BR102013020286A2 - Processo e equipamento para teste de ciclagem térmica de materiais odontológicos - Google Patents

Abstract

Processo e equipamento para teste de ciclagem térmica de materiais odontológicos. Trata-se de processo para realizar testes de ciclagem térmica de materiais odontológicos em equipamento específico, com a finalidade básica de acelerar a degradação da interface entre diferentes materiais e da degradação intrínseca do corpo do próprio material odontológico e simular as condições bucais, mantendo o corpo de prova fixo no interior de uma câmara de testes, isolada do ambiente externo e o ambiente interno da câmara é ajustado na temperatura desejada com auxilio de liquido em temperaturas diversas, contidos em cubas.

Description

PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA TESTE DE CICLAGEM TÉRMICA DE MATERIAIS ODONTOLÓGICOS O processo consiste em realizar testes de ciclagem térmica de materiais odontológicos em equipamento específico. Utilizado para realizar o teste de ciclagem térmica de materiais odontológicos e dentes com a finalidade básica de acelerar a degradação da interface entre diferentes materiais e da degradação intrínseca do corpo do próprio material odontológico e simular as condições bucais.

Um dos testes mais utilizados na área odontológica para verificar a eficiência dos diferentes materiais dentários é o teste de ciclagem térmica, também denominado de termociclagem. Este teste tem a função de simular as diferentes condições que os elementos dentários restaurados estão sujeitos quando se ingere bebidas e/ou alimentos líquidos com diferentes temperaturas e em vários intervalos de tempo. Como exemplo, em algumas ocasiões, pode-se ingerir uma bebida ou um alimento líquido, tal como uma sopa quente e logo após ingere-se outro líquido que pode estar, por exemplo, a temperatura ambiente ou mesmo gelado. Este ato causa um choque térmico no elemento dentário, no material restaurador e, consequentemente, na interface restaurada.

Basicamente, no teste de termociclagem utilizam-se dentes restaurados, em forma de corpos de prova. O teste induz estresse térmico na interface e nos materiais que a contém. O estresse é devido à expansão do corpo de prova quando aquecido, e à contração, quando esfriado; variando a expansão diretamente de acordo com os coeficientes de dilatação térmico linear dos materiais que compõe a interface. Esta simulação de choque induz a propagação de fendas previamente existentes, assim como a formação de fendas na interface aumentando a infiltração marginal. Através deste mesmo fenômeno, já foi demonstrada a diminuição dos valores de união ao longo do tempo quando os dentes foram submetidos ao teste de termociclagem. Durante os testes de termociclagem, os corpos de prova, são imersos em água destilada. Consequentemente, não apenas o choque térmico, mas também a hidrólise em água, em especial na temperatura quente, exatamente como ocorre dentro da cavidade bucal, é mais um fator de diminuição dos valores de união na interface restaurada resultante do envelhecimento.

No atual estado da técnica, o equipamento de teste de termociclagem é basicamente constituído por três cubas com água, em três diferentes temperaturas. Uma cuba contém água fria com temperatura aproximada de 5°C; uma cuba contém água quente com temperatura aproximada de 55°C; e outra cuba contém agua com uma temperatura intermediária e mais próxima à ambiente, com temperatura aproximada de 37°C. O teste compreende primeiramente a imersão de certa quantidade de dentes restaurados, em forma de corpos de prova, alocadas em uma cesta, em uma das cubas cheias de líquido. O ato de imergir os corpos de prova é conhecido como banho. Depois de imersos, os corpos de prova permanecem na cuba, durante um tempo pré-determinado antes de serem deslocadas para a outra cuba e assim por diante, sendo que cada imersão completa pelos banhos consiste em um cicio completo. A temperatura de cada cuba pode ser alterada de acordo com o estudo a ser realizado, isto é, através de um sistema de regulagem o pesquisador pode alterar a temperatura da cuba, colocando a temperatura que melhor se ajusta para o seu experimento, de acordo com as condições que quer simular. Os corpos de prova podem ser imersos nas cubas em diferentes ciclos, isto é, pode-se inicialmente imergir os corpos de prova no banho quente, depois no banho intermediário e posteriormente no banho frio. Contudo, de acordo com as necessidades do pesquisador, pode-se imergir os corpos de prova em apenas dois dos banhos descritos. Um ciclo completo pode possuir três banhos, no entanto, pode-se realizar ciclos com apenas dois banhos, somente quente e frio, frio e intermediário ou intermediário e quente. Sistematicamente, os corpos de prova vão alternando os banhos, após o término de cada novo ciclo. Por estes motivos o teste é conhecido como teste de ciclagem térmica, isto é, diferentes corpos de prova são ciclados sob diferentes temperaturas.

