MATERIAŁY MODELOWE

W przebiegu planowania i leczenia stomatologicznego, obejmującego m.in. wykonawstwo protez bądź aparatów ortodontycznych, niezbędne jest wykonanie modelu (mikromodelu), będącego repliką uzębie­nia (pojedynczych zębów) i/lub otaczających je tkanek jamy ustnej, otrzymaną metodą odlewu z pobranego wcześniej wycisku.

Materiały modelowe powinny charakteryzować się następującymi właściwościami:

1. dużą wytrzy­małością mechaniczną, zapobiegającą uszkodzeniu mo­delu, zwłaszcza repliki zębów, oraz bardzo

2. dużą twardością zapobiegającą uszkodze­niu powierzchni modelu w trakcie modelowania uzupełnienia protetycznego.

3. dokładnością - zdolnością odwzorowania najdrobniejszych szczegółów zarejestrowanych w wycisku.

4. stabilnością chemiczną i zachowaniem wier­ności kształtów (powinny wykazywać niewielkie zmiany objętości w trakcie twardnienia).

5. zgodnością z masami wyciskowymi, zwłaszcza nie powinna zachodzić żadna reakcja w momencie styku obu tych materiałów.

6. odpowiednio kontrastowym kolorem, pozwala­jącym na odróżnienie osadzonych na modelu innych materiałów, np. modelowanego wosku czy porcelany.

7. łatwością użycia i niską ceną.

Gipsy dentystyczne

Gips jest materiałem pomocniczym stosowanym przy wykonywaniu wszystkich prac w technice dentystycznej, głównie do wykonywania modeli gipsowych.

Gips należy do najbardziej rozpowszechnionych w przyrodzie naturalnych związków wapnia, występuje pod postacią kamienia gipsowego kopalnianego. Czysty gips, tzw. alabaster, jest śnieżnobiałym minerałem pozbawionym domie­szek, przeźroczystym, o budowie krystalicznej lub ziarnistej. Gips jest minerałem miękkim. o twardości 2 wg skali Mohsa. Nieznacznie rozpuszcza się w wodzie. Rozpuszczalność gipsu rośnie wraz ze wzrostem temperatury wody do 50°C, a w wodzie o wyższej temperaturze maleje. Nieco lepiej rozpuszcza się w kwa­sach nieorganicznych, niektórych solach, w wodnym roztworze cukru. Jest złym przewodnikiem ciepła.

Najczęściej spotykany jest w postaci dwuwodnej CaS0₄ x H₂O, czyli dihydratu. Gips dwuwodny zawiera około 21 % wody. Gips dwuwodny traci 3/4 wody krysta­lizacyjnej po podgrzaniu go ponad 110°C i staje się gipsem półwodnym (hemihydrat) lub gipsem przepalonym CaS0₄ x 1/2H₂0 lub 2CaS0₄ x H₂0. Przy podgrzaniu powy­żej 200°C traci zupełnie wodę i występuje pod postacią anhydrytu CaS0₄. Częściowo odwodniony gips o zawartości 6% wody ma właściwości tężenia po zmieszaniu z wodą, powiększając przy tym swoją objętość. Wydobywanie gipsu odbywa się systemem kopalnianym. Dla celów technicznych kamień gipsowy podlega obróbce mechanicznej i termicznej. Gips półwodny zmielony zależnie od wielkości ziaren i ilości zanieczyszczeń ma różne nazwy handlowe: murarski, sztukatorski, modelowy i alabastrowy. Największe ziarna ma gips murarski, w następnej kolejności sztukatorski, modelowy, a najdrobniejsze gips alabastrowy. Gips modelowy używany jest w technice dentystycznej oraz w bardziej precyzyjnych pracach sztukator­skich. Najwyższą jakość przedstawia gips alabastrowy. Bywa stosowany w technice dentystycznej, do rzeźb artystycznych oraz do precyzyjnych wyrobów sztukatorskich. Pólwodzian zmieszany z wodą na półpłynną papkę o konsystencji śmietany tężeje w ciągu 5-10 minut, dając twardą zbitą masę (dwuwodzian), która składa się z iglastych, przeplatających się nawzajem kryształów gipsu. Procesowi twardnienia towarzyszy wydzielanie znacznych ilości ciepła i zwiększanie objętości.

Na twardość stężałego gipsu wpływa wiele czynników. Do nich należy: kształt kryształów; ich wielkość, ilość wody użytej do rozrabiania proszku gipsowego, katalizatory i inhibitory dodawane do gipsu. Gips podczas wiązania pobiera około 33% więcej wody, aniżeli stracił w czasie wypalania. Zbyt mała ilość wody powodu­je, że zarobiona masa będzie zbyt gęsta i nie rozprowadzi się homogennie podczas mieszania. Zbyt gęsta masa nie wypełnia dokładnie formy wycisku. Natomiast jeśli użyjemy więcej wody, nadmiar jej pozostanie w gipsie, rozluźniając wiązania kryształów, a gips po stwardnieniu będzie kruchy i porowaty. Zarabianie gipsu rozpoczyna się od wlania do miski gumowej odpowiedniej ilości wody destylowanej, przegotowa­nej lub odstanej. Następnie suchą łopatką nabiera się proszek gipsowy i rozsiewa po wodzie. Gips nasypuje się tak długo, aż zupełnie nasyci się wodą bez uprzedniego mieszania. Z chwilą, gdy następna porcja gipsu nie zwilży się wodą, należy zaprze­stać dosypywania i rozpocząć mieszanie papki gipsowej do jednakowej konsystencji. Podczas mieszania pozbawiamy masę gipsową cząsteczek powietrza. Jeżeli podczas sypania gipsu zauważymy nadmiar wody, można ją odlać. Natomiast nie wolno dolewać nowej porcji wody do już rozrobionego gipsu, ponieważ czyni to masę niejednolitą, miękką i kruchą. Mieszanie ma również wpływ na rozpuszczanie się gipsu w wodzie, dlatego nie wolno mieszać poszczególnych partii gipsu podczas dodawania proszku. Czas zestalania się gipsu może być sterowany. Czynniki sterują­ce dzielimy na dodatnie, czyli katalizatory przyśpieszające wiązanie gipsu, i ujemne, czyli inhibitory opóźniające wiązanie gipsu, oddziaływujące chemicznie, termicznie lub mechanicznie. Wszystkie wymienione czynniki zwiększają lub zmniejszają roz­puszczalność gipsu w wodzie, to znaczy podwyższają lub zmniejszają stopień nasycenia potrzebny do rozpoczęcia krystalizacji. Nowoczesne gipsy modelowe są miałkie i homogenne, posiadają chromatyczny wskaźnik fary ułatwiający przygotowanie modelu od momentu mieszania aż do jego ostatecznego wykonania. Zmieniająca się barwa modelu sygnalizuje kolejne fazy wiązania gipsu. Gipsy te cechują się tiksotro­pizmem (tiksotropowością) pozwalającym na odtworzenie najdrobniejszych szczegó­łów. Są odporne na ścieranie i ściskanie (np. Kromotypo firmy LASCOD).

