Материаловедение по ортопедической стоматологии

Гипс занимает ведущее место в группе вспомогательных материалов, применяемых в ортопедической стоматологии. Им пользуются почти на всех этапах протезирования. Значительный период времени он был одним из основных оттискных материалов. В настоящее время его применяют для получения:

─   модели челюсти;

─   маски лица;

─   в качестве формовочного материала;

─   при паянии;

─   для фиксации моделей в окклюдаторе (артикуляторе) (рис. 8.1) и кювете.

Рис.8.1. Фиксация моделей челюстей в артикуляторе.

Природный гипс представляет собой широко распространенный минерал белого, серого или желтоватого цвета. Залежи его встречаются вместе с глинами, известняками, каменной солью. Химический состав природного гипса определяется формулой CaSO₄·2H₂O — двуводный сульфат кальция. Образование гипса происходит в результате выпадения его в осадок в озерах и лагунах из водных растворов, богатых сульфатными солями. Залежи гипса обычно содержат примеси кварца, пирита, карбонатов, глинистых и битумных веществ.

Плотность гипса равна 2,2—2,4 г/см³. Растворимость его в воде составляет 2,05 г/л при 20°С.

Гипс для стоматологической практики получают в результате обжига природного гипса. При этом двуводный сульфат кальция теряет часть кристаллизационной воды и переходит в полуводный (полугидрат) сульфат кальция. Процесс обезвоживания наиболее интенсивно протекает в температурном интервале от 120 до 190°С:

2(CaSO₄·2H₂O) -> (CaSO₄)₂·H₂O + 3H₂O

 

В зависимости от условий термической обработки полуводный гипс может иметь две модификации — α и β-полугидраты, которые отличаются физико-химическими свойствами (см. табл. 3):

─   α-гипс получают при нагревании двуводного гипса под давлением 1,3 атм, что заметно повышает его прочность. Этот гипс называют супергипсом, автоклавированным, каменным гипсом;

─   β-гипс получается при нагревании двуводного гипса при атмосферном давлении.

Гипс после обжига размалывают, просеивают через особые сита и фасуют в мешки из специальной бумаги или в бочки.

При замешивании полугидрата гипса с водой происходит образование двугидрата, причем вся смесь затвердевает:

 

(CaSO₄)₂·H₂O + 3Н₂O -> 2(CaSO₄·2H₂O)

 

Эта реакция экзотермическая, т.е. сопровождается выделением тепла.

Схватывание гипса протекает очень быстро (см. табл. 4). Сразу же после смешивания с водой становится заметным загустение массы, но в этот период гипс еще легко формуется. Дальнейшее уплотнение уже не позволяет проводить формовку. Процессу схватывания предшествует кратковременный период пластичности гипсовой смеси. Замешанный до консистенции сметаны, гипс хорошо заполняет формы и дает четкие ее отпечатки. Пластичность гипса и последующее быстрое затвердевание делают возможным его применение для получения оттисков с челюстей и зубов. Однако процесс нарастания прочности гипса еще продолжается некоторое время, и максимальная прочность гипсового оттиска и гипсовой модели (см. табл. 4) достигается при высушивании его до Постоянной массы в окружающей среде.

На скорость схватывания гипса влияют следующие факторы: температура, степень измельчения (дисперсность), способ замешивания, качество гипса и присутствие в гипсе примесей. Повышение температуры смеси до +30—+37°с приводит к сокращению времени схватывания гипса. При увеличении температуры от +37 до +50°С скорость схватывания начинает заметно падать, а при температуре свыше 100°С схватывания не происходит. Степень измельчения (тонкость помола) также оказывает влияние на скорость затвердевания: чем выше дисперсность гипса, тем больше его поверхность, а увеличение поверхности двух химически реагирующих веществ приводит к ускорению процесса.

На скорость схватывания полугидрата влияет также способ его перемешивания. Чем энергичнее будет замешиваться смесь, тем полнее станет контакт между гипсом и водой и, следовательно, тем быстрее схватывание. Отсыревший гипс затвердевает значительно медленнее, чем сухой. Такой гипс лучше всего просушить при температуре +150—+170°С. Во время просушивания необходимо постоянно помешивать гипс, так как вследствие его плохой теплопроводности возможно неравномерное нагревание, что приводит к частичному образованию таких продуктов, как нерастворимый ангидрид и т.п.

