[논문]경화방법이 치과용 경석고의 기계적 특성에 미치는 영향

임용운; 황성식; 김사학; 최재우; 정수하; 김시철

doi:10.14347/kadt.2018.40.1.33

[국내논문] 경화방법이 치과용 경석고의 기계적 특성에 미치는 영향
Influence of mechanical properties of ultra-dental stone on setting methods 원문보기

대한치과기공학회지 = The Journal of Korean Academy of Dental Technology, v.40 no.1, 2018년, pp.33 - 40

임용운 (경동대학교 치기공학과) , 황성식 (경동대학교 치기공학과) , 김사학 (경동대학교 치기공학과) , 최재우 (충북보건과학대학교 치기공과) , 정수하 (충북보건과학대학교 치기공과) , 김시철 (충북보건과학대학교 치기공과)

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Purpose: The purpose of this study was to investigate the influence of mechanical properties of various ultra-dental stone by setting methods. Methods: 240 cylinder specimens($10mm{\times}20mm$) were prepared from three ultra-dental stones(Gemma, Die keen and Fuji rock; n = 80) in accordance with the manufacturers' recommendations. Half of the specimens of each stone(n = 40) were dried in open air within a room temperature; the other half(n = 40) underwent in a silicone rubber mold in open air for 30 minutes and then were dried in a microwave oven for 10 minutes to 600W. Compressive strength(CS), compressive modulus(CM) and diametral tensile strength(DTS) conducted until fracture using Instron 5966 at each of the following periods: 1 and 24 hours from mixing. One-way analysis of variance and Scheffe's post hoc test were performed for statistical comparisons at a significance level of P<.05. Results: The CS and CM values in all dental stone indicated highest after 24h(54.25 MPa < ) than the values for specimens dried in microwave method. The DTS values revealed the highest microwave method. However, in 24h, FJ(Fu-ji rock) and GM(Gemma) had lower mechanical properties than air. Conclusion : Within the limitations of this study, CS did not influence by microwave method but DTS affected according to the setting.

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AI 본문요약
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문제 정의

”라는 귀무가설을 설정하였다. 따라서 치과용 석고의 경화 방법에 따른 압축강도(compressive strength, CS), 압축탄성계수(compressive modulus, CM), 간접인장강도(diametral tensile strength, DTS) 등을 측정하여 기계적 특성의 변화를 비교하여 치과용 모델 제작 시 임상적용에 유용한 정보를 얻고자 하였다.
이 중 치과용 석고를 모형 및 작업모형 재료로 사용할 때 가장 중요한 요소는 우수한 강도이다(Zakaria et al, 1988). 이에 본 실험에서는 국내외 시판 중인 대표적인 3개 제품을 선정하여 압축강도, 압축탄성계수, 간접인장강도를 측정하여 비교 분석하고자 하였다.
2% 정도 수분이 흡수되면 압축강도가 감소한다고 하였다. 이에 본 실험에서는 혼합 1시간 후 압축강도와 혼합 24시간 후 압축강도를 비교하여 강도 변화를 알아보고자 하였다. 또한, microwave를 통한 수분을 제거한 후 압축강도를 비교하고자 하였다.
이에 본 실험에서는 혼합 1시간 후 압축강도와 혼합 24시간 후 압축강도를 비교하여 강도 변화를 알아보고자 하였다. 또한, microwave를 통한 수분을 제거한 후 압축강도를 비교하고자 하였다. 본 연구에서 24h 경화 후 DK, FJ, GM의 모든 재료에서 가장 높은 압축 강도(54~63 MPa)를 나타내었지만, DK와 FJ의 압축강도(CS)는 microwave 의 의한 경화 후 낮은 강도값(24 MPa)을 보였다.
Earnshaw와 Smith(1966)는 간접인장강도는 석고 인장강도 측정에 적합하다 하였으며, 인장강도는 압축강도보다 혼수비에 영향을 적게 받는다고 보고하였다. 본 실험에서도 간접인장강도를 측정하여 혼합시간 과 microwave를 통한 간접인장강도 변화를 알아 보고자 하였다. 간접인장 강도는 혼합 후 1시간 경과 후 측정한 1h에서 가장 낮은 값을 나타냈으며, M1h, 24h, M24h에서는 1h보다 높은 간접인장강도 값을 나타내었 다.
본 연구에서는 치과용 석고의 경화 방식에 따른 강도의 영향을 알아보기 위해서 압축강도(Compressive strength, CS), 압축 탄성계수(Compressive modulus, CM), 간접인장강도(Diametral tensile strength, DTS) 등 기계적 특성을 측정하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

가설 설정

이에 본 연구에서는 “치과용 석고가 microwave에 의 한 경화방법이 치과용 석고의 물리적 특성에 영향을 미치지 않는다.

