FÍSICAS
INTRODUÇÃO
A forma na qual os materiais dentários são utilizados não condiz com a produção em massa, pois cada novo paciente é diferente do anterior, e o material tem que ser especialmente adaptado para cada caso. Portanto, a maior parte dos materiais usados pelo dentista e pelo técnico de laboratório precisa de alguma forma de pro- cessamento antes de seu endurecimento.
Esse processamento com frequência envolve uma mistura de materiais com outros para produzir uma pasta ou líquido que pode ser inserido e adaptado para se adequar às necessidades do paciente. O uso bem-suce- dido dos materiais dentários, portanto, precisa de algum entendimento do escoamento dos materiais quando são misturados, vazados ou moldados. O estudo do escoa- mento do material é conhecido como reologia.
Quando um paciente bebe uma xícara de chá ou toma um sorvete, as diferenças de temperatura dentro do dente podem ser muito pronunciadas. A polpa do dente reagi- ria severamente se não for protegida dessas temperaturas que diferem muito do normal ao redor de 37°C. Ao se colocar uma restauração, coroa, ponte ou prótese total, deve-se ter cuidado em proteger a polpa desses extremos de temperatura. Portanto, as propriedades térmicas dos materiais dentários precisam ser consideradas.
A restauração da dentição humana tem sido motivada mais e mais da parte puramente funcional para a esté- tica. A maioria dos pacientes quer uma restauração que seja impossível de detectar uma intervenção realizada por parte do dentista. Assim, as propriedades ópticas dos materiais selecionados e usados pelos dentistas têm se tornado muito importantes.
PROPRIEDADES REOLÓGICAS
A reologia é o estudo do escoamento dos materiais. Para líquidos, o escoamento é medido pela viscosidade e para
sólidos considera-se o creep e a viscoelasticidade. Creep já foi descrito no capítulo anterior e apenas a viscosidade e a viscoelasticidade serão consideradas aqui.
Viscosidade
Quando uma substância escoa sob infl uência de uma força externa (p. ex., gravidade), as moléculas ou átomos entram em contato com vizinhos diferentes. Então esta interação deve ser quebrada e restabelecida, e isso dá origem à resistência ao escoamento, conhecida como
viscosidade.
Para um líquido como a água, as forças de ligação entre as moléculas unidas são muito fracas e facilmente superadas, e assim a água escoa mais facilmente e possui baixa viscosidade. Para alguns fl uidos, as atrações inter- moleculares são muito fortes. Isso em geral está associado a moléculas maiores, tal como o caso do melado. As moléculas podem ainda se entrelaçar uma na outra origi- nando viscosidades muito elevadas. Isso é o que acontece com polímeros de alto peso molecular.
Quando agitamos um líquido estamos efetivamente aplicando uma tensão de cisalhamento, e o grau de energia no qual misturamos pode ser quantifi cado pelo índice de cisalhamento. Tal situação é mostrada na
Figura 1.8.1. A tensão de cisalhamento e a taxa de
cisalhamento são defi nidas pelo: Tensão de cisalhamento = ηs = F/A
Taxa de cisalhamento = è = V/d
Vários métodos estão disponíveis para mensurar a tensão de cisalhamento sobre uma variedade de taxas de cisalhamento para um fl uido, e a informação cole- tada pode ser considerada como a curva da tensão de
cisalhamento-taxa de cisalhamento. Essa relação é linear
para muitos fl uidos e uma curva típica para esse fl uido é mostrada na Figura 1.8.2. O desvio da curva é igual à viscosidade e assim a defi nição científi ca exata da visco- sidade, η, é dada por:
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As unidades de viscosidade são pascals segundos (Pa.s).
As propriedades de viscosidade das substâncias que possuem uma relação linear entre a tensão de cisalha- mento e a taxa de cisalhamento são dadas inteiramente por um simples valor de viscosidade, e são ditas como tendo um comportamento “newtoniano”. Entretanto, nem todos os materiais se comportam da mesma maneira, e algumas das diferentes formas de comportamento são mostradas da Figura 1.8.3.
Líquidos com comportamento plástico não escoarão até que uma tensão de cisalhamento inicial tenha sido alcançada. O fl uido escoará num modelo newtoniano.
Os líquidos dilatantes mostram um aumento da vis- cosidade à medida que a taxa de cisalhamento cresce. Isso signifi ca que quanto mais rápido se tenta misturar o fl uido, mais difícil torna-se a mistura do líquido. Não
é possível defi nir as características de escoamento desse líquido apenas pela viscosidade.
Para alguns líquidos, um aumento da taxa de cisa- lhamento não provoca o aumento correspondente da tensão de cisalhamento. Isso signifi ca que o líquido se torna mais fácil de ser misturado a altas taxas de cisa- lhamento do que quando comparado a um líquido dila- tante ou newtoniano. Esse comportamento é descrito como pseudoplástico e provoca a característica de alguns líquidos que é comumente conhecida como aumento do
escoamento por cisalhamento. Um exemplo odontológico
desse tipo de comportamento é a silicona utilizada como material de moldagem, onde o aumento do escoamento por cisalhamento torna o escoamento do fl uido por uma seringa muito mais fácil do que seria.
