Vaihtoehto akryylille

Muovista valmistettavien proteesien ja proteesin osien raaka-aineena käytetään polymetylmetakrylaattia (PMMA). Akrylaatti voidaan polymeroida lämmön avulla (keittämällä tai mikroaaltouunissa) tai valon avulla (UV - ja sinivalolla kovetettavat) tai se polymeroituu itsestään, yleensä jonkin tertiäärisen amiinin aktivoimana (Sarpila 1991, 7-9). Mainitut akryylit soveltuvat kaikkiin käyttökohteisiin hammasteknisissä töissä. Suurimpia ongelmia akryylista valmistetuissa töissä on jäännösmonomeeri, jonka on todettu aiheuttavan allergiaoireita sekä valmistajille että valmiiden tuotteiden käyttäjille (Rantanen 1991, 4-6).

Syventävissä opinnoissamme päätimme etsiä vaihtoehtomateriaalia yleisesti käytössä oleville PMMA-pohjaisille akryylimuoveille. Valinnassa päädyimme termoplastiseen Starex san HF-5661H- materiaaliin. Termoplastisista muoveista ei irtoa haitallisia aineita siinä määrin kuin käytössä olevista ns. kertamuoveista. Starex san on ns. kestomuovi, joka voidaan sulattaa ja muovata tarvittaessa uudelleen.

Rajasimme tutkimuksen käsittelemään termoplastisen Starex sanin valmistusteknisiä mahdollisuuksia. Käsittelemme ainoastaan purentakiskon valmistusta kuumapuristusmenetelmää käyttäen. Purentakiskoissa proteesimateriaaliin ei tarvitse kiinnittää mitään muita materiaaleja, eikä niiden kiinnittyvyys testattavaan materiaaliin ole tutkimuksemme aiheena. Pyrimme valmistamaan purentakiskoja, joissa ei ole polymetylmetakrylaattia.

Oletamme vaihtoehtomateriaalista valmistettujen purentakiskojen olevan purentarasitusta kestävämpiä sekä paremmin värinsä säilyttäviä kuin PMMA-pohjaisesta akryylimuovista valmistetut purentakiskot.

Lisäksi akryylillä on huono lämmönjohtavuus, jolloin proteesi eristää peittämänsä limakalvot tehokkaasti lämmönvaihteluilta. Vanhetessaan akryyli kerää sisäänsä mikrohuokoisuutensa vuoksi kosteutta sekä mikro-organismeja mm.sylkeä (Phillips 1991, 197-198), jolloin materiaali värjääntyy, eikä ole riittävän hygieeninen. Laboratoriossa polymeroitava akryyli ei ole purentarasituksessa (esim. purentakiskoissa) yleensä riittävän kulutuskestävää.

Termoplastisen muovin aineosat poikkeavat metalmetakrylaatista. Osa niistä on samoja kuin PMMA:ssa mutta, koska sen valmistustekniikka on erilainen, ainesosaset eivät kykene irtaantumaan muovimateriaalista (Rantanen 1991, 4-6). Materiaalin valmistajan mukaan termoplastisessa Starex san HF-5661H kestomuovissa ei tapahdu kutistumista muotista irrottamisen jälkeen.Valittu vaihtoehtomateriaali on huokosetonta, eikä ime itseensä kosteutta eikä mikro-organismeja. Starex san on kovempaa kuin PMMA-pohjaiset kertamuovit. Lämmönjohtavuudesta emme saaneet tarkempaa tietoa valmistajalta. Oletamme sen olevan PMMA-pohjaisten akryylien luokkaa, koska muovien kemiallinen rakenne on samankaltainen muovityypistä riippumatta.

Starex san vaihtoehtomateriaalin ominaispaino on 1.08 kg/dm³ (PMMA-pohjaisilla akryyleillä n. 1.19 kg/cm³). Lämmitettäessä aineen taipuminen alkaa 92 Celsiusasteen lämpötilassa. Lämmitystä jatkettaessa aine alkaa pehmetä 104 Celsius asteessa. Varsinainen materiaalin muottiinpuristus tapahtuu 200-220 Celsius asteen lämpötilassa. Materiaalin valmistajan suosittelema ruiskutuspaine on 700-1800 kg/cm² (keittoakryylin kyvettiinpuristuspaine n. 80-140 kg/cm³ ).

