KR20200000141A - 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법에 관한 것으로, (S1) 무기입자 덩어리를 Jaw crushing를 이용하여 파쇄하는 단계; (S2) 상기 파쇄된 무기입자를 Disk milling를 이용하여 추가로 미세 분쇄하는 단계; (S3) 상기 미세 분쇄된 무기입자를 Disk mill을 이용하여 체갈음하는 공정을 2회 반복하는 단계; (S4) 체갈음된 무기입자를 Roll crusher를 이용하여 160 내지 180 rpm으로 입도 75㎛ 이하로 분쇄하는 단계; 및 (S5) 상기 분쇄된 무기입자를 Alumina ball mill jar를 사용하여 Alumina ball로 140 내지 160 rpm으로 110 내지 130분 동안 밀링하여 10 ㎛ 이하의 입경을 가지는 무기입자를 제조하는 단계를 포함하는 본 발명에 따라 제조된 무기입자는 치과 교정용 시멘트에 사용되는 올리고머와 결합효율이 우수하며, 접착강도가 높아 항우식용 치과 교정용 시멘트 조성물에 사용될 수 있다.

Description

항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법 {A process for the preparation of orthodontic inorganic particls}

본 발명은 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 Jaw Crushing(조쇄), Disk Mill(중쇄), Roll Crushing, Ball Mill(미분쇄) 공정에 따라 미분쇄된 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법에 관한 것이다.

충치, 우식된 상아질 또는 우식된 에나멜질을 비롯한 우식치아의 수복은 종종 치과용 접착제 및 이어서 치과용 재료 (예를 들어, 수복 재료)를 해당 치아에 순차적으로 사용하여 수행된다. 유사한 조성물들이 치과교정용 장치를 치아에 결합하는 데 사용된다. 종종 다양한 사전처리 방법이 상아질 또는 에나멜질에 대한 접착제의 결합을 촉진시키기 위해 이용된다. 전형적으로, 이러한 전처리 단계는, 예를 들어 무기산 또는 유기산으로 에칭한 후 프라이밍하여 치아와 그 위에 놓이는 접착제 사이의 결합을 개선시키는 것을 포함한다.

다양한 치아용 및 치과교정용 접착제, 시멘트 및 수복물이 현재 이용가능하다. 플루오로알루미노실리케이트 유리 충전재를 포함하는 조성물이 가장 광범위하게 사용되는 치과용 재료 유형이다. 이들 조성물은 충치 병변의 충전 및 수복; 치관, 인레이, 가공의치 또는 치과교정 밴드 등의 접합; 충치 라이닝; 코어 재구성; 및 구멍 및 틈새 봉합과 같이 광범위한 용도를 갖는다.

치아 표면의 칼슘, 인과 같은 성분이 산에 의해 녹고 단백질과 같은 성분이 삭아서 치아에 구멍이 생기는 현상을 치아우식증이라고 하며 여기서, 치아우식증은 일반적으로는 충치라고 불리운다.

치아우식증이 광범위하게 진행된 경우에는 통상적인 근관 치료와 직접 혹은 간접 치수 복조술이 적용될 수 있다. 통상적으로는 근관 치료가 시행되고 있지만 이는 긴 시술 시간, 복잡한 시술법 및 많은 치료 비용을 요하는 단점이 있다.

일반적으로 치질의 접착은 크게 법랑질 (enamel)과 상아질 (dentin) 접착으로 구분된다. 먼저 범랑질 접착에 있어서 1955년 부노코어 (Bunocore)는 산부식으로 범랑질의 윤택한 표면을 거친 표면으로 변화시켜 모세관 현상을 용이하게 하여 치과 수복용 재료의 미세공간 침투를 가능하게 하여 유지력이 월등히 좋아지는 결과를 얻었으며, 이 후 법랑질 접착을 통한 우수한 물성의 획득은 미국 특허 제4,102,856호 및 동 제4,131,729호 등에서 그 예를 찾아볼 수 있다.

또한, 상아질 접착에 관해 살펴보면 범랑질은 생활력이 없는 조직이지만 상아질은 해부학적, 조직학적으로 치수의 연장으로 보는 견해가 우세하며 따라서 상아질에 적용되는 물질은 생물학적으로 유해 작용이 없어야 하고 치아의 생물학적 안정성에도 위협이 되어서는 안 된다.

이러한 치과 교정용 시멘트에 사용되는 무기입자는 입자크기에 따라 접착효율 및 올리고머와의 결합력이 차이가 날 수 있다.

일반적인 무기입자인 활석(talc), 석고(gypsum), 석회(calcite), 형석(fluorite), 인회석(apatite), 장석(feldspar), 석영(quartz), 황옥(topaz), 강옥(corundum) 또는 다이아몬드(diamond)의 Mohs 경도는 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.