C z y n n i k i c h e m i c z n e . Katalizatory dodatnie stosuje się w pewnych określonych ilościach, których przekroczenie może przedłużyć lub skrócić czas wiązania gipsu. Należy pamiętać o tym, że katalizatory dodatnie zmniejszają twardość i zwiększają kruchość gipsu, dlatego można je stosować tylko do gipsu wyciskowego oraz do gipsu na tzw. modele orientacyjne i zwarciowe. Przy użyciu soli jako katalizatora po pewnym czasie ;wytrącają się na powierzchni modelu jej kryształki, co powoduje, że model zatraca ostrość kształtów.

Do katalizatorów zaliczamy: sól kuchenną (NaCl 0,5-3%), siarczan potasu (K₂S0₄ 2%), siarczan sodu (Na₂S0₄ 3-4%), tiosiarczan sodowy (Na₂S₂0₃ - 3%), chlorek glinu (AlCl₃ 3%). Czas wiązania gipsu skracają również kwasy: siarkowy, azo­towy, solny sole tych kwasów (oprócz siarczanu żelaza), a także sól kwasu bromowodo­rowego oraz ługi potasowy, sodowy amonowy. W praktyce używany jest najczęściej chlorek sodu ze względu dostępność oraz łatwe i bezpieczne zastosowanie.

Inhibitory zwiększają twardość modeli gipsowych, przedłużają czas wiązania się do 24 godzin, a nawet dłużej. Najczęściej stosowanymi katalizatorami ujemnymi są: boraks (Na₂B₄O₇ x 10H₂0) powyżej 1% i ałun glinowo-potasowy (K₂S0₄ Al₂S0₄) x 24H₂0 w ilości 1-2%. Podobnie działają wodne roztwory szkła wodnego, zsiadłe mleko, cukier, dekstryna, ocet, amoniak, kwas borowy; cytrynowy, mrówko­wy, wodorotlenek baru, gliceryna.

C z y n n i k i t e r m i c z n e . Wiązanie gipsu przyśpiesza się przez zmiesza­nie go z wodą o temperaturze 30°C. Użycie zimnej wody i powyżej SO°C opóźnia czas wiązania gipsu.

