대한치과보철학회지 :Vol. 37, No. 2, 1999 레진치와의치상레진간의전단결합강도에관한연구 원광대학교치과대학치과보철학교실및원광치의학연구소 송영국 정영완 진태호 Ⅰ. 서론아크릴릭레진은 1937년에처음소개되었으며 1940년이후에는레진치의재료로사용되기시작하였다 1,2). 초기에는중합반응시과량의수축, 높은열팽창계수, 마모에대한낮은저항성등의문제점을가졌으나계속적인연구와폴리카보네이트레진등의개발로현재는치과용재료로널리사용되고있다. 일반적으로중합레진은분자내에이중결합을하는단량체가자유라디칼에의해부가중합반응을일으키므로써경화되는데이중합이상온에서실시되기위해서는자유라디칼의발생이필요하다. 개시제에촉진제가작용하여화학적으로발생한자유라디칼에의한것을자가중합이라고하며열이촉매로작용하여발생한자유라디칼에의한것을열중합이라고하고빛에너지가촉매로작용하여광화학적으로발생한자유라디칼에의한것을광중합이라고하는데근래에는마이크로파에너지에의해중합되는방법도사용되고있다. 의치상레진은종래의가열중합형레진과열가소성레진이있으며폴리메틸메타크릴레이트를기재로하는열중합형의치상레진의조성은단량체용액과중합체분말로이루어져있고의치제작법으로는가압성형법과주입성형법이있다. 인공치의재료로는도재와레진이사용되고있는데도재치는물리적으로우수하며연조직에대한생체적합성이가장뛰어난반면에법랑질, 치과용금합금, 충전용레진을마모시킬수있으며의치상레 진과화학적결합력이강하지못하다는단점이있다. 도재치에비해레진치는경제적인장점외에도심미적이고자연스러운모양을표현할수있으며교합조정이용이하고의치상과의화학적결합력이높다는장점이있으나단점으로는구치부교합면의급속한마모와음식물에의한착색등이있다. 종래의아크릴릭레진치는의치상레진과우수한결합력을가지고있으나구조상으로폴리메틸메타크릴레이트로되어있어마모저항성이낮다. 따라서이러한단점을보완하고자최근에는가교결합 (cross-linking) 에의해마모저항성이높고심미성이우수하며중합방법이간편한새로운재료들이소개되고있다. 가교결합 (cross-linking) 은재료의마모저항성을증가시키고 3,4) 균열의문제를개선시키기는하나의치상레진과의화학적결합에문제를일으킨다 5-7). 가교제로는 ethyleneglycol dimethacylate(egdma), bis(4- methacryloxy ethoxyphenyl)propane(bis-mepp),urethane dimethacylate(udma) 가쓰이고있으며가교결합을통해강화된레진치중 Trubyte bioform IPN(Dentsply International Co) 은 interpenetrating polymer network 구조로되어있는마모저항성치아재료인데 IPN은두가지이상의중합체가혼합되어만들어졌으며망상구조로인하여더욱나은마모저항성을갖게끔되어있다. 또다른강화형레진치중하나인 Orthosit (Ivoclar AG Schoan Liechtenstein) 는미세입자형콤포짓트레진치로서복합레진의결합체이며, bisphenol A와 glycidyl methacrylate의부가반응산물인데 8,9) 의치상에대한아크릴릭레진결합력에복합레진의마모저항성까 235
지겸비하여소개되었다. 이와같은재료의발전으로강화형레진치가개발되었으나의치상레진과의결합에는문제점이발생하게되어임상에서어려움을호소하는관건이되고있다 10). 임상에서흔히겪게되는문제점중의하나로서의치상으로부터치아가탈락되거나파절되는 11,12) 것을들수있는데의치상레진과레진치사이에는적절한결합강도를필요로하며레진치가보철물의중요한역할을수행하기위해서는견고함과강도를충분히가져야한다. 의치상레진과의결합강도 14,15) 및경도에대한 13-17) 연구가행해져왔는데 Schuyler 18) 는레진치마모에대한연구를 Ogle 등 19) 은광중합형의치상레진종류에따른레진치와의결합강도차이에관한연구를하였으며 Buyukyilmaz와 Ruyter 20) 는중합온도에따른결합강도의차이를연구하였다. 그리고 Sorensen과 Fjeldstad 21) 를비롯하여여러학자들의연구에서 22) 레진치에대한인장강도를여러가지상품명의자가중합레진과열중합레진으로실험측정한결과가장높은수치는열중합형의치상레진과레진치간의인장강도라고보고되었다. 본연구에서는레진치사용시의치상레진과의결합의중요성을고려하여열중합형의치상레진 (Lucitone 199, Vertex Rs) 에대한종래의아크릴릭레진치 (Tiger, Trubyte biotone) 와강화형레진치 (Endura, Orthosit, Trubyte bioform IPN) 간의결합강도를비교연구해보고자하였다. Ⅱ. 