KR101569119B1 - 가공성이 개선된 다공체 및 그 제조방법과 가공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가공성이 개선된 다공체 및 그 제조방법과 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용액상태의 단위체 또는 부분중합체, 또는 용융상태의 수지를 마련하는 단계; 상기 용액상태의 단위체 또는 부분중합체, 또는 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하는 단계; 및 상기 다공체에 침투된 수지를 광중합, 열중합 또는 냉각에 의하여 경화시키거나 응고시키는 단계;를 포함하여 구성되는 가공성이 개선된 다공체의 제조방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면, 높은 기공율을 갖는 고도의 다공질인 골대체재의 정밀한 가공이 가능한 작용효과가 기대된다.

Description

가공성이 개선된 다공체 및 그 제조방법과 가공방법{Porous body having advanced machinability and the manufacturing and machining method of the same}

본 발명은 가공성이 개선된 다공체 및 그 제조방법과 가공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용액상태의 단위체 또는 부분중합체, 또는 용융상태의 수지를 마련하는 단계; 상기 용액상태의 단위체 또는 부분중합체, 또는 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하는 단계; 및 상기 다공체에 침투된 수지를 광중합, 열중합 또는 냉각에 의하여 경화시키거나 응고시키는 단계;를 포함하여 구성되는 가공성이 개선된 다공체의 제조방법을 제공한다.

다공체는 다수의 기공을 포함하는 재료를 의미한다. 재료에서 기공은 파괴 결함의 원인이 되므로 최소화를 위해 제어되어야 하기도 하나, 반대로 기공을 적극적으로 이용하는 다공체는 여러 산업 분야에 이용된다. 대표적인 응용으로 인공생체재료, 집진 필터, 촉매 및 촉매 운반체, 흡착체, 단열재료, 여과재료, 전극재료, 경량구조재료, 충격흡수체 등이다. 다공체에서 기공의 크기와 그 분포 상태가 가장 중요한 인자이다. 목적에 따라서 기공의 크기가 정해지면 기공의 크기가 일정하게 분포되어야 한다.

특히 인공생체재료로서는 치의학적, 정형외과적 개념에서의 골조직을 인공뼈가 대체하고 있는데, 특히 치의학적 개념의 주요 골조직은 치조골로서, 치조골은 치아를 감싸는 골조직의 총칭이며, 개기공(open pore) 기준으로 기공율이 30 ~ 90%에 달하는 고도의 다공질 구조이므로, 다른 골조직에 비하여 강도가 약하며, 내외부의 자극과 관련하여 흡수되거나, 잇몸질환과 병행하여 쉽게 소실되는 경향이 있다. 따라서, 치아가 쉽게 흔들리거나 자연 발치되며, 한번 발치된 치아는 이를 다시 이식할 수 없으므로, 임플란트 시술에 의존해야만 하는 어려움이 있다. 또한, 근래 임플란트 시술에 의존하여 치아를 수복하는 시술이 급격히 증가하고 있다. 그러나, 임플란트 시술을 요하는 경우에도 임플란트에서 인공치근 부분인 픽스쳐(fixture)가 치조골 내에서 단단히 고정되어야 하는데, 치조골이 소실되었거나, 여러가지 이유로 제거에 의해 발생된 치조골의 결손이 존재한다면 이러한 임플란트 시술마저 쉽지 않게 된다.

임플란트 시술을 위해서는 치조골을 재생하여야 하는데, 치조골의 재생방식으로는 자가골 이식, 당김뼈 발생 등의 시술법이 있으나, 골조직 채취를 위해 별도의 수술이 필요하고, 채취할 수 있는 양이 한정되어 있으므로, 동종골, 골대체재 등이 사용되고 있다.

특히 골대체제의 경우에는 특정한 조건을 만족하여야 하며, 이러한 조건으로는 기존의 인접골 조직에 대한 흡수성, 이식된 이후의 장기적 안정성, 기계적 강도, 표면거칠기, 골형성 및 골유도 능력 등이 있으나, 이러한 조건을 만족하는 골대체재를 확보하였다고 하더라도, 치조골의 해면조직과 같은 특성을 구현하려면 고도의 다공성 재질로 제작되어야 하는데, 이 때, 가공이 용이하지 않은 문제점이 있다. 가공의 필요성은 환자마다 증대술을 적용할 치조골의 구조나 소실정도, 결손부피 및 결손 내면구조 등에 따라서 다르다는 점에서 비롯된다.

