치과용친수성부가중합형실리콘인상재에대한 MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 계고강도글라스필러의효과 연세대학교대학원의과학과강재경

치과용친수성부가중합형실리콘인상재에대한 MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 계고강도글라스필러의효과 연세대학교대학원의과학과강재경

치과용친수성부가중합형실리콘인상재에대한 MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 계고강도글라스필러의효과 지도교수김광만 이논문을박사학위논문으로제출함 2004 년 12 월일 연세대학교대학원의과학과강재경

강재경의박사학위논문을인준함 심사위원심사위원심사위원심사위원심사위원 연세대학교대학원 2004 년 12 월일

차 례 그림및표차례 ⅲ 국문요약 ⅴ I. 서론 1 II. 연구재료및방법 3 1. 연구재료 3 가. 인상재필러 3 (1) 글라스제조 4 (2) 필러제조 5 (3) 필러의실란처리 6 나. 인상재기질 7 다. 인상재제조 8 라. 대조군 9 2. 연구방법 9 가. 찢김강도 10 나. 점주도 10 다. 압축변형률 11 라. 변형회복률 12 마. 미세부재현성 13 - i -

바. 선체적변화율 14 사. 통계처리 15 III. 연구결과 16 1. 찢김강도 16 2. 점주도 17 3. 압축변형률 18 4. 변형회복률 19 5. 미세부재현성 20 6. 선체적변화율 20 IV. 고찰 22 V. 결론 27 참고문헌 29 영문요약 31 - ii -

그림및표차례 그림차례 Fig. 1. Manufacturing procedure of the glass filler. 3 Fig. 2. Silane treatment procedure of the glass filler. 3 Fig. 3. MCAS frit. 5 Fig. 4. Attrition mill. 5 Fig. 5. Particle size distribution. 6 Fig. 6. Silane treatment procedure of the filler. a. Silane treatment of the filler. 7 b. Rotary evaporator. 7 C. Freeze-drying of silaned filler. 7 d. Dry in oven. 7 Fig. 7. Tear test specimen from die C. 10 Fig. 8. Consistency measurement. 11 Fig. 9. Strain in compression measurement. 13 Fig. 10. Recovery from deformation measurement. 13 Fig. 11. Ruled test block for detail reproduction. 14 Fig. 12. Tear strength. 16 - iii -

Fig. 13. Consistency. 17 Fig. 14. Strain in compression. 18 Fig. 15. Recovery from deformation. 19 Fig. 16. Dimensional change. 20 표차례 Table 1. Compositions of prepared glasses in this study 4 Table 2. Compositions of silicon matrix 8 Table 3. Materials used in this study 9 Table 4. Results of experiment 21 - iv -

국문요약 치과용친수성부가중합형실리콘인상재에대한 MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 계고강도글라스필러의효과 치과용인상재는치아및구강조직을복제하는데사용된다. 인상재의경화후 구강에서제거할때치은열구와함몰부위에서찢어지지않아야한다. 실리카 는치과용인상재의낮은기계적강도를극복하기위하여필러로광범위하게 사용되고있다. 본연구는 MgO-CaO-Al 2 O 3- SiO 2 체제의고강도필러를제조 하고부가중합형실리콘인상재의기질에첨가하여필러의효과를실험하였다. 실험군으로는 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 의 4성분계글라스필러를 35 wt%, 30 wt%, 25 wt%, 그리고실란처리한필러를 25 wt% 첨가한인상재를제조하였고, 대조군으로는 Contrast(VOCO, 독일 ), Examix(GC, 일본 ), Express(3M/ESPE, 미국 ) 및 Perfect-F( 한대케미칼, 한국 ) 등 4종의라이트바디 (light body) 인상재를선택하였다. 실험은 ASTM D624에따라찢김강도, ISO 4823에따라점주도, 압축변형률, 변형회복률, 미세부재현성, 선체적변 화율을측정하였다. 그결과찢김강도는실험군이 대조군보다증가된양상 을보였다. 필러의조성변화와필러함량의증가는찢김강도를증가시켰고, 점주도는 35 wt% 를제외하고모두 IS0 규격에만족하였다. 압축변형률, 변형회복률, 미세부재현성, 선체적변화율등은미세한차이를보였으나실험군이나대조군모두 IS0 규격에만족하였다. 그러므로 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 조성의글라스는 25 wt% 에서가장적절한낮은점도를유지하면서 찢김강도를증가시키므로부가중합형실리콘인상재의라이트바디에유용한 필러로기대된다. - v -

핵심되는말 : 치과용인상재, 부가중합형실리콘, 글라스필러, 라이트바 디, 찢김강도, 압축변형률, 변형회복률, 미세부재현성, 선체적변화율 - vi -

