KR101354177B1

KR101354177B1 - 치아수복물의 접착면 처리방법 및 치아수복물

Info

Publication number: KR101354177B1
Application number: KR1020120062281A
Authority: KR
Inventors: 김보성; 김경훈; 이창택
Original assignee: 이창택
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2014-01-23
Also published as: KR20130138578A; WO2013187588A1

Abstract

본 발명은 치아수복물의 접착면 처리방법 및 치아수복물에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하부의 지르코니아 코어와 상부의 도재 층으로 이뤄진 치아수복물의 제조에 있어서, 도재 층이 축성될 지르코니아 코어의 접착면을 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액으로 에칭하여 접착 강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 치아수복물의 접착면 처리방법이 개시된다.

Description

치아수복물의 접착면 처리방법 및 치아수복물 {Method for surface treatment of tooth restoration, and tooth restoration therefrom}

본 발명은 치아수복물의 접착면 처리방법 및 치아수복물에 관한 것으로서, 하부의 지르코니아 코어와 상부의 도재 층으로 이뤄진 치아수복물의 제조에 있어서 지르코니아 코어와 도재 층 간의 접착력을 강화하여 치아수복물의 내구성을 개선할 수 있도록 하는 치아수복물의 접착면 처리방법 및 치아수복물에 관한 것이다.

충치 등으로 손상된 치아의 부위를 재생시키기 위하여 사용하는 치과용 충전물 또는 주조물을 치아수복물이라고 한다. 이러한 치아수복물로서 크라운, 레진필링, 인레이/온레이 등이 있다.

최근 생활 수준의 향상으로 치아수복물에 대하여도 심미적 측면에 대한 사용자의 기대치가 높아지고 있으며, 예를 들어, 크라운과 같이 치아 전체를 감싸는 치아수복물의 경우 기존의 금속제 치아수복물보다 올 세라믹 재료를 이용한 치아수복물의 수요가 더욱 높아지는 추세이다.

이러한 세라믹 재료로서 강도 및 내구성 등의 기계적 성능을 고려하여 지르코니아를 이용한 치아수복물의 사용이 증가되는 추세인데, 지르코니아의 경우 탁한 표면 색상으로 인한 심미적 측면의 한계를 갖고 있었다.

이로 인해 지르코니아 단독 재료로 치아수복물을 제조하기보다는 하부의 지르코니아 코어 위에 도재(porcelain) 층을 코팅 형태로 축성하는 방식으로 제조한 치아수복물이 더욱 선호되는 상황이다.

지르코니아 코어에 도재를 축성하는 방법으로는 도재 분체를 사용하여 지르코니아에 축성하는 적층법과, 금속 주조물 제작과 유사 방식으로 납형을 제작, 매몰하여 고온에서 도재 잉고트를 가압하는 열가압 방식이 있다. 적층법은 도재를 물에 개어 슬러리 상태로 한 뒤 붓을 사용하여 코어에 바르는 방법이다.

지르코니아 코어는 통상의 치아수복물 가공 방식, 예를 들어 3D 모델링(3D 광학카메라를 이용한 3D 광학인상 채득)을 통해 치아 형상을 결정하고, 상용화 판매되는 지르코니아 블록을 상기 치아 형상에 맞게 CAD/CAM 방식으로 기계 가공한 후, 소결하는 방식을 통해 제조될 수 있다.

지르코니아 코어에 도재 층이 축성된 상태에서 소성 처리를 통해 최종 치아수복물이 제조된다.

도 1은 종래의 치아수복물의 단면구조의 일예로서, 지대치(C) 상부에 지르코니아 코어(A)가 접착되고, 그 위에 도재 층(B)이 축성된 상태를 나타내고 있다.

도 1에 예시된 종래의 치아수복물은 심미적 측면을 고려하여 지르코니아 코어(A)가 대략 0.8mm의 두께, 도재 층(B)이 대략 0.6~1.2mm의 두께를 갖도록 형성되었는데, 재료의 내압값이 상대적으로 작은 도재(400 MPa)가 지르코니아(900~1200 MPa)의 두께에 비해 작지 않은 두께로 형성되므로, 강도 및 내구성 등의 기계적 물성 면에서 좋지 않다는 한계가 있었다.

이러한 점을 감안하여 도재 층의 두께가 가급적 작게 되도록 축성하는 것이 바람직하지만, 이러한 경우 지르코니아 코어의 표면에 대한 도재 층의 접착력(또는 계면 결합력)이 부족하여 충격 시 박리 되거나 내마모성이 저하하여 내구성이 취약하게 될 수 있다는 기술적 한계가 있었다.

