KR100645132B1

KR100645132B1 - 치수 안정한 결합제 시스템

Info

Publication number: KR100645132B1
Application number: KR1020017004609A
Authority: KR
Inventors: 라르스 크라프트; 리프 헤르만손
Original assignee: 독사 악티에볼락
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1999-10-08
Publication date: 2006-11-13
Also published as: BR9914430A; HK1040200B; CN1109536C; HUP0103371A2; BR9914430B1; WO2000021489A1; JP2002527366A; AU1305300A; DE69934597D1; CN1323188A; EP1121087A1; CA2342584C; RU2227012C2; US6620232B1; ES2279641T3; DE69934597T2; EP1121087B1; NO20011848D0; SE514686C2; SE9803502D0

Abstract

본 발명은 결합제상이 시멘트계 시스템을 필수 성분으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 시스템인 물질으로서, 장기간의 치수 안정 특성을 물질에 제공하기에 적합한 1종 이상의 팽창 보정 첨가제를 포함하는 물질에 관한 것이다.

Description

치수 안정한 결합제 시스템 {DIMENSION STABLE BINDING AGENT SYSTEMS}

본 발명은 결합제상이 시멘트계 시스템을 필수 성분으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질에 관한 것이다. 이러한 물질은 일차적인 용도로 치아 충전 물질로서 사용된다.

본 발명은 시멘트 시스템 유형의 결합제 시스템, 특히, 시스템 CaO-Al₂O₃-(SiO₂)-H₂O에 관한 것이다. 이러한 시스템은 특히 단단하고 거친 환경, 즉, 기계적인 응력이 높은 산성 환경을 필요로 하는 건축 산업에서 사용된다[참고문헌: R J Mangabhai, Calcium Aluminate Cements, Conference volume, E & F N Spon, London 1990]. 시스템에 기계적 파열 방법 및 진보된 분말 기술을 적용함으로써, 일반적으로 기초 시스템의 양호한 특성이 상당히 개선될 수 있다. 본 발명과 관련된 연구 및 이전의 작업(스웨덴 특허 제 463 493호 및 제 502 987호)의 결과는 치아 충전 물질로서 강하며 내산성 물질을 제공하기 위한 시스템에 대한 가능성을 제시하였다. 현존하는 어떠한 치아 충전 물질도 환자 및 치아 관리 직원에 의해 제기될 수 있는 생체 적합성, 미학 및 기능에 관한 모든 요건을 충족시키지는 못한다. 여러 가지 치아 충전 물질의 상태는 다음과 같이 결론지어질 수 있다. 아말감은 일반적으로 양호한 강도를 나타내지만, 생체 적합성 및 미학과 관련해서는 결함을 나타낸다. 플라스틱 복합체는 양호한 가공성을 나타내지만, 부식 및 침식과 관련해서는 그리고 치아 관리 직원이 취급할 때는(알레르기 문제가 발생됨) 결함을 나타낸다. 플라스틱 복합체는 경화시에 수축하여, 공극이 형성되게 하며, 일정 기간에 걸쳐 우식을 발생시킨다. 유리 이오나이머(ionimer)는 상아질 및 법랑질에 대하여는 양호한 결합성을 나타내지만, 부식 및 강도와 관련해서는 결함을 나타낸다. 실리케이트 시멘트는 양호한 압축 강도 및 미학을 나타내지만, 부식 및 강도 문제와 관련해서는 결함을 나타낸다. 여러 유형의 삽입물은 양호한 기계적 특성을 나타내지만, 가공을 요구하며 접착을 필요로 한다.

신규한 실제 치아 충전 물질에 대하여 일반적으로 취해져야 할 요건들에 대한 설명은 다음과 같다: 충치에 용이한 적용가능성을 갖는 양호한 순응성, 양호한 모델링 능력을 갖는 가공성, 치과의사 진료 후 즉시 충전 작업 및 기능화에 충분히 빠른 경화/고형화. 더욱이, 이들은 현존하는 충전 물질에 대한 강도 및 내부식성을 능가하는 높은 수준의 강도 및 내부식성, 양호한 생체 적합성, 양호한 미학, 및 물질에 알레르기를 유발시킬 수 있거나 독성이 있는 첨가제를 사용하지 않으면서 안전한 취급이 요구된다. 또한, 이들은 치수 안정성의 형태로 양호한 장시간 특성이 요구된다. 특히, 물질이 시간에 따라서 팽창하는 경우에 문제가 되는데, 이는 치명적인 치아 파열을 초래할 수 있다.