C z y n n i k i m e c h a n i c z n e . Czas zestalania się gipsu jest odwrotnie pro­porcjonalny do czasu jego zarabiania. Długie i powolne mieszanie skraca czas wiązania gipsu. Jednak ze względu na to, że długie i powolne zarabianie zwiększa rozszerzalność gipsu po stężeniu, tej metody nie stosuje się, aby skrócić czas wią­zania. Gips należy zawsze zarabiać intensywnie, krótko i dokładnie. Stosunek wa­gowy proszku gipsowego do wody wpływa znacznie na czas wiązania gipsu. Im mniej użyje się wody do rozrobienia gipsu, tym krótszy jest czas wiązania gipsu przy tym samym czasie mieszania. Rozszerzalność gipsu podczas wiązania jest zjawi­skiem niekorzystnym, powoduje zniekształcenie modeli, a stosunek ilościowy wody do gipsu oraz sposób mieszania ma duży wpływ na czas zestalania się i rozszerzal­ność (ekspansję) stwardniałego bloku gipsowego. Im dłuższy jest czas zestalania, tym mniejsza ekspansja. Zmniejszenie ekspansji gipsu można uzyskać przez użycie więk­szej ilości wody do rozrabiania, jednak uzyskane modele są niedostatecznie twarde. Twardniejący gips powiększa swoją objętość o około 1 %, a rozszerzalność liniowa wynosi około 0,3%. Ekspansję gipsu można zmniejszyć lub nawet wyeliminować przez dodanie katalizatorów i/lub inhibitorów. Inhibitory zmniejszają ekspansję gipsu, lecz jednocześnie przedłużają czas wiązania. Dlatego dodaje się również odpowied­niego przyspieszacza. Takim roztworem, który zmniejsza ekspansję gipsu do 0,06%, a jednocześnie nie przedłuża czasu wiązania, jest: boraks w ilości 0,6%, siarczan potasu 4%, alizaryna 0,004%. Boraks jest zatem inhibitorem, siarczan potasu katalizatorem. Alizaryna jest barwnikiem czerwonym, zwanym "czerwienią turecką", która działa również opóźniające na czas wiązania gipsu, lecz służy przede wszyst­kim jako barwnik do gipsu wyciskowego. Aby uniknąć zabarwienia gipsu modelo­wego na różowo, zamiast alizaryny stosuje się boraks. Gips rozrobiony tym roztwo­rem tężeje po 3 minutach, a całkowita jego rozszerzalność po 24 godzinach wynosi około 0,06%. Dodatki chemiczne zmniejszające rozszerzalność dodawane są przez producentów do proszku gipsowego i w tej postaci dostarczany jest użytkownikowi. Wszystkie modele robocze, tzn. te, na których wykonuje się protezy, powinny być wykonane z gipsu twardszego aniżeli czysty gips alabastrowy lub modelowy. Twar­dość i wytrzymałość modeli gipsowych można zwiększyć przez dodawanie niektó­rych substancji chemicznych do proszku lub do wody używanej do zarabiania papki gipsowej. Gotowe modele możemy również utwardzić przez powlekanie ich po­wierzchni odpowiednimi środkami chemicznymi. W praktyce jednak najczęściej korzysta się z pierwszej metody, z tym że substancje chemiczne są dodawane do gipsu półwodnego przez wytwórcę i dostarczane dla użytkownika w formie tzw. gipsów utwardzonych. Gips utwardzony może występować pod różnymi nazwami, np. gips marmurowy, parianowy, lub firmowymi, np. "Moldano", "Plaster" itp. Dla odróżnienia od zwykłego gipsu modelowego gipsy utwardzone są zabarwione na kolor żółty, niebieski lub seledynowy. Zwiększenie twardości gipsu można przepro­wadzić w warunkach pracowni techniczno-dentystycznej przez dodanie do gipsu 5% cementu budowlanego, 1-2% boraksu lub mieszaniny tlenku magnezu; fosforanu wapnia i chlorku magnezu. Gipsy utwardzone wiążą mniejszą ilość wody aniżeli zwykłe. Zarabia się je gęściej, zachowując stosunek proszku do wody 3:ł. Twardość i wytrzymałość modeli gipsowych można zwiększyć także przez: gotowanie modeli w stearynie lub parafinie, powlekanie powierzchni modelu 20% alkoholowym roz­tworem szelaku, powlekanie roztworem szkła wodnego (może ono jednak zmienić kształt modelu na skutek zatrzymania się w zachyłkach i wytworzenia w tych miejscach grubszej powierzchni), moczenie modelu w nasyconym roztworze sody (wówczas na powierzchni modelu powstaje twarda warstewka węglanu wapnia) moczenie w gorącym 10% roztworze siarczanu baru; gotowanie w nasyconym roztwo­rze boraksu przez 30 minut. Do wykonania modeli roboczych, używa się gipsów utwardzonych. Zapewnia to twardość całego modelu, a nie tylko jego powierzchni. Utwardzanie powierzchni modelu jest dopuszczalne jedynie wtedy, gdy model ma służyć jako eksponat lub jest ortodontycznym modelem kontrolnym i musi być dłużej przechowywany.

Wykonywanie modeli gipsowych

Po doprowadzeniu do odpowiedniej konsystencji papki gipsowej, wypełnia się nią wycisk. Wypełnienie rozpoczyna się od nałożenia niewielkiej ilości rozrobionego gipsu na głębsze miejsca wycisku, a następnie uderza się nim lekko o brzeg miski lub umieszcza na wstrząsarce. Czynność ta ma na celu dokładne wypełnienie wszyst­kich zachyłków w wycisku i pozbycie się pęcherzy powietrza. Kolejno nakłada się nowe porcje. aż papka gipsowa wypełni dokładnie cały wycisk. Gdy pozostała część gipsu w naczyniu zaczyna gęstnieć, nakłada się ją na wycisk w nadmiarze, do wysokości 2-3 cm i formuje cokół. Jeżeli masę wyciskową stanowi gips, należy wcześniej wycisk pokryć płynem izolacyjnym.

Modele dwuczęściowe (zastosowanie: korony, mosty, wkłady koronowe, nakłady, nadkłady)

W tego rodzaju modelach część anatomiczna wykonana jest z gipsu utwardzo­nego, a podstawa ze zwykłego gipsu modelowego. Model jest tak wykonany, że te jego elementy, na których wykonuje się koronę lub wkład, mogą być odłączane od całego modelu. Przy wykonywaniu tych modeli pomocne są odpowiednie ćwieki. Jeśli używa się samych ćwieków bez podpórek, to w dnie wycisku w miejscu, w którym będzie się wykonywać koronę, wbija się specjalnie do tego celu wykonany ćwiek. Ćwieki z podpórkami opierają się na brzegu wycisku i w ten sposób są utrzymywane.

Następnie część anatomiczną wycisku wypełnia się gipsem utwardzonym. Po stęże­niu gipsu i izolowaniu go od ćwieka odlewa się pozostałą część wycisku gipsem modelowym. Wzdłuż bocznych ścian zębów, na których będą modelowane korony wykonuje się nacięcia oddzielające poszczególne zęby na głębokość wyznaczoną przez warstwę gipsu utwardzonego.

Dzięki temu, że obie warstwy gipsu oddzielone byty od siebie warstwą izolatora lub podpórką, nacięty element modelu daje się łatwo oddzielić od reszty modelu. 'Tkwiące w kikutach zębowych ćwieki pozwalają na ich ponowne wprowa­dzenie w to samo miejsce modelu oraz służą jako uchwyt przy modelowaniu. Tak przygotowany model dwuwarstwowy znacznie ułatwia modelowanie.