Особое значение при работе со стоматологическим гипсом имеют соли-катализаторы. Они обычно ускоряют процесс схватывания гипса. Наиболее эффективными являются такие ускорители, как сульфат калия или натрия, хлорид калия или натрия. При увеличении концентрации свыше 3% они, наоборот, замедляют схватывание. Наиболее часто в стоматологических кабинетах применяют в качестве ускорителя 2—3% раствор поваренной соли. Ингибиторами затвердевания гипса являются сахар, крахмал, глицерин.

♦        Катализаторы - вещества, ускоряющие химические реакции.

♦        Ингибиторы - вещества, замедляющие протекание химических реакций или прекращающие их.

При получении моделей челюстей ускорители применять не следует, во- первых, для замедления затвердевания, во-вторых, для упрочнения гипса.

Между скоростью твердения гипса и его прочностью имеется, как правило, обратная зависимость: чем быстрее протекает схватывание, тем меньше прочность полученного изделия, и наоборот, чем медленнее смесь твердеет, тем она прочнее (см. табл. 5). Например, замешивание гипса на растворе буры дает ощутимое замедление твердения, в результате чего образуется очень прочный продукт.

Упрочнение гипсовых моделей осуществляют различными приемами. После тщательного высушивания гипса (для удаления оставшейся в порах влаги) модель погружают в расплавленный стеарин или парафин. Поверхность изделия приобретает блеск и вид слоновой кости. Подобную обработку применяют для приготовления учебных экспонатов (муляжей) с целью придания гипсовым моделям красивого внешнего вида и повышения прочности.

Свежеприготовленный гипс и ранее затвердевшее изделие из гипса прочно соединяются между собой. Этим свойством пользуются в зубопротезной технике, например, при гипсовании моделей в артикуляторе или кювете. В тех случаях, когда гипсовая модель получается по гипсовому оттиску, это свойство служит препятствием для последующего их разъединения. Для того чтобы избежать этого явления, иногда накладывают на поверхность формы жировую прослойку. Однако применение жира или вазелина может привести к искажению модели, поэтому более подходящим материалом для разделения поверхностей оттиска и модели может служить мыльный раствор или раствор жидкого стекла, в который погружают оттиск на 5—10 мин. Указанные растворы образуют тонкую пленку и меньше искажают рельеф модели.

 Практика показывает, что разделение двух гипсовых изделий, например, оттиска и модели, можно осуществить без применения изолирующих веществ. Чтобы ослабить связь между ними, оттиск предварительно погружают в воду до полного насыщения, т.е. до вытеснения всего воздуха из его пор. Насыщенный водой оттиск не может больше поглощать влагу из нанесенной на его поверхность свежеприготовленной гипсовой массы. Таким образом, поверхность модели будет плотно прилегать к поверхности оттиска без проникновения частиц одного в толщу другого и их можно будет легко разъединить путем откалывания.

В работе стоматологических учреждений важно соблюдать правила хранения гипса. Полуводный стоматологический гипс обладает значительной гигроскопичностью; поглощая атмосферную влагу, он портится, и схватывание его становится хуже. Поэтому рекомендуется хранить гипс в хорошей упаковке (металлических бочках, плотных бумажных мешках), желательно в сухом и теплом месте и не на полу. Это препятствует его отсыреванию.

Длительное хранение гипса даже в хорошо укупоренной таре и без доступа влаги делает его непригодным, так как гипс слеживается в комки, а иногда вовсе не схватывается. Объясняется это тем, что полугидрат является нестойким соединением и между его частицами происходит перераспределение воды, в результате чего образуется более устойчивое соединение — двугидрат и ангидрид:

2(CaSO₄)₂·H₂O -> CaSO₄·2H₂O + 3CaSO₄

Гипс, особенно сверхтвердых сортов, применяется как вспомогательный формовочный материал, а в основном — как моделировочный материал для получения моделей челюстей (см. табл. 5).

