbundfestigkeiten zum Befestigungskomposit, wenn die Oberfläche Korund gestrahlt wurde, gegenüber der nur gefrästen Oberfläche (Abb. 16). Das zusätzliche Schaffen von Retentionen an der Oberfläche mittels Perlen oder Splitter, was jedoch nur mittels Presstechnologie möglich ist, bedeutete noch einen weiteren Zuwachs der Verbundfestigkeit auf bis zu 40 MPa (Abb. 17). Diese hohen Haftfestigkeiten blieben auch nach künstlicher Alterung konstant [13]. Abbildung 18 zeigt eine reale PEEK-Konstruktion mit Retentionen.

  • Abb. 16: Verbundfestigkeit zum Befestigungskomposit ohne und mit Korundstrahlen.
  • Abb. 17: Verbundfestigkeit ohne (gefräst) und mit Retentionen (Perlen, Splitter).
  • Abb. 16: Verbundfestigkeit zum Befestigungskomposit ohne und mit Korundstrahlen.
  • Abb. 17: Verbundfestigkeit ohne (gefräst) und mit Retentionen (Perlen, Splitter).

  • Abb. 18: Reales Brückengerüst mit Retentionsperlen.
  • Abb. 19: Verbundfestigkeit von Bio HPP, Bio Solution und Tizian zum Befestigungskomposit, unter gleichen Konditionierungsbedingungen.
  • Abb. 18: Reales Brückengerüst mit Retentionsperlen.
  • Abb. 19: Verbundfestigkeit von Bio HPP, Bio Solution und Tizian zum Befestigungskomposit, unter gleichen Konditionierungsbedingungen.

  • Abb. 20: Verbundfestigkeit von PEEK zum Befestigungskomposit unter Verwendung unterschiedlicher Primer.
  • Abb. 20: Verbundfestigkeit von PEEK zum Befestigungskomposit unter Verwendung unterschiedlicher Primer.

Zwischen den drei unterschiedlichen PEEK-Kunststoffen gab es bei gleicher Vorbehandlung nur geringe, nur zwischen Bio HPP und Tizian PEEK signifikante Unterschiede in der Verbundfestigkeit zum Verblendkomposit (Abb. 19).

Die Industrie bietet unterschiedliche Primer für die Anbindung von PEEK-Kunststoffen an Befestigungskomposite an. Bei der Untersuchung der Haftfestigkeit mit vier verschiedenen Primern ergaben sich Werte zwischen 20 und 32 MPa. Auch nach künstlicher Alterung, erfolgt durch 25.000 Temperaturlastwechsel, lagen alle Haftwerte noch über 20 MPa (Abb. 20). Weiter zeigte sich auch, dass unter gleichen Bedingungen die Anwendung eines Opakers die Haftfestigkeit zum Komposit noch verbessert.

Unter der Voraussetzung, dass sich die drei PEEK-Kunststoffe nur geringfügig unterscheiden, wurden die Verbunduntersuchungen nur mit einem PEEK-Kunststoff, nämlich dem Bio HPP, durchgeführt. Die unterschiedlichen Haftfestigkeiten von PEEK zu den vier möglichen Verbundpartnern Verblendkomposit, Befestigungskomposit, PMMA-Schale sowie Titan und ZrO2 als Abutment zeigen die Abbildungen 21-24. Zu der jeweiligen Grafik ist immer der schematische Versuchsaufbau mit angefügt, der jeweils die genaue Vorbereitung der Prüfkörper zeigt.

  • Abb. 21: Verbundfestigkeit von PEEK zu unterschiedlichen Verblendkompositen, oben: Versuchsaufbau
  • Abb. 22: Verbundfestigkeit von PEEK zu unterschiedlichen dualhärtenden und selbstadhäsiven Befestigungskomposten, oben: Versuchsaufbau.
  • Abb. 21: Verbundfestigkeit von PEEK zu unterschiedlichen Verblendkompositen, oben: Versuchsaufbau
  • Abb. 22: Verbundfestigkeit von PEEK zu unterschiedlichen dualhärtenden und selbstadhäsiven Befestigungskomposten, oben: Versuchsaufbau.