Zastosowanie modeli gipsowych w praktyce stomatologicznej

Modele gipsowe znalazły szerokie zastosowanie przede wszystkim w leczeniu protetycznym i ortodontycznym. Mogą być jednak użyte we wszystkich pozosta­łych specjalnościach stomatologicznych, służąc do stałej rejestracji przestrzennej morfologii zębów, dziąseł i warunków zwarciowych w badaniu wstępnym. Dają ponadto możliwość długofalowej oceny skutków leczenia. Dokumentacja za pomocą modeli gipsowych wymaga jednak pobrania wycisków, a to łączy się z koniecz­nością posiadania mas wyciskowych i sprzętu pomocniczego (łyżki wyciekowe, miski, łopatki). Dla odlewania i obróbki modeli potrzebne jest także odpowiednie miejsce, najlepiej gipsownia. Sporządzone modele odpowiednio oznakowane muszą mieć swoją przechowalnię, by nie uległy uszkodzeniu. W periodontologii modele gipsowe służyć mogą studentom i lekarzom do: analizy zwarcia i zgryzu przed korektą wybiórczym szlifowaniem zębów, które jest zabiegiem nieodwracalnymi, próbnej korekty zgryzu (dla studentów i początkujących lekarzy), obrazowego przekazu informacji pacjentowi w celu akceptacji zaplanowanego leczenia, anali­zy możliwości prawidłowego ustawienia zębów przemieszczonych na skutek zaawansowanej choroby przyzębia, oceny trwałości uzyskanych wyników lecze­nia, do dokumentacji naukowej, a w sytuacjach konfliktowych są dowodem rzeczowym. Modele gipsowe mogą być użyte dla "oszczędności czasu" i bardziej wnikliwej oceny stosunków zwarciowych oraz wyboru opcji leczniczych bez udziału pacjenta. Jednak analiza zgryzu jest możliwa tylko po osadzeniu w arty­kulatorze anatomicznym. Modele trzymane w rękach dostarczają cennych infor­macji w mniej ważnych przypadkach i pozwalają łatwiej przekazać informacje pacjentowi. Nie można wycisków i modeli sporządzać jedynie w ostrych stanach zapalnych i urazowych. We wstępnym nauczaniu stomatologii wykonanie modeli gipsowych służy nabyciu umiejętności posługiwania się tym materiałem pomocni­czym, a także nabyciu umiejętności odczytywania informacji zawartych w uzyska­nym modelu.

Najczęściej używanym do tego celu materiałem jest gips lub jego specjalna, twarda odmiana (ang. Dental stone). Obydwa te materiały zawierają pół­wodny siarczan wapnia CaS0₄ x 1/2 H₂O stanowią­cy główny ich składnik.

PÓŁWODNY SIARCZAN WAPNIA

42.2.1. Rodzaje uwodnionego siarczanu wapnia

Wymieniono je w lab. 42.1.

42.2.2. Gipsy dentystyczne

a) Gips dentystyczny zawiera kalcynowany półwodny siarczan wapnia oraz dodatki che­

miczne wpływające na czas twardnienia (p. 42.2.6).

b) Gips wyciekowy zawiera dodatkowo siarczan potasu, boraks i barwniki (p. 25.1 i 42.2.6).

c) Gips odlewowy (modelowy) zawiera autokla­wowany półwodny siarczan wapnia, dodatki regu­lujące proces twardnienia (p. 42.2.6) i barwniki pozwalające na odróżnienie go od gipsu białego.

d) Niektóre materiały ogniotrwałe zawierają au­toklawowany półwodny siarczan wapnia, który sta­nowi ich lepiszcze (rozdz. 44).

42.2.3. Reakcja wiązania wody

Zmieszanie półwodnego siarczanu wapnia z wodą wyzwala reakcję, w której powstaje siarczan dwuwodny:

2 CaS04 ~ H~O + 3H~0 ~ 2(CaS04 ~ 2 H~O)

Reakcja ta jest odwróceniem procesu wytwarza­nia proszku gipsowego. Z powyższego równania wynika, że 100 g proszku należy zmieszać z 18,6 ml wody, aby zaszło pełne uwodnienie gipsu. W prakty­ce używa się nieco większej ilości wody, co pozwala na lepsze rozproszenie proszku w mieszaninie.

W trakcie rozrabiania w mieszaninie obu skła­dników zachodzą prawdopodobnie następujące zja­wiska (w literaturze trwa ciągły spór na temat na­tury twardnienia gipsu):

a) Część siarczanu półwodnego ulega dysocja­cji na jony Ca'-' i SOĄ'w; rozpuszczalność półwod­nego siarczanu wapnia w temp. pokojowej wynosi ok. 0,8%.

b) W tej samej temperaturze rozpuszczalność siarczanu dwuwodnego wynosi jedynie 0,2%; roz­puszczony siarczan półwodny tworzy w roztworze dwuwodzian, który szybko zaczyna krystalizować, gdyż znajduje się w stanie przesyconego roztwo­ru. W roztworze zaczynają pojawiać się kryształy dwuwodnego siarczanu.

c) W reakcji tej udział biorą dodatkowe czynniki: ~ kryształy wzrastają na zarodkach krystalizacji, którymi są obecne w proszku, w formie zanieczy­szczeń, drobne kryształki dwuwodnego siarczanu wapnia;

167

Wstęp do materinfoznnu~stu~n stonmtologicznego

~ pomiędzy tymi kryształami a roztworem zacho­dzi wymiana jonów wapniowych i siarczanowych; ~ z powodu krystalizowania dwuwodzianu, a przez to ubytku jonów z roztworu, rozpuszcza się coraz większa ilość siarczanu półwodnego.

