DE3519420A1

DE3519420A1 - Verfahren zur behandlung thermoplastischer polymere zur verbesserung von deren schmelzflussindex

Info

Publication number: DE3519420A1
Application number: DE19853519420
Authority: DE
Inventors: John Akron Ohio Riazi
Original assignee: Hygenic Corp
Current assignee: Coltene Whaledent Inc
Priority date: 1984-06-01
Filing date: 1985-05-30
Publication date: 1986-01-02
Anticipated expiration: 2005-05-31
Also published as: CA1247323A; JPH0696602B2; DE3519420C2; JPS612704A; US4632977A

Description

-ff-The Hygenic Corporation, Akron, Ohio 44310 USA

Verfahren zur Behandlung thermoplastischer Polymere zur Verbesserung von deren Schmelzflußindex

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zur Behandlung des Zahnmarks, im einzelnen auf die Verwendung thermoplastischer Polymere dazu und im besonderen darauf, diese thermoplastischen Polymere so zu behandeln, daß sich ihr Schmelzflußindex so verbessert, daß er für den Verschluß von Wurzelkanälen besonders geeignet ist.

Die Zahnmarkbehandlung stellt einen Zweig der Zahnmedizin dar, die sich mit der Behandlung von Krankheiten des Zahnnervs befaßt. Eine häufig angewandte Behandlungsmethode von erkrankten Zahnnerven besteht darin, den Nerv zu entfernen, den verbleibenden Wurzelkanal zu säubern und auszufrasen und dann diesen Kanal zu verschließen. Diese Verschlußmethode ist nicht unbedenklich, weil dann, wenn der apikale Verschluß nicht einwandfrei ist, das Gewebe unterhalb des Wurzelkanals fremden schädlichen Einflüssen ausgesetzt ist.

Das Verschließen des Wurzelkanals erfordert üblicherweise das Einsetzen eines Werkstoffs in den Kanal, dieser Werkstoff muß sich dichtend an die Zahnwände anlegen. Von besonderer Bedeutung ist dabei die flüssigkeitsfeste Dichtung zwischen dem eingesetzten Werkstoff und dem Foramen apicale dentis. Hinzu kommt, daß die Zahnmarksbehandlung es erforderlich macht, daß der eingesetzte Werkstoff sich Unregelmäßigkeiten der Zahnwandungen und auch lateralen Kanälen anpaßt und dabei eine sichere Abdichtung gewährleistet. Es wurden die verschiedensten Methoden.für den

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Verschluß von Wurzelkanälen entwickelt und gehören zum Stande der Technik. Bedeutung und Neuheit des Erfindungsgegenstandes setzen die Kenntnis dieser Verfahren voraus.

Obgleich bereits die verschiedensten Arten von Verschlußwerkstoffen verwendet wurden/ benutzt die moderne Wurzelbehandlungstechnik Transpolyisoprene, wie Guttapercha und Balata oder ähnliche Arten davon. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden im folgenden die verwendeten Transpolyisoprene durchweg Guttapercha genannt. Chemisch ist Guttapercha ein Transisomer von natürlichem Kautschuk und stellt ein steifes kristallines thermoplastisches Polymer dar. Die thermoplastische Charakteristik von Guttapercha macht es besonders brauchbar als Wurzelbehandlungswerkstoff, weil Guttapercha im plastischen Zustand sich sofort der Kontour der Zahnwände anpaßt und dabei diese Form auch nach der Abkühlung beibehält, allerdings unter geringfügigem Schrumpfen.

Ein Beweis für die Wirksamkeit einer bestimmten Verschlußtechnik kann im Laborversuch unter anderem mittels Färb-, Radioaktiv-Partikeln, mikroskopischer Untersuchung, Gewebeschnitt, Rontgenstrahlenuntersuchung oder Untersuchung mittels Elektronenstrahlmikroskopen erbracht werden. Obgleich Humanversuche an sich ebenfalls möglich sind, ist hier zu berücksichtigen, daß ein erheblich größerer Zeitaufwand notwendig wird, bevor brauchbare Ergebnisse zur Verfügung stehen. Welche Untersuchungsmethode gewählt wird, hängt von der jeweiligen Verschlußtechnik und dem damit erzielten Ergebnissen ab.

Eine Verschlußtechnik verwendet Kegel aus Guttapercha, die in Standardgrößen hergestellt werden. Eine Mehrzahl, dieser

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Kegel werden in den Wurzelkanal eingebracht, der zu diesem Zweck konisch aufgeweitet wurde. Nachdem der Kanal gesäubert, ausgefräst und die die Zahnwände mit einem Dichtungsmittel überzogen wurden, wird ein Kegel oder auch eine kleine Kugel eingesetzt. Die eingesetzte Kugel wird dann mit Fingerstopfern zusammengedrückt, um eine Spitze der Kugelmasse mit der Apikal Region des Wurzelkanals in Verbindung zu bringen. Da bei dieser Technik die Kugeln üblicherweise nicht erhitzt werden, ist ein zweiter Schritt der lateralen Verdichtung notwendig; diese wird dadurch erreicht, daß weitere Kugeln in den Wurzelkanal eingesetzt und mit Hilfe von erhitzten Fingerstopfern der Werkstoff in lateraler Anpassung an die Kanalwand gebracht wird, wobei man hofft, daß der Kugelwerkstoff sich nicht nur den Unebenheiten anpaßt, sondern auch in jeden der sich zur Seite hin erstreckenden Kanäle eindringt. Diese Technik bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß der Wurzelkanal in eine ganz bestimmte Form gebracht werden muß, damit er die standardisierten Guttaperchakegel- bzw. -kugeln aufzunehmen vermag. Unebenheiten in den Zahnwänden können zu einer nicht vollständigen Anpassung der Kugel oder Kugeln an die Kanalöffnung führen. Ferner kann es vorkommen, daß das Dichtmittel nicht gleichmäßig über die Auflagefläche des Kugelwerkstoffes auf den Zahnwandungen verteilt ist.