  • Abb. 23: Verbundfestigkeit von PEEK zu PMMA-Verblendschalen, oben: Versuchsaufbau.
  • Abb. 24: Verbundfestigkeit von PEEK zu Titan, bzw. Zirkoniumdioxid, oben: Versuchsaufbau.
  • Abb. 23: Verbundfestigkeit von PEEK zu PMMA-Verblendschalen, oben: Versuchsaufbau.
  • Abb. 24: Verbundfestigkeit von PEEK zu Titan, bzw. Zirkoniumdioxid, oben: Versuchsaufbau.

Der Verbund von PEEK zum Verblendkomposit (vgl. Abb. 21) zeigte abhängig vom Produkt Verbundfestigkeiten zwischen 20 und 30 MPa. Wie aus der Abbildung hervorgeht, war die Ausgangssituation der PEEK-Prüfkörper immer gleich: Alle Verblendkomposite wurden nach dem Korundstrahlen mit visio.link nach Herstellerangaben behandelt, crea.lign Opaquer aufgetragen und als letztes das Verblendkomposit aufgebracht.

Ebenso erfolgte die Vorbehandlung der PEEK-Oberfläche für das Aufbringen der Befestigungskomposite (vgl. Abb. 22), allerdings wurde hier in Anlehnung an die Praxis kein Opaker verwendet. Die Verbundfestigkeit zu den untersuchten Befestigungskompositen erreichte Haftfestigkeiten zwischen 25 und 33 MPa. Dabei zeigten die selbstadhäsiven Befestigungskomposite eine durchschnittlich um 6 MPa höhere Haftfestigkeit als die dualhärtenden Produkte. Der Verbund von PEEK zur PMMA-Schale (vgl. Abb. 23) zeigte nach einem Tag Lagerung hohe Haftfestigkeiten um 30 MPa. Dieser Verbund erwies sich auch nach der künstlichen Alterung von 25.000 Temperaturlastwechseln als stabil. Bei Verwendung eines Opakers lagen die Werte noch etwas höher.

Der Verbund zu Titan und ZrO2 zeigte nach entsprechender Konditionierung (vgl. Abb. 24) hohe Verbundwerte von 25 bzw. 32 MPa, die auch nach 25.000 Temperaturwechseln stabil blieben.

Diskussion und Verarbeitungsempfehlungen

Die drei gefrästen PEEK-Kunststoffe der verschiedenen Hersteller wiesen, trotz laut Herstellerangabe unterschiedlicher Zusätze, kaum Unterschiede in der Biegefestigkeit und im Elastizitätsmodul auf. Offensichtlich ist der Einfluss der Zusätze auf die Eigenschaften des PEEK nur sehr gering. Auch die REM-Aufnahmen der jeweils aus Ronden gefrästen PEEK-Kunststoffe zeigen nahezu keine Unterschiede in der Struktur. Allerdings ergab das gepresste PEEK (Bio HPP) eine etwas geringere Biegefestigkeit und einen kleineren Elastizitätsmodul. Die von uns ermittelten Abweichungen in der Biegefestigkeit und im Elastizitätsmodul zwischen gefrästem und gepresstem PEEK wurden auch von anderen Autoren festgestellt. So wurden Unterschiede im Verhalten von PEEK (Bio HPP) in Abhängigkeit von der Herstellungsmethode bei Brücken festgestellt. Maschinell gefräste Brücken und die aus Pellets gepressten Brücken zeigten eine höhere Stabilität als die aus Granulat gepressten Brücken. Allerdings sind die gepressten Brücken im Gegensatz zu den gefrästen nicht gebrochen [4]. Vergleicht man aber die Bruchlaststabilität maschinell gefräster Brücken mit anderen CAD/CAM-Kunststoffen, so sind diese ca. dreimal so hoch [14]. Die bisherigen Ergebnisse aus ersten In-vitro-Studien stellten jedoch übereinstimmend fest, dass die Stabilität von PEEK-Kronen und -Brücken einer Dauerbruchlast von 600 N standhielten und somit dem mittleren Kaudruck von 400 N widerstehen [17].

