FI90972C - Alumiinioksidiesineille tarkoitettu liiman pohjustusaine - Google Patents

Description

i 90972

Alumiinioksidiesineille tarkoitettu liiman pohjustusaine

Tama keksintd koskee alumiinioksidiesineiden, kuten hampaanoikomistelineiden liiman pohJustusta.

5 On ehdotettu kaytettavaksi kiteisesta alumiinioksi- dista (safiirista) valmistettuja hampaanoikomistelineita. Tailaisia telineita on kuvattu US-patenttijulkaisussa 4 639 218.

Hampaanoikaisutelineet sidotaan tavallisesti suo-10 raan hampaisiin akryyliliimalla. On osoittautunut vaikeak-si saada riittavaa sidoslujuutta akryyliliimojen ja ki-teisten alumiinioksiditelineiden vaiille, jotta varmis-tettaisiin, etteivat telineet irtoa normaalissa kaytdssa.

Erasta lahestymistapaa sidoslujuuden parantamisek-15 si kiteista alumiinioksidia olevien hampaanoikaisuteli- neiden ja akryyliliimojen vaiilia on kuvattu US-patentissa nro 4 595 598 ja US-patentissa nro 4 681 538. Tama lahes-tymistapa oli muodostaa ohut tarttuva paailyste piipitoi-sesta materiaalista, kuten piidioksidista alumiinioksidin 20 pinnalle. Piidioksidipaailyste parantaa alumiinioksidin sidoslujuutta akryyliliimoihin, varsinkin kun ne pohjuste-taan silaanisidosaineella. Erikoismenetelmia piipitoisen paallysteen muodostamiseksi, jotka on kuvattu mainituissa julkaisuissa, ovat katodisputterointi, plasmakerrostus ja 25 elektronisadehaihdutus.

Tama keksintd kohdistuu parannettuun menetelmaan piipitoista materiaalia olevan ohuen, tarttuvan paallysteen muodostamiseksi alumiinioksidin pinnalle, edullises-ti kiteisen alumiinioksidin pinnalle, mika parantaa si-30 doslujuutta akryylitartuntaliimoihin.

KeksinnOn kohteena on menetelma olennaisesti piidi-oksidia olevan paallysteen valmistamiseksi alumiinioksidiesineiden pinnalle taman pinnan tartuntalujuuden paranta-miseksi akryyliliimoihin. Menetelmaile on tunnusomaista, 35 etta 2 a) aikaansaadaan alumiinioksidiesine, jossa on si-dospinta; b) paailystetaan sidospinta orgaanisella piiyhdis-teelia; ja 5 c) asetetaan vaiheen b) tuote korotettuun lampOti- laan hapettavaan atmosfååriin orgaanisen piiyhdisteen or-gaanisen osan pyrolysoimiseksi, jolloin saadaan alumiinioksidiesine, jonka sidospinta on paailystetty koostumuk-sella, joka sisaitaa piidioksidia.

10 Norling et al. selostavat US-patentissa nro 4 364 731 oksidikerroksen kuten alumiinioksidin tai pii-dioksidin kerrostamista alustalle sen tartuntasidoksen parantamiseksi polymeereihin.

Akryylipohjaiset hampaanoikomistelineiden liimat 15 ovat tunnettuja, kuten Johnston US-patentissa nro 4 363 624 ja Orlowski et al. US-patentissa nro 4 479 782 ovat kuvanneet.

US-patentissa nro 4 600 390, mydnnetty nimilia Gobel et al. selostetaan piin ja hiilen seoksen muodos-20 taman pSSllysteen kerrostamista liekkihydrolyysilia me-talliselle hammasproteesille tartuntaa edistSvSksi kerrok-seksi.

