DE4329775A1

DE4329775A1 - Kunststoffklammer mit adhäsiver Haftlackschicht und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE4329775A1
Application number: DE4329775A
Authority: DE
Inventors: Raymond F Wong
Original assignee: Ormco Corp
Current assignee: Ormco Corp
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1994-03-10
Also published as: JPH06154245A; US5295824A; FR2695311B1; FR2695311A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft kieferorthopädische Kunststoff klammern und Verfahren zur Herstellung, und insbesondere kiefer orthopädische Kunststoffklammern mit einer adhäsiven Haftlackschicht zum Erhöhen ihrer Haftfestigkeit.

Kieferorthopädische Kunststoffklammern (d. h. aus Polykarbonat) sind in der Technik gut bekannt und weisen gegenüber Metall- und Keramikklammern bestimmte Vorteile auf, da sie relativ leicht und ästhetisch angenehm sind. Kieferorthopädische Kunststoffklammern werden normalerweise mit einem Acrylzahnzement, im allgemeinen von der Art eines leicht abbindenden Zahnzements oder selbstabbindenden A/B-Zweikomponenten-Zahnzements, direkt an den Zahnschmelzober flächen verklebt. Die zwischen den Acrylzementen und den Kunststoff klammern ausgebildete Haftfestigkeit ist nicht immer ausreichend, um zu sichern, daß die Verbindung nicht während einer kieferorthopädi schen Behandlung bricht, entweder infolge von durch kieferorthopädi sche Bogendrähte aufgebrachte Kräfte oder durch andere äußere Kräfte, wie z. B. das Kauen.

Eine allgemein anerkannte Lösung zum Verbessern der Haftfestig keit von Kunststoffklammern auf klinisch annehmbares Niveau ist, einen adhäsiven Haftlack während der zahnärztlichen Behandlung unmittelbar vor dem Aufbringen des Acrylhaftmittels und vor dem Verbinden zu verwenden. Diese Lösung erfordert einen zusätzlichen Schritt beim Verbindungsvorgang und bringt eine Vielzahl von Nach teilen mit sich. Diese Nachteile umfassen die zusätzliche, vom Kliniker geforderte Zeit bei der Behandlung; die zusätzlichen Kosten, da der Haftlack ein separater, relativ teurer Posten ist; und einen begrenzten Arbeitszeitrahmen in der Größenordnung von Minuten zur erfolgreichen Retention der Klammer durch das Verbin dungshaftmittel. Desweiteren bringt die Verwendung von Haftlacken zusätzliche Schwierigkeiten in den Verbindungsprozeß ein, wie zum Beispiel die Schwierigkeit des Einbringens des Haftmittels und/oder der Verdünnung der Haftmittelpaste zu einer Konsistenz, die das übermäßige Verrutschen der Klammer verursacht, und der Unbeständig keiten in der Haftfestigkeit, die in direktem Bezug zu der Zeit/- Temperatur-Abhängigkeit der Diffusion des Haftlackes in das Kunst stoffsubstrat stehen. Das heißt, die endgültige Haftfestigkeit jeder Klammer kann unterschiedlich sein, da der Haftlack auf jede Klammer für eine unterschiedliche Zeitdauer wirkt. Darüberhinaus werden ungleiche Ergebnisse in Abhängigkeit vom Typ des Haftmittels, z. B. gemischt, nicht gemischt, leicht abbindend usw., erreicht und adhäsive Haftlacke können einen unangenehmen, scharfen Geruch hervorbringen und reizen oftmals die Haut des Patienten. Schließlich sind einige der wirksameren Haftlacke in der zahnärztlichen Be handlung infolge ihrer vermuteten karzinogenen Inhaltsstoffe be grenzt.

Eine andere, auf die Erhöhung der Haftfestigkeit der Kunststoff klammern mit den Acrylhaftmitteln gerichtete Lösung, ist die Ver wendung von Spezialhaftmitteln, die zusätzliche Komponenten mit einer hohen Affinität zu den Kunststoffklammersubstraten enthalten. Beispiele zu dieser Lösung sind in den US-Patenten 4,134,929, 4,228,062 und 4,340,529 zu finden.

Mit der vorliegenden Erfindung sollen die verschiedenen, oben unter Bezugnahme auf die bekannten Methoden zum Erhöhen des Haftens von kieferorthopädischen Kunststoffklammern an Zahnschmelzober flächen diskutierten, Nachteile überwunden werden.

