KR102624482B1 - 비트리머 기반 형상 기억 고분자 및 이를 이용한 치아 교정 장치 - Google Patents

비트리머 기반 형상 기억 고분자 및 이를 이용한 치아 교정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비트리머 기반 형상 기억 고분자 및 이를 이용한 치아 교정 장치에 관한 것으로, 본 발명의 비트리머 기반 형상 기억 고분자는 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 구강 내 온도와 유사한 유리 전이 온도를 가져 치아 교정 효과가 우수하다.

Description

비트리머 기반 형상 기억 고분자 및 이를 이용한 치아 교정 장치{VITRIMER BASED SHAPE MEMORY POLYMER AND ORTHODONTIC APPARATUS USING THE SAME}
본 발명은 비트리머 기반 형상 기억 고분자 및 이를 이용한 치아 교정 장치에 관한 것이다.
불균일한 치열, 부정교합 또는 안면돌출은 치아 또는 턱뼈의 발육 이상, 치아에 영향을 미치는 습관 또는 유전 등으로 인해 치아 및 구강악안면 부위가 제자리에서 바르게 자라지 못하여 발생한다. 특히, 부정교합은 치아의 배열이 가지런하지 않거나 위 아래 맞물림 상태가 정상의 위치 범위를 벗어나 심미적 및 기능적으로 문제가 되는 교합관계를 의미하며, 이러한 부정교합은 발음 장애 및 턱관절 기능 장애를 유발할 수 있을 뿐 아니라, 저작 기능 장애로 인한 만성 소화 장애, 치아 우식증 및 잇몸 질환을 유발할 수 있다.
불균일한 치열 및 부정교합을 치료하기 위하여 치아에 힘을 가하여 정상의 위치로 이동시키는 치료 행위를 치열 교정 치료라고 하며, 치열 교정 치료를 통해 개개 치아의 위치 개선, 치열궁의 상하관계 개선, 악안면의 이상이나 기능 개선, 부정교합에 따른 각종 장애 제거, 구강질환의 예방이나 구강 주위 조직의 건강증진 등의 목적을 달성할 수 있다.
보다 구체적으로 치아 교정 치료는 약하지만 지속적인 힘을 받으면 치아가 이동하는 성질을 이용한다. 기존에 사용되고 있는 교정장치는 Moyer에 의한 교정장치의 분류(classification)에 따라 (1) 고정식 교정장치(fixed appliance), (2) 가철식 교정장치(removable appliance)로 크게 나눌 수 있다. 먼저 고정식 교정장치(fixed appliance)는 장치가 구강 내에 고정되어 있어 술자에 의해서만 착탈이 가능한 것을 말한다. 반면 가철식 교정장치(removable appliance)는 환자가 구강 외로 철거할 수 있는 장치를 말한다[치과교정기공학 p.98-99, 치과교정기공학연구회, 도서출판대학서림, 2015, ISBN 978-89-6940-071-0].
고정식 교정장치는 브래킷(bracket)을 치아의 표면에 부착한 뒤 브래킷의 슬롯(slot)에 와이어(wire)를 삽입하고 삽입된 와이어를 밀거나 당김으로써 치아에 힘을 인가하여 치아 위치를 서서히 변화시켜 정상 위치로 이동되게 하여 치열이 고르지 못한 것을 치료하게 된다. 이러한 고정식 교정장치는 환자가 브래킷 및 와이어를 임의로 삽입 및 철거하지 못하기 때문에 빈번한 착탈로 인한 장치물의 변형을 감소시킬 수 있으며 원하는 방향, 위치로 빠르게 교정시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 구강 청결 관리가 어려우며, 우식 이환율이 높은 환자에게는 적용이 곤란한 점 등의 단점이 있다. 또한, 가철식 교정장치는 환자가 임의로 장치물을 구강 내에 삽입, 철거할 수 있는 교정장치로 능동형 가철장치(active appliance)와 수동형 가철장치(passive appliance)로 구분이 된다. 전술한 교정장치들은 대부분 금속 등으로 만들어지기 때문에, 장기적인 교정치료기간 동안 환자는 심미성이 떨어지는 브래킷과 와이어를 부착하고 지내야만 하는 불편함이 있었다. 상기 기재한 문제점을 해결하기 위하여 치아의 색과 모양을 유지시켜 심미성을 증가시키고 마우스피스 형태로 교정력을 제공하는 투명 교정 장치가 개발되었다.
