SE502987C2 - Sätt vid framställning av en kemiskt bunden keramisk produkt, verktyg att användas vid sättets utförande samt utbytbar del på verktyget - Google Patents

Description

l5 20 25 Ett exempel på ett material som kan definieras som ett CBC-material är den "cement" som används inom tandvården och som baseras huvudsakligen på zinkoxid och ortofosforsyra. Denna cement har använts för temporära fyllningar, för fixering av kronor etc, men dess hållfasthet har hit- tills varit otillräcklig för att möjliggöra dess användning för perma- nenta fyllningar.

En annan typ av material för dentala applikationer är så kallade glas- polyalkenoatcement och liknande material. I exempelvis SE-B-381 808, EP-A-0 024 056 och EP-A-O ll5 058 ges exempel på denna typ av material.

Det har även föreslagits att använda hydrauliska cement som dentala fyllmedel. Sålunda beskriver US-A-4 689 080 användningen av kalcium- aluminat som bindemedel för dentala applikationer. Även ett material som beskrivs i WO90/11066 baseras på användningen av ett eller flera pulverformiga bindemedel och en med dessa bindemedel reagerande vätska, varvid nämnda bindemedel kan utgöras av kalciumaluminat eller andra hydratiserande faser, såsom silikater och fosfater, medan nämnda vätska utgörs av vatten. För att åstadkomma en tillräcklig hållfasthet bildas en pulverkropp bestående av nämnda bindemedel och eventuella ballastmaterial, vilken pulverkropp utan tillsats av nämnda vätska kompakteras genom att man, innan vätskan bringas att genomdränka råpresskroppen, utsätter pulverkroppen för ett så högt yttre tryck och vid så låg temperatur att man utan sintringsreaktioner vid kompakte- ringen erhåller en väl sammanhållen råpresskropp, i vilken fylldensi- teten ökat till åtminstone 1.3 gånger den initiala fylldensiteten.

Kompakteringen utförs genom mekanisk pressning, företrädesvis kallisostatisk pressning. Denna råpresskropp genomdränks därefter av vätskan som sugs in i av i kroppen verkande kapillärkrafter. Den spontana insugningen med hjälp av kapillärkrafterna kan dessutom förstärkas genom att råpresskroppen skakas, vibreras eller utsätts för liknande behandling i vätskan. Vid genomdränkningen ökar råpress- kroppens fylldensitet till åtminstone 1.5 och företrädesvis åtminstone 1.8 gånger den initiala fylldensiteten. Genom dessa förfaranden har man åstadkommit material som i lyckade fall kan uppfylla samtliga ovan lO 15 20 25 5Û2 987 nämnda egenskapskrav. Emellertid har kliniska undersökningar visat att i några fall ett av de uppställda kraven inte uppfyllts, nämligen kravet med avseende på långtidsstabilitet. Sålunda har efter lång tid kunnat iakttas en expansion i keramen. Expansionsgraden har visser- ligen varit mycket liten, men är för tandfyllnader ändå kritisk, eftersom den kan förorsaka fatala tandsprängningar. Expansionen kan antas ha sin grund däri att man vid indränkningen av råpresskroppen, trots alla stimulerande åtgärder, inte får hela porsystemet i råpress- kroppen fyllt med vätska. Detta kan i sin tur bero på att man får begynnande reaktion mellan vätskan och bindemedlet i ytskikt eller i djupare partier i materialet, vilket kan förhindra fortsatt diffusion av vätska till avskärmade delar av pulverkroppen. Det kommer då att någonstans i produkten finnas ohydratiserade kalciumaluminater, då produkten baseras på denna typ av bindemedel. Om vid senare tillfälle, vilket kan dröja flera år, vatten eller motsvarande vätska diffunderar in till de oreagerade områdena erhålls en fortsatt hydratisering eller motsvarande reaktion. Härvid kan materialet komma att expandera och i fatala fall spränga produkten.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att erbjuda ett sätt att framställa en förbättrad kemiskt bunden keram. Som utgångsmaterial kan användas samma råvaror som enligt nämnda W090/11066, varför också de kemiska reaktioner som äger rum i produkten i samband med stelnandet blir de samma. Skillnaden ligger i det praktiska utförandet, vilket tar sikte på att eliminera all risk för att delar av produkten inte genomväts.