구체적으로, 골대체재로 사용되는 재료는 바이오 세라믹인 수산화아파타이트 (HA), 삼인산칼슘 (TCP), 그리고 두 재료가 혼합된 Biphasic Calcium Phosphate (BCP) 등 인산칼슘계 물질 및 석고계 물질 등이 있으며, 이들을 각각 단독으로 사용하거나, 병합해서 사용할 수 있고, 이를 다양한 제조공정을 적용하여 골대체재로 생산하고 있다. 여기서, HA와 TCP상의 양을 조절하면 다공성 인산칼슘 세라믹의 생분해 속도를 조절이 가능한 장점이 있으며, 골 전도성 향상 및 생분해 속도를 조절하기 위한 HA와 TCP로 구성된 복합체에 관련한 연구가 계속하여 진행되고 있다.

골대체재의 제조공정으로는 유기물 연소에 의한 방법, 발포법, 겔 캐스팅 방법, 폴리어 스펀지 법, 겔 캐스팅 방법과 발포법을 혼합한 방법, 겔 캐스팅 방법과 폴리머 스펀지(template)법을 혼합한 방법 등을 열거할 수 있다.

골대체재를 이용한 치조골의 복원 및 증대시술에서는 제조된 입상(granular) 형태를 채워넣거나 블록 형태를 시술용 도구를 이용한 수작업으로 필요한 형상에 최대한 가깝게 트리밍하여 적용한 후 정합되지 않은 부분에는 입상분말을 채워넣음으로써 골대체재가 최대한 환자의 잇몸구조에 정합되도록 보정한다.

하지만, 입상 형태의 경우, 이를 잇몸내에 매립하여도 시술과정에서 유출되는 환자의 혈액과 함께 동반배출되는 문제점이 있으며, 형태가 고정되지 아니하므로, 이식한 후에도 변형이 발생될 가능성이 존재한다. 또한, 블록형태의 골대체재도 수작업에 의한 가공으로 정합성이 확보되지 않을 수도 있다.

근래에 인공치관, 비니어, 온레이, 인레이 등 치과 보철물의 제조에 CAD/CAM공정 적용이 급격히 증가하는 추세로 이 공정의 가공정밀성, 효율성, 용이성 등의 강점을 골증대술에도 적용하고자 시도되고 있다. 그러나, CAD/CAM 공정을 적용하는 블록형태의 골대체재는 전술한 바와 같이 매우 기공율이 높은 개기공 구조로서, 기계적 가공 자체가 용이하지 아니한 문제점이 있다. 즉, 상기 골대체재는 기계적 강도가 매우 취약하여 기계적 가공시 의도하지 않은 영역까지 파손된다거나, 복잡형상으로의 가공이 매우 어려운 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제0759718호 대한민국 등록특허 제0941511호 대한민국 등록특허 제0985154호 대한민국 공개특허 제2010-0039979호

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 높은 기공율을 갖는 고도의 다공질인 골대체재의 정밀한 가공을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 골대체재를 재료의 손실을 최소화하여 가공할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 골대체재를 정밀하게 가공함으로써, 치조골 이식이 필요한 환자의 잇몸구조 또는 결손부위에 대한 정합성을 높일 수 있으며, 따라서 신생골이 균일하고 안정적으로 형성되고, 골대체재내에 식립된 임플란트의 결합특성 향상이 가능하여 환자의 만족도를 높이는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 골대체재의 정밀한 가공이 가능하므로, 필요한 골대체부위의 체적과 형상대로 제작이 이루어져 또 다른 대체재를 사용할 필요가 없으며, 따라서 시술이 간이하고 정확하게 이루어질 수 있고, 계획된 위치에 임플란트 등 보철물을 정확하게 식립하는 것을 가능하게 하며, 입상이나 다른 별도의 구조물을 투입하지 아니하여도 가능하도록 하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 가공이 가능한 상태의 골대체재를 용이하게 제조할 수 있는 방법을 제시하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 용액상태의 단위체 또는 부분중합체, 또는 용융상태의 수지를 마련하는 단계; 상기 용액상태의 단위체 또는 부분중합체, 또는 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 상기 단위체 또는 부분중합체, 또는 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하는 단계; 및 상기 다공체에 침투된 단위체 또는 부분중합체를 개시제, 빛 또는 열에 의해 중합경화시키거나, 용융침투된 수지를 냉각에 의하여 응고시키는 단계;를 포함하여 구성되는 가공성이 개선된 다공체의 제조방법을 제공한다.

상기 용액상태의 단위체 또는 부분중합체는 상온에서 용액상태이며, 개시제, 빛 또는 열에 의해 중합 경화되는 것이 바람직하다.

상기 용액상태의 단위체 또는 부분중합체가 중합경화된 수지는 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(염화비닐수지:PVC), ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin), 아크릴로니트릴-스티렌수지(ASTNWL, S-AN), 폴리메틸 메타크릴레이트(메타크릴수지, PMMA), 폴리아미드(나일론, PA),폴리아세탈(POM), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, PETP), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT, 약호PBTP), 변성 폴리페닐렌에테르, 불소수지(Fluoroplastics), 페놀수지(PE), 우레아수지(UF), 멜라민수지(MF), 불포화 폴리에스터 수지(UP), 에폭시 수지(ER), 폴리우레탄(PUR), 실리콘 수지(SI), 알키드 수지(ALK)를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 용융 또는 용해상태의 수지는 상온에서 고체상태이며, 가열 또는 용매에 의해 용융 또는 용해되고, 냉각에 의해 응고되는 것이 바람직하다.

