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1 - 대한치과보철학회지 Vol. 23 No. 1, Holographic interferometry 를이용한열중합애크릴릭레진의변형에관한연구 서울대학교치과대학치과보철학교실 박동관ㆍ장익태ㆍ김광남 Ⅰ. 서론 구강연조직에의치를정확히적합시키는것은무치악혹은부분무치악환자에게매우중요한사항이다. 그동안의치상재료로는 vulcanite, nitrocellulose, phenol formaldehyde, vinyl plastics, porcelain등을거쳐 1937년처음애크릴릭polymers가소개되었으며 1946년에이르러서는애크릴릭레진은의치상재료의 98% 를차지할만큼급격한사용의증가와함께그동안치과치료에있어서인공치아, 심미성수복재료, 교정장치, 임시의치, 인상용트레이, 외과 splint등여러가지분야에사용되고있다. 그리고레진 ploymer는 plymethyl methacrylate가소개된이래 vinylacrylic, polystyrene, epoxy, nylon, vinylstyrene, polycarbonate, polysulfone unsaturated polyester, polyurethane등을거쳐최근에는 rubber가보강된내충격성레진과 lightactivated urethane dimethacrylate가함유된광중합레진이개발되기에이르렀다 (1). 그러나이를사용함에있어여러가지단점들이발견되었고그후재료의물리적성질향상에대한꾸준한연구와노력이이루어져왔음에도불구하고아직도해 결해야할과제가남아있다. 대표적인문제로서는레진중합후에뒤따르는체적변화인데이는의치상과그밑구강조직과의적합성에영향을미친다. 이러한체적의변화는다음과같은과정을통해서일어나게된다. 즉레진중합시에는밀도가 0.94gm/ cm3에서 1.19gm/ cm3으로변화하면서 21% 의체적수축이일어나이로인한중합수축이일어나야하는데 mold내에갇힌레진은체적변화가일어날수없으므로자연적으로인장응력이발생하게된다. 그리고이러한잔존응력의방출은단기간에변형을발생시키며 2일까지지속되는것으로알려져있다. 또한장시간에걸쳐서레진의성질은 aging의결과로변하게되기도하는데이과정은반복되는온도변화, 수분흡수상태등에따라가속되기도하여심한온도차이를보이는구강내에서는의치의적합도및유지에영향을미치게되므로의치의제자, 장착시고려해야할중요한요건이되기도한다 (2). 그동안레진변형에관한선학들의많은연구가있었는데 Phillips (2) 는레진의선상수축현상의주원인은열수축이라하였으며레진이온성온도근처에서는연성이존재하므로응력이발생하지않으나 glass transition 온도 (75 ) 이하로내려가게되면중합수축 48

2 이발생한다고하였다. 또한 Becker (3, 4) 는애크릴릭레진의중합기법의차이 (fluid resin technic, silicone-gypsum technic, all-gypsum technic) 에따른체적변화를조사한바별차이가없다고보고한바가있으며, Jackson (24) 은 injection pressing method와 compression molding method를상호비교한바유의성을발견하지못했으며의치의제작시체적변화를일으키는요인으로서애크릴릭레진의고유성질, 주모형의제작, 매몰및주입과정, 의치상의모양과크기, 중합과정, 의치상연마, 처리과정등을언급하였다. 그리고 Woelfel (15-9), Anthony (10), Peyton (11), Ployzois (12) 등은여러종류의의치상재료의변형에대해연구한바의치를구강내장착시물을흡수함으로써발생하는선팽창 (linear expansion) 이레진중합시야기되는선수축 (linear shrinkage) 을제대로보상하지못한다고발표하였다. 또한 Takamata (13) 등은 microwave-activated 레진이열중합혹은광중합레진보다변형이적다고발표하였다. 그리고 Wolfaardt (14) 등은열중합레진의체적변화에영향을미치는요소에대해조사하여레진시편의크기, 분말과액의비율, 가압력, 가압의정도등이중요한변수라고하였다. Lorton (15) 등은레진의치제작시발생하는열에의한변형을연구한바연마에의해의치상레진의부분적인변형이초래될수있고모형에대한의치의적합도를측정하는지표 (index) 로구치부간거리를사용하는것은믿을만하지못하다고발표하였다. McDowell (16), Baemmert (17) 등은 Michigan computer-graphic measuring system을이용하여레진의변형을측정하는기구로사용하였다. 또 Bunch (18), Brauer (19) 등은의치상이장재의재료학적성질에대한연구를한바있으며 Johnston (47) 은내충격성레진인 Lucitone 199가 conventional thermosetting PMM계레진이나 vinyl계레진보다우수한 flexure fatigue resistance를보유하고있다고보고하였다. Ogle (22) 은의치상재료로서광중합레진의우수성 에대해보고한바있으나 Breeding (20) 은의치이장후의체적변화에대해연구한바오히려열중합레진이광중합레진보다체적변화가적었다고보고했다. Barco (21) 는열중합레진으로의치를제작후자가중합레진으로개조하면적합도가향상된다고하였고레진치아를포함한열중합레진의치상이레진치아를포함하지않은레진의치상보다더많은변형이초래되었다고발표하였다. 또 Phillips (2), Craig (1), Firtell (40) 등은열중합레진의온성은기포발생이나변형등을피하기위해통상제시된온성온도보다낮은온도에서하는것이유리하다고하였다. 최근까지레진의체적변화에대한연구는의치나레진시편의표면에일정한수의기준점을정한후레진중합전후의거리를현미경등의계측기구등로측정하거나어느기준점에서주모형과의치사이의거리를재어측정함으로써 2차원적인변형량을추정혹은계측 (3-15, 20, 21, 23, 24) 하거나이를벡터등을이용하여 3차원적 (41) 으로계산하였다. 그러나이러한방법들은몇가지단점을지니게되는데 (1) 전체변형량을감지하지못하고제한된기준점사이의변형량만을측정하게되고 (37)(2) Lorton (15) 의언급처럼기준점자체의신뢰성문제가있고 (3) 정확도의한계가 5um를넘지못하며 (37)(4) 관찰자의주관적인측정오차가생기고 (37)(5) 3차원적인접근을하기힘들고 (6) 변형이일어날경우에응력이발생하는부위를전혀감지할수없다는것이다. 그래서이러한사실은애크릴릭레진의변형양상을잘못이해할수도있으므로저자는본연구에서이러한문제점들을해결하기위하여종래의현미경적기법과는달리광학적방법인레이저홀로그래피 (laser holography) 기법을이용한계측법을사용하였다. 이방법은레진시편이중합수축을하는동안몇장의이중노출홀로그램 (hologram) 을촬영하여이중노출동안변형으로인한일련의간섭무늬가형성되며이를해석하여변형량을계산해낼수있다는원리 (34) 를이용한것이되겠다. 본연구는종전의방법과는달리광학적방법인 49