제안 방법

건조된 시편은 24±2°C, 50±10%의 상대습도(Drying oven, Yamato, Japan)에서 20분 간 보관하여 제작하고 (M1h), 동일한 조건에서 24시간 보관(M24h)하여 각각 시편을 제작하였다.
제작된 금속 시편은 치과기공용 실리콘(Deguform, Degudent, Germany)을 이용하여 석고 시편 제작을 위한 mold를 제작하였다. 준비된 음형의 몰드에 각각의 초경석고를 혼수비, 혼합시간 등 제조사의 지시대로 손으로 30초, 진공혼합기(Twister, Renfert, Germany)를 이용하여 30초간 혼합 후 즉시 주입 하였다. 주입된 시편은 30분이 경과된 후 주형에서 시편을 제거하였고, 혼합 시작 30분 경과 후 주형에서 시편을 제거하였다.
Microwave를 사용한 시편을 제작하기 위하여 진공 혼합 시작 후 30분이 경과된 시편을 전자레인지(KRA202B, Daewoo, Korea)에 600W의 출력으로 10분 간 microwave를 이용한 방법으로 건조하였다. 건조된 시편은 24±2°C, 50±10%의 상대습도(Drying oven, Yamato, Japan)에서 20분 간 보관하여 제작하고 (M1h), 동일한 조건에서 24시간 보관(M24h)하여 각각 시편을 제작하였다.
압축강도와 간접인장강도의 측정은 혼합시작 1시간 및 24시간이 경과된 후 만능재료시험기(Instron 5966, USA)를 이용하여 하중속도 0.5 mm/min으로 실온에서 측정하였다. 시편 측정을 위한 plate 압축판 위에 0.
5 mm/min으로 실온에서 측정하였다. 시편 측정을 위한 plate 압축판 위에 0.1 mm 두께의 여과지를 개재시켰으며, 압축강도는 Bluehill software program(Instron, USA)를 이용하여 측정하였다.
5로 하여 혼합한 시편은 일반석고나 경석고의 압축강도와 유사한 수준으로 낮아진다고 보고하였 다. 이에 본 실험에서는 제조사에서 권장하는 혼수비로 정확히 개량하였으며 동일한 조건을 부여하기 위해 30 초간 손으로 교반 후 진공믹서기로 30초간 혼합하여 원 통형 시편을 제작하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 시중에서 널리 사용되는 3종의 치과용 초경석고를 사용하였으며, 제품명과 제조사, 혼수비, 제조사에서 제시한 압축강도 등은 Table 1에 정리하였다.
압축 강도와 간접인장강도 시편을 제작하기 위하여 ISO규격 6873이 규정하는 크기를 축소하여 직경 10 mm, 높이 20 mm 크기의 금속 원통을 제작하였다(Fig. 1).
1). 제작된 금속 시편은 치과기공용 실리콘(Deguform, Degudent, Germany)을 이용하여 석고 시편 제작을 위한 mold를 제작하였다. 준비된 음형의 몰드에 각각의 초경석고를 혼수비, 혼합시간 등 제조사의 지시대로 손으로 30초, 진공혼합기(Twister, Renfert, Germany)를 이용하여 30초간 혼합 후 즉시 주입 하였다.
건조된 시편은 24±2°C, 50±10%의 상대습도(Drying oven, Yamato, Japan)에서 20분 간 보관하여 제작하고 (M1h), 동일한 조건에서 24시간 보관(M24h)하여 각각 시편을 제작하였다. 압축강도 및 간접인장강도 시편은 각 군별로 10개씩 제작하여 총 240개를 준비하였다.

데이터처리

치과용 석고의 기계적 특성인 압축강도, 간접인장 강도를 측정 후 SPSS 21.0 v (SPSS, USA)을 이용하여 유의수준 0.05에서 일원배치분산분석(One-way ANOVA)를 실시하여 통계 처리하였고, Scheffe’s 다중 비교 사후검정으로 각각의 실험군간 비교, 평가하였다.