연구재료및방법 1. 연구재료본연구에서의치상재료로는열중합형레진인 Vertex Rs(Dentimex Zeist, Holland) 와 Lucitone 199(Dentsply International Inc., York) 를사용하였으며레진치는종래의아크릴릭레진치로는 Tiger(Momose Dental Mfg. Inc., Japan) 와 Trubyte biotone(dentsply International Inc., Brasil) 을강화형레진치로는 Endura(Shofu Inc., Japan) 와 Orthosit(Ivoclar AG. Schoan, Liechtenstein) 과 Trubyte bioform IPN(Dentsply International Inc., York) 을사용하였다 (Table 1, 2). 2. 연구방법 (1) 시편제작 2 종의의치상레진과 5 종의레진치로각군당 12 개씩의총 120개의시편을제작하였다. 레진치는지름이 7mm 이상되는제 1 대구치를선택하였으며레진치를완전히포함할수있는 1cm 2cm 3cm크기의레진블럭을만들기위하여실리콘블럭을이용하였다. 실리콘몰드에각치아의교합면이위로오도록하여몰드의상반부에위치시키고교정용아크릴릭레진을가득채워경화시켰다. 의치상레진과결합하는레진치부위의균일하고편평한면을형성하기위하여 denture bur로연마한다음 600번사포 Table 1. Characteristics of denture base resin Denture base resin Manufacturer Powder shade P/L ratio Processing Vertex Rs Dentimex Zeist Holland pink 1 : 3 100 20 min Lucitone 199 Dentsply international Inc, York light reddish pink 13 : 4 163 9hrs. Table 2. Sorts of resin teeth used in this study Resin tooth Manufacturer Properties Tiger Momose Dental Mfg Trubyte biotone Dentsply Conventional resin Endura Shofu Orthosit Ivoclar Reinforced resin Trubyte bioform IPN Dentsply 236
로마무리하였다. 직경 6mm, 길이 5mm의원통형의왁스패턴을만들어레진치와의결합부위에고정시킨다음플라스크에매몰하였다. 플라스크를끓는물에 2분간담그었다꺼내어왁스를제거한후실온에서냉각하였다. 플라스크를분리하여레진을전입하기전에레진단량체로레진치와의치상레진의결합부위를깨끗하게한다음몰드공간에의치상레진을전입하였다. 각각의의치상레진은제조회사의지시서에따라중합하는데 Vertex Rs는끓는물에서 20분간중합시키는방법을사용하였으며 Lucitone 199는 163 의수조에서 9시간중합하는방법을사용하였다. 중합이끝난후실온에서식힌다음시편을플라스크에서분리하여 carbide bur로의치상레진의여분을제거하고 silicone point로연마하였다. 각각의시편은실험에사용되기전균일한상태로만들고만약기포가있거나균열이있는시편은재제작하였다. (2) 결합강도측정각시편을만능시험기 (Zwick, Germany) 에옮겨서모든실험이같은날같은장소에서동일한조건 ( 실온 23 ±1 ) 아래에서이루어질수있도록하였다. 레진치가매몰된레진블럭의하단부위를시험기에고정시킨후레진치와의치상레진의결합부위에파절이일어날수있도록 crosshead speed를 0.5mm/min으로계면과평행한힘을가했다. 각각의시편이파절되는점의강도를측정하여 10개의실험군으로나누어기록하였다. (3) 육안적관찰파절양상을관찰하기위하여육안으로파절부위를관찰하였다. (4) 통계처리 SPSS를이용하여각군의결합강도와표준편차를구하고 One way ANOVA와 Scheffe test를이용하여각군간의결합강도를비교하였으며 paired t-test 를이용하여의치상레진에따른각레진치간의결합강도를비교분석하였다 Ⅲ. 연구성적 2종의의치상레진과 5종의레진치간의결합강도의측정치를 Table 3에나타내었다. Lucitone 199와 Trubyte bioform IPN의결합강도는 16.01± 1.38(MPa) 이었으며 Lucitone 199를의치상재료로사용한실험군에서는가장높은결합강도를보였다. Vertex Rs와 Trubyte biotone 과의결합강도는 17.47±1.10(MPa) 이었으며 Vertex Rs를의치상재료로사용한실험군에서는가장높은결합강도를나타내었다 (Table 3). 