3 holographic interferometry를사용하여각기다른 4종류의열중합레진에있어서시간에따른변형량과변형형태를측정, 비교하였으며상악의치에서는온도변화에따른변형형태를분석한결과이에대한다소의지견을얻었기에그결과를보고하는바이다. 2. 실험재료및방법 A. 실험재료 본실험에서사용된의치상레진의종류는표 1과같다. B. 실험방법정량분석과정성분석의 2가지실험을행하였다. 1) 레진시편의정량, 정성분석외경이 48.4mm, 내경이 41.3mm, 높이가 5.6mm 인스테인리스스틸주형에서 silicone putty (Exaflex, GC Corp., Japan) 로직경이 41.3mm, 높이가 5.6mm인원판 mold를만들어이를의치함에매몰하여열중합레진의시편제작에이용하였다 (Fig. 1). 제품간의변형량을비교하기위해 4가지의치상레진을실험에사용하였다. 이중 Rs Vertex( 이하 Vertex) 와 Premium super 20은급속열중합레진이며 Lucitone 199는내충격성레진 (butadiene poly methyl methacrylate) 이고 Ch Lucitone은 conventional thermosetting poly methyl methacrylate resin이다. 레진시편제작은제조회사의지시에따라제작하였다. 의치함에서분리후생긴레진의잉여부위는저속 bur로조심스럽게제거해내었다. 분말대액의비율은 3 대 1로하였다. 본실험에사용된의치상레진의온성온도와시간등은 Table 2와같다. Table 1. Resin materials used in this study Table 2. Curing and cooling time in acrylic resin materials 50