Sålunda tillverkas enligt den uppfinningsenliga förbättringen inte någon råpresskropp av torrt pulver för att åstadkomma en hög initial tätpackningsgrad. I stället uppslammas nämnda bindemedel och eventuella ballastmaterial i nämnda vätska, så att alla pulverkorn före initial kompaktering bringas i intim kontakt med vätskan. Den erhållna slamman dräneras därefter, så att huvuddelen av överskottet av reagerande vätska avlägsnas, varefter en mängd av blandningen av pulver och reagerande vätska, som fortfarande finns i visst överskott i bladningen, dvs mer än vad som erfordras för att allt pulverformigt Cíï CD Få) lO l5 20 25 30 \!3 CD bindemedel ska omvandlas genom kemisk reaktion, appliceras i ett formningshålrum, exempelvis i en tandkavitet. Därefter avlägsnas ytterligare vätska in situ i formningshålrummet, innan produkten tillåts härda genom reaktion mellan nämnda bindemedel och resterande vätska. Mer bestämt avlägsnas nämnda ytterligare vätska in situ företrädesvis med hjälp av ett verktyg - ett kompakteringsdon - vars mot det fuktiga pulvermaterialet verkande del består av ett hårt, poröst material, i vilket nämnda ytterligare vätska sugs in, samtidigt som pulvermaterialet kompakteras i formningshålrummet, så att det får en kompakteringsgrad större än 60 volym-% fast fas, företrädesvis mer än 62 %. Lämpligen använder man ett kompakteringsdon, vilket i sig utgör en aspekt på uppfinningen, där porerna i nämnda porösa material har en medelporstorlek som är mindre än pulverblandningens medelkorn~ storlek, varigenom förhindras att pulverkornen i pulverblandningen tränger in i porerna i verktyget.

Lämpligen består den del som bringas i kontakt med pulvermassan av en utbytbar del på verktyget. Denna del kan utgöras av ett poröst kera- miskt material, ett poröst metalliskt material eller av ett poröst polymermaterial. Även kombinationer av dessa material är i och för sig tänkbara.

Kompakteringsdonet kan, då det är fråga om framställning av tandfyll- ningar, ha samma form som en konventionell så kallad stopper av det slag som används av tandläkare, varvid stopperns huvud utgörs av, innefattar eller uppvisar en porös stämpel, som ytterligare suger upp vätska ur den fördränerade pulver/vätskemassa som efter hand fylls i tandkaviteten eller motsvarande, samtidigt som materialet pressas ihop till önskad kompaktgrad. Risken för utarmning av vätska ur massan är härvid minimal, eftersom vid kapillärverkan alltid de minsta porerna/ gångarna töms sist. Skulle ändock ett underskott av vätska uppstå, kan detta lätt kompenseras genom ny fuktning och förnyad press-sugning.

Efter fullbordad kompaktering kan ytterligare reagerande vätska, dvs vatten eller motsvarande tillsättas. Att utnyttja en porös stopper innebär sålunda en kombinerad sug- och tryckverkan, vilken är en säker funktion att nå optimal kompaktering, samtidigt som den kompakterade lO 15 20 25 30 35 massan ej töms på reagerande vätska.

Genom det uppfinningsenliga sättet uppnås en kompakteringsgrad på minst 60 volym-%, företrädesvis minst 62 volym-%, lämpligen 62-67 volym-%, före reaktion mellan vätska och bindemedel och i den färdiga reagerade produkten en mycket låg porositet, vilket innebär mindre än 5 volym-% och företrädesvis mindre än 2 volym-% mätt med vatten- inträngning enligt Archimedes princip.

Vidare uppnås en fullständig eller i det närmaste fullständig omsätt- ning av bindemedlet eller bindemedlen, dvs fullständig reaktion mellan bindemedlet/bindemedlen och den reagerande vätskan, vilket är ett ovillkorligt krav på produkten enligt uppfinningen.

Enligt en första föredragen utföringsform av uppfinningen utgörs nämnda bindemedel av ett eller flera hydrauliska bindemedel, vars hydratiserande faser tillhör den grupp av föreningar som består av aluminater, silikater och fosfater, varvid vätskan utgörs av en hydratiseringsvätska bestående av vatten och eventuellt däri lösta ämnen. Bland aluminater må i första hand nämnas kalciumaluminat, som kan förekomma i varierande proportioner mellan CaO och Al O Bland 2 3' silikater har man främst kalciumsilikat med varierande proportioner mellan CaO och SiO2, som utgör huvudbeståndsdel i portlandcement, som dock även innehåller andra beståndsdelar, däribland Al O Andra faser 2 3' kan exempelvis utgöras av 3CaO ° Al2O3 och 4CaO ' Al2O3 och 4CaO Al2O3 ' Fe2O3. Även kombinationer av silikater och aluminater med högre andel aluminat än i vanlig portlandcement är också tänkbara. Ett exempel på fosfat som kan användas som bindemedel i dessa sammanhang kan nämnas kalciumfosfat och zinkfosfat.