Styreeniakryylinitriilin valmistaja ilmoittaa, ettei materiaaliin imeydy nesteitä toisin kuin PMMA-pohjaisissa muoveissa, joiden vedenimevyys on 2 - 2,5 %. San-materiaali on helpompi puhdistaa ja se on käytössä hygieenisempi kuin PMMA-pohjaiset akryylimuovit.

Puristuslaitteen valinnassa päädyimme Uni-press-menetelmään ja -laitteistoon. Uni-press laitteistossa on erillinen kyvetti, sylinteri ja ruuvipuristin. Osat ovat helposti kiinnitettävissä ja irrotettavissa toisistaan pikalukituksella. Uni-press -menetelmässä on lisäksi kyvetin reunassa pakokanava, josta ylimääräinen puristettava materiaali pääsee ulos kyvetistä. Mallikipsinä käytimme erikoiskovaa Moldastone-kipsiä, sekä Moldano kovakipsiä.

Valmistimme vahasta stabilisaatiokiskon yläleukaan, koska se on yleisin käytössä oleva purentakiskotyyppi. Stabilisaatiokiskon tarkoitus on luoda edellytykset dysfunktioiden jatkohoitoa varten poistamalla lihasjännitykset ja -kivut. Kiskoa käytetään myös ehkäisemään narskuttelusta aiheutuvaa hampaiden kulumista. Joskus kiskoa käytetään toiminnallisesti oikean purentakorkeuden löytämiseksi. Purentakiskon vahauksen teimme mahdollisimman tarkasti, jotta puristuksen jälkeistä viimeistelytyötä jäisi mahdollisimman vähän. Kevennyslakkaa emme käyttäneet etuhampaiden alueella, koska valmiin purentakiskon istuvuuden tarkastelu on näin helpompaa ja tarkempaa. Palatinaalisesti vahasimme kiskon n. 0,5 mm. vajaaksi ienrajasta ja bukkaalisesti riittävästi prominenssirajan yli saavuttaaksemme tarvittavan pysyvyyden. Vahasimme kiskon siten, että jokaisella alaleuan hampaalla on pistekontakti vahatyöhön. Purentakorkeuden määrittelimme itse artikulaattorissa huomioiden hampaiden muodot, kuspikaltevuudet ja leuan liikkeet. Kaikkiaan koekappaleita valmistettiin kaksitoista kappaletta. Esittelemme vain yhdeksän, koska loput kolme on valmistettu samoin menetelmin kuin uuden laitteiston viides kuumapuristus.

Käytössämme olivat Uni-press -laitteiston kyvetit. Laitoimme kyvetin puoliskoihin parafiiniöljyä, jotta kipsi ei tarttuisi kiinni kyvetin seinämiin ja vaikeuttaisi kyvetin avaamista. Moldaplaster-kipsin juoksutimme tarkasti kyvetin reunoille ja pohjalle. Täytimme kipsillä koko kyvetin, jonka jälkeen painoimme vahatun purentakiskon kipsimallia apuna käyttäen kipsiin. Annoimme kyvettikipsin kovettua 30 minuuttia. Kipsimallin nostimme varovasti irti vahatyöstä ja tarkastimme, ettei vahatyö vääntynyt tai muuttanut muotoaan. Valukanavat teimme 8 mm paksusta punavahasta. Kanavat liittyivät vahattuun kiskoon takimmaisten hampaiden kohdalla. Pakokanava veistettiin kipsiin etuhampaiden kohdalle kyvetin reunaan, jossa sille on lovettu aukko. Alapuolen kipsin eristimme vesilasieristysaineella. Yläleuan hammaskaaren valoimme Moldano-kovakipsistä ja loput yläpuolen kyvetistä täytimme Moldapaster- kipsillä ja annoimme kipsin kovettua 30 min. Kyvetin avattuamme poistimme vahatun purentakiskon kuumavesihuuhtelussa. Molemmat kyvetinpuoliskot eristimme IsoK-eristysaineella.