Eine weitere Technik wird allgemein als vertikale Verdichtung bezeichnet und verwendet erhitztes Guttapercha. Der Wurzelkanal wird vorbereitet und ein Dichtmittel in der bereits beschriebenen Weise aufgebracht. Das Guttapercha wird in den Wurzelkanal eingebracht, ist dabei aber bereits erhitzt, und zwar in einer Mehrzahl von. erwärmten Gutta-

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perchasegmenten. Das Erhitzen des Guttapercha bringt es mit sich, daß der Werkstoff sich besser den Zahnwandungen anpaßt als unerhitztes Guttapercha. Unerwarteterweise aber verringert sich dabei der Grad der lateralen Verdichtung.

Bei Anwendung dieser Technik hat sich ergeben, daß der Werkstoff der in die lateralen Kanäle gedrückt wurde, in erster Linie aus Dichtmitteln besteht. Wie erwartet, zeigen Füllungen, die mittels vertikaler Verdichtung hergestellt wurden, eine genaue Anpassung des Guttaperchas an die Zahnwände. Nachteile ergeben sich jedoch häufig infolge der geringeren lateralen Verdichtung und dadurch, daß das WürzeIkanaldichtmittel nicht überall gleichmäßig verteilt ist. Das Guttapercha neigt dazu, schnell abzukühlen, insbesondere während der eine erhebliche Zeitspanne erfordernden vertikalen Kondensationstechnik. Wenn der Werkstoff einmal abgekühlt ist, wächst die Viskosität und der laterale Fluß verringert sich wesentlich. Es wurden auch Narben oder Ränder beobachtet, die kennzeichnend sind für ein nicht vollständiges Verbinden von verschiedenen Guttaperchasegmenten .

Eine dritte Technik benutzt eine Lösung wie z.B." Chloroform, um das Guttapercha weich zu machen. Obgleich diese Technik eine gute Anpassung in der Apikairegion nicht aber in dem Bereich kranzförmig um diese Sektion herum. Die Oberfläche der Füllung zeigt oft Falten, die möglicherweise durch das Schrumpfen des Material hervorgerufen werden. Dieses Schrumpfen ist eine unerwünschte Eigenschaft, weil es die Güte der Dichtung zwischen dem Füllwerkstoff und dem zu verschließenden Wurzelkanal beeinträchtigt. Bei der vertikalen Kondensationstechnik findet während des Kühlens ebenfalls ein Schrumpfen statt. __ _·

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Die Verwendung von Plastifizierern oder anderen Additiven im Zusammenhang mit Verfahrenshilfsmitteln wurden ebenfalls schon berücksichtigt; sie bringen aber drei erhebliche Nachteile mit sich.

1. Sie erfordern lange offizielle Teste und anschließende Genehmigungen um sicherzustellen, daß die für das Verfahren verwendeten Additive nicht für den Gebrauch in der Wurzelbehandlung schädlich sind.

2. Auch dann, wenn eine solche Genehmigung vorliegt, wird eine Mehrzahl der Praktiker ein neues Produkt nur zögernd annehmen, wenn nicht durch klinische Erprobung bewiesen ist, daß sich bei der Anwendung keine Nachteile ergeben.

3. Können solche Additive unerwünschte SchrumpfCharakteristiken zur Folge haben, die zu einer Zerstörung der Dichtung führen, die für den Verschluß des Wurzelkanals Voraussetzung ist.

Obgleich die oben beschriebenen Verschlußtechniken mit den bereits erwähnten Ausnahmen, wie die Verwendung von Additiven, im allgemeinen zu annehmbaren Ergebnissen führen, wenn sie sorgfältig durchgeführt worden sind, sind, diese Techniken sämtlich zeitaufwendig und deshalb kostspielig und erfordern eine erhebliche Sorgfalt, um eine flüssigkeitsfeste Dichtung im besonderen im Foramen apicale dentis zu erreichen.

Als eine der vielversprechendsten Verschlußtechniken wird die thermoplastische Injektion eines Polymers wie Guttapercha angesehen. Das wesentliche Kennzeichen dieser Technik besteht darin, daß das Polymer bis zum geschmolzenen oder plastifizierten Zustand erhitzt wird, normalerweise bis zu + 16O°C. Das Polymer wird dann unter mechanisch er-

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zeugtem Druck in das Wurzelkanalsystem eingedrückt.