시멘트 시스템의 완전한 침투 및 이후 후속적인 치밀화가 특수 설계된 스토퍼(stopper)의 도움에 의해 이루어지는 경우, 시멘트 시스템에서의 완전한 수화(이는 치수 변화의 위험성을 줄이는 것으로 믿어졌다)가 일어날 수 있음은 이미 스웨덴 특허 제 502 987호에 기술된 바 있다. 그러나, 이러한 방법으로는 나중에 발생하며 수화시의 상전이 또는 주변 환경과의 반응(예를 들어, 증가된 함량의 이산화탄소에 의한 호기), 또는 그 밖의 반응과 관련된 치수 변화를 막지 못한다. 이들 반응 및 이와 관련된 치수 변화는 높은 치밀화도가 물질의 생성시에 사용되는 경우에 더 현저해질 수 있다. 그러나, 더욱 높은 치밀화도는 일반적으로 보다 우수한 강도를 유도하기 때문에 보편적으로 요망되고 있다.

얀 등에 의한 문헌[Characteristics of shrinkage compensation expansive cement containing pre-hydrated high alumina cement-based expansive additive, Cement and Concrete Research, Vol. 24, p267-276 (1990)]에는, 칼슘 알루미네이트의 팽창 경향을 이용하는 방법이 기술되어 있다. 이러한 문헌 및 이와 관련된 팽창성 시멘트에 관한 연구 보고서는 예를 들어 칼슘 알루미네이트를 사용하여 표준 시멘트가 덜 팽창되게 하거나 덜 수축되게 하는 가능성에 대하여 기술하고 있지만, 본 발명에 따라 적용시에 이들 결합제 시스템을 사용하기 위해 필요한, 고도로 치밀화된 시스템의 장시간 팽창의 문제 또는 매우 낮은 수준으로의 칼슘 알루미네이트의 팽창을 조절하는 문제에 대해서는 논하지 않고 있다.

본 발명의 기본 개념을 논하고 있지는 않지만 본 발명과 관련성이 있는 그 밖의 다른 연구 보고서 및 특허문헌으로는 예를 들어 SE-B-381 808호, EP-A-0 024 056호 및 EP-A-0 115 058호, DE 5 624 489호 및 US-A-4 689 080호가 있다.

본 발명의 목적은 장시간 동안 치수 안정 특성을 나타내는 상술된 유형의 물질을 제공하는 데에 있다. 이러한 물질은 또한 치아에 적용하기 위해, 상기된 바와 같이 이러한 물질에 대하여 제기된 요건들을 충족할 수 있다.

이러한 목적은 장시간 동안 물질에 치수 안정 특성을 제공하기에 적합한 1종 이상의 팽창 보정 첨가제를 포함하는 물질에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

양호한 기계적 특성 이외에, 화학적인 특성은 치아의 적용에 중요하다. 본 발명의 하나의 중요한 양태에서, 칼슘 알루미네이트 수화물을 형성시키면서 물과 반응하는 칼슘 알루미네이트, 즉, CaO(칼슘 옥사이드)와 Al₂O₃(알루미늄 옥사이드)의 이중 옥사이드(이하 CA 시스템이라 칭함)가 주요 결합제상으로 사용된다. 이러한 수화 반응은 세팅 및 경화 공정 자체를 구성한다. 칼슘 알루미네이트 시멘트에는 특히 경제적인 이유로 인해 일부 유형의 응집체(충전제 입자)가 첨가된다. 본 발명에 따르면, 알루미네이트 시멘트와 상호작용하는 상 또는 일부 다른 시멘트 시스템과 조합되거나 다공성 응집체 또는 연성 입자의 첨가에 의해 조합된 CA 시멘트 시스템의 선택으로 선형 치수 변화율이 약 0.20% 미만, 종종 0.10% 미만이 되게 할 수 있다. 특별한 경우에, 이러한 치수 변화는 0의 팽창률에 근접할 수 있다.