Der ermittelte Elastizitätsmodul von ca. 5 GPa zeigte gute Übereinstimmung mit der Elastizität von Knochen. Es wird angenommen, dass dadurch mögliche Spannungen ausgeglichen werden könnten. Die Politur von PEEK funktioniert nur, wenn man sich an das genaue Polierregime hält. Man kann nicht das Polierregime der Komposite auf PEEK übertragen. Vor allem erfordert die Politur die richtigen Polierinstrumente und etwas Übung mit dem Werkstoff. Wie die Ergebnisse zeigen, ist die Ausarbeitung mit Dura-Green und anschließender Politur mit diamanthaltigen Silikonpolierern, die bei Kompositen sehr gut funktioniert, für die Politur von PEEK-Kunststoffen nicht geeignet. Unsere Begründung: Wir konnten feststellen, dass die Dura-Green Stones die Oberfläche so stark aufrauten, dass eine sich daran anschließende Politur mit den CompoMaster-Polierern nicht möglich war, während dies bei Verwendung gebrauchter Dura-Green Stones besser wurde. Besonders große Sorgfalt muss man deshalb bei der Ausarbeitung von PEEK walten lassen. Als Ausarbeitungsinstrument sollten deshalb unbedingt Fräser mit Hinterschliff (wie in Methode 1) verwendet werden. Dadurch werden der Spanwinkel optimiert, die Schneidleistung verbessert und ein ratterfreies Arbeiten ermöglicht. Die Anwendung eines parallelen Formfräsers und daran anschließend eines parallelen Polierfräsers brachte bereits eine glatte leicht glänzende Oberfläche, die dann durch die nachfolgenden Politurschritte mit Ceragum Polierwalze und die Politur mit den beiden Polierpasten Acrypol und Abraso-Starglanz bis auf eine Oberflächenrauigkeit von 0,05 μm optimiert werden konnte. Wenn es gelingt, eine so niedrige Oberflächenrauigkeit zu erreichen, dann ist auch die mögliche Anlagerung von Plaque erschwert [3]. Außerdem ist auch die Verfärbungsneigung stark von der Oberflächenrauigkeit abhängig. So zeigen unsere Ergebnisse, dass die exogene Verfärbungsneigung bei PEEK meist sogar besser ist als bei Verblendkompositen. Die Grundvoraussetzung dafür ist jedoch immer eine optimale Politur mit einer geringen Oberflächenrauigkeit [11].

Bei der Verblendung von PEEK ist ein dauerhafter Haftverbund von großer Bedeutung. Das ist jedoch aufgrund der für die Anwendung im Mund sehr nützlichen Eigenschaft der chemischen Beständigkeit für einen einfachen Verbund zwischen PEEK und dem Verblendwerkstoff ungünstig. Deshalb muss besonderer Wert auf die die starke Aufrauung der Oberfläche gelegt werden, um gute Retentionsmöglichkeiten zu schaffen. Für die klinische Anwendung zeigt sich das Korundstrahlen als dafür geeignet, da damit die Oberflächenrauigkeit stark vergrößert wird. Die Korundkörner hinterlassen, wie aus Abbildung 15 ersichtlich, tiefe Einschnitte in der PEEK-Oberfläche. Eine weitere Verbundverbesserung kann, ähnlich wie in der Verblendkeramik- Technologie, durch Schaffung von Retentionen erreicht werden. Das lässt sich insbesondere mittels der Press-Technologie relativ einfach technisch durchsetzen.

Ein zusätzliches Auftragen von Primern ist unabdingbar und führt zu weiterer Verbundverbesserung. Alle von uns getesteten Primer zeigten Druck-Scherfestigkeiten zwischen 20 und 32 MPa, die auch nach künstlicher Alterung konstant blieben. Die unterschiedlichen Haftwerte mit den verwendeten Primern sind auf deren unterschiedliche Zusammensetzung zurück zu führen. Jedoch enthalten alle Primer Methacrylate. Auch andere Autoren konnten zeigen, dass an gestrahlten PEEK-Oberflächen nach Auftragen multifunktioneller methacrylathaltiger Primer eine Anbindung an andere Verbundpartner erreicht werden kann [8, 18].

Der Haftverbund kann durch die Anwendung eines Opakers noch weiter verbessert werden, ähnlich wie bei der Befestigung von Kompositen an Zirkoniumdioxid [6]. Der Opaker wirkt hier höchstwahrscheinlich als Stressverteiler. Aus diesen Untersuchungen ergibt sich für die Verblendung von PEEK zu anderen Verbundpartnern folgende Empfehlung für die bestmögliche Konditionierung der PEEK-Oberfläche: 1. Korundstrahlen, 2. Anbringen von Retentionen, 3. Auftragen eines Primers, 4. Auftragen eines Opakers.