Eine der früheren Techniken dieser Art ist beschrieben in Journal of Endodontics, Vol.3, No. 5, Mai 1977, Verfasser Yee u.a. "three-dimensional Obturation of the root chanal -using injection-molded, thermoplast icized dental Gutta-Percha". Das Wurzelkanalsystem wird ausgefräst und gereinigt wie üblich. Das Guttapercha wird dann mittels einer endotonischen Druckspritze in den Wurzelkanal eingebracht. Normalerweise kann eine 18 gauge = 4,572,u Spritze benutzt werden, weil sie etwa die Größe aufweist, die gut in den Wurzelkanal eines menschlichen Zahns paßt. Zur Vorbereitung dieser Injektionstechnik werden Guttaperchakegel von Hand in die Druckspritze eingebracht und der Spritzenzylinder mit der Nadel wird dann in einem GIycerinbad erhitzt, bis ein ungehinderter Fluß gesichert ist. Dies ist bei etwa 160°C der Fall. Die Nadel wird dann in die Öffnung eingebracht und das Guttapercha wird herausgedrückt, um die Kavität auszufüllen. Wenn bei der Betätigung der Druckspritze ein leichter Widerstand des injizierten Werkstoffs gefühlt wird, wird die Nadel herausgezogen und einige Millimeter seitlich bewegt und dabei" weiterer Werkstoff extrudiert. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis der Kanal vollständig verschlossen ist.

Eine Analyse der Ergebnisse des Verschlusses durch diese Technik zeigt wenig Lücken und eine sehr gute Anpassung des Polymers an die Zahnwände. Ein besonderer Vorteil besteht dabei darin, daß der plastifizierte Polymer sowohl vertikal als auch lateral fließt und darüber hinaus das Dichtmittel gleichmäßig verteilt wird und die lateralen Kanäle wirksam verschlossen werden.

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Obgleich die beschriebene Technik sich beim Labor-Modellversuch als gut anwendbar erwies, sind der klinischen Anwendung Grenzen durch die erheblich hohen Temperaturen gesetzt, die notwendig sind, Guttapercha oder ähnliche Polymere zu plastifizieren. Diese Temperaturen machen dflWfliiscftt!·· habung der einzubringenden Masse und das Arbeiten in periapicalen und oralen Bereichen etwas schwierig und manchmal nicht annehmbar wegen der Besorgnis des Praktikers, daß die Anwendung den Patienten verletzen könnte.

Um die Probleme zu umgehen, die der Anwendung dieser Technik bei der klinischen Anwendung entgegenstehen, hat man viele Überlegungen angestellt, um brauchbarere Übertragungssysteme zu entwickeln. Eines dieser Systeme wird in Journal of Endodontics, Vol. 7, No. 6, Juni 1981, Marlin u.a. "Clinical Use of Injection-molded thermoplasticized Gutta-Perca for Obturation of the Root Chanal System" beschrieben. Die Einrichtung besteht aus einer Druckspritze und einer elektrischen Heizeinheit. Der Zylinder der Spritze trägt ein elektrisches Heizelement und ist isoliert nicht nur, um die Abstrahlung von Hitze zu vermeiden, sondern aμch, um den Praktiker und seinen Patienten zu schützen. Der Hitzegrad ist veränderbar in Abhängigkeit von dem Nadeldurchmesser. Standardisierte Guttaperchakugeln werden in die Druckspritze eingebracht, plastifiziert und das Guttapercha wird dann in der gleichen Weise eingebracht wie schon vorstehend bei Yee beschrieben.

Obgleich diese Methode des Einbringens des Guttaperchas eine Verbesserung unter verschiedenen Gesichtspunkten gegenüber den bekannten Techniken darstellt, macht es die Anwendung eines komplizierteren und aufwendigen Übertragungssystems notwendig. Es muß dabei festgehalten.werden, daß

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diese Technik nur ein Einbringsystem darstellt. Es ist nicht ein Füllsystem. Versuche haben gezeigt, daß bei dieser Einbringmethode das plastifizierte Guttapercha nur etwa über die Hälfte der Entfernung zwischen der Mündung der Injektionsnadel und der (inneren) Spitze des Wurzelkanals transportiert wird. Es sind weitere Manipulationen mit Fingerstopfern notwendig, um sicherzustellen, daß der Wurzelkanal vollständig gefüllt wird. Darüber hinaus die hohen Temperaturen, mit denen das Guttapercha bei diesem Verfahren eingebracht wird, bringen selbst zwei weitere erhebliche Nachteile mit sich.

1. Der Praktiker bleibt besorgt, den Werkstoff mit solch einer hohen Temperatur an den menschlichen Patienten heranzubrigen.

2. Es scheint, daß die hohe Temperaturdifferenz zwischen dem eingebrachten Guttapercha und seine Umgebung leicht zu einer verstärkten Schrumpfung des Guttaperchas führen, während es abkühlt.

Eine weitere Technik wird-in Journal of Endododontics, Vol. 8, No. '3-, März 1982, Lugassy "Root Canal of Obturation with Gutta-Percha" beschrieben. Diese Technik wurde von McSpadden entwickelt und wird allgemein als automatische thermische Verdichtung bezeichnet. Diese Technik verwendet einen Verdichter ähnlich einem Hedstroem File, der an einem Gegenwinkel angeordnet ist. Der Verdichter plastifiziert das Guttapercha innerhalb des Wurzelkanalsystems und erreicht dabei sowohl eine laterale als auch eine vertikale Verdichtung.

Im Zusammenhang mit dieser Technik wird, nachdem der Wurzelkanal ausgefräst und vorbereitet worden· ±st, ein-Verdichter- ■-■■■■

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maß ausgewählt, das etwas kleiner ist als das des größten Räum- oder Fräswerkzeugs, das nahe der apicalen Einschnürung verwendet wurde. Dann wird eine standardisierte Guttaperchakugel in den Kanal eingebracht und der Verdichter wird mit einer Umdrehungszahl von etwa 10.000 - 15.000 Umdrehungen pro Minute zur Rotation gebracht. Die Richtung dieser Rotation muß so gewählt werden, daß ein apicaler Vector für die Guttaperchaverdichtung sichergestellt wird. Das rotierende Werkzeug erzeugt eine Reibungshitze, bei der das Guttapercha plastifiziert und eine gleich gute laterale und vertikale Verdichtung erreicht wird.