본 발명의 첫 번째 구체예에 따르면, CA 시스템은 단일의 주요 결합제상으로서 사용되거나, 30 부피% 이하의 함량으로 또 다른 시멘트 결합제상을 첨가하여 사용될 수도 있다. 유리하게는, 일반적인 포틀랜드 시멘트(OPC 시멘트: ordinary Portland cement) 또는 미세한 그레인 실리카를 첨가하는 것이 이용된다. 칼슘 알루미네이트 시멘트가 보다 조밀한 치밀화시에 심하게 팽창하는 경향을 갖지만, CA 시멘트와 수축 경향을 갖는 상술된 유형의 다른 상의 조합으로 치수 변화를 감소시킬 수 있다. CA 시멘트는 치아에 적용시 결합제상에서 주된 상이어야 하는데, 그 이유는 CA 상이 양호한 강도 및 내산성에 기여하기 때문이다.

치수 변화에 대한 원인과 관련된 이론으로서 스웨덴 특허 제 502 987호와 관련하여 제시된 이론, 즉, 불완전 수화가 치수 안정성의 문제 이면의 원인을 충분히 설명하지 못하는 것으로 여겨진다는 것이 분명해졌다. 본 발명의 배경은 오히려 치수 변화가 수화물 상전이와 관련되어 있다는 견해이다. 이러한 진술내용은 본 발명에 대한 제한사항으로 이해되지 않아야 하는 사항으로서, 칼슘 알루미네이트가 물의 첨가시에 용해되기 시작할 때, 겔을 형성하며, 이는 이후에 결정화하여 수화물상을 형성함을 의미한다. 후속적인 수화 반응 및 수화물 전이에 의해, 10-상, 8-상, 이 보다 더 적은 수로 규정된 그밖의 수화물 상 또는 전이 상 및 최종적으로는 6-상(katoit)으로서 여러 순수한 Ca-알루미네이트 수화물이 존재할 수 있으며, 규소 함유 첨가제의 경우에, Ca-Si-알루미네이트 수화물이 존재할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어들 10-상, 8-상 및 6-상은 화학식 단위당 각각 10, 8 및 6 결정수(crystal water)를 갖는 Ca-알루미네이트 상을 의미한다. 수화물의 상전이는 치수 변화, 특히 팽창을 야기하는데, 이러한 변화는 시멘트 물질의 장시간 평가에 의해 알 수 있다. 본 발명과 관련하여, 놀랍게도, 실리콘 함유 2차상, 바람직하게는 일반적인 소위 포틀랜드 시멘트(주요 상으로서 Ca-실리케이트를 함유하는 OPC 시멘트) 및/또는 미세한 결정상 실리카(이는 본 발명의 제 1의 바람직한 구체예를 구성한다)의 첨가시에, 원치않는 상전이가 본질적으로 피해질 수 있거나 상전이 순서가 변경될 수 있으며, 이들의 직접적인 결과로서, 치수 변화, 특히 장시간 동안의 팽창이 최소화될 수 있음이 밝혀졌다. 복잡한 수화 반응이 어떻게 일어나는지에 대한 세부 사항은 아직 완전히 밝혀져 있지 않다. Si 함유 물질의 첨가에 의해, 수화 반응이 변경되고, 이는 치수 안정한 물질을 제공한다.

놀랍게도, 2차 상의 첨가와 관련하여 바로 앞서 언급된 긍정적인 효과가 비교적 소량으로 첨가된 경우에 최적이라는 것이 밝혀졌다. 이로써, 가장 작은 팽창율은 상기 2차 상이 물질 중에 전체 함량이 바람직하게는 1 내지 20 부피%, 보다 바람직하게는 1 내지 10 부피%인 OPC 시멘트 및/또는 미세한 결정상 실리카 및/또는 일부 다른 Si 함유 상일 경우 성취되었다. 가장 바람직하게는, 상기 2차 상은 1 내지 5 부피% 함량의 OPC 시멘트 및/또는 1 내지 5 부피% 함량의 미세한 결정상 실리카이다.

