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Die
Erfindung betrifft einen aus Kompositmaterial bestehenden Zahnstift
des Typs, der ausgebildet ist, um mittels eines photopolymerisierbaren
Klebstoffes in einer Zahnwurzel befestigt zu werden, sowie ein Verfahren
zu dessen Herstellung.
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Es
ist bekannt, dass in der Zahntechnik, um entpulpte Zähne wiederherzustellen,
Stifte verwendet werden, die im Wurzelkanal des Zahns befestigt
werden und die als Träger
für dessen
externe Wiederherstellung dienen. Allgemein bestehen derartige Stifte
aus unterschiedlichen Metallen, insbesondere rostfreiem Stahl, wobei
diese Metalle den Nachteil aufweisen, dass sie häufig Korrosionsphänomene bedingen.
Im Übrigen
besteht bei diesen Stiften die Tendenz, insbesondere aufgrund der
großen
Differenz zwischen deren Querelastizitätsmodul und demjenigen des
Dentins, in das sie implantiert sind, dass sie sich mit der Zeit
von diesem trennen.
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Um
diese verschiedenen Nachteile zu beseitigen, wurde vorgeschlagen,
Zahnstifte aus einem Kompositmaterial zu realisieren, d. h. aus
einem Material, das im Wesentlichen aus synthetischen Fasern besteht, die
in ein Kunstharz, und insbesondere ein Epoxidharz, eingebettet sind.
Um diesem Kompositmaterial die mechanische Beständigkeit zu verleihen, die
zum Abfangen der Kaukräfte,
die auf den Stift insbesondere in Längsrichtung einwirken, erforderlich
ist, wurde auf Fasern hoher Widerstandsfähigkeit wie beispielsweise Karbonfasern
zurückgegriffen,
deren Achse parallel zu der des Stiftes ist und die sich durchgehend über dessen
gesamte Länge
erstrecken. Im Übrigen
sorgt man dafür,
dass diese Stifte einen Elastizitätsmodul in Querrichtung von
annähernd
dem des Dentins haben, um dieses zu schonen, wenn, insbesondere
beim Kauvorgang, Querkräfte
auf diese Stifte ausgeübt
werden.
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Stifte
dieses Typs weisen, auch wenn sie im Hinblick auf ihre Widerstandsfähigkeit
gegenüber
verschiedenen mechanischen Belastungen vollständig zufriedenstellend sind,
den Nachteil auf, dass sie sich als durchlässig gegenüber Röntgenstrahlen erweisen, was
ihre leichte Auffindbarkeit durch die behandelnde Person verhindert.
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Beim
Stand der Technik wurden verschiedene Mittel vorgeschlagen, die
für eine
Undurchlässigkeit
gegenüber
Röntgenstrahlen
dieser Stifte sorgen.
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Im Übrigen ist
bekannt, dass die Befestigung von Zahnstiften im Wurzelkanal eines
Zahnes mittels photopolymerisierbaren Klebstoffen durchgeführt werden
kann, d. h. synthetischen Monomeren, deren Polymerisationsreaktion
durch eine Lichtstrahlung hervorgerufen wird, deren Wellenlänge im sichtbaren
Bereich liegt. Derartige Klebstoffe sind insbesondere bei der Zahntechnik
vorteilhaft, da sie der behandelnden oder ausführenden Person erlauben, die
Polymerisationsreaktion ganz genau im gewünschten Moment zu aktivieren.
Jedoch ist der Einsatz von derartigen polymerisierbaren Klebstoffen
meistens schwierig, da es besonders schwierig ist, die Ausleuchtung
des Wurzelkanalgrundes so ausreichend zu realisieren, dass eine
Wirksamkeit gegeben ist.
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Daher
wurde vorgeschlagen, auf aus einem transparenten Material bestehende
Stäbe zurückzugreifen,
die geeignet sind, die Lichtstrahlung zu transportieren, die für das Auslösen der
Polymerisationsreaktion des Klebstoffes benötigt wird.
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Es
wurde jedoch festgestellt, dass derartige Stifte, auch wenn sie
eine gute Polymerisation gewährleisten,
im Übrigen
im Allgemeinen zu schwache mechanische Eigenschaften aufwiesen,
was diese für
die gewünschte
Verwendung ungeeignet machte.
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Aus
der Anmeldung WO 9615759 ist ein aus einem Kompositmaterial bestehendes
Profilelement bekannt, das ein Protheseelement und insbesondere
einen Zahnstift bilden soll, und das einen aus Längsfasern bestehenden Kern
aufweist, der in eine Harzmatrix eingebettet ist, wobei diese Harzmatrix
mindestens ein Metalloxid enthält.
