DE202012103170U1

DE202012103170U1 - Gußeinbettmasse für dentalmedizinische Anwendungen

Info

Publication number: DE202012103170U1
Application number: DE201220103170
Authority: DE
Original assignee: Shera Werkstoff Technologie & Co KG GmbH; Shera Werkstoff-Technologie & Co KG GmbH
Current assignee: Shera Werkstoff Technologie & Co KG GmbH; Shera Werkstoff-Technologie & Co KG GmbH
Priority date: 2012-08-22
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2012-11-29
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: DE102013107900B4; DE102013107900A1

Abstract

Keramische Einbettmasse zur Herstellung einer Gießform für dentalmedizinische Anwendungen, wobei die Einbettmasse hergestellt wird ausgehend von einer Keramik-Pulvermischung enthaltend ein phosphathaltiges Bindemittel, die mit einem Kolloidbildner oder Gelbildner angemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Anteil eines thermochromen Farbstoffs enthält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine keramische Einbettmasse zur Herstellung einer Gießform für dentalmedizinische Anwendungen, wobei die Einbettmasse hergestellt wird ausgehend von einer Keramik-Pulvermischung enthaltend ein phosphathaltiges Bindemittel, die mit einem Kolloidbildner oder Gelbildner angemischt wird.
Stand der Technik
Dentaleinbettmassen auf der SiO₂-Basis (feuerfeste Quarz, Cristobalit) enthalten in der Regel einen Binder, der beim Anmischen mit einer wässrigen, kolloidalen Kieselsollösung eine exotherme Reaktion verursacht, die maximal bis etwa 100 °C verläuft. Durch die chemische Reaktion des Bindemittels verfestigt sich die Einbettmasse zu einer sog. „Grünform“ (abgebundene Einbettmasse) innerhalb von etwa 15 bis etwa 20 min. Die Abbindereaktion basiert auf der Reaktion zwischen Ammonium-dihydrogen-phosphat (NH₄H₂PO₄) und reaktivem Magnesiumoxid (MgO/Magnesit) in der Einbettmasse: NH₄H₂PO₄ + MgO + (xH₂O) → Mg(NH₄)PO₄·aq (kristallin und/Gel).
Die kristalline Form von Mg(NH₄)PO₄·aq besitzt die Formel Mg(NH₄)PO₄·6H₂O und seine kristallographische Bezeichnung ist das Struvit. Primär bildet sich ein Mg(NH₄)PO₄·aq – Gel. Primär bildet sich beim Abbinden das Gel, welches sich nach und nach zur kristallinen Struktur umwandelt. Das gebildete Mg(NH₄)PO₄·aq, zusammen mit dem SiO₂-Gel, verbindet die feuerfesten Partikel der Einbettmasse zu einem festen Körper, so dass eine feste, aber noch wasserhaltige „grüne Gussform“ gebildet wird. Die genannte chemische Reaktion kann durch Zusatz von mehrwertigen organischen Säuren beschleunigt und gelenkt werden, wie z.B. in Spuren durch Citronensäure-Zusatz.
In der Patentschrift EP 0 0916 430 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Feingussteilen für medizinische Zwecke der eingangs genannten Art beschrieben, bei dem zur Steuerung und Einstellung der Expansion einer keramischen Einbettmasse wenigstens eine organische Säure zugeführt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Der/die Dentaltechnikerin, der/die sich mit der Herstellung einer Gussform beschäftigt, sollen den Ablauf der Abbindereaktion optisch wahrnehmen und kontrollieren können. Dies ist zur Unterstützung der laufenden Arbeiten in einem Dentallabor notwendig, da die Techniker in der Regel mit einer Vielzahl von Gussformen beschäftigt sind, die zu unterschiedlichen Zeiten in unterschiedlichen Größen hergestellt werden. Man ist bemüht nach Ablauf der Abbindereaktion die sog. „grüne Gussform “ möglichst bald zum Glühen in den Hochtemperaturofen (bis 900 °C) zu überführen, das so genannte Aufsetzen. Um Verwechselungen zu vermeiden, eine ständige Kontrolle des Abbindevorganges zu erhalten und ein baldiges „Aufsetzen“ der „grünen Gussform“ zu ermöglichen, wäre eine einfache optische Kontrolle des Abbindevorganges besonders vorteilhaft.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine keramische Einbettmasse zur Herstellung einer Gießform für dentalmedizinische Anwendungen der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine einfache optische Kontrolle des Abbindevorgangs ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine keramische Einbettmasse zur Herstellung einer Gießform der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass diese einen Anteil eines thermochromen Farbstoffs enthält.
Den Einbettmassen, die aus verschiedenen feuerfesten Partikeln (Pulvermischung) bestehen, werden thermochrome Farbstoffe in geringen Konzentrationen beigemischt. Die thermochromen Farbstoffe ändern in charakteristischer Weise ihre Farben in Abhängigkeit von der Temperatur. Thermochrome Farbstoffe sind in großer Zahl bekannt und wurden in der Literatur ausführlich beschrieben. Beispielsweise sind es Derivate der Anthrachinone (Anthradione), des Bixanthylidens oder der Arylidenisophorone. Sie ändern reversibel ihre Farbe beim Erwärmen bzw. beim Abkühlen. Der Grund hierfür liegt in der Änderung der Struktur der Verbindungen in Abhängigkeit von der Temperatur, zum Beispiel durch einen sog. Charge-Transfer-Übergang im Molekül.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Anteil an thermochromem Farbstoff in der keramischen Einbettmasse beispielsweise bis zu etwa 3 Gew. % betragen, vorzugsweise beträgt dieser bis zu etwa 1 Gew. % der Einbettmasse, besonders bevorzugt von etwa 0,2 Gew. % bis etwa 0,5 Gew. %.