In ihrer weitesten Ausgestaltung umfaßt die vorliegende Erfin dung kieferorthopädische Kunststoffklammern mit einer dünnen, haftenden, in dem Klammerhaftgrund imprägnierten Beschichtung oder Schicht aus einem Acrylmaterial, das die Haftfestigkeit der Klammer mit bekannten adhäsiven Acrylzementen ohne die mit den Haftlacken während der zahnärztlichen Behandlung verbundenen Nachteile oder die Notwendigkeit der Verwendung von Spezialhaftmitteln erhöht.

Die Erfindung umfaßt weiterhin Verfahren zur Herstellung von kieferorthopädischen Kunststoffklammern mit einer dünnen, haftenden Beschichtung aus einem adhäsiven Acrylhaftlackmaterial auf ihrem Haftgrund. In seiner weitesten Ausgestaltung umfaßt das Verfahren zur Herstellung von Kunststoffklammern gemäß der vorliegenden Erfindung das Überziehen des Haftgrundes einer Kunststoffklammer mit einer solvatisierenden Mischung von Lösungsmitteln und Acrylmonome ren, das Angreifen (Solvatisieren) und Diffundieren lassen dieser Mischung in das Kunststoffmaterial und dann das Erwärmen der Klammer und der Mischung, um die Lösungsmittel und Monomere von geringerer Molekülmasse zu verdampfen und dadurch eine Beschichtung aus Acryl material zu hinterlassen, die überwiegend monomer ist. Diese Be schichtung wirkt als ein adhäsiver Haftlack und erhöht die durch das Verbinden der Beschichtung mit Zahnhaftmitteln, insbesondere Acryl haftmitteln, realisierte Haftfestigkeit bedeutsam.

Geeignete Lösungsmittel, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind Benzol, Chloroform, Aceton, Methylenchlorid, M-Kresol, Tetrahydrofuran (1,4-Epoxybutan), 1,3- Dioxan, Cyklohexanon, Pyridin, DMF (Dimethylformamid), Toluen, Ethylacetat oder jede andere ähnliche chemische Verbindung, die als Lösungsmittel für den Verbundwerkstoff der Kunststoffklammer wirkt.

Geeignete Acrylmonomere, die in der solvatisierenden Mischung wirken, sind Verbindungen aus zahnmedizinischen Acrylklebharzen, wie zum Beispiel Triethylenglycoldimethakrylat, Methylmethakrylat, Urethandimethakrylat, Bis GMA und Hexandioldimethakrylat.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die solvatisierende Lösungsmittel/Harz-Mischung auf die Haftoberfläche einer kiefer orthopädischen Kunststoffklammer durch ein beliebiges konventionel les Verfahren, wie zum Beispiel Tropfröhrchen- oder Pipettenver teilung, auf den Untergrund aufgebracht. Unter Umgebungsbedingungen kann das Gemisch für einen Zeitraum von einigen Minuten solvatisie ren und die Klammer und das solvatisierende Gemisch sind dann mäßig erhöhten Temperaturen (in der Größenordnung von ungefähr 175°F oder 80°C) ausgesetzt, um das Lösungsmittel und Bestandteile mit niedri ger Molekularmasse zu verdampfen und dadurch eine Beschichtung oder Schicht von im wesentlichen monomerem Acrylharz zu hinterlassen, die mindestens teilweise in das Kunststoffsubstrat eingelagert ist.

Es wurde als vorteilhaft gefunden, daß, wenn die Acrylhaftlack schicht einmal auf der Haftoberfläche der Kunststoffklammer ausge bildet ist, die Klammer für einen Zeitraum von mehreren Monaten gelagert werden kann, bis sie gebraucht wird, oder unmittelbar an einem Zahn verklebt werden kann, wobei in beiden Fällen ein Acryl haftkleber verwendet wird, ohne daß irgendein Haftlack während der Behandlung auf dem Stuhl notwendig ist, um eine wünschenswerte Haftung zu erreichen.

Diese und andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfin dung werden für den Fachmann auf diesem Gebiet durch das Lesen der detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Berücksichtigung der Zeichnung deutlicher.

Die Figur ist eine perspektivische Ansicht einer kieferorthopädi schen Kunststoffklammer mit einer adhäsiven Haftlackschicht darauf in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Die Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungs gemäßen kieferorthopädischen Klammer. Die Klammer 10 ist eine kieferorthopädische Kunststoffklammer mit einem Haftgrund 11, einem Körperabschnitt 13 und einer adhäsiven Haftlackschicht 12, die an der Zahnkontaktfläche 14 des Haftgrundes 11 haftet und mindestens teilweise darin eingelagert ist.