놀랍게도, 시간의 경과에 따른 치수 변화, 특히 장시간 변화의 일차 원인이 수화물 전이이기 때문에, 통상적인 경도 기여 충전제 입자, 예를 들어 경질 Al₂O₃ 입자 형태의 입자가 물질에서 완전히 배제되거나 이들의 사용량을 최소화될 수 있는 것으로 또한 밝혀졌다. 이로써, 본 발명에 따른 팽창 보정 첨가제는 가능하게는 존재하는 경화 기여 충전제 입자의 임의의 효과없이 시멘트 상에 작용한다. 경화 기여 충전제 입자의 사용을 회피하거나 최소화시킬 수 있다는 사실은 추가로 종래에 팽창 관점에서 심각하게 여겨졌으며 팽창에 대해 작은 기여만을 제공하는 것에 불과한 잔류하는 미반응된 시멘트에 좌우된다. 본 발명과 관련하여, 미반응된 시멘트는 이와 반대로, 동일 반응계 충전 물질로서 긍정적으로 역할하며 물질의 요망되는 경도에 기여한다는 것이 명백하게 되었다.

본 발명의 또 다른 구체예에 따르면, 고려된 결합제 시스템의 치수 안정성은 주어진 기하학/형상, 공극률 및/또는 연화성에 따라 응집체(충전제 입자)의 첨가에 의해 완전히 조절될 수 있으며 요망하는 수준, 가장 흔하게는 낮은 수준의 치수 변화 또는 치수 변화가 전혀 없는 수준으로 조절될 수 있다. 이하에는, 치아 충전 물질용 기초 물질로서 유리하게 사용될 수 있는 시멘트 시스템 CaO-Al₂O₃-(SiO₂)-H₂O에 대한 형태가 보다 상세하게 기술되지만, 본 발명은 일반적으로 치수 안정성이 중요한 세라믹 결합제 시스템에 관한 것이다.

특정한 기하학 및 공극률에 따라 본 발명에 따른 결합제 시스템에서 응집체(충전제 입자)를 선택함으로써, 치수 안정성 뿐만 아니라 결합제상 및 응집체 사이의 결합 상태가 긍정적으로 영향을 받게 될 수 있다. 따라서, 다공성 응집체 및 그 밖의 팽창 또는 수축 보정 첨가제는 "팽창 용기"로서 작용함으로써 원하는 수준으로의 치수 변화를 조절할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명에 따른 다공성 응집체의 기능은 충전제 입자의 주어진 높은 함량 수준을 유지시키면서, 시멘트 상과의 접촉 표면을 증가시키고 이러한 접촉 표면을 보다 작은 신장 영역상에 분포시킬 수 있다. 시멘트상으로부터 유래되는 팽창은 시멘트가 그 내부에서 팽창될 수 있게 함으로써, 다공성 충전제 입자에 의해 주로 해결된다. 다공성 응집체는 유리하게는, 알루미늄 디옥사이드, 지르코늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드 또는 아연 옥사이드 또는 그 밖의 다른 옥사이드 또는 이들 옥사이드들의 혼합물과 같은 불활성 세라믹 물질일 수 있다. 공극률은 개방(open) 또는 밀폐(closed) 공극률 또는 이들이 조합된 공극률일 수 있다. 정상적인 경우에, 다공성 입자 또는 응집체는 20 내지 60%, 바람직하게는 30 내지 50%의 개방 공극률을 갖는다. 응집체의 크기는 물질의 파열 인성에 부합되게 최적으로 선택되지만, 가장 흔하게는 20㎛ 미만, 바람직하게는 5 내지 15㎛의 직경을 나타낸다. 고려된 물질에서, 작은 다공성 응집체 또는 입자는 상응하는 크기의 속이 꽉찬 입자 보다 더 미세한 표면(보다 낮은 R_a 값)을 제공한다. 응집체에서의 공극 개구는 결합제의 침투력에 맞추어져 있다. 유리하게는, 공극 개구는 5㎛ 미만, 바람직하게는 0.1 내지 5㎛, 보다 더 바람직하게는 1 내지 3㎛이다.