Tixotropia
Há muito tempo acredita-se que a viscosidade pode ser determinada do conhecimento da tensão de cisalha- mento e taxa de cisalhamento em qualquer momento. Para algumas substâncias, a viscosidade alterará a uma taxa de cisalhamento específi ca, e se traçarmos uma curva da tensão de cisalhamento versus a taxa de cisa- lhamento para um dado líquido, pode-se encontrar uma resposta tal qual a mostrada na Figura 1.8.4.
Nesse caso a viscosidade para uma taxa de cisalha- mento que está aumentando é diferente da viscosidade para uma taxa de cisalhamento em redução, que é um exemplo de histerese. Nesses casos, a viscosidade do fl uido é dependente de deformações anteriores as quais o fl uido foi submetido.
Esse tipo de comportamento ocorre quando existe algum rearranjo molecular causado pela mistura e falta de tempo para as moléculas retornarem para seu arranjo normal antes de serem misturadas novamente. O efeito Placa de área A em movimento
Líquido F v d Placa estacionada Taxa de cisalhamento T e ns ão de cis a lha m e n to
Figura 1.8.2 Tensão de cisalhamento versus força de cisalhamento para um líquido newtoniano.
Figura 1.8.1 Cisalhamento de um líquido entre duas placas rígidas que estão separadas por uma distância, d. A placa superior é movida a uma velocidade, v, em relação à placa estacionada e uma força, F, é necessária para sobrepor a resistência do líquido. Dilatante T e ns ão de cis a lha m e n to Pseudoplástico Newtoniano Plástico Taxa de cisalhamento
Figura 1.8.3 Comportamento reológico de diferentes líquidos.
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disso é que quanto mais tempo o fl uido é misturado a uma dada taxa de cisalhamento, menor será a tensão de cisalhamento, bem como a viscosidade. Se o fl uido for deixado por tempo sufi ciente, ele se recuperará e todo o processo poderá ser repetido. Esse tipo de comporta- mento é defi nido como tixotrópico e um fl uido que exibe isso é uma tinta que não escorre.
IMPORTÂNCIA CLÍNICA
As propriedades reológicas de um material são importantes, pois têm infl uência principalmente nas características de manipulação do material.
Viscoelasticidade
Uma grande variedade de materiais mostra um com- portamento que é intermediário entre o de um líquido viscoso e de um sólido elástico. Para um sólido elás- tico, afi rma-se que a relação entre tensão e deformação é independente de quaisquer fatores dinâmicos tais, como: taxa de carregamento ou de deformação. Entretanto, se for dado um tempo sufi ciente para fazer isso, alguns sólidos mostram a capacidade de rearranjar suas molécu- las sob a infl uência de uma carga aplicada, e isso é refl e- tido em alguma deformação. Quando uma carga é depois liberada, o material não retorna imediatamente ao seu estado original. Isso signifi ca que o comportamento do material é dependente de tais fatores, como: a duração e quantidade de carga aplicada.
Um meio efetivo e simples de visualização desse pro- blema é pelo uso de modelos baseados em mola e amor- tecedor, que combinam para formar um sistema que se assemelha a um amortecedor de choque. A mola repre- senta o elemento elástico e o amortecedor representa
o elemento viscoso. A variação da deformação com o tempo para esses modelos está mostrada na Fi gu ra 1.8.5. Para a mola, a aplicação de carga resulta na deforma- ção imediata que é mantida ao longo do tempo que a carga é aplicada. Uma vez que a carga é removida, a mola retorna instantaneamente para seu estado original. Por sua vez, com a aplicação de carga, no amortecedor existe um aumento gradual da deformação que continua a aumentar durante o período de aplicação da carga. Com a remoção da carga, a deformação não é atenuada, e o amortecedor permanece na sua nova posição.
Quando esses dois elementos são colocados em para- lelo, cria-se um modelo viscoelástico simples. A resposta de deformação é mostrada na Figura 1.8.6. Nesse modelo, o amortecedor impede que a mola responda elasticamente. Neste momento, o amortecedor deixa gradualmente que a mola se aproxime do estado desejado de deformação. Com a remoção da carga, o amortecedor impede que a mola se contraia ao seu estado de não deformação, que pode agora ser alcançado apenas após algum tempo.
Um exemplo odontológico de um grupo de materiais que mostram comportamento viscoelástico são os mate- riais de moldagem elastoméricos. A curva deformação- tempo para esse material e o modelo correspondente dos elementos elásticos, viscosos e viscoelástico são mostra- dos na Figura 1.8.7. T e ns ão de cis a lha m e n to Taxa de cisalhamento
Figura 1.8.4 Comportamento tixotrópico.
Mola D e fo rm aç ão Tempo t0 Amortecedor D e fo rm aç ão Tempo t0 t1 t1
Figura 1.8.5 Resposta elástica e viscosa para o modelo de mola e amortecedor.
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Para evitar deformação permanente excessiva desses materiais, eles não devem ser carregados por mais tempo que o necessário; isso porque os materiais de moldagem elásticos devem ser removidos da boca com movimento de tração curto e rápido. Quanto mais rapidamente uma carga é aplicada e retirada de um material, maior será a sua resposta elástica.
IMPORTÂNCIA CLÍNICA
Alguns materiais apresentam propriedades entre um sólido e um líquido, que os tornam suscetíveis à distorção.