KR20080037548A - 치과 보철을 제작함에 있어서 의치 제조용 재료 - Google Patents

Abstract

저 융합 온도 금속 입자 및 다공성 금속 구조물을 형성하기 위한 재료 조성물의 열처리 동안, 각 중간 융합 온도 금속 입자의 입자 덩어리의 약 4부피% ~ 50부피%의 정도로 중간 융합 온도 금속 입자의 부분적 용융을 가져오는 특징적 용융을 갖는 적어도 35부피% ~ 85부피%의 상기 중간 융합 온도 금속 입자를 함유하는 매트릭스내에 금속 입자 복합체를 포함하는 치과 보철의 제작에 있어서 다공성 금속 구조물 및 의치를 제조하는데 사용되는 재료 조성물.

치과 보철, 의치 제조

Description

치과 보철을 제작함에 있어서 의치 제조용 재료{A material for forming a dental coping in the preparation of a dental restoration}

본 발명은 치과 보철의 제작 또는 수선에 있어서 다공성 금속 구조물(porous metal structure) 및 의치를 제조하는데 사용하기 위한 치과용 재료 조성물(dental material compostion)에 관한 것이다.

치관 및 교의치 보철(crown and bridge prosthodontics)에서, 치관 및/또는 교의치와 같은 의치의 하부구조물을 제조하기 위하여 종래에는 금속 대치물(metal coping)이 사용되었다. 음식물을 씹을 때, 상기 금속 대치물은 씹는 힘(force of mastication)에 저항하는 보철에 필요로 되는 구조적 강도와 경직성을 제공하는 것이 필수적이었다. 세라믹-금속(ceramic-to-metal) 의치에서, 금속 대치물은 주로 심미성을 목적으로 자기(porcelain) 또는 아크릴(acrylic)로 소성(fired-on) 코팅으로 덮여진다. 바람직하게는, 상기 금속 대치물은 또한, 의치의 가장자리에서 잇몸 조직과 생체적합 친밀관계(biocompatible relationship)를 제공하여야 한다.

종래에 상기 의치는 통상적인 주조작업(casting operation)을 사용한 주형금속(cast metal)으로부터 제조되었다. 지난 20여년 간에 걸쳐서, 의치를 제작하기 위하여 금속 입자(metal particle)의 기본적 조성물을 사용한 대체 절차가 치과 치료(dental profession)에 도입되었고 종래의 주조 대치물(casting coping)의 대안으로 널리 받아들여지게 되었다. 이러한 대체 절차에서, 금속 입자의 기본적 조성물은 바람직한 형상으로 금형(die)에서 절삭(shaping)되고/절삭되거나 본을 뜨게 되고(molding), 그리고 나서 이어지는 열처리 작업에 따라서 의치를 형성하는 다공성 구조내로 열처리 되어 충전재(filler material)가 주입된다. 환자의 입에 의치를 대체하기에 앞서 다공성 구조물을 완성된 의치의 고형 덩어리 표본으로 고형화시키기 위하여, 상기 충전재의 첨가가 필요로 된다. 이러한 방식으로 의치를 제조하기 위하여 선택할 수 있는 의치 재료는, Precious Chemicals Inc.의 등록상표이고, 하기에 참고문헌으로 포함되어 공개된 미국특허번호: 4,742,861; 4,814,008; 4,990,394; 5,234,343 및 5,336,091로 알려주고 설명된 귀금속(noble metal) 입자를 포함하는 조성물인, 캡텍(Captek)이다.

