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고분자를 첨가한 수용액이 다공성 Magnesia-phosphate계 매몰재에 미치는 영향

Other Titles
 Effect of polymer-modified solution on porous Magnesia-phosphate investments. 
Authors
 이상배 
Issue Date
2002
Description
의과학과/석사
Abstract
[한글]



치과용 매몰재의 가스 투과성은 정밀한 주조체를 얻기 위한 중요한 성질이다. 주형내부에 잔존하고 있는 기체가 잘 배출되지 못하면 주조체의 정밀한 형상의 재현이 어렵고 모서리 부분은 둥글게 되거나 주조체 내부에 기포가 발생되는 원인이 된다. 기포의 발생이나 변연적합성이 저하된 치과용 보철물은 구강 내에서 파절되거나 쉽게 부식 및 변색이 발생하게 되며, 변연적합성이 저하된 경우라면 2차 우식의 발생 위험성이 높아진다. 이처럼 배출되지 못한 기체에 의한“후방압력(Back -pressure)”은 티타늄처럼 비중이 가벼운 금속을 주조하는 경우나 흡입-가압 주조법으로 주조하는 경우에는 더욱 빈번하고 심각한 주조결함을 발생시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CB30(CB), HIGH SPAN II(HS)와 같은 고온주조용 치과용 인산염계 매몰재 2종을 선택하고 고분자 물질을 혼합액에 첨가하여 상온에서 경화시킨 후 소환 시 제거되도록 설계함으로서 매몰재의 기공률과 가스 투과률을 향상시키고자 하였다. 다공성 매몰재의 제작을 위해 Polyvinyl alcohol(PVA)과 Polystyrene(PS)을 첨가물질로 선택하였다. 수용성 고분자인 PVA는 중합반응이 종결된 dead polymer로서 증류수에 용해시켜 PVA 수용액을 제작하는데 사용하였고, 비 수용성 고분자인 styrene은 유화중합법을 사용하여 평균입자크기가 약 200 ㎚인 polystyrene latex로 제작하였다. 각각의 PVA수용액과 PS nano particle 분산액은 다시 증류수에 0.25%, 0.5%, 1% 그리고 2%의 농도로 희석한 후 매몰재 혼합 시 혼합액으로 각각 사용하였다. 상온경화가 끝난 매몰재는 950℃에서 1시간 소결하여 각각의 고분자 물질을 제거한 후 첨가량의 증가에 따른 기계적 특성, 기공률 및 가스투과성의 상관성을 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.

1. XRD 회절분석결과 CB와 HS 매몰재는 내화재로 Quartz와 Cristobalite를 사용하였으며 결합재로 MgO와 NH4H2PO4를 사용하는 동일한 시스템이었다.

2. 인산염계 매몰재에 고분자를 첨가한 경우 CB와 HS 매몰재는 첨가농도가 적은 경우 경화시간이 증가하지만 농도가 증가하면서 경화시간이 감소함을 알 수 있었다(p<0.05). 그러나 PS가 PVA보다 변화량이 작았다.

3. 경화팽창량은 HS가 CB보다 더 컸으며 이는 HS가 CB보다 결합재의 함량이 높은 것으로 추측되었다. CB와 HS 모두 PVA 첨가시 경화팽창이 감소하였으나(p<0.05), CB에 PS를 첨가한 경우에는 0.25 wt%부터 미세한 팽창의 증가를 나타내었다(p<0.05).

4. PVA와 PS의 첨가에 따른 유동도의 변화는 반대의 결과를 나타내었다. CB와 HS모두 첨가된 PVA의 농도가 증가할수록 유동도의 감소에 있어 통계학적인 유의성이 발견된 반면(p<0.05), PS는 0.25 wt%의 농도에서는 대조군과 유의차가 없었다(p>0.05).

5. 압축강도는 CB와 HS모두 PVA와 PS의 첨가에 따라 급격하게 감소하는 결과를 나타내었다(p<0.05). 소결강도는 PVA의 경우 ISO 규격에 미치지 못하는 결 과를 보인 반면 PS는 최소농도인 0.25wt%에서 대조군과 유의성 있는 차이를 발견하지 못하였다(p>0.05).