광 물 명 칭	Mohs 경 도
활석(talc)	1
석고(gypsum)	2
석회(calcite)	3
형석(fluorite)	4
인회석(apatite)	5
장석(feldspar)	6
석영(quartz)	7
황옥(topaz)	8
강옥(corundum)	9
다이아몬드(diamond)	10

일반적으로 고체의 강도에 따라 분쇄기를 선정하는데 Mohs 경도가 4이하인 물질은 연한 물질이라 규정하고, 5이상의 물질을 딱딱한 물질로 구분하는 것이 보통으로 규정한다.

분쇄의 메카니즘은 압축, 마모, 충격, 절단 등에 의해서 영향을 받는 동시에 물질의 굴절, 비틀림 등에도 영향을 받는다. 각 분쇄기별 분쇄 메카니즘은 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.

분 쇄 기	압 축	충 격	마 찰	전 단	굽 힘
(a) Jaw crusher	○
(b) Gyratory crusher	○				○
(c) Roll crusher	○			○
(d) Edge runner	○		○	○
(e) Hammer rusher		○
(f) Ball mill		○	○
(g) Jet mill		○	○
(h) Disk crusher			○	○

압축의 원리는 딱딱한 고체를 조분쇄하는 데 쓰이고 충격은 조분쇄나 미분쇄에 함께 쓰이며, 마모의 원리는 연하고 마모성이 적은 물질을 미분말로 분쇄하는 데 쓰이며, 또한 절단의 원리는 일정한 크기나 모양의 입자를 생산하는 데 쓰인다.

이에 본 발명에서는 항우식용 치과 교정용으로 적합한 무기입자의 제조방법을 개발하기 위해 계속 연구를 진행하던 중 상기 무기입자에 따른 Mohs 경도 및 분쇄의 메카니즘을 근거로 분쇄공정을 Jaw Crushing(조쇄)→Disk Mill(중쇄)→Roll Crushing(중쇄)→Ball Mill(미분쇄)로 설정함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법을 제공하고자 한다.

상기한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에서는 하기 단계를 포함하는 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법을 제공한다:

(S1) 무기입자 덩어리를 Jaw crushing를 이용하여 파쇄하는 단계;

(S2) 상기 파쇄된 무기입자를 Disk milling를 이용하여 추가로 미세 분쇄하는 단계;

(S3) 상기 미세 분쇄된 무기입자를 Disk mill을 이용하여 체갈음하는 공정을 2회 반복하는 단계;

(S4) 체갈음된 무기입자를 Roll crusher를 이용하여 160 내지 180 rpm으로 입도 75㎛ 이하로 분쇄하는 단계; 및

(S5) 상기 분쇄된 무기입자를 Alumina ball mill jar를 사용하여 Alumina ball로 140 내지 160 rpm으로 110 내지 130분 동안 밀링하여 10 ㎛ 이하의 입경을 가지는 무기입자를 제조하는 단계.

본 발명에서 사용하는 무기입자는 석영, 졸-겔로 형성된 실리카, 흄드 실리가, NaF, 인산기가 있는 올리고머와 반응할 수 있는 Ca(OH)2를 예로 들 수 있으며, 특히 석영이 바람직하다.

본 발명에서는 상기 무기입자에 따른 Mohs 경도 및 분쇄의 메카니즘을 근거로 분쇄공정을 Jaw Crushing(조쇄)→Disk Mill(중쇄)→Roll Crushing(중쇄)→Ball Mill(미분쇄)로 설정하였다.

본 발명에 따른 입자 형상은 구형이 아니지만 미립자, 특히 10㎛ 이하인 경우, 구형에 가까운 거동을 보이고 있고 또한 MPS 코팅 후 뭉쳐진 형상을 다시 파쇄하는 재가공을 통해서 수득할 수 있다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 본 발명의 무기입자의 입자크기는 광투과성과 무기소재 결합 안정성 등을 고려하여 10㎛ 이하 또는 나노 크기를 갖는다.

본 발명에서 사용하는 무기입자는 치과 교정용 시멘트에 사용되는 올리고머의 굴절률과 유사하면서 광중합용 빛을 차단하지 않는 무기소재를 선정하여야 하며, 본 발명에서는 석영, 졸-겔로 형성된 실리카, 흄드 실리가, 점증제, 플로우로 방출이 예상되는 NaF, 인산기가 있는 올리고머와 반응할 수 있는 Ca(OH)₂를 선정하였으며, 특히 석영이 바람직하다.

상기 석영 입자는 바륨 등과 같이 소재와 달리 굴절률이 올리고머와 유사하지만 MPS 코팅과 재분쇄 과정을 거치면서 굴절률이 달라질 수 있다.