Obgleich diese beschriebene Technik die Hitzeprobleme vermeidet, erfordert sie einen erheblichen technischen Aufwand und genaue Beachtung der Bedienungs- und Arbeitsvorschriften, wenn die gewünschten Ergebnisse erzielt werden sollen.

Es besteht deshalb nach wie vor das Bedürfnis nach eine weiteren Verbesserung dieser Techniken, bei der das thermoplastische Polymer schnei, und ohne großen Aufwand eingebracht werden kann, ohne daß Risiken aus zu hohen Temperaturen entstehen und technisch aufwendige Übertragungseinrichtungen benötigt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Behandlungsverfahren für die Vorbereitung des Werkstoffs zur Benutzung für den Verschluß in Wurzelkanälen zu schaffen. Der Werkstoff soll bei klinisch annehmbaren Temperaturen plastifiziert und mit Hilfe einer Standard-Preßspritze in den Wurzelkanal einbringbar sein. Die Erfindung sieht weiter vor, die Technik des Verschlusses von Wurzelkanälen zu verbessern, indem der Schmelzindex eines

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thermoplastischen Polymers wesentlich erhöht wird. Dabei soll dieser Werkstoff so behandelt werden/ daß er während des Kühlens nur minimal schrumpft.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in einem Verfahren zur Plastifizierung eines thermoplastischen Polymers ohne Verwendung von Plastifizierungshilfen, und auf diesem neuen thermoplastischen Polymer, der besondere Eigenschaften aufweist. Der Polymer mit genügender Energie mastifiziert, um ihn zu erhitzen. Zusätzlich kann Hitze zugeführt werden und die Mastifizierung wird über einen ausreichenden Zeitraum fortgesetzt, bis der Schmelzflußindex, der normalerweise 0,2 Gramm für 10 Minuten beträgt, auf wenigstens 10 Gramm ansteigt. Wenn die Mastifikation über etwa 23 bis 32 Stunden fortgesetzt wird, steigt der Schmelzflußindex bis etwa 500 g für 10 Minuten.

Wird die beschriebene Behandlung bei einem thermoplastischen Polymer vorgenommen, der aus einer Gruppe ausgewählt wurde, die aus natürlichen und synthetischen Trans-Polyisoprenen besteht, ergibt sich ein Werkstoff, der neue Eigenschaften aufweist und sich besonders für den Verschluß von Wurzelkanälen eignet. Beispiele für diese Trans-Arten sind Guttapercha und Balata; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Formen beschränkt.

Bei der Behandlung dieser Werkstoffe hat sich gezeigt, daß die Wärme, die durch die Mastifizierung erzeugt wird und ggfs. zusätzlich der von außen aufgebrachten Hitze ausreichen, die Temperatur des Polymers, das der Mastifizierung unterliegt, auf 116 - 155°C zu bringen. Diese Temperatur wird während fortgesetzter Mastifikation langsam absinken, jedoch innerhalb des angegebenen Bereichs bleiben, bis zu

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dem Zeitpunkt, an dem die Geschwindigkeit der Schmelzflußindex-Veränderung eine Mengenänderung erfährt. Im allgemeinen gleichzeitig mit der Mengenänderung in der Änderungsgeschwindigkeit des Schmelzflußindex - wie später noch im einzelnen erläutert - verringert sich die Temperatur auf 20 - 30% ihres höchsten Standes. Dies bringt die Temperatur des mastifizierten Werkstoffs auf 88 bis 99⁰C herunter.

Ein bevorzugtes und ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens für die Herstellung des neuen Polymers werden anhand von Beispielen ohne Darstellung aller möglichen Variationen erläutert. Die Zeichnung zeigt in einer graphischen Darstellung das Verhältnis des Schmelzflußindex zur Mastifikationszeit.

Die Plastifikation des thermoplastischen Polymers nach der Erfindung und die dabei erzielten neuen Eigenschaften des Werkstoffs eignen sich besonders für das Verschließen von Wurzelkanälen mit Hilfe der Injektionstechnik. Im besonderen fließt der so behandelte Werkstoff frei aus einer Nadel und füllt den gesamten apicalen Raum und fließt weiter lateral unter Ausfüllung aller Unebenheiten innerhalb des Wurzelkanals eingeschlossen laterale Kanäle. Darüber hinaus bildet der Werkstoff eine wirksame Dichtung zu den Zahnwänden, so daß kein zusätzliches besonderes Dichtmittel benötigt wird.

Ein brauchbarer Parameter, mit dem die Verwendbarkeit eines Polymers für die Benutzung als Werkstoff für die Füllung von Wurzelkanälen ermittelt werden kann, ist seine Viskosität. Eine standardisierte Skala, mit der diese Viskosität eines thermoplastischen Polymers angegeben ,.werden, k,ann_f

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ist der Schmelzflußindex.