그러나, 현재까지의 교정 장치는 치아에 힘을 가하기 위하여 경질의 재료를 사용하여야 하므로 통증 또는 치주염과 같은 부작용이 발생하거나 사용 기간이 길어질수록 형상이 변형되어 교정력이 저하된다는 문제점이 존재하였다.
특허문헌 1. 한국등록특허 제10-2263019호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 형상 기억 성능이 우수하고, 구강 내 온도와 유사한 유리 전이 온도를 가져, 구강 내에서 형상 회복이 가능하여 오정렬된 치아를 교정하기에 용이한 비트리머 기반 치아 교정용 형상 기억 고분자 및 이를 이용한 치아 교정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 1 내지 30 중량부; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 94 중량부;를 포함하는 치아교정용 형상 기억 고분자를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 상기 형상 기억 고분자를 포함하는 치아 교정 장치를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 1 중량부 이상 15 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 94 중량부;를 포함하는 제1 형상 기억 고분자를 포함하는 제1 치아 교정 장치; 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 15 중량부 이상 20 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 80 중량부;를 포함하는 제2 형상 기억 고분자를 포함하는 제2 치아 교정 장치; 및 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 20 중량부 이상 30 중량부 이하; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 75 중량부;를 포함하는 제3 형상 기억 고분자를 포함하는 제3 치아 교정 장치;를 포함하는 치아 교정 장치 세트를 제공한다.
본 발명의 또 다른 측면은 (a) 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 1 내지 30 중량부; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 94 중량부;를 혼합 및 반응시키는 단계;를 포함하는 치아교정용 형상 기억 고분자의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 비트리머 기반 형상 기억 고분자는 기계적 강도가 우수할 뿐 아니라, 구강 내 온도와 유사한 유리 전이 온도를 가져 치아 교정 효과가 우수하다.
도 1은 산 화합물 중량부에 따른 형상 기억 고분자의 유리 전이 온도를 나타낸 것이다.
도 2는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중량부에 따른 형상 기억 고분자의 영률(MPa)을 나타낸 것이다.
이하 본 발명을 첨부된 도면 및 실시예와 함께 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 측면은 세바식산(Sebacic Acid) 또는 4,4'-디티오디부티릭산(4,4’-Dithiodibutyric acid) 중 어느 하나 이상을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 (Bisphenol A diglycidyl ether) 1 내지 30 중량부; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르(Triphenylolmethane triglycidyl ether) 48 내지 94 중량부;를 포함하는 치아교정용 형상 기억 고분자를 제공한다.
상기 산화합물의 중량부는 5 내지 22 중량부, 바람직하게는 7 내지 20 중량부, 더욱 바람직하게는 10 내지 17 중량부, 가장 바람직하게는 13 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 산 화합물이 상기 범위를 만족할 때, 형상 기억 성능이 우수할 뿐 아니라, 형상 기억 고분자의 유리 전이 온도가 15 내지 30 ℃를 만족한다. 특히, 상기 형상 기억 고분자의 유리 전이 온도가 15 내지 30 ℃를 만족할 때, 음식물 섭취 여부와 관계없이 구강 내에서 형상이 복원된다는 점에서 바람직하다.
상기 산화합물은 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 것을 특징으로 하며, 가장 바람직하게는 세바식산 및 4,4'-디티오디부티릭산이 1: 0.9 내지 1.1 중량비로 혼합된 것일 수 있다.