본 발명의 하나의 구현예에 따르면 상기 분쇄된 무기입자를 γ-메타크릴록시프로필-트리메톡시 실란(MPS)으로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 MPS 코팅은 무기물과 유기물 사이 결합력 보강을 위해 커플링 에이전트(Coupling Agents)를 적용하여 결합력 향상시킬 수 있다. 또한, 실란 커플링 에이전트는 시멘트의 결합강도와 장기사용에 도움을 주고, 거친 치아 표면과 결합력을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명에 따라 제조된 무기입자는 치과 교정용 시멘트에 사용되는 올리고머와 결합효율이 우수하며, 접착강도가 높아 항우식용 치과 교정용 시멘트 조성물에 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 무기입자를 사용하는 조성물은 치과용 수복물, 치과용 접착제, 치과용 시멘트, 충치 라이너, 치과교정용 접착제, 치과용 실란트 및 치과용 코팅제를 비롯한 다양한 치과 및 치과교정 용도에 유용하다. 상기 조성물을, 예를 들어 치과용 밀 블랭크(mill blank), 치과용 치관, 치과용 충전물, 치과용 보철물 및 치과교정용 장치를 형성하기 위해 경질화함으로써 치과용 물품을 제조하는 데 사용할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 무기입자는 치과 교정용 시멘트에 사용되는 올리고머와 결합효율이 우수하며, 접착강도가 높아 항우식용 치과 교정용 시멘트 조성물에 사용될 수 있다.

도 1에 나타낸 공정에 따라 석영을 분쇄하여 석영 입자를 수득하였다.
도 2는 상기 석영 분쇄 공정 중 ball mill로 분쇄된 분말의 입도분포 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 추가의 습식 분쇄 공정을 나타낸 것이다.
도 4는 습식 분쇄 후 얻은 석영입자의 입도 분포 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 MPS 최적화 실험 공정을 도식화한 것이다.
도 6은 습식 분쇄 후 얻은 석영입자의 입도 분포 사진이다.
도 7은 MPS 코팅으로 수득되는 효과를 나타낸 것이다.
도 8은 석영 입자의 표면 영상 사진이다.
도 9는 실리카 입자의 표면영상 사진이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

<실시예 1> 무기입자 분쇄 공정

도 1에 나타낸 공정에 따라 석영을 분쇄하여 석영 입자를 수득하였다.

도 2는 상기 석영 분쇄 공정 중 ball mill로 분쇄된 분말의 입도분포 사진을 나타낸 것이다.

<실시예 2> 추가 습식 분쇄 공정 후 입자 품질 평가

시멘트 무기 원료 사용을 위한 석영입자는 당초 20㎛ 내외로 설계하였지만 기존 건식 공정에서 얻은 26㎛ 입자를 도 3에 나타낸 공정에 따라 습식 분쇄 공정을 추가하여 10㎛ 이하 입자를 수득하였다.

도 4는 습식 분쇄 후 얻은 석영입자의 입도 분포 사진을 나타낸 것이다.

<실시예 3> MPS 코팅 실험

무기물과 유기물 사이 결합력 보강을 위해 커플링 에이전트(Coupling Agents)를 적용하여 결합력 향상시켰다. 원료물질로 γ-메타크릴록시프로필-트리메톡시 실란(MPS)를 사용하였다. 도 5는 MPS 최적화 실험 공정을 도식화한 것이다.

도 6은 습식 분쇄 후 얻은 석영입자의 입도 분포 사진이다. 도 7은 MPS 코팅으로 수득되는 효과를 나타낸 것이다.

도 8은 석영 입자의 표면 영상 사진이다. 여기에서, 시멘트 원료로 적용하는 석영 입자는 각형을 보이면서 10㎛ 이내 입자로 표면에 미세한 입자는 MPS 코팅 입자로 추정된다.

도 9는 실리카 입자의 표면영상 사진이다. 여기에서, 나노입자의 흄드실리카는 200㎡/g의 비표면적을 가지고 있어 액체 흡수에 탁월한 기능을 가진다.

Claims (3)

1. 하기 단계를 포함하는 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법:
   (S1) 무기입자 덩어리를 Jaw crushing를 이용하여 파쇄하는 단계;
   (S2) 상기 파쇄된 무기입자를 Disk milling를 이용하여 추가로 미세 분쇄하는 단계;
   (S3) 상기 미세 분쇄된 무기입자를 Disk mill을 이용하여 체갈음하는 공정을 2회 반복하는 단계;
   (S4) 체갈음된 무기입자를 Roll crusher를 이용하여 160 내지 180 rpm으로 입도 75㎛ 이하로 분쇄하는 단계; 및
   (S5) 상기 분쇄된 무기입자를 Alumina ball mill jar를 사용하여 Alumina ball로 140 내지 160 rpm으로 110 내지 130분 동안 밀링하여 10 ㎛ 이하의 입경을 가지는 무기입자를 제조하는 단계.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 무기입자가 석영, 실리카, 흄드 실리가, NaF 또는 Ca(OH)₂인 것을 특징으로 하는 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 분쇄된 무기입자를 γ-메타크릴록시프로필-트리메톡시 실란(MPS)으로 코팅하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 항우식 치과 교정용 무기입자의 제조방법.

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