레진치와의치상레진간의파절양상을육안적으로관찰한결과계면부에서의 cohesive failure가관찰되었으며대부분의경우레진치를일부포함한상태에서의파절을보였다. Vertex Rs와각레진치간의결합강도비교에서는 Tiger 와 Trubyte bioform IPN, Endura 와 Orthosit 간의결합강도를제외한모든경우에서의차이를보였고 (Table 4), Lucitone 199와각레진치간의결합강도비교에서는 Orthosit와 Tiger, Orthosit와 Trubyte biotone, Trubyte bioform IPN과 Tiger, Trubyte bioform IPN 과 Trubyte biotone 간에결합강도의차이를보였다 (Table 5). Table 3. Mean and S.D. of bond strength. Resin teeth/base resin Lucitone 199 Vertex Rs P Tiger 12.37±2.19 12.39±1.17 NS Trubyte biotone 12.58±1.53 17.47±1.10 *** Endura 14.62±1.81 15.28±1.90 NS Orthosit 15.52±2.04 14.59±1.25 NS Trubyte bioform IPN 16.01±1.38 11.17±1.54 *** *** : P < 0.001 NS : Not significant (MPa) 237
Table 4. Comparison of bond strength in Vertex Rs Group 5 1 4 3 1 NS 4 * * 3 * * NS 2 * * * * Group 1 : Tiger, Group 2 : Trubyte biotone, Group 3 : Endura, Group 4 : Orthosit, Group 5 : Trubyte bioform IPN * : P<0.05 NS : not significant Table 5. Comparison of bond strength in Lucitone 199 Group 5 1 4 3 2 NS 3 NS NS 4 * * NS 5 * * NS NS Group 1 : Tiger, Group 2 : Trubyte biotone, Group 3 : Endura, Group 4 : Orthosit, Group 5 : Trubyte bioform IPN * : P < 0.05 NS : not significant Ⅳ. 총괄및고찰레진치가인공도재치보다선호되는이유는경제적으로비용이적게들고심미적이며교합조정이용이하다는장점외에도의치상레진과의결합력이우수하다는것이다. Sorensen과 Fjeldstad 21) 는레진사이의결합이일어나기위해서는단량체용액과중합체분말혼합체가치아의 ridge lap 부위에부풀려지거나용해되어야한다고주장했다. 그러나가교결합 (cross - linking) 의정도가커질수록중합체가덜부풀려져서결합을어렵게만든다. 따라서 dough stage의레진을전입한후레진의중합반응이너무급격히일어나도결합력이약화된다. 가교결합이의치상레진과레진치간의결합력을감소시키는원인이기는하나다른요소들도고려되어야하는데치아의 ridge lap 부위에왁스가남아있게되면결합강도가감소하게된다 23). Spratley 24) 의연구에따르면아크릴릭레진치가깨끗한경우에는열중합형의치상레진에대한결합력이증가하고 23,25) 치아의가교결합도너무높지않게되며 5,6) resin dough가레진치와결합한뒤너무급속히중합되지도않는다고하였다 5,22,26). 의치를제작하는과정중에플라스크상부의석고가경화하면플라스크를열탕속에 2 3분간방치하고나서상 하플라스크를분리하는것이일반적인데열탕속에담그는시간이짧으면왁스가완전히깨끗이제거되지않고열탕속에담그는시간이길면왁스가녹아석고에침투하게된다. 또한왁스의치의플라스크내의석고음형에가열중합용레진을가압충전시켜가열하므로써레진의중합반응이완전히수행되는데가열중합을하는방법에있어서는대체로열탕을이용하는습열법 을시행하지만건열법으로도중합할수있는데습열을이용한중합보다레진의수축이적고매몰에있어서석고를사용하지않아서청결하다는장점에도불구하고레진치의고정등아직여러가지문제점이남아있다. 