상술된 옥사이드의 다공성 응집체 또는 입자는 바람직하게 미세한 그레인 분말을 소결함으로써 생성되지만, 응집체 또는 입자의 다공성 상태가 유지되도록 너무 높지 않은 온도에서 소결된다. 알루미늄 옥사이드는 예를 들어 약 1500 내지 1600℃에서 유리하게 소결된다. 소결 공정은 원하는 직경, 공극률 및 공극의 크기로 조절된다. 대안적으로, 다공성 응집체 또는 입자는 미세한 그레인 분말 옥사이드를 화합물, 예를 들어 전분과 혼합시키고 공극을 형성시키기 위해 증발시킴으로써 생성될 수 있다. 물질은 분무되고 동결됨으로써 동결 과립화된다.

특별한 경우에, 결합제상에서의 치수 변화에 의해 발생되는 내부 장력을 흡수할 수 있도록 하기 위해, 밀폐 공극률이 매우 높은 응집체가 사용될 수 있으며, 이러한 응집체는 높은 내부 장력에서 파괴되어 내부 팽창 공간을 제공한다. 이러한 매우 다공성인 입자의 함량은 최대 결합제상의 5 부피%로 한정된다. 이로써, 매우 다공성인 유리의 마이크로스피어가 사용될 수 있다. 상기 마이크로스피어는 50%, 바람직하게는 80%를 초과하는 공극률을 나타낸다. 매우 다공성인 물질은 이들의 분쇄를 피하기 위해 혼합 조작의 종료시에 시멘트 혼합기에 첨가된다. 또 다른 특별한 경우에, 연성이 매우 큰 입자가 첨가제로서 선택되는데, 이들 입자는 결합제상에 대한 탄성 계수를 감소시키는 탄성 계수를 가짐으로써 장력을 흡수할 수 있다. 이러한 경우, 여러 가지 연성 중합체, 예를 들어 플라스틱 볼, 또는 수화물이 사용될 수 있다. 매우 작은 플라스틱 볼이 사용될 때, 이들 볼은 추가의 변형 가능성을 위해 가능하게는 중간에 홀을 나타낼 수 있다.

본 발명의 한가지 양태에 따르면, 포함된 성분들이 고수준의 미세한 그레인을 나타내게 함으로써 물질의 치수 안정성이 증가될 수 있음은 분명해졌다. 이것은 강도 측면에도 그대로 적용된다. 이의 이론적 근거는 지나치게 큰 입자는 구조내에 클램핑되는 경향이 있어 여러 방향에서 여러 특성을 초래한다는 것이다. 그러므로, 본 발명의 하나의 양태에 따르면, 미세하고 균질한 마이크로 구조를 제공하는 결합제 원료 물질의 미세하게 분포된 혼합물인 미세한 그레인이 사용된다. 포함된 상에 대한 소규모 신장 영역은 상들간의 내부 기계적 장력을 감소시키며, 주위 환경과의 연속적인 반응 또는 상전이와 같은 상의 변경과 관련하여 발생할 수 있는 내부 팽창의 보정 가능성을 개선시킬 것이다. 허용될 수 있는 그레인 크기는 요망되는 강도 수준에 따라 달라지지만, 전형적으로, 그레인 크기는 0.5 내지 10㎛에 걸쳐서 분포되어야 한다. 칼슘 알루미네이트는 분쇄를 통해 본질적으로 약 2 내지 8㎛, 바람직하게는 3 내지 4㎛ 또는 약 3㎛의 그레인 크기를 나타내도록 되며, OPC 시멘트는 사용될 때 분쇄에 의해 약 4 내지 8㎛, 바람직하게는 5 내지 7㎛ 또는 약 6㎛의 그레인 크기를 나타내도록 된다. 미세한 그레인 실리카는 사용될 때 훨씬 더 작은 그레인 크기, 바람직하게는 100nm 미만, 보다 바람직하게는 약 10 내지 50nm, 예를 들어 약 15nm(이러한 그레인 크기는 실리콘의 제조와 관련하여 정전기적 필터에서 분리되어 있는, 예를 들어 상품으로서 구입할 수 있는 실리카의 타입이다)의 그레인 크기를 나타내야 한다.