Aus Polykarbonat hergestellte Kunststoffklammern sind auf dem kieferorthopädischen Gebiet allgemein einsetzbar und insbesondere für die Anwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet. Andere Kunststoffklammermaterialien, wie zum Beispiel Polysulfone, können ebenfalls verwendet werden. Es wird für den Fachmann auf dem Gebiet verständlich sein, daß in Abhängigkeit von dem verwendeten spezifi schen Kunststoffmaterial der Klammer bei Verwendung unterschiedli cher Lösungsmittel und monomerer Mischungen verschiedene solvati sierende Mischungen erforderlich sein können. Desweiteren können Lösungsmittelmischungen noch bessere Ergebnisse aufgrund des als "abgestuften" oder sequentiellen Solvatisierungseffekt der verschie denen Lösungsmittelkomponenten der Mischung bezeichneten Effekts er bringen. Darüberhinaus wird die Zugabe eines Peroxids und eines Photoinitiators zu der solvatisierenden Mischung bevorzugt, da gefunden wurde, daß damit befriedigende Haftresultate mit im wesent lichen allen Arten von Haftklebern zu erhalten sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine präparierte kieferorthopädische Klammer 10 hergestellt, indem eine solvatisie rende Mischung von Lösungsmitteln und Acrylharzmonomeren auf die Zahnkontaktoberfläche 14 einer Klammer aufgebracht und es ermöglicht wird, daß die Mischung unter Umgebungsbedingungen für einige Minuten solvatisiert und in das Kunststoffsubstrat diffundiert, und dann die Klammer und die solvatisierende Mischung auf eine Temperatur in dem Bereich von ungefähr 60°-100°C für einen Zeitraum im Bereich von ungefähr 5 Minuten bis 2 Stunden, und vorzugsweise im Bereich von 30-60 Minuten, erwärmt wird, um die Lösungsmittel und Monomere mit niedrigerer Molekularmasse zu verdampfen und dadurch eine haupt sächlich monomere Beschichtung 12 aus Acrylmaterial zu hinterlassen, die an der Haftoberfläche 14 haftet.

Das folgende Beispiel zeigt eine solvatisierende Mischungszusam mensetzung, die bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Dieses Beispiel soll nur ein Musterbeispiel sein und ist in keiner Weise als Beschränkung des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung auszulegen.

Beispiel 1

Die folgenden Bestandteile wurden in den dargestellten Prozent gehalten gemischt, um eine solvatisierende Mischung zu bilden.

Tabelle 1

In der obigen Tabelle 1 steht die Einheitsbezeichnung "phr" für Anteile pro hundert Teile Harz. Desweiteren ist "Ionac 82" ein Handelsname für ein im Handel erhältliches 50/50-Kopolymer, das von Sybron Chemicals hergestellt und verkauft wird; das Kopolymer ist Poly(ethyl/methylmethacrylat).

In einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird eine einzelne Schicht der obigen Zu sammensetzung auf eine Polykarbonatkunststoffklammer aufgebracht und an der Luft für 5 Minuten bei Raumtemperatur getrocknet. Die solva tisierende Mischung kann durch Kapillarwirkung von einer Pasteur- Pipette zum Überziehen der Grundfläche verteilt werden. Die Ver dampfung der solvatisierenden Mischung bei Raumtemperatur kann einen Zeitraum in der Größenordnung von 2-30 Minuten einnehmen oder bis zum Erreichen eines glänzenden Aussehens dauern. Die restlichen Lösungsmittel und Bestandteile mit niedriger Molekularmasse können aus der solvatisierenden Mischung auf der Klammergrundfläche in einem Umlufttrockenschrank für ungefähr 30 Minuten bei einer Tempe ratur von ungefähr 100°C ausgetrieben werden. Die Scher- und Zug festigkeit der Haftverbindungen, die durch Verwenden eines bekannten Zahnhaftmittels erreicht werden, wie zum Beispiel "TRANSBOND", ein von der Firma 3M Company erhältliches Acrylhaftmittel oder "CONSI SE", das ebenfalls ein von der Firma 3M Company erhältliches Acryl haftmittel ist, ist vergleichbar mit den Haftverbindungen, die erreicht werden, wenn ein typischer Haftlack bei der zahnärztlichen Behandlung verwendet wird. TRANSBOND ist ein leichtabbindendes Haft mittel und CONSISE ist ein Haftmittel vom selbstabbindenden A/B-Typ. Wenn das leichtabbindende TRANSBOND-Haftmittel verwendet wird, wird das Abbinden durch Anwendung einer Demetron VCL 300-Lichtquelle für ungefähr 30 Sekunden erreicht. Selbstabbindende Haftmittel läßt man für ungefähr 12-24 Stunden abbinden.