성능/효과

본 연구에서 모든 치과용 초경석고는 24h 경화 후 가장 높은 압축 강도(54~63MPa)를 나타냈으며, FJ에서 가장 높았다. 다른 군에서는 비슷한(25~37MPa) 압축 강도값을 나타내었다.
다른 군에서는 비슷한(25~37MPa) 압축 강도값을 나타내었다. 또한 탄성계수도 모든 재료에서 24h에서 가장 높은 값을 나타났다(Fig 3).
시간대별 비교에서 압축강도는 1시간 경화 후의 경우 비슷한 값을 나타내었으나 DK에서 microwave를 처리한 시편에서 가장 낮은 값을 보였다. 또한 24시간 경화 후 실시한 압축강도는 microwave를 처리한 시편에서 공기 중에서 건조한 압축강도보다 모두 낮게 나타났다. 그러나 간접인장강도는 microwave 를 처리 후 테스트 한 1H에서 자연건조한 강도값보다 높은값을 나타났다.
간접인장강도의 시간별 비교에서는 모든 재료에서 M1h가 1h보다 높은 강도값을 나타냈으며, 24시간 후 측정한 간접인장강도 값에서는 GM의 M24h에서 가장 낮은 값을 나타내었다(Fig. 6).
모든 치과용 초경석고의 압축탄성계수(CM)는 24h 군에서 가장 높은 값을 나타내었으며, 나머지 1h, M1h, M24h 군에서는 낮은 값을 보였다(Fig. 7).
또한, microwave를 통한 수분을 제거한 후 압축강도를 비교하고자 하였다. 본 연구에서 24h 경화 후 DK, FJ, GM의 모든 재료에서 가장 높은 압축 강도(54~63 MPa)를 나타내었지만, DK와 FJ의 압축강도(CS)는 microwave 의 의한 경화 후 낮은 강도값(24 MPa)을 보였다. 특히, DK에서 1는 경화 시간에 상관없이 ISO 6873에서 제시된 최소 압축강도인 35 MPa을 미치지 못하는 결과를 나타냈다.
본 연구에서 24h 경화 후 DK, FJ, GM의 모든 재료에서 가장 높은 압축 강도(54~63 MPa)를 나타내었지만, DK와 FJ의 압축강도(CS)는 microwave 의 의한 경화 후 낮은 강도값(24 MPa)을 보였다. 특히, DK에서 1는 경화 시간에 상관없이 ISO 6873에서 제시된 최소 압축강도인 35 MPa을 미치지 못하는 결과를 나타냈다. 석고 혼합 시 동일한 온도 및 습도에서 제시하였으나, 치과용 경석고의 분말 입도와 여분의 수분 (excess water)의 증발 속도 등 다양한 원인에 의한 복합적 요인으로 사료된다.
5). 압축강도 측정과 함께 Strainstress curve에서 소성변형이 일어나기 직전까지의 직 선 구간의 기울기를 의미하는 압축탄성계수는 24h 군에서 가장 높은 값을 나타내었으며, 나머지 1h, M1h, M24h 군에서는 낮은 값을 보였다. 이는 압축강도와 거의 유사한 양상을 보이는 것을 알 수 있다.
이는 microwave를 처리한 M1h, M24h가 24시간 건조한 석고모형과 대등한 효과를 볼 수 있음을 알 수 있다. 간접인장강도의 시간 별 비교를 살펴보면 모든 재료에서 M1h가 1h보다 높은 강도 값을 나타냈으며, GM 과 FJ에서 간접인장강도는 microwave에 의한 경화시간이 증가함에 따라 낮은 결과를 나타내었다. 이는 급속한 microwave에 의한 수분 제거로 강도의 효과를 얻을 수는 있었지만, 시간이 경과함에 따라 내부의 잔존하는 수분이 외면으로 드러나면서 DTS에 영향을 미친 것으로 사료된다.
혼합 후 24h 경화한 모든 재료에서 가장 높은 압축 강도(54~63MPa)와 압축탄성계수를 나타내었으므로 임상에서 시간이 가용되는 범위 내에서 충분한 경화시간을 유지하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 또한 경화방법에 따른 압축 강도는 microwave 후 모든 재료에서 낮은 강도를 보였지만, 신속한 작업을 위한 임상 적용 시 간접인장강도는 microwave 에 의한 경화 후 높은 값 (> 6MPa)을 보였으므로 압축강도와 간접인장강도의 상호 상관성을 고려한 제품선택이 필요할 것이다.