상기 비스페놀 A 디글리시딜 에테르는 1 내지 30 중량부일 수 있다. 상기 비스페놀 A 디글리시딜 에테르가 상기 범위를 벗어나면, 형상 기억 성능이 저하된다는 점에서 바람직하지 않다.
치아 교정 초기에 상대적으로 강한 영률을 가진 형상 기억 고분자로 제조된 교정 장치로 치아 교정을 시도하면, 무리한 힘이 가해져 환자가 고통을 느끼거나 잇몸 질환이 생길 수 있으며, 억지로 치아를 이동시켜 치아가 기울어지는 문제점이 발생할 수 있다. 반대로, 치아 교정 시 사용되는 형상 기억 고분자의 영률이 충분히 높지 않은 경우, 환자에게 고통 또는 불쾌감을 유발하지는 않지만 충분한 힘으로 치아를 이동시키지 못하여 치아 교정 기간이 오래 걸리며 치아 교정 효과를 기대하기 어려울 수 있다. 이에 본 발명에서는 상기 치아 교정용 형상 기억 고분자의 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 함량을 조절하여 제조되는 형상 기억 고분자의 기계적 물성(특히, 영률)을 변화시켰다. 보다 구체적으로, 상기 비스페놀 A 디글리시딜 에테르는 1 중량부 이상 15 중량부 미만일 때 제조되는 형상 기억 고분자의 영률은 50 내지 100 MPa이고, 상기 비스페놀 A 디글리시딜 에테르가 15 중량부 이상 20 중량부 미만일 때 제조되는 형상 기억 고분자의 영률은 100 내지 150 MPa이고, 상기 비스페놀 A 디글리시딜 에테르가 20 중량부 이상 30 중량부 이하일 때 제조되는 형상 기억 고분자의 영률은 150 내지 220 MPa일 수 있다.
상기 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르의 중량부는 48 내지 94 중량부, 바람직하게는 50 내지 92 중량부, 더욱 바람직하게는 53 내지 89 중량부, 가장 바람직하게는 55 내지 86 중량부일 수 있다. 상기 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르가 상기 중량부를 벗어나면 제조되는 형상 기억 고분자의 물성이 현저하게 저하되거나 형상 기억 성능이 나타나지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 상기 치아 교정용 형상 기억 고분자를 포함하는 치아 교정 장치를 제공한다.
상기 치아 교정 장치는 치아 교정용 마우스피스, 예방 치아 교정 장치 또는 치아 교정용 와이어인 것일 수 있다. 상기 치아 교정용 마우스피스는 상악 또는 하악의 치아를 덧씌울 수 있는 캡모양의 치아 교정 장치를 의미한다.
상기 치아 교정용 마우스피스는 소아기 유치에서 영구치 전환 시기에 영구치의 부정교합을 사전에 방지하기 위한 가철식 예방 치아 교정 장치일 수 있다.