Der Schmelzflußindex ist die in Gramm gemessene Menge eines thermoplastischen Kunststoffes, der durch eine Öffnung von 2,09 mm gedrückt wird, wenn er einer Kraft von 216Og während 10 Minuten bei einer Temperatur von 105°C ausgesetzt ist. Polymere, die einen größeren Schmelzflußindex aufweisen, z.B. in einem Bereich von zwei zu drei Größenordnungen größer als normal 0,2 g für 10 Minuten, passen sich schnell dem Räum, in den sie injiziert wurden an und für den Fall, daß der Schmelzflußindex in dieser Höhe während der für die Füllung benötigten Zeit aufrechterhalten werden kann, würde der Polymerfluß genügen, um den Wurzelkanal vollständig auszufüllen. Bisher konnte ein genügend hoher Schmelzflußindex nur durch Erhöhung der Temperaturen des Polymers erreicht werden, aber dieser ausreichend höhere Schmelzflußindex konnte nicht für die Zeit aufrechterhalten werden, die notwendig ist, um den Wurzelkanal allein durch diesen Fluß des Polymers ausreichend zu füllen.

Nach der Erfindung kann der Schmelzflußindex eines thermoplastischen Polymers wie Guttapercha, Balata usw. erheblich und unerwartet erhöht werden, wenn der Werkstoff für eine deutlich erhöhte Zeitspanne mastifiziert wird. Die Mastifizierungsoperation kann mit Hilfe bekannter Walz- oder Mischapparate vorgenommen werden, gleichgültig ob diese intern oder extern arbeiten. Die für die Mastifikation benötigte Zeitspanne unterscheidet sich wesentlich und auf neue Weise von bekannten Walzverfahren.

Walzen ist ein bekanntes Verfahren zur Mastifizierung und/ oder Mischen viskosen und elastischen Materials...Für die

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erfindungsgemäße Behandlung wird ein offenes Zweiwalzengerüst verwendet, wie es für das Mischen, Aufwärmen, Füllen und Aufbrechen in der Gummi-Industrie benutzt wird. Solch ein Walzgerüst weist zwei horizontale dicht beieinander liegende Walzen auf. Der Werkstoff wird zwischen die Walzen gebracht, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten umlaufen und dabei ein Werkstoffband um mindestens eine der beiden Walzen herum erzeugen. Das Auseinanderziehen des Werkstoffs während dieses Mastifizierprozesses erzeugt mehr oder weniger Wärme. Während normalerweise der Mischvorgang mit einem solchen.Walzgerüst wenige Minuten erfordert, benötigt die Behandlung eines Polymers entsprechend der Erfindung einen erheblich größeren Zeitraum.

Wenn die nachfolgenden Erläuterungen sich auch im wesentlichen auf die Behandlung von Guttapercha oder Balata beziehen, so ist darin keine Beschränkung der Erfindung zu sehen, da auch andere entsprechende Werkstoffe behandelt werden können.

Notmalerweise werden Polymere, wie Guttapercha oder Balata für die Herstellung von Kegeln oder Kugeln für Zwecke der Zahnmarkbehandlung mit zahlreichen Füllmitteln, z.B. Bariumsulfat, Zinkoxid oder Titanoxid gemischt und in einer üblichen Walz-Mischbehandlung zwischen 20 Minuten bis zu einer Stunde bearbeitet.

Anders dagegen wird das Polymer nach der Erfindung intensiv mastifiziert, und zwar vor der Einmischung von Füllern, die normalerweise verwendet werden. Dabei ist zu bemerken, daß die Füller auch vor dem Mastifikationsprozeß eingebracht werden können. Enthält das endgültige Produkt jedoch 19 bis 21% Guttapercha, dann ist es wirksamer, das Guttapercha vor

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Einmischung der Standardfüller zu behandeln. Man hat darüber hinaus gefunden, daß die Erhöhung des Schmelzflußindex durch Erhitzen des Polymers während des Mastifizierens begünstigt wird.

Um ein Besipiel zu nennen: Ein unbehandeltes Guttapercha hat einen Schmelzflußindex von etwa 0,2 g für 10 Minuten. Die normale Walzzeit für das Einmischen verschiedener Füller (20 bis 60 Minuten) verändert den Schmelzflußindex nicht oder kaum. Während der ersten Stunden der Mastifikation zeigt dann der Schmelzflußindex nur eine geringe Erhöhung. Dann aber in einem Bereich irgendwo zwischen der neunten und der fünfzehnten Stunde ergibt sich ein unerwartetes Wachstum der Veränderungsgeschwindigkeit des Schmelzflußindex in der Weise, daß die Fortsetzung der Mastifikation für eine zusätzliche vergleichbare Zeitspanne eine Änderung des Schmelzflußindex um wenigstens ein bis zwei Größenordnungen zur Folge hat. Die Mastifikation selbst erzeugt Hitze und diese Hitze wird vermehrt durch das Einbringen von Heißdampf, z.B. durch die verwendeten Walzen hindurch. Wenn dieser Heißdampf unter bspw. einer Atmosphäre Druck steht, erhöht dieser Zusatz während des Behandlungsprozesses des Polymer dessen Temperatur auf einen Bereich zwischen 146 und 154 C. Dies erscheint als eine wirksame Temperatur für die einleitende Mastifikation von Guttapercha mit einer heißdampfbeheizten offenen Walzeinrichtung. In einen geschlossenen Mischer oder einem sonstigen Mischer, in dem Heißdampf oder andere Heizmittel hoher Temperatur, z.B. heißes öl, können höhere Schmelzflußindexe in kürzerer Zeit erreicht werden.