상기 용융상태의 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르, 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에틸렌 왁스(Polyethylen wax), 폴리프로필렌 왁스(Polypropylenr wax), 폴리옥시에틸렌 글리콜왁스(Polyoxyethylen glycol wax), 할로겐화 탄화수소 왁스(Halogenated hydrocarbon wax), 하이드로겐화 왁스(Hydrogenated wax) 또는 왁스 에스테르(wax ester)를 포함하는 치과용 왁스; 파라핀 왁스(Paraffin wax), 유동 파라핀(Liquid paraffin), 마이크로크리스탈 왁스(Microcrystalline wax), 페트롤라툼(Petrolatum), 반다 왁스(Barnsdah wax), 오조케라이트(Ozokerite), 몬탄 왁스(Montan wax) 또는 세레진(Seresin)을 포함하는 석유계 왁스; 양모랍(Wool wax), 소이 왁스(Soy wax), 라놀린(Lanolin) 또는 밀랍 왁스(Bees wax)를 포함하는 동물성왁스; 일본 왁스(Japan wax), 코코아 버터(Cocoa butter), 카르나우바 왁스(Carnauba wax), 크리스탈 팜 왁스(Crystal palm wax), 칸데릴라 왁스(Candellia wax) 또는 오우리큐리 왁스(Ouricury wax)를 포함하는 식물성 왁스; 폴리에틸렌 왁스(Polyethylen wax), 그래뉼 왁스(Granule Wax), 화이트 왁스(White wax), 젤 왁스(Gel wax), 무수 프탈산(Phthalic Anhydride)와 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)의 중합체, 피셔-트롭쉬 왁스(Fischer-Tropsch wax) 또는 멀티 왁스(Multi wax)를 포함하는 합성 왁스; 샌드락(Sandarac), 로진(Rosin) 또는 셸락(Shellac)을 포함하는 천연 유래 레진을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 용융상태의 수지는 70 ~ 300℃의 온도에서 용융상태에 있으며, 1 ~ 10,000cP의 점도 범위값을 갖는 것이 바람직하다.

상기 다공체는 적어도 30%의 개기공율을 갖거나 또는 적어도 50%의 총 기공율을 갖는 것이 바람직하다.

상기 다공체는 하이드록시 아파타이트(Hydroxy Apatite), 삼인산칼슘 (Tri Calcium Phosphate, TCP) 또는 2상 인산칼슘(Biphasic Calcium Phosphate, BCP)을 포함하는 인산칼슘계 물질 또는 석고계 물질인 것이 바람직하다.

상기 수지를 응고하거나 경화하는 단계에서는, 다공체가 수지에 침잠된 상태에서 일부 응고 또는 경화가 이루어지도록 하고, 침잠된 다공체를 수지로부터 인출하여 응고 또는 경화가 완료되도록 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명은 용액상태의 단위체 또는 부분중합체, 또는 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 단위체 또는 부분중합체, 또는 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하고, 상기 다공체에 침투된 용액상태의 단위체 또는 부분중합체를 개시제, 빛 또는 열에 의해 중합경화시키거나, 용융상태의 수지를 냉각에 의하여 응고시킴으로써 경화 또는 응고된 수지가 채워진 다공체를 제조하는 단계; 및 상기 경화 또는 응고된 수지가 채워진 다공체를 기계적으로 가공하는 단계;를 포함하여 구성되는 가공성이 개선된 다공체의 가공방법을 제공한다.

상기 기계적으로 가공하는 단계;는, CAD/CAM 방법에 의해 가공하는 단계;인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 용액상태의 단위체 또는 부분 중합체, 또는 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 상기 단위체 또는 부분중합체, 또는 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하고, 상기 다공체에 침투된 용액상태의 단위체 또는 부분중합체를 개시제, 빛 또는 열에 의해 중합경화시키거나, 용융상태의 수지를 냉각에 의하여 응고시킴으로써 경화 또는 응고된 수지가 충전된 가공성이 개선된 다공체를 제공한다.

상기 다공체에는 개기공(open pore)의 적어도 90%에 수지가 충전된 것이 바람직하다.

상기 다공체에는 개기공(open pore)의 0 초과 90% 미만의 범위에 수지가 충전된 것이 바람직하다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 높은 기공율을 갖는 고도의 다공질인 골대체재의 정밀한 가공이 가능한 작용효과가 기대된다.

또한, 상기 골대체재를 재료의 손실을 최소화하여 가공할 수 있는 작용효과가 기대된다.