의치상레진의중합법에는자가중합, 열중합, 광중합, 마이크로파에너지중합이있는데 Sorensen과 Fjeldstad 21) 는레진치와의결합강도가열중합형의치상레진에서가장우수하게나타났다고보고하였으며 Caswell과 Norling 27) 은가교결합된의치상레진과 grafted, cross-linked된의치상레진에대한세가지종류의마모저항성레진치의결합강도를측정한결과세가지종류의마모저항성레진치간의결합강도에는뚜렷한차이점이발견되었으나두가지종류의열중합형의치상레진에는뚜렷한차이점이발견되지않는다고하였다. 본연구에서는레진치와의결합강도가가장뛰어나다고보고된열중합의치상레진두종류를사용하여실험을하였으며레진치는종래의아크릴릭레진치와강화형레진치간의차이점을측정하기위해두종류의종래의아크릴릭레진치와세종류의강화형레진치를사용하여실험을하였다. Vertex Rs는카드뮴이포함되어있지않으며열중합형메틸메타크릴레이트를기본재료로단량체-중합체형태로공급되며끓는물에서 20분간경화시키는짧은주기를이용한중합법을선택하여실험을하였다. 5종의실험군에서 Vertex Rs는 Trubyte biotone과결합강도가가장높은것으로나타났으며이것은전체실험군에서도가장높은수치 (17.47± 1.10MPa) 였다. Lucitone 199는전통적으로사용해오던열중합형 238
레진은아니며 microdispersed rubber phase polymer로구성되어있으며이러한조성은메틸메타크릴레이트와 butadine styrene이유제존재하에서공중합되고여기에메틸메타크릴레이트를다시한번도포한후통상적인방식대로단량체와혼합하여제작된것이다 28). 5종의실험군에서 Lucitone 199는 Trubyte bioform IPN과의결합강도가가장높게나타났는데 (16.01±1.38MPa) 주목할만한것은종래의아크릴릭레진치두종류에서보다강화형레진치세종류에서더높은결합강도를나타내었다. 이러한결과는마모저항성을높이기위하여개선된강화형레진치는종래의아크릴릭레진치에비해의치상레진과의결합력이약하다는연구에상응되는것이다. 열중합형레진인 Vertex Rs와 Lucitone 199에대한레진치간의부착시편에서이전의연구결과에서와는달리강화형레진치와종래의아크릴릭레진치사이에뚜렷한결합강도의차이는보이지않았으며세가지종류의강화형레진치와의치상레진간의결합강도의비교에서도어떤특정한종류의강화형레진치의결합강도가높다고단정지을수없는결과를보였다. Caswell과 Norling 27) 의연구결과에서처럼본연구에서도 Vertex Rs와 Lucitone 199에대한레진치와의결합강도는뚜렷한차이점이없었으며 Vertex Rs와의결합강도측정에서는 Trubyte biotone이 17.47±1.10MPa으로가장높고 Lucitone 199와의결합강도측정에서는 Trubyte bioform IPN이 16.01 ±1.38MPa로가장높은것으로미루어제품에따른결합강도차이로보는것이더정확한결과를가져올수있을것으로짐작된다. 파절양상을보면 Lucitone 199과 Vertex Rs에서결합강도와는상관없이비슷한양상을보였는데종래의아크릴릭레진치와의부착시편에서완전한계면파절이소수관찰되었다. 또한완전한계면파절보다는레진치를일부포함한계면파절이주로일어난결과로보아다른연구결과와직접적인비교를하기는어려움이있으며정확한계면부위의파절되는지점의강도를측정함이아주어려울것으로사료된다. 본연구에서나타난실험의문제점들을보완하여정확한비교측정이되도록하는노력이필요하며의치상레진과레진치간의결합강도를높일수있는재료의개선이요구된다. Ⅴ. 결론본연구는레진치와의치상레진과의결합강도를연구하기위하여 5종의레진치 (Tiger, Trubyte biotone, Endura, Orthosit, Trubyte bioform IPN) 와 2종의열중합형레진 (Vertex Rs, Lucitone 199) 을사용하여시편을만든후만능시험기 (Zwick, Germany) 로결합강도를측정비교하여다음과같은결론을얻었다. 1. Vertex Rs와레진치간의결합강도는 Trubyte biotone에서가장높았고 Tiger, Trubyte bioform IPN에서낮게나타났다. 2. Lucitone 199와레진치간의결합강도는 Orthosit, Trubyte bioform IPN이 Tiger, Trubyte biotone 에서보다높았다. 3. Trubyte biotone의결합강도는 Lucitone 199에서보다 Vertex Rs에서높았고, Trubyte bioform IPN 의결합강도는 Vertex Rs 에서보다 Licitone 199 에서높게나타났다. 