Para a realização do teste utiliza-se uma máquina conhecida como máquina de ciclagem térmica. A configuração da máquina varia de acordo com cada fabricante. Elas geralmente são apresentadas com duas ou três cubas de liquido, geralmente água. Cada um das cubas possui controle de temperatura e o princípio de funcionamento das máquinas varia de sistemas mecânicos até sistemas eletropneumáticos. A Empresa Erios, localizada na cidade de São Paulo-SP, comercializa equipamento eletropneumático com 3(três) cubas de imersão. A empresa Elquip, localizada no estado de São Paulo, comercializa equipamento com 3(três) cubas de imersão, sendo duas com sistema de aquecimento e uma com sistema de resfriamento; possibilita o uso de banhos em temperatura intermediária (37 ± 1o C), frio (5 ± 1o C) e quente (55 ± 1o C); permite o uso de três cubas ou apenas de duas; o tempo de imersão nas cubas é ajustável. A empresa Biopdi, localizada na cidade de São Carlos - SP, comercializa equipamento com 3(três) cubas de imersão com capacidade de 10, 15 ou 20 litros, dependendo do modelo do equipamento. A empresa SD mekatronic, localizada na Alemanha, comercializa equipamento com 2(duas) cubas de imersão, sendo uma com banho quente, de 2513 até 10013 e a outra com banho frio, de -513 até 3513. A empresa Ethick technology, localizada em Vargem Grande Paulista-SP, comercializa equipamento com duas cubas com até 18 litros; possui regulagem de temperatura com indicador digital e enchimento automático. Os equipamentos, no atual estado da técnica, têm por princípio o deslocamento do corpo de prova de uma cuba para a outra, durante o teste de ciclagem térmica. O corpo de prova é colocado em uma cuba, onde permanece por um certo tempo em imersão no liquido e então é retirado desta cuba e colocado em outra cuba que contém líquido com temperatura diferenciada.