Die in der nachstehenden Tabelle 2 zusammengefaßten Haftfestig keitsdaten stammen von einem beschleunigten Haftbeständigkeitsver such und zeigen, daß die mit den erfindungsgemäßen Klammern erreich ten Haftfestigkeiten sogar nach ausgedehnter Lagerung der Klammern unter Bedingungen, die ungefähr einer Lagerung von 18 Monaten bei Raumtemperatur entsprechen, wiederholbar sind. Die in der Tabelle 2 enthaltenen Daten sind alle von erfindungsgemäß hergestellten Klammern, die an geätzten Rinderzähnen verklebt wurden. Die Klammern wurden unter Verwendung einer solvatisierenden Mischung mit einem Aufbau, der dem oder im wesentlichen dem in Tabelle 1 gegebenen Aufbau entspricht, hergestellt. Die Klammern wurden an den geätzten Rinderzähnen unter Verwendung von 3M/Unitek TRANSBOND-Haftmittel in einer aus dem Stand der Technik gut bekannten Art und Weise zum Anbringen von Klammern an Zähnen mit einem Acrylzement befestigt. Die "Versuchs-Klammern wurden bis zu vier Wochen in einem Schwer kraftkonvektionsofen in Luftmedium bei einer Temperatur von 45°C ±2°C gelagert. Die "Prüfungs"-Proben wurden bei Raumtemperatur unter den normalen auftretenden Lagerungsbedingungen für kieferorthopädi sche Klammern gehalten. Die Lagerbedingungen für die Versuchsklam mern waren ungefähr denen einer 18monatigen Lagerung bei Raumtempe ratur gleich.

Die Scherfestigkeit der gebildeten Haftverbindungen wurde wie folgt gemessen. Die an den Rinderzähnen befestigten Klammern wurden in ein kalthärtendes Acryl vergossen. Die Acrylblocks wurden in einer Spannvorrichtung gehalten, die ähnlich der Vorrichtung ist, die in einem Artikel mit dem Titel "Shear Bond Strength of Four Orthodontic Bonding Systems", Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop., 1990; 97: 126-129, beschrieben ist, dessen Inhalt hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Die Spannvorrichtung war in einer Universalversuchsmaschine Instron 1122 (Canton, Massachusetts) angeordnet und die Spanntraverse, die mit einer flügelartigen Spannvorrichtung zum Berühren der eingeschlossenen Verbindungsteile ausgerüstet ist, wurde mit einer Geschwindigkeit von 1.0 mm/min bis zum Scherbruch der Haftverbindung abgesenkt. Die in Tabelle 2 gelisteten Werte sind Kilogramm der Last für die obere rechte SPIRIT^TM (Ormco Corporation)-Eckzahnklammer mit Haken, die eine 0.018′′-Nut besitzt.

Wie die Versuchsergebnisse vermitteln, gibt es keine Verschlech terung der Haftwirksamkeit oder der Haftfestigkeit nach einer ausgedehnten Lagerung und somit können die präparierten kiefer orthopädischen Klammern der vorliegenden Erfindung, wie beschrieben, unter normalen Lager/Bestandsaufnahmebedingungen für ausgedehnte Zeiträume gelagert werden, ohne die endgültig erhaltene Haftfestig keit nachteilig zu beeinflussen.

Tabelle 2

Vier-Wochen-Haftstabilitätsversuch

Scherfestigkeit (Kg)

Es wurde gezeigt, daß Kunststoffklammern der vorliegenden Erfindung, die entsprechend den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, ausreichende Haftfestigkeitseigenschaften zur Verwendung in kiefer orthopädischen Verbindungsprozessen aufweisen, während sie die Nachteile, die mit den adhäsiven Haftlacken während der zahnärzt lichen Behandlung verbunden sind, die bis jetzt zum Aufbringen von Acrylhaftmitteln verwendet wurden, um Kunststoffklammern mit den Zähnen eines Patienten zu verbinden, vermeiden und/oder überwinden. Die verschiedenen hier aufgeführten Beispiele sind als Musterbei spiele von für die Anwendung in der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung geeigneten Zusammensetzungen und nicht zur Beschränkung in irgendeiner Weise gedacht. Es ist verständlich, daß Veränderungen in der Zusammensetzung der solvatisierenden Mischung, die zu Haftklammern mit geeigneten Hafteigenschaften führen, ein deutig in den Schutzbereich des Patentes fallen und durch die vorliegende Erfindung berücksichtigt sind, wie es in den nachstehen den Ansprüchen gekennzeichnet ist.

