Woski dentystyczne.
Woski, a właściwie wosk pszczeli, po raz pierwszy zastosowano w stomatologii w początkach osiemnastego wieku. Wykorzystano go jako materiał wyciskowy w obrębie jamy ustnej. Od tego czasu, wraz z rozwojem stomatologii i wprowadzaniem nowych metod wykonawstwa protez, woski zyskały na znaczeniu i obecnie są materiałem pomocniczym, stosowanym rutynowo w wielu dziedzinach stomatologii, i to zarówno w warunkach klinicznych jak i w warunkach laboratorium protetycznego. Wykonywanie większości uzupełnień protetycznych, nie wyłączając protez twarzy, wymaga użycia wosków o specyficznych i często bardzo różnych właściwościach fizycznych.
Woski te możemy podzielić zasadniczo na dwie grupy.
Pierwszą grupę stanowią woski do wykonywania modeli (wzorców, szablonów), zamienianych, z pomocą „metody traconego wosku”, na materiały podstawowe - porcelanę, metal bądź akryl. Grupa ta obejmuje woski do sporządzania modeli:
wkładów (inlay wax);
metalowych części protez bądź koron porcelanowych lanych - woski odlewowe (casting wax) (2, 3, 4, 6);
protez akrylowych (płytowych) - woski modelowe (palate wax), zamienianych na tworzywo akrylanowe (4, 6, 10, 12). Woski te wykorzystuje się również przy wielu pomocniczych pracach tak klinicznych jak i laboratoryjnych np. wosku modelowego można użyć dla poprawy adhezji masy wyciskowej do łyżek wyciskowych (1).
Drugą grupę stanowią woski pomocnicze. Grupa ta obejmuje woski typu pudełkowego (boxing) i woski kleiste, używane jako materiały pomocnicze, np. jako pomoc w produkcji odlewów, w poszerzaniu łyżek wyciskowych lub do sklejania modeli przeznaczonych go lutowania, oraz woski wyciskowe. Te ostatnie wykorzystywane są jako materiał wyciskowy do sporządzania wycisków czynnościowych przy bezzębiu (6, 9, 20, 30) bądź w trudnych warunkach protetycznych np. przy wykonywaniu protez z obturatorami (8) i pozwalają na wierne odtworzenie pola protetycznego, nie ustępując w tym względzie elastomerowym masom wyciskowym (9).
Skład wosków dentystycznych.
Aby sprostać wymaganiom stawianym woskom, przeznaczonym do tak różnych prac protetycznych, współczesne woski są produkowane jako kompozycja substancji, zarówno naturalnych (pochodzenia roślinnego, zwierzęcego, mineralnego) jak i syntetycznych. Woski dentystyczne są mieszaniną różnych węglowodorów (parafina, cerezyna, stearyna, ozokeryt), wosków naturalnych (wosk pszczeli, wosk olbrot, wosk karnauba) oraz wosków syntetycznych (np. azotowe pochodne kwasów tłuszczowych), żywic roślinnych (kalafonia, kauczuk, żywica Dammar), tłuszczy, kwasów tłuszczowych, olejów oraz barwników. Skład wosków zazwyczaj jest tajemnicą producenta, wiadomo jednak, że poszczególne rodzaje wosków różnią się między sobą obecnością i proporcją poszczególnych składników, co umożliwia uzyskanie wosków o bardzo różnych własnościach, przeznaczonych do zastosowania w wielu procedurach technicznych (4, 6, 18, 24, 26).
Woski składają się z molekuł organicznych o dużej masie cząsteczkowej.
Składniki organiczne są złożone głównie z długich łańcuchów węglowych z dodatkiem wodoru i tlenu. Wzajemne oddziaływanie łańcuchów węglowych wpływa na takie cechy wosków jak elastyczność w temperaturze pokojowej oraz kleistość w postaciach stałej i płynnej. Od struktury i składu cząstek organicznych oraz obecności pozostałych składników wosków zależą ich własności takie jak: twardość, temperatura przemiany wewnętrznej, temperatura topnienia, płynięcie, rozszerzalność termiczna, naprężenia szczątkowe, czy pozostałości po spaleniu (6).