또한, 상기 골대체재를 정밀하게 가공함으로써, 치조골 이식이 필요한 환자의 잇몸 결함구조에 대한 정합성을 높일 수 있으며, 따라서 신생골의 균일생성, 식립된 임플란트의 결합성 향상, 환자의 만족도 향상이 가능한 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 골대체재의 정밀한 가공이 가능하므로, 입상(granular) 인공골 또는 다른 대체재를 사용할 필요가 없으며, 따라서 시술이 간이하고 정확하게 이루어질 수 있고, 골대체재를 계획된 위치에 정확하게 수복하는 것이 가능하여, 용이하고 정확한 수술이 가능한 작용효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 가공이 가능한 상태의 골대체재의 제조과정이 매우 간이한 작용효과가 기대된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 다공체의 수지 충전 전과 후의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 다공체의 가공성을 테스트하기 위하여 마련된 지그의 모식도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 다공체에 연성왁스를 침투시키고, 이를 가공하여 그 결과를 나타내는 사진,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 다공체에 경성왁스를 침투시킨 상태와 경성왁스를 다시 제거한 이후의 상태를 각각 나타내는 사진,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 다공체에 경성왁스를 침투시키고, 이를 가공하여 그 결과를 나타내는 사진,
도 6(a)는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 65ppi 다공체에 경성왁스를 침투시키고, 이를 가공하는 과정에서 측정된 다공체의 드릴링 하중을 나타내는 그래프, 6(b)는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 65ppi 다공체에 연성왁스와 경성왁스를 각각 침투시키고, 이를 가공하는 과정에서 측정된 다공체의 드릴링 하중을 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 다공체의 기공의 크기에 따른 가공성을 비교하여 나타내는 사진이다.

이하에서는 본 발명을 첨부되는 도면 및 바람직한 실시예를 기초로 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 파손이 쉬워 가공이 용이하지 않은 고기공율 다공체를 가공이 용이하며, 가공과정에서 재료 파손을 줄일 수 있도록 수지를 함침시켜 제조된 상태의 다공체와 그 제조방법 및 가공방법을 개시한다.

본 발명에 의하면 다공체의 기공을 상당부분 또는 전부 채운 수지가 다공체 기공구조의 지지체 역할을 하며, 다공체의 가공과정에서 다공체와 함께 가공에 참여하고, 이후 용매를 이용하여 용해시키거나 또는 저온 열처리를 통하여 수지를 용융시킴으로써 인출하거나, 또는 열비산시킴으로써 원하는 형태의 다공체를 용이하고 정확하게 제조할 수 있다.

도 1에서는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 다공체의 수지 충전 전과 후의 상태에 관한 모식도를 나타내었다.

도시된 다공체는 단면도로서, (a)는 개기공내에 충전물질이 채워지기 전, (b)는 개기공내에 충전물질이 채워진 후를 각각 나타내는 것이다.

<제조예>

1. 다공체를 용액상태의 단위체 또는 부분 중합체, 또는 용융상태의 수지에 침잠한다.

여기서 용액상태 또는 용융상태의 수지는 점도가 충분히 낮은 상태이므로 다공체 내 기공구조에 쉽게 침투될 수 있으며, 이 때 다공체 재질에 따라서 젖음성을 선별하여 적용하면 더 바람직하다.

또한, 단위체 또는 부분 중합체도 수지의 범주에 포함되는 것으로 이해하여야 하며, 수지가 상온에서 액상인지 고상인지에 따라 취급하는 방법을 구분하기 위하여 위와 같이 용액상태인 경우 단위체 또는 부분 중합체라는 용어를 별도로 사용한 것에 불과하다.

2. 다공체 내 기공에 침투된 수지를 응고 또는 경화시킨다.

용액상태의 단위체 또는 부분 중합체 원료는 상온에서 액상으로 존재하며, 경화가 필요할 경우, 화학개시제, 열개시제 또는 광개시제를 별도로 투입하면 화학 경화, 열경화 또는 광경화가 이루어진다.

용액상태의 단위체 또는 부분 중합체가 중합경화된 수지는 열가소성 수지와 열경화성 수지를 모두 망라하며, 예로서는 폴리에틸렌(PE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(염화비닐수지:PVC), ABS 수지(acrylonitrile-butadiene-styrene resin), 아크릴로니트릴-스티렌수지(ASTNWL, S-AN), 폴리메틸 메타크릴레이트(메타크릴수지, PMMA), 폴리아미드(나일론, PA),폴리아세탈(POM), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 변성 폴리페닐렌에테르, 불소수지(Fluoroplastics), 페놀수지(PE), 우레아수지(UF), 멜라민수지(MF), 불포화 폴리에스터 수지(UP), 에폭시 수지(ER), 폴리우레탄(PUR), 실리콘 수지(SI), 알키드 수지(ALK)를 포함한다.