Apesar de ser um teste comprovado quanto a sua funcionalidade e resultados, observaram-se diversos pontos que necessitam de melhoria para tornar o teste mais fidedigno às condições reais a que um material está submetido quando em uso in vivo. Entre pontos que necessitam de melhoria, destacam-se: • dificuldade de manutenção da temperatura correta do líquido nas cubas; • congelamento do líquido na cuba de água fria; • troca térmica dos corpos de prova com a água da cuba, o que resulta em uma temperatura inicial de imersão diferente da temperatura final do banho. Isto resulta, não só em um problema do ponto de vista de interpretação dos dados, mas também ocasiona um maior consumo de energia devido à necessidade dos sistemas de aquecimento e resfriamento terem que trabalhar de forma ininterrupta. • os corpos de prova, devido à troca térmica com o líquido da cuba, não conseguem, no tempo estipulado, homogeneizar a temperatura para que se tenha de fato um choque térmico em toda a extensão do corpo de prova, o que é fundamental para o experimento; • durante a troca dos corpos de prova entre os banhos, estes ficam expostos ao meio em ambiente seco, o que leva a uma intensa troca térmica, ocasionando a redução ou aumento da temperatura dos corpos de prova, de acordo com a temperatura ambiente, o que é prejudicial ao teste; • quando os corpos de prova são retiradas de um cuba, uma certa quantidade de água da cuba fica sobre o corpo de prova, fazendo com que a cesta com os corpos de prova fique gotejando. Esta pequena quantidade de água cai na cuba seguinte, aumentando ou diminuindo a temperatura da água, outro motivo que dificulta a manutenção da temperatura; • as máquinas do estado da técnica em sua maioria, apresentam conjuntos mecânicos para deslocar a cesta com as amostras de uma cuba para outra. Estes conjuntos fadigam em um curto espaço de tempo danificando o equipamento, o que leva muitas vezes o pesquisador a preterir o uso deste tipo de equipamento de teste. • como as cubas estão expostos ao ambiente, ocorre a evaporação do líquido quente, sendo necessária a sua reposição permanente ao longo do tempo de teste. O Processo e o Equipamento para Teste de Ciclagem Térmica de Materiais Odontológicos, descrito neste relatório, se caracteriza por manter o corpo de prova fixo no interior de uma câmara de testes, isolada do ambiente externo e o ambiente interno da câmara é ajustado na temperatura desejada; geralmente simulando o ambiente que ocorre dentro da cavidade bucal. O equipamento possui três cubas de liquido em temperaturas diversas e mangueiras para transporte do líquido, por bombas hidráulicas, desde as cubas até o corpo de prova. Com auxílio de comandos eletroeletrônicos, as bombas são acionadas individualmente, de acordo com a sequência de banhos, inicialmente programada, succionando o líquido das cubas e lançando sobre o corpo de prova que está posicionado em um suporte no interior da câmara de testes. O corpo de prova permanece fixo em um local e os líquidos das cubas é que vão até ele. Os líquidos de cada cuba banham o corpo de prova, de forma sequencial de acordo com o ciclo programado.

Para complementar a descrição do invento e com o objetivo de facilitar a compreensão de suas características é apresentada uma série de figuras com caráter ilustrativo e não limitativo. A Figura 1 mostra uma configuração preferencial do EQUIPAMENTO que viabiliza o Processo para Teste de Ciclagem Térmica de Materiais Odontológicos. A figura 2 mostra uma segunda configuração construtiva do EQUIPAMENTO que viabiliza o Processo para Teste de Ciclagem Térmica de Materiais Odontológicos.

De acordo com a figura 1, a configuração preferencial do equipamento para teste de ciclagem térmica consiste em três cubas (5, 6 e 16) nas quais certa quantidade de líquido é colocada. As cubas possuem a finalidade de acomodar líquido para os banhos quente, frio e intermediário. Em duas cubas(6; 16) há uma resistência elétrica(7) que após acionada pelo comando elétrico da máquina irá aquecer o líquido na temperatura desejada para os banhos quente e intermediário. Na outra cuba(5) haverá uma serpentina(4) conectada a um módulo de refrigeração(1) que terá a função de resfriar o líquido a temperatura desejada a ser utilizada para o banho frio. As cubas estão separados por um isolante térmico (21) de forma que não haja troca térmica entre elas garantindo assim uma maior eficiência do sistema. Sensores de temperatura indicam quando a temperatura do líquido estiver condizente com a temperatura regulada e desejada. Com auxílio de comandos eletroeletrônicos, bombas(8) são acionadas de acordo com a programação inicial da sequência de banhos, transferindo o líquido das cubas, através das mangueiras(20), passando pelo cabeçote de fixação(15) dos bicos de injeção(17) chegando até o corpo de prova(9) que está posicionado e fixo em um suporte(11). O dito suporte(11) possui ranhuras e furos para que o líquido, após entrar em contato com o corpo de prova(9) escoe e seja direcionado(IO) até a gaveta de coleta de líquido(12). Através da bomba(13) o líquido é transferido por mangueira ou tubulação(14) até a respectiva cuba(5; 6 e 16) refazendo o ciclo. O corpo de prova(9) está localizada na câmara de testes (22). Esta câmara está isolada do ambiente externo e através do conjunto de aquecimento (2 e 3) o ambiente interno é ajustado na temperatura desejada, simulando assim, a condição da temperatura da boca humana. O conjunto de aquecimento é composto de um ventilador (2) que cria uma corrente de ar que passa por uma resistência elétrica (3). A passagem do ar pela resistência o aquece e, este é lançado para dentro da câmara de testes (22) a fim de oportunizar uma temperatura controlada para a amostra. As mangueiras utilizadas para transporte de líquido das cubas (5, 6 e 16) até o corpo de prova(9) são isoladas termicamente de forma a garantir que haja menor perda ou ganho de calor durante o percurso do líquido. O aquecimento feito pela resistência elétrica(7) pode ser realizado por indução, por energia solar, por combustão, por trocador de calor ou ar forçado.