42.2.4. Dalszy proces wiązania

W trakcie upływu czasu obserwuje się następu­jące zmiany w tężejącym gipsie:

a) Początkowo mieszanina proszku i wody ma konsystencję płynną (o ile zmieszano je w prawi­dłowych stosunkach - p. 42.2.5).

b) W miarę wytrącania się coraz większej ilości dwuwodnego siarczanu wapnia materiał uzyskuje sztywną konsystencję (wiązanie wstępne), ale brak mu odpowiedniej twardości - na tym etapie nie można go już odlewać, jedynie rzeźbić.

c) Tak zwane ostateczne związanie materiał osią­ga w momencie uzyskania znacznej twardości i wytrzymałości, mimo że w masie gipsowej może zachodzić dalszy proces hydratacji.

d) Ponieważ proces wiązania jest egzotermicz­ny, w jego trakcie wydziela się znaczna ilość cie­pła.

e) W trakcie wiązania zachodzą zmiany wymia­rów tworzonego modelu gipsowego:

~ obserwuje się rozszerzanie się masy gipsowej, średnio 0 0,3-0,4% (w wymiarze Liniowym) dla większości gipsów i 0,05-0,3% dla tzw. gipsów twardych. Ekspansja ta jest spowodowana granicz­nym rozprężaniem się rosnących kryształów;

~ rozszerzalność ta jest jednak pozorna. Materiał po związaniu oprócz rozrośniętych kryształów za­wiera także pory (puste przestrzenie międzykrysta­

liczne). Objętość kryształów materiału po związa­niu jest bowiem mniejsza niż początkowa objętość kryształów półwodnego siarczanu wapnia. Wiel­kość tej zmiany można wyznaczyć z mas cząstecz­kowych i ciężarów właściwych wszystkich substra­tów i produktów reakcji - wynosi ona ok. 710;

~ umieszczenie gipsu będącego w początkowym stadium twardnienia pod wodą powoduje wzrost jego rozszerzalności w trakcie wiązania - określa­my ją mianem mzszer~alności higt~skopijnej i znaj­duje czasem zastosowanie w gipsowych masach żaroodpornych (p. 44.4.3).

42.2.5. Różnice pomiędzy siarczanem półwodnym kalcynowanym

a autoklawowanym

Pomimo jednakowego składu, obydwa te mate­riały różnią się pomiędzy sobą wieloma cechami:

a) sposobem wytwarzania (tab. 42.1), b) kształtem i rozmiarami cząstek:

~ cząstki gipsu kalcynowanego są większe, niere­gularne i porowate (ryc. 42.1a);

a) b)

®®

Q ~ ` O IIUo Q

so 0 000 ~o

v_ n o o~ d

0 0 00

Ryc. 42.1. Cząstki pófiwodnego siarczanu wapnia: a) kalcyno­wanego (x100), b) utoklawowanego (x100)

Tabela 42.1. Rodzaje półwodnego siarczanu wapnia

ogrzewany w otwartym	ogrzewany w autoklawie w l20-	ogrzewany w wodzie rozdrob-	gotowany w 30% roz-
pojenmiku w 120°C	-130°C pod ciśnieniem pary wodnej	piony gips z dodatkiem nie-	tworze chlorku wapnia
		wielkiej ilości kwasu orga-	lub chlorku magnezu
		nicznego lub soli w 140°C pod
		ciśnieniem
kalcynowany półwodny	autoklawowany półwodny siarczan	autoklawowany pótwodny	półwodny siarczm wap-
siarezan wapnia (niekie-	wapnia (niekiedy określany jako a-	siarczan wapnia (niekiedy	nia (niekiedy okreslany
dy okreslany jako (3-pół-	półwodzian) CaS04~2H~0	okrcslany jako a-pólwodzian)	jako "densyt"); zbliżony
wodzian) CaS0~~2H2	Ó	CaS0~~2Hz0`	do autoklawowanego
			CaS04~2H20

ogrzewanie w temp. < 200°C

siarczan wapnia heksagonali~y (niekiedy okr~ślany jako "rozpuszczaLry anhydryt") CaS04 ogrzewanie temp. > 200°C

siarczan wapnia ortorombowy (niekiedy określany jako "nierozpuszczalny anhydryt") CaSO~

168

~ cząstki gipsu autoklawowanego są mniejsze, bar­dziej regularne i nie zawierają porów (ryc. 41.2b);

c) stosunkiem proszku do wody. Teoretycznie wynosi on 0,186 (p. 42.2.3), ale nie zawsze zmie­szanie składników w tym stosunku daje pozytyw­ne rezultaty we wszystkich typach gipsu. Praktycz­nie stosuje się następujące stosunki:

~ dla gipsu kalcynowanego - SO-60 ml/100 g,

~ dla gipsu autoklawowanego (twardego) - 22-35 ml/100 g.

Przyczyną tych odmiennych stosunków jest ist­nienie w materiale kalcynowanym porowatych czą­stek, które powodują zwiększone chłonięcie wody;

d) strukturą materiału po stwardnieniu - mate­riał zbudowany jest z siatki zazębiających się kry­ształów dwuwodnego siarczanu wapnia, zawier<r­jącej w oczkach sieci przestrzenie wypełnione nadmiarem nasyconego roztworu siarczanu wap­nia. Im większy jest nadmiar wody w mieszanym materiale, tym bardziej porowata (mniej gęsta) jest struktura gipsu. Dlatego gips twardy jest mniej porowaty (a więc mechanicznie bardziej wytrzy­mały) od gipsu zwykłego;

e) właściwościami mechanicznymi - wytrzyma­łość i twardość zależą od gęstości materiału; tak więc gipsy twarde charakteryzują się lepszymi pa­rametram i ;

f) zastosowaniem - w przypadkach, gdy model wymaga odpowiedniej twardości, należy stosować z wyboru autoklawowany gips twardy (stone). Sto­sowany jest zwykle w przypadkach modelowania protez akrylowych, koron, mostów, wkładów, szkieletów protez (rozdz. 44). Kiedy nie są wyma­gane szczególne właściwości mechaniczne mode­lu, stosuje się gips kalcynowany, np. modele orien­tacyjne, modele do analizy ortodontycznej, mode­le przeciwstawne itp.