또한, 용융상태의 수지는 상온에서 고상 또는 겔상태로 존재하며, 적절히 가열하면 용융상태로 변화되고, 다시 냉각하면 원래의 고상을 다시 유지하는 특성을 갖는다.

상기 용융상태로 사용하는 수지는 열가소성 수지를 망라하며, 예로서는 폴리에틸렌(PE), 폴리에스테르, 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC), 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하는 열경화성 수지, 폴리에틸렌 왁스(Polyethylen wax), 폴리프로필렌 왁스(Polypropylenr wax), 폴리옥시에틸렌 글리콜왁스(Polyoxyethylen glycol wax), 할로겐화 탄화수소 왁스(Halogenated hydrocarbon wax), 하이드로겐화 왁스(Hydrogenated wax) 또는 왁스 에스테르(wax ester)를 포함하는 치과용 왁스; 파라핀 왁스(Paraffin wax), 유동 파라핀(Liquid paraffin), 마이크로크리스탈 왁스(Microcrystalline wax), 페트롤라툼(Petrolatum), 반다 왁스(Barnsdah wax), 오조케라이트(Ozokerite), 몬탄 왁스(Montan wax) 또는 세레진(Seresin)을 포함하는 석유계 왁스; 양모랍(Wool wax), 소이 왁스(Soy wax), 라놀린(Lanolin) 또는 밀랍 왁스(Bees wax)를 포함하는 동물성왁스; 일본 왁스(Japan wax), 코코아 버터(Cocoa butter), 카르나우바 왁스(Carnauba wax), 크리스탈 팜 왁스(Crystal palm wax), 칸데릴라 왁스(Candellia wax) 또는 오우리큐리 왁스(Ouricury wax)를 포함하는 식물성 왁스; 폴리에틸렌 왁스(Polyethylen wax), 그래뉼 왁스(Granule Wax), 화이트 왁스(White wax), 젤 왁스(Gel wax), 무수 프탈산(Phthalic Anhydride)과 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)의 중합체, 피셔-트롭쉬 왁스(Fischer-Tropsch wax) 또는 멀티 왁스(Multi wax)를 포함하는 합성 왁스; 샌드락(Sandarac), 로진(Rosin) 또는 셸락(Shellac)을 포함하는 천연 유래 레진을 포함한다.

상기 용융상태의 고분자 수지는 상온에서는 강도, 녹는점, 유리전이온도(Tg)가 높은 것이 바람직하다.

여기서, 상기 수지를 다공체에 침투시키기 위해서는 적정 온도로 가열하여야 한다. 예를 들어 왁스, 무수 프탈산(Phthalic Anhydride)과 에틸렌글리콜의 중합체 의 경우에는 약 100 ~ 200℃의 온도범위, 특히 107℃ 부근에서 매우 낮은 점도를 나타내는 용융체 상태로 존재하며, 따라서 상기 용융체는 다공체내에 침투되거나, 다공체로부터 인출되기에 용이하다.

상기 용액상태의 단위체 또는 부분 중합체는 바람직하게는 에폭시, PMMA 등을 사용한다.

또한, 상기 용융상태의 수지는 바람직하게는 무수 프탈산(Phthalic Anhydride)와 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)의 중합체, 쉘락(shellac), 로진(Rosin) 등을 사용한다.

위 수지들은 대체로 90 ~ 150℃의 온도범위에서 용융, 침적, 경화되며, 따라서 다공체에 열손상을 일으키지 않고도 다공체 내 기공을 충전할 수 있다.

다공체에서 개기공 중 90% 이상의 개기공에 수지가 침투되는 경우라야 다공체의 취급이 용이해질 것이며, 따라서 위 90%는 그 의의를 가지나, 만일 복잡형상 가공이 아닌 경우라면 가공이 필요한 부분에만 수지가 침투해도 무방하며, 침투부피가 개기공의 5% 이하일 경우라도 다공체 내부 구조를 피복한 고분자 수지가 충분한 강도를 나타낸다면 CAD/CAM 가공시의 외부 stress를 버텨낼 수 있으므로 이 경우에는 수지가 침투된 개기공의 비율이 90% 미만이어도 상관없다. 즉, 0 초과 90% 미만의 범위값을 가질 수도 있다.

한편, 경우에 따라서는 다공체를 수지에 침잠하여 수지가 다공체의 기공내에 침투되도록 하였으나 다공체를 다시 수지로부터 인상하는 과정에서 수지가 다시 인출될 수도 있다.

이러한 점을 감안하여, 수지를 응고하거나 경화하는 단계를 나누어줄 필요가 있는데, 예를 들어 다공체가 수지에 침잠된 상태에서 냉각 또는 광경화, 열경화 함으로써, 수지를 일부 응고 또는 경화시키고, 완전한 응고 또는 경화가 이루어지기 이전에 침잠된 다공체를 수지로부터 인출하여 응고 또는 경화를 완료하는 것도 대체 가능한 방법이 될 수 있다.