치과용친수성부가중합형실리콘인상재에대한 MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 계고강도글라스필러의효과 < 지도교수김광만 > 연세대학교대학원의과학과 강재경 Ⅰ. 서론 치과용인상재는치아및구강조직을복제하는데사용하는인상음형인기재료이다. 인상재는구강내치아및연조직에잘젖어들어치은열구와함몰부위, 그리고미세부위까지침투하여치아나조직을정밀하게복제할수있어야하고, 크기변화가없어야하며, 탄성회복이크고강도가충분하여경화후구강내에서제거할때찢김이나영구변형이없어야한다 (DeWald 등, 1994; Klooster 등, 1992; Mandikos, 1998; Tjan 과 Heisler, 1992). 치과용인상재는 경화기전과탄성여부에따라다양한종류가있으며이들중부가중합형실리콘인상재는인상채득시정확도가매우높고미세부재현성이우수하며중합반응에의한반응부산물이없으므로크기변화가적고탄성회복력이우수하다 (Winston과 Terry, 1992; Tjan과 Heisler, 1992; Mandikos, 1998). 또한맛, 냄새, 색상이환자에게거부감이없으며얼굴, 손, 기구등에서제거가쉽고옷에착색되지않으므로현재가장널리사용되고있다 (William 등, 1984). 반면부가중합형실리콘인상재는구강내존재하는타액이나혈액같은수분으로인해함몰부위와미세부위까지침투하기어려우므로친수성물질을첨가하여젖음성을부여하고표면처리제를사용하여탄성고무인상재의젖음성을증가시켜모형의기포가능성을줄여왔다 (Robinson 등, 1994; Millar 등, 1995; - 1 -

Ozden 등, 1997; 오, 2000; 오등, 2003). 이러한인상재의친수성과흐름성등은지대치에직접접촉해야하는인상재의필수조건이다. 실리콘인상재는점도에따라 putty, heavy, regular, light body로분류되며, 필러의함량이적을수록낮은점도를지니게된다. Regular와 light body는점도가낮아서지대치에직접주입할수있을정도의흐름성을지니므로미세부인상을얻을수있다. 강등 (2000) 은 polyvinylsiloxane 인상재의 putty-light body의결합강도실험에서대부분강도가낮은 light body 자체내에서파절이일어난것으로보고하였다. Light body 인상재는필러의함량이가장적어서지대치와좁은치은열구에잘흘러들어간다. 그러나인상재가경화된후구강내에서제거할때좁은열구와함몰부위에서찢어지기쉽다는것이문제점으로지적되고있다. 화학성분에따라인상재의찢김저항성이가장큰것은 polysulfide이고다음이 polyether, polyvinylsiloxane 순으로보고되고있으며, polyvinylsiloxane 은제품에넣은필러와가소제의양에따라찢김에너지가다른것으로보고되고있다 (John 등, 1998). Makoto 등 (1990) 은필러의함량과실리콘의분자량이점성과동적점탄성, 그리고인장응력에영향을미치는것으로보고하였으며, 인상재에첨가되는필러는점도조절과기계적강도를향상시키는데사용된다 (Finger, 1988; Makoto, 1990; Mandikos, 1998). 고분자물질의실리콘인상재에세라믹성분의글라스필러를첨가하면압축력과인장력을가했을때파절과찢김에대한저항력을갖게되므로인상재의기계적강도를증가시킬수있다. 대체로인상재의기계적물성을보완하기 위하여 Al 2 O 3 와 SiO 2 등이필러로사용되고있지만인상재가경화후좁은치 은열구를빠져나오면서인장력을받게될때찢어지는경향이있다. 따라서 본연구에서는기존의실리카보다기계적물성이탁월한 MgO-CaO-Al 2O 3- SiO 2 계의글라스필러를제조하여소량을첨가하여유동성과기계적물성이 보완된 light body 인상재를제작하고자하였다. - 2 -

Ⅱ. 연구재료및방법 1. 연구재료 가. 인상재필러 본연구에사용한인상재에들어가는글라스필러는아래와같이제조하였 다 (Fig. 1, 2). 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 mix in moisture Dry Melt at 1650 Quenching Annealing for 1 hr at glass transition temperature Crushing and milling Fig. 1. Manufacturing procedure of the glass filler. 2-Isopropyl alcohol 375 ml + filler 150 g 3-(Trimethoxysilyl)-propylmethacrylate 15 g Mixing with acetic acid 7 ml Reflux at 60.5, 300 rpm for 12 hrs Cooling down to the room temperature Separate filler by centrifuge Washing 3~4 times with distilled water Evaporation for 3 hrs to remove residual reagent Freeze-drying Dry at 120 Fig. 2. Silane treatment procedure of the glass filler. - 3 -

