低沾染研磨振动研磨机及其使用方法技术

本发明专利技术提供了一种用于研磨牙齿填料的振动研磨机（２），其带有一个研磨室（１８），研磨室上优选涂敷着一层耐磨损聚合物（１６），研磨室中填充着玻璃球（２０），玻璃球的直径在大约０．１ｍｍ至１０．０ｍｍ的范围内而折射率与将要被研磨的牙齿填料基本相配。还提供一种方法，其利用研磨机（２）和介质（２０）加工出基本纯净的研磨颗粒，颗粒的平均颗粒尺寸小于可见光的平均波长，当颗粒被用于牙齿修复复合材料中后，会使固化的材料具有良好的光学性能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种振动研磨机及其使用方法，其用于研磨亚微米级尺寸的适用于牙齿复合材料中的高纯度增强颗粒。均匀分布于牙齿复合材料中的高纯度亚微米级尺寸的增强颗粒，可以在临床使用中提供高的透明度，高强度，提高了的耐磨损性能及光泽保持性能。在牙科中，医生使用各种修复材料以制作牙冠、镶片、定向填充物、嵌体、覆盖层和夹板。合成树脂是一种修复材料，其为诸如无机填料颗粒等增强剂在可聚合树脂基体中的悬浮液。这些材料可以是弥散加强的或颗粒加强的，这取决于填料的类型；或者它们可以是混合复合材料或可流动复合材料，这取决于填料的承载形式。在C·安杰莱蒂克斯(C.Angeletakis)等人1999年3月17日提交的申请系列号为09/270,999、标题为“最佳颗粒尺寸的混合复合材料”的美国专利申请(整体结合在此作为参考)中，对这些材料进行了全面的讨论。高纯度亚微米级颗粒可以产生所需的强光泽和高透明度等光学性能，因此可以用在这些合成树脂材料中。在复合材料，例如呈牙齿颜色的牙齿修复材料中，树脂基体和填料的折射率必须相匹配，以获得类似于牙齿结构的透明度。此外，对于利用可见光引发聚合反应以固化的材料来说，这种透明度也是必需的。配制人员具有相对较大的选择余地以调节树脂的折射率，这是因为折射率在1.48至1.55之间的树脂在商业上很容易得到。然而，玻璃填料的配制却极其复杂。玻璃填料的纯度必须非常高，这是因为即使杂质的数量很少，低至百万分之几(ppm)的比例，在填料弥散在树脂中后，也会显得非常突出。此外，聚合树脂的折射率必须与填料的折射率非常相配。这一点在颗粒尺寸较小时特别重要，这是因为，众所周知，由牙齿复合材料的不透明性引起的光学散射现象与填料折射率和树脂折射率之间的绝对差值成正比。如果采用下面在本专利技术的详细说明书中所描述的方法测量到的弥散在树脂中的研磨填料的透明度达不到至少45，则难以使包含颜料和其它添加剂的最终修复材料具有所需的与患者牙齿颜色一致的明暗度。因为磨损和剥落可以产生杂质，因此以前所用的制造亚微米级颗粒的研磨方法现已发现不适合于牙齿复合材料中的填料。在牙齿复合材料中包含杂质可能降低透明度并对颜色具有负面影响，从而使得复合材料不能用在牙洞中。现有技术中的搅拌研磨机的例子见于美国专利Nos.5,335,867、4,129,261和4,117,981中，这些专利均已转让给德赖斯有限公司(Draiswerke GmbH)，并均整体结合在此作为参考；以及5,065,946中，其已转让给松下电器产业株式会社(Matsushita Electric Industrial Co.)，并整体结合在此作为参考。这些现有技术中的研磨机通常包含陶瓷或金属搅拌器和研磨室。在研磨过程中，搅拌器和研磨室中的陶瓷或金属材料会剥落和磨损，而磨损下来的颗粒会紧密与被研磨的材料混合。在研磨牙齿修复材料中所用的填料时，由于这些磨损下来的颗粒会对修复材料的光学性能产生负面影响，因此它们是不可接受的。磨损下来的颗粒会由于光学的散射作用而导致透明度下降，并且会产生不自然的颜色。新泽西州的德赖斯公司(Draiswerke，Inc.，Mahwah，N.J)在其PML-H/V型设备中的搅拌器和研磨室上施加一个聚氨脂敷层。然而，这个敷层所用的颜料也会沾染复合材料，使得复合材料不能用于牙齿上。干式研磨和湿式研磨是是两种主要的研磨方法。在干式研磨过程中，利用空气或惰性气体保持颗粒悬浮。然而，精细颗粒可能在范德华力的作用下聚集，从而限制了干式研磨在亚微米级颗粒尺寸上的应用。湿式研磨中利用诸如水或酒精等液体以控制精细颗粒的聚集。因此，通常采用湿式研磨以粉碎亚微米级尺寸的颗粒。