~ Uwaga: W literaturze spotyka się często rozgra­niczenie na twarde gipsy modelowe (typu I) i mi­kromodelowe (typu II, ulepszone). Praktycznie ta­kie rozróżnienie nie jest konieczne, gdyż pomię­dzy oboma typami wspomnianych gipsów wystę­pują nieznaczne różnice.

42.2.6. Wpływ dodatków na twardnienie gipsu

Niemal wszystkie rodzaje soli i kwasów dodane do mieszaniny wody i proszku gipsowego wpły­wają na proces twardnienia:

a) Przyspieszają lub opóźniaj<1 czas twardnienia: ~ akceleratory twardnienia:

- przykład 1 - siarczan potasu przyspiesza twar­dnienie gipsu poprzez zwiększanie rozpuszczalno­ści półwodnego siarczanu wapnia,

- przykład 2 - przyspieszenie twardnienia gipsu spowodowane jest też wzrostem liczby zarodków krystalizacji, którymi są dodatki przyspieszające; ~ inhibitory twardnienia:

Muteciofy modeloH~c

- przykład - cytrynian potasu lub boraks; redu­kują one zarówno zdolność rozpuszczania się pół­wodnego siarczanu wapnia, jak również adsorbują się na centrach krystalizacji i dezaktywują je, przez co centra te nie mogą spełniać swojej funkcji.

b) Zwiększają lub zmniejszają ekspansję mate­riału w trakcie twardnienia:

~ zwiększenie rozszerzalności - dodatek np. octanu wapnia zwiększa o ponad 1 te/o rozszerzalność liniową gipsu;

~ zmniejszenie rozszerzalności - dodatek siarczanu wapnia redukuje liniową ekspansję gipsu do 0,05~/c. c) Zwykle zmniejszają wytrzymałość materiału (wY.l<ttki - p. 42.2.1 1 ).

42.2.7. Sposrib postępowania z gipsem

a) Przechowywanie - proszek powinno się prze­chowywać w zamkniętych pojemnikach, aby za­pobiec reakcji z wilgocią zawartą w atmosferze i tworzeniu się siarczanu dwuwodnego, stanowi on bowiem jednocześnie akcelerator reakcji twardnie­nia (zarodek krystalizacji - p. 42.2.6 i 42.2.11).

b) Zanieczyszczenia - należy zapobiegać zanie­czyszczeniom proszku przez drobiny stwardniałe­go gipsu i innych substancji.

c) Prawidłowy stosunek woda/proszek (p. 42.2.5) - zmieszanie twardego gipsu (stone) ze zbyt dużą ilością wody czyni go zbliżonym parametrami do gipsu standardowego.

d) Unikanie wprowadzania pęcherzy powietrza do mieszaniny - proszek wsypuje się małymi po­rcjami do naczynia z wodą i miesza zawiesinę jed­nostajnymi, nie gwałtownymi ruchami, aby zapo­biec jej "burzeniu się".

e) Czas mieszania nie powinien przekraczać 1 minuty - jest to czas wystarczający na uzyskanie jednorodnej, bezgrudkowej mieszaniny gotowej do odlania.

t~ Używanie wibratorów - w trakcie odlewania modelu z wycisku należy stosować wytrząsarki, które ułatwiają wprowadzanie gęstej masy nie związanego gipsu do wszystkich zakamarków wycisku i usuwają z niego pęcherzyki powietrza. Należy jednak unikać zbyt intensywnych wibracji, gdyż powodują one od­kształcenia niektórych typów mas wyciekowych.

g) Powierzchnię odlanego gipsu twardego, przed modelowaniem woskowego elementu pokrywa się specjalnym czynnikiem pozwalającym na łatwe zdejmowanie gotowego modelu. Niestety, czynni­ki te mogą rozmiękczyć powierzchnię modelu.

42.2.8. Czas twardnienia

Jest to czas, jaki potrzebuje wstępnie związany materiał na osiągnięcie takiej twardości, aby nie można było do niego wprowadzić igły o znanej śre­

169

Wst~p do matmialozn~m~stwo stomatologicznego

Tabela 42.2. Wpływ temperatury na wiązanie twardego gipsu dentystycznego

c_a.s /miu/ pelnego

T empernium ( C/ uwodnienia .ritr gilzru p_y stosunku nudy do pnos_ku 0,3

5 65 25 75 30 ~o 3s 50 40 45

45 40

50 55

dnicy pod działaniem określonej siły. Pomiary te przeprowadza się dwoma typami aparatów - Vi­canta i Gillmore'a. Czas twardnienia zależy od:

a) Składu gipsu (określanego przez producen­ta):

~ obecności drobin związanego gipsu (np. wsku­tek niekompletnej dehydratacji w procesie produk­cji), co przyspiesza wiązanie masy (p. 42.2.6),

~ kształtu sieci krystalicznej cząsteczek siarczanu wapnia - kryształy heksagonalne ulegają gwałtow­niej hydratacji, kryształy rombowe, powstające wskutek przegrzania proszku w procesie produk­cji, reagują bardzo powoli z wodą (określa się go mianem gipsu calknwicie Hrypalonego [ang. cleacl­burnt]),

~ obecności zanieczyszczeń powstających w pro­cesie wiązania, jak i wprowadzonych przez produ­centa,

dodatku akceleratorów lub inhibitorów (p. 42.2.6).