(1) 글라스제조 SiO 2, Al 2 O 3, MgCO 3 및 CaCO 3 를기본물질로사용하여 Table 1 과같이 다양한조성의 MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 (MCAS) 4성분계글라스를제조하였다. 이때 SiO 2 와 Al 2 O 3 는각각 50 wt% 와 20 wt% 로고정하고, MgO와 CaO의비율을변화시키며합이 30 wt% 가되도록하였다. 기본물질을각조성에맞춰칭량한후균일하게혼합하여백금도가니에넣고 1650 에서용융한후알루미늄판에부어급냉하였다. 잔류응력을제거하기위해유리전이온도에서 1시간열처리한후서냉하고, 최적조성을선택하기위하여 50 50 25 mm3크기로절단하여압축강도를측정하였다. MgO와 CaO가각각 12.5 wt% 와 17.5 wt% 인 MCAS 4에서최대압축강도 290 MPa 을나타내었다. Table 1. Compositions of prepared glasses in this study (%) Code MgO CaO Al 2 O 3 SiO 2 MCAS 1 30 0 20 50 MCAS 2 20 10 20 50 MCAS 3 15 15 20 50 MCAS 4 12.5 17.5 20 50 MCAS 5 10 20 20 50 MCAS 6 7.5 22.5 20 50 MCAS 7 5 25 20 50 MCAS 8 0 30 20 50 * MCAS(MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 ) - 4 -

(2) 필러제조 최대압축강도를나타낸 MCAS 4를균질화하기위하여 1650 에서재용융한후 0 의수조에부어 frit(fig. 3) 를제조하고 zirconia ball과함께마멸분쇄기 (KMD-1B, Korea Machine Engineering, Korea)(Fig. 4) 에넣어분쇄하였다. 이때 zirconia ball의직경을 5 mm, 3 mm, 1 mm로바꿔가며 600 rpm의속도로각각 12시간씩분쇄하여평균직경 2.2 μm의분말을제조하였으며입도분석기 (Analysette 22, Fritsch, Germany) 를이용하여그크기를확인하였다 (Fig. 5). Fig. 3. MCAS frit. Fig. 4. Attrition mill. - 5 -

Fig. 5. Particle size distribution. (3) 필러의실란처리 2-Isopropyl alcohol 375 ml에필러 150 g을넣고, 3-(Trimethoxysilyl)- propylmethacrylate 15 g을첨가하였다. 혼합후초산 7 ml을첨가하고 60.5 에서 300 rpm의속도로 12시간동안역류하였다 (Fig. 6-a). 상온으로냉각한후원심분리하여필러를채취하고증류수로수회세척하고, 잔류시약을제거하기위해증발건조기를이용하여 70-80 에서 3시간동안건조하였다 (Fig. 6-b). 그후동결건조시키고 (Fig. 6-c), 120 의오븐건조기에서재건조시켰다 (Fig. 6-d). - 6 -

a. Silane treatment of the filler b. Rotary evaporator c. Freeze-drying of silaned filler d. Dry in oven Fig. 6. Silane treatment procedure of the filler. 나. 인상재기질 실리콘인상재의경화인자는크게 polymer, cross-linker, catalyst 3성분으로구분할수있다. 이중어느하나라도결여되면경화되지않는다. Base와 catalyst에모두 polymer 성분을기본으로하며 polymer와 polymer를이어주는가교제로 cross-linking agent가 base에포함되어있으며촉매제로백금 (pt), 수소가스흡수제, 친수성을부여하는계면활성제, 그리고색소등이포함 - 7 -

되어있다. 본연구에사용된친수성부가중합형실리콘인상재기질의조성 은다음과같다 (Table 2). Table 2. Compositions of silicon matrix Description Composition Base (wt%) Catalyst (wt%) Silopren P300 20.6 17.7 Silopren H6 8.3 13.8 Silopren U65 28.5 23.1 Silopren U1 20.9 26.3 Silopren U0.2 10.3 12.3 Silopren U-Pt/D - 0.3 Crosslinking agent 10.3 - Hydrogen absorber - 2.6 Surfactant - 2.5 Pigment 1.2 1.2 다. 인상재제조 실험군에해당되는인상재는 Table 2의실리콘기질의 base와 catalyst에 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 조성의 4성분계글라스필러를무게비로 35%(E1), 30%(E2), 25%(E3) 로첨가하여제조하였으며, 실란처리한필러는 25%(E4) 첨가하여총 4가지를제조하였다 (Table 3). - 8 -

라. 대조군 실험군과비교하기위하여대조군으로 Contrast(VOCO, 독일 ), Examix(GC, 일본 ), Express(3M/ESPE, 미국 ) 및 Perfect-F( 한대케미칼, 한국 ) 등 4 종의 light body 인상재를사용하였다 (Table 3). Table 3. Materials used in this study Products Type Code Manufacturer 35 wt% filler E1 Experimental Groups 30 wt% filler E2 25 wt% filler E3 25 wt% silaned filler E4 Contrast light body CT VOCO, Germany Control Groups Examix light body EM GC, Japan Express light body EP 3M/ESPE, U.S.A. Perfect-F light body PF Handae Chemical, Korea 2. 연구방법 본실험은 ASTM D624에따라찢김강도, ISO 4823(1992) 에따라점주도, 압축변형률, 변형회복률, 미세부재현성, 선체적변화율을측정하였으며, 각각의실험조건은 (23±2), (50±5)% 상대습도를유지하였고인상재의혼합과주입은 automixing gun을사용하였다. - 9 -

