低沾染研磨振動研磨機及其使用方法

專利名稱：低沾染研磨振動研磨機及其使用方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種振動研磨機及其使用方法，其用于研磨亞微米級尺寸的適用于牙齒復合材料中的高純度增強顆粒。均勻分布于牙齒復合材料中的高純度亞微米級尺寸的增強顆粒，可以在臨床使用中提供高的透明度，高強度，提高了的耐磨損性能及光澤保持性能。
在牙科中，醫(yī)生使用各種修復材料以制作牙冠、鑲片、定向填充物、嵌體、覆蓋層和夾板。合成樹脂是一種修復材料，其為諸如無機填料顆粒等增強劑在可聚合樹脂基體中的懸浮液。這些材料可以是彌散加強的或顆粒加強的，這取決于填料的類型；或者它們可以是混合復合材料或可流動復合材料，這取決于填料的承載形式。在C·安杰萊蒂克斯(C.Angeletakis)等人1999年3月17日提交的申請系列號為09/270,999、標題為“最佳顆粒尺寸的混合復合材料”的美國專利申請(整體結(jié)合在此作為參考)中，對這些材料進行了全面的討論。高純度亞微米級顆?？梢援a(chǎn)生所需的強光澤和高透明度等光學性能，因此可以用在這些合成樹脂材料中。
在復合材料，例如呈牙齒顏色的牙齒修復材料中，樹脂基體和填料的折射率必須相匹配，以獲得類似于牙齒結(jié)構(gòu)的透明度。此外，對于利用可見光引發(fā)聚合反應以固化的材料來說，這種透明度也是必需的。配制人員具有相對較大的選擇余地以調(diào)節(jié)樹脂的折射率，這是因為折射率在1.48至1.55之間的樹脂在商業(yè)上很容易得到。然而，玻璃填料的配制卻極其復雜。玻璃填料的純度必須非常高，這是因為即使雜質(zhì)的數(shù)量很少，低至百萬分之幾(ppm)的比例，在填料彌散在樹脂中后，也會顯得非常突出。此外，聚合樹脂的折射率必須與填料的折射率非常相配。這一點在顆粒尺寸較小時特別重要，這是因為，眾所周知，由牙齒復合材料的不透明性引起的光學散射現(xiàn)象與填料折射率和樹脂折射率之間的絕對差值成正比。如果采用下面在本發(fā)明的詳細說明書中所描述的方法測量到的彌散在樹脂中的研磨填料的透明度達不到至少45，則難以使包含顏料和其它添加劑的最終修復材料具有所需的與患者牙齒顏色一致的明暗度。
因為磨損和剝落可以產(chǎn)生雜質(zhì)，因此以前所用的制造亞微米級顆粒的研磨方法現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)不適合于牙齒復合材料中的填料。在牙齒復合材料中包含雜質(zhì)可能降低透明度并對顏色具有負面影響，從而使得復合材料不能用在牙洞中。現(xiàn)有技術中的攪拌研磨機的例子見于美國專利Nos.5,335,867、4,129,261和4,117,981中，這些專利均已轉(zhuǎn)讓給德賴斯有限公司(Draiswerke GmbH)，并均整體結(jié)合在此作為參考；以及5,065,946中，其已轉(zhuǎn)讓給松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社(Matsushita Electric Industrial Co.)，并整體結(jié)合在此作為參考。這些現(xiàn)有技術中的研磨機通常包含陶瓷或金屬攪拌器和研磨室。在研磨過程中，攪拌器和研磨室中的陶瓷或金屬材料會剝落和磨損，而磨損下來的顆粒會緊密與被研磨的材料混合。在研磨牙齒修復材料中所用的填料時，由于這些磨損下來的顆粒會對修復材料的光學性能產(chǎn)生負面影響，因此它們是不可接受的。磨損下來的顆粒會由于光學的散射作用而導致透明度下降，并且會產(chǎn)生不自然的顏色。新澤西州的德賴斯公司(Draiswerke，Inc.，Mahwah，N.J)在其PML-H/V型設備中的攪拌器和研磨室上施加一個聚氨脂敷層。然而，這個敷層所用的顏料也會沾染復合材料，使得復合材料不能用于牙齒上。
干式研磨和濕式研磨是是兩種主要的研磨方法。在干式研磨過程中，利用空氣或惰性氣體保持顆粒懸浮。然而，精細顆?？赡茉诜兜氯A力的作用下聚集，從而限制了干式研磨在亞微米級顆粒尺寸上的應用。濕式研磨中利用諸如水或酒精等液體以控制精細顆粒的聚集。因此，通常采用濕式研磨以粉碎亞微米級尺寸的顆粒。
濕式研磨機中通常包含球形介質(zhì)，用以施加足夠的力以打碎懸浮在液體介質(zhì)中的顆粒。研磨裝置是根據(jù)向介質(zhì)施加運動所用的方法而分類的。施加在濕球上的研磨運動包括翻轉(zhuǎn)、振動、行星運動和攪動。雖然可以通過這些類型的研磨運動而形成亞微米級顆粒，但通常攪動或攪拌球研磨機效率最高。