Wenn der Schmelzflußindex sich wesentlich erhöht hat, fällt die durch den Mastifikatxonsprozeß eingebrachte Temperatur ,

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erheblich.. Der Temperatur ab fall beträgt bei Guttapercha im allgemeinen 20 bis 30%, kurz nachdem das oben erwähnte Wachstum der Veränderungsgeschwindigkeit des Schmelzflußindex eingetreten ist, obgleich der Mastifikationsprozeß fortgesetzt wird. Für Guttapercha wird die Temperatur in einem Bereich zwischen 88 und 99°C herabgesetzt.

Um dieses unerwartete Resultat in Zahlen umzusetzen, wurden 250Og eines unbehandelten Guttapercha kontinuierlich mastifiziert, und zwar in einer offenen Walzeinrichtung 27 Stunden lang unter Aufbringung von Heißdampf mit etwa"einer Atmosphäre Druck auf die Walzen der Walzeinrichtung. Die Temperatur des Guttapercha wurde alle 30 Minuten aufgezeichnet und das Muster des Guttapercha wurde jede Stunde entnommen und den Behandlungen eines Standardtestes unterworfen, wie dies bereits beschrieben wurde, um den Schmelzflußindex zu bestimmen. Die Ergebnisse finden sich in der nachfolgenden Tabelle.

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Tabelle I

Schmelzglußindex und Temperatur, in Intervallen festgestelt während der Mastif ikation. c^moUfitiRinH

Zeit (Std.) Temperatur °F/°C ■ ^Schmg]'¥6¹M^^nd

0 310° (154°) 0.225

0.5 310° (154°)

1.0 312° (156°) 0.233

1.5 305° (152°)

2.0 300° (149°) 0.361

2.5 295° (146°)

3.0 295° (146°) 0.435

3.5 290° (143°)

4.0 295° (146°) 0.539

4.5 297° (147°)

5.0 290° (143°) 0.611

5.5 283° (139°)

6.0 280° (138°) 0.70

6.5 275° (135°)

7.0 275° (135°) 0.79

7.5 278° (137°)

8.0 278° (137°) 0.95

8.5 278° (137°)

9.0 270° (132°) 1.14

9.5 270° (132°)

10.0 270° (132°) 1.25

10.5 268° (131°)

11.0 271° (133°) 1.50

11.5 268° (131°) ·

12.0 270° (132°.) 2.33

12.5 260° (127°)

13.0 260° (127°) 4.9

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Tabelle I (Fortstzung)

Temperatur Sr hfnelzflußindex

260° (127°)

230° (110°) 11.64

230° (110°)

230° (110°) 46.7

205° (96°)

205° (96°) 88.0

200° (93°)

200° (93°) 129.2

200° (93°.)

210° (99°) 168.8

210° (99°)

205° (96°) 214.9

210° (99°)

210° (99°) 245.5

205° (96°)

205° (96°) 276.2

200° (93°) 203° (95°) .

220° (104°)

225° (107°)

220° (104°)

225° (107°)

220° (104°)

225° (107°)

220° (104°)

210° (99°) 200° (93°)

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Zeit 13	(Std.) .5
14	.0
14	.5
15,	.0
15,	.5
16,	.0
16,	.5
17,	.0
17,	.5
18.	,0
18.	.5
19.	,0
19.	,5
20.	,0
20.	,5
21.	,0
21.	,5
22.	0
22.	5
23.	0
23.	5
24.	0
24.	5
25.	0
25.	5
26.	0
26.	5
27.	0

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Die Änderung im Schmelzflußindex, wie im Verlauf der ersten Stunden beobachtet wird, gibt keinen Anlaß, die Mastifikation fortzusetzen. Unerwartet ist, daß nach einer ungewöhnlich langen Zeitspanne erst ein Ansteigen des Schmelzflußindex von 0,2 g für 10 Minuten bei unbehandeltem Guttapercha dieser auf 500 g für 10 Minuten anstieg um das 250Ofache.

In den folgenden Beispielen wurden sieben Muster von Guttapercha jedes zwischen 1700 bis 2750 g schwer separat in einer Zweiwalzeneinrichtung mastifiziert. Die Walzentemperatur wurde anfänglich bis auf 154°C mittels Heißdampf erhöht. Das Walzen wurde fortgesetzt in unterschiedlichen Zeitspannen zwischen 23 und 32 Stunden. Die Schmelzflußindexe wurden für jedes Muster bestimmt und gehen aus Tabelle II zusammen mit der gesamten Walzzeit hervor.

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Tabelle II	Mastifikationszeit'	Schmelzflußindex
Muster l'~.	Std.	g für 10 min
Nr.	23	511
1	29,75	479
2	24	494
3	24	521,7
4	27,25	495,9
5	32	541,9
6	27	480
7

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Die beschriebenen Muster wurden unter Aufbringung von externer Hitze behandelt, wie dies bereits beschrieben wurde, und es konnte erwartet werden, daß man auch in der Lage sei, den gewünschten Schmelzflußindex ohne Aufbringung externer Hitze zu erreichen, dies aber nur dann, wenn die Behandlungszeit auf 10 bis 14 Tage ausgedehnt würde. Die erwähnte höhere Temperatur verringert diese Zeit auf weniger als 24 Stunden.