가. 찢김강도 ASTM D624-91의규정에따라유리판위에 Die C acrylic plate 주형을놓고주형에인상재를주입한후그위에또다른유리판을덮고 1500 g의하중을 5초간가한후유리판과함께 (35±1) 수조에서약 10분간중합시키고시편을분리하여모양에따라깨끗이다듬어시편을준비하였다 (Fig. 7). 만능시험기 (Instron 6022, Instron, U.K.) 를이용하여 cross-head speed 500 mm /min 으로인장력을가하여파절시의하중을 N으로기록하고시편의두께 ( mm ) 로나누어찢김강도를 N/ mm으로기록하였다. 5회실험하여평균과표준편차를구하였다. Fig. 7. Tear test specimen from die C. 나. 점주도 ISO 4823(1992) 규정에따라 60 mm 60 mm, 질량 (20±2) g의유리판위에직경 10 mm, 두께 0.035 mm의 polyethylene 판을올려놓고 syringe를이용하여 0.5 ml의인상재를분배한후다른유리판을회전운동이일어나지않도록중앙에평행하게가볍게올려놓고혼합완료후 30초에 1500 g의하중을 5초간부여하였다. 재료를경화시킨후원판의직경을직각으로가로질러 2개의직경 - 10 -

을 0.5 mm정확도로측정하였다 (Fig. 8). 5 회실험하여 10 개직경의평균과표 준편차를구하였다. Fig. 8. Consistency measurement. 다. 압축변형률 ISO 4823(1992) 규정에따라 50 mm 50 mm, 두께 3 mm의유리판위에외경 25 mm, 내경 20.5 mm, 높이 (19.5±0.5) mm의고정링을위치시키고제조자의지시에따라혼합된재료를절반보다조금많게채우고, 고정링안으로내경 (12.5±0.05) mm, 높이 (20±0.2) mm의분리주형을바닥에닿을때까지누르고다른유리판으로덮었다. 혼합후 60초에위의조합체를 (35±1) 수조에넣고제조자가제시한경화시간이되면수조에서조합체를꺼내어시편을분리하였다. 압축변형률측정기 (Fig. 9) 에시편을위치시키고제조자가제시한경화시간 (t) 에서 120초후에 125 g의하중을가하고 (t+150초) 후에시편의높이를 0.01 mm까지측정하여 h1로기록하였다. (t+180초) 후에 1250 g의하중을부여하고 (t+210초) 후에시편의높이를 0.01 mm까지측정하여 h2로기록하였다. 아래의계산식에따라압축변형률을구하고, 5회실험하여평균을 0.1% 까지기록하였다. - 11 -

h1-h2 압축변형률 = 100 ( 20 ) 20 : mould 의실제높이 ( mm ) h1 : (t+150 초 ) 후의시편의높이 ( mm ) h2 : (t+210 초 ) 후의시편의높이 ( mm ) 라. 변형회복률 ISO 4823(1992) 규정에따라시편제작은압축변형률시편제작법과같았 고변형회복률측정기 (Fig. 10) 에시편을위치시키고제조자가제시한경화시 간 (t) 에서 45 초후에다이알게이지축을내려시편위에판을접촉시킨다. (t+55 초 ) 후에눈금을 0.01 mm까지측정하여 h1 으로기록하고축을위로올려 고정시킨다. (t+60 초 ) 후에 (6±0.1) mm의변형력을 5 초동안가했다제거하고 (t+170 초 ) 후시편위에판이접촉하도록다이알게이지축을내린다. (t+180 초 ) 후에눈금을 0.01 mm까지측정하여 h2 로기록하였다. 아래의계산식에따 라변형회복률을구하고, 5 회실험하여평균을 0.05% 까지기록하였다. h1 - h2 변형회복률 = 100 1-20 20 : mould 의실제높이 ( mm ) h1 : (t+55 초 ) 후시편의높이 ( mm ) h2 : (t+180 초 ) 후시편의높이 ( mm ) - 12 -

Fig. 9. Strain in compression measurement. Fig. 10. Recovery from deformation measurement. 마. 미세부재현성 ISO 4823(1992) 규정에따라시편제작은 ruled test block과 ring mould(fig. 11) 에재료를주입하고즉시유리또는스테인리스강으로된납작한판으로몰드를덮어서과잉의재료가배출되고그판이몰드에접촉되도록충분한하중을주었다. 그것을 (35±1) 를유지하는수조에넣고제조자가제시하는구강내경화시간이되면수조에서조합체를꺼내어시편의변형을최소화하도록 ring mould와 test block을분리하여저각조명과약 6배확대경을사용하여육안으로 ruled test block의 2개의횡선사이에길게연장된 20 μm종선을관찰하였다. 5회실험하여교차선 d-d 사이에끊어진선이있는지없는지를기록하였다. - 13 -