Gemäß dieser
Anmeldung können
die Metalloxide, die dem Protheseelement eine Undurchlässigkeit
gegenüber
Röntgenstrahlen
verleihen sollen, auch in den Fasern angeordnet sein.
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Die
Erfindung hat zum Ziel, einen Zahnstift aus Kompositmaterial vorzuschlagen,
der gleichzeitig über die
drei für
einen Zahnstift idealen Eigenschaften verfügt, und zwar eine mechanische
Beschaffenheit, die ihm die Erfüllung
seiner eigentlichen Funktion ermöglicht,
eine Durchlässigkeit
für sichtbares
Licht, die das Passieren der Lichtstrahlung ermöglicht, die für die Durchführung der
Polymerisationsreaktion des Klebstoffes benötigt werden, und eine Undurchlässigkeit
in Bezug auf eine Ausbreitung von Röntgenstrahlen.
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Das
Ziel der Erfindung ist daher ein Zahnstift aus einem Kompositmaterial
des Typs, welcher einen Kern aufweist, der aus Fasern gebildet ist,
die in eine Harzmatrix eingebettet sind, wobei diese Fasern, die
einen Brechungsindex haben, für
Röntgenstrahlen
undurchlässig
sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterschied zwischen dem
Brechungsindex der Fasern und dem Brechungsindex des Harzes weniger
als 0,15 beträgt.
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Vorzugsweise
beträgt
der Volumenanteil der Fasern im Zahnstift weniger als 70 %.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird der Brechungsindex des verwendeten Harzes bezüglich des
Brechungsindex der Fasern angepasst. Daher wird, falls der Brechungsindex
des Harzes bezogen auf den der Fasern zu gering ist, dieser Brechungsindex
durch Zusetzen von Füllstoffen
erhöht,
beispielsweise von amorphem Silica oder anderen Verbindungen wie
beispielsweise gewissen Oxiden und insbesondere Metalloxiden. Falls
der Brechungsindex des Harzes zu groß ist, ist es möglich, diesen
durch Verdünnen
des Kunstharzes in einem Lösungsmittel
zu verringern.
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Es
ist auch möglich,
den Brechungsindex des Harzes bezogen auf den der Fasern durch Vermischen von
zwei unterschiedlichen Harzen, die untereinander kompatibel sind
und die relativ stark unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen,
anzupassen, wodurch durch dieses Vermischen ein spezieller gewünschter
Brechungsindex erzielt werden kann, der zwischen den äußeren Grenzen
der beiden Harze liegt. Vorzugsweise liegt bei mindestens einem
dieser Harze der Brechungsindex oberhalb des Brechungsindex der
Fasern.
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Das
Ziel der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines
Zahnstiftes des Typs, der einen Kern aus für Röntgenstrahlung undurchlässigen Fasern
aufweist, die sich von einem Ende des Zahnstiftes zum anderen erstrecken
und die in eine Harzmatrix eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet,
dass es folgende Schritte umfasst:
- – Verwenden
einer minimalen Fasermenge, die geeignet ist, dem Zahnstift einesteils
die mechanischen Eigenschaften und anderenteils den gewünschten
Grad an Undurchlässigkeit
gegenüber
Röntgenstrahlen
zu verleihen,
- – Verwenden
eines Harzes zur Bildung der Matrix, wobei der Unterschied von dessen
Brechungsindex zum Brechungsindex der Fasern weniger als 0,15 beträgt.
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Nachfolgend
werden, beispielhaft und nicht einschränkend, verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben.