Większość składników wosków dentystycznych cechuje struktura krystaliczna. Podczas ogrzewania wosku dochodzi w nim do przemiany struktury wewnętrznej. Stabilna sieć krystaliczna, w temperaturze pokojowej w większości wosków ortorombowa, ulega przemianie do formy heksagonalnej, która utrzymuje się poniżej temperatury topnienia wosku. Taka wewnętrzna przemiana w stanie stałym pozwala na manipulowanie woskiem bez wywoływania jego płatkowania, darcia się lub powstawania wewnętrznych naprężeń. Obecność zjawiska przemiany wewnętrznej i określonej temperatury, w której ono zachodzi, pozwala na swobodne używanie tych materiałów, warunkuje określone własności fizyczne wosku oraz pozwala na ich stosowanie w wielu procedurach kliniczno-laboratoryjnych. Woski, które w temperaturze jamy ustnej powinny zachowywać twardość, muszą mieć temperaturę przemiany wewnętrznej wyższą od 37oC (4, 6, 26).
Najczęściej określanym parametrem fizycznym wosku jest jego punkt topnienia, aczkolwiek z powodu złożonej budowy wosków nie można mówić o ich ściśle określonej temperaturze topnienia, lecz raczej o przedziale temperatur, w których dochodzi do ich upłynnienia. W dolnym zakresie temperatur pewne składniki ulegają upłynnieniu, co powoduje, że wosk, który jest jeszcze ciałem stałym, zyskuje już pewną plastyczność. Wraz ze wzrostem temperatury coraz więcej składników ulega upłynnieniu, co sprawia, że wosk staje się zupełnie płynny (4).
Płynięcie wosków określa zmianę jego kształtu pod wpływem działania określonej siły działającej na wosk w określonym czasie. Jest to typ odkształcenia plastycznego. Cecha ta jest w dużym stopniu zależna od temperatury, składu wosku, siły powodującej odkształcenie i czasu jej działania. Płynięcie jest małe, gdy wosk nie osiąga temperatury przemiany wewnętrznej, zwiększa się wydatnie, w miarę jak zbliża się temperatura przedziału topnienia lub wzrastają wielkość siły odkształcającej i czas jej działania. Ma to szczególne znaczenie w przypadku wosku stosowanego do bezpośredniego modelowania wkładów, który powinien mieć dużą wartość płynięcia w temperaturze o 5oC wyższej od temperatury jamy ustnej, aby odwzorowywać detale wypreparowanego ubytku i nie powinien wykazywać płynięcia w temperaturze jamy ustnej, by nie ulec odkształceniu podczas usuwania go z ubytku. Płynięcie wosków modelowych w temperaturze jamy ustnej jest niepożądane, ponieważ prowadzi do zniekształcenia modelu woskowego. Natomiast płynięcie wosków pomocniczych w temperaturze pokojowej stanowi pożądaną cechę umożliwiającą dowolne formowanie wosku (5, 4, 6, 17, 23, 26).
Woski powiększają swoją objętość, gdy temperatura wzrasta, kurczą się zaś, wraz z obniżaniem temperatury. Ich rozszerzalność zwykle określa się jako zmianę wymiarów w stosunku do wyjściowych rozmiarów próbki. Najczęściej wartość tę przedstawia się jako powiększenie długości wosku przy wzroście temperatury o 1oC i wyraża w wielokrotności 1x 10-6/1oC (ppm/1oC). Wartość ta nosi nazwę liniowego współczynnika ekspansji termicznej. Im staje się on większy, tym większa jest rozszerzalność wosku podczas jego ogrzewania. Najogólniej biorąc, woski stomatologiczne cechuje najwyższy współczynnik rozszerzalności termicznej ze wszystkich materiałów używanych w stomatologii. Np. liniowy współczynnik rozszerzalności termicznej wosku modelowego w przedziale 22 - 37, 5oC wynosi 323x10-6/oC, podczas gdy w wypadku porcelany jest prawie 20 razy mniejszy, gdyż wynosi 14x10-6/oC. Współczynnik rozszerzalności termicznej wosków modelowych ma podstawowe znaczenie. Nawet niewielka zmiana temperatury może spowodować istotną zmianę wymiarów woskowego modelu. Duża rozszerzalność termiczna wosków stanowi potencjalne źródło błędów w wykonawstwie uzupełnień protetycznych opartych o technikę traconego wosku, zwłaszcza, gdy model woskowy kurczy się znacznie przy chłodzeniu od temperatury topnienia do temperatury pokojowej. Na przykład, dla podanej wyżej wartości rozszerzalności termicznej wosku modelowego (323x10-6/oC), jego skurcz liniowy w zakresie temperatur 22 - 37, 5oC wynosi aż 0,6% (4, 6, 26).