Ovanstående ämnen kan förekomma naturligt som mineral eller framstäl- las syntetiskt. Oavsett ursprung utsätts de för en förberedande behandling, som tillhör konventionell teknik och som inte utgör någon del i denna uppfinning. Som resultat av denna behandling erhålls ett pulver, i vilket pulverkornen har en storlek allt från submicron storlek upp till max 100 um i kornens längsta utbredning. En normal lO 15 20 25 (J) O U) U\ [ÄJ .xp u medelkornstorlek kan uppgå till ca 15 um, dvs 50 vikts-% av kornen har en storlek större än cirka l5 um. Företrädesvis har huvuddelen av kornen en storlek mellan 10 och 30 um. Formen är mycket oregelbunden.

Ehuru uppfinningen har utvecklats för hydratiserande material av typ aluminater, silikater och fosfater är det sannolikt att dess grund- läggande drag kan utnyttjas även för andra system. Inom det dentala området, och även inom andra områden, skulle uppfinningen exempelvis kunna utnyttjas i det fall bindemedlen huvudsakligen utgörs av en eller flera oxider, exempelvis zinkoxid, medan vätskan utgörs av en eller flera syror, exempelvis någon fosforbaserad syra, företrädesvis och huvudsakligen ortofosforsyra.

Ytterligare ett bland flera tänkbara tillämpningsområden är fram- ställning av så kallad glaspolyalkeonatcement, varvid bindemedlet kan bestå av en blandning av glaspulver och en frystorkad syra enligt i och för sig känd teknik, medan vätskan kan utgöras av vatten.

Förutom bindemedel och vätska, som efter reaktion med bindemedlet bildar en fast fas kan på sätt som är allmänt känt tillsättas ballast- material, varmed förstås material som inte deltar i de kemiska reak- tionerna mellan bindemedlet och vätskan, men som föreligger som en fast fas i den färdiga, fasta slutprodukten. För vissa applikations- områden kan sådana ballastmaterial utgöras av förstärkningar eller armeringar av olika slag, såsom fibrer av metall, kol, glas eller organiska material etc. Förstärkningen kan med fördel ske även genom introducering av långsträckta kristaller, s k Whisker, av exempelvis SiC, Si1N och/eller Al2O 4 3' Även för dentala applikationer eller som protesmaterial för allmänt kirurgiska applikationer kan CBC-materialet enligt uppfinningen inne- hålla ballastmaterial, under förutsättning att de uppfyller vissa krav. Sålunda får de icke vara toxiska, de skall vara biokompatibla, icke orsaka retningar i munhålan i det fall det gäller dentala app- likationer, inte korrodera etc. Exempelvis kan tíllsättas bornitrid i låg halt för att tjänstgöra som fast smörjmedel i samband med kompak- teringen av det fuktiga pulvermaterialet, företrädesvis i en halt av lO 15 20 25 35 5-15 volym-% av den torra substansen före uppslamning i ifrågavarande vätska.

I det fall bindemedlet utgörs av ett eller flera hydratiserande mate- rial kan ballasten även utgöras av exempelvis hydroxylapatit eller fasta lösningar därav och/eller oxider av en eller flera av titan, zirkon, zink och aluminium. Speciellt fördelaktigt är om ballasten utgörs av utåtriktade, nålformiga kristaller, företrädesvis av titan- dioxid, vilka är biokompatibla och kemiskt inerta i samtliga de system som här är aktuella, dvs såväl gentemot hydratiserande vätskor som i forsforsyra etc. Nämnda titandioxidballast består härvid lämpligen av tredimensionellt och stjärnformigt orienterade, nålformiga kristaller, som kan vara någon tiondels mikrometer tjocka men har normalt flera gånger större längd. Dessa kristaller är agglomererade till större partiklar eller agglomerat med en storlek av flera mikrometer. Den armerande effekt som agglomeraten utövar i den härdade produkten beror även på agglomeratens karaktär. Bindningen mellan den hårdnande fasen och agglomeraten av titandioxidkristaller förbättras sålunda och förstärks när agglomeraten är etsade, exempelvis i 0,5-lO M, speciellt 1-3 M natriumhydroxid, eller i annan etslösning, t ex mineralsyra, såsom fosforsyra.