6. 고분자의 첨가가 열팽창의 변화에는 매우 작은 양의 감소를 나타내어 영향이 거의 없음을 알 수 있었으며 PVA보다는 PS가 열팽창 감소량이 작았다.

7. 본 연구에 사용된 매몰재 2종의 분말에는 소환 시 제거되는 유기물의 peak를 관찰할 수 없었으나 고분자 첨가에 따라 유기물의 소실 peak를 관찰할 수 있어 소환 시 고분자의 소실에 의한 기공생성이 유도된다는 것을 알 수 있었다.

8. SEM관찰에서 고분자 첨가된 군의 기공분포가 더 넓게 생성되었음을 알 수 있었다.

9. CB와 HS 모두 PVA와 PS 의 첨가량이 증가됨에 따라 열린기공의 증가가 나타났으며(p<0.05) PS보다는 PVA의 첨가시 열린기공의 분률이 높음으로 보아 PVA보다 PS가 열린기공을 만드는데 효과적임을 알 수 있었다.

10. 2 wt%의 PS 첨가에 의해 CB는 3.51×108, HS는 1.99×108 barrer 의 산소투과도가 측정되었으며 이는 대조군에 비해 약 4∼12배가 증가된 양이었다. 따라서 본 연구의 결과로 수용성 고분자인 PVA보다 비수용성 고분자인 PS의 첨가가 매몰재의 기계적 성질을 크게 저하시키지 않으면서 다공성과 가스투과성을 개선시킬 수 있으며, 주조 시 후방압력의 소실에 기여할 수 있을 것으로 사료되었다.

[영문]

The gas permeability of dental investment materials is considered as one of the very important characteristics for sound castings. If the remaining gas of the investment material is not emitted, that makes trouble in gaining the detail form of the casting body. It means that the margin of casting body may be round unexpectedly; so marginal fit is not proper. This remaining gas is a causative factor of casting body defect by back-pressure, especially in case of low specific gravity metal casting (e.g. titanium) or vacuum-pressure casting method.

In this study, we attempted to analyze the characteristics of two phosphate-bonded investment materials (CB30, HIGH SPAN II) modified with two polymer materials. (soluble, insoluble) Our experimental polymer materials are PVA(polyvinyl alcohol) and PS(polystyrene). PVA, soluble polymer, was dissolved in distilled water. PS, insoluble polymer, which was prepared by emulsifying polymerization for average particle size about 200nm and they were diluted with distilled water. Each 0.25%, 0.5%, 1% and 2% polymer concentration was adopted to commercial investments and

they were burn out at a temperature of 950 degree. Then we examined their mechanical characteristics, porosity and gas permeability.

Quarts and Cristobalite were detected to the major component of the investment material in this study. also It was revealed that two investment materials had same binding system as MgO-NH4H2PO4. The initial setting reaction of investments was more delayed as the higher concentration of polymers. However, PS had less

influence on hardening reaction than PVA. Considering that the setting expansion was influenced by the velocity of binding reaction and the amount of remaining air bubble, we found that PS made the less setting expansion by the less air bubble generation than PVA. The significant factor of the fluidity of material is the incorporation of polymer. As the more PVA was added, the fluidity was rapidly reduced on the contrary that PS had little influence on fluidity. The compression strength of two investment materials was reduced for addition of PVA and PS, but more than 2.5 ㎫, which is recommended by ISO specification. Regardless of addition of 2% polymer, the maximum concentration, no significant thermal expansion change was noted. As the result of DTA/TG measuring, no specific organic material existed higher in two initial composition of investments because any initial investment

material didn''t show the exothermic peak.

The porosity was increased by increasing polymer concentration and open pore ratio was enhanced together in the both experimental investments. The addition of polystyrene polymer increased porosity and permeability without loss of mechanical properties.
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URI
https://ir.ymlib.yonsei.ac.kr/handle/22282913/128011
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