Fig. 11. Ruled test block for detail reproduction. 바. 선체적변화율 ISO 4823(1992) 규정에따라이동식현미경으로 ruled test block(fig. 11) 에서교차선 d-d 사이의거리를측정하고 0.01 mm단위까지기록하였다 (L1). 시편을 (23±2), 상대습도 (50±10)% 에서 24시간동안보관후같은부위의길이를시편에서다시측정하였다 (L2). 다음공식을이용하여선체적변화를 % 로계산하여 5회실험한평균을 0.05% 까지기록하였다. L2 - L1 선체적변화율 = 100 L1 L1 : Test block 에서양쪽선 d-d 사이의측정거리 ( mm ). L2 : 인상시편에서 24 시간후 d-d 사이의측정거리 ( mm ). - 14 -

사. 통계처리 찢김강도, 점주도, 압축변형률, 변형회복률, 선체적변화율을각군당 5 회실험하여평균과표준편차를구하고 SPSS 10.0 통계프로그램을이용하여유의수준 0.05에서일원분산분석을실시하고사후검정법으로 Tukey 검정을실시하였다. - 15 -

Ⅲ. 연구결과 1. 찢김강도 찢김강도에서통계적으로유의한차이를나타낸순서는높은것부터 E1=E2>E3 E4=EP CT=PF>EM 순으로나타났다 (Table 4, Fig. 12). 실험군과대조군을비교해보면 E4=EP로실험군에서가장낮은것이대조군에서가장높은것과유의한차이가없었다. 실험군에서필러의함량이많은것이찢김강도는높았지만, 35 wt% 와 30 wt% 는통계적으로유의한차이가없었고, 실란처리유무에따라서도통계적으로유의한차이가없었다 (p>.05). 6 Tear strength(n/mm) 5 4 3 2 1 4.9 4.8 4.0 3.4 3.0 2.2 3.4 3.0 0 E1 E2 E3 E4 CT EM EP PF Impression materials Fig. 12. Tear strength. - 16 -

2. 점주도 점주도가통계적으로유의한차이를나타낸순서는높은것부터 E1>E2=EP EM E3 E4=PF>CT 순으로나타났다. 실험군에서필러의함량이증가할수록점주도가유의하게감소하였으며 (P<.05), E1은 ISO 규정 (36mm이상 ) 을만족하지못하였다 (Table 4, Fig. 13). 실란처리유무에따른점주도는유의한차이가없었다 (P>.05). 50 47.0 Consistency(mm) 45 40 35 30 25 34.7 38.5 40.9 42.1 39.6 39.2 42.1 20 E1 E2 E3 E4 CT EM EP PF Impression materials Fig. 13. Consistency. - 17 -

3. 압축변형률 압축변형률이통계적으로유의한차이를나타낸순서는높은것부터 EM>PF E4 E3 CT>E2>EP=E1 순으로나타났다 (Table 4, Fig. 14). 필러의함량이증가할수록압축변형률이유의하게감소하였으며 (p<.05), 실란처리유무에따른유의한차이는없었다 (p>.05). 실험군과대조군모두 ISO 규정 (2~20%) 규정에만족하였다. 7 Strain in compression(%) 6 5 4 3 2 1 2.8 3.9 4.9 5.1 4.6 5.8 2.9 5.2 0 E1 E2 E3 E4 CT EM EP PF Impression materials Fig. 14. Strain in compression. - 18 -

4. 변형회복률 변형회복률이통계적으로유의한차이를나타낸순서는높은것부터 PF E3=E2 EP=EM=E4=E1 CT 순으로나타났으며필러의함량에따라, 실란처리유무에따라유의한차이는없었다 (p>.05)(table 4, Fig. 15). 대조군에서변형회복률이가장큰것 (PF) 과실험군의 E2, E3는유의한차이가없었다 (p>.05). ISO 규정에서탄성회복률은 96.5%~100% 로규정하고있으므로실험군과대조군모두규정에만족하였다. Recovery from deformation(% 100.0 99.0 98.0 97.0 96.0 95.0 99.7 99.8 99.8 99.7 99.6 99.7 99.8 99.9 E1 E2 E3 E4 CT EM EP PF Impression materials Fig. 15. Recovery from deformation. - 19 -

5. 미세부재현성 ISO 규정에서 light body 인상재의미세부재현성은 20 μm선이끊어지지 않고연속적으로재현하도록요구하고있다. 모든인상재가 20 μm선을완전히 재현하였다. 6. 선체적변화율 선체적변화율이통계적으로유의한차이를나타낸순서는 높은것부터 EM CT=PF E4=E1 EP E2 E3 순으로나타났으며필러함량에따라유의한차이는없었다 (p>.05)(table 4, Fig. 16). 실란처리하지않은것이실란처리한것보다선체적변화율이유의하게적었다 (p<.05). ISO 규정에서선체적변화율은 24시간후에 0~1.5( 절대값 ) 범위내있어야한다. 모든인상재는 24시간후미세한수축을하였으나실험군과대조군모두 ISO 규격에만족하였다. Linear dimentional change(%) 0.0-0.1-0.2-0.3 E1 E2 E3 E4 CT EM EP PF -0.02-0.01-0.07-0.11-0.11-0.15-0.14-0.17 Impression materials Fig. 16. Dimensional change. - 20 -

