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:

a)             dużą wytrzy­małością mechaniczną, zapobiegającą uszkodzeniu mo­delu, zwłaszcza repliki zębów, oraz bardzo

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

c)             dokładnością – zdolnością odwzorowania najdrobniejszych szczegółów zarejestrowanych w wycisku.

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

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

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

g)            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.

mmmmmmmmm

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:

~ ...