본 발명은 추가로 하기 구체화된 실시예로 기술된다.

팽창, 특히 장기간 팽창에 대한 여러가지 팽창 보정 첨가제의 효과를 연구하기 위해 일련의 시험을 수행하였다.

원료 물질의 설명:

예를 들어 Ca-알루미네이트 시멘트(Alcoa 및 Lafarge 중 택일), 표준 시멘트(Cementa), 미세한 그레인 실리카(Aldrich) 및 유리 구체(Sil-cell, Stauss GmbH)에 포함된 CaO·Al₂O₃ 및 CaO·2Al₂O₃ 상의 칼슘 알루미네이트. Al₂O₃(Sumitomo, AKP 30), ZrO₂ (3몰% Y₂O₃)(Toyo Soda). 미세한 그레인 Al-옥사이드(Sumitomo, AKP 30)(응집체 직경 약 15㎛)에 의해 자체 제조된 다공성 입자.

실시예 a) 내지 h)는 하기에 기술된다:

a) 첨가제를 지니지 않지만 경도 기여 충전제 입자(기준)를 지닌 완전하게 수화된 알루미네이트 중 칼슘 알루미네이트의 장기간 팽창;

b) 시멘트 원료 물질에서 미세한 그레인 수준의 효과;

c) 2차 상, OPC 시멘트의 효과;

d) 2차 상, 미세한 그레인 Si-옥사이드의 효과;

e) b)에 대한 다공성 응집체의 효과;

f) c)에 대한 다공성 응집체의 효과;

g) OPC와 미세한 그레인 Si-옥사이드의 조합물의 효과;

h) 여러 가지 첨가제들의 조합물의 효과;

i) 경도 기여 충전제 입자를 지니지 않은 순수한 시멘트 시스템에 대한 Si 함유 2차 상의 효과;

j) i)에 대한 경도 기여 충전제 입자의 효과.

1:1의 몰비를 갖는 칼슘 알루미네이트, CaO·Al₂O₃ 및 CaO·2Al₂O₃를 하기에 따라서 충전제 입자 및 2차 첨가제(모든 주어진 함량은 칼슘 알루미네이트의 함량에 대한 것임)와 혼합하였다. "알루미늄 옥사이드"가 입자의 유형을 특정함이 없이 언급된 경우, 통상적인 경도 기여 충전제 입자를 의미한다.

a) 40 부피%의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간. 시멘트를 20시간 동안 미리 분쇄하였다.

b) 40 부피%의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간. 시멘트를 80시간 동안 미리 분쇄하였다.

c) 40 부피%의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간. 시멘트를 상기 b)에 따라서 미리 분쇄하였다. 칼슘 알루미네이트에 15 부피%의 OPC(일반적인 포틀랜드 시멘트/표준 시멘트)를 첨가하였다.

d) 40 부피%의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간. 상기 b)에 따라서 미리 분쇄된 칼슘 알루미네이트에 10 부피%의 미세한 그레인 실리카 형태로 2차 상을 첨가하였다.

e) 20 부피%의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간. 시멘트를 상기 b)에 따라서 미리 분쇄하였다. 20 부피%의 다공성 알루미늄 옥사이드 응집체(자체 생산)를 20 시간의 분쇄 시간 후에만 첨가하였다.

f) 20 부피%의 알루미늄 옥사이드 + 다공성 입자(응집체) 형태의 20 부피%의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간, 응집체는 20시간 경과후에만 첨가됨. 시멘트를 15부피%의 OPC 형태의 2차 상을 첨가하면서 상기 b)에 따라서 미리 분쇄하였다.