Unter „thermochromer Farbstoff“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Farbstoff verstanden, welcher in der Regel reversibel beim Erwärmen bzw. beim Abkühlen seine Farbe in Abhängigkeit von der Temperatur der Einbettmasse ändert, wobei der Farbstoff selbst sich in der Einbettmasse weitgehend inert verhält, das heißt hinsichtlich seiner Eigenschaften für die Abbindereaktion der Einbettmasse, deren Festigkeit nach dem Abbinden und deren sonstige wesentlichen physikalischen Eigenschaften weitgehend neutral sein sollte.
Bevorzugt verwendbar als thermochromer Farbstoff im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind insbesondere Substanzen ausgewählt aus den Derivaten des Anthrachinons, Bixanthylidens oder Arylidenisophorons.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung verwendet man mindestens einen thermochromen Farbstoff, der bei Raumtemperatur farbig ist und bei höheren Temperaturen farblos wird. Die Farbigkeit signalisiert dann dem Anwender, dass die Abbinderaktion noch nicht abgeschlossen ist. Abnehmende Farbigkeit ist ein Indiz für die fortschreitende Abbindereaktion, bei vollständiger Farblosigkeit kann der Anwender davon ausgehen, dass die Abbindereaktion abgeschlossen ist und die aus der Einbettmasse hergestellte Gießform verwendet werden kann. Grundsätzlich kann es aber auch umgekehrt sein, dass der Farbstoff bei Temperaturerhöhung sich nicht entfärbt, sondern verfärbt, oder dass ein Farbumschlag zu einer anderen Farbe hin stattfindet.
In vorteilhafter Weise wird der als Indikator für den Abbindeprozess eingesetzte Farbstoff so ausgewählt, dass dessen Farbumschlagsbereich in Nähe des Temperaturbereichs liegt, in dem die Abbindereaktion der keramischen Einbettmassse stattfindet oder dass der Farbumschlag zumindest in dem Temperaturbereich beginnt, in dem die Abbindereaktion ein relevantes Stadium erreicht und dass der Farbumschlag weitgehend erfolgt ist, wenn der Abbindevorgang soweit fortgeschritten ist, dass die Einbettmasse als Gießform verwendbar ist. Der Bearbeiter spart sich dadurch die Verwendung einer Zeitschaltuhr oder dergleichen, was insbesondere bei der gleichzeitigen Herstellung mehrerer Gießformen mit unterschiedlichen Anmischzeiten unübersichtlich wird. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der Anwender davon ausgehen, dass bei denjenigen Chargen, bei denen der Farbumschlag stattgefunden hat, die Abbindereaktion abgeschlossen ist. Es kann daher eine zeitnahe Weiterverarbeitung stattfinden.
Je nach Zusammensetzung der keramischen Einbettmasse kann man beispielsweise einen Farbstoff einsetzen, dessen Farbumschlagsbereich oberhalb von einer Temperatur von etwa 50 °C, vorzugsweise oberhalb von etwa 60 °C liegt.
In den nachfolgend genannten Ausführungsbeispielen findet beispielsweise ein Farbpigment Anwendung, das bei Raumtemperatur türkisblau (ein Farbkennzeichen der Fa. Shera) ist. Der türkisblaue Farbstoff ändert seine Farbe bei Ansteigen der Temperatur, was auf die beim Abbinden der keramischen Einbettmasse freigesetzte Reaktionswärme zurückgeht, und wird farblos im Temperaturbereich um 70 °C.
Für die erfindungsgemäße keramische Einbettmasse ist insbesondere eine Keramik-Pulvermischung verwendbar, die als phosphathaltiges Bindemittel ein Gemisch aus einem reaktiven MgO sowie NH₄H₂PO₄ enthält.
Als Kolloidbildner oder Gelbildner wird bevorzugt eine wässrige Kieselsol-Lösung mit einem Gehalt von bis zu etwa 40 % verwendet.
Zur Beschleunigung des Abbindeprozesses kann beispielsweise wenigstens eine organische Säure zugesetzt werden.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine Graphik, in der beispielhaft der farbmetrische Wert in Abhängigkeit von der Reaktionszeit sowie die Reaktionstemperatur in Abhängigkeit von der Reaktionszeit dargestellt sind;
2 eine weitere Graphik, in der ein weiterer farbmetrischer Wert in Abhängigkeit von der Reaktionszeit sowie die Reaktionstemperatur in Abhängigkeit von der Reaktionszeit dargestellt sind.
Die Farbänderungen beim Abbindeprozess der keramischen Einbettmasse werden nachfolgend anhand eines ersten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Einbettmasse enthielt in dem Anwendungsbeispiel etwa 0,3 % des thermochromen türkisen Farbstoffes in Pigmentform. Der Farbstoff veränderte die technischen Daten der Einbettmasse im Übrigen nicht. Er verhielt sich inert.
Anwendungsbeispiel 1