Podczas ogrzewania, chłodzenia, zginania oraz wygładzania powierzchni wosku powstają naprężenia szczątkowe. Woski maja małą przewodniość cieplną i trudno całej masie wosku zapewnić jednakowe warunki termiczne. Modelowanie wosku, który nie przekroczył temperatury przemiany wewnętrznej wyzwala w nim naprężenia. Molekuły zawarte w wosku zostają ustawione w niepożądanych dla nich położeniach, ale ze względu na to, że wosk znajduje się w stanie stałym, nie dochodzi do ich samoistnego przemieszczania. Naprężenia szczątkowe, powstałe w wosku, zostaje uwolnione w trakcie jego ogrzewania, gdyż wówczas molekuły zyskują możliwość przemieszczania się, zaś samo uwolnienie naprężeń (relaksacja) w wyższych temperaturach może spowodować zmianę kształtu modeli woskowych. Aby przeciwdziałać temu zjawisku wprowadzono wiele technik pracy woskiem, które zmniejszają ryzyko wystąpienia naprężeń. Powstawaniu naprężenia w trakcie jego modelowania, wygładzania powierzchni i obcinania krawędzi wosku zapobiega temperatura znacznie poniżej przedziału topnienia wosku. Modele woskowe powinny być obcinane za pomocą ciepłego narzędzia temp. 37oC, natomiast uplastyczniony wosk należy nakładać małymi porcjami, aby zapobiec szybkiemu tężeniu, co sprzyja powstawaniu naprężenia.
Aby zapobiec uwalnianiu powstałego wcześniej naprężenia, nie powinno się modelu woskowego poddawać zmianom temperatury, ani przechowywać w wysokiej temperaturze. Czas od zakończenia modelowania wosku do puszkowania modelu musi być jak najkrótszy (<30 minut), ponieważ dłuższe przechowywanie sprzyja uwalnianiu naprężeń. Gdy nie możemy uniknąć przechowywania modelu, konieczne jest ponowne modelowanie niektórych detali modelu, szczególnie brzegów i punktów stycznych (4, 6).
Woski, stosowane do modelowania elementów przeznaczonych do odlewów, muszą być stopione i odparowane z formy odlewniczej, więc niezwykle ważne jest to, aby nie pozostał po ich spaleniu żaden nadmiar, który mógłby spowodować niedokładności w odlewaniu brzegów uzupełnienia (4, 6, 26).
Wosk modelowy (wosk do formowania wzorca płyty protezy), produkowany jest zwykle w kolorze różowym lub czerwonym, rzadko żółtym lub białym. Różowa bądź czerwona barwa wosku w pewnym stopniu zaspokaja wymagania estetyczne pacjenta podczas przymiarki modelu protezy przed powieleniem. Barwiony jest on zwykle karminem lub wyciągiem z korzeni alkany. Wosk, żółtej lub białej barwy, służy do modelowania zębów, licówek lub koron, bowiem w przypadku żółtego bądź białego wosku nie zachodzi ryzyko przebarwienia gipsowej formy polimeryzacyjnej, a następnie tworzywa akrylanowego. Płytki wosku mają zwykle wymiary: 15x7,5x0,13cm.