앞서 언급된 특허에서 설명한 바와 같이, 의치는, 바람직하게는 휘발성 결합제(volatile binder)를 포함하는 매트릭스(matrix)에 결합된 고 융합 온도 금속 입자(high fusing temperature metal particle) 및 저 융합 온도 금속 입자(low fusing temperature metal particle)의 조합(combination)을 포함하는 기본재료 조성물(base material composition)로부터 제조된다. 활성탄소(activated carbon)의 입자와 같은 다른 소수 성분(minor constituent)이 함유될 수 있다. 의치를 제조함에 있어서, 금속 복합체(composite)가 받게 되는 상기 열처리 온도 이상 및 이하에 각각 놓여지는 것을 특징으로 하는 용융을 제공하기 위하여, 고 및 저 융합 온도 금속 입자가 선택된다. 따라서, 저 융합 온도 금속 입자는 저 융합 금속의 상기 입자가 선택된 열처리 온도 또는 그 이하의 온도에서 용융되게 하는 용융 온도(melting temperature)를 가져야 하는 반면에, 그들이 본질적으로 열처리 동안 용융되지 않도록 고 융합 온도 금속 입자는 선택된 열처리 온도 이상에서 용융 온도를 가져야 한다. 상기 휘발성 결합제는 열처리 동안 기화되는 치과용 왁스(dental wax)와 같은 재료로 구성될 수 있다. 상기 열처리 과정은 다른 열처리 온도를 사용하는 하나 이상의 열처리 단계를 수반할 수 있거나 점차 변화하는 온도 사용을 수반할 수 있다. 이러한 경우에, 상기 고 및 저 융합 온도 금속 입자는, 상기 저 융합 온도 금속 입자는 열처리 동안 모두 용융되는 반면에 고 융합 온도 금속 입자는 본질적으로 열처리 동안 용융되지 않는다는 사실에 의하여 여전히 서 로 구분된다. 열처리가 변화되는 주어진 시간 간격에 걸쳐 일어나므로, 열처리의 선택된 시간 간격에도 불구하고 상기 고 융합 금속 입자의 용융은 거의 또는 전혀 발생하지 않거나 열처리 동안 제조된 다공성 구조물은 수축될 것이고 결국 실패를 가져올 것이다.

비록 의치를 제조하는데 있어서, 이러한 상대적으로 신규한 치과용 재료 및 절차가 치과 치료에서 널리 받아들여지고 있지만, 금형(die) 위, 특히 가장자리에서 재료를 적절히 절삭하고 재료를 열처리하도록 상기 재료를 사용하는데 있어서, 현재 치과 실험실 기술자 또는 치과의사에게 상당한 전문적 기술이 요청된다. 그러한 전문기술을 획득하는 것이 필요하기 때문에 많은 실험실 및 단일 개업자들이 일관된 기초하에서 상기 재료 및 절차를 사용하는데 어려움을 겪는다. 분명히, 의치를 제조하기 위하여 보다 적은 기술을 필요로 하는 치과용 재료는 의치의 제작 및/또는 현존하는 의치의 수선에 있어서 상기 재료의 사용에 대한 요청을 증가시킬 것이다.

본 발명의 재료 조성물은 보다 기술이 뒤떨어진 전문가 및 거의 또는 전혀 사후 통제가 없이도 상기 재료를 절삭하고 열처리시키는 것을 가능케한다는 측면에서, 본 발명의 치과용 조성물은 앞서 언급된 특허에서 알려준 금속 입자의 매트릭스(matrix)의 제제화의 변형이고 상당한 기술적 진보를 나타낸다.

본 발명의 상기 치과용 재료는 저 융합 온도 금속 입자 및 적어도 35% ~ 85%, 바람직하게는 65 부피%의 중간 융합 온도 금속 입자(medium fusing temperature metal particle)를 함유하는 금속 입자의 매트릭스내에 금속 입자의 복합체를 포함하는 조성물로서, 상기 중간 융합 온도 금속 입자는 1 ~ 10 분, 바람직하게는 3 ~ 6분, 1000℃ ~ 1200℃의 열처리 시간에 걸쳐 부분적 용융이 되는 열처리 동안 특징적인 용융이 발생하고, 이때 모든 저 융합 온도 금속 입자가 용해되고, 열처리의 종기에는 적어도 실질적으로 모든 중간 융합 온도 금속 입자가 그 입자 덩어리의 약 4 ~ 50부피%의 범위로 용융되는 부분 용융이 일어나고, 상기 저 융합 온도 금속 입자는 상기 금속 입자만의 조성물 또는 상대적으로 소수 퍼센티지의 고 융합 온도 금속 입자와 조합한 금속 입자의 조성물의 잔여물을 나타내는, 금속 입자의 매트릭스내에 금속 입자의 복합체를 포함하는 조성물이다. 상기 중간 융합 입자 및 함유된다면 고 융합 온도 금속 입자는 얇고 비-구형의 기학학적 구조를 갖고 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 들쑥날쑥한 날(jagged edge)을 갖는 얇은 박편(flake) 형태이어야 한다.