4 이렇게제작된두께 5.6mm, 직경 41.3mm 시편을직경이 5mm인플라스틱받침대에올려놓고강력접착제 (cyanoacrylate cement) 로접착하여대기중에노출된레진시편의열이받침대를통해소실되는것을방지하였다. 그리고실험장치를 Fig. 2와같이설치한후레진시편에대해의치함분리후처음부터 15분까지, 15분-30분, 30분-45분, 45분-60분까지각각이중노출을하여 4장의사진을얻을후시간경과에따른변형량과변형형태를조사하였다. 이중노출시의노출시간은각각 6초로정하였으며실험실의온도는섭씨 22 도에서 24도였다. 한회사의재료당 6개씩총 24개의시편을제작하였으며 1시편당 4장씩도합 96 장의사진을촬영하였다. 2) 의치의정성분석온도변화에따른의치의변형상태를조사하기위해제조회사의지시에따라열중합한의치 (Vertex) 를무치악모형에서의치상용납 2장의두께 ( 약 4mm) 로제작하였다 (Fig. 3). 그후의치자체의중합변형의가능성을배제시키기위해서상온의물에서약 1개월동안수중저장하였다. 이레진의치를섭씨 50도, 70 도, 90도의물에서순서대로 10분씩가열한후, 강력접착제로플라스틱받침대에접착시켜각각의실험마다 8 초의노출로 5분간격의이중노출을하였다. 이때발생하는변화를관찰하여총 3장의사진을촬영하였으며의치에잔존열이존재할가능성을없애기위해각실험사이에의치를 30분간상온의물에다시저장하였가다음실험을진행하였다. 이때물의온도를조절하기위해 hot plate(ace Co., Korea) 를사용하였다 (Fig. 4). 이상의실험에서의치함의매몰재로서는치과용경석고인 MG crystal rock(maruishi Gypsum Co.Ltd., Japan) 을사용하였고레진분리재는 Butysep(Ticonium company Ltd., U.S.A.) 를사용하였으며의치함은오성사 (Korea) 의제품을사용하였다. 본실험에사용된레이저는 He-Ne 레이저 (NEC,Model No.5700, JAPAN) 로써 10mW의출력을보유했으며파장이 632.8nm을나타냈다. 레이저 홀로그래피는아주작은변위량도기록할수있는매우정밀한측정방법이므로미세한진동이나어떠한실험외적힘도가해지지않아야한다. 그래서실험장치로는진동방지장치가된 optical table위에서 He-Ne 레이저, shutter, 빔분할기, 공간필터, 빔확장기, 거울등을 magnetic base로고정하여배치하였다. 공간필터의사용목적은빛을확장시키고깨끗한광선을취하기위함이며빔분할기는기준파대물체파의세기 (intensity) 비율을최적화시키기위하여사용했다. 또한거울은레이저가빔을조명하여정상적으로상을재현할수있도록사용하였으며홀로그래피의촬영시빛이완전히차단된공간에서유리판에감광 emulsion이도포된고해상도건판 (Agfa Gevaert, 8E75, Belgium) 에 He-Ne 레이저를노출시켰다. 촬영후건판을현상액에 4분, 물에 1분, 정착액에 4분, 물에 1분의순서로담궜다가 Ferric nitrate와 Potassium bromide로제작된표백용액에건판이맑아질때까지표백건조시켰다. 영상이담긴홀로그램건판은기준파를비추어 CCD 카메라 (SONY Corp., Model Xc-37,Japan) 로기록한후 IBM PC에연결된영상취득기 (Imaging technology Inc., ITEX PCplus Image Graber, U.S.A.) 로모나터에상을재현하여이를일반카메라로촬영하였다. 홀로그램촬영을위한배치는다음과같다 (Fig. 5). Fig. 5. Holographic and photographic arrangement for the recording of double-exposure holograms. 51

5 3. 실험성적 Table 3. Fringe numbers in Premium super 20 A. 레진시편의정량, 정성분석 1) 레진시편의정량분석재현된홀로그램상으로부터변형률을계산하려면다음과같은수식이필요하다. displacement = nk(λ/2)(34, 45, 55) n= 간섭무늬의수 λ= 사용된빛의파장 (632.8nm) 2 k = (cosα+cosβ) α= 기준파와물체파의각도 (47도) β= 관찰자와기준파의각도 (140도) 이를라디안값으로환산하여계산하면 cosα+cosβ= = 여기서시편의직경을 41.3mm, 선상변형률로정하면 위의수치로레진의선상수축변형 (mm) 을위의공식을이용하여계산한결과 Table 7, 8, 9, 10과같다. 이를선상변형률 (%) 로계산하면그결과는 Table 11, 12, 13, 14와같다. - n 1/ = γ γ= - n 이경우에한간섭무늬당변형은 nm 1/ = 7.53nm 값을얻는다. 사진상에나타난간섭무늬의수를직접세었고간섭무늬의수가너무많아사진상에서판독하기힘든경우는선명도가훨씬좋은홀로그램건판상에서직접수를세거나버어니어캘리퍼스로간섭무늬의간격을측정한다음이를직경으로나누어계산하였으며오차의한계를줄이기위해위의과정을 3회반복실시하여평균값을취하였다. 그리고간섭무늬의수가너무많아판독이불가능한경우는 (.) 로표시하였다. 실험하여얻은간섭무늬의수는 Table 3, 4, 5, 6과같다. Table 4. Fringe numbers in Lucitone

6 Table 5. Fringe numbers in Vertex Table 6. Fringe numbers in Ch Lucitone Table 7. Linear dimensional changes of Premium super 20(in mm ) Table 8. Linear dimensional changes of Lucitone 199(in mm ) 53

7 Table 9. Linear dimensional changes of Vertex(in mm ) Table 10. Linear dimensional changes of Ch Lucitone(in mm ) Table 11. Linear dimensional changes of Premium super 20(in %) 54

8 Table 12. Linear dimensional changes of Lucitone 199(in %) Table 13. Linear dimensional changes of Vertex(in %) Table 14. Linear dimensional changes of Ch Lucitone(in %) 55

9 계산된측정치를 computer에입력시켜서 Duncan 의 multiple range test를시행하여 (SPSS program)95% 의신뢰도에서통계적유의성을조사하여얻은성적은 Table 15, 16, 17, 18과같다. Table 15. Total mean and standard deviation of linear dimensional changes of acrylic resins during 60 Table 16. Total mean and standard deviation of linear dimensional changes of acrylic resins during 60 mins(in %) Table 17. Total mean and standard deviation of linear dimensional changes of acrylic resins by time(in mm ) Table 18. Total mean and standard deviation of linear dimensional changes of acrylic resins by time(in %) 56