Laitoimme sylinterin sulatusuuniin 150 Celsius asteeseen. Uunina käytimme vahanpoistouunia. Kahden tunnin kuluttua laitoimme kyvetin toiseen vahanpoistouuniin 100 Celsius asteeseen. Sylinterin oltua uunissa neljä tuntia ja kyvetin kaksi tuntia aloitimme muovin puristuksen. Ensin kiinnitimme sylinterin kyvettiin, joka kiinnitettiin Uni-press -pöytätelineeseen. Sylinteriin kiinnitimme Uni-press -puristimen, joka työntää mäntää ruuvipuristimen välityksellä ja samalla Starex san-materiaalin kyvettiin. Kuumapuristus suoritettiin kiertämällä puristinruuvia lenkkiavaimella. Työn annettiin jäähtyä 10 min jonka jälkeen siirsimme kyvetin, sylinterin ja puristimen jäähtymään viileään veteen. Noin 20 minuutin kuluttua irrotimme puristimen ja sylinterin. Avasimme kyvetin ja totesimme, että san-materiaali ei ollut puristunut kyvettiin kuin n.2.5 cm.

Tämän jälkeen toistimme kuumapuristuksen alkuvaiheet. Laitoimme sylinterin sulatusuuniin 180 Celsius asteeseen. Neljän tunnin kuluttua laitoimme kyvetin uuniin 100 Celsius asteeseen. Sylinterin oltua uunissa viisi tuntia 180 Celsius asteessa suoritimme puristustyövaiheen ja jäähdytyksen samalla tavalla kuin ensimmäisellä kerralla. Irrotimme puristimen ja sylinterin. Avasimme kyvetin ja totesimme muovin puristuneen jälleen vain n.2.5 cm.

Toistimme kaiken edellämainitulla tavalla, mutta muutimme sylinterin lämmitysaikaa. Tällä kerralla pidimme sylinteriä uunissa 180 Celsius asteessa yhdeksän tuntia ja kyvettiä 100 Celsius asteessa kaksi tuntia.

Puristustyövaiheet ja jäähdytys suoritettiin kuten edellisillä kerroilla. Irrottaessamme puristinta sylinteristä havaitsimme sylinterin pikalukituksen olakkeiden vääntyneen. Avattuamme kyvetin totesimme jälleen saman ilmiön: muovi ei ollut juossut valukanavaa pidemmälle.

Aloitimme alusta ja nostimme sulatusuunin lämpötilaa 250 celsius asteeseen. Sylinteriä pidettiin uunissa viisi tuntia ja kyvettiä samassa lämmössä yksi tunti. Suoritimme puristustyövaiheet kuten edellisillä kerroilla. Kuumapuristuksen aikana toinen sylinterin ja ruuvipuristimen yhdistävistä kiinnikkeistä katkesi. Totesimme, että Uni-press -laitteella vaihtoehtomateriaalin kuumapuristus ei onnistu. Avattuamme kyvetin huomasimme muovin puristuneen kyvettiin lähes täydellisesti. Ainoastaan takimmaisten hampaiden bukkaalipinnat eivät olleet peittyneet. Eristysaine oli toiminut hyvin, eikä muovi ollut tarttunut kipsiin.

Teetimme uuden laitteiston, joka sisälsi kyvetin, sylinterin, männän ja ruuvipuristimen. Koko laitteisto on valmistettu pronssista, jotta sylinterin ja männän lämpölaajenemiskertoimet ovat samat. Näin vältetään mahdollinen kiinnileikkaantuminen sylinterin ja männän välillä. Uudessa laitteistossa sylinterin iskun pituus on pidempi ja halkaisija pienempi. Näin saadaan suurempi puristuspaine pinta-alaa kohti. Sylinteri kiinnitetään kyvettiin kierteillä. Ruuvipuristin on kiinnitetty sylinteriin kiinteästi juottamalla, jotta se kestäisi siihen kohdistuvan suuremman puristuspaineen. Sylinterin päässä oleva valukanava on 10 mm halkaisijaltaan (Uni-press -kyvetissä 6,5 mm).