g) 40 부피%의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간. 시멘트를 상기 b)에 따라서 미리 분쇄하였다. 칼슘 알루미네이트에 5 부피%의 OPC 및 5 부피%의 미세한 그레인 실리카를 첨가하였다.

h) 20 부피%의 알루미늄 옥사이드 + 20 부피%의 다공성 입자(응집체) 형태의 알루미늄 옥사이드를 첨가, 분쇄 시간 24시간, 응집체는 20시간 경과 후에만 첨가됨. 칼슘 알루미네이트에 5 부피%의 OPC 및 5 부피%의 미세한 그레인 실리카 형태의 2차 상 및 0.5 부피%의 유리구체를 첨가하였다.

i) 5 부피%의 OPC 및 5 부피%의 미세한 그레인 실리카 형태의 2차 상을 첨가, 분쇄 시간 24시간. 시멘트를 80시간 동안 미리 분쇄시켰다.

j) 5 부피%의 OPC 및 5 부피%의 미세한 그레인 실리카 형태의 2차 상 및 10 부피%의 ZrO₂의 경도 기여 충전제 입자를 첨가, 분쇄 시간 24시간. 시멘트를 80시간 동안 미리 분쇄하였다.

혼합물을 충전 정도가 35%인 실리콘 나이트라이드의 불활성 밀링 볼을 사용하여 볼밀(ball mill)에서 분쇄하였다. 액체로서 이소프로판올을 사용하였다. 물질 a)-h)를 용매 제거후 수중에 침지시키고, 탈수시키고, 이를 스토퍼로 충전시켜서 광학 현미경으로 치수를 측정할 수 있게 해주는 컨테이너내의 직경이 4mm인 구멍에 넣었다. 물질을 180일 이하 동안 계속적으로 수행되는 샘플의 측정 사이에 37℃의 습한 상태로 유지시켰다.

결과를 하기 표에 나타내었다.

샘플	하기에 명시된 일수가 경과된 후의 팽창율(%)
샘플	1일	20일	80일	120일	180일
a	0	0.12	0.68	0.83	0.83
b	0	0.22	0.41	0.48	0.48
c	0	0.11	0.23	0.26	0.26
d	0	0.12	0.13	0.13	0.13
e	0	0.15	0.18	0.21	0.21
f-j	모두 0.10% 미만의 값

측정치의 오차 범위는 ±0.02%이다.

상기 결과로부터, 팽창이 약 100일 후에 부진해진다고 결론을 내릴 수 있다. 아주 치수 안정한 물질의 경우(팽창율 0.10% 미만)에는, 팽창이 부진하게 되는 어떠한 분명한 시점도 발견될 수 없다. 더욱이, 하기의 내용이 명백하다:

· 기준(a)과 관련하여 증가된 분쇄 시간(b) 자체는 장기간 팽창을 반감시킨다.

· 이에 더하여, 15 부피% 함량의 OPC 시멘트 형태의 2차 상을 첨가하는 경우, (b)와 관련하여 장기간 팽창의 반감이 거의 달성된다.

· 10 부피% 함량의 미세한 그레인 실리카 형태의 2차 상을 사용하는 경우, 장기간 팽창율이 훨씬 더 감소된다.

· 또한 20 부피% 함량의 알루미늄 옥사이드의 다공성 응집체를 사용하는 경우(e), (b)와 관련하여 개선된 (감소된) 장기간 팽창이 달성된다.

· 매우 낮은 팽창율은 다공성 입자 및 OPC 시멘트의 2차 상을 조합하여 사용하는 경우 성취되었다.

· 매우 낮은 팽창율은 OPC 시멘트 및 미세한 그레인 실리카 둘 모두의 2차 상을 조합하여 사용한 경우 성취되었다.

· 매우 낮은 팽창율은 다공성 입자, OPC 시멘트 및 미세한 그레인 실리카 둘모두의 2차 상 및 유리 구체를 조합하여 사용한 경우 성취되었다.