각 상기 입자의 50부피% 이하가 용융되고, 바람직하게는 각 상기 입자의 10 ~ 25부피%에서 용융되도록 하기 위하여 모든 또는 실질적으로 모든 중간 융합 입자가 열처리 동안 용융되는 정도를 제한함으로써, 열처리의 결과로써 수축되지 않으며 사용하는데 거의 또는 전혀 훈련을 필요로 하지 않는 다공성 골격 구조물(porous skeleton structure)이 형성될 것이다. 그러나, 본 발명의 본질적인 것은, 모든 또는 실질적으로 모든 중간 융합 입자가, 각 상기 입자의 약 4부피% 이상이 용융되지만 그 50부피% 이하 및 바람직하게는 최적으로 10 ~ 15%를 갖는 10 ~ 25%가 용융되는 정도로 열처리 동안 적어도 부분적으로 용융된다는 점이다. 상기 중간 융합 입자의 조절된 부분적 용융은 상기 재료를 수축됨이 없이도 가장자리에서조차 금형에서 절삭되거나 본을 뜨는 것을 가능케 한다. 상기 중간 융합 입자의 각각의 용융된 부분은 상기 용융된 저 융합 입자와 결합하고 융합됨으로써 중간 융합 입자의 비-용융 부분으로부터 형성된 다공성 구조의 성질, 특히 온도 안정성을 증진시킨다. 상기 조성물은 중간 온도 융합 입자 단독 또는 고 융합 입자와 조합체를 포함할 수 있다. 아울러, 치과용 재료 조성물에 있어서 상기 총 중간 융합 입자의 양 중에서 특징적인 부분적 용융에 대한 보다 큰 조절을 제공하기 위하여, 하나 이상의 중간 융합 입자의 조성물이 사용될 수 있다.

본 발명의 재료 조성물은 보다 기술이 뒤떨어진 전문가 및 거의 또는 전혀 사후 통제가 없이도 상기 재료를 절삭하고 열처리시키는 것을 가능케한다는 측면에서, 본 발명의 치과용 조성물은 앞서 언급된 특허에서 알려준 금속 입자의 매트릭스(matrix)의 제제화의 변형이고 상당한 기술적 진보를 나타낸다.

본 발명은 일반적으로, 어떠한 종래의 석재, 금속 또는 폴리머 비굴절(polymr non-refractory) 또는 굴절 작업용 금형을 사용하여 의치의 제작, 수선 또는 복원을 위하여, 하기에 참고문헌으로 포함되어 공개된 미국특허번호; 4,742,861; 4,814,008; 4,990,394; 5,234,343 및 5,336,091에서 알려진 본을 뜰 수 있는 치과용 재료(moldable dental material)에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명의 치과용 재료는 중간 융합 온도 금속 입자 단독 또는 고 융합 온도 금속 입자, 저-융합 온도 금속 입자 및 휘발성 결합제의 결합체로 구성되는 본을 뜰 수 있는 조성물이다. 열처리시에, 상기 결합제는 구조물 전체에 걸쳐 균일하게 분포하는 복수의 공극의 모세관 조직을 갖는 다공성, 3차원의 골격 또는 스폰지-유사 구조물을 형성하도록 증발되어야 하고, 바람직하게는 약 20 퍼센트(20%) 이상의 공극, 및 80 퍼센트(80%)의 공극까지 차지한다.