3. 다공체를 가공한다.

위 수지들을 다공체 내에 충전한 후, 기계적 가공을 통해서 원하는 형상을 얻는다. 본 발명에서는 환자의 골결손부위나 치조골형성이 필요한 부분의 형상을 CT(computerized tomography)로 촬영하고 이를 CAD 소프트웨어에서 불러들여 환자에게 증대 또는 복원이 필요한 형상의 대체 치조골을 설계한 후, 이 설계데이터에 따라 컴퓨터제어가공장치(CAM)에서 골대체재 블랭크 블록(blank block - 블록형태의 모노리스 성형체, porous block bone)을 가공하여 목적한 설계 형상의 치조골로 제조한다. 환자마다 증대 또는 복원이 필요한 치조골의 형상은 상이하므로, 개별 환자에게 정합되는 치조골을 제조하는데 있어서는 CAD/CAM 가공이 가장 우수하다고 할 것이나, 기계적 가공은 위 CAD/CAM 가공에만 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서 MAM 절삭가공 등 다른 형태의 기계적 가공방법을 사용할 수도 있다.

4. 수지를 제거한다.

골대체재의 가공이 완료되고나면 이식을 위하여 위 수지들을 제거해야 하며, 열비산함으로써 순수 다공체를 얻는다. 골대체제는 이와 같은 순수 다공체로 이루어지기 때문이다. 만일 용융 또는 용해가 가능한 수지라면 열비산 대신 이를 용융시키거나, 용매에 의해 용해시켜서 다공체로부터 인출되도록 할 수도 있다. 용매는 예를 들어 아세톤 등 케톤계 물질을 사용할 수 있으며, 그 밖에도 수지를 용해할 수 있는 용매는 다른 종류도 가능하다.

<다공체의 특성>

본 발명의 일 실시예에 의한 다공체는 바람직하게는 스캐폴드 구조(scaffold structure)를 가지며, 적어도 40%의 개기공율을 갖거나 또는 적어도 60%의 총 기공율을 갖는 것이 바람직하다. 이는 치조골에 대한 골대체제에 요망되는 특성이므로, 만일 치조골의 골대체재가 아니라면 위 기공율을 벗어나면서도 가공과정에서 파손이 예상되는 다공체에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 기공의 특성, 즉 개기공이냐 폐기공이냐의 여부에 관계없이 적용될 수 있는 바, 재료가 완전한 폐기공을 가질 수는 없는 것이므로, 개기공이 존재하는 한, 폐기공의 비율이 어느정도가 되었든지 상관없이 수지의 침투가 가능하다면 본 발명에 의한 방법을 폐기공이 우세한 다공체에도 적용할 수 있을 것이다.

치조골에 대한 골대체재로서의 다공체는 하이드록시 아파타이트(Hydroxy Apatite), 삼인산칼슘 (Tri Calcium Phosphate, TCP) 또는 2상 인산칼슘(Biphasic Calcium Phosphate, BCP)을 포함하는 인산칼슘계 물질 또는 석고계 물질을 들 수 있으며, 열거되지는 아니하였으나, 그 밖에도 가능한 다른 물질도 충분히 존재할 수 있다.

가장 광범위하게는 모든 다공체가 대상이 될 수 있으며, 다만 본 발명의 적용이 필요한 경우에 따른 적정한 기공율이 정해질 수는 있으나, 이는 재료의 특성에 따라서 달라지므로 일의적으로 표현할 수는 없을 것이다.

<실시예>

1. 수지로서 연성왁스(soft wax)의 사용

본 실시예에서는 다공체를 충전하기 위한 연성왁스로서 바람직하게는 파라핀 왁스를 사용하였다. 연성왁스로는 파라핀 왁스(Paraffin wax), 유동 파라핀(Liquid paraffin), 마이크로크리스탈 왁스(Microcrystalline wax), 페트롤라툼(Petrolatum), 반다 왁스(Barnsdah wax), 오조케라이트(Ozokerite), 몬탄 왁스(Montan wax) 또는 세레진(Seresin)을 포함하는 석유계 왁스; 양모랍(Wool wax), 소이 왁스(Soy wax), 라놀린(Lanolin) 또는 밀랍 왁스(Bees wax)를 포함하는 동물성왁스, 일본 왁스(Japan wax), 코코아 버터(Cocoa butter), 카르나우바 왁스(Carnauba wax), 크리스탈 팜 왁스(Crystal palm wax), 칸데릴라 왁스(Candellia wax) 또는 오우리큐리 왁스(Ouricury wax)을 포함하는 식물성 왁스; 폴리에틸렌 왁스(Polyethylen wax), 그래뉼 왁스(Granule Wax), 화이트 왁스(White wax) 또는 젤 왁스(Gel wax)를 포함하는 합성 왁스 등을 사용할 수도 있다.