Anschließend können die üblichen Additive, die .bereits erwähnt wurden, in das Guttapercha in einem 20 bis 60 Minuten dauernden Walzprozeß eingebracht werden. Die Additive reduzieren den Schmelzflußindex um mindestens 50%. Diese Verringerung läßt sich durch zusätzliches Walzen für etwa 3,25 Stunden vermeiden. Etwa 1,5 Stunden kaltes Walzen gefolgt von etwa 1,75 Stunden Walzen mit Heißdampf bringen den Schmelzflußindex auf 500 g für 10 Minuten. Es können die verschiedensten Arten von Kombinationen verstärkten Walzens angewandt werden. Guttapercha mit einem solchen deutlich erhöhten Schmelzflußindex kann bis zu 70°C erhitzt und mittels einer Nadel in den Wurzelkanal eingebracht werden und füllt diesen vollständig aus. Das so behandelte Guttapercha fließt über die gesamte Distanz von der Nadel bis zur Kanalspitze und erreicht dabei alle Unregelmäßigkeiten sowie die lateralen Kanalabschnitte, ohne daß es dazu zusätzlicher Manipulationen mit Fingerstopfern bedarf.

Guttapercha mit einem solchen erhöhten Schmelzflußindex ist offenbar mehr geeignet, die Zahnwände zu nässen und gegen diese eine Dichtung zu bilden, ohne daß ein besonderes Dichtmittel verwendet wird. Schließlich löst sich ein so behandeltes Guttapercha nicht von den Zahnwänden, wenn es beim Abkühlen schrumpft und behält deshalb seine Dichtwirkung.

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Erfindungsgemäß kann der Schmelzflußindex eines solchen Polymers auch durch ein Verfahren geändert werden, das anders als das beschriebene kontinuierlich ablaufende Verfahren diskontinuierlich abläuft.

Diskontinuierliche Mastifikation besteht aus Mastifikation für eine festgelegte Zeitspanne und eine anschließende Zeitspanne/ in der der Werkstoff ruhen, kühlen und rekristallisieren kann. Dieser Zyklus kann wiederholt werden, bis der gewünschte Schmelzflußindex erreicht worden ist. Obgleich dieses Verfahren anfänglich den Schmelzflußindex mit etwas kürzerer Mastifikationszeit zu erhöhen scheint, macht das Start-Stop-Verfahren dieses für die kommerzielle Anwendung weniger geeignet. Darüber hinaus wird vermutet, daß jede Verkürzung der MastifikationsZeitspanne nur vor Beginn des Wachstums der Veränderungsgeschwindigkeit des Schmelzflußindex möglich ist, d.h. vor dem Knick in der Kurve, die in der Zeichnung dargestellt ist.

Der Kurvenverlauf nach Fig. 1 gibt das Verhältnis des Schmelzflußindex zur Zeit wieder, vergleichbar mit der Darstellung dieses Verhältnisses in Tab. I. Die X-Achse in der Zeichnung enthält das Zeitmaß in Stunden und die Y-Achse den Schmelzflußindex in Gramm für 10 Minuten.

Neun separate Testserien wurden mit Mustern durchgeführt, und zwar in der gleichen Weise wie bereits in Verbindung mit Tabelle I beschrieben. Die Ergebnisse werden durch die Kurve in Fig.1 wiedergegeben. Die Mastifikation für den Zeitabschnitt zwischen den Punkten A und B der Kurve zeigt, daß zwischen dem Schmelzflußindex und der Zeit der Mastifikation ein lineares Verhältnis besteht. Das Verhältnis kann durch die lineare Gleichung Y = Ο,2414.-χ,,.-?_:!ρ,0883 ,bestimmt...... werden.

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Zwischen den Punkten A und C zeigt sich ein deutlicher Wechsel im Kurvenverlauf. Dies stellt das Knie der Kurve dar und gibt einen Übergangsbereich wieder, der auch als Änderung der Menge bezeichnet werden kann. Dieses Knie ergibt sich, wei festgestellt werden konnte, innerhalb eines Bereiches zwischen 8 und 16 Stunden, wobei die Mehrzahl der Muster eine Bildung dieses Knies in einem Bereich von neun zu dreizehn Stunden ergab. Es wurde ferner festgestellt, daß das Knie in der Kurve deutlich erkennbar wurde zu dem Zeitpunkt, an dem der Schmelzflußindex 10 g für 10 Minuten erreichte, unabhängig von der Mastifizierzeit, die notwendig war, um den Schmelzflußindex auf diesen Stand zu bringen.

Ab Punkt C bis Punkt D und darüber hinaus weist der Kurvenverlauf eine wesentlich andere Steigung auf als zwischen den Punkten A und B. Ein im allgemeinen lineares Verhältnis konnte zwischen dem Schmelzflußindex und der Mastifikationszeit hinter dem Knie festgestellt werden. Dieses Verhältnis läßt sich durch die lineare Gleichung y = 26.5227 χ - 294.0156. ausdrücken.

Mathematisch stellt die Kurve y = f(x) jede Funktion "y" einer einzelnen Variablen "x" graphisch dar. Der Verlauf einer linearen Punktion wird durch y = mx + b dargestellt, wobei "m" die Steigung der Kurve bedeutet und "b" den Schnittpunkt mit der y-Achse wiedergibt. Infolgedessen beträgt die Steigung zwischen den Punkten A und B etwa 0,2414 und die Steigung zwischen den Punkten C und D etwa 26.5227. Die Veränderung erreicht demnach zwei Größenordnungen .

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Innerhalb des Bereiches von Punkt A zu Punkt B zeichnet sich nirgendwo ab, daß eine fortgesetzte Mastifikation zu einer Änderung führen könnte, wie sie durch das Knie dargestellt wird, noch daß die Steigung des Kurvenverlaufs anschließend mehr und mehr ansteigen würde und entsprechend einen Anstieg des Schmelzflußindex in dieser Höhe anzeigen würde und dies in einer vergleichbar kurzen Mastifikationszeit.