Unter Beachtung dieser notwendigen Vorbehandlungen kann mit allen in der Praxis verwendeten Verblendpartnern ein akzeptabler Haftverbund zur PEEK-Konstruktion hergestellt werden. Die Verwirklichung des dafür notwendigen Aufwandes ist allerdings unabdingbar. Damit konnten bei allen untersuchten Verblendkompositen Verbundfestigkeiten über 20 MPa erreicht werden, die auch nach künstlicher Alterung stabil blieben und damit auch in der klinischen Anwendung einen dauerhaften Verbund erwarten lassen. Allerdings sollte bei der Gestaltung der Brücken die Kraftverteilung berücksichtigt werden und auf eine gleichmäßige Verblendung geachtet werden [9, 10]. Die Differenzen in den Haftwerten der verschiedenen Verblendkomposite sind, ähnlich wie auch bei der Metall-Kunststoff-Verblendung, wahrscheinlich auf die unterschiedlichen Eigenschaften der Komposite zurück zu führen [11]. Somit wird die Dauerhaftigkeit des PEEK-Kunststoffverbundes zwar primär durch die Konditionierung der PEEK-Oberfläche bestimmt, allerdings ist für den Gesamtverbund auch die Eigenfestigkeit des Verblendkomposites mit entscheidend.

Auch bei der adhäsiven Befestigung mit Befestigungskompositen wurden hohe Verbundfestigkeiten ermittelt. Die Haftfestigkeit von PEEK nach der beschriebenen Vorbehandlung mit selbstadhäsiven Befestigungskompositen zeigte in unseren Untersuchungen höhere Haftwerte als mit reinen dualhärtenden Befestigungskompositen. Von anderen Autoren wurde genau das Gegenteil festgestellt. Hier erfolgte aber als Vorbehandlung lediglich eine Oberflächenaufrauung mit Korundstrahlen [9, 14]. Dies zeigt die unbedingte Notwendigkeit einer richtigen Konditionierung der PEEK-Oberfläche, ohne die ein dauerhafter Verbund zum PEEK nicht gewährleistet werden kann. Um einen guten Haftverbund bei der Verblendung von PEEK mit PMMA-Schalen, die aus kreuzgittervernetztem PMMA bestehen, zu erreichen, ist neben der Konditionierung von PEEK unbedingt auch die Konditionierung der PMMA-Schale (gleicher Konditionierer wie bei PEEK) notwendig. Nur dann ist der Verbund erfolgreich. Auch hier liegen die Verbundfestigkeiten bei 30 MPa. Der Goldstandard für festsitzenden Zahnersatz (22 MPa) und der Standard für herausnehmbaren Zahnersatz (28 MPa) wird somit überschritten [7]. Damit ist auch eine klinisch hohe Dauerhaftigkeit sichergestellt. Empfehlenswert ist insbesondere auf der PEEK-Oberfläche die Verwendung eines Opakers.

Sollen Abutments aus PEEK an Titan- oder Zirkoniumdioxid-Implantaten befestigt werden, müssen hier ebenso sowohl die PEEK als auch die Titan- bzw. Zirkoniumdioxid-Oberfläche konditioniert werden. Wie die Untersuchungen gezeigt haben, ist auch hier ein akzeptabler Haftverbund erreichbar, der auch nach künstlicher Alterung durch 25.000 Thermozyklen stabil blieb. Der Verbund von PEEK zum Zirkoniumdioxid ist etwas besser als zum Titan. Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass das Befestigungskomposit bei der Lichtpolymerisation durch das eher lichtdurchlässige Zirkoniumdioxid optimal ausgehärtet wird, was beim Titan nicht möglich ist, da hier nur die rein chemisch härtende Komponente zum Tragen kommt. Insgesamt sind die Verbundfestigkeiten jedoch zu beiden Materialien sehr hoch und der Verbund sollte deshalb auch unter klinischen Bedingungen erfolgreich sein.

Die Ergebnisse dieser Studie zeigen das Potenzial der Anwendung von PEEK-Kunststoffen in der Zahnmedizin. Hierzu nimmt auch das Internationale Zahntechnik Magazin unter www.ztm-aktuell.de/peek Stellung. Nur mit dem Grundwissen über eine korrekte Verarbeitungs- und Anwendungsweise sind die Voraussetzungen für einen erfolgreichen klinischen Einsatz gegeben.

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