상기 결합제는 다공성 구조물의 제조가 용이하도록, 열처리시에 증발되는 어떤 적당한 매체가 될 수 있다. 상기 바람직한 결합제는 잔여물을 갖는 실질적으로 또는 전적으로 왁스로 구성되며, 상기 잔여물은 어떠한 종류도 가능하지만 치과용 재료의 가단성(malleability)을 조절할 수 있는 유기 또는 탄화수소 화합물로 이루어진다. 본 발명의 목적을 위하여, 상기 용어 왁스(wax)는 어떠한 천연 왁스, 미네랄 왁스 또는 유기 왁스, 또는 이것의 결합체를 의미한다. 상기 결합제의 농도는 적어도 20퍼센트(20%)의 공극을 보장하도록 충분히 높은 것이 바람직하다. 상기 금속 입자 및 결합제에 추가하여, 상기 치과용 재료는 상기 금속 혼합물의 질량의 1 퍼센트의 5/1000(0.005%) ~ 금속 혼합물의 질량의 약 2 퍼센트(2%), 바람직하게는 0.05 wt.% ~ 0.5 wt.%의 양으로 바람직하게는 활성탄소의 탄소를 포함하는 입자의 작은 양을 함유하는 것이 바람직하다.

중간 융합 온도 금속 입자의 상기 성분은 본 발명의 치과용 재료에서 금속 입자의 조성물에 매우 중요하다. 상기 중간 융합 온도 금속 입자는 기본적으로 또는 완전히 귀금속으로부터 선택되고, 모든 또는 실질적으로 모든 중간 융합 온도 금속 입자가 1 ~ 10분, 바람직하게는 3 ~ 6분의 열처리 시간에 걸쳐 부분적으로 용융되게 하는 원인이 되도록, 1000℃ ~ 1200℃의 열처리 온도 범위내에서 열처리 동안 특징적인 용융을 갖게 되고, 그 결과 열처리 종결시에 상기 중간 융합 온도 금속 입자는 부분적으로 그러나 단지 제한된 정도로만 용융된다. 이러한 요구를 만족시키기 위하여, 열처리 동안 각각 중간 융합 온도 금속 입자의 입자 덩어리 부피의 약 4% ~ 50%에서 용융되는 것이 필수적이다. 상기 중간 융합 입자의 용융의 정도는 적어도 3 ~ 5 나노미터 해상력 및 바람직하게는 1 ~ 2 나노미터의 해상력을 갖는 주사 전자현미경을 사용한 상대적 정확도로 측정되고 입증될 수 있다. 고밀도의 다공성 골격 구조물은 상기 중간 융합 입자의 잔여 비-용융 부위에 의하여 제조될 것이다. 상기 골격 구조물의 50부피% 이상이 용융된 상기 중간 융합 입자는 열처리 동안 수축될 것이다. 일반적으로, 열처리 동안 수축되는 구조물은 불리하다고 간주되므로, 바람직하게는 열처리 동안 전혀 수축이 발생되지 않도록 해야 한다. 본 발명에 따라서, 이것은 상기 중간 융합 입자를 각 중간 융합 입자의 10 ~ 25부피%에서 용융되는 양으로 제한함에 의하여 달성된다. 반대로, 열처리 동안 상기 중간 융합 입자의 각각의 일부 부분적 용융은 상기 중간 융합 입자의 용융된 부분이 용융된 저 융합 입자와 결합되게 하는 원인이 되고, 가장자리에서 조차 다공성 구조물의 형성을 안정화시키는 용융 혼합물의 제조하는데 있어서 본질적임이 확인되었다. 부분적 용융은 상기 중간 융합 입자가 적어도 약 4부피%, 바람직하게는 10 ~ 25부피% 및 최적으로는 10 ~ 15부피%의 정도로 용융되는 것을 필요로 한다. 상기 다공성 구조물의 형성을 안정화시킴에 의하여, 상기 치과용 재료는 열처리에 앞서 금형(die)에 적용 및 본을 뜨는 어떠한 정도의 기술도 요구하지 않는다.

상기 중간 융합 입자의 일부가 용융되지 않는 정도에서, 본질적으로 이것은 고 융합 온도 금속 입자에 상응한다. 대안으로, 고 융합 온도 금속입자가 금속 입자의 혼합물내에 함유될 수 있지만, 상기 재료 조성물내 혼합물 부피의 약 20 퍼센트(20%) 이하 및 바람직하게는 10부피% 이하로 제한되어야 한다.