상기 치아 교정 장치는 상기 형상 기억 고분자를 3D프린팅(FDM방식, SLA방식, DLP방식 등) 및 사출성형하는 방법으로 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 치아 교정 장치는, 환자의 구강 스캔 데이터를 수득하는 단계; 상기 구강 스캔 데이터를 이용하여 교정될 구강 구조 모델을 설계하는 단계; 및 상기 구강 구조 모델을 기초로 상기 형상 기억 고분자를 사출, FDM 3D 프링팅, DLP 3D 프링팅, SLA 3D 프링팅, 압출 또는 프레스 성형하여 상기 치아 교정 장치를 제조하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이, 치아 교정용 소재의 영률이 높으면 고통 또는 잇몸 질환을 유발하고, 영률이 낮으면 치아 교정 효과를 기대할 수 없다. 바람직하게는, 치아 교정 초기에는 상대적으로 약한 영률을 갖는 소재를 이용하고, 치아 교정 중기에는 너무 낮지도 않고 너무 높지도 않은 영률을 갖는 소재를 이용하며, 치아 교정 말기에는 높은 영률을 갖는 소재를 이용하여 환자에게 유발되는 부작용을 최소화하고 교정 효과를 극대화시킬 수 있다. 본 발명에서는 영률이 각각 50 내지 100 MPa, 100 내지 150 MPa 및 150 내지 220 MPa인 형상 기억 고분자가 치아 교정 초기, 중기 및 말기에 적합한 것을 발견하여 상기 치아 교정용 형상 기억 고분자의 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 함량을 변화시켜 영률이 상이한 복수 개의 형상 기억 고분자와 이를 이용한 치아 교정 장치를 제작하고, 치아 교정 초기에 적합한 약한 영률의 형상 기억 고분자를 이용한 치아 교정 장치, 치아가 교정 중기에 적합한 영률을 가진 강한 영률을 가진 형상 기억 고분자를 이용한 치아 교정 장치 및 치아가 교정 후기에 적합한 영률을 가진 강한 영률을 가진 형상 기억 고분자를 이용한 치아 교정 장치를 포함하는 치아 교정 장치 세트를 제공함으로써, 환자에게 고통을 최소화시킴과 동시에 교정 효과를 현저하게 향상시켰다.
보다 구체적으로, 본 발명의 또 다른 측면은 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 1 중량부 이상 15 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 94 중량부;를 포함하는 제1 형상 기억 고분자를 포함하는 제1 치아 교정 장치; 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 15 중량부 이상 20 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 80 중량부;를 포함하는 제2 형상 기억 고분자를 포함하는 제2 치아 교정 장치; 및 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 20 중량부 이상 30 중량부 이하; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 75 중량부;를 포함하는 제3 형상 기억 고분자를 포함하는 제3 치아 교정 장치;를 포함하는 치아 교정 장치 세트를 제공한다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 13 내지 15 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 1 중량부 이상 15 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 55 내지 86 중량부;를 포함하는 제1 형상 기억 고분자를 포함하는 제1 치아 교정 장치; 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 13 내지 15 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 15 중량부 이상 20 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 55 내지 72 중량부;를 포함하는 제2 형상 기억 고분자를 포함하는 제2 치아 교정 장치; 및 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 13 내지 15 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 20 중량부 이상 30 중량부 이하; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 55 내지 67 중량부;를 포함하는 제3 형상 기억 고분자를 포함하는 제3 치아 교정 장치;를 포함하는 치아 교정 장치 세트를 제공한다.
상기 치아 교정 장치는 치아 교정용 마우스피스, 예방 치아 교정 장치 또는 치아 교정용 와이어를 의미하는 것일 수 있다.
상기 제1 내지 제3 치아 교정 장치는, 환자의 구강 스캔 데이터를 수득하는 단계; 상기 구강 스캔 데이터를 이용하여 교정될 구강 구조 모델을 설계하는 단계; 및 상기 구강 구조 모델을 기초로 상기 제1 내지 제3 형상 기억 고분자를 사출, FDM 3D 프링팅, DLP 3D 프링팅, SLA 3D 프링팅, 압출 또는 프레스 성형하여 상기 제1 내지 제3 치아 교정 장치 각각을 제조하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 (a) 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 1 내지 30 중량부; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 94 중량부;를 혼합 및 반응시키는 단계;를 포함하는 치아교정용 형상 기억 고분자의 제조방법을 제공한다.
상기 (a) 단계는 140 내지 160 ℃에서 2 내지 4 시간 동안, 바람직하게는 142 내지 158 ℃에서 2.2 내지 3.8 시간 동안, 더욱 바람직하게는 145 내지 155 ℃에서 2.5 내지 3.5 시간 동안, 가장 바람직하게는 148 내지 153 ℃에서 2.8 내지 3.2 시간 동안 수행되는 것일 수 있다. 상기 (a) 단계의 시간 및 온도 중 어느 하나라도 상기 범위를 벗어나면, 제조되는 형상 기억 고분자의 물성이 저하되어 치아 교정용 장치로 이용되기 적합하지 않을 수 있다.
