In
allen Fachgebieten der Zahnheilkunde, nämlich der Zahnerhaltung, der
Kieferchirurgie, der Kieferorthopädie vor allem aber der zahnärztlichen
Prothetik werden wichtige und grundlegende Arbeitsschritte vom Zahntechniker
auf Modellen erledigt, die vorzugsweise aus Gips beste- hen. Der
Zahntechniker und gegebenenfalls auch der Zahnarzt stellen diese
Gipsmodelle aus handelsüblichen
pulverförmigen
Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkten
durch Anmischen mit Wasser her. Für bestimmte Arbeiten werden
von diesen Gipsmodellen wiederum Dublikatmodelle aus feuerfesten
Werkstoffen hergestellt.
Auf
diesen Modellen aus Gips oder feuerfestem Werkstoff fertigt der
Zahntechniker und gegebenenfalls auch der Zahnarzt zunächst aus
Wachs Vorformen der beabsichtigten Zahnersatzstücke. Der eigentliche Zahnersatz
wird dann aus metallischen Werkstoffen im Wachsausschmelzverfahren
gegossen.
Wegen
der geringen Festigkeit des Wachses ist diese Technik bei großen, z.B.
einen ganzen Kiefer umfassendenden Rekonstruktionen sehr problematisch.
Um Deformationen während
des Fertigungsprozesses zu minimieren, wird daher statt auf dem
Gipsmodell (Meistermodell) auf einem Modell aus feuerfestem Werkstoff
(Dublikatmodell) gearbeitet. Letzteres kann dann zwar in die Gußmuffel
mit samt dem aufliegenden Wachsteil eingebracht werden, wird dann
aber nach dem Gußvorgang
zerstört.
Um
den zusäzlichen
Aufwand für
die Herstellung eines Dublikatmodelles überflüssig zu machen, wird neuerdings
in der Zahnheilkunde ein Kompositwerkstoff angeboten, dessen Wachs
mit einer lichthärtenden Kunststoffkomponente
kombiniert ist. Damit werden aber dem dentalen Gipswerkstoff Eigenschaften
abverlangt, denen die bisher handelsüblichen Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkte
nur ungenügend
Rechnung tragen.
Neben
der Technik, im Wachsausschmelzverfahren metallische Zahnersatz– stücke zu fertigen,
werden auch Zahnersatzstücke
und zahnärztliche
Hilfsmittel aus Kunststoffen hergestellt. Auch in diesen Fällen wird
traditionell auf Gipsmodellen zunächst ein Wachsmodell gefertigt,
das dann zur Erzeugung eines Hohlraumes in einer mit Gips gefüllten Küvette dient,
worin dann schließlich
der Kunststoff polymerisiert. Auch hier bemüht man sich um Verfahrensvereinfachungungen,
indem man auf dem Gipsmodell anstelle einer Wachskonstruktion als
Zwischenstufe unmittelbar mit dem Kunststoff, z.B. Prothesenkunststoff
arbeitet. Er muß dann lichthärtend sein,
was ebenfalls vom Gipsmodell entsprechende Eigenschaften fordert.
Die
nur bedingte Eignung handelsüblicher
Calciumsulfat-HalbhydratProdukte zur Herstellung von Gipsmodellen
für die
neuen Verarbeitungstechniken erklärt sich aus deren bisheriger
Standardzusammensetzung. Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkte für dentale
Gipse haben weltweit folgende typische Zusammensetzung:
| Calciumsulfat-Halbhydrat | (80–99)% |
| Nicht
abbindende Füllstoffe | (0–20)% |
| Stellmittel | (0–2)% |
| Farbpigmente | (0–5)% |
Üblicher
und meistgenutzter Füllstoff
ist Calciumkarbonat. Füllstoffe
nehmen Einfluß auf
die Festigkeit und den Anmischwasserbedarf, weil sie nicht an der
Abbindereaktion beteiligt sind.
Mit
Stellmitteln werden vorzugsweise die Verarbeitungseigenschaften
und nur indirekt über
den Anmischwasserbedarf die Festigkeitseigenschaften beeinflußt. Verschiedendene
Stellmittel nehmen gleichzeitig zu ihrem eigentlichen Anwendungszweck
Einfluß auf
die Abbindeexpan sion des Gipses. Man unterscheidet zwischen Verzögerern,
Beschleunigern, Kristallisatoren, Keimbildnern und Konsistenzregulatoren,
wobei bestimmte Stellmittel gleichzeitig mehrere Einflüsse ausüben. So
kommt es zu der für
Laien häufig
unverständlichen
Kombination, daß z.B.
ein bestimmtes Calciumsulfat-Halbhydrat gleichzeitig einen typischen
Verzögerer und
einen typischen Beschleuniger enthält.