Claims

1. Lagerbeständige kieferorthopädische Kunststoffklammer um fassend:
einen Körperabschnitt,
ein aus einem Kunststoffmaterial hergestellter Haftgrund mit einer Zahnkontaktfläche, und
eine adhäsive Haftlackschicht, die an der Zahnkontaktfläche haftend und mindestens teilweise in ihr eingelagert ist, wobei die Haftlackschicht lagerbeständig ist und die Haftfestigkeit der Klammer mit einem Zahnhaftmittel selbst nach ausgedehnter Lagerung der Klammer erhöht.

2. Kieferorthopädische Kunststoffklammer nach Anspruch 1, bei der der Haftgrund Polykarbonat ist.

3. Kieferorthopädische Kunststoffklammer nach Anspruch 2, bei der die Haftlackschicht ein Acrylmaterial enthält.

4. Kieferorthopädische Kunststoffklammer nach Anspruch 3, bei der die Acrylhaftlackschicht überwiegend monomer ist.

5. Lagerbeständige kieferorthopädische Kunststoffklammer, um fassend:
einen Körperabschnitt,
ein mit dem Körperabschnitt aus einem Stück bestehender Haft grund, der aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist und eine Zahnkontaktfläche besitzt, und
eine adhäsive Haftlackschicht, die überwiegend ein Monomer akrylmaterial und an der Zahnkontaktfläche haftend und mindestens teilweise in ihr eingelagert und lagerbeständig ist, und die Haftfe stigkeit der Klammer mit einem Zahnhaftmittel selbst nach ausgedehn ter Lagerung der Klammer erhöht.

6. Verfahren zur Herstellung einer lagerbeständigen kieferortho pädischen Kunststoffklammer mit einer adhäsiven Haftlackschicht umfassend:
Aufbringen einer Lösungsmittel und Monomere enthaltenden solvatisierenden Mischung auf die Zahnkontaktfläche der Kunststoff klammer und Ermöglichen des Solvatisierens und Diffundierens der Mischung in die Kunststoffzahnkontaktfläche für einen vorgegebenen Zeitraum, und
Erwärmen der Klammer und solvatisierenden Mischung zum Ver dampfen der Lösungsmittel und Monomere mit niedrigerer Molekularmas se in der solvatisierenden Mischung, um dadurch eine adhäsive Haftlackschicht zu bilden, die an der Zahnkontaktfläche haftend und mindestens teilweise in ihr eingelagert ist, wobei die Haftlack schicht lagerbeständig ist und die Haftfestigkeit der Klammer mit einem Zahnhaftmittel selbst nach ausgedehnter Lagerung der Klammer erhöht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Klammerhaftgrund ein Polykarbonat ist und die solvatisierende Mischung Acrylmonomere enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die an der Zahnkontakt fläche haftende Haftlackschicht überwiegend monomeres Acrylmaterial ist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der vorbestimmte Zeitraum zum Ermöglichen des Solvatisierens und Diffundierens der solvatisie renden Mischung in die Zahnkontaktfläche im Bereich von ungefähr 2- 30 Minuten liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Klammer und die solvatisierende Mischung auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 60°-100°C für einen Zeitraum im Bereich von ungefähr 5 Minuten bis 2 Stunden erwärmt wird.

11. Verfahren zur Herstellung einer lagerbeständigen kiefer orthopädischen Kunststoffklammer mit einer adhäsiven Haftlackschicht umfassend:
Aufbringen einer Lösungsmittel und Acrylmonomere enthaltenden solvatisierenden Mischung auf die Zahnkontaktfläche einer Polykarbo natkunststoffklammer und Ermöglichen des Solvatisierens und Diffun dierens der Mischung in die Kunststoffzahnkontaktfläche für einen vorbestimmten Zeitraum im Bereich von ungefähr 2-30 Minuten, und Erwärmen der Klammer und solvatisierenden Mischung auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 60°-100°C für einen Zeitraum von ungefähr 5 Minuten bis 2 Stunden zum Verdampfen der Lösungsmittel und Monomere mit niedrigerer Molekularmasse in der solvatisierenden Mischung, um dadurch eine adhäsive Haftlackschicht aus überwiegend monomerem Acrylmaterial zu bilden, die an der Zahnkontaktfläche haftend und mindestens teilweise in ihr eingelagert ist, wobei die Haftlackschicht lagerbeständig ist und die Haftfestigkeit der Klammer mit einem Zahnhaftmittel selbst nach ausgedehnter Lagerung der Klammer erhöht.

12. Lagerbeständige kieferorthopädische Kunststoffklammer, die nach dem Verfahren nach Anspruch 6 hergestellt ist.

13. Lagerbeständige kieferorthopädische Kunststoffklammer, die nach dem Verfahren nach Anspruch 11 hergestellt ist.