하기 실시예 및 비교예에 명시적으로 기재하지 않았지만, 하기 조건들을 달리하여 치아 교정용 형상 기억 고분자를 제조하고, 유리 전이 온도보다 20 ℃에 높은 온도에서 100% 연신한 후 유리 전이 온도 보다 20 ℃ 낮은 온도로 냉각한 후, 유리 전이 온도에서 형상을 회복시키는 과정을 50회 반복하는 반복 형상 기억 회복 능력 평가를 수행한 후 형상고정율 및 형상복원율을 측정하여 형상 회복 능력이 초기에 비해 저하되는지를 확인하였다.
그 결과 하기 조건들을 모두 만족할 때는 반복 형상 기억 회복 능력 평가 이후 형상 회복 능력이 초기에 비해 큰 차이가 없었지만, 하기 조건들 중 어느 하나라도 만족하지 않는 경우, 초기에 비해 형상 회복 능력이 20% 이상 감소하여 변형-형상 회복이 반복될 경우 형상 회복 능력이 현저하게 저하되는 것을 확인하였다.
상기 산화합물의 중량부는 13 내지 15 중량부이고,
상기 산화합물은 세바식산 및 4,4'-디티오디부티릭산이 1: 0.9 내지 1.1 중량비로 혼합된 것이고,
상기 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르의 중량부는 55 내지 86 중량부이고,
상기 (a) 단계는 148 내지 153 ℃에서 2.8 내지 3.2 시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다.
실시예 1 내지 실시예 18
세바식산(Sebacic Acid, Aldrich Co) 및 4,4'-디티오디부티릭산(4,4’-Dithiodibutyric acid, Aldrich Co)이 1:1 중량비로 혼합된 산 화합물 및 촉매 PPh3(트리페닐포스핀)를 110℃에서 혼합한 후, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 (Bisphenol A diglycidyl ether, KDS8128, 국도화학) 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르(Triphenyloimethane triglycidyl ether, Sigma-Aldrich)를 투입한 후 150 ℃에서 3 시간 동안 중합시켰다.
이때 산 화합물, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르의 혼합비는 하기 표 1에 나타내었다.
구분 중량부
산 화합물 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르
실시예 1 1 17 82
실시예 2 5 17 78
실시예 3 10 17 73
실시예 4 15 17 68
실시예 5 20 17 63
실시예 6 25 17 58
실시예 7 30 17 53
실시예 8 35 17 48
실시예 9 40 17 43
실시예 10 15 1 84
실시예 11 15 5 80
실시예 12 15 10 75
실시예 13 15 15 70
실시예 14 15 20 65
실시예 15 15 25 60
실시예 16 15 30 55
실시예 17 15 35 50
실시예 18 15 40 45
실험예 1. 유리 전이 온도(glass transition temperature (T g ))
상기 실시예 1과 동일하게 형상 기억 고분자를 제조하되, 산 화합물, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 합 100 중량부에 대하여 산 화합물을 1 중량부에서 25 중량부까지 1 중량부씩 증가시키면서 형상 기억 고분자를 제조하고, 이의 유리 전이 온도를 측정하여 도 1에 나타내었다. 이때 비스페놀 A 디글리시딜 에테르은 17 중량부로 고정하고, 상기 산 화합물, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르의 합이 100 중량부가 되도록 산 화합물의 중량부를 변화시킴에 따라 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르의 중량부를 변화시켰다.
유리 전이 온도는 TA Instrument 사의 시차주사 열량분석기(Discovery DSC25; Differential Scanning Calorimetry) 장비를 이용하여 알루미늄 팬 내에 5 내지 10 mg 샘플 질량을 가지고 승온 속도 10℃/min으로 -80 ℃부터 150 ℃까지 한번 반복 측정하였다.