Man
benutzt Verzögerer
insbesondere bei sehr feinkörnigen
Halbhydraten, um die Verarbeitungszeit zu verlängern. Üblich sind Citronensäure bzw.
deren Alkalisalze oder die Alkali- bzw. Ammoniumsalze verschiedener
Phosphorsäuren,
vor allem aber auch die Weinsäure
bzw. das Kaliumnatriumtartrat. Verzögerer wirken bereits in Konzentrationen
unter 0,1%. Außer
den vorgenannten Substanzgruppen wirken bekanntermaßen auch
alle Substanzen verzögernd,
die die Viskosität
des Anmischwassers erhöhen,
wie z.B. die Natriumcarboxylmethylcellulose. Derartige Substanzen
wirken jedoch erst bei Konzentrationen deutlich oberhalb von 0,1%.
Beschleunigend
auf die Gipskristallisation aus Calciumsulfat-Halbhydrat wirkt grundsätzlich ein
hoher Feinanteil des Halbhydrates. Fehlt dieser werden chemische
Beschleuniger eingesetzt. Allgemein anerkannt als Beschleuniger
ist Kaliumsulfat in Konzentrationen unter 1%.
Die
Auskristallisation des Gipses, also des Calciumsulfat-Doppelhydrats
aus der Calciumsulfat-Lösung
im Anmischwasser setzt Keimbildung voraus. Diese kann aber auch
durch Kristallisationskeime im Halbhydrat-Produkt vorweggenommen
werden. Dazu dient bekanntermaßen
ein Feinstkornanteil von Calciumsulfat-Doppelhydrat im Ausgangsprodukt.
Je nach Feinheit kann man hier mit Masseanteilen von deutlich weniger als
1% auskommen.
Keimbildung
dieser Art wirkt im übrigen
wie ein Beschleunigerzusatz Das Auskristallisieren von Gips aus
einer Calciumsulfat-Halbhydrat- Suspension
ist grundsätzlich
mit einer negativen Volumenreaktion ver bunden, das heißt einer
Kontraktion. Sobald die sich versteifende An mischung nicht mehr
fließfähig aber
noch nich vollständig
abgebunden ist, beobachtet man eine Expansion.
Die
verbleibende Differenz aus Kontraktion und Expansion wird als Abbindeexpansion
bezeichnet. Sie kommt zustande, weil Gips nadelförmige Kristalle bildet, was
senkrecht zur Hauptwachstumsrichtung Hohlräume entstehen läßt, in die
ab einer entsprechenden Versteifung nur noch überschüssiges Anmischwasser nachfließen kann.
Die am Prozeß beteiligten
Calciumsulfate könnten
diese Hohlräume
nur ausfüllen,
wenn die Gipskristalle allseits gleichmäßig wachsen würden. Um
eine in der Zahnheilkunde nicht zulässige Abbindeexpansion zu vermeiden,
müssen
daher Kristallisatoren eingesetzt werden, die in der Lage sind,
die Hauptwachstumsrichtung der sich bildenden Gipskristalle zu behindern.
Hierfür sind eine
Vielzahl komplexierender organischer Säuren und ihre Alkalisalze geeignet.
Dazu gehören
Dicarbonsäuren
bzw. ihre Salze aber auch Citronen- und Weinsäure mit ihren Alkalisalzen,
die bereits als Verzögerer
im Einsatz sind. Bei Calciumsulfat-Halbhydrat, das im Supensionsverfahren
erzeugt wurde, sind Kristallisatoren verfahrensbedingt im Ausgangsprodukt
enthalten. Alle üblicherweise
eingesetzten Kristallisatoren wirken bereits bei Masseanteilen um
0,1%.
Konsistenzregulatoren
sind einerseits Methyl- oder Ethylcellulosen. Sie erhöhen die
Viskosität
und wirken gleichzeitig als Verzögerer.
In Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkten für die Zahnheilkunde sind sie
ohne Bedeutung. Konsistenzregulatoren werden hier vorzugsweise in
Form von Verflüssigern
eingesetzt, um die Anmischwassermenge zu senken und damit die Gipsfestigkeit
zu erhöhen.
Hier kommen Sulfonate, vorzugsweise Melaminsulfonate zum Einsatz
und zwar mit Massegehalten von bis zu 1%.
Außer den
vorgenannten Füllstoffen
und Stellmitteln enthalten Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkte für dentale
Anwendung Farbpigmente. Es kommen zwischen weiß und schwarz praktisch alle
Farben des sichtbaren Spektrums zur Anwendung. Bei den Pigmenten überwiegen
wasserunlösliche
handelsübliche
anorganische Pigmente. Selbst weiße Produkte enthalten häufig Pigmentzusätze, z.B.
das auch in Farben und Lacken übliche
Titandioxid. Je nach gewünschter
Farbintensität
kommen Massgehalte bis zu 5% zum Einsatz. Die Verwendung von organischen
Pigmenten führt
wegen der bei diesen Pigmenttypen deutlich feineren Pulverteilchengrößen und
geringeren Dichte zwar zu Massegehalten, die selbst bei intensiven
Einfärbungen
unter 1% liegen. Wegen der hohen Agglomerationsneigung so feiner
Pigmente ist ihre gleichmäßige Einbringung und
Dispersion in nichtpastöse
Substanzen wie Calciumsulfat-Halbhydrat-Pulver problematisch. Sie
sind daher von geringer Bedeutung. Gänzlich ungeignet sind dagegen
wasserlösliche
Farbstoffe. Sie führen
wegen ihrer Wasserlöslichkeit
dazu daß an
allen Stellen des dentalen Gipsobjektes erhöhte Farbstoffkonzentrationen entstehen,
an denen es zu Verdunstungen von Wasser kommt, z.B. aus Anmischwasserüberschüssen.