10 Duncan s multiple range test 를시행한결과는 Table 19, 20 과같다. Table 19. Statistical analysis of linear dimensional changes of acrylic resins(in mm ) Table 20. Statistical analysis of linear dimensional changes of acrylic resins(in %) 57

11 Fig. 6. Comparison of linear dimensional changes of 4 tested resins by time(in %). Fig. 7. Comparison of linear dimensional changes of 4 tested resins by time(in mm ). Fig. 8. Linear dimensional changes during 60mins(in %) Fig. 9. Linear dimensional changes during 60mins(in mm ) 2) 레진시편의정성분석초기에는많은수의방향성을보유하는다양한형태의간섭무늬가보였고이간섭무늬의수는시간이경과할수록감소하였다. B. 의치의정성분석섭씨 50도로가열시는변형된부위가나타나지않았으나섭씨 70에서는부분적으로, 90도에서는많은부위에서변형된부위가검게관찰되었다. 4. 총괄및고찰 Laser란용어는 Light Amplification by Stmulated Emission of Radiation에서의머리글자를모은것이다. 이는유도방출에의한광증폭을의미하며이빛의특성은단색성 (monochromaticity), 가간섭성 (coherence), 고휘도성 (brightness), 방향성 (directionality) 이있는것이다 (48-50). 레이저는 gas 레이저 (He-Ne, Ar, CO2), 고체레이저 (Ruby), 반도체레이저등이있으며이중 CO2 레이저는고출력을나타내어지혈효과가있어의료용으로도이용되고있다. 홀로그래피의촬영을위해서는주로저출력의 He- 58

12 Ne 레이저 (10mW) 를사용하며이빛의파장은 632.8nm이고가시광선인적색광에해당한다. 홀로그래피는 1947년영국의과학자 Gabor가불완전한단색광을실험에사용하였지만 He-Ne gas 레이저가발견되기까지는실제적인사용은하지못했다. 최초의홀로그램은 1964년 Leith와 Upatnieks (53) 가촬영하였으며 1965년 Holographic interferometry 라는측정방법을 Powell과 Stetson (54) 이발표하였다. 이를이용하여치의학분야에서는 1970년대에이르러서 Wictorin (51) 이납착연결부위의탄성변형을, Wedendal (52) 의교합력에따른치아의이동을연구하였다. 본연구에서사용된레이저 Holographic interferometry는치의학분야에서는지금까지 1970 년대들어서치아의이동이나동요도 (42, 45) 에대해응용되기시작하였으며, 본격적으로는 1970년대후반에는 Schwaninge r(33) 가홀로그램을교정사진촬영에도입하였고본격적으로 1980년대에들어와서주로교정학분야의많은연구가시행되어치아이동시저항중심과회전중심을찾기위한시도 (43) 나교정장치로두개안면골에힘을가했을때나타나는응력분포 (27-31) 등을관찰하기위해이용되어왔다. Holographic interferometry 중이중노출기법은힘을가한전후의물체의초기변위를측정하는데매우유용하며물체의전체부위에서작은변형을가시적, 입체적, 연속적으로관찰이가능한장점을가지고있다. 본연구에사용된레이저홀로그램의장점 (34) 으로는 1) 오차의한계가 30nm이며 2) 방법자체가측정게이지를사용하지않아비파괴성, 비접촉성을지니며 3) 레이저광의간섭현상을이용하여빛의세기뿐만아니라위상성분까지도기록할수있으므로 3차원적으로모든정보를사진건판에영구보존가능하고 4) 정량분석과정성분석이모두가능하여실제구조물을대상으로외력의이동방향및변이량을직접측정할수있다는것이다. 홀로그램은레이저홀로그래피에서물체의변위를기록하는매질로사용되며, 조명원과관찰방향에따라조명원의반대방향에서물체를관찰하게되는투과형 홀로그램 (transmission type hologram) 과조명원과같은방향에서관찰하는반사형홀로그램 (reflection type hologram) 으로나눌수있다. 특히, 반사형홀로그램은임 (25), 이 (26) 가치아의동요도측정에이용하였으며, 투과형홀로그램은교정학분야에서박 (27), 김 (28), 이 (29), 강 (30), 이 (31) 등이연구한바가있고보철학분야에서는 Young (32) 이 Holographic interferometry의사용가능성을제시한이래 Young (32) 은국소의치의응력분석을시도하였고 Micham (34) 이탄성인상재의변형률을측정하여선학들의측정치와유사한결과를얻었으며 Wesson (35) 은 300파운드의외력은가공의치의연결부위의변형을초래시키지못했다고보고했으며 elapsed-time holographic interferometry는치과수복물의변형을측정하는데좋은방법이라고주장하였다. 그리고 1992년 Goldstein (36) 은가공의치연결부위부위의응력을조사한바하악제 2소구치와제1대구치가결손된 4개치아고정가공의치에서가장약한부위는제2소구치와제1대구치가공치의연결부위이고원심지대치에서변연부위의변형이관찰되었다고보고한바있다. 또 van Straten (37) 은컴퓨터를이용한정량분석과정성분석을시행하여 aging과온도변화에따른의치상레진의변형에대해연구하였다. 또한 Dirtoft (38) 는투과형 white-light, real time, 이중노출홀로그램을이용하여 aging에따른상악총의치의변형을측정한바의치의비대칭적인변형이관찰되었다고발표하였다. 본연구에서사용된투과형홀로그램의변위정보기록원리는다음과같다. 레이저에서발생한가간섭성 (coherent) 빛을빔분할기 (beam splitter) 를이용하여기준파 (reference beam) 과물체파 (object beam) 의 2가지성분으로나눈다. 물체파는측정하고자하는물체에조사된후물체에서반사된빛으로고해상도의홀로그램건판 (holographic plate : 2000lines/mm 이상의해상도 ) 에도달하게되고, 기준파는직접홀로그램건판에조사된다. 진폭 (amplitude) 정보만을기록하는이차원적인일반사진과는달리홀로그램건판은빛의세기 (intensity) 를이용하여두빛의위상차를 59