· 매우 낮은 팽창율은 낮은 함량의 Si-함유 첨가제만을 사용하는 경우, 임의의 경도 기여 충전제 입자없이 순수한 시멘트 시스템에서 성취되었다.

· 매우 낮은 팽창율은 Si 함유 첨가제만을 팽창 보정용으로 사용하는 경우, 낮은 함량 (10 부피%)의 경도 기여 충전제 입자를 포함하는 Ca-알루미네이트 시스템에서 성취되었다.

매우 낮은 팽창율(<0.10%)을 나타내는 물질은 팽창 특성 이외에도, 첨가제를 함유하지 않는 상응하는 시멘트 시스템에 상응하는 일반적으로 우수한 특성 프로파일을 갖는다. 이들 물질은 약 200MPa의 압축 강도, H(비커스 100g)=150의 경도, 및 매우 우수한 내산성을 나타낸다.

Claims

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칼슘 알루미네이트의 그레인 크기가 0.5-10㎛인 칼슘 알루미네이트 시멘트 70 부피% 이상으로 구성된 시멘트 기재 시스템을 필수성분으로 한 결합제상을 포함하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질로서, 세라믹 물질이 세라믹 물질에 장시간의 치수 안정 특성을 제공하기에 적합한 1종 이상의 팽창 보정 첨가제를 포함하며, 첨가제 또는 첨가제들이 세라믹 물질을 기준으로 1-20 부피% 함량으로 일반적인 포틀랜드 시멘트 및/또는 그레인 크기가 0.5-10㎛인 일부의 그 밖의 유기 Si-함유 상 및/또는 그레인 크기가 100nm 미만인 미세한 실리카로 구성됨을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 14항에 있어서, 치수 변화율이 0.20%이하의 선형변화임을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 14항에 있어서, 물질이 경도 기여 충전제 입자를 본질적으로 함유하지 않음을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 14항에 있어서, 1종 이상의 팽창 보정 첨가제가 다공성 입자, 다공성 응집체, 및 연성 입자로 이루어진 군 중의 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함하고, 연성 입자가 결합제상의 탄성계수를 감소시키는 탄성계수를 나타냄을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 14항에 있어서, 1종 이상의 팽창 보정 첨가제가 다공성 입자, 다공성 응집체, 연성 입자 및 결합제상과 반응하는 이차 상으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제이고, 상기 첨가제가 적어도 이차 상을 포함하며, 이차 상이 세라믹 물질 중에 1-10 부피%의 총량으로 일반적인 포틀랜드 시멘트 및/또는 미세한 결정상 실리카 및/또는 일부의 그 밖의 무기 Si-함유 상으로 구성됨을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 18항에 있어서, 팽창 보정 첨가제 상이 1-5부피% 함량의 일반적인 포틀랜드 시멘트 및/또는 1-5부피% 함량의 미세한 결정상 실리카로 구성됨을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 17항에 있어서, 첨가제가 2-30㎛의 직경, 및 20 내지 60%의 개방 공극률을 나타내는 다공성 입자 또는 다공성 응집체를 포함하며, 입자/응집체에서 공극 개구가 5㎛미만임을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 20항에 있어서, 다공성 입자 또는 다공성 응집체가 Al, Zr, Ti, Si 또는 Zn의 산화물을 필수성분으로 함을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 17항에 있어서, 첨가제가 다공성 입자를 필수성분으로 하고, 다공성 입자가 높은 밀폐 공극률을 지닌 유리 마이크로스피어(microsphere)를 필수성분으로 하며, 상기 마이크로스피어가 50%를 초과하는 공극률을 나타냄을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 22항에 있어서, 마이크로스피어가 물질의 2부피% 미만의 함량으로 포함됨을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 14항에 있어서, 치수 변화율이 0.10% 선형 변화 미만임을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 17항에 있어서, 첨가제가 5-15㎛의 직경을 나타내는 다공성 입자 또는 다공성 응집체를 포함함을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.
제 14항에 있어서, 물질이 치아용 충전물질로서 또는 치아충전 물질에 사용됨을 특징으로 하는 화학적으로 결합된 세라믹 물질.