攪拌球研磨機也被稱作碾磨或攪動研磨機，其具有很多優(yōu)點，例如能效高、固體處理能力高、輸出制品的尺寸分布窄以及能夠加工出均勻的漿料等。攪拌球研磨機在使用中的主要變量是攪拌速度、懸浮流速、滯留時間、漿料粘度、輸入固體的尺寸、研磨介質(zhì)的尺寸和所需制品尺寸等。作為一個一般規(guī)律，當利用攪拌研磨機將顆粒研磨到平均顆粒尺寸為研磨介質(zhì)尺寸的1/1000時，操作效率最高。為了獲得0.05μm至0.50μm的平均尺寸，可以采用尺寸小于0.45mm的研磨介質(zhì)。直徑在大約0.2mm至大約0.6mm的研磨介質(zhì)可以從新澤西州的托售陶瓷公司(TosohCeramics，Bound Brook，New Jersey)購買到。因此，為了使研磨最優(yōu)化，希望采用的研磨介質(zhì)的尺寸為所需顆粒尺寸的1000倍左右。這將使所需研磨時間最小化。
如前面簡要討論，難以利用現(xiàn)有研磨過程獲得這樣精細的顆粒尺寸，因為研磨機中的內(nèi)部部件會沾染漿料。此外，研磨介質(zhì)的磨損和剝落也會使?jié){料受到沾染。如果采用硬材料作為研磨介質(zhì)，例如氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YTZ或Y-TZP，其中TZP為四方多晶體氧化鋯)，其維氏硬度大于或等于11GPa，這樣可使因研磨機磨損和剝落引起的沾染最小化，從而使填料的渾濁化最小。Y-TZP具有精細的粒度、高強度和高的斷裂韌性。高強度Y-TZP是在大約1550℃下燒結(jié)成形的，從而形成了四方晶粒，即1-2μm的四方晶粒與4-8μm的立方晶粒的混合物，并且使Y-TZP具有高強度(1000MPa)、高斷裂韌性(8.5MPa m1/2)和極好的耐磨性能。由于能夠抵抗磨損和剝落，因此Y-TZP的使用提供了適宜的研磨介質(zhì)，以獲得平均顆粒尺寸小于0.5μm的相對純凈、透明度高的結(jié)構(gòu)填料。然而，YTZ研磨介質(zhì)非常昂貴。因此，盡管使用YTZ研磨介質(zhì)的低沾染攪拌研磨機耗時較少，但由于研磨介質(zhì)和設備的費用高，因而成本較高。
此外，盡管采用耐磨YTZ研磨介質(zhì)可以使研磨填料顆粒沾染降低，但攪拌球研磨機仍會使一定量的雜質(zhì)進入含有研磨填料的牙齒復合材料中，這種沾染的量級太高因此不能被接受。攪拌器產(chǎn)生的高強度研磨作用以及介質(zhì)的高動量將導致研磨室壁的磨損和剝落，如前面所討論。申請人在1999年3月17日提交的申請系列號為09/271,639、標題為“低沾染研磨攪拌研磨機及其使用方法”并且整體結(jié)合在此作為參考的美國專利申請中，描述了一種解決方法。該專利中提出，研磨機的各個內(nèi)部部件由耐磨YTZ材料制成，研磨室的內(nèi)部涂敷一層不含顏料的聚合物，這種聚合物不會對研磨材料的光學性能產(chǎn)生負面影響。
另一種解決研磨牙齒填料被沾染的可行途徑是使用粗糙度低的振動研磨方法。振動球研磨機通常用于亞微米級顆粒研磨，因為這種研磨機可以以低成本、制品精細且尺寸分布均勻、能耗低以及沾染低等而獲得高生產(chǎn)率。研磨速度取決于介質(zhì)的形狀和尺寸。根據(jù)美國金屬協(xié)會的工程材料手冊〔Engineered MaterialsHandbook，Desk Edition，ASM International，p742(1995)〕，優(yōu)選采用圓柱形的介質(zhì)，這是因為這種介質(zhì)可以繞著一個軸旋轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生小的剪切力。在使用振動研磨機時，主要變量是振幅、研磨機中產(chǎn)生的能量、漿料粘度、輸入固體的尺寸、研磨介質(zhì)的尺寸和所需制品尺寸等。由于振動研磨機中的研磨強度低，因此同攪拌研磨機相比，研磨室壁和研磨介質(zhì)的磨損和剝落較少。然而，即使是這種低強度研磨，也會在研磨填料中產(chǎn)生相當量級的不可接受的沾染。
此外，以前尚未發(fā)現(xiàn)有振動研磨機用于低沾染研磨平均尺寸小于可見光波長的顆粒的先例。美國專利No.4,544,359中描述了一種牙齒修復材料，修復材料中包含一種硼硅酸鹽玻璃/硅酸鋇填料，其平均顆粒尺寸為大約0.5μm至5.0μm。填料用傳統(tǒng)的濕式研磨方法研磨，例如采用振動研磨，研磨介質(zhì)采用低氧化鋁、陶瓷球、不銹鋼球、硼硅酸鹽玻璃棒或任何其它低氧化鋁，無沾染研磨介質(zhì)。因此，需要有一種低沾染振動研磨機及其使用方法，以制造出平均顆粒尺寸小于0.5μm的顆粒，從而使填料暴露在可見光下時不會渾濁化。