Ein Einbettmassenbrei (300 g) wurde angerührt und zur Herstellung einer Gussform in einen sogenannten Muffelformer (Zylinder aus dehnbarem Moosgummi mit 5 cm Durchmesser) überführt. Nach wenigen Minuten stieg die Temperatur an, der türkisfarbene Einbettmassenbrei war jedoch noch flüssig. Man sah außerdem noch die Oberflächenreflektionen der Beleuchtung im Dentallabor.
Nach gut 5 Minuten war in dem Ausführungsbeispiel die Einbettmasse bereits bei ca. 45 °C verfestigt, konnte aber noch nicht ausgebettet werden. Die Temperatur stieg weiterhin an. Die Abbindereaktion war noch nicht beendet.
Nach gut 6 Minuten wurde eine Temperatur in Höhe von gut 60 °C erreicht. Die Abbindereaktion war noch im Gange.
Bei ca. 79 °C nach gut 7 Minuten verfärbte sich die Einbettmasse und wurde in der Mitte langsam farblos. Am Rand lag die Temperatur noch unter 70 °C, so dass hier noch eine Verfärbung erkennbar war. Die Einbettmasse war noch nicht in allen Bereichen abgebunden. Die Einbettmasse konnte noch nicht ausgebettet werden.
Das Temperaturmaximum in Höhe von ca. 95 °C wurde nach 7 min 49 sec erreicht. Die Einbettmasse war farblos geworden. Sie konnte jetzt ausgebettet werden und in den Hochtemperaturofen überführt werden. Die Abbindereaktion war vollständig abgelaufen.
Die Farbreaktion ist reversibel. Die Temperatur fiel danach wieder ab. Man konnte erkennen, dass nach 23 min 19 sec langsam vom Rande her die Farbe zurückkehrte (71 °C). Die Abbindereaktion war beendet.
Nach ca. 47 Minuten trat durch die eingetretene Abkühlung die Farbe des thermochromen Farbstoffs bei ca. 53 °C wieder auf. Die abgebundene Einbettmasse hätte schon längst in den Hochtemperaturofen überführt werden können.
Anwendungsbeispiel 2
Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Abbildungen gemäß den 1 und 2 beschrieben. Diese zeigen Versuche, die mit dem gleichen thermochromen, türkisem Farbstoff wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel durchgeführt wurden.
Zum besseren Verständnis nachfolgende Ausführungen:
Der farbmetrische Wert a, der durch Reflexion gemessen wird, zeigt die Mischfarbenintensität einer grünen mit einer roten Farbe an. Ist a stark negativ, ist die Reflexionsfarbe grün. Ist a stark positiv, überwiegt die rote Reflexionsfarbe. Die Türkisfarbe des eingesetzten thermochromen Farbstoffes ist praktisch ein Grünton.
Bei den Versuchen wurde zunächst im Zeitraum von 2,5 min die Einbettmasse, dotiert mit dem thermochromen Farbstoff (0,25 %), mit dem Kieselsol angemischt. Die Bedingungen sind die Gleichen wie im obigen Anwendungsbeispiel 1. Nach ca. 2,5 min wurde mit der Messung der Reflexionsdaten mit dem noch flüssigen Einbettmassenbrei begonnen. Man erkennt, zunächst ist der Türkisfarbton bis 6 min um a = –17 (Skalierung linke Ordinate in 1) nahezu konstant geblieben, während die Temperatur von 24 °C auf 35 °C ansteigt.
Dann entwickelt sich innerhalb von ca. 1 min ein steiler Temperaturanstieg bis rd. 87 °C (Skalierung rechte Ordinate in 1) und die Einbettmasse wird nahezu farblos (a = 0). Die Abbindereaktion ist nahezu abgeschlossen. Nach rd. 15 min wird die abgebundene Einbettmasse wieder türkisfarbig, a wird wieder negativer. Jetzt kann die Einbettmasse ausgebettet werden.
Ähnliche Aussagen gewinnt man aus Messungen der b-Werte. Ist b stark negativ, so liegt ein Blauton vor. Ist b stark positiv, so liegt ein Gelbton vor. Blau- und Gelbtöne sind in der Einbettmasse aber nicht so vorherrschend wie der Grünton, der vom thermochromen Türkisfarbstoff stammt. Aber ein bisschen Blauton ist allerdings auch im Türkisfarbstoff enthalten. Zu Beginn der Abbindereaktion liegt der b-Wert bei b = –3. Durch den Temperaturanstieg wechselt der Wert ins Positive nach b = 5,7, da die nahezu „farblose“ Einbettmasse einen leichten Gelbton bekommt. Der leichte Gelbton wird von Mineralien der Einbettmasse verursacht, die in technischen Qualitäten eingesetzt werden. Nach Abbinden sinkt der b-Wert und wird wieder negativer (b = –1). Nach rd. 2 h wird b = –1,6. Dies bedeutet, der Blau-Anteil wird wieder stärker, so dass die Türkisfarbe wieder ihren charakteristischen Ton zurück erhält a = –15 und b = –1,6 nach 2 h (= 26 °C). Man fällt aber auf die Ausgangswerte a = –18 und b = –1,6 nicht zurück. Der flüssige Einbettmassenbrei, wie er zu Beginn vorliegt, ist etwas stärker reflektierend als die abgebundene Einbettmasse. Die Oberfläche der abgebundenen Einbettmasse ist etwas aufgeraut, so dass das reflektierte Licht etwas stärker gestreut wird. Man kann mit dem Auge sehr gut die Farbwechsel verfolgen, so dass ein/e Dentaltechniker/in den Abbindevorgang visuell verfolgen kann. Grün, rot, blau und gelb sind Elementarfarben additiver und subtraktiver Farbmischungen mit denen sich alle Farben (auch Grautöne) darstellen lassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 00916430 B1 [0004]