TSmSn keksinndn pSSuutuus sisåltyy vaiheeseen, jossa påållystetSån alumiinioksidiesineen sidospinta or-25 gaanisella piiyhdisteelia ja pyrolysoidaan sitten paai- lyste (ilmassa tai muussa hapettavassa atmosfaarissa) paailysteessa olevien orgaanisten osien haihduttamiseksi, jolloin jaijelle jaa piipitoista materiaalia oleva paai-lyste, joka on paaasiassa piidioksidia. Orgaanisia piiyh-30 disteita, joita voidaan kayttaa tahan tarkoitukseen, ovat organosilaaniyhdisteet, kuten ne, joita kaytetaan kiinni-tysaineina, silikaattiesterit ja muut orgaaniset piiyhdis-teet. Tyypillisia valaisevia esimerkkeja ovat gamma-metak-ryylipropyylitrimetoksisilaani, gamma-aminopropyylitrime-35 toksisilaani, vinyylitrietoksisilaani, allyylitrimetoksi- 90972 3 silaani, dimetyylidietoksisilaani, dihydroksidifenyylisi-laani, trietoksisilaani, trimetoksisilaani, trietoksisila-noli, 3-(2-aminoetyyliamino)propyylitrimetoksisilaani, gamma-glysidoksipropyylitrimetoksisilaani, metyylitrime-5 toksisilaani, vinyylitriasetoksisilaani, vinyyli-tris-(2-metoksietoksi)silaani, metyylitrietoksisilaani, tetraetyy-liortosilikaatti, tetrametyyliortosilikaatti ja vastaavat yhdisteet.

Orgaaninen piiyhdiste levitetaan sidospinnalle mil-10 13 tahansa sopivalla menetelmaiia. Esimerkiksi alumiiniok- sidiesine voidaan a) upottaa orgaanisen piiyhdisteen liuokseen orgaanisessa liuottimessa, b) poistaa liuokses-ta ja c) saattaa kohtuullisesti korotettuun lampOtilaan liuottimen haihduttamiseksi, jolloin jéljelle j33 orgaa-15 nista piiyhdistetta oleva påSllyste esineen koko pinnalle (sidospinta mukaanluettuna). Ennen paailystysvaihetta esi-ne tulee perusteellisesti puhdistaa ja kuivata orgaanisen piiyhdisteen tartunnan parantamiseksi alumiinioksidin pin-taan.

20 Sen jaikeen, kun liuotin on haihdutettu, paailys- tetyt esineet saatetaan pyrolyysivaiheeseen hapettavassa atmosfaarissa, kuten ilmassa orgaanisen piiyhdisteen orgaanisen osan haihduttamiseksi ja paailysteen jattamiseksi jaijelle, joka on olennaisesti piidioksidia, alumiinioksi-25 diesineen sidospinnalle. Pyrolyysivaiheessa kaytetyt eri-koisolosuhteet eivat ole kriittiset; tarkeita tekijOita ovat tarpeeksi korkean lampOtilan kayttO orgaanisessa pii-yhdisteessa olevien orgaanisten osien haihduttamiseksi ("poispolttamiseksi") ja vaiheen jatkaminen riittavan 30 ajanjakson ajan olennaisesti kaikkien orgaanisten osien haihduttamiseksi ja 13sna olevan piin muuttamiseksi piidi-oksidiksi. Rutiinikokeilu riittaa kussakin tapauksessa kaytettavien parhaiden olosuhteiden maarittamiseksi.

Seuraavassa olevassa kokeellisessa osassa kuvataan 35 taman keksinnOn erikoistoteutusmuotoja, joissa alumiini- 4 oksidiesine on kiteista alumiinioksidia oleva hampaanoiko-misteline ja jossa sidospinta (ts. alustaan sidottava pin-ta) on telineen hampaaseen koskettava pinta.

Yleiset menettelyt 5 A. Puhdistusmenettely 100 ml KOH:n 45-%:ista vesiliuosta panostetaan 200 ml:n dekantterilasiin. 5-40 safiiria olevaa hampaan-oikomistelinetta lisataan ja sekoitetaan magneettisesti 80 °C:ssa tunnin ajan. Telineet kerataan seulalle ja pes-10 tS&n ioninvaihdetulla vedelia. Telineet kerataan jalleen seulalle ja sekoitetaan 100 ml:ssa 3-%:ista H3P04:n vesiliuosta (200 ml:n dekanterilasissa) 80 °C:ssa tunnin ajan. Telineet kerataan seulalle happoliuoksesta, pestaan ioninvaihdetulla vedelia ja niita sekoitetaan 100 ml:ssa ionin-15 vaihdettua vetta 80 °C:ssa tunnin ajan. Telineet kerataan lopuksi jalleen seulalle.