Die Besonderheit dieses Prozesses ist bedeutsam in Bereichen wie der Zahnmarkbehandlung. Durch die Erhöhung des Schmelzflußindex des Polymers kann ein thermoplastisches Injektionsformen mit erheblich niedrigeren und sichereren Temperaturen durchgeführt werden, nämlich solchen um 66 C. Solche niedrigen Plastifikationstemperaturen machen die klinische Anwendung dieser Technik leichter möglich und vermeiden die Notwendigkeit der Anwendung komplizierter Übertragungseinrichtungen oder andereralternativer Verschlußtechniken. Bei Behandlung des Guttapercha nach den beschriebenen Behandlungsvorschriften kann das Polymer in einer klinisch annehmbaren Temperatur plastifiziert werden. Die niedrigö Temperatur verringert auch die Schrumpfwirkung bei dem Werkstoff während des Kühlens und verbessert damit die Wirksamkeit der Dichtung. Der Gebrauch eines Polymers mit höherem Schmelzflußindex kann im Zusammenhang mit anderen Verschlußtechniken, z.B. der lateralen und vertikalen Kondensation und automatischer thermischer Kondensation, auch diese Techniken vereinfachen.

Die genauen Kriterien der Walzbehandlung hängen von den Flußcharakteristiken des verwendeten Werkstoffs ab und von den Besonderheiten des Gebrauchs, den man davon machen will.

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Für die Zahnmarkbehandlung hat sich ein Schmelzflußindex von 500 g für 10 Minuten als ausreichend erwiesen. Als Ergebnis wurden deshalb keine Versuche gemacht, die Mastifikation über diesen Punkt hinaus fortzusetzen; dies heißt jedoch nicht, daß noch bessere Ergebnisse in bezug auf die Erhöhung des Schmelzflußindex erreichbar wären, wenn man die Mastifikatxonszeit weiter verlängert.

- Leerseite

Claims

PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MÖLLER · D. QHOSSE · F. POLLMEIER 169 h.ni ^ R 1 Q/ O Γ) ~-2*~ ~ 25-5-1985

HYGENIC CORPORATION, Akron, Ohio 44 310, USA Patentansprüche

JVerfahren zur Plastifizierung eines thermoplastischen Polymers ohne Verwendung von Plastifizierungshilfen als Zusätze oder chemische Verfahrenshilfen, bestehend aus folgenden Schritten:

Mastifizierung des Polymers mit einer hitzeerzeugenden Knetenergie, Zuführung von zusätzlicher äußerer Hitze während des Mastifizierens, Beendigung des Mastifizierprozesses, wenn der Schmelzflußindex etwa 10 g für 10 min erreicht hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit der Maßgabe,

daß der Mastifizierprozeß unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex 500 g für 10 min erreicht hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1,

bei dem der thermoplastische Polymer aus einer Gruppe von natürlichen und synthetischen Trans-Polyisoprenen ausgewählt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2,

bei dem der thermoplastische Polymer aus einer Gruppe von Guttapercha und Balata ausgewählt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 mit der Maßgabe,

daß die Erhitzung des Polymers durchgehend gemessen und die Mastifikation unterbrochen wird von die Temperatur um etwa 20% abgesunken ist.

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PATENTANWÄLTE F.W. HEMMERICH · GERD MOI.Lf-R · D. GFiGSSC · f . POLLMEIER

169 h.ni -Jft - 25-5-1985
6. Verfahren nach Anspruch 5,

bei dem die äußere Hitze kontinuierlich in einem solchen Maß zugeführt wird, daß die Temperatur des Polymers anfänglich von etwa bis - ansteigt und bei dem die Mastifikation, fortgesetzt wird, bis die Temperatur

28 C Sq⁰Cq
dann auf etwa V^Q- bis abgesunken ist.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,

bei dem das Polymer aus einer Gruppe von Guttapercha und Balata ausgewählt wurde mit einem unbehandelten Schmelzflußindex von 0,2 bis 0,8 g für 10 min und bei dem die Mastifikation für einen Zeitraum von etwa 23 bis 32 Stunden fortgesetzt und dann unterbrochen wird.
8. Thermoplastisches Polymer mit einem Schmelzflußindex ■von wenigstens 10 g für 10 min.
9. Thermoplastisches Polymer nach Anspruch 8 ausgewählt aus einer Gruppe von synthetischen Trans-1,4-Polyisopren, Guttapercha und Balata.
10. Thermoplastisches Polymer nach Anspruch 9,

dessen Schmelzflußindex größer als 20 g für 10 min ist.
11. Thermoplastisches Polymer nach Anspruch 9,

dessen Schmelzflußindex größer als 100 g für 10 min ist.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11,

bei dem das Verhältnis des Schmelzflußindex zur Mastifikationaüeit ^emöSeen und dies Mystifikation Solange fortgesetzt wird, bis der Übergangsbereich der erkennbaren

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Λ*.

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Geschwindigkeitsänderung des Schmelzflußindex während des Mastifizierens erreicht ist.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 12,

bei dem das Verhältnis des Schmelzflußindex zur Mastifikationszeit vor Erreichen des Übergangsbereiches und danach linear verlaufend gehalten wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13,

bei dem die Funktion des Schmelzflußindex zur Mastifikationszeit vor und bei Erreichen des Übergangsbereiches der Gleichung y = mx + b entspricht, in der m nach dem Übergangsbereich um zwei Größenordnungen größer ist,
als vor diesem.