本發(fā)明的目的是提供一種振動研磨機及其使用方法，其中振動研磨機帶有一個研磨室，研磨室中填充著玻璃球，玻璃球的尺寸和折射率適合于研磨出基本純凈的顆粒，顆粒的尺寸范圍是0.05μm-0.5μm，并且在與一種樹脂基體混合并采用本說明書中的方法測量時，透明度至少為大約45。為此，根據(jù)本發(fā)明的基本原理，具有預定折射率的填料被一種具有基本上同樣大小折射率的玻璃介質(zhì)研磨，這樣，當含有介質(zhì)顆粒的研磨填料被彌散到一樹脂基體中并暴露在可見光下時，介質(zhì)與填料之間的折射率差異不足以導致渾濁化。適于用在牙齒修復復合材料中的填料的折射率通常在大約1.48至大約1.55的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的基本原理，玻璃研磨介質(zhì)的硬度低于氧化釔穩(wěn)定氧化鋯，因此在研磨過程中可能發(fā)生的研磨介質(zhì)的磨損物應具有與填料類似的折射率，具體地講，是在大約1.46至大約1.56的范圍內(nèi)。一種適于用在牙齒修復復合材料中的不透射線填料的折射率在大約1.51至大約1.55的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的基本原理，用于研磨不透射線填料的玻璃研磨介質(zhì)的折射率在大約1.48至大約1.56的范圍內(nèi)。一種適于用在牙齒修復復合材料中的非不透射線填料的折射率在大約1.48至大約1.51的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的基本原理，用于研磨非不透射線填料的玻璃研磨介質(zhì)的折射率在大約1.46至大約1.52的范圍內(nèi)。
在本發(fā)明的另一個實施例中，研磨填料與一種折射率為大約1.48至大約1.55的甲基丙烯酸樹脂混合，以制成牙齒美容修復中所用的可固化復合材料軟膏。
利用本發(fā)明的振動研磨機和介質(zhì)制成的填料顆粒在尺寸上可以有很大不同；然而，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，平均顆粒尺寸在大約0.05μm至大約0.5μm之間的顆粒可以為承載牙齒修復結(jié)構(gòu)提供所需的高強度，同時又可以在臨床應用時滿足美容修復所需的光澤外觀。此外，當作為填料用在牙齒復合材料中時，研磨機產(chǎn)生的非球形顆?？梢蕴岣咂湓跇渲械恼持?，從而進一步提高了復合材料的整體強度。利用本發(fā)明的研磨機和介質(zhì)所研磨的填料顆粒具有高純度，并優(yōu)選平均顆粒尺寸小于可見光波長，即小于大約0.5μm，而且可以被加到甲基丙烯酸樹脂中并固化以制成透明度至少為大約45的復合材料。利用本發(fā)明還可以制成牙齒復合材料之外用途的高純度的各種尺寸及尺寸分布的研磨顆粒。
采用本發(fā)明及其玻璃球介質(zhì)和最佳參數(shù)，可以制成所需尺寸的顆粒，顆粒不會受到有害沾染且顆粒尺寸分布較窄。窄的顆粒尺寸分布可以使0.5μm之上的顆粒所占比例最小化，而如果帶有這樣的顆粒，可以導致臨床應用時產(chǎn)生無光澤表面。


圖1是本發(fā)明的振動研磨機的俯視圖；圖2A是本發(fā)明的振動研磨機中研磨的粒子在20,000X放大率下的掃描電鏡照片圖；圖2B是本發(fā)明的振動研磨機中研磨的粒子在50,000X放大率下的掃描電鏡照片圖；圖3A是現(xiàn)有技術中通過溶膠處理所加工出的填料粒子在20,000X放大率下的掃描電鏡照片圖；以及圖3B是現(xiàn)有技術中通過溶膠處理所加工出的填料粒子在100,000X放大率下的掃描電鏡照片圖。
本發(fā)明的一優(yōu)選實施方式為一種振動研磨機，如肯塔基州的斯韋科公司(Sweco，F(xiàn)lorence，KY)提供的M45-L(521升容量)和M18-L(44升容量)型的研磨機，這些研磨機在研磨室中帶有一個聚氨脂耐磨內(nèi)襯。
如
圖1所示，本發(fā)明的振動研磨機2中包含一個大致圓筒形的外殼10，其支撐著一個內(nèi)殼12，內(nèi)殼12也呈大致圓筒形并構(gòu)成了一個環(huán)繞著一個中心柱管14的套環(huán)。內(nèi)殼12承載著一個聚合物襯套16，襯套的類型將在后面介紹，用以防止內(nèi)殼12被磨損。內(nèi)殼12與聚合物襯套16總體上確定了研磨室18。研磨室18中充入研磨介質(zhì)20，介質(zhì)的類型將在后面介紹。研磨室18通過漿料入口22a充入將要被研磨的材料，而漿料則通過漿料出口22b而從研磨室排出。研磨室18在一個裝有適宜中心配重的電機24的帶動下以大約1/4英寸的振幅上下振動，從而將振動運動傳遞到研磨介質(zhì)20上，以研磨顆粒漿料。漿料出口22b可以帶有一個介質(zhì)保持架26，其與漿料出口22b可以進行液體傳遞。介質(zhì)保持架26可以使?jié){料通過漿料出口22b流出振動研磨機，同時又將介質(zhì)20保持在研磨室18中。對于大容量振動研磨機，例如521升容量的M45-L型研磨機，需要有一個泵，以實現(xiàn)漿料從室頂部到底部的循環(huán)，以確保研磨過程中漿料的均勻性。