Известно множество разновидностей гипса, выпускаемого для нужд ортопедической стоматологии. В соответствии с требованиями Международного стандарта (ISO) по степени твердости выделяют 5 классов гипса (см. табл. 4):

I -     мягкий, используется для получения оттисков (окклюзионных оттисков);

II -   обычный, используется для наложения гипсовых повязок в общей хирургии (данный тип гипса в литературе иногда обозначается термином «медицинский гипс»), например, Галипластер, в состав которого входит α-полугидрат сульфата кальция;

III - твердый, используется для изготовления диагностических и рабочих моделей челюстей в технологии съемных зубных протезов, например, Пластон-L, Гипсогал, в состав которого входит α-полугидрат сульфата кальция;

IV -   сверхтвердый, используется для получения разборных моделей челюстей, например, Фуджирок-ЕР, Галигранит, в состав которого входит α-полугидрат сульфата кальция;

V -     особотвердый, с добавлением синтетических компонентов. Данный вид гипса обладает увеличенной поверхностной прочностью. Для замешивания требуется высокая точность соотношения порошка и воды. Так, например, Дуралит-S, DENFLO-HX (рис.8.2.1.) — материал на основе синтетического α-полугидрата сульфата кальция — характеризуется очень низким расширением при затвердевании, что обеспечивает получение точных рабочих моделей.

 

Рис.8.2.1.Особотвёрдый гипс (V class) DENFLO-HX

 

Высокая текучесть обеспечивает хорошую способность заполнения формы, а также высокое сопротивление на сжатие и твердость. Соотношение порошка и воды при замешивании равно 100:19-21. Время схватывания составляет 7-10 мин; расширение после схватывания <0,12%; прочность на сжатие >50 Н/мм²; твердость по Бринеллю (см. с. 51) >15 МПа.

Сверхтвердые гипсы (α-полугидраты) — Супергипс (Россия), Бегодур, Бегостоун, Херастоун-М, Вел-Микс Стоун и Супра Стоун (Германия) - имеют время затвердевания 8—10 мин, при этом, расширение во время затвердевания не превышает 0,07—0,09%, прочность при давлении через 1 ч после затвердевания составляет 30 Н/мм², через 1 сут. — 35—60 Н/мм². Прочность некоторых сортов гипса ряда фирм представлена для сравнения в таблицах 3, 4, 5, 8.

Указанные материалы применяются при изготовлении разборных, комбинированных с обычным гипсом моделей челюстей (рис. 8.2). Соотношение порошка и воды при замешивании составляет 100 г на 22—24 мл воды.

Рис.8.2.2.Разборная гипсовая модель челюсти.

 

Получение гипсовых моделей челюстей. Оттиск после промывки под струей воды комнатной температуры должен быть дезинфицирован одним из известных способов. Для снятия внутренних напряжений в оттискном материале и улучшения смачиваемости (текучести гипса) поверхность оттиска обрабатывают (путем погружения, нанесения кисточкой или в виде аэрозоля) специальной жидкостью для снятия поверхностного натяжения (например, Хера-СВЕ; Фиксакрил и др.).

Замешивание порошка гипса и воды (из расчета 100 г порошка на 22—24 мл воды) проводят одним из способов:

─   ручным. Для этого в резиновую чашку к заранее налитому количеству воды небольшими порциями добавляют гипс I—III класса (по ISO) и с помощью шпателя его замешивают до однородной сметанообразной консистенции. При этом, чем энергичнее будет замешиваться смесь, тем полнее станет контакт между гипсом и водой и, следовательно, тем быстрее произойдет схватывание (среднее время схватывания составляет 7—10 мин);

─   с использованием вакуумных смесителей, работающих, как правило, в автоматическом режиме в заданном врачом интервале времени (рис. 8.3). В качестве жидкости при замешивании особо твердых гипсов (IV—V класс по ISO) кроме воды может быть использована специальная жидкость, применение которой обеспечивает равномерное распределение порошка и схватывание гипса. Склонность к образованию пор на поверхностях гипса при контакте с водой, в случаях применения этой жидкости, сведена к минимуму. Получаемая гипсовая модель при этом отличается высокой гомогенной плотностью, прочностью и точностью воспроизведения оригинала.