Aloitimme alusta. Vahatyö, kyvetointi ja kanavointi suoritettiin samalla tavalla kuin aikaisemmissa kokeiluissa. Foliopaperista tehtyä sylinterin pohjaa emme enää tarvinneet, koska laitoimme sylinterin sulatusuuniin kyvettiin kiinnitettynä. Kaikki osat olivat toisiinsa kiinnitettyinä uunissa. Säädimme uunin lämpötilan 250 Celsiusasteeseen. Kahden ja puolen tunnin kuluttua aloitimme Starex san-materiaalin kuumapuristuksen. Siirsimme kuumapuristuslaitteen uunista kyvettipuristimeen, jolla puristimme kyvetin puoliskot toisiaan vasten. Uudessa kyvetissä ei ollut kiristysruuveja. Kuumapuristuksen suoritimme ruuvipuristinta kiertämällä. Emme lisänneet jäähdytysaikaa, vaikka pronssista valmistettu laitteisto varaa enemmän lämpöä kuin Uni-press -laitteisto. Avattuamme kyvetin totesimme kokeen onnistuneen. Muovi oli puristunut kyvettiin täydellisesti ja eristysaine esti kipsin kiinnittymisen muovimateriaaliin.

Toistimme kokeen samalla tavalla, mutta lisäsimme lämmitysaikaa neljään tuntiin lämpötilan oli edelleen 250 Celsiusastetta. Avattuamme kyvetin totesimme puristuksen onnistuneen. Pidemmän lämmitysajan todettiin muuttaneen materiaalin väriominaisuuksia. Materiaalin läpikuultavuus heikkeni ja väri muuttui kellertävänruskeaksi. Eristysaine ei kestänyt lämpöä neljää tuntia vaan hilseili pois kipsin pinnalta, jolloin muovimateriaali tarttui kipsiin.

Kolmanteen koepuristukseen muutimme valukanavien sijoittelua. Laitoimme vain yhden valukanavan, joka kiinnittyi vahatyöhön oikeanpuoleisien takahampaiden palatinaalipuolelle. Pakokanavan veistimme kiskon vasemmanpuoleisten takahampaiden distaalireunasta kyvetin reunaan, johon olimme poranneet aiemmin pakokanavalle reiän. Puristuslaite oli sulatusuunissa 250 Celsius asteessa kaksi tuntia. Kuumapuristuksen ja jäähdytyksen suoritimme samalla tavalla kuin aiemmissa kokeissa. Kyvetin avattuamme totesimme muovin juosseen vain puoleen väliin kiskoa.

Neljässä kuumapuristuksessa alkuvalmistelut tehtiin samalla tavalla kuin kokeessa kolmannessa kokeessa. Lisäsimme lämmitysajan kahteen ja puoleen tuntiin, koska edellinen koe epäonnistui. Kuumapuristus ja jäähdytys suoritettiin kuten aiemmissa kokeissa. Muovi ei juossut tässäkään kuumapuristuksessa loppuun asti. Näistä kokeista teimme sen johtopäätöksen, ettei yksi valukanava riitä tällä kuumapuristusmenetelmällä.

Tässä kokeessa siirryimme takaisin kahden valukanavan käyttöön. Muilta osin viides koe suoritettiin kuten uuden laitteiston neljäs kuumapuristus. Jäähdytyksen ja kyvetin avaamisen jälkeen totesimme muovin juosseen kyvettiin täydellisesti.

Valmistettaessa proteettisia ratkaisuja tai muuten mittatarkkoja kappaleita termoplastisesta muovista, on syytä aluksi varautua vaikeaan ja melko monimutkaiseen valmistusprosessiin. Korkea lämpötila ja puristuspaine vaativat valmistuslaitteistolta paljon. Tämän huomasimme ensimmäisissä kokeissa, kun käyttämämme Uni-press -laitteisto rikkoontui. Ilmeisesti korkea lämpötila ja puristuspaineesta aiheutuva rasitus rikkoivat sylinterin pikalukitukset. Uusi laitteisto valmistettiin sorvaamalla pronssista, näin pyrittiin ennalta poistamaan eri metallien toisistaan poikkeavien lämpölaajenemiskertoimien aiheuttamat ongelmat esim. kiinnileikkautuminen.