B. Lammitysmenettely I

Puhdistusmenettelysta saatuja safiiritelineita lammi tetaan uunissa 350 °C:ssa 16 tunnin ajan. Ne poistetaan 20 ja varastoidaan vaiittdmasti eksikaattoriin, joka sisai-taa kuivausaineita, kuten "drieriittia".

C. Lammitysmenettely II

Sama kuin edelia paitsi, etta lammitysolosuhteet muutetaan 600 °C:seen 1 tunniksi.

25 D. Safiiritelineet

On kaytetty kahta tyyppia safiirikoekappaleita: a. Telineet - Safiiria olevat hampaanoikomisteli-neet, joissa on lankaurat ja tukiulokkeet yiapuolella ja lieva kaarevuus pohjalla; ja 30 b. Suikaleet - Safiirikappaleita, joilla on samat mitat kuin telineilia, mutta joiden yiapuolella ja pohjalla on vain tasopinnat.

Koska naiden kahden tyypin sidoslujuudet ovat oleellisesti yhta suuret, molemmista kaytetaan nimitysta 35 "telineet".

90972 5 E. Lankaverkkoalusta

Sellaisen terassylinterin tasopinnalle, jonka hal-kaisija on 10 mm ja korkeus 20 mm, juotetaan tasomalnen lankaverkko (mesh-koko 60), jonka koko on 6 x 6 cm. Tata 5 alustaa kaytetaån safiiritelineiden sitomiseen. Lankaverkko saa aikaan mekaanisen lukituksen hampaanoikaisuliimaan. Alustan ja safiirin muodostamaa kokoonpanoa testataan sit-ten sidoslujuuden suhteen Instron-vetokokeella.

TStS menettelya kaytetaan takaamaan, etta mitattu 10 sidoslujuus on safiirin ja akryyliliiman valinen eika lii- man ja terassylinterialustan valinen.

F. Silaaniliuos 250 ml:n laajasuisessa polyeteenipullossa olevaan 84 g:n isopropyylialkoholimaaraan lisataan 2 g gammametak-15 ryylioksipropyylitrimetoksisilaania ("A-174-silaani", val- mistaja Union Carbide), 6 g ioninvaihdettua vetta ja 8 g jaaetikkaa. Kun pullo on suljettu, sisaltoa sekoitetaan pydrittamaiia ja pullo asetetaan 37 °C:ssa olevaan vesihau-teeseen. Silaaniliuosta voidaan kayttaa 2-23 tunnin ai-20 kana valmistuksen jalkeen.

G. Yksinkertainen pohjustusprosessi

Telineet, jotka ovat kayneet 13pi puhdistusmenette-lyn ja lammitysmenettelyn I (tai lammitysmenettelyn II), poistetaan eksikaattorista ja lisataan dekantterilasiin, 25 joka sisaitaa silaaniliuosta (η. 1 - 2 ml liuosta telinet-ta kohti). 10 minuutin kuluttua telineet kerataan seulal-le ja siirretaan alumiiniseen kuivausmaljaan. Maljaa pide-taan sitten eksikaattorissa (ei kuivausainetta) 30 minuut-tia. Pohjustetut telineet lammitetaan taman jalkeen pakko-30 kiertouunissa 110 °C:seen 1 tunnin ajaksi liuottimen haih-duttamiseksi ja silaanin kovettamiseksi, kuten alalia on tapana. Telineita sailytetaan sitten eksikaattoreissa.

H. Pyrolyysivaihe

Telineita, jotka on kertaalleen pohjustettu, lam-35 mitetaan lammitysmenettelyn I tai lammitysmenettelyn II

6 mukaisesti. Kun låmmitysmenettely I tai II (molemmat suo-ritetaan ilmassa) suoritetaan pohjustetuilla telineilia, se pyrolysoi tehokkaasti silaanin koko orgaanisen osan jattSen jåljelle paailysteen, joka on olennaisesti pii-5 dioksidia. Telineet, joilla on olennaisesti piidioksidia oleva paallyste, voidaan saattaa sitten toiseen pohjus-tukseen A-174-silaanilla ("Kaksinkertainen pohjustus”). Toista pohjustuskerrosta kåytetaan sitten tavanomaiseen tapaan kiinnitysaineena.