상기 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하부의 지르코니아 코어와 상부의 도재 층으로 이뤄진 치아수복물의 제조에 있어서 지르코니아 코어와 도재 층 간의 접착력을 강화하여 치아수복물의 내구성을 개선할 수 있도록 하는 치아수복물의 접착면 처리방법 및 치아수복물을 제공함에 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 하부의 지르코니아 코어와 상부의 도재 층으로 이뤄진 치아수복물의 제조에 있어서, 도재 층이 축성될 지르코니아 코어의 접착면을 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액으로 에칭하여 접착 강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 치아수복물의 접착면 처리방법이 개시된다.

보다 바람직하게, 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 질산 20~90%와 불산 10~80%가 되도록 혼합한 것일 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 50~70% 질산 수용액과 30~55% 불산 수용액을 혼합한 것일 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 에칭은 상온 상태의 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액에 지르코니아 코어의 접착면이 1.5~2.5 시간 동안 침지되도록 하여 이뤄질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 치아수복물의 접착면 처리방법으로 접착면 처리된 지르코니아 코어의 상부에 도재 층이 축성되어 이뤄진 치아수복물이 개시된다.

보다 바람직하게, 상기 지르코니아 코어는 0.5~1.2 mm의 두께를 가지며, 상부 도재 층은 0.1~0.5 mm의 두께를 가질 수 있다.

보다 바람직하게, 상기 상부의 도재 층은 에칭 처리된 지르코니아 코어의 접착면에 적층법을 이용하여 축성될 수 있다.

이와 같은 본 발명은, 하부의 지르코니아 코어와 상부의 도재 층으로 이뤄진 치아수복물의 제조에 있어서 지르코니아 코어와 도재 층 간의 접착력을 강화하여 치아수복물의 충격 시 박리 또는 내마모성 저하를 방지하며, 그 결과 내구성을 향상시키는 장점이 있다.

또한, 심미성 제공에 필요한 정도의 최소 두께로 도재의 두께를 유지하면서도, 기계적 물성이 양호한 지르코니아의 두께를 크게 할 수 있으므로, 심미성과 기계적 물성을 모두 향상시키는 치아수복물을 제공하는 장점이 있다.

또한, 에칭 공정 측면에서, 에칭 시간이 비교적 짧게 소요되어 공정 효율성 면에서 양호한 효과를 제공하며, 상온에서도 양호한 에칭 효과를 얻을 수 있으므로 작업 안전성 면에서도 양호한 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 치아수복물의 단면구조의 일예,
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 치아수복물의 접착면 처리방법을 적용한 치아수복물 제조공정의 흐름도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의해 제조된 치아수복물의 단면구조의 일예이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 치아수복물의 접착면 처리방법을 적용한 치아수복물 제조공정의 흐름도이다.

3D 모델링(3D 광학카메라를 이용한 3D 광학인상 채득)을 통해 치아 형상을 결정한다(S100).

지르코니아 코어의 치아 형상의 결정 시에는 상부에 축성되는 도재 층의 두께를 감안하여, 최종적으로 요구되는 치아의 외형 치수보다 약간 작게 치수를 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 요구되는 치아의 외형 치수보다 0.1~0.5mm 정도 작게 성형하는 것이 바람직하다.

그 다음, 지르코니아(ZrO₂) 블록을 치아 형상에 맞게 CAD/CAM 방식으로 기계 가공하여 지르코니아 코어를 성형하고(S200), 성형된 지르코니아 코어를 소결 처리한다(S300).

지르코니아 블록은 일반적으로 CAD/CAM 블록이라고 불리우는 인공 치아 제조용 상용 제품을 사용하는데, 이러한 CAD/CAM 블록은 '3Y-TZP'로 불리우는 생체불활성 지르코니아를 분말프레스 성형하여 반소결 또는 완소결하는 과정을 거쳐 제조된다. 3Y-TZP는 3mol% Y₂O₃를 이용한 부분안정화 지르코니아(PSZ ; Partially Stablized Zirconia)로서, 고강도성, 열안정성, 고내식성 등 양호한 특성 때문에 산업 전반의 많은 분야, 특히 치과 분야에 널리 사용되어 진다. 상용 CAD/CAM 블록의 일예로서, 대한민국 에큐세라(ACUCERA) 사의 "ZirBlank(상품명)" 등이 있으며, 3Y-TZP를 이용하여 제조되는 일반적인 상용 CAD/CAM 블록이라면 본 실시예에 적용 가능하다. 일반적인 상용 CAD/CAM 블록은 예를 들어, 대한민국의 D-MAX사, HASS사, SB사 등에서 제조되는 것이 사용될 수 있다.

소결 처리는 일반적인 지르코니아 보철물의 소결 조건을 적용하면 되며, 예를 들어, 1600℃에서 12 시간 이상 소결한다.

그 다음, 지르코니아 코어의 접착면을 에칭 처리한다(S400). 에칭 처리는 다음과 같은 조건으로 이뤄진다.