本發(fā)明采用的研磨介質(zhì)20是玻璃球，優(yōu)選為堿石灰玻璃球，例如新澤西州的賈伊佝公司(Jaygo Inc.，Union，NJ)提供的LFK玻璃球。可以提供直徑為0.1mm至10.0mm的玻璃球，但優(yōu)選為選用直徑為2.0mm至10.0mm的球。堿石灰玻璃球的硬度約為5GPa。在攪拌研磨時，一般優(yōu)選更小尺寸的球，但在振動研磨時，中等到大尺寸的球可以獲得更好的結(jié)果，雖然研磨時間較長。玻璃球優(yōu)選為球形；然而，也可以采用相應于球形尺寸的其它形狀的球，如扁圓形或圓柱形的球。
本發(fā)明采用的研磨介質(zhì)20的折射率在量值上基本上與被研磨的填料材料的折射率相同。由于在研磨過程中研磨介質(zhì)有被磨損的可能性，從而會沾染填料，而本發(fā)明通過使研磨介質(zhì)顆粒與填料顆粒的折射率基本上相匹配的方式，從而消除了沾染物的有害光學作用。正是由于研磨介質(zhì)顆粒與填料顆粒之間的折射率差異，才使得當填料彌散在一種樹脂基體中并暴露在可見光下后使復合材料渾濁化。這樣，通過根據(jù)本發(fā)明的原理研磨結(jié)構(gòu)填料，填料/樹脂混合物的透明度(半透明度)可以保持在至少45以上的值。
本發(fā)明認識到研磨介質(zhì)的硬度和折射率與填料的硬度和折射率之間存在一定的關系。研磨介質(zhì)的硬度必須等于或大于正在研磨的填料的硬度，但又不必象攪拌研磨那樣的更粗研磨工藝中所用硬度那樣硬(例如YTZ，其采用11GPa或以上的維氏硬度)。玻璃球研磨介質(zhì)越硬，即接近于氧化鋯的硬度，則研磨介質(zhì)的折射率越不成為顯著因素，這是由于研磨介質(zhì)對磨損和剝落的抵抗力越高了。然而，材料越硬，其價格越高。玻璃球研磨介質(zhì)越軟，越容易出現(xiàn)磨損和剝落，因而折射率在防止沾染方面起的作用也越顯著。此外，介質(zhì)材料越軟，越需要折射率的值相配。下面的數(shù)據(jù)可以作為一般解釋而不是提供實際值。對于處于硬度范圍中最軟端的玻璃材料，需要研磨介質(zhì)的折射率在填料折射率的+/-0.02的范圍內(nèi)。對于處于硬度范圍中中間部分的玻璃材料，只需使研磨介質(zhì)的折射率在填料折射率的+/-0.04的范圍內(nèi)，即可達到基本上相配以防止沾染的目的。向著硬度范圍的上端(處于硬度范圍中最硬端附近的玻璃材料)，由于幾乎沒有磨損出現(xiàn)，因此折射率成為無關因素。因此，根據(jù)本發(fā)明的基本原理，振動研磨可以采用相對軟且低成本的玻璃介質(zhì)，但是玻璃介質(zhì)和填料的折射率必須基本上相配。
因此，本發(fā)明的焦點是一種研磨高純度牙齒填料的方法，其中所用研磨介質(zhì)的硬度使得，在研磨過程中研磨介質(zhì)可以出現(xiàn)磨損和/或剝落。對于一個本技術領域內(nèi)的專業(yè)人員來說，了解到硬度和折射率之間的一般關系，即可確定出何時折射率成為一個顯著因素以及玻璃研磨介質(zhì)與填料的折射率需要在何種程度上相配，以使填料/樹脂的半透明度至少為45。
為了測量彌散在樹脂中的填料的半透明度，可以采用下面的方法。干燥的研磨填料先通過一個100目的塑料濾網(wǎng)篩取，再進行硅烷處理，即在一個V形混合器中噴灑2.5％重量的γ-三甲氧基-甲基丙烯酰氧基-丙基硅烷(Gamma-trimethoxy-methacryloxy-propylsilane)水解溶液，以使填料具有疏水性。之后，將填料和甲基丙烯酸樹脂在—如新澤西州的查爾斯·羅斯父子公司(Charles Ross and Son Company，Hauppage，NY)生產(chǎn)的行星式混合器，或一離心式混合器，如德國豪斯查爾德工程公司(HausschildEngineering，Hamm，Germanny)提供的高速混合器中混合，其重量比例為70％的填料和30％的樹脂，從而獲得一種軟膏。之后，所獲得的軟膏被排氣，即在真空狀態(tài)下在一碗中攪拌5分鐘。之后，放置在一個直徑20mm、厚1mm的模具中并通過一個鹵化鎢絲燈在每側(cè)固化60秒鐘，以獲得一個固化試樣。