상기 연성왁스를 100℃에서 가열하여 용융시킨 후, 다공체에 침투하고 냉각과정을 통하여 수지를 응고시켰다. 이와 같이 제조된 다공체를 이용하여 하기 두 가지 조건에서 드릴링 테스트(drilling test)를 실시하였다.

CAM 가공시에는 내면과 외면에 대하여 황삭 공정 후 내면 정삭 공정을 거치게 되는데 황삭 및 정삭 공정에서 가공대상물의 손상 등을 확인하기 위해서는 drilling test를 적용한 것이다.

평가 tool 및 조건

	Tool	직경	Drilling 깊이	Drill RPM	Drill 이송 속도
Test 1	Titanium 가공용 Tool	2	Min. 4mm	300RPM	10mm/min
Test 2	Zirconia 가공용 Tool	2	Max. 10mm	800RPM	100mm/min

상기 테스트를 위한 지그의 모식도를 도 2에서와 같이 나타내었으며, 가공 후 다공체의 가공상태를 도 3에서와 같이 나타내었다.

지그 체결을 위해 연성왁스를 침투시켜 고정한 다공체는 가공 단계에서 많은 파손이 일어났다. 이를 통하여 알 수 있었던 것은, 연성왁스는 개기공을 충전하는 역할은 충실히 하였으나, 가공시 다공체를 지지하는 역할은 완전히 수행하지 못하였다. 그럼에도 불구하고, 연성왁스의 사용만으로도 다공체의 가공에 대한 가능성이 있으며, 연성왁스를 사용하지 아니하는 경우보다는 훨씬 우수한 가공상태를 나타냄을 확인할 수 있었다. 물론, tool의 종류 및 가공조건(Drill RPM, 이송 속도)에 따라 다공체의 손상 정도가 달라질 수 있다.

2. 수지로서 경성왁스의 사용

또 다른 수지로서 경성왁스(hard wax)를 사용하였다.

이와 같은 경성왁스는 무수 프탈산(Phthalic Anhydride)와 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol)의 중합체, 폴리프로필렌 왁스(Polypropylenr wax), 할로겐화 탄화수소 왁스(Halogenated hydrocarbon wax), 하이드로겐화 왁스(Hydrogenated wax), 피셔-트롭쉬 왁스(Fischer-Tropsch wax), 멀티 왁스(Multi wax) 등을 들 수 있으며, 본 실시예에서는 이중 프탈릭 안하이드라이드(Phthalic Anhydride)와 에타네디올(Ethanediol)의 중합체인 크리스탈 왁스를 사용하였다

3차원 다공구조를 갖는 다공체의 가공성을 보다 증진하기 위해서는 다공체 내부의 빈 공간을 채워서 가공중 다공체에 가해지는 충격을 보다 완화시켜야 한다. 다만, 경성왁스는 침투성 측면에서 연성왁스보다 더 주의를 기울여야 하며, 따라서 다공체내 침투가 용이하고 가공시 강성이 높으며 열처리 공정시 분해물의 양을 최소화하기 위한 solvent의 제거 공정이 가능한 소재를 선정하여 적용하여야 한다.

경성왁스 적용시 100℃ 내외로 온도가 증가하면 용융에 의해 다공체 내부로 침투가 용이하며, 온도가 떨어지면 응고하여 경성왁스와 함께 강성을 유지하는 다공체의 제조가 가능하다.

용융상태의 경성왁스가 침투된 후 다시 응고되었을 때의 부피 변화는 없는 것으로 확인되었으므로, 경성왁스의 팽창 수축에 따른 문제점은 발생되지 아니하였다.

도 4에서는 경성왁스를 침투시킨 다공체와 경성왁스를 다시 제거한 이후의 다공체를 각각 사진으로 나타내었다.

도시된 바와 같이 기공에 충전되었던 경성왁스는 가공 후 용매인 아세톤에 의해 쉽게 제거되고 잔류 유기물은 열처리 공정에 의해 용이하게 제거하여 전량 열처리 공정에 의해 유기물을 제거해야 하는 공정에 비하여 공정시간을 단축할 수 있다.

3. 경성왁스가 침투된 다공체의 가공

경성왁스가 침투된 다공체를 연성왁스가 침투된 다공제에 대한 가공실험시 적용하였던 가장 가혹한 조건인 Drill RPM 800, Drill 이송속도 200mm/min를 적용하여 가공실험하였다.

도 5에서는 이와 같이 경성왁스가 침투된 다공체를 가공하고 그 결과를 사진으로 나타내었다.

도시된 바와 같이, 경성왁스가 함침된 다공체는 가공 후 표면 모서리부분의 상태가 양호하며, chipping 등 다공체 구조의 파손은 관찰되지 않았다.