상기 재료 조성물내 금속 입자의 혼합물의 적어도 35부피% ~ 85부피%는, 저 융합 온도 금속 입자 또는 저 융합 온도 금속 입자 및 제한된 양의 고 융합 온도 금속 입자의 조합으로 구성되는 잔여물(remainder)을 갖는 중간 융합 온도 금속 입자로 구성되어야 한다. 일반적으로, 35 ~ 60%의 입자 혼합물은 저 융합 온도 금속 입자로, 그러나 바람직하게는 약 50% 이하의 저 융합 온도 금속 입자로 구성될 것이다.

상기에서 기재한 바와 같이, 중간 융합 온도 금속 입자의 상기 조성물은 귀금속으로부터 선택되어야 하고, 또한 Ag, Cu, Mg, Al, Zn 및 Re와 같은 다른 금속 성분이 적은 정도로 첨가될 수 있지만, 바람직하게는 금에 추가하여 0 내지 100 퍼센트로 서로에 대해 어떠한 바람직한 비율로, 백금 및 팔라듐이 기본적으로 첨가될 수 있다. 아울러, 3주기 원소 및 4주기 원소의 백금 원소 그룹의 다른 금속이 첨가될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 중간 융합 입자 각각은 조절된 정도내에서 부분적으로 용융될 것이므로, 그것은 금 및 중간 융합 온도 금속 입자에 특징 적인 용융을 조절하는 다른 성분의 비율이다.

대안으로, 본 발명의 치과용 재료 조성물에서 총 중간 융합 입자 양에 특징적인 부분적 용융에 대한 보다 큰 조절을 제공하기 위하여, 하나 이상의 중간 융합 입자 조성물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 조성물의 한 성분은 총 중간 융합 성분의 75 내지 95%의 주요한 또는 1차 비율을 구성하고 다른 것들은 소수 또는 2차 비율을 나타내는 것을 갖는 금속 입자의 혼합물의 총 중간 융합 성분을 형성하기 위하여, 2가지 또는 그 이상의 중간 융합 입자 조성물이 사용될 수 있다. 상기 주요한 비율은 다른 2차 비율 보다 더 많은 금을 함유하고/함유하거나 상기 2차 비율은 열처리 기간 동안 상기 주어진 시간 동안 걸쳐 1차 비율에 대한 상대적인 2차 비율에 관한 다른 용융 퍼센티지를 제공하기 위하여 티타늄, 로듐(rhodium), 스트론튬(strontium)과 같은 보다 경화 재료(harder material)를 함유할 수 있고, 아마 현명하게는 스테인레스 스틸이 첨가될 수 있다.

상기 중간 융합 입자는 불규칙한 형상, 바람직하게는 작은 판과 같은 박편의 형태이어야 하고 얇고 편편해야 한다. 그러나, 상기 얇은 박편은 또한 들쑥날쑥한 날을 갖는 것이 바람직하다. 상기 들쑥날쑥한 날이 있음에 의하여, 열처리 동안 입자의 보다 큰 상호연결(interlocking) 또는 상호삽입(interleaving)이 제공된다.

상기 저 융합 입자는 바람직하게는 금 또는 주요한 성분으로 금을 갖는 금 합금으로 구성된다. 저-융합 성분의 주요한 성분으로 금이 바람직한 것은 작업성, 생체적합성, 비-산화적 특성, 및 색깔의 잘 알려진 특성에 기초한다. 상기 저-융합 금속 입자는 다공성 구조물을 제조하기 위하여 열처리 동안 용융되어야 한다.

열처리는 1000℃ ~ 1200℃의 온도 범위에 걸쳐 다른 온도에서 단계별로 수행될 수 있음을 이해하여야 한다. 그러나, 상기 중간 융합 입자는 1 ~ 10분, 바람직하게는 3 ~ 6분의 열처리 시간에 걸쳐 열처리 동안 특징적인 용융이 이루어져야 하고, 그 결과 상기 열처리의 종기에는 실질적으로 모든 중간 융합 온도 금속 입자는 상기에서 설명한 바와 같이 부분적으로 용융된다.