之后，用一個如馬里蘭州BYK一加德納公司(BYK-Gardner，Columbia，MD)提供的TCS色度計，在透射模式下測量半透明度，即把試樣放置在透射附件上并讀取Y值。通過上面的過程，可以測量到，在振動研磨機中被研磨至0.4微米的出自佛羅里達州專用玻璃公司(Specialty Glass，Oldsmar，F(xiàn)L)的SP345鋇玻璃的半透明度為54.3，而在振動研磨機中被研磨至0.4微米的出自德國朔特玻璃廠(Schott Glasswerke，Landshut，Germany)的GM27884鋇玻璃的半透明度也是54.3。然而，當利用YTZ研磨介質(zhì)在攪拌研磨機中將GM27884鋇玻璃研磨到0.4微米時，半透明度為48.6，這個值雖然也可以接受，但要低于振動研磨機所獲得的值。因此，本發(fā)明提供了一種高效研磨牙齒填料的方法，其成本低且光學結(jié)果出色。
采用相同的程序可以對最終完全配制的復合材料作半透明度測量，最終完全配制的復合材料中通常包含硅烷化發(fā)煙硅石、顏料和其它添加劑，從而在各個值之間建立一種關系，以使完全配制的遮光復合材料獲得可接受的半透明度。例如，對于采用了振動研磨機研磨的鋇玻璃的A3遮光材料，配制的修復材料的相應值為37。由于填料的純度是通過本發(fā)明的研磨方法控制的，因此，配制者可以通過使研磨填料與樹脂基體的折射率相配，以使最終的修復復合材料可以被用于美容修復。
牙齒修復復合材料中所用的填料的折射率通常在大約1.48至大約1.55之間。因此，根據(jù)本發(fā)明的基本原理，為保持前面所述的硬度與折射率之間的一般關系，用于研磨顆粒的相對較軟的玻璃研磨介質(zhì)的折射率應當在大約1.46至大約1.56之間。一般來說，玻璃研磨介質(zhì)的折射率越高，磨損的顆粒越容易產(chǎn)生有害的光學效果。
下面的數(shù)據(jù)可作為示例，但不構(gòu)成限制，對于不透射線的填料材料，其折射率通常為大約1.51至大約1.55。因此，用于研磨不透射線填料的相對較軟的玻璃研磨介質(zhì)的折射率應當為大約1.48至大約1.56，以消除因磨掉的介質(zhì)材料進入填料所產(chǎn)生的任何有害效果。
對于非不透射線的填料材料，其折射率通常為大約1.48至大約1.51。因此，用于研磨非不透射線填料的相對較軟的玻璃研磨介質(zhì)的折射率應當為大約1.46至大約1.52，以消除因磨掉的介質(zhì)材料進入填料所產(chǎn)生的任何有害效果。
通過本發(fā)明的研磨方法，研磨介質(zhì)的磨損可能會使外界顆粒進入被研磨的填料顆粒，但由于這些顆粒不會使填料渾濁化，因此它們是非沾染性的。因此，即使有來自研磨介質(zhì)的外界顆粒，也可以確保混入了研磨結(jié)構(gòu)填料的最終修復復合材料具有所需光學質(zhì)量。
如前所述，雖然由于研磨介質(zhì)的強度較低而使得研磨室18的內(nèi)殼或壁12在振動研磨中不易出現(xiàn)磨損和剝落，但仍然優(yōu)選在內(nèi)殼12上涂敷一個聚合物襯套16，以防止任何可能出現(xiàn)的磨損。對于攪拌研磨機，例如申請人C·安杰萊蒂克斯(C.Angeletakis)在1999年3月17日提交的申請系列號為09/271,639、標題為“低沾染研磨攪拌研磨機及其使用方法”并且整體結(jié)合在此作為參考的專利中所描述的攪拌研磨機中，用于涂敷研磨室的聚合物材料是一種不含顏料的聚合物?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，著色聚合物襯套中的顏料可以沾染在攪拌研磨機中研磨的結(jié)構(gòu)填料，并因此沾染牙齒復合材料。因此，可在研磨室內(nèi)表面上涂敷一層不含顏料的或透明的聚合物，優(yōu)選厚度為至少0.005英寸，以防止結(jié)構(gòu)填料被沾染。雖然在振動研磨機中聚合物襯套被磨損的可能性較小，但仍然優(yōu)選在本發(fā)明的振動研磨機內(nèi)殼上涂敷不含顏料的或透明的聚合物襯套。
本發(fā)明的振動研磨機特別適合于成形所需平均顆粒尺寸在大約0.05μm至大約0.50μm之間的牙齒修復所用結(jié)構(gòu)填料顆粒。適用于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)填料包括鋁硅酸鋇鎂玻璃、硼硅酸鋁鋇玻璃、非晶二氧化硅(非晶質(zhì)硅石)；二氧化硅-氧化鋯；二氧化硅-二氧化鈦；氧化硅鈦鋇、石英、氧化鋁和其它無機氧化物顆粒。