Wosk modelowy zawiera zazwyczaj w swoim składzie wysoko topliwą parafinę bądź cerezynę, wosk pszczeli, niewielką ilość twardego wosku Karnauba oraz różne woski syntetyczne. Może zawierać również stearynę, wosk olbrot oraz talk, glinkę białą i terpentynę. Talk i glinka biała zapobiegają zbytniej lepkości wosku oraz wpływają na gęstość wosku po jego stopieniu. Terpentyna służy do rozpuszczania składników wosku modelowego. Ilość dodanej parafiny, zależna jest od gatunku wosku (wysoka czy niska temperatura uplastycznienia), średnio dodaje się jej około 25%. Parafina wpływa na wyrazistość i ostrość modelowanych form (4, 6, 18).
Wosk modelowy używany jest jako materiał modelowy do sporządzania woskowych modeli protez i ustawiania zębów, modelowania licówek koron i mostów w celu późniejszej zmiany wosku na tworzywo akrylanowe oraz do rejestracji zwarcia w jamie ustnej (kęski zwarciowe, wzorniki zwarciowe, wały zwarciowe) przy wykonywaniu protez, jak również do wstępnego modelowania przęseł mostów i do wielu innych prac pomocniczych (4, 10, 11, 12, 13, 18, 26, 28).
Woskowi modelowemu, przeznaczonemu do tek wielu prac protetycznych, stawia się liczne wymagania, co do jego własności fizycznych:
temperatury przemiany - w temperaturze ciała nie powinien ulegać zmiękczeniu i zniekształceniu (płynięciu) oraz powinien być dostatecznie twardy i niełamliwy. Jest to ważne podczas ustalania centralnego zwarcia i tzw. przymiarek protez ruchomych, które wprowadza się do jamy ustnej na dość długi okres, i przez cały czas przetrzymywania w jamie ustnej nie powinny one zmienić kształtu.
po zmiękczeniu powinien być plastyczny, łatwo poddawać się formowaniu i wycinaniu, nie ulegać płatkowaniu, rozdarciu lub pękaniu,
powinien pozwalać na wielokrotne zmiękcznie i twardnięcie, bez zmiany swoich własności.
powinien ulegać całkowitemu wypłukaniu gorącą wodą z dodatkiem detergentu w trakcie przygotowywania formy polimeryzacyjnej.
nie powinny wykazywać wcale lub mieć tylko niewielką zmienność objętości w zakresie temperatur - 22-37oC (4).
Woski podczas podwyższania temperatury zmieniają swój stan skupienia i własności. Woski modelowe w temperaturze jamy ustnej są twarde, nie plastyczne. Podniesienie temperatury wosku, powyżej temperatury rozmiękania, powoduje zmianę konsystencji z twardej, łamliwej na plastyczną (wskutek rozluźnienia wewnętrznej spoistości wosku), jak też zmianę zewnętrznej barwy. Dalsze podnoszenie temperatury sprawia, że wosk bieleje, traci plastyczność i staje się kruchy, by po przekroczeniu temperatury topnienia (zazwyczaj powyżej 60oC) przejść stopniowo ze stanu stałego w ciekły (18).
Obecnie dostępne są woski o szerokiej gamie temperatury rozmiękania. Mogą mieć trzy rodzaje twardości. Specyfikacja ANSI-ADA nr 24 wyróżnia trzy typy wosku:
typ I - miękkie woski nadające się do kształtowania brzegów i licówek;
typ II - woski średniej twardości, używane do wykonywania modeli protez, przeznaczonych do przymiarki w jamie ustnej, w umiarkowanej temperaturze;
typ III - twarde woski, nadające się do sporządzenia modeli protez, przeznaczonych do przymiarki w jamie ustnej, w klimacie tropikalnym.
Maksymalne płynięcie dozwolone w dowolnej temperaturze obniża się gwałtownie od typu I do III (6). Na przykład dla wosków, miękkiego, średniej twardości i twardego, produkowanych przez Cavex płynięcie wosków w zakresie temperatur 23-37oC zmienia się z: 0.6% do 70% , 0.5% do 60% i 0.3% do 