Table 4. Results of experiment Properties Tear strength (N/ mm ) Consistency ( mm ) Strain in compression (%) Recovery from deformation (%) Linear dimensional change (%) Experimental groups Control groups E1 E2 E3 E4 CT EM EP PF Mean 4.9 d 4.8 d 4.0 c 3.4 b,c 3.0 b 2.2 a 3.4 b,c 3.0 b SD 0.6 0.3 0.1 0.4 0.4 0.2 0.4 0.2 Mean 34.7 a 38.5 b 40.9 c,d 42.1 d 47.0 e 39.6 b,c 39.2 b 42.1 d SD 0.5 0.5 0.9 0.5 0.7 1.2 1.0 0.6 Mean 2.8 a 3.9 b 4.9 c,d 5.1 d,e 4.6 c 5.8 f 2.9 a 5.2 e SD 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1 Mean 99.7 a,b 99.8 b.c 99.8 b,c 99.7 a,b 99.6 a 99.7 a,b 99.8 a.b 99.9 c SD 0.0 0.1 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0 Mean -0.1 a,b,c -0.0 c,d -0.0 d -0.1 a,b,c -0.2 a,b -0.2 a -0.1 b,c,d -0.1 a,b SD 0.1 0.0 0.0 0.0 0.0 0.1 0.1 0.1 Groups with the same superscript letter are not statistically different (P>.05). - 21 -

Ⅳ. 고찰 친수성부가중합형실리콘인상재는치과에서사용되는모든종류의인상재중가장우수한것으로인정되고있다. 그러나실리콘의소수성으로인해젖어있는치아를복제하는데한계가있고경화후인접면이나치아의함몰부위에서제거할때인장력이가해지면서찢어질수있는제한점을갖고있다. 치은열구나미세부위에인상재를주입하기위해서는적당한흐름성를가지고있어야하며경화후함몰부위를빠져나오면서찢어지지않아야한다. 점주도는재료의흐름성을나타내고인장강도는좁은인접면과치경부에서찢김에저항하는재료의능력을나타내기때문에중요한매개변수이다 (Klooster 등, 1992). 이러한한계를극복하기위해사용되는무기필러는기계적강도를향상시킬목적으로치과용인상재에광범위하게사용되어왔다. 필러의함량은탄성인상재의취급특성, 기계적성질, 체적안정성등에영향을미치며주로점주도와탄성조절에이용된다 (Finger, 1988). 실리콘고무인상재에가장많이사용되고있는무기필러는미세분말의실리카이다 (Finger, 1988). 실리카의기능은재료의점도를조절하고재료의경화후강도를조절한다. 실리카의함량이증가하면점주도는높아지고기계적성질은향상된다. 이등 (2001) 의연구에서도필러의함량이증가할수록점도, 인장강도는증가하였고압축변형률은감소하였다. 본연구의주안점은 light body의낮은점주도를유지하기위하여필러의함량을줄이면서기계적강도를향상시킬수있는고강도의새로운필러를개발하는것이다. 국산친수성부가중합형실리콘인상재의 light body에사용되고있는필러의성분으로는활석, 실리카, 알루미나, 규조토등이사용되고있으나활석은 heavy body에주로사용되고 light body에는 SiO 2, Al 2 O 3 가주로사용되고있다. 대조군의국산인상재필러는주로 SiO 2 와 Al 2 O 3 가사용되고있다. SiO 2 는 - 22 -

화학적내구성내열성등이우수하지만결정성세라믹스에비해기계적물성이현저히낮으므로 MgO, CaO등의알카리토류금속산화물을첨가하여제조시의온도를저하시키고, 점조의저하뿐아니라기계적강도를증진시키는것으로알려져있으며여기에알루미나 (Al 2 O 3 ) 를첨가하면기계적물성이우수한고강도글라스를얻을수있으며, 특히 MgO-Al 2 O 3 -SiO 2 (MAS) 의 3성분계는대표적인고강도글라스로알려져있다. 이것은 MgO가첨가되면일부가실리카자리에치환됨으로써표면장력 (surface tension) 과충격저항성 (impact resistance) 과같은기계적물성이향상되기때문이다. 본연구에서는 MAS glass의기계적특성을더욱향상시키기위하여 magnesium(mg) 을 calcium(ca) 으로대체하였다. Ca은 Mg과같은족에속하고구조가유사하므로 CaO와 MgO는치환이잘일어난다. CaO/MgO의비율을다양하게실험해본결과비율이 1.4일때기계적성질이우수하였으므로본연구에사용한 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 체제의글라스필러가찢김강도를증가시 키는데효과적인것으로나타났다. 또한국산인상재에사용되는필러의함량은 light body에약 35 wt% 를사용하고있으므로본연구에서도필러의함량을 35 wt% 부터시작하여 30 wt%, 25 wt% 로감소하여첨가하였으며 25 wt% 보다는 30 wt% 이상일때찢김강도가유의하게높았다 (p<.05). 그러나 25 wt% 만으로도 35 wt% 를포함한대조군과찢김강도가같거나높았다. 실 란처리하지않은필러를사용한것 (E3) 과 실란처리한필러를사용한것 (E4) 의찢김강도는통계적으로유의한차이가없었다 (p>.05). 오 (2000) 는실리카를실란으로코팅해실리콘고무와의결합력을향상시켜물성향상을도모하였다. 실란의구조특성상무기물질의표면에실록산그룹을형성시켜결과적으로무기물질과강력한화학결합이생성되게하고다른한쪽의말단에서는유기물질과반응할수있는관능기가존재해유기물질과무기물질을결합해주는역할을하는물질이다. 그러나실란은가수분해전에소수성의성질을가지고있어피착재와화학반응이일어나지않기때문에적용시에신중히고 - 23 -