도 1은 산 화합물 중량부에 따른 형상 기억 고분자의 유리 전이 온도를 나타낸 것이다.
상기 도 1을 참조하면, 산 화합물을 1 중량부에서 4 중량부까지 변화시켰을 때는 유리 전이 온도가 감소하였으며, 가장 유리 전이 온도가 높았을 때(산 화합물이 1 중량부일 때)도 유리 전이 온도가 9.2 ℃로 10 ℃에도 미치지 못하였다. 반면, 산 화합물의 함량이 5 중량부일 때 유리 전이 온도가 급격하게 상승하여 16.3 ℃가 되었고, 14 중량부에서 유리 전이 온도가 가장 높은 30 ℃가 될 때까지 유리 전이 온도가 중량부를 증가시킴에 따라 함께 증가하였다. 또한, 산 화합물을 15 중량부에서 22 중량부로 변화시킬 때 유리 전이 온도가 감소하기는 하였지만 18.3 ℃ 이상을 유지하였다. 이후 산 화합물을 23 중량부로 변화시켰을 때 유리 전이 온도는 9.8 ℃로 급격하게 감소하였으며, 산 화합물이 23 중량부에서 35 중량부로 변화시켰을 때는 유리 전이 온도가 9.8 ℃ 이하로 현저하게 감소하였다. 이를 통해, 산 화합물이 5 중량부 일 때 및 22 중량부일 때를 기준으로 유리 전이 온도가 급격하게 변화하는 현저한 작용 효과가 나타남을 확인할 수 있으며, 특히, 산 화합물의 함량이 5 중량부 내지 22 중량부일 때는 유리 전이 온도가 15 내지 30 ℃ 로 구강 내에서 형상 회복 효과를 나타낼 수 있고, 치아 교정 장치에 적합함을 확인하였다.
실험예 2. 영률
상기 실시예 1과 동일하게 형상 기억 고분자를 제조하되, 산 화합물, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 합 100 중량부에 대하여 비스페놀 A 디글리시딜 에테르가 1 중량부에서 40 중량부까지 1 중량부씩 증가시키면서 형상 기억 고분자를 제조하고, 이의 영률을 측정하여 도 1에 나타내었다. 이때 산 화합물은 15 중량부로 고정하고, 상기 산 화합물, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르의 합이 100 중량부가 되도록 비스페놀 A 디글리시딜 에테르의 중량부를 변화시킴에 따라 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르의 중량부를 변화시켰다.
영률은 ASTM D 412 방법에 의거하여 만능시험기(UTM)를 이용하여 시편을 500 mm/min의 속도로 분석한 응력-변형률 곡선 상의 초기 0.5 % 변형률 구간 기울기를 계산하여 측정하였다.
도 2는 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중량부에 따른 형상 기억 고분자의 영률(MPa)을 나타낸 것이다.
상기 도 2를 참조하면, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 중량부에 따라 영률이 조절될 수 있음을 알 수 있다. 특히, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르가 1 내지 30 중량부일 때 치아에 적절한 힘을 가하여 교정할 수 있으면서, 통증과 같은 부작용이 나타나지 않는 범위(50 내지 220 MPa)를 만족하는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르가 1 중량부 이상 15 중량부 미만일 때 50 내지 100 MPa이고, 15 중량부 이상 20 중량부 미만일 때 영률은 100 내지 150 MPa이고, 20 중량부 이상 30 중량부 이하일 때 영률은 150 내지 220 MPa이었다.