후속연구

이는 급속한 microwave에 의한 수분 제거로 강도의 효과를 얻을 수는 있었지만, 시간이 경과함에 따라 내부의 잔존하는 수분이 외면으로 드러나면서 DTS에 영향을 미친 것으로 사료된다. 특히, GM의 M24h 군에서의 낮은 강도에 대한 심층적 연구가 필요할 것으로 사료된다. 따라서 단시간 내(1h)에 간접인장강도를 향상시키기 위해 microwave에 의한 경화법을 사용하는 것은 임상적용 시 가능하다고 생각된다.
그러나 microwave를 이용 한 압축강도는 오히려 감소하기 때문에 치과용 모델제작 시 주의가 요구된다. 또한 압축강도와 간접인장강도의 물리적 특성간 상호상관성을 고려한 제품 선택이 필요할 것으로 보인다.
이번 실험의 제한점으로는 혼합 후 30분 이후에 자연 건조, microwave 사용에 따른 차이점만을 실험하였다. 추후 실험에서는 혼합 후 60분 이후에 microwave 처리를 통한 석고의 압축강도, 간접인장강도의 변화와 비교 분석하여 임상적용에 참고가 되었으면 한다.
이번 실험의 제한점으로는 혼합 후 30분 이후에 자연 건조, microwave 사용에 따른 차이점만을 실험하였다. 추후 실험에서는 혼합 후 60분 이후에 microwave 처리를 통한 석고의 압축강도, 간접인장강도의 변화와 비교 분석하여 임상적용에 참고가 되었으면 한다.
혼합 후 24h 경화한 모든 재료에서 가장 높은 압축 강도(54~63MPa)와 압축탄성계수를 나타내었으므로 임상에서 시간이 가용되는 범위 내에서 충분한 경화시간을 유지하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 또한 경화방법에 따른 압축 강도는 microwave 후 모든 재료에서 낮은 강도를 보였지만, 신속한 작업을 위한 임상 적용 시 간접인장강도는 microwave 에 의한 경화 후 높은 값 (> 6MPa)을 보였으므로 압축강도와 간접인장강도의 상호 상관성을 고려한 제품선택이 필요할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	치과용 석고의 화학적 특징은 무엇인가?	치과용 석고는 석고원광석인 황산칼슘이수화물 (calcium sulfate dehydrate)을 110~120℃로 가열하면 결정수가 증발하여 반수화물인 황산칼슘반수화물 (calcium sulfate hemihydrate)로 변한다. 그리고 다시 물과 반응하여 석고 경화가 일어나는데 다이용 경석고는 주로 α-형 반수화물로 크기가 작고 규칙적인 결정으로 β-형 반수화물보다 강하고 경도가 높다.
	치과용 석고의 강도에 영향을 미치는 것은 무엇인가?	경석고의 강도는 초기 경화시간 이후에 재료가 경화됨에 따라 급격히 증가 하지만 경화 후에 남아 있는 여분의 물(free water)은 석고의 강도에 큰 영향을 미치며, 알려진 바와 같이 석고의 강도는 습윤강도(wet strength)와 건조강도(dry strength)로 보고 되고 있다 (Craig, 1989; Fairhurst, 1960). 또한 치과용 석고의 강도는 경화시간, 혼수비, 조작방법, 보관 조건에 따라 영향을 받는 것으로 알려져있다(Toreskog et al, 1966. Kim, 1973.
	치과용 초경석고(Type Ⅳ)가 다이용으로 사용 되기위해 주의점은 무엇인가?	치과용 초경석고(Type Ⅳ)가 다이용으로 사용 되기 위한 필요조건으로 강도, 경도, 내마모성 그리고 경화 팽창이 작아야 한다. 특히 지대치의 변연부가 조각하는 동안 부스러질 염려가 있기 때문에 다이용 초경석고는 단단한 표면 및 강도를 가져야 한다. 또한 작업 부주의로 인한 모형의 파절을 방지하기 위해서도 작업모형의 강도는 중요하다(Song et al, 2002). 경석고의 강도는 초기 경화시간 이후에 재료가 경화됨에 따라 급격히 증가 하지만 경화 후에 남아 있는 여분의 물(free water)은 석고의 강도에 큰 영향을 미치며, 알려진 바와 같이 석고의 강도는 습윤강도(wet strength)와 건조강도(dry strength)로 보고 되고 있다 (Craig, 1989; Fairhurst, 1960).

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Zakaria MR, Johnston WM, Reisbick MH, Campagni WV. The effect of a liguid dispersing agent and a microcrystalline additive on the physical properties of type IV gypsum. J Prosthet Dent, 60, 630-637, 1988.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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