13 저장하는성질이있으므로기준파와물체파는상호간섭으로인한줄무늬형태의물체정보를기록하게되어삼차원적인성질을보유하게된다. 이렇게두빛의간섭결과를기록한것을홀로그램이라하고이사진기록을현상한다음기준파로다시조명하게되면원래물체의상이대단히생생하고입체감있는재생상으로나타나게된다 (48, 49, 50, 55)(Fig. 10, 11). 이원리를수영장의물에비유하여설명하면다음과같다. 즉수영장한끝에서막대기로물을치게되면물결이발생하게된다 ( 기준파 ). 동시에반대편에서돌을던지면 ( 물체파 ) 또다른물결이생겨서이두물결들은수영장의중간쯤에서서로만나게되어상호보강간섭현상에의해다른형태의물결모양이나타나게된다. 이곳에서카메라로사진을촬영 ( 홀로그램 ) 하여이를기록하는과정을말한다. 홀로그램의촬영시에는물체, 기준파, 홀로그램설치에사용되는모든광학기구들이단단히고정되어야만정확한상을얻을수있다. 만약물체에서미세한변형이있을시물체는고정시켜놓고변형전과변형후를동일한건판에이중노출 (double exposure) 하고화학적과정 (wet processing) 을거쳐홀로그램을현상한후기준파를조사하면관찰시물체의변형에따른흑과백의간섭 무늬 (interference fringe) 가발생된다. 간섭무늬형성의원리는변형전과후의물체정보간에상쇄보강간섭으로파장이겹쳐져서증폭된곳은백색, 소멸된곳은흑색으로나타나이흑백의간섭무늬의밀도와주행양상을통해대상물체의변위를관찰하는정보가된다. 이변형은 nanometer 단위에서발생하며간섭무늬의수가많고간격이좁을수록변위량이커지고변위방향은간섭무늬의주행방향과직각을이루게된다. 만약이때광선의경로에대한각도를알고있고물체가한특정한방향으로움직이게되면물체의변형률은계산될수있다. 그러나이러한변위량과변위방향이조건과형태에따라복잡한모양을나타나게되면이를해석하는데는보다많은지식이필요하다. 이과정을 elapsed-time double exposure holographic interferometry라하며이에반대되는의미의홀로그램을 real time holography라한다. 즉 real time holographic interferometry란체적변화가일어나면 wet processing라는현상과정을거치지않고그즉시기록과관찰이되며기준파가비춰지는저광도의텔레비전카메라를통해물체를볼수있다. 좀더상세히설명하면물체에응력을가하여체적의변화가오면물체가응력을받은상태와받지않은원상태의차이때문에간섭무늬가발생하며이러한 Fig. 10. Exposing the hologram Fig. 11. Viewing the hologram. 60

