Dentální sádry a zatmelovací hmoty

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Dentální sádry a zatmelovací hmoty"

Ladislava Doležalová
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Dentální sádry a zatmelovací hmoty Chemie a vlastnosti Pavel Bradna 1. lékařská fakulta, Univerzita Karlova, Praha, Česká republika Ústav klinické a experimentální stomatologie 2012 bradna@vus.cz 1

2 Dentální sádry Hlavní oblast použití: zhotovení modelů a forem Způsob výroby sádry: Tepelný rozklad přírodního sádrovce nebo čistého CaSO 4. 2H 2 O o C CaSO 4. 2H 2 O CaSO 4. 0,5H 2 O + 1,5H 2 O Síran vápenatý dihydrát (jednoklonný) Síran vápenatý, β-hemihydrát (kosočtverečný) o C sádra (β-hemihydrát) (CaSO 4.0.5H 2 O) o C γ-anhydrit (rozpustný CaSO 4 - hexagonální) o C β-anhydrit (nerozpustný CaSO 4 - kosočtverečný)

0,5H 2 O + 1,5H 2 O Síran vápenatý dihydrát (jednoklonný) Síran vápenatý, β-hemihydrát (kosočtverečný) 110-130 o C

3 Podle podmínek tepelného rozkladu (kalcinace) CaSO 4.2H 2 O vzniká pět typů dentálních sáder 1 : Rozklad v otevřeném reaktoru - β hemihydrát (alabastrová sádra, Plaster of Paris, Typ I a II, nejmenší pevnost) Rozklad v přítomnosti vodní páry a tlaku v autoklávu α hemihydrát (tvrdá modelová sádra stone, hydrokalová sádra, Typ III) Rozklad za varu v přítomnosti CaCl 2 α hemihydrát (supertvrdé sádry, denzit, die stone, Typ IV a V) Stejné chemické složení, krystalografická modifikace (kosočtverečná), ale liší se tvarem, porozitou a velikostí krystalů 1 Rozdělení dentálních sáder dle ČSN EN ISO 6873 do pěti tříd podle pevnosti v tlaku a expanzi při tuhnutí

přítomnosti vodní páry a tlaku v autoklávu α hemihydrát (tvrdá modelová sádra stone, hydrokalová sádra, Typ III) Rozklad za varu v přítomnosti CaCl 2 α hemihydrát

4 Rozklad bez tlaku β hemihydrát CaSO 4. 2H 2 O ( o C) Autokláv, H 2 O α hemihydrát Var suspenze v přítomnosti CaCl 2 Alabastrová sádra Drobné, nepravidelné až jehličkovité krystalky s vysokou porozitou (houbovité) Mísící poměr ml/100 g CaSO 4. 0,5H2O Tvrdá modelová sádra Hrubé, hranolkové málo pórezní krystaly Mísící poměr ml/100 g Supertvrdá modelová sádra Velmi hrubé, pravidelné hranolkové krystaly s malou porozitou Mísící poměr ml/100 g Phillips Science of Dental Materials, 11th. edition

jehličkovité krystalky s vysokou porozitou (houbovité) Mísící poměr 50-60 ml/100 g CaSO 4.

5 Rozpustnost % Reakce tuhnutí: CaSO 4.0,5H 2 O + 1,5H 2 O CaSO 4.2H 2 O + teplo β,α-hemihydrát 0,1 0,5 1,0 Oblast nerozpuštěho hemihydrátu Hemihydrát Oblast přesyceného roztoku Ca a SO 4 nad nerozpuštěným hemihydrátem Dihydrát dihydrát, sádra 1. Po smísení s vodou se hemihydrát rozpouští až do okamžiku, kdy je dosaženo nasyceného roztoku rovnováha mezi hemihydrátem, Ca 2+ a SO 4 2- v roztoku. Složení nasyceného roztoku charakterizuje modrá křivka. 2. Nasycený roztok hemihydrátu je přesycen vzhledem k menší rozpustnosti dihydrátu. Složení nasyceného roztoku dihydrátu charakterizuje modrá křivka. 3. Dihydrát krystalizuje do té doby, dokud se hemihydrát rozpouští - uvolňují se další Ca a SO 4 ionty do vody Teplota o C

Po smísení s vodou se hemihydrát rozpouští až do okamžiku, kdy je dosaženo nasyceného roztoku rovnováha mezi hemihydrátem, Ca 2+ a SO 4 2- v roztoku.