려해야한다 ( 오, 2000). Williams 과 Craig (1988) 는 silanating agent 는필러와 폴리머사이의결합력을증가시킨다고했으나, 본실험에서는실란의효과를보이지않았으므로앞으로계속적인연구가되어야할것으로사료된다. 점주도의경우대조군과비교해서 E1은점주도가매우높고흐름성이낮아 ISO 규정에만족하지못했지만나머지는모두점주도가낮아서지름 36mm이상의 ISO 규정을만족시켰다. 대조군으로사용된국산인상재의경우필러의함량이 35 wt% 인경우점주도가 ISO 규정을만족시켰지만본연구에서제조 한필러는 35 wt% 에서찢김강도는높았지만점도가너무높아 ISO 규정을 만족시키지못하으며, 30 wt% 와 25 wt% 에서점주도는 ISO규정을만족시키면서찢김강도는대조군보다높거나같게나타나적은양의필러로만족한결과를얻었으므로제조한필러는인상재의필러로효과적이라고평가할수있다. 점주도는여러연구에서도나타났듯이본연구에서도필러의함량에영향을받는것으로나타났고, 필러를합성한조성의차이에따라서도점주도에영향을미치는것을알수있다. 이상적인 light body 고무인상재는점주도는낮고찢김강도와변형회복률은높고적당한압축변형률이있으며낮은선체적변화와미세부재현성이우수한제품이어야한다 ( 강, 2001). 인상채득의용이성과구강에서인상을쉽게제거하기위한유연성의척도로압축변형률을평가하고있다 ( 전등, 2001). 필러의함량이너무많은것보다는적은것이유연한성질을갖게하여인상제거시함몰부위을잘빠져나올수있다. 압축변형률과변형회복률이높은제품은정확한인상채득을위해유리하다 ( 전등, 2001). 인상재가구강에서제거될때함몰부위를빠져나오면서압축변형이생기지만탄성인상재이므로압축변형에대한변형회복이일어나게된다. 100% 변형회복이일어난다면영구변형이없겠지만 ISO 규정에서는 96.5%~100% 의변형회복률을규정하고있다. 실리콘인상재는점성과탄성이복합된점탄성적특성을갖고있다. 탄성체로서의특성은외력의작용시즉시변형이일 - 24 -

어나고외력이제거되면즉시변형이회복되는스프링과같지만점성체로서의특성은외력이제거된후변형이회복되지않고남게된다. 따라서점탄성체에외력이작용하면일차적으로탄성변형이순간적으로일어나고시간이경과함에따라서서히변형이증가하여평형상태에도달하게된다. 외력을제거하면탄성변형은순간적으로회복되고변형의일부는서서히회복되지만어느정도영구변형이남게된다 ( 고등, 2004). 변형회복률이높을수록인상을제거할때생긴변형으로부터원상회복이더좋음을의미하므로인상재는영구변형률이적은값을가질수록바람직하다 ( 전등, 2001). 변형회복률이가장높은 PF와실험군 E2, E3가유의한차이가없어비교적우수한탄성회복률을나타내었고필러의함량이나실란처리의유무에따라변형회복률의유의한차이는나타나지않았다 (p>.05). 미세부재현성은점주도나흐름성등에의해영향을받으며인상재의미세부재현성에연관되는인자로젖음성, 점도, 그리고석고와의친화성을들수있다 ( 오등, 2003). 알지네이트나아가와같은하이드로콜로이드인상재는인상채득후시간이지남에따라수분이증발하고수축현상이일어나므로처음에는 20 μm를재현하지만점차미세선이사라지게된다. 그러나부가중합형실리콘인상재는 1주일후까지도체적변화를가져오지않는것으로알려져있다. 본실험결과실험군과대조군모두에서 20 μm선을재현하였다. 선체적변화율은인상재의경화후 24시간후에재료의크기변화를측정하는것으로 ISO 규정에의하면 0~1.5% 를규정하고있으며실험군과대조군모두만족하였지만인상재의특성상모두미세한수축현상을나타내었고실험군과대조군간에유의한차이는나타나지않았으나실란처리유무에따라서는실란처리를하지않은것이유의하게수축량이적었다 (P<.05). 이상실험을종합해본결과필러의조성의차이는인상재의물리적특성에영향을미치며필러의함량이많으면찢김강도와점주도가높아지며압축변형률이낮아진다. 따라서흐름성과인상을제거할때의용이성을고려하여 - 25 -