14 물체정보는모니터스크린에테이프로기록된다. 이렇게비디오테이프에기록된정보는아날로그타잎에서디지탈타잎로변환되어컴퓨터테이프에저장되고이것으로부터물체의움직임에관한간섭무늬형태의수학적해석을하여 3차원적정량분석을할수있게된다. 이러한 Holographic interferometry는우주공학, 전자, 자동차산업등넓은분야에서응력분석의한방법으로서널리응용되고있다. Pagniano (39) 는자가중합레진은혼합시부터 1시간내에대부분의급속한선수축이일어난다고발표하였다. 본실험의열중합레진의경우에도대부분의변화는레진을의치함에서분리후 15분에서 30분경과시에일어났고 (Table 17, 18) 1시간이상이지나면변화량이아주미세한것으로나타났다. 이는의치함이분리되어상온에노출되면 glass transtion 상태에있던레진시편이급격히식어열의상실로인한수축이일어나기때문으로보여지는데레진중합수축의주원인은열수축이라는 Phillips(2) 의주장을뒷받침해주고있다. 이시기가레진재료의특성이나타나는중요한시기로보여진다. 처음 15분간에있어서 Lucitone 199는 Vertex, premium super 20, Ch Lucitone 등과통계적으로유의한차이를보였고 Premium super 20는 Vertex, Ch Lucitone와통계적인차이를보였으나 Vertex와 Ch Lucitone는통계적유의성이없었다. 즉 Lucitone 199가가장변형이작았고 Premium super 20이가장변형이많았으며평균치로계산할때변형이작은순서는 Lucitone 199, Ch Lucitone, Vertex, Premium super 20였다 (Table 19, 20). Ch Lucitone에있어서는초기측정때간섭무늬의수가많아판독이불가능한경우도 2회 (Table 6, 10, 14) 나있었으므로이또한변형이크다는것을암시한다. 반면에 Lucitone 199는 15 분시에서간섭무늬를모두판독할수있었고그래프의경사도가다른재료들의경사도에비해완만하다는것은 Lucitone 199가그만큼안정성이있다는것을의미한다고생각된다. 30분, 45분, 60 분에있어서는각재료간의통계적유의성이없었다. 15분이지난후부터의선상변형률 이통계적으로유의성이없었다는것은서로유사하여재료간의특성차가나타나지않음을의미하며이는 15 분이후에온도변화가심하게일어나지않아열수축이별로일어나지않기때문인것으로추정된다 (Fig. 6, 7). 또한 1시간동안의총선상변형률을살펴보면 Lucitone 199의변형이가장작고통계적으로 Lucitone 199는 Premium super 20, Vertex와유의성이있었고 Ch Lucitone와는통계적유의성이없었다. 15분대의결과와약간다른것은 30분, 45 분, 60분대에서통계적유의성이없기때문에발생된결과가아닌가생각된다 (Table 15, 16, 19, 20). 본실험에사용된 4가지레진의특성에대해살펴보면 Vertex, Premium super 20은급속열중합레진으로서끓는물에서즉시중합될수있는 hybrid를가지고있어서일반적으로레진에서흔히초래되는급격한온도상승으로인한중합시의기포발생현상을극소화시켜온성시간을단축시킬수있으나물리적성질이떨어지는것이단점이다. Ch Lucitone은일반적인열중합레진이고 Lucitone 199는내충격성레진으로서 butadiene-styrene rubber-reinforced polymethyl methacrylate로서안정된물리적성질을보유한것으로평가된다. 위의사실과비교하여볼때본실험의결과는선학들의결과와어느정도일치함을보여주고있다. 이렇게급속열중합레진이내충격성레진보다변형이큰것은상대적으로급속열중합레진이고온에서짧은시간에온성되는것도일부분을차지하지않나생각된다. 통계수치를비교해보면 15분경과하였을때변형값이 0.1mm에서 0.2mm, 총변형값이 0.2mm에서 0.35mm 그리고선상변형률은 15분시 0.2에서 0.5%, 1시간동안의총선상변형률은 0.5에서 0.8% 였다 (Table 16). 이는 Craig (1) 의레진변형률 %, Phillips (2) 의 0.53%, Woelfel (5) 의 % 와유사한수치를보이며의치의선수축률이 1% 미만이라는 Polyzois (12) 의결과와도일치한다. 이것으로미루어볼때제한된기준점에서만상대적인변형량을측 61