b) Stanu fizycznego gipsu - w trakcie produk­cji, po dehydratacji, proszek poddaje się rozdrob­nieniu. Ma to na celu przyspieszenie twardnienia: ~ niektóre kryształki mogą być zarodkami krysta­lizacji,

~ rozdrobnienie zwiększa powierzchnię kontaktu siarczanu z wodą, a więc jego rozpuszczalność. c) Temperatury mieszania - do 50°C temperatu­

ra nieznacznie wpływa na szybkość twardnienia. Przykładowo, w tab. 42.2 podano wyniki pomia­rów czasu wiązania dla różnych temperatur. Stoją one w sprzeczności z większościtl innych reakcji chemicznych, w których wzrost temperatury wzma­ga szybkość reakcji. Można to wytłumaczyć tym, że szybkość reakcji zależy od przypadkowej dyfu­zji jonów Ca'-+ i SOĄ=- do rosnących kryształów dwuwodnego siarczanu wapnia. Szybkość ta zale­ży nie tylko od natury związku, ale i od temperatu­ry i stężenia jonów w roztworze:

~ w temperaturze 50°C dyfuzja wspomnianych jo­nów jest dwukrotnie większa niż w temp. 5°C,

t szybkość dyfuzji jonów jest proporcjonalna do ich stężenia w roztworze; rozpuszczalność półwod­nego siarczanu wapnia wynosi 0,8% w temp. 5°C i 0,4~~o w temp. 50°C; tak więc w wyższej tempera­turze dyfuzja jest wolniejsza w wyniku spadku stę­żenia jonów w roztworze.

Obydwa czynniki mają przeciwny wpływ na twardnienie i prawie jednakową siłę działania - tak więc wzrost temperatury w przedziale od 5 do 50°C tylko nieznacznie wpływa na proces twardnienia. W wyższych temperaturach występuje zmniejsza­nie się szybkości uwadniania, a w temp. 100°C usta­je ono całkowicie (w 100°C zrównuje się rozpu­szczalność półwodnego i dwuwodnego siarczanu wapnia).

d) Stosunek proszku do wody - ma niewielki wpływ na szybkość hydratacji półwodnego siarcza­nu wapnia, chociaż wzrost zawartości wody w mie­szaninie opóźnia proces twardnienia gipsu, co moż­na zmierzyć w aparacie Vicata lub Gillmore'a. Wzrost stosunku woda/proszek zmniejsza objęto­ściowe stężenie rosnących kryształów dwuwodne­go siarczanu wapnia. Tak więc im większa ilość wody, tym większa liczba powstających kryszta­łów, które jednak - ze względu na wzrost przestrze­ni, w której powstają - nie kontaktując się, nadają niewielką twardość materiałowi, co pozwala na penetrację igły w jego strukturę.

e) Czas mieszania - dłuższe mieszanie przyspie­sza proces twardnienia. Związane jest to z rozdrab­nianiem tworzących się kryształów gipsu dwuwod­nego i tworzeniem dodatkowych zarodków krysta­lizacji.

42.2.9. Wytriymałość gipsu

Zależy od:

a) użytego materiału (kalcynowanego lub auto­klawowanego) i obecności dodatków (p. 42.2.1 i 42.2.6),

b) stosunku woda/proszek (p. 42.2.5 i 42.2.7, tab. 42.3); w celu osiągnięcia optymalnych właściwo­ści gips powinien być pozostawiony do hydratacji

Tabela 42.3. Wytrzymałość gipsu i gipsu twardego

Materiał WJ'rrzY~natość na ściskanie /MNlur J

Gips, stosunek wcxla/proszek 0,(i, po 10 godzinie

Gips, stosunek woda/proszek 0,6, suszony 21 w temp. 45°C do stałej wagi

Gips twardy, stosunek woda/proszek 0,25, 30 po godzinie

Gips Iw:mdy, stosunek woda/proszek 0,25, 72 suszony w temp. 45°C do stałej wagi

17~

Mnteńnfy modeloH~e

na co najmniej 1 godzinę (lub dłużej), a następnie b) Wady - skurcz w trakcie twardnienia, utrata suszony w temp. 45°C do osiągnięcia stałej wagi. wody w czasie przechowywania.

42.2.10. Wady i zalety materiałciw na ba-nie p~rlwodnego siarczanu wapnia

a) Niedostateczne właściwości mechaniczne - w przypadku złego postępowania z modelem istnieje możliwość jego uszkodzenia (najczęściej odłama­nia odlanych zębów). Również gipsy twarde nie charakteryzuje wystarczająca twardość powierzch­ni, tak że może ona ulegać ścieraniu w trakcie za­kładania i zdejmowania lub modelowania wyko­nywanych konstrukcji.

b) Dostatecznie odtwarzają ostrość krawędzi i szczegóły zarejestrowane w wycisku.

c) Cechują się dużą dokładnością w odtwarza­niu wymiarów - w większości procedur ich roz­szerzalność liniowa nie ma znaczącego wpływu na prawidłowe wykonanie konstrukcji.

d) Kompatybilność z masami wyciekowymi - w kontakcie z niektórymi typami mas powierzchnia modelu może nieznaczne rozmiękać. Wyciski po­brane gipsem wyciekowym przed odlaniem należy powlekać materiałem izolującym (p. 24.1.2).

e) Kontrastowa barwa - gipsy modelowe zawie­rają zwykle pigmenty.

f) Gipsowe masy modelowe są tanie i łatwe w użyciu.