경성왁스 제거 후에 관찰한 결과에서도 가공 표면 모서리 부분의 구조가 가공시 tool의 영향을 거의 받지 않고 분괴도 없는 것으로 확인되었다.

도 6(a)는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 65ppi 다공체에 경성왁스를 침투시키고, 이를 가공하는 과정에서 측정된 다공체의 드릴링 하중을 나타내는 그래프, 6(b)는 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 65ppi 다공체에 연성왁스와 경성왁스를 각각 침투시키고, 이를 가공하는 과정에서 측정된 다공체의 드릴링 하중을 나타내는 그래프이다.

도시된 바와 같이, 드릴링(Drilling) 공정 적용시 17N 정도의 Load가 가해지며, 이는 연성 왁스를 사용했을 ?의 약 9.3N에 비해 매우 큰 값으로서 매우 높은 강성을 확보 할 수 있었다.

하중이 높으면 다공체 및 왁스의 강도가 높다는 것을 뜻하며, 즉 왁스가 지지체를 잘 보호하고 있음을 의미하는 것이다.

도 7에서는 다공체의 기공의 크기에 따른 가공성을 비교하여 사진으로 나타내었다. 도시된 바와 같이, 기공 크기에 따른 다공체의 가공성은 경성왁스를 함침한 단계에서는 차이를 확인할 수 없을 정도로 모두 양호하였다. 한편, 경성왁스를 제거한 후 관찰한 결과, 기공크기가 클수록 가공홀의 모서리에서 구조가 붕괴된 것을 확인하였으나, 이것은 가공 공정중의 응력집중에 의한 파괴이기도 하지만 다공체 본래의 형상 구조에 기인한 것일 수도 있으므로, 큰 문제가 되지는 않는 것으로 판단된다.

이상과 같이 본 발명을 바람직한 실시예를 기초로 설명하였으나, 상기 실시예로부터 본 발명의 보호범위가 한정되는 것으로 해석되지는 아니하며, 본 발명의 보호범위는 후술하는 특허청구범위의 해석에 의하여야 함은 자명한 것이라 할 것이다.

Claims (14)

1. 용융상태의 수지를 마련하는 단계;
   상기 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하는 단계; 및
   상기 다공체에 용융침투된 수지를 냉각에 의하여 응고시키는 단계;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 용융 상태의 수지는 상온에서 고체상태이며, 가열에 의해 용융되고, 냉각에 의해 다시 응고되는 것으로서, 70 ~ 300℃의 온도에서 용융상태에 있으며, 1 ~ 10,000cP의 점도 범위값을 갖는 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 다공체는 적어도 30%의 개기공율을 갖거나 또는 적어도 50%의 총 기공율을 갖는 것임을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체의 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 다공체는 인산칼슘계 물질 또는 석고계 물질이며, 상기 인산칼슘계 물질은 하이드록시 아파타이트(Hydroxy Apatite), 삼인산칼슘 (Tri Calcium Phosphate, TCP) 또는 2상 인산칼슘(Biphasic Calcium Phosphate, BCP)을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체의 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 수지를 응고하거나 경화하는 단계에서는, 다공체가 수지에 침잠된 상태에서 일부 응고 또는 경화가 이루어지도록 하고, 침잠된 다공체를 수지로부터 인출하여 응고 또는 경화가 완료되도록 하는 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체의 제조방법.
10. 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하고, 상기 다공체에 침투된 수지를 냉각에 의해 응고시킴으로써 응고된 수지가 채워진 다공체를 제조하는 단계; 및
    상기 응고된 수지가 채워진 다공체를 기계적으로 가공하는 단계; 를 포함하여 구성되며,
    상기 수지는 상온에서 고체상태이며, 가열에 의해 용융되고, 냉각에 의해 다시 응고되는 것으로서, 70 ~ 300℃의 온도에서 용융상태에 있으며, 1 ~ 10,000cP의 점도 범위값을 갖는 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체의 가공방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기계적으로 가공하는 단계;는,
    CAD/CAM 방법에 의해 가공하는 단계;
    인 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체의 가공방법.
12. 용융상태의 수지에 다공체를 침잠하여 상기 수지가 다공체의 기공에 침투되도록 하고, 상기 다공체에 침투된 용융상태의 수지를 냉각에 의하여 응고시킴으로써 응고된 수지가 충전되도록 하여 제조되며,
    상기 수지는 상온에서 고체상태이며, 가열에 의해 용융되고, 냉각에 의해 다시 응고되는 것으로서, 70 ~ 300℃의 온도에서 용융상태에 있으며, 1 ~ 10,000cP의 점도 범위값을 갖는 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 다공체에는 개기공(open pore)의 적어도 90%에 수지가 충전된 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 다공체에는 개기공(open pore)의 0 초과 90% 미만의 범위에 수지가 충전된 것을 특징으로 하는 가공성이 개선된 다공체.

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