6 Vlastnosti sáder 1. pseudoplastické chování Pokles viskozity s rychlostí toku při míchání, třepání, vibracích snižuje viskozitu sádrové suspenze lepší zatékavost viskozita je konstantnínezávisí na rychlosti toku Viskozita [Pa.s -1 ] viskozita klesá s rychlostí toku γ a dobou míchání PSEUDOPLASTICKÉ CHOVÁNÍ/TIXOTROPIE Rychlost deformace/toku/míchání γ

snižuje viskozitu sádrové suspenze lepší zatékavost viskozita je konstantnínezávisí na

7 2. Pevnost Teoretická spotřeba vody 19 ml/100 g CaSO H 2 O Nadbytek vody: po ztuhnutí se odpaří a zanechá PÓRY zhoršují pevnost sádry (menší hustota a vyšší porozita) Pevnost v tlaku MPa Typ IV-V Typ III Typ II Typ I ml vody/100 g prášku

zhoršují pevnost sádry (menší hustota a vyšší porozita) Pevnost v

8 3. Teoretická kontrakce 6,9 obj. %, ale u sáder dochází k expanzi 0,1 0,3 obj. % Silně protáhlé jehličkovité krystaly dihydrátu narůstají a vytváří zaklíněnou strukturu odtlačují se a zvyšují objem sádry. Růst krystalků (a expanze) je omezováni i vlivem povrchového napětí vody Tuhnutí za normálních podmínek Výchozí směs Růst krystalů Těsný dotyk rostoucích krystalků expanze Končení růstu

9 4. Hygroskopická expanze Vzrůst expanze při tuhnutí při uložení tuhnoucí sádry ve vodě - hygroskopická expanze (např. 0,15-0,50 obj. %) v důsledku krystalizace dihydrátu neomezované povrchvým napětím. Tuhnutí pod vodou Výchozí směs Růst krystalů Těsný dotyk rostoucích krystalků expanze Mahler DB, Ady AB. Explanation for the hygroscopic setting expansion of dental gypsum products. J Denr Res 1960, p. 578 Končení růstu

Tuhnutí pod vodou Výchozí směs Růst krystalů Těsný dotyk rostoucích krystalků expanze 2012 9 Mahler DB,

10 Možnosti regulace průběhu tuhnutí: Urychlení tuhnutí sáder urychlovače/ akcelerátory K 2 SO 4 - zvyšuje rychlost krystalizace dihydrátu a tím zvyšuje i rychlost tuhnutí sádry Částice dihydrátu (sádry) působí jako nukleační zárodky a urychlují tuhnutí Zpomalovače tuhnutí - retardéry Borax, NaCl (při vyšších koncentracích), kyselina citronová vylučují se na povrchu hemihydrátu jako soli méně rozpustné než sulfáty blokují rozpouštění hemihydrátu - prodlužují dobu tuhnutí a snižují expanzi tuhnutí Algináty, agar váží se na hemihydrát - snižují jeho rozpustnost, či na dihydrát, kde inhibují růst jeho krystalků Zbytky dihydrátu v mísícím kelímku nukleační zárodky akcelerují tuhnutí, zbytky alginátů zpomalují tuhnutí Intenzivní a delší míchání - urychlení rozpouštění sádry rychlejší tuhnutí

rozpustné než sulfáty blokují rozpouštění hemihydrátu - prodlužují dobu tuhnutí a snižují expanzi tuhnutí Algináty, agar váží se na hemihydrát - snižují jeho rozpustnost, či na dihydrát, kde inhibují

11 Zlepšení vlastností sádrových modelů: 1. Zvýšení pevnosti a povrchové tvrdosti (odolnosti proti abrazi): - Vysušení sádrového modelu - Použitím koloidních solů SiO 2 (obsahují až 30 % SiO 2 ve vodě) použité k rozmíchání sádry 2. Zmenšení expanze při tuhnutí sádry (snižuje přesnost modelů): - dodržením mísícího poměru. Expanze se zvyšuje při a) sníženém množství vody použitého k rozdělání sádry, b) rychlejším a delším mícháním. Zvyšují počet nukleačních zárodků v objemové jednotce sádry - omezením rizika hygroskopické expanze (po iniciálním zatuhnutí neukládat nebo nevystavovat sádrový model vodě), při jejímž nadbytku dochází ke snazší krystalizaci jehličkovitých krystalků dihydrátu

rozmíchání sádry 2. Zmenšení expanze při tuhnutí sádry (snižuje přesnost modelů): - dodržením mísícího poměru.