As bombas(8), que transportam e injetam o líquido desde cada cuba(5, 6 e 16) até o corpo de prova(9), podem ser por pistão, bomba peristáltica, por gravidade, pela rede de água, bomba alternativa, bomba rotativa, bomba de anel líquido, bombas de diafragma movidas a ar comprimido, bomba de engrenagens, bombas de parafusos, bomba pneumática, bomba centrífuga, bombas cinéticas, bomba submersível, bomba de palheta e bomba de pistões. O módulo de refrigeração(1) pode ser constituído por um sistema de refrigeração com compressor, sistema de refrigeração com ar forçado, trocador de calor, serpentina com gelo e por nitrogênio. O ar que é lançado para dentro da câmara de testes (22) a fim de oportunizar uma temperatura controlada para a amostra pode ser aquecido pela resistência elétrica ou mangueira térmica, ou indução, ou energia solar, ou aquecimento por combustão, ou por trocador de calor, ou ar forçado. Vantagens do sistema • Expõe o corpo de prova às condições de temperatura bucal humana de forma mais fidedigna. • É possível simular com grande precisão a condição do ato de entrar em contato com líquidos em diferentes temperaturas, que é o que ocorre na cavidade bucal. • Diminui a troca de calor das amostras com o meio externo, resultando em um teste mais fidedigno em comparação com os outros modelos de máquina existentes. • Possui uma câmara com temperatura controlada o que aumenta a realidade do teste, uma vez que a temperatura a que um dente está normalmente submetido é a temperatura corporal, isto é, 37° C. • Manutenção mais precisa da temperatura do líquido quando este entra em contato com o corpo de prova. • Elimina o problema de evaporação do líquido que é muito comum nos equipamentos do estado da técnica. • Elimina o problema de troca térmica do corpo de prova com a água evitando perdas e garantindo a temperatura correta. • Devido à circulação do líquido frio, o líquido ganha energia e evita o seu congelamento; • Devido à circulação do líquido quente, o líquido ganha energia e evita a sua evaporação; • Elimina o uso de motores para manuseio e deslocamento dos corpos de prova, fator este que é responsável pela baixa durabilidade dos equipamentos. • A corrente de líquido é contínua e na temperatura regulada, tornando o processo de banho das amostras mais uniforme. Os métodos atuais, não conseguem garantir que durante o período no qual os corpos de prova estejam sendo banhadas, se consiga manter a temperatura regulada. • Tensão de entrada bivolt. • Diversos tipos de líquido de teste podem ser utilizados, como: água, água destilada, café, chá, refrigerantes, vinhos, sucos, azul de metileno, violeta de genciana, nitrato de prata. • O presente modelo de equipamento é mais simples de ser fabricado se comparado ao estado da técnica. • Possibilita o uso de controle eletrônico de grande numero de variáveis. Variantes no processo de teste de ciclagem térmica de materiais odontológicos As cubas do equipamento podem ter, ao invés de água destilada, diferentes corantes e, assim não apenas se simule a troca térmica, mas a ingestão de corantes durante a troca térmica. Isto permitirá com que o equipamento possa ser utilizado para outras aplicações, tais como: análise simultânea da troca térmica e ingestão de corantes, ou ainda o efeitos das trocas térmicas na cor superficial de materiais restauradores estéticos. Variantes na fabricação do Equipamento de teste de ciclagem térmica de materiais odontológicos Na Figura 2 pode-se ver o sistema, com a mesma ideia inventiva, montado em uma segunda configuração. O processo reivindicado, neste caso, utiliza uma única cuba (19) e o aquecimento ou o resfriamento do líquido ocorre no percurso desde a bomba (8) até o corpo de prova(9). Para o aquecimento do líquido, mangueira térmica(18) conduz o líquido pelo seu interior e ao mesmo tempo aquece o líquido. Estas mangueiras térmicas(18) possuem sensores de temperatura internos que permitem medir a temperatura na saída da mangueira térmica(18) bem como ajustar automaticamente para a temperatura desejada regulando a potência da resistência que está no seu interior. Para o resfriamento do líquido, uma serpentina(27) está localizada entre a bomba(8) e o corpo de prova(9). A serpentina(27) refrigerada estará em contato com a mangueira(21) de transporte do líquido. Conforme o líquido passa pela mangueira(21), o líquido vai se resfriando, através da troca térmica, chegando até o corpo de prova(9), na temperatura desejada.