다공성 구조물의 제조에 이어져서, 충전재가 상기 다공성 구조물의 공극내로 용융되어 상기 구조물을 고체화시키고 최종적인 의치가 형성된다. 상기 충전재는 어떠한 적당한 세라믹 또는 금속 조성물, 바람직하게는 값비싼 금속 조성물일 수 있다. 상기 충전재는 또한 왁스 결합제와 혼합되거나 입자의 전성을 돕기 위하여 액체 매체와 혼합되는 입자의 매트릭스(matrix)으로 형성될 수 있다. 상기 충전재 결합제는 다공성 구조물을 제조하기 위하여 치과용 재료에 사용되는 결합제의 상기 조성물 및 농도에 유사한 조성물 및 농도를 가질 수 있다.

Claims (12)

1. 저 융합 온도 금속 입자와 적어도 35부피% ~ 85부피%의 중간 융합 온도 금속 입자를 포함하는 매트릭스 내의 금속 입자 복합체를 포함하는 재료 조성물로서,

   상기 중간 융합 온도 금속 입자는 상기 재료 조성물을 1000℃ ~ 1200℃에서 1 ~ 10분 열처리 하는 동안 그 입자 덩어리의 약 4 ~ 50부피%의 범위로 부분 용융이 일어나서 다공성 구조를 형성하는 용융 특성을 갖고,

   상기 저 융합 온도 금속 입자는 상기 금속 입자만의 조성물 또는 상대적으로 소수 퍼센티지의 고 융합 온도 금속 입자와 조합한 금속 입자의 조성물의 잔여물을 나타내는,

   열처리 동안 고 공극의 다공성 금속 구조물을 형성하기 위하여 사용되는 재료 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 치과 보철의 제조에 있어서 상기 다공성 금속 구조물로부터 의치를 제조하기 위하여 상기 열처리 동안 휘발되는 휘발성 결합제가 추가적으로 포함되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
3. 제 2항에 있어서, 상기 복합체의 적어도 35부피% ~ 85부피%는 중간 융합 온 도 금속 입자로 구성되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
4. 제 3항에 있어서, 상기 중간 융합 온도 금속 입자는 얇은 박판의 형태의 불규칙한 형상인 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
5. 제 4항에 있어서, 상기 저 융합 온도 금속 입자는 금에 추가하여 0 내지 100 퍼센트로 서로에 대해 어떠한 바람직한 비율의 백금 및 팔라듐의 적어도 실질적으로 귀금속으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
6. 제 5항에 있어서, 상기 저 융합 온도 금속 입자는 추가적으로 Ag, Cu, Mg, Al, Zn 및 Re로 구성되는 군중에서 개별적으로 또는 조합으로 선택되는 다른 금속 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
7. 제 6항에 있어서, 상기 저 융합 온도 금속 입자는 각 중간 융합 입자의 적어도 10 ~ 25부피%가 열처리 동안 부분적으로 용융되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
8. 제 4항에 있어서, 상기 치과용 재료는 복수의 중간 융합 온도 금속 입자 조성물로 구성되는 중간 융합 온도 금속 입자의 총 농도를 함유하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
9. 제 8항에 있어서, 상기 치과용 재료는 총 중간 융합 성분의 75 ~ 95%의 주요한 또는 1차 비율 및 다른 소수 및 2차 비율로 구성되는 하나의 조성물을 갖는 적어도 두 가지 이상의 중간 융합 온도 금속 입자 조성물을 함유하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
10. 제 9항에 있어서, 상기 2차 비율은 1차 비율에 상대적인 2차 비율의 용융 퍼센티지를 조절하기 위하여 티타늄, 로듐(rhodium), 스트론튬(strontium) 및 스테인레스 스틸로 구성되는 군중에서 선택되는 추가적인 경화 재료(harder material)를 함유하는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
11. 제 9항에 있어서, 상기 저 융합 온도 금속 입자는 각 중간 융합 입자의 적어 도 10 ~ 15부피%가 용융되도록 3 내지 6분의 열처리 동안 부분적으로 용융되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.
12. 제 11항에 있어서, 충전재(filler material)는 고형화된 의치를 제조하기 위하여 어떠한 적당한 세라믹 또는 금속 조성물로 구성된 열처리에 이어서 다공성 구조물의 공극내로 용융되는 것을 특징으로 하는 재료 조성물.