Alle
Versuche, die zuvor mit ihrer Standardzusetzungen beschriebenen
dentalen Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkte mit Hilfe üblicher
Pigmente so zu modifizieren, daß damit
die erfindungsgemäße Aufgabe
zu lösen
war, führten
nicht zum Erfolg. Die Fotoinitiatoren des zu verarbeitenden wachsartigen
Modellwerkstoffes und der lichthärtenden
Kunststoffe haben ihr Reaktionsmaximum zwischen 360 und 420 nm.
Da
diese Werkstoffe transluzent sind, wurde zunächst versucht, ein blau pigmentiertes
Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkt in seiner blauen Einfärbung näher an die
polymerisationsauslösende
Farbe heranzubringen. Trotz Farbverschiebung ergaben sich zu lange
Polymerisationszeiten, nämlich
von bis zu 30 min und mehr. Speziell die wachshaltigen Objekte haben
sich dabei unter Wärmeeinwirkung
deformiert. Ihre Deformationen wurden sodann durch die Polymerisation
eingefroren.
Erfolglos
waren auch Experimente mit besonders weißen Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkten.
Ihr Weißgrad
wurde durch Zusatz von bis zu 5% Titandioxid und hinsichtlich der
Festigkeit gerade noch zulässigen Mengen
von sehr weißem
Calciumcarbonat erhöht.
Es ergaben sich keine Verkürzungen
der Polymerisationszeiten.
Es
wurde schließlich
gefunden, daß sich
vorzugsweise blau pigmentierte Produkte aber auch andere nicht besonders
intensiv eingefärbte
Produktvarianten so verändern
lassen, daß man
zu Polymerisationszeiten unter 15 min, bei üblichen Objekten sogar 10 min
kommen kann. Hellblau eingefärbte
Gipsmodelle sind in der Zahntechnik besonders gängig, weil der Farbkontrast
hierbei gegenüber
den meisten Dentalwerkstoffen besonders hoch ist und daher dem Zahntechniker
genaueres Arbeiten als auf weißen
Gipsmodellen ermöglicht.
Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wurde durch einem Modellwerkstoff nach Patentanspruch 1 gelöst. Nämlich dadurch,
daß den
Calciumsulfat-Halbhydrat-Produkten, zusätzlich zu vorgenannten Füllstoffen,
Stellmitteln und Farbpigmenten, fluoreszierende Substanzen zugemischt
wurden. Am wirkungsvollsten waren Substanzen, die im kurzwelligen,
das heißt
blau-violetten Bereich des sichtbaren Spektrums fluoreszieren, z.B. Lanthan-
und Ceroxide bzw. Cerlanthanmischoxide. Besonders wirtschaftlich
ist mit Cerlanthanmischoxid dotiertes Yttriumoxid, weil es sich
hierbei um handelsübliche
Fluoreszenzstoffe handelt. Die Wirkung im blauvioletten Spektralbreich
wird auch bei blau eingefärbtem
Gips erreicht, sofern die Einfärbung
nicht zu intensiv ist. Die Wirkung der fluoreszierenden Pigmente
erhöht
sich deutlich mit ihrer Teilchenfeinheit. Bei mittleren Korngrößen um 1 μm reichen
Massegehalte von 1%, während
mittlere Korngrößen um 10 μm bei Massegehalten ab
10% erste Wirkungen zeigen.
Bei
organischen Fluoreszenzstoffen, die alle eine mehr oder weniger
hohe Wasserlöslichkeit
haben, wurde überraschenderweise
gefunden, daß selbst
vollständige
Wasserlöslichkeit,
wie sie bei den Natriumsalzen der Organodisulfonsäuren vorliegt,
im Gegensatz zu den Erfahrungen mit wasserlöslichen Farbstoffen keine nachteiligen
Folgen für
die zahntechnischen bzw. zahnärztlichen
Arbeiten auf so modifizierten Gipsen bringt. Dies liegt daran, daß solche
Fluoreszensstoffe gerade wegen ihrer Wasserlöslichkeit sich auf der Gipsmodelloberfläche anreichern,
dort aber bei der Arbeit unter Kunst- oder Tageslicht farblich nicht
stören.
Die Folge dieser Erscheinung ist, daß solche wasserlöslichen
Fluoreszenzstoffe schon bei Massegehalten ab etwa 0,01% wirksam
werden.