Ambos os conjuntos construtivos, representados nas figuras 1 e 2, são controlados por sistema eletroeletrônico onde o número de ciclos é contado, o tempo de injeção controlado e possui desligamento automático. Embora o objeto reivindicado neste relatório justificou sua funcionalidade em material restaurador dentário, sua aplicação pode ser utilizado em testes de aderência de diferentes materiais em outras áreas do conhecimento.

Claims (6)

1. PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA TESTE DE CICLAGEM TÉRMICA DE MATERIAIS ODONTOLÓGICOS que induz estresse térmico na interface e em materiais distintos constituído por uma pluralidade de cubas(5, 6 e 16) que contém respectivamente líquido quente, frio e intermediário, caracterizado pelos líquidos serem transportados e injetados, por bombas(8), sobre o corpo de prova(9) e o corpo de prova(9) estar posicionado e fixo em um suporte(11), no interior de uma câmara de testes(22) isolada do ambiente externo e com temperatura interna ajustada através de conjunto de aquecimento, e reciclar o líquido residual da câmara de teste(22), através de bomba(13) hidráulica transferindo o líquido por mangueira ou tubulação(14) até a respectiva cuba(5; 6 e 16).

2. PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA TESTE DE CICLAGEM TÉRMICA DE MATERIAIS ODONTOLÓGICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conjunto de aquecimento ser composto de um ventilador (2) que cria uma corrente de ar que passa por uma resistência elétrica (3).

3. PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA TESTE DE CICLAGEM TÉRMICA DE MATERIAIS ODONTOLÓGICOS, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado líquido contido nas cubas(5, 6 e 16) do equipamento conter diferentes corantes.

4. PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA TESTE DE CICLAGEM TÉRMICA DE MATERIAIS ODONTOLÓGICOS, caracterizado por compreender uma única cuba(19) e o aquecimento ou o resfriamento do líquido ocorrer no percurso desde a bomba(8) até o corpo de prova(9).

5. PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA TESTE DE CICLAGEM TÉRMICA DE MATERIAIS ODONTOLÓGICOS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo aquecimento do líquido, ser por mangueiras térmicas(18) que conduzem o líquido pelo seu interior e ao mesmo tempo aquecem o líquido, e as mangueiras térmicas(18) possuírem sensores internos de temperatura.

6. PROCESSO E EQUIPAMENTO PARA TESTE DE CICLAGEM TÉRMICA DE MATERIAIS ODONTOLÓGICOS, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo resfriamento do líquido ser por serpentina(27) refrigerada e a serpentina(27) refrigerada estará em contato com a mangueira(21) de transporte do líquido.