Enligt uppfinningen kan även superplasticizer iblandas torrt eller via en vattenfri lösning i slammen innan denna avvattnas. Som exempel på en superplasticizer kan nämnas 79 % hydrolyserad polyvinylacetat.

Ballastpartiklarna eller agglomeraten av ballastmaterial har före- trädesvis en partikelstorlek av 0.5-10 um. Speciellt fördelaktigt är det om deras medelpartikelstorlek är väsentligt mindre än bindemedlets medelkornstorlek, varigenom kan uppnås en något högre initial fyll- densitet. Företrädesvis uppgår ballastmaterialet till mellan 3 och 25 vikts-% av det färdiga CBC-materialet eller till mellan 4 och 30 volym-% av blandningen av bindemedelspulver och ballastmaterial före uppslamning av pulverblandníngen.

I ett speciellt utförande av uppfinningen utnyttjas i stället en fin- (Il 10 15 20 25 35 CE kornig bindemedelsfas och en något grövre ballastmaterialfas i pulver- blandningen. Enligt detta utförande kan huvuddelen av pulverkornen i bindemedelsfasen ha kornstorlekar mellan l och 20 pm, medan huvuddelen av kornen i ballastmaterialfasen har en storleksordning mellan 5 och 50 pm. Detta val av partikelstorleksfördelning mellan bindemedelsfasen och ballastmaterialfasen underlättar en i det närmaste total omsätt- ning av bindemedel, dvs reaktion mellan bindemedelsfasen och vätskan.

Den slutliga CBC-produkten kommer då att föreligga såsom relativt stora ballastmaterialpartiklar omgivna av helt hydratiserade respek- tive på motsvarande sätt reagerade områden.

Ytterligare kännetecken och aspekter på uppfinningen framgår av patentkraven och följande beskrivning av några tänkbara utförings- former av ett verktyg för att användas vid det uppfinningsenliga sättets utförande.

KORT FIGURBESKRIVNING I det följande kommer att beskrivas några tänkbara utföringsformer av ett verktyg för att användas vid det uppfinningsenliga sättets utförande. Härvid kommer att hänvisas till bifogade ritningsfigurer, av vilka rig. l illustrerar en första utföringsform av verktyget, en s k stopper att användas vid kompaktering och slutlig avvattning av tandfyllningar, Pig. 2 visar det inringade verktygshuvudet i störret skala och i genomskärning, rig. 3 visar schematiskt i ännu större skala ett i Fig. 2 inringat ytparti av stopperns för kompakteringen och slutavvattningen verksamma del, och Pig. A visar en annan utföringsform av verktygshuvudet. lO 15 20 25 30 35 BESKRIVNING Av NÅGRA TÄNKBARA uTröRINGsFoRMER Det i Fig. l visade verktyget har en yttre design som kan vara samma som för konventionella stoppers för packning av tandfyllningar. Verk- tygshuvudet har betecknats 1, en hals har betecknats 2 och ett skaft har betecknats 3. Skaftet 3, halsen 2 liksom en på halsen anordnad nacke 4 består på konventionellt sätt av stål. Det för uppfinningen utmärkande är spetsen 5, som består av ett poröst men hårt material.

Som nämnts ovan kan det bestå av ett poröst keramiskt, ett poröst metalliskt eller ett poröst polymert material. Även kombinationer av några av dessa material är tänkbara. Vilken typ av material som än väljs, skall materialet uppvisa sammanhängande porer med en storlek (diameter, dvs storlek i tvärgående riktning), som är så liten att vätska med god kapillärverkan sugs in i materialet. Vidare bör porerna vara mindre än pulverkornen i det material som skall kompakteras och dräneras med hjälp av stoppern, så att inte korn tränger in i och sätter igen materialet i spetsen 5. Ett fördelaktigt material är ett keramiskt material bestående av s k reaktionsbunden kiselnitrid.

Enligt den i Fig. 2 visade utföringsformen utgörs spetsen 5 av en löstagbar och utbytbar cylindrisk del, som med ett hanparti 6 med passning kan fixeras i ett urtag 7 i nacken 4l Fig. 4 illustrerar en annan utföringsform, där den utbytbara, porösa delen 5' inte är cylindrisk utan istället huvudsakligen konisk. I detta fall är den fixerad på halsen 2' med hjälp av en tapp 7' pa halsen 2' och ett motsvarande urtag 6' i delen 5'.

Den löstagbara delen 5 respektive 5' kan, då den mättats på vätska från den massa som kompakteras, regenereras genom värmning i ugn eller låga. Givetvis kan den geometriska formen varieras inom vida gränser.