4. 시편의파절은대부분레진치를일부포함한계면파절 (cohesive failure) 이었다. 참고문헌 1. Vernon LB, Vernon HM. Producing molded articles such as dentures from thermoplastic synthetic resins. chem Abstr 1941; 35: 412-4. 2. Kelly GB. Has the advent of plastics in dentistry provided great scientific value. J Prosthet Dent 1951; 1: 168-72. 3. Dirksen LC. Plastic teeth, Their advantages, disadvantage & limitations. J Am Dent Assoc 1952; 44 : 265-8. 4. Sweeney WT, Yost EL, Fee JG. Physical properties of plastic teeth. J Am Dent Assoc 1958; 56: 833-9. 5. Anderson JN. The strength of the joint between plain & copolymer acrylic teeth & denture base resins. Br Dent J 1958; 107: 317-20. 6. Craig RG. Restorative Dental Materials ed. 239
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ABSTRACT THE SHEAR BOND STRENGTH OF RESIN TEETH TO THE DENTURE BASE RESIN Young-Kuk Song, Young-Wan Jung, Tai-Ho Jin Department of Prosthodontics, College of Dentistry, Wohkwang Dental Research Institute, Wonkwang University The bond failure of resin teeth to denture base resin is one of the failure in prosthodontic treatment. The purpose of this study was to evaluate the bond strength of artificial resin teeth to the denture base resins. Specimens were made with heat curing acrylic resins (Vertex Rs, Lucitone 199) and artificial resin teeth (Tiger, Trubyte biotone, Endura, Orthosit, Trubyte bioform IPN) and the bond strength were measured with testing machine(zwick, Germany) and the mode of bond failure were observed. The results were as follows; 1. The bond strength of Vertex Rs to artificial resin teeth was the highest in Trubyte biotone, and It was the lowest in Tiger and Trubyte bioform IPN. 2. The bond strength of Lucitone 199 to artificial resin teeth were higher in Orthosit and Trubyte bioform IPN than in Tiger and Trubyte biotone. 3. The bond strength of Trubyte biotone to Vertex Rs was higher than to Lucitone 199 and that of the Trubyte bioform IPN to Lucitone 199 was higher than to Vertex Rs. 4. Nearly all bond failures of specimens occured cohesively within the resin teeth. 241