적정찢김강도를찾아야할것이다. 탄성회복률과선체적변화율은실험한범위의필러의함량에서는영향을받지않는것으로나타났다. 실란처리효과는선체적변화율에서만실란처리를하지않은것이수축이적었으며다른특성에서는차이가없었다. 따라서본연구의초점은필러의함량을줄여점주도를낮추면서다른물리적성질은대조군보다우수하거나같고, ISO 규정을만 족시키며찢김강도가향상되었으므로 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2O 3-50SiO 2 글 라스는 25 wt% 에서그효과를기대할수있을것으로사료된다. - 26 -

Ⅴ. 결론 친수성부가중합형실리콘인상재중 light body 의물성을향상시키기위하 여기계적강도가매우우수한 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 글라스를 제조하여국내에서생산되는실리콘인상재의기질에필러의성분만을바꾸어필러의함량을 25~35 wt% 까지첨가하여제조하였다. 또한실란처리한필러 25 wt% 를함유한인상재를제조하여임상에서널리사용되는실리콘인상재 4종과함께찢김강도, 점주도, 압축변형률, 변형회복률, 미세부재현성, 선체적변화율을비교하여다음과같은결과를얻었다. 1. 찢김강도는고강도필러를사용한실험군 E1, E2 가가장높았으며 (p<.05), E3, E4 는대조군에서가장높은 EP 와유의한차이가없었다 (p>.05). 2. 점주도는 E1 을제외하고모두 ISO 규정을만족시켰다. 3. 압축변형률은실험군과대조군모두 ISO 규정을만족시켰으며실험군에서 필러의함량이적을수록압축변형률이높았다 (p<.05). 4. 변형회복률은실험군과대조군모두 ISO 규정을만족시켰으며필러의함 량에따라유의한차이를나타내지않았다 (p>.05). 5. 미세부재현성은실험군과대조군모두 20 μm선을재현하였다. 6. 선체적변화율은실험군과대조군모두 ISO 규정을만족시켰으며필러의 함량에따라유의한차이를나타내지않았다 (p>.05). - 27 -

7. 실란처리에대한효과는선체적변화율에서실란처리하지않은것이실란 처리한것보다수축량이적었고 (p<.05) 다른성질에서는유의한차이를나타 내지않았다 (p>.05). 이상의결과로 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 조성의글라스필러를 첨가한친수성부가중합형실리콘인상재는찢김강도가우수하여소량 (25 wt%) 의필러를첨가한인상재가낮은점주도를지니므로미세부인상채득이가능하고찢김강도가우수하여보다좋은 light body 인상재를제조할수있을것으로기대된다. - 28 -

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Abstract Effect of High Strength Glass Filler Content in the System of MgO-CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 on Hydrophilic Addition Silicone Impression Materials in Dentistry Jae Kyoung Kang Department of Medical Science The Graduate School, Yonsei University (Directed by Professor Kwang Mahn Kim) Dental impression materials are used to register or reproduce the form and relationship of the teeth and oral tissues. They should not be torn when removing from the mouth after its setting. Nowadays, silica is widely used as filler to overcome the low mechanical strength of the dental impression materials. The purpose of this study was to synthesize high strength glass in the system of MgO-CaO-Al 2 O 3- SiO 2 and to evaluate its usefulness after its mixing with addition silicone base. Commercial products, Contrast(VOCO, Germany), Examix(GC, Japan), Express(3M/ESPE, USA), and Perfect-F(Handae Chem., Korea) were selected as control groups. The glass filler of 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 was admixed in each component of addition silicone impression material base at various contents of 35%(E1), 30%(E2), 25%(E3) and also silane-treated glass filler 25%(E4) in weight. Tear strength, consistency, strain in compression, recovery from deformation, detail reproduction and linear dimensional - 31 -

change were determined according to the standards of ISO 4823 and ASTM D624. Tear strength of E1 and E2 was increased significantly than that of the control group, and that of E3 and E4 was not statistically different from EP, the highest in control groups. Consistency was satisfied all groups the ISO standard except E1. Strain in compression, recovery from deformation, detail reproduction and linear dimensional change were satisfied the ISO standard either all experimental groups or control groups. Therefore, the glass in the system of 12.5MgO-17.5CaO-20Al 2 O 3-50SiO 2 is expected the useful filler in the light body of hydrophilic addition silicone impression materials because of its improved tear strength and low viscosity. Key Words : Dental impression material, Addition silicone, Glass filler, Light body, Tear strength, Strain in compression, Recovery from deformation, Detail reproduction, Linear dimensional change - 32 -