42.2.11. Nowsze rozwiązania

Obecnie opracowuje się dwa typy gipsów o po­lepszonej odporności na abrazję i lepszej wytrzy­małości:

a) impregnowane polimerem - trwają próby za­stosowania poliestru, polistyrenu, akrylu i żywic epoksydowych;

b) zawieraj<lce dodatki czynnika zwilżającego, jak lignosulfoniany (uzyskane z ligniny, natural­nego składnika drewna), mające za zadanie zmniej­szenie zapotrzebowania gipsu na wodę i możliwość stworzenia twardszej, bardziej zwartej struktury.

Dodatkowo, czynniki te spowalniają proces twar­dnienia i zwiększają liniową ekspansję materiału (związki organiczne). Dodatek siarczanu potasu pozwala na zredukowanie tych zjawisk (p. 42.2.6).

42.3. ALTERNATYWNE MATERIAŁY MODELOWE

42.3.1. Cementy krzemofosforanowe

Są one zbliżone składem do cementów stosowa­nych jako wypełnienia ubytków (p. 16.3).

a) Zalety - twardsze od gipsu.

42.3.2. Amalgamaty

Skład i budowę opisano w rozdz. 21.

a) Zalety - tworzą twarde mikromodele, odtwa­rzają drobne szczegóły, zachowują ostrość krawę­dzi.

b) Wady - mogą być kondensowane jedynie w twardych masach wyciekowych, wymagają długie­go czasu do osiągnięcia pełnej twardości, wyka­zują dużą przewodność cieplną bardzo szybko ochładzając modelowany na nich wosk, przez co możliwe jest wystąpienie zmian kształtów w mo­delowanym elemencie. Zjawisko to można ominąć podgrzewając mikromodel. Jako składnik modeli złożonych wymagają odizolowania od gipsu.

42.3.3. I'olimerY i polimery r wypełniaczem

Są to zarówno samopolimeryzujące akryle, jak i żywice (epoksydowe, poliestrowe, epiminowe) z wypełniaczem metalicznym lub ceramicznym.

a) Zalety - duża odporność na abrazję, mała kru­chość w porównaniu z gipsem.

b) Wady - skurcz polimeryzacyjny może stano­wić źródło niedokładności. Dodatek wypełniacza zmniejsza kurczliwość materiału.

42.3.4. Stopy natryskiwane

Stop bizmutowo-cynowy, ulegający topnieniu w temp. 138°C, można natryskiwać na powierzchnię wycisku w celu utworzenia metalicznej powłoki; resztę modelu uzupełnia się twardym gipsem.

a) Zalety - można go bardzo szybko wykonać na bazie wycisków elastomerowych.

b) Wady - stop jest mafio odporny na ścieranie, możliwe jest wystąpienie powierzchniowej abra­zji modelu.

42.3.5. Modele galwanizowane

Niektóre masy wyciekowe można powlekać gal­wanicznie. Na przykład wyciski złożone można powlekać miedzią, elastomerowe - srebrem.

a) Galwanizacja miedzią - do tego celu stosuje się kilka technik:

~ powierzchnię wycisku pokrywa się warstwą prze­wodzącą z pyłu grafitu lub miedzi;

~ pokryty wycisk zanurza się w kąpieli galwanicz­nej, tworząc z niego katodę. Jako anodę stosuje się element miedziowy;

t elektrolitem jest kwaśny roztwór siarczanu mie­

171

Wst4:p do nraterialoznawstuw stonmtolo~icznego

dzi (250 g/1) z dodatkiem związków organicznych, jak alkohol lub fenol, które wzmagają twardość odłożonego metalu;

~ zamknięcie obwodu i przyłożenie napięcia po­woduje powolne rozpuszczanie miedzianej anody i wydzielanie miedzi na katodzie (wycisku). Gal­wanizację przeprowadza się prądem o wartości 5­50 mA/cm= przez 10 godzin;

~ następnie powleczony wycisk uzupełnia się twar­dym gipsem; po jego stwardnieniu warstwa zde­ponowanego metalu powleka odlany model;

~ technika ta ma pewne wady - w kwaśnym środo­wisku elektrolitu elastomery mogą tracić stabilność wymiarów.

b) Galwanizacja srebrem - masy polisulfidowe i silikonowe można powlekać srebrem w sposób zbliżony do omawianego powyżej, z tym, że:

~ wycisk pokrywa się grafitem lub proszkiem sre­brnym,

~ jako anodę stosuje się element srebrny,

~ elektrolit stanowi zasadowy roztwór cyjanku sre­bra oraz dodatki cyjanku potasu i węglanu potasu. ~ Tak jak wcześniej, należy kontrolować czas po­wlekania i natężenia stosowanego prądu, przestrze­gając zaleceń producenta zestawu.

Uwaga! W przypadku kontaktu jakiejkolwiek substancji kwasowej z zasadowym roztworem cy­janku następuje reakcja, w której wydziela się sil­nie toksyczny gaz - cyjanowodór, czyli kwas pru­ski (IICIV). Dlatego roztwór cyjanku trzeba trzy­mać w zamkniętym pomieszczeniu pod wyciągiem, w pobliżu zaś nie może znajdować się żadna sub­stancja o charakterze kwasowym. Ze względu na duże ryzyko zatrucia powlekanie srebrem jest sto­sowane tylko sporadycznie.

42.3.6. Ceramiczne masy modelowe

Obecnie dostępne są dwa typy materiałów cera­micznych:

a) Ceramika do produkcji mikromodeli, na której można modelować porcelanowe uzupełnienia pro­tetyczne bez potrzeby użycia folii platynowej. W celu stopienia materiału konieczne jest ogrzanie go do temp. ponad 1000°C.

b) Ceramika w formie proszku i płynu, które zarobione do kitowej konsystencji wprowadza się do wycisku. Po około 1 godzinie model uwalnia się i wypala w temperaturze 600°C przez 8 minut, przez co tworzy się bardzo twardy mikromodel.

---