12 Zatmelovací hmoty Oblast použití: zhotovení licích forem Hlavní požadavky: 1. Žáruvzdornost, mechanická odolnost licím tlakům, propustnost pro plyny 2. Kompenzace smrštění kovu od teploty jeho tuhnutí (teplota solidu) do 37 o C

13 Složení: 1. Žáruvzdorné expanzivní plnivo (refractories) 2. Anorganické pojivo Typy podle charakteru pojiva: 1. Sádrové zatmelovací hmoty (Gypsum-bonded investment materials) lití Au slitin 2. Fosfátové zatmelovací hmoty (Phosphate-bonded investment materials) lití Co-Cr-Mo, Ag-Pd atd

Sádrové zatmelovací hmoty (Gypsum-bonded investment materials) lití Au

14 Typy žáruvzdorných expanzivních plniv: 1. Kristobalit přeměna z β na α modifikaci při 270 o C 2. Křemen přeměna z β na α modifikaci při 575 o C Modifikace SiO 2 Kryst. soust Teplota přechodu o C Hustota g/cm 3 β-kristobalit tetragonální ,33 α-kristobalit kubická ,20 β-křemen trigonální <573 2,65 α-křemen hexagonální , Hankýř V, Kutzendorfer: Technologie keramiky, 2002

soust Teplota přechodu o C Hustota g/cm 3 β-kristobalit tetragonální 220-270 2,33 α-kristobalit

15 Průběh tepelné expanze kristobalitu a křemene Kristobalit Křemen Expanze % 0,4 0,8 1,2 1,6 2, Teplota

16 Složení: Sádrové zatmelovací hmoty: α-hemihydrát CaSO 4.0,5H 2 O s vyšší expanzí při tuhnutí (0,3-0,5 %) Křemen, kristobalit Aditiva regulátory tuhnutí a expanze při tuhnutí Reakce tuhnutí: CaSO 4.0,5H 2 O + 1,5H 2 O CaSO 4.2H 2 O + teplo α-hemihydrát sádra

kristobalit Aditiva regulátory tuhnutí a expanze při tuhnutí

17 Typický průběh rozměrových změn při zahřívání sádrových zatmelovacích hmot 0,2 0,4 1,0 0,6 0,8 Expanze % Kontrakce při rozpadu sádry na hemihydrát a anhydrit Expanze β α kristobalitu 275 o C Expanze β α křemenu 575 o C Rozpad sádry uvolňování SO Teplota

hemihydrát a anhydrit Expanze β α kristobalitu 275 o C Expanze β α

18 Složení: Fosfátové zatmelovací hmoty: MgO, NH 4 H 2 PO 4 Křemen, kristobalit Aditiva grafit (omezení oxidace povrchu kovů) Reakce tuhnutí: MgO + NH 4 H 2 PO 4 + 5H 2 O MgNH 4 PO 4.6H 2 O teplo

19 Typický průběh rozměrových změn při zahřívání fosfátových zatmelovacích hmot Sol SiO 2 0,2 0,4 1,0 0,6 0,8 Expanze % Kontrakce při uvolňování vody MgNH 4 PO 4.6H 2 O MgNH 4 PO 4.H 2 O+5 H 2 O Kontrakce při rozkladu 2MgNH 4 PO 4.H 2 O Mg 2 P 2 O 7 +2NH 3 +2H 2 O Expanze β α křemenu voda 100 Expanze β α kristobalitu Teplota

6H 2 O MgNH 4 PO 4.H 2 O+5 H 2 O Kontrakce při rozkladu 2MgNH 4 PO 4.

20 Možnosti regulace expanze: Použití směsí kristobalitu a křemene (i pro snížení vnitřního pnutí při předehřívání forem) Rozmíchání s koloidním solem SiO

Podobné dokumenty

Dentální sádry a zatmelovací hmoty

Dentální sádry a zatmelovací hmoty Pavel Bradna 1. lékařská fakulta, Karlova Universita, Praha, Česká republika Výzkumnýústav stomatologický bradna@vus.cz Dentální sádry Hlavní oblast použití: zhotovení