실험예 3. 형상 회복 특성
상기 실시예 1 내지 18에서 제조된 형상 기억 고분자 시편의 초기 길이(Li)를 측정하였다. 그 다음, 유리 전이 온도(Tg) 보다 20 ℃ 높은 온도에서 만능시험기(UTM)를 이용하여 100% 변형을 가하고, 변형이 가해진 길이(Ld)를 측정하였다. 그 다음, 변형을 유지한 상태에서 시편을 유리 전이 온도(Tg) 보다 20 ℃ 낮은 온도로 급냉시켜 변형을 유지하던 힘을 제거하고, 시편의 길이(Lf)를 측정하였다. 그 다음, 다시 유리 전이 온도(Tg) 보다 20 ℃ 높은 온도로 가열한 후, 시편의 길이(Lr)를 측정하였다.
이와 같은 방법으로 구해진 값들을 하기 수학식 1 내지 수학식 2로 계산하여 형상 고정율과 형상복원율을 구하여 하기 표 2에 나타내었다.
[수학식 1]
형상고정율(Shape fixity, %) = [(Lf-Li)/(Ld-Li)]×100
[수학식 2]
형상복원율(shape recovery, %) = [(Ld-Lr)/(Ld-Li)]×100
구분 형상고정율(%) 형상복원율(%)
실시예 1 75.8 82.2
실시예 2 94.3 94.5
실시예 3 96.1 97.3
실시예 4 98.4 99.1
실시예 5 96.8 95.4
실시예 6 83.6 82.1
실시예 7 81.9 81.5
실시예 8 78.5 78.4
실시예 9 77.4 73.9
실시예 10 95.3 95.8
실시예 11 97.5 96.1
실시예 12 98.6 98.3
실시예 13 99.9 98.7
실시예 14 98.4 99.1
실시예 15 96.5 98.8
실시예 16 97.3 97.5
실시예 17 81.4 79.4
실시예 18 75.8 71.5
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 2 내지 실시예 5 및 실시예 10 내지 실시예 16에서 제조된 형상 기억 고분자의 경우 형상고정율 및 형상 복원률 모두 94% 이상으로 우수한 형상 기억 성능을 나타내었다. 반면, 산화합물이 5 내지 22 중량부 범위를 벗어난 실시예 1 및 실시예 6 내지 9의 형상 기억 고분자와 비스페놀 A 디글리시딜 에테르의 중량부가 30 중량부를 초과한 실시예 17 내지 18의 경우 형상기억 성능이 현저하게 저하되었다. 이를 통해 본 발명에 따른 형상 기억 고분자의 각 성분의 함량이 우수한 형상 기억 성능을 나타내는 데 중요함을 알 수 있었다.

Claims (14)

  1. 세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 1 중량부 이상 15 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 94 중량부;를 포함하는 제1 형상 기억 고분자를 포함하는 제1 치아 교정 장치;
    세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 15 중량부 이상 20 중량부 미만; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 80 중량부;를 포함하는 제2 형상 기억 고분자를 포함하는 제2 치아 교정 장치; 및
    세바식산 및/또는 4,4'-디티오디부티릭산을 포함하는 산 화합물 5 내지 22 중량부; 비스페놀 A 디글리시딜 에테르 20 중량부 이상 30 중량부 이하; 및 트리페닐올메탄 트리글리시딜 에테르 48 내지 75 중량부;를 포함하는 제3 형상 기억 고분자를 포함하는 제3 치아 교정 장치;를 포함하는 치아 교정 장치 세트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 치아 교정 장치는 치아 교정용 마우스피스, 예방 치아 교정 장치 또는 치아 교정용 와이어인 것을 특징으로 하는 치아 교정 장치 세트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 치아 교정 장치는,
    환자의 구강 스캔 데이터를 수득하는 단계;
    상기 구강 스캔 데이터를 이용하여 교정될 구강 구조 모델을 설계하는 단계; 및
    상기 구강 구조 모델을 기초로 상기 제1 내지 제3 형상 기억 고분자를 사출, FDM 3D 프링팅, DLP 3D 프링팅, SLA 3D 프링팅, 압출 또는 프레스 성형하여 상기 제1 내지 제3 치아 교정 장치 각각을 제조하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 치아 교정 장치 세트.
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