15 정하는현미경적기법과는달리레이저 holographic interferometry는전체적인변형률을측정하는데좋은방법으로활용될수있을것으로사료된다. 레진시편의열중합수축에있어서응력분포의형태는대체적으로간섭무늬끼리평행한상태로원형, 타원형, 직선형등의다양한모양을보유하면서동시에방향성을가지고있었으며레진재료의종류와는무관하게형성되었다. 저자는여러가지모양의간섭무늬가생기는데대한의문이생겨온성시압력을가하지않는자가온성레진에서예비실험을시행하여본바자가온성레진의중합시압력을가한상태대로촬영을하면가압한형태대로간섭무늬가발생하였다. 이와같은사실로미루어볼때열중합레진에있어서나타나는응력분포는레진자체의고유한성질에의해나타나는것이아니라의치함가압시에가해지는힘의전달방향의차이나분말과액의고르지못한혼합등으로인해서이러한일이발생되지않나추정된다. 만약분말과액의혼합이고르다는가정하에레진시편에서간섭무늬가평행하게일직선으로나타났다면균일한가압상태를의미하는것이될것이며부분적으로원형을보여준다면그쪽으로약간편중된가압상태를의미하는것이될것이다. 1개월동안수중보관하였던레진의치의온도변화에따른변형형태에대해살펴보면 (Fig ) 섭씨 50도상에서는별다른변화를보여주지못했으나섭씨 70 도에서는부분적인변형이, glass transition 온도 ( 섭씨 75도 ) 를넘어선온도인 90도에서는여러부위에변형이초래되어응력이발생함을보여주었다. 이것으로미루어볼때 poly vinyl acrylic plastics의열변형온도가섭씨 54도에서 77도, polymethy methacrylate의열변형온도가섭씨 71도에서 91도라고기술한 Craig (1) 와유사한결과를얻었다. 변형이초래된부위는상대적으로두께가얇아서열전도가잘되기때문에변형이다른부위보다쉽게일어난것으로보여진다. 만약본실험에서수중가열시간을연장하였다면더많은변형부위를측정할수있지않을까생각된다. 또한섭씨70도, 90 도에서레진의치상의변형이일어난다함은의치의제작, 가공, 연마과정에서 bur에의한변형이일어날수있다는것을의미할수있으며이와같은사실은의치제작, 연마시치과의사, 기공사들이주의해야할사항으로사료된다. 종래치의학분야에서응력분석에대한연구방법으로서주로전기저항스트레인게이지를이용한방법, 광탄성응력분석법, 유한요소법등이사용되어왔다. 각각의방법들은서로서로의장단점이있겠지만본실험에서이용된레이저 holographic interferometry를이용한방법은광선이도달하지못하는곳은분석이불가능하지만광선이도달하는부위에서는변위의방향과크기를전체적으로가시적, 연속적, 입체적으로분석이가능하므로광범위하게응력분포를관찰할수있고미세한변이량도측정가능하며컴퓨터프로그램의도움을받으면보다복잡한형태의물체변형에대해서도 3차원적인분석이가능하다. 예를들면국소의치의클래스프종류에따라지대치에가해지는응력의관찰또는변이량을측정하거나, 국소의치상이잔존치조골에가해지는힘의형태를연구하는등의앞으로보철학분야에서도다방면의실험연구에이용될수있는좋은방법이라하겠다. 5. 결론 저자는 4가지종류의의치상레진의변형률과변형형태, 그리고의치상레진의온도에따른변형형태를연구하기위해직경 41.3mm, 두께 5.6mm의레진시편을한종류당 6개씩, 총 24개의시편을제작하여 15 분간격으로 1시간동안 4장씩총 96 장의사진을촬영하고의치상레진에대해서는섭씨 50도, 70 도, 90도에서수온의변화에따른변형을광학적방법의하나인레이저 holographic interferometry를이용하여계측한바다음과같은결론을얻었다. 1. 변형은내충격성레진인 Lucitone 199가가장작았고급속열중합레진인 Premium super 20이가장많았다. 2. 레진의중합수축의대부분은측정초기에일어 62

16 나며이시기에레진재료간의특성이나타났다. 3. 레진시편의응력분포는방향성을보유하는여러가지모양의간섭무늬를보여주었다. 4. 레진중합수축은온도에의하여많은영향을받았다. 5. 레진의치상의변형은섭씨 70도와 90도의수온에서부분적으로발생했다. Reference 1. Craig, R.G. : Restorative dental materials. 8th ed. St Louis : CV Mosby Co, 1989 : Phillips, R.W. : Skinner s Science of dental materials.8th. Philadelphia IG Saunders, 1982 : Becker, C.M., Smith, D.E., and Nicholls, J.I. : The comparison of denture-base processing techniques. Part I. Material characteristics. J Prosthet Dent 37 : 330, Becker, C.M., Smith, D.E., and Nicholls, J.I. : The comparison of denture-base processing techniques. Part II. Dimensional changes due to processing. J Prosthet Dent 37 : 450, Woelfel, J.B., Paffenbarger, G.C., and Sweeney, W.T. : Dimensional changes occuring in dentures during processing. J Am Dent Assoc 61 : 411, Woelfel, J.B., Paffenbarger, G.C., and Sweeney, W.T. : Changes in dentures during storage in water and in service. J Am Dent Assoc 62 : 643, Woelfel, J.B., Paffenbarger, G.C., and Sweeney, W.T. : Dimensional changes in complete dentures on drying, wetting and heating in water. J Am Dent Assoc 63 : 495, Woelfel, J.B., Paffenbarger, G.C., and Sweeney, W.T. : Some physical properties of organic denture base materials. J Am Dent Assoc 67 : 489, Woelfel, J.B., Paffenbarger, G.C., and Sweeney, W.T. : Clinical evaluation of complete dentures made of 11 different types of denture base materials. J Am Dent Assoc 70 : 1170, Anthony, D.H., and Peyton, F.A. : Dimensional accuracy of various denture-base materials. J Prosthet Dent 12 : 67, Peyton, F.A., and Anthony, D.H. : Evaluation of dentures processed by different techniques. J Prosthet Dent 13 : 269, Polyzois, G.L., and Karazis, H.C., Zissis, A.J., Demetriou, P.P. : Dimensional stability of dentures processed in boilable acrylic resins. : A comparative study. J Prosthet Dent 57 : 639, Takamata, T., Setcos, J.C., Phillips, R.W., and Boone, M.E. : Adaptation of acrylic resin dentures as influenced by the activation mode of polymerzation. J Am Dent Assoc 119 : 271, Wolfaardt, J., Cleaton-Jones, P., and Fatti, P. : The influence of processing variables on dimensional changes of heat-cured poly(methyl methacrylate). J Prosthet Dent 55 : 518, Lorton, L., and Phillips, R.W. : Heat-released stress in acrylic dentures. J Prosthet Dent 42 : 23, McDowell, G.C., Bloem, T.J., and Lang, B.R., Asgar, K. : In vivo wear.part I : The Michigan computer-graphic measuring system. J Prosthet Dent 60 : 112, Baemmert, R.J., Lang, B.R., Barco, M.T., and Billy, E.J. : The effects of denture teeth on the dimensional accuracy of acrylic resin denture bases. Int J Prosthodont 3 : 528, Bunch, J., Johnson, G.H., and Brudvik, J.S. : Evaluation of hard direct reline resins. J Prosthet Dent 57 : 512, Brauer, G.M., White, E.E., and Woelfel, J.B. : 63