De visade utföringsformerna utgör sålunda endast exempel och skall inte utgöra någon begränsning av det begärda patentskyddet.

Claims (16)

'I CD FO 10 15 20 30 35 \ F; V- - f, \§l 10 PATENTKRAV

1. Sätt vid framstä11ning av en kemiskt bunden keram genom reaktion me11an ett e11er f1era pu1verformiga bindemede1 och en med dessa bindemede1 reagerande vätska, varvid den keramiska produkten även kan bringas att innehâ11a ett e11er f1era ba11astmateria1 som väsent1igen inte de1tar i de kemiska reaktionerna k ä n n e t e c k n a t av att en pu1vermängd bestående av nämnda bindemede1 och eventue11a ba11ast- materiai uppsiammas i nämnda vätska så att a11a pu1verkorn bringas i intim kontakt med vätskan, att den erhâ11na s1amman dräneras så att huvuddeien av överskottet av reagerande vätska av1ägsnas, att en mängd av b1andningen av pu1ver och reagerande vätska, som fortfarande finns i visst överskott i b1andningen, dvs mer än vad som erfordras för att a11t puiverformigt bindemede1 ska omvand1as genom kemisk reaktion, app1iceras i ett formningshâ1rum och att ytter1igare vätska av1ägsnas jn_§itg_i formningshå1rummet, innan produkten ti11åts härda genom reaktion me11an nämnda bindemede1 och kvarvarande vätska.

2. Sätt en1igt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda ytter- iigare vätska av1ägsnas in §itE_med hjä1p av ett kompakteringsdon - verktyg - vars mot det fuktiga pu1vermateria1et verkande de1 består av ett hårt, poröst materia1, i vi1ket nämnda ytter1igare vätska sugs in, samtidigt som pu1vermateria1et kompakteras i formningshâ1rummet.

3. Sätt en1igt krav 1 e11er 2, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda siamma efter förkoncentrering koncentreras ytter1igare med avseende på fastfasinnehå11et ti11 över 55 vo1ym-%, företrädesvis ti11 över 60 vo1ym-ü och 1ämp1igen ti11 me11an 62-67 vo1ym-%.

4. Sätt en1igt något av kraven 1-3, k ä n n e t e c k n a t av att förkoncentreringen sker genom centrifugering och/e11er avvattning i e11er på poros form.

5. Sätt en1igt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a t av att man använder ett kompakteringsdon, där porerna i nämnda porösa materia1 har en mede1porstor1ek som är mindre än pu1verb1andningens mede1kornstor1ek. 10 15 20 25 30 35 (TI C) 1\J vä CC; “<1 11

6. Verktyg för att kompaktera och avfukta ett fuktigt, pu1verformigt tandfy11nadsmateria1 in_situ i en tandkavitet, k ä n n e t e c k n a t av att den tandfy11nadsmateria1et bearbetande de1en (5) av verktyget består av ett fast, poröst materia1.

7. Verktyg en1igt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att den bearbetande de1en består av ett poröst keramiskt materia1.

8. Verktyg en1igt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att den bearbetande de1en består av ett poröst meta11iskt materia1.

9. Verktyg en1igt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att den bearbetande de1en består av ett poröst po1ymert materia1.

10. Verktyg en1igt något av kraven 6-9, k ä n n e t e c k n a t av att porerna i det porösa materialet har en mede1pordiameter som är mindre än tandfy11nadsmateria1ets mede1kornstor1ek.

11. Verktyg en1igt något av kraven 6-10, k ä n n e t e c k n a t av att den porösa de1en är utbytbar.

12. Utbytbar de1 pâ ett verktyg för att kompaktera och avfukta ett fuktigt, pu1verformigt tandfy11nadsmateria1 in_situ i en tandkavitet, k ä n n e t e c k n a d av att den består av ett fast, poröst materia1.

13. Utbytbar de1 en1igt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att den består av ett poröst keramiskt materia1.

14. Utbytbar de1 en1igt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att den består av ett poröst meta11iskt materia1.

15. Utbytbar de1 en1igt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att den består av ett poröst po1ymert materia1. ( )"'1 C.) k) \ O ~_| 12

16. Utbytbar de'| enhgt något av kraven 12-15, k ä n n e t e c k n a d av att porerna i det porösa materíaïet har en medeïpordíameter som är mindre än tandfy11nadsmatería1ets medeïkornstorïek. 'IO 15 20 25 30 35