Claims

Keramische Einbettmasse zur Herstellung einer Gießform für dentalmedizinische Anwendungen, wobei die Einbettmasse hergestellt wird ausgehend von einer Keramik-Pulvermischung enthaltend ein phosphathaltiges Bindemittel, die mit einem Kolloidbildner oder Gelbildner angemischt wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Anteil eines thermochromen Farbstoffs enthält.
Keramische Einbettmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an thermochromem Farbstoff in der keramischen Einbettmasse bis zu etwa 3 Gew. % beträgt, vorzugsweise bis zu etwa 1 Gew. %, besonders bevorzugt etwa 0,2 bis etwa 0,5 Gew. % beträgt.
Keramische Einbettmasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Farbstoff enthält, welcher reversibel beim Erwärmen bzw. beim Abkühlen seine Farbe in Abhängigkeit von der Temperatur der Einbettmasse ändert.
Keramische Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese als thermochromen Farbstoff mindestens eine Substanz ausgewählt aus den Derivaten des Anthrachinons, Bixanthylidens oder Arylidenisophorons enthält.
Keramische Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens einen thermochromen Farbstoff enthält, der bei Raumtemperatur farbig ist und bei höheren Temperaturen farblos wird.
Keramische Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens einen Farbstoff enthält, dessen Farbumschlagsbereich oberhalb von einer Temperatur von etwa 50 °C, vorzugsweise oberhalb von etwa 60 °C liegt.
Keramische Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens einen Farbstoff enthält, dessen Farbumschlagsbereich in Nähe des Temperaturbereichs liegt, in dem die Abbindereaktion der keramischen Einbettmassse stattfindet.
Keramische Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-Pulvermischung als phosphathaltiges Bindemittel ein Gemisch aus einem reaktiven MgO sowie NH₄H₂PO₄ enthält.
Keramische Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Kolloidbildner oder Gelbildner eine wässrige Kieselsol-Lösung mit einem Gehalt von bis zu etwa 40 % vorgesehen ist.
Keramische Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur Beschleunigung des Abbindeprozesses wenigstens eine organische Säure enthält.