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19 Explanation of figures Fig. 1. Fig. 2. Fig. 3. Fig. 4. Fig Fig Fig Fig Fig Fig Stainless steel mold, silicone putty, and resin specimen. Arrangement of the optical components for rest. Vertex denture base. Hot plate for controlling water temperature. Double exposure hologram of Vertex in 15 min Double exposure hologram of Vertex in 30 min Double exposure hologram of Vertex in 45 min Double exposure hologram of Vertex in 60 min Double exposure hologram of Premium super 20 in 15 min Double exposure hologram of Premium super 20 in 30 min Fig Double exposure hologram of Premium super 20 in 45 min Fig Double exposure hologram of Premium super 20 in 60 min Fig Double exposure hologram of Lucitone 199 in 15 min Fig Fig Fig Double exposure hologram of Lucitone 199 in 30 min Double exposure hologram of Lucitone 199 in 45 min Double exposure hologram of Lucitone 199 in 60 min Fig Double exposure hologram of Ch Lucitone in 15 min Fig Double exposure hologram of Ch Lucitone in 30 min Fig Double exposure hologram of Ch Lucitone in 45 min Fig Fig. 60. Fig. 61. Fig. 62. Double exposure hologram of Ch Lucitone in 60 min Double exposure hologram of Vertex denture base in 50 water. Double exposure hologram of Vertex denture base in 70 water. Double exposure hologram of Vertex denture base in 90 water. 66

20 논문사진부도 1 Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 12 Fig. 13 Fig. 14 Fig. 15 Fig. 16 Fig

21 논문사진부도 2 Fig. 18 Fig. 19 Fig. 20 Fig. 21 Fig. 22 Fig. 23 Fig. 24 Fig. 25 Fig. 26 Fig

22 논문사진부도 3 Fig. 28 Fig. 29 Fig. 30 Fig. 31 Fig. 32 Fig. 33 Fig. 34 Fig. 35 Fig. 36 Fig

23 논문사진부도 4 Fig. 38 Fig. 39 Fig. 40 Fig. 41 Fig. 42 Fig. 43 Fig. 44 Fig. 45 Fig. 46 Fig

24 논문사진부도 5 Fig. 48 Fig. 49 Fig. 50 Fig. 51 Fig. 52 Fig. 53 Fig. 54 Fig. 55 Fig. 56 Fig

25 논문사진부도 6 Fig. 58 Fig

26 논문사진부도 7 Fig.60 Fig.61 Fig.62 73

27 = Abstract= A STUDY ON THE DIMENSIONAL CHANGES OF HEAT CURING ACRYLIC RESINS USING HOLOGRAPHIC INTERFEROMETRY Dong-Kwan Park, Ik-Tae Chang, Kwang-Nam Kim Department of Prosthodontics, College of Dentistry, Seoul National University Since heat curing acrylic resins undergo unavoidable dimensional changes following polymerization, adaptation can be altered. Until recently, although numerous studies on the dimensional changes of denture base were based on a microscopic technic that measures the relative displacement of a limited reference points on the denture base, but there have been few studies on the distortions of resins using holographic interferometry. Purpose of this study was to determine and compare the dimensional changes and fringe patterns of 4 heat curing acrylic resins, and observe the distortions of acrylic resin denture base by temperature change with the aid of the holographic interferometry. Holographic interferograms were taken on the resin specimens and acrylic resin denture base with the 10mW He-Ne laser and double exposure method. Comparison and analysis of fringe pattern on the recorded object surface was performed. The following results were obtained. 1. The dimensional changes for the high impact resin Lucitone 199 were statistically the greatest of all resins, and the rapid heat curing resin Premium super 20 were the least. 2. The most polymerization shrinkage of all materials occured in initial period of measurements, at this time the difference of polymerization shrinkage properties between resins was founded. 3. The stress distribution of specimens was seen by various type of fringe pattern which had directionality. 4. The polymerization shrinkage of resins was greatly influenced by temperature change. 5. The partial deformations of resin denture base were observed in 70 C and 90 C water. Keywords; laser holographic interferometry, distortions, polymerization shrinkage, stress, fringe. 74