Замешенный до консистенции сметаны гипс хорошо заполняет форму и дает четкие ее отпечатки. Заполнение оттиска предполагает порционное внесение гипса с помощью шпателя (ручной вариант) или непосредственно в оттиск через выпускное сопло вакуумного смесителя (механизированный или аппаратный вариант). Для исключения пористости и раковин в гипсовой модели заполнение оттиска гипсом сопровождается его потряхиванием и поколачиванием, но наиболее оправданным вариантом является использование специальных устройств — вибростоликов. После заполнения отпечатков зубов гипс с некоторым избытком размещают над поверхностью оттискного материала и приступают к формированию цоколя модели:

Рис.8.3.Вакуумный смеситель.

 

 

-        с помощью шпателя. Для этого гипс холмиком накладывают на гладкую ровную поверхность стола и опрокидывают на него оттиск, заполненный гипсом таким образом, чтобы высота цоколя составляла 1,5—2,0 см, а дно оттискной ложки при этом было параллельно поверхности стола. Излишки гипса по периметру оттиска и оттискной ложки удаляют шпателем. При этом угол граней цоколя гипсовой модели челюсти с поверхностью стола составляет 90°;

-        с использованием стандартной резиновой пустотелой формы (колоты) для цоколя, в которую, после ее заливки гипсом, помещают заполненный гипсом оттиск;

-        с использованием элементов артикуляционных цоколей, входящих в комплект большинства современных артикуляторов.

После кристаллизации гипса проводят удаление оттискной ложки и оттискного материала с модели. При этом:

-        в случае применения эластических оттискных материалов — последовательно, с использованием инструментов (шпателя, скальпеля, пинцета и др.), удаляют оттискную ложку, а в последующем и оттискной материал, разрезая его на фрагменты;

-        в случае использования термопластических материалов - требуется предварительный нагрев оттискного материала теплой водой. При этом, как правило, ложка удаляется вместе с оттискным материалом.

Механическую обработку цоколя гипсовой модели челюсти проводят с помощью режущих инструментов (гипсовый нож) и специальных приборов (обрезной станок) до придания ему равномерной толщины и параллельности боковых граней за счет удаления излишков гипса.

Синтетические особотвердые гипсы, например, Херарок, Молдасинт (Германия), характеризуются коэффициентом расширения, равным примерно 0,1% через 2 ч после замешивания. При этом сопротивление сжатию достигает уровня 48 Н/мм². Порошки супертвердых гипсов строго дозируются с водой и замешиваются в вакуумных смесителях.

Для замешивания особотвердых синтетических гипсов рекомендуется использовать специальную жидкость — Гипс-Бриллиант-ликвид. Благодаря применению этой жидкости происходит равномерное распределение порошка в жидкости и схватывание гипса. Получаемая гипсовая модель при этом отличается высокой гомогенной плотностью, прочностью и точностью воспроизведения оригинала.

Склонность к образованию пор на поверхностях гипса при контакте с водой в случаях применения этой жидкости сведена к минимуму. Жидкость поставляется во флаконах емкостью 1 л в виде концентрата и разбавляется 19 л дистиллированной воды, что составляет общий вес 20 л.

Существуют электронные гипсовые смесители, полностью работающие в автоматическом режиме. Резервуар для гипса имеет объем 25—30 кг. Замешивание происходит в вакууме, имеется возможность выбора времени. После замешивания внутренние поверхности прибора автоматически очищаются. При необходимости можно подогревать воду.

Вакуумный смеситель Моттава-СЛ с помощью сильного мотора обеспечивает интенсивное перемешивание материала и выдает до 98% перемешиваемой массы. В приборе использованы два мотора: один служит в качестве привода перемешивающего устройства, другой приводит в движение вакуумный насос. Емкость для перемешивания изготовлена из твердой резины и позволяет легко производить очистку. После завершения программ перемешивания магнитный вентиль автоматически отключает вакуумный насос.

В Германии выпускается вакуумный замешивающий прибор CL-VMR-W для формовочной массы и гипса, который позволяет получить материал, свободный от воздушных пузырей. После установки времени замешивания (максимально — 90 с) процесс протекает автоматически. Формы заполняются гипсом на вибростоликах (Вибромистер, Вибробой, Вибробеби, КВ-16, КВ-36, КВ-56). Это исключает появление пор и раковин в модели.