Termoplastisesta Starex san -materiaalista valmistetut kappaleet onnistuivat lopulta hyvin. Valmiit koetyöt ovat kauniin läpikuultavia ja tuntuvat ainakin käsivaraisesti koeteltuina hyviltä ja riittävän lujilta. Starex san vaikuttaa sopivan proteesimateriaaliksi. Seminaarityössämme emme testanneet muuta kuin termoplastisen materiaalin valmistusteknisiä vaiheita ja sitä, voiko tällaisesta materiaalista yleensä valmistaa mittatarkkoja kappaleita laboratorioteknisin keinoin. Valmistettaessa vaihtoehtomateriaalista proteeseja laboratorioteknisin menetelmin oletimme esiintyvän seuraavia ongelmia:

- kipsin käyttäytyminen 250 Celsius asteessa

- eristysaineen eristyskyky 250 Celsiusasteessa

- muovimateriaalin juoksevuus karhealla kipsipinnalla

Kipsin supistuma 250 Celsius asteessa on kovakipsillä n. 0,25% (Phillips 1991, 394), tällä muutoksella ei ole käytännön merkitystä proteesin istuvuuteen. Koetöiden aikana emme havainneet kipsin murtumista käytetyn puristuspaineen vaikutuksesta.

Eristysaine toimi hyvin 250 Celsius asteessa, mikäli lämmitysaika ei ylittänyt 3 tuntia. Pitempää lämmitysaikaa käytettäessä aineen eristyskyky heikkeni ja kipsi tarttui muovimateriaaliin.

Muovimateriaali juoksi riittävän hyvin kahta valukanavaa käytettäessä. Testeissä emme saaneet onnistuneita tuloksia yhtä valukanavaa käytettäessä.

Suuresta määrästä erilaisia termoplastisia muoveja valitsimme Starex san HF5661H:n, koska sen kovuus ja läpikuultavuus vastaavat käsitystämme ihanteellisesta purentakiskomateriaalista. Lisäksi valintaamme vaikutti materiaalin nykyinen käyttöalue, mm. hammasharjojen varret ja mikrovuoat. Tästä päättelimme, että materiaali ei sisällä allergisoivia tai myrkyllisiä aineita.

Laboratorioteknisesti Starex san -materiaalin valmistus on hyvin erilainen kuin yleisesti käytössä olevien PMMA-pohjaisten materiaalien. Amorfisena aineena vaihtoehtomateriaalilla ei ole sulamispistettä, vaan sulamisalue. Tällä sulamisalueella vaihtoehtomateriaalin viskositeetti lisääntyy tasaisesti lämpötilan kohotessa. Sopivan lämpötilan ja lämmitysajan löytäminen kulloinkin käytössä olevalle valmistuslaitteistolle vaatii lisää perustavanlaatuista tutkimusta. Kun oikeat lämpötilat ja lämmitysajat löydetään kuumapuristus on helppo ja varma menetelmä valmistaa mittatarkkoja kappaleita. Edellytyksenä valmistuslaitteiston soveltuvuus lämmönkestävyyden ja puhdistuvuuden osalta.

Termoplastisten muovien soveltuvuutta protetiikan eri osa-alueille voidaan varmastikin laajentaa. Kestomuovien joukosta löytyy lukuisa määrä erilaisia muoveja jotka poikkeavat toisistaan kimmoisuutensa, värinsä ja muotoiltavuutensa osalta. Uskomme, että termoplastisista muoveista löytyy vaihtoehtoja mm. kasvoprotetiikan eri osa-alueisiin sekä tukiproteeseihin esim. suulaen aukon täyttäjäksi.

Termoplastinen muovi ei kilpaile PMMA-pohjaisten akryylien rinnalla ainakaan valmistusprosessin helppoudella, mutta se on varteenotettava vaihtoehto mm. mahdollisille allergisille potilaille tai kun proteesimateriaalilta vaaditaan poikkeuksellisen hyvää puhdistettavuutta sekä hygienisyyttä ja värinkestokykyä.

• McCabe, John F. 1985: Anderson's Applied Dental Materials. Sixth Edition. London. Butler & Tanner Ltd.
• Phillips, Ralph W. 1991: Skinner's Science of Dental Materials. Ninth Edition. Philadelphia. W.B. Saunders Company.
• Rantanen Timo HLT, 1991: Akryyliallergia ja vaihtoehtoiset materiaalit. Hammasteknikko -lehti 4/1991.
• Sarpila Teppo HTM, 1991: Polymeerien kemia ja terveysvaarat hammastekniikassa. Hammasteknikko -lehti 4/1991.