湿式研磨机中通常包含球形介质，用以施加足够的力以打碎悬浮在液体介质中的颗粒。研磨装置是根据向介质施加运动所用的方法而分类的。施加在湿球上的研磨运动包括翻转、振动、行星运动和搅动。虽然可以通过这些类型的研磨运动而形成亚微米级颗粒，但通常搅动或搅拌球研磨机效率最高。搅拌球研磨机也被称作碾磨或搅动研磨机，其具有很多优点，例如能效高、固体处理能力高、输出制品的尺寸分布窄以及能够加工出均匀的浆料等。搅拌球研磨机在使用中的主要变量是搅拌速度、悬浮流速、滞留时间、浆料粘度、输入固体的尺寸、研磨介质的尺寸和所需制品尺寸等。作为一个一般规律，当利用搅拌研磨机将颗粒研磨到平均颗粒尺寸为研磨介质尺寸的1/1000时，操作效率最高。为了获得0.05μm至0.50μm的平均尺寸，可以采用尺寸小于0.45mm的研磨介质。直径在大约0.2mm至大约0.6mm的研磨介质可以从新泽西州的托售陶瓷公司(TosohCeramics，Bound Brook，New Jersey)购买到。因此，为了使研磨最优化，希望采用的研磨介质的尺寸为所需颗粒尺寸的1000倍左右。这将使所需研磨时间最小化。如前面简要讨论，难以利用现有研磨过程获得这样精细的颗粒尺寸，因为研磨机中的内部部件会沾染浆料。此外，研磨介质的磨损和剥落也会使浆料受到沾染。如果采用硬材料作为研磨介质，例如氧化钇稳定氧化锆(YTZ或Y-TZP，其中TZP为四方多晶体氧化锆)，其维氏硬度大于或等于11GPa，这样可使因研磨机磨损和剥落引起的沾染最小化，从而使填料的浑浊化最小。Y-TZP具有精细的粒度、高强度和高的断裂韧性。高强度Y-TZP是在大约1550℃下烧结成形的，从而形成了四方晶粒，即1-2μm的四方晶粒与4-8μm的立方晶粒的混合物，并且使Y-TZP具有高强度(1000MPa)、高断裂韧性(8.5MPa m1/2)和极好的耐磨性能。由于能够抵抗磨损和剥落，因此Y-TZP的使用提供了适宜的研磨介质，以获得平均颗粒尺寸小于0.5μm的相对纯净、透明度高的结构填料。然而，YTZ研磨介质非常昂贵。因此，尽管使用YTZ研磨介质的低沾染搅拌研磨机耗时较少，但由于研磨介质和设备的费用高，因而成本较高。此外，尽管采用耐磨YTZ研磨介质可以使研磨填料颗粒沾染降低，但搅拌球研磨机仍会使一定量的杂质进入含有研磨填料的牙齿复合材料中，这种沾染的量级太高因此不能被接受。搅拌器产生的高强度研磨作用以及介质的高动量将导致研磨室壁的磨损和剥落，如前面所讨论。申请人在1999年3月17日提交的申请系列号为09/271,639、标题为“低沾染研磨搅拌研磨机及其使用方法”并且整体结合在此作为参考的美国专利申请中，描述了一种解决方法。该专利中提出，研磨机的各个内部部件由耐磨YTZ材料制成，研磨室的内部涂敷一层不含颜料的聚合物，这种聚合物不会对研磨材料的光学性能产生负面影响。另一种解决研磨牙齿填料被沾染的可行途径是使用粗糙度低的振动研磨方法。振动球研磨机通常用于亚微米级颗粒研磨，因为这种研磨机可以以低成本、制品精细且尺寸分布均匀、能耗低以及沾染低等而获得高生产率。研磨速度取决于介质的形状和尺寸。根据美国金属协会的工程材料手册〔Engineered MaterialsHandbook，Desk Edition，ASM International，p742(1995)〕，优选采用圆柱形的介质，这是因为这种介质可以绕着一个轴旋转，因而产生小的剪切力。在使用振动研磨机时，主要变量是振幅、研磨机中产生的能量、浆料粘度、输入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高效研磨亚微米级尺寸的高纯度牙齿填料颗粒的方法，其特征在于，它包含以下步骤：提供一个振动研磨机，其带有一个研磨室；在研磨室中充入玻璃球，玻璃球的直径在大约０．１ｍｍ至大约１０．０ｍｍ的范围内；在研磨室中充入一种容纳着将要 被研磨的牙齿填料颗粒的湿浆料；将研磨室振动一定时间，该时间足以将颗粒研磨到平均颗粒尺寸为大约０．０５μｍ至大约０．５０μｍ；以及将浆料从研磨介质中分离出来。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托斯安杰莱蒂克斯，
申请(专利权)人：克尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]