도재 층이 축성될 지르코니아 코어의 접착면을 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액으로 에칭한다.

본 발명자는 실험을 통해, 질산 또는 불산을 단독으로 사용하는 경우에는 에칭 속도가 매우 느리며, 지르코니아 코어 표면의 개질 효과가 혼합 사용 시보다 좋지 않게 나타남을 확인하였으며, 지르코니아 코어의 접착면을 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액으로 에칭하는 경우, 양호한 표면 개질 효과를 얻을 수 있으며 에칭 시간 면에서도 양호한 결과를 얻을 수 있음을 확인하였다.

특히, 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 바람직하게는 질산 20~90%와 불산 10~80%가 되도록 혼합한 것을 사용하며, 더욱 바람직하게는 질산 45~55%와 불산 45~55%가 되도록 혼합한 것을 사용한다.

이는 불산이 10% 보다 낮아지면 에칭이 매우 느리게 진행되어 공정 시간이 증가하는 단점이 있고, 80%보다 높아지면 지나친 에칭으로 지르코니아 코어 표면의 강도가 저하되기 때문이다. 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액의 비율은 수용액 상태에서 물을 제외한 각 산의 비율(부피비)을 의미한다.

수용액 상태를 고려하는 경우, 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 50~70% 질산 수용액과 30~55% 불산 수용액을 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

질산(HNO₃)과 불산(HF)은 모두 수용액 상태로 물에 용해될 수 있는 한계 수치가 있다. 질산은 대략 70%가 최대이며, 불산은 대략 55%가 최대 용해 가능한 범위이므로, 상기 질산 수용액과 불산 수용액의 수용액 농도의 상한치는 이러한 점에 근거한다. 또한, 상기 질산 수용액 또는 불산 수용액의 수용액 농도가 상기 하한치보다 낮은 경우에는 에칭 속도가 느려지기 때문에, 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 50~70% 질산 수용액과 30~55% 불산 수용액을 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 에칭은 상온 상태의 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액에 지르코니아 코어의 접착면이 1.5~2.5 시간 동안 침지되도록 하는 것이 바람직하다. 에칭 시간이 1.5 시간 보다 짧은 경우에는 지르코니아 코어 표면의 에칭이 부족하게 이뤄질 수 있으며, 에칭 시간이 2.5 시간 보다 긴 경우에는 에칭이 과도하여 지르코니아 코어와 도재 층 사이의 접착 강도가 낮아질 수 있기 때문이다.

에칭 온도의 측면에서, 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액을 사용하는 경우에는 상온에서도 양호한 에칭 효과를 얻음이 확인되었다. 기존의 일반적인 지르코니아의 화학적 에칭은 400℃ 이상의 고온에서 황산칼슘을 이용하거나 인산염을 끓여서 하는 방법으로 에칭을 하였는데, 이러한 고온 에칭은 그 공정 자체가 고온으로 인한 위험성을 내포하고 있지만, 본 실시예의 경우 상온에서도 양호한 에칭 효과를 얻을 수 있으므로 작업 안전성 면에서도 양호한 효과를 제공한다.

그 다음, 지르코니아 코어에 도재 층을 축성하여 치아수복물을 성형하고(S500), 치아수복물을 소성 처리한다(S600). 바람직하게는, 상부의 도재 층은 에칭 처리된 지르코니아 코어의 접착면에 적층법을 이용하여 축성된다. 적층법은 도재 분체를 물에 개어 슬러리 상태로 한 뒤, 붓을 사용하여 지르코니아 코어에 바르는 방법이다. 본 실시예에서는 바람직한 일예로서 적층법이 개시되지만, 도재를 축성하는 공지의 다양한 방법을 배제하는 것은 아니다.

소성 처리는 일반적인 도재 층의 소성 조건을 적용하면 된다. 예를 들어, 분당 온도 상승속도 50℃로 온도 상승시킨 후, 850℃에서 1분간 계류하는 과정을 거쳐 소성이 이뤄질 수 있다.

상기 과정을 거쳐 최종적으로, 하부의 지르코니아 코어와 상부의 도재 층으로 이뤄진 치아수복물이 제조된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의해 제조된 치아수복물의 단면구조의 일예로서, 지대치(C) 상부에 지르코니아 코어(A)가 접착되고, 그 위에 도재 층(B)이 축성된 상태를 나타내고 있다.

상기와 같은 접착면 처리방법을 거치는 경우, 도재 층을 기존에 비해 더욱 얇게 형성하더라도 양호한 접착 강도를 갖게 된다. 바람직하게는, 상기 지르코니아 코어는 0.5~1.2 mm의 두께를 가지며, 상부 도재 층은 0.1~0.5 mm의 두께를 가질 수 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

[실시예1]

지르코니아 코어를 다수 준비하였다. 지르코니아 코어는 상용 CAD/CAM 블록을 실험에 적당한 크기(10*10*5 mm)로 절단 가공한 것으로, 대한민국 에큐세라(ACUCERA) 사의 "ZirBlank(상품명)"를 사용하였다.