為提供平均顆粒尺寸在0.5μm以下的研磨顆粒，本發(fā)明的研磨機可以大范圍地粉碎顆粒。本發(fā)明的研磨機所提供的粉碎功能可以將顆粒從團塊上分離下來而使被研磨的顆粒散開，通過破碎以及通過產(chǎn)生大量的非常精細的顆粒而增大顆粒間的特定接觸表面面積從而減小顆粒尺寸、消除大的顆粒。顆粒在本發(fā)明的振動研磨機中是通過下面的聯(lián)合作用而實現(xiàn)尺寸減小的與研磨介質(zhì)碰撞、被研磨介質(zhì)研磨以及顆粒間的相互研磨。本發(fā)明的振動研磨機中采用了裝填的玻璃球作為研磨介質(zhì)，這種研磨介質(zhì)可以在40至150小時內(nèi)以很低的成本加工出平均尺寸在大約0.05μm至大約0.50μm之間的高純度顆粒。在振動研磨過程中，相對較軟的玻璃研磨介質(zhì)可能會磨損和剝落，從而使外界介質(zhì)材料進入所研磨的填料材料中。然而，由于本發(fā)明采用的玻璃介質(zhì)的折射率與填料材料基本相配，因此填料以及最終的修復復合材料的透明度不會受到影響，因而外界顆粒不會構(gòu)成有害沾染。對于牙齒修復復合材料，光學效果是最重要的。因此，如果復合材料中所含外界顆粒對材料的光學性能沒有負面影響，那么這種復合材料對于任何實際應用均是無沾染的。
實施例為了配制一種包含于牙齒復合材料中的結(jié)構(gòu)填料，3公斤將要被研磨的填料材料，如硼硅酸鋁玻璃，例如，由專用玻璃公司(Specialty Glass，Oldsmar，F(xiàn)L)生產(chǎn)的折射率為1.541的SP345型，或德國朔特玻璃公司(Schott Glasswerke，Landshut，Germany)生產(chǎn)的折射率為1.528的GM27884型，被填充到一個由肯塔基州的斯韋科公司(Sweco，F(xiàn)lorence，KY)提供，型號為M18-L，總?cè)莘e為44升的振動研磨機中，該研磨機具有一個透明聚氨脂包層研磨室并容納著110磅的由賈伊佝公司(Jaygo，Inc.)提供的作為研磨介質(zhì)的玻璃球。這些玻璃球的折射率為1.52。利用不同尺寸的玻璃球作四個單獨的試驗。試驗A采用直徑2.0mm的玻璃球，試驗B采用直徑4.0mm的玻璃球，試驗C采用直徑6.0mm的玻璃球，而試驗D采用直徑8.0mm的玻璃球。當研磨機中填充了填料顆粒后，將研磨機加水至玻璃球表面上方10mm處。之后，研磨機開始振動以粉碎顆粒。在研磨過程中，結(jié)構(gòu)填料顆粒會與研磨介質(zhì)碰撞、被研磨介質(zhì)研磨、顆粒彼此之間相互研磨，從而在顆粒上產(chǎn)生棱邊和刻面。每個棱邊將為樹脂提供出一個粘著位置，從而提高固化復合材料的整體強度。這些棱邊可以在圖2A和2B中看到。
當填料漿料從研磨機中排出之后，一般可以通過激光散射法測量平均顆粒尺寸。激光散射法是一種通過探測散射光線的平均相對傾角強度而測量平均顆粒尺寸的方法。一束具有均勻波陣面的單色光射向試樣，光線被顆粒衍射或散射，一個探測器用于測量各種傾角下散射光的相對平均強度。從相對平均強度可以計算出平均顆粒尺寸和尺寸分布。施米茨(Schmitz)等人的美國專利No.5,610,712中公開了一種這樣的激光散射裝置，該專利結(jié)合在此作為參考。在本例中，采用了一個Horiba 2A-910型的激光散射平均顆粒尺寸測定器。通過上述方法配制的結(jié)構(gòu)填料的顆粒尺寸范圍在表1-4中給出。例如，在圖2中示出了對于SP345型硅酸鋇鋁玻璃，用直徑4.0mm的玻璃球研磨144小時后獲得的結(jié)果。其中，10％體積的填料顆粒的平均顆粒尺寸小于0.26μm；50％體積的填料顆粒的平均顆粒尺寸小于0.45μm；而90％體積的填料顆粒的平均顆粒尺寸小于0.73μm。
表1試驗A直徑2.0mm的玻璃球顆粒尺寸單位為微米
表2試驗B直徑4.0mm的玻璃球顆粒尺寸單位為微米
<p>表3試驗C直徑6.0mm的玻璃球顆粒尺寸單位為微米
表4試驗D直徑8.0mm的玻璃球顆粒尺寸單位為微米
如上面的表1-4中所示，采用以玻璃球為研磨介質(zhì)的振動研磨機，可以獲得0.5μm以下的平均顆粒尺寸。SP345型結(jié)構(gòu)填料與GM27884型結(jié)構(gòu)填料之間的研磨時間差別被認為是鋇含量的不同所導致的。SP345中含有30％的鋇，而GM27884中含有25％的鋇。鋇含量較低導致GM27884型填料顆粒更硬和更脆，因而也更容易研磨。在玻璃球尺寸方面，隨著球的尺寸從2mm增大到6mm，研磨效率提高了。這可以歸結(jié)為，碰撞中較大的動量會在研磨機構(gòu)中起到重要的作用。在球直徑從6mm增大到8mm時，則未觀察到研磨效率的提高。這一點在采用直徑10mm的球時也是如此。這可能意味著，與球的重量相比，接觸點之間增大的距離成為漸增的重要因素。