10 Sidoslujuuden testaus

Kemiallisesti kovettuvan hampaanoikaisuliiman (esim. "Achieve", jota markkinoi Johnson & Johnson Dental Product Company tai "Concise", jota markkinoi 3 M) kaksi pastaa sekoitetaan keskenaan ja pieni måårå levitetaan 15 pohjustetun safiiritelineen pohjalle, jota painetaan sitten lankaverkkoalustaa vasten 1 minuutin ajan. Sidottuja pareja sailytetaan sitten vedessS 37 °C:ssa 16 tunnin ajan. Instron-vetokonetta kåytetaan sidosten leikkauslujuuden mittaamiseen palkin nopeudella 0,5 mm/min.

20 Naissa kokeissa kaytetty akryyliliima oli "Achieve" akryyliliima, joka sisaitaa bis-GMA:a, bisfenoli A-dimet-akrylaattia, trietyleeniglykolidimetakrylaattia ja pii-dioksiditayteainetta.

Leikkauslujuustesti suoritetaan Instron-vetokoneel-25 la seuraavasti:

Lankaverkkoalusta, johon safiiriteline on sidottu, kiinnitetaan lujasti Instron-vetokoneeseen. Instronlait-teesta tuleva sauva saatetaan painamaan telineen sivua vasten nopeudella 0,5 mm/min, kunnes teline irtoaa lanka-30 verkosta. Voima, joka vaaditaan irrottamaan teline lanka-verkosta, rekisterbidaån sitten MPa-yksik6issa.

Koetulokset

Esimerkki 1 (tarkistus) 12 pohjustumatonta safiiritelinetta kavi lapi puh-35 distusmenettelyn, lammitysmenettelyn I ja sidoslujuuden testausvaiheen. Saatu keskimaarainen leikkauslujuus oli 3,6 MPa (standardipoikkeama 2,6 MPa).

90972 7

Esimerkki 2 (tarkistus) 22 saf iiritelinetta kasiteltiin puhdistusmenettelyn ja lammitysmenettelyn I mukaan ja pohjustettiin sitten A-174-silaanilla tavanomaisella tavalla. Yksinkertaisen 5 pohjustuksen aikana puolet telineesta (ryhma A) kuivattiin ja lammitettiin (110 °C:ssa 1 tunti) pohjat yldspain, kun taas toisen puolen (ryhman B) pohjat olivat alaspain. Si-doslujuuden testaus osoitti, etta ryhman A leikkauslujuu-det olivat 12,3 MPa (standardipoikkeama 7,7 MPa) ja ryhman 10 B leikkauslujuudet olivat 16,7 MPa (standardipoikkeama 5,3 MPa).

Esimerkki 3 (tarkistus)

Identtinen esimerkin 2 kanssa paitsi, etta lammi-tysvaihe (ennen pohjustusta) muutettiin lammitysmenette-15 lyksi II (600 “C/l h). Keskimååråiset leikkauslujuudet olivat: ryhma A, 8,8 MPa (standardipoikkeama 5,1 MPa) ja ryhma B, 17,8 MPa (standardipoikkeama 6,5 MPa).

Esimerkki 4

20 safiiritelinetta kavi ldpi puhdistusmenettely-20 ja lammitysmenettely I (350 °C/16 h) vaiheet ja sen jai-keen ne pohjustettiin yhteen kertaan. Kaksinkertainen poh-justus suoritettiin sitten sen jaikeen, kun kovetettu si-laanipaailyste oli ensin pyrolysoitu lammittamaiia ker-taalleen pohjustettuja telineita 350 °C:ssa 16 tuntia il-25 massa. Leikkauslujuustestit osoittivat, etta ryhman A

(pohjat ylOspain) sidoslujuudet olivat 25,7 MPa (standardipoikkeama 6,9 MPa) ja ryhman B (pohjat alaspain) sidoslujuudet olivat 24,9 MPa (standardipoikkeama 11,3 MPa).

Esimerkit 5-7 30 Suoritettiin kolminkertaiset kokeet kayttaen 13m- mitysmenettelya II (600 °C/1 h) ensimmaisen kovetetun si-laanipaailysteen pyrolysoimiseksi, mita seurasi kaksinkertainen pohjustus. Leikkaussidoslujuudet esitetaan seu-raavassa.