상기 준비된 지르코니아 코어를 1600℃에서 12 시간 소결 처리하였다.

그 다음, 농도 70% 질산 수용액과 농도 48% 불산 수용액을 혼합하여 최종적으로 질산 50%와 불산 50%가 되도록 상온(25℃)의 혼합 용액을 준비하였다.

상기 혼합 용액에 상기 지르코니아 코어를 침지하여 0~3.5 시간 동안 0.5 시간 간격으로 침지 시간을 달리하여 에칭을 실시하였다.

에칭이 완료된 각 지르코니아 코어에 적층법을 이용하여 도재 층을 축성하고 소성을 실시하여 시편을 제작하였다. 소성 조건은 분당 온도 상승속도 50℃로 온도 상승시킨 후, 850℃에서 1분간 계류하는 과정을 거쳐 이뤄졌다.

상부 도재 층은 80~100 ㎛의 두께로 축성하였으며 접착력 테스트를 위하여 40~50 ㎛의 두께로 그라인딩 하였다.

상기 각 시편에 대하여 스크래치 테스터기를 이용하여 지르코니아 코어와 도재 층 간의 접착력을 측정하였다. 가압력은 50 N으로 하였으며, 그 결과는 다음의 표 1과 같다.

에칭 시간(침지 시간)	접착력(MPa)
0	30.2
0.5	31.3
1	32.5
1.5	35.7
2	36.3
2.5	36.1
3	32.1
3.5	29.3

상기 표 1을 참조할 때, 에칭 시간(침지 시간)이 1.5~2.5 시간인 경우에 접착력이 35 MPa 이상이 되는 것으로 측정되어, 에칭을 실시하지 않은 경우(에칭 시간이 0인 경우)에 비해 약 20% 정도의 접착력 향상 효과를 얻은 것을 알 수 있다.

[실시예2]

그 다음, 지르코니아 코어의 일면을 거울면으로 가공하여 에칭 대상면을 형성한 후, 다양한 혼합 비율을 갖는 질산/불산의 상온(25℃) 혼합 용액에 2.5 시간 침지하여 에칭을 실시하고 에칭 대상면을 광학 현미경으로 관찰하였다.

관찰 결과, 불산이 10% 보다 작은 경우에는 에칭 대상면에 실질적인 에칭 효과가 관찰되지 않았으며, 에칭 대상면에 대하여 스크래치 테스트 팁(다이아몬드 팁)으로 긁어본 결과, 불산이 80% 이상인 경우에는 에칭 대상면의 강도가 저하되어 팁에 뜯겨 나오는 현상이 발생되었다.

이러한 결과를 참조할 때, 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 질산 20~90%와 불산 10~80%가 되도록 혼합한 것을 사용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

A: 지르코니아 코어
B: 도재 층
C: 지대치

Claims

하부의 지르코니아 코어와 상부의 도재 층으로 이뤄지며, 최종적으로 요구되는 치아의 외형 치수보다 작게 치수가 형성된 상기 지르코니아 코어의 상부에 상기 도재 층이 축성되어 치아 형상을 이루는 치아수복물의 제조에 있어서,
도재 층이 축성될 지르코니아 코어의 접착면을 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액으로 에칭하여 접착 강도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 치아수복물의 접착면 처리방법.
제1항에 있어서,
상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 질산 20~90%와 불산 10~80%가 되도록 혼합한 것임을 특징으로 하는 치아수복물의 접착면 처리방법.
제2항에 있어서,
상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액은 50~70% 질산 수용액과 30~55% 불산 수용액을 혼합한 것임을 특징으로 하는 치아수복물의 접착면 처리방법.
제2항에 있어서,
상기 에칭은 상온 상태의 상기 질산(HNO₃)과 불산(HF)의 혼합 용액에 지르코니아 코어의 접착면이 1.5~2.5 시간 동안 침지되도록 하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 치아수복물의 접착면 처리방법.
제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항의 방법으로 접착면 처리된 지르코니아 코어의 상부에 도재 층이 축성되어 이뤄진 치아수복물.
제5항에 있어서,
상기 지르코니아 코어는 0.5~1.2 mm의 두께를 가지며, 상부 도재 층은 0.1~0.5 mm의 두께를 갖는 치아수복물.
제5항에 있어서,
상기 상부의 도재 층은 에칭 처리된 지르코니아 코어의 접착면에 적층법을 이용하여 축성된 것을 특징으로 하는 치아수복물.