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BEISPIEL 1
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Bei
einer ersten Ausführungsform
der Erfindung werden Zahnstifte ausgehend von Kunstfasern vom AR-Typ
(Alkali beständiger
Typ) realisiert, wobei es sich um Fasern handelt, die, aufgrund
ihrer guten langfristigen chemischen Beständigkeit gegenüber sauren
und alkalischen Angriffen, im Bausektor verwendet werden. Diese
gute Beständigkeit
wird ihnen durch das Zirkondioxid verliehen, das sie in einer Menge
von 16 % enthalten. Es wurde festgestellt, dass das Zirkondioxid
diese Fasern strahlenundurchlässig
macht, wenn man diese mit Röntgenstrahlen
bestrahlt. Ihr Brechungsindex liegt bei 1,562 bei Bestrahlung mit
einer der Natrium-Linie entsprechenden Strahlung. Mit Hilfe dieser
Fasern wird eine Kompositstange gebildet, und zwar unter Verwendung
eines Harzes, da aus 55 Gew.-% eines modifizierten Epoxidharzes
und 45 Gew.-% eines Lösungsmittels/Verdünnungsmittels
besteht, dessen Brechungsindex 1,546 beträgt (im sichtbaren Bereich bei 20°C). Bei dieser
Stange waren die Fasern in Längsrichtung
orientiert ausgerichtet und verliefen über die gesamte Länge der
Stange. Eine derartige Stange enthielt 64 Vol.-% Fasern und 36 Vol.-%
Harz. Die Stange wurde dann zerschnitten, um Zahnstifte von ca.
20 mm Länge
zu erzeugen.
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Dann
wurden diese Stifte geprüft,
und zwar sowohl im Hinblick auf ihre Undurchlässigkeit gegenüber Röntgenstrahlen
als auch bezüglich
ihrer Transparenz, d. h. ihre Fähigkeit,
die für
die Polymerisierung eines Klebstoffes benötigte Lichtenergie vom vorderen
Ende zum hinteren Ende durchzulassen.
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Daher
wurde ein mit einem derartigen Stift versehener Zahn einer Strahlung
ausgesetzt, die von einem üblicherweise
in einer Zahnarztpraxis verwendeten Röntgengerät geliefert wird (75 kV Exposition
0,06), und es wurde festgestellt, dass ein derartiger Stift auf
den erhaltenen Bildern perfekt erkennbar war.
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Dann
wurde am Ende dieses Stiftes ein photopolymerisierbarer Klebstoff
angeordnet und um dessen in Bestrahlungsrichtung vorderen Teil wurde
eine undurchlässige
Abschirmung angebracht, derart, dass mit einem geeigneten Gerät nur das
in Bestrahlungsrichtung vordere Ende des Stiftes bestrahlt wurde.
In dieser Weise wurde dieses Ende 40 Sekunden lang bestrahlt, und
es wurde festgestellt, dass eine vollständige Polymerisation des Klebstoffes
erfolgt war.
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In
Bezug auf die mechanischen Eigenschaften der auf diese Weise erzielten
Zahnstifte, wurden die folgenden Werte gemessen:
| – Biegebruchspannung: | 1.570
MPa |
| – Elastizitätsmodul
in Längsrichtung: | 47
GPa |
| – Biegeelastizitätsmodul: | 49
GPa |
| – Abscherspannung: | 66
MPa |
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Somit
wurde festgestellt, dass diese Eigenschaften eine große mechanische
Qualität
dieser Stifte garantieren.
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BEISPIEL 2
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Es
wurden Zahnstifte ausgehend von identischen Basisbestandteilen wie
im vorhergehenden Fall realisiert, wobei lediglich die Anteile an
Fasern und Harz verändert
wurden, wobei 43 Vol.-% Fasern und 57 Vol.-% Harz verwendet wurden.
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Die
mit den Stiften ausgeführten
Versuche haben gezeigt, dass deren Verarbeitung aufgrund der besseren
Fluidität
des Produktes einfacher war. Ebenfalls wurde festgestellt, dass
ihre Transparenz bezogen auf die der zuvor erzielten Stifte stark
verbessert war. Im Übrigen
wurde festgestellt, dass diese Stifte über eine gute Lösungsmittelbeständigkeit
verfügten.
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Die
mechanischen Eigenschaften sind gegenüber den vorhergehenden Werten
geringfügig
schwächer,
sind jedoch weiterhin für
die gewünschten
Anwendungen sehr zufriedenstellend:
| – Biegebruchspannung: | 972
MPa |
| – Elastizitätsmodul
in Längsrichtung: | 33
GPa |
| – Biegeelastizitätsmodul: | 40
GPa |
| – Abscherspannung: | 54
MPa |
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BEISPIEL 3
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Eine
der Schwierigkeiten bei der Realisierung der Erfindung liegt darin
begründet,
dass man Fasern und Harz benötigt,
die sehr eng beieinanderliegende Brechungsindizes haben. Bei der
vorliegenden Ausführungsform
wurden zwei Basisharze verwendet, die vermischt wurden, wobei das
eine dieser Harze einen Brechungsindex oberhalb des gewünschten
Wertes und das andere einen Brechungsindex unterhalb von diesem aufweist.
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Somit
wurde ein Harz verwendet, das zu einem ersten Teil aus 45 Gew.-%
eines Bisgma-Harzes besteht, dessen Brechungsindex, gemessen im
sichtbaren Bereich bei 25°C,
1,550 beträgt,
zu einem zweiten Teil aus 45 Gew.-% eines Triethylenglykol-Dimethacrylat-Harzes,
dessen Brechungsindex, gemessen im sichtbaren Bereich bei 20°C, den Wert
1,460 hat, und zu einem dritten Teil aus 10 % kolloidalem Silica.
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Es
wurde ein Harz erzielt, dessen Brechungsindex den Wert 1,510 hat.
Ein derartiges Harz kann vorteilhaft mit Fasern verwendet werden,
deren Brechungsindex benachbart zu einem derartigen Wert liegt.
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Im Übrigen wurde
festgestellt, dass durch das Zusetzen des Silica der Effekt erzielt
wurde, das einesteils dem Harz oder der Harzmischung eine thixotrope
Beschaffenheit verliehen wurde, was den Vorgang der Fertigung des
Stiftes erleichtert, insbesondere den Zieh-Strangpress- oder Formgießvorgang,
und zum anderen, dass der Wert des Brechungsindex geringfügig vergrößert wird,
was eine genaue Anpassung des Wertes von diesem bezogen auf den
Brechungsindex der Fasern ermöglicht,
die man verwenden möchte.
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BEISPIEL 4
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung erfolgte die Realisierung der Zahnstifte unter Beibehaltung des
Fasertyps und unter Verwendung eines Polyesterharzes. Dieses Harz
hatte nach dem Zusetzen des Verdünnungsmittels
einen Brechungsindex von 1,546 (im sichtbaren bei 20°C). Wie zuvor
wurden die Fasern in Längsrichtung
orientiert und sich über
die gesamte Länge
einer Stange erstreckend angeordnet, und es wurden 64 Vol.-% Fasern
auf 36 Vol.-% Harz verwendet. Die Stange wurde danach zerschnitten,
um Zahnstifte von ca. 20 mm Länge
zu erzeugen.
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Die
Prüfung
ergab eine gute Undurchlässigkeit
dieser Stifte gegenüber
Röntgenstrahlen
und eine gute Transparenz, d. h. eine gute Fähigkeit, um die für die Polymerisation
eines photopolymerisierbaren Klebstoffes benötigte Lichtenergie vom vorderen
zum hinteren Teil durchzulassen.
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In
Bezug auf die mechanischen Eigenschaften der auf diese Weise erzielten
Zahnstifte wurden die folgenden Werte gemessen:
| – Biegebruchspannung: | 1.476
MPa |
| – Elastizitätsmodul
in Längsrichtung: | 41
GPa |
| – Biegeelastizitätsmodul: | 49
GPa |
| – Abscherspannung: | 68
MPa |
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Somit
wurde festgestellt, dass diese Eigenschaften eine gute mechanische
Qualität
dieser Stifte zeigen.
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BEISPIEL 5
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Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung wurden Zahnstifte unter Beibehaltung des Fasertyps
und unter Verwendung eines Bisphenol-A-Epoxidharzes zusammen mit
einem Verdünnungsmittel,
das seinerseits aus einem Methacrylatharz bestand, dessen Brechungsindex
1,539 betrug (im sichtbaren bei 25°C). Dieses Harz mit zugesetztem
Verdünnungsmittel
hatte einen Brechungsindex von 1,556 (im sichtbaren bei 20°C). Wie bei
den vorhergehenden Beispielen wurden die Fasern in Längsrichtung
orientiert und sich über
die gesamte Länge
einer Stange erstreckend angeordnet, und es wurden 60 Vol.-% Fasern
auf 40 Vol.-% Harz verwendet. Die Stange wurde danach zerschnitten,
um Zahnstifte von ca. 20 mm Länge
zu erzeugen.
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Die
Prüfung
ergab eine gute Undurchlässigkeit
dieser Stifte gegenüber
Röntgenstrahlen
und eine gute Transparenz.
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Die
gemessenen Werte von deren mechanischen Eigenschaften waren folgende:
| – Biegebruchspannung: | 1.468
MPa |
| – Elastizitätsmodul
in Längsrichtung: | 45
GPa |
| – Biegeelastizitätsmodul: | 49
GPa |
| – Abscherspannung: | 64
MPa |
und zeigten die hervorragende mechanische Beschaffenheit
dieser Zahnstifte.