8

Ryhmå A (pohjat Ryhma B (pohjat ylOs) alas) K.a Stand.poikk. K.a Stand.poikk. Eslmerkki 5, MPa 36,0 8,2 30,1 7,1 5 Esimerkki 6, MPa 29,6 6,9 31,7 10,6

Eslmerkki 7, MPa 28,2 8,6 30,8 7,6

Eslmerkki 8 (tarklstus) 18 safiiritelinetta kavi 13pi yksinkertaisen poh-justuksen ja niita lampdjaksotettiin vedesså vaiilia 10 0 °C/30 s ja 60 °C/30 s. 700 jakson jalkeen keskimaarainen leikkaussidoslujuus oli 11,6 MPa (standardipoikkeama 5,8 MPa). Keskimaarainen sidoslujuus sen jalkeen, kun telinei-tå oli pidetty vedesså 37 °C:ssa 16 tuntia, oli 18,6 MPa (standardipoikkeama 4,3 MPa).

15 Esimerkki 9 22 safiiritelinetta, jotka kavivat lapi kaksinker-taisen pohjustusmenettelyn suorittaen lammitysmenettelyn II (ilmassa) kahden pohjustusvaiheen vaiilia, sidottiin lankaverkkoalustoihin ja niita lampOkasiteltiin vaiilia 20 0 °C/30 s ja 60 °C/30 s. 1000 jakson jalkeen keskimaarainen leikkaussidoslujuus pysyi olennaisesti muuttumattomana arvossa 35,7 MPa (standardipoikkeama 11,3 MPa).

Esimerkki 10 (tarkistus)

Kvartsin (piidioksidin)-palaset, joiden dimensiot 25 olivat samat kuin safiiritelineilia, kavivat lapi puhdis-tusmenettely-, lammitysmenettely II-, yksinkertaisen poh-justus- ja sidoslujuuden testausvaiheet. Tulokset olivat seuraavat: ryhma A (pohjat ylOspain) 19,6 MPa (standardipoikkeama 9,4 MPa) ja ryhma B (pohjat alaspain) 21,4 MPa 30 (standardipoikkeama 4,5 MPa).

Esimerkki 11 (vertailu - kuvaa tunnettua menetel- maa)

Safiiritelineiden pohjat paailystettiin sputteroi-malla piidioksidilla. 24 tailaista telinetta pohjustet-35 tiin kertaalleen ja sidoslujuudet maaritettiin. Tulokset li 90972 9 osoittivat, ettfl ryhman A (pohjat ylOspain) leikkauslu-juudet olivat 26,1 MPa (standardipoikkeama 9,0 MPa) ja ryhman B (pohjat alaspain) leikkauslujuudet olivat 22,2 MPa (standardipoikkeama 7,5 MPa).

5 Esimerkki 12

Neljaa pydreaa safiirikiekkoa, joiden halkaisija oli 6 mm ja paksuus 2 mm, kasiteltiin seuraavasti esite-tyssa jarjestyksessa: N3y- Puhdis- Lammitys Yksinkert. Lammitys Yksinkert.

10 te tus I pohjustus II pohjustus 1 kylia kylia ei ei ei 2 kylia kylia kylia ei ei 3 kylia kylia kylia kylia ei 4 kylia kylia kylia kylia kylia 15

Naytteet analysoitiin ESCA-menetelmaiia (kemial- liseen analyysiin tarkoitettu elektronispektroskopia) 285 elektronivoltin arvolla.

Tulokset osoittivat, etta safiirin pinnalla pii-20 atomien (pohjustusaineesta) ja aluminiatomien (safiirista) vaiiset suhteet ovat seuraavat:

Nayte Si/Al 1 0,000 25 2 0,0460 3 0,1966 4 0,2376

Tata keksintda kaytetaan alumiinioksidiesineiden, 30 erityisesti kiteisten alumiinioksidiesineiden ja edulli-semmin kiteisen alfa-alumiinioksidin yhteydessa.

Tassa kaytettyna termin "kiteinen alumiinioksidi" on tarkoitettu sisaitavan vain olennaisesti monokiteisen alumiinioksidin, ts. alumiinioksidin, joka koostuu yksin-35 kertaisesta kiteesta tai kahdesta tai useammasta yksinker- 10 taisesta kiteesta, jotka ovat kasvaneet pituussuunnassa yhteen, mutta joita erottaa suhteellisen pienikulmainen (tavallisesti 4°:n sisalla maaritettyna vierekkaisten yk-sinkertaisten kiteiden C-akselien suhteen) raeraja.

5 Taman keksinndn edullisessa kohdassa alumiinioksi- dieslne on kltelsta alumllnloksidla oleva hampaanoikaisu-teline, joka on tehty kokonaan kiteisesta alfa-alumiini-oksidista. Tailainen teline voidaan valmistaa vetamaiia ensln kiteinen alfa-alumiinitanko sulatteesta, jolla tan-10 golla on ennalta måaratty poikkileikkauskuvio, katkomalla tanko yksittaisiksi aihioiksi ja koneistamalla aihiot te-lineen muodostamiseksi. Tangon poikkileikkausmuoto on suu-nnilleen hampaanoikomistelineen poikkileikkauksen muoto otettuna tasossa, joka on kohtisuorassa telineen yia- ja 15 pohjapintoja vastaan ja on suunnilleen yhdensuuntainen telineen kahden sivupinnan kanssa.

Edullinen menettely kiteisen alfa-alumiinioksidi-tangon valmistamiseksi, jolla on ennalta maaratty poikkileikkauksen muoto, on Czochralski-prosessin EFG-muunnos 20 (tarkoittaa tarkkareunaista kalvosyOttdista kasvatusta) kiteisen alfa-alumiinioksidin kasvattamiseksi. LaBelle on kuvannut EFG-prosessia artikkelissa "EFG - The Invention and Application to Sapphire Growth"; Journal of Crystal Growth, 50, sivut 8-17 (syyskuu 1980). Katso myOs LaBel-25 len US-patentit nro 3 591 348 ja 3 870 477, LaBelle et al:n US-patentit nro 3 701 636 ja 3 915 662, ja muut pa-tentit ja artikkelit, jotka on mainittu julkaisun Journal of Crystal Growth artikkelissa.

Vaikka tata keksintoa on kuvattu aivan erityisesti 30 koskien kiteista alumiinioksidia olevien hampaanoikaisu-telineiden sitomista hampaiden pintaan akryylitartunta-liimoilla, se soveltuu minka tahansa kitesen alumiinioksi-diesineen sitomiseen mihin tahansa alustaan akryyli-liimaa kayttaen. TMllaisia muita alumiinioksidiesineita ovat ke-35 raamista polykiteista alumiinioksidia olevat hampaanoikai- il 90972 11 sutelineet kuten ne, joita ovat kuvanneet Reynolds US-pa-tenteissa 4 216 583 ja 4 322 206 ja Wallshein US-patentis-sa nro 4 219 617.

Claims (7)

1. Menetelma olennaisesti piidioksidia olevan paai-lysteen valmistamiseksi alumiinioksidlesineiden pinnalle 5 tamSn pinnan tartuntalujuuden parantamiseksi akryylilii-moihin, tunnettu siita, etta a) alkaansaadaan alumiinioksidiesine, jossa on sidospinta; b) paailystetaan sidospinta orgaanisella piiyhdis- 10 teelia; ja c) asetetaan vaiheen b) tuote korotettuun lampOti-laan hapettavaan atmosfaariin orgaanisen piiyhdisteen or-gaanisen osan pyrolysoimiseksi, jolloin saadaan alumiinioksidiesine, jonka sidospinta on paailystetty koostumuk- 15 sella, joka sisaitaa piidioksidia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta orgaaninen piiyhdiste on silaani.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta silaani on gamma-metakryylioksi- 20 propyylitrimetoksisilaani.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta alumiinioksidiesine on kiteista alumiinioksidia oleva esine.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelma, t u n-25 n e t t u siita, etta kiteinen alumiinioksidiesine on hampaanoikomisteline.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta orgaaninen piiyhdiste on silaani.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelma, t u n- 30. e t t u siita, ettå silaani on gamma-metakryylioksi- propyylitrimetoksisilaani. 90972