如圖2A和2B所示，在本發(fā)明的振動研磨機中利用4.0mm玻璃球研磨的SP345顆粒具有所需的平均顆粒尺寸，該平均顆粒尺寸小于可見光的平均波長，而且顆粒尺寸分布較窄。同圖3A和3B中所示的溶膠處理所產(chǎn)生的填料顆粒相比，振動研磨機可以產(chǎn)生更好的結(jié)果。此外，除了由于振動研磨機的能耗較低，因而需要明顯更長的時間外，振動研磨機所獲得的結(jié)果類似于申請人C·安杰萊蒂克斯(C.Angeletakis)在1999年3月17日提交的申請系列號為09/271,639、標題為“低沾染研磨攪拌研磨機及其使用方法”并且整體結(jié)合在此作為參考的專利中所要求保護和描述的攪拌研磨機。采用玻璃球研磨介質(zhì)可以實現(xiàn)低沾染研磨，但其成本要比采用YTZ研磨介質(zhì)的攪拌研磨機低得多。采用本發(fā)明的振動研磨機研磨的結(jié)構(gòu)填料制成的牙齒復合材料可以獲得高強度修復結(jié)構(gòu)，從而可以用作承載修復結(jié)構(gòu)，同時又可獲得良好的透明度和表面光澤，從而可以用于美容修復。采用了由系列號為09/271,639的專利申請中的攪拌研磨機而配制的結(jié)構(gòu)填料的牙齒復合材料的各種性能在C·安杰萊蒂克斯(C.Angeletakis)等人在1999年3月17日提交的申請系列號為09/270,999、標題為“最佳顆粒尺寸的混合復合材料”并且整體結(jié)合在此作為參考的美國專利申請中被測量和報告。在修復物放置六個月或更長時間后可以看到，即使有了明顯的磨損，表面光澤也很明顯。利用本發(fā)明的振動研磨機和介質(zhì)研磨的顆粒預計也有相似的結(jié)果。通過使用由本發(fā)明的振動研磨機和介質(zhì)研磨出的平均顆粒尺寸小于可見光平均波長的結(jié)構(gòu)填料顆粒，可以形成具有高表面光澤度和透明度以及高強度的牙齒復合材料。
雖然上面通過各個實施例對本發(fā)明進行了解釋而且這些實施例作了相當詳細的說明，但這并不意味著本發(fā)明人將附屬權(quán)利要求的范圍限制或以任何途徑局限于這些詳細說明。對于本技術領域的專業(yè)人員來說，顯然可以作出各種改進和修改。例如，可以采用不同尺寸的玻璃球在不同研磨時間內(nèi)將顆粒研磨到所需尺寸，而在顆粒尺寸和低沾染方面結(jié)果是相同的。因此，本發(fā)明在其廣泛的方面并不局限于這些特定的說明、圖示和描述的代表性復合材料。它們與現(xiàn)有的優(yōu)選敷層復合材料一起，只是作為對本發(fā)明的說明。而本發(fā)明本身則僅通過附屬的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于高效研磨亞微米級尺寸的高純度牙齒填料顆粒的方法，其特征在于，它包含以下步驟提供一個振動研磨機，其帶有一個研磨室；在研磨室中充入玻璃球，玻璃球的直徑在大約0.1mm至大約10.0mm的范圍內(nèi)；在研磨室中充入一種容納著將要被研磨的牙齒填料顆粒的濕漿料；將研磨室振動一定時間，該時間足以將顆粒研磨到平均顆粒尺寸為大約0.05μm至大約0.50μm；以及將漿料從研磨介質(zhì)中分離出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，玻璃球的折射率為大約1.46至大約1.56，而牙齒填料顆粒的折射率為大約1.48至大約1.55。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，玻璃球是堿石灰玻璃球。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，玻璃球的直徑為大約2.0mm至大約10.0mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，顆粒被研磨大約40小時至大約150小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，牙齒填料顆粒是一種不透射線的填料，其折射率為大約1.51至大約1.55，而玻璃球的折射率為大約1.48至大約1.56。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，牙齒填料顆粒是一種非不透射線的填料，其折射率為大約1.48至大約1.51，而玻璃球的折射率為大約1.46至大約1.52。
8.一種用于高效研磨亞微米級尺寸的高純度牙齒填料顆粒的方法，其特征在于，它包含以下步驟提供一個振動研磨機，其帶有一個研磨室，研磨室上涂覆有一個不含顏料的耐磨損聚合物敷層；在研磨室中充入玻璃球，玻璃球的直徑在大約0.1mm至大約10.0mm的范圍內(nèi)；在研磨室中充入一種容納著將要被研磨的牙齒填料顆粒的濕漿料；將研磨室振動一定時間，該時間足以將顆粒研磨到平均顆粒尺寸為大約0.05μm至大約0.50μm；以及將漿料從研磨介質(zhì)中分離出來。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，玻璃球的折射率為大約1.46至大約1.56，而牙齒填料顆粒的折射率為大約1.48至大約1.55。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，聚合物敷層是一種透明聚氨脂敷層。
11.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，玻璃球是堿石灰玻璃球。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，玻璃球的直徑為大約2.0mm至大約10.0mm。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，顆粒被研磨大約40小時至大約150小時。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，牙齒填料顆粒是一種不透射線的填料，其折射率為大約1.51至大約1.55，而玻璃球的折射率為大約1.48至大約1.56。
15.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于，牙齒填料顆粒是一種非不透射線的填料，其折射率為大約1.48至大約1.51，而玻璃球的折射率為大約1.46至大約1.52。
16.一種用于配制牙齒修復復合材料軟膏的方法，其特征在于，它包含以下步驟提供一個振動研磨機，其帶有一個研磨室；在研磨室中充入玻璃球，玻璃球的直徑在大約0.1mm至大約10.0mm的范圍內(nèi)，而折射率為大約1.46至大約1.56；在研磨室中充入一種容納著將要被研磨的牙齒填料顆粒的濕漿料，顆粒的的折射率為大約1.48至大約1.55；將研磨室振動一定時間，該時間足以將顆粒研磨到平均顆粒尺寸為大約0.05μm至大約0.50μm；將漿料從研磨介質(zhì)中分離出來；使?jié){料干燥，以制成干燥的研磨填料；以及將研磨填料與一種甲基丙烯酸樹脂混合，以制成一種軟膏，其中樹脂的折射率為大約1.48至大約1.55。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，玻璃球是堿石灰玻璃球。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，玻璃球的直徑為大約2.0mm至大約10.0mm。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其特征在于，顆粒被研磨大約40小時至大約150小時。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，牙齒填料顆粒是一種不透射線的填料，其折射率為大約1.51至大約1.55，而玻璃球的折射率為大約1.48至大約1.56。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，牙齒填料顆粒是一種非不透射線的填料，其折射率為大約1.48至大約1.51，而玻璃球的折射率為大約1.46至大約1.52。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包含這樣一個步驟在振動步驟中使?jié){料在研磨室中循環(huán)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其特征在于，漿料通過一個泵而在研磨室中循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于研磨牙齒填料的振動研磨機(2),其帶有一個研磨室(18),研磨室上優(yōu)選涂敷著一層耐磨損聚合物(16),研磨室中填充著玻璃球(20),玻璃球的直徑在大約0.1mm至10.0mm的范圍內(nèi)而折射率與將要被研磨的牙齒填料基本相配。還提供一種方法,其利用研磨機(2)和介質(zhì)(20)加工出基本純凈的研磨顆粒,顆粒的平均顆粒尺寸小于可見光的平均波長,當顆粒被用于牙齒修復復合材料中后,會使固化的材料具有良好的光學性能。
文檔編號B02C17/22GK1256174SQ9912205
公開日2000年6月14日 申請日期1999年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月4日
發(fā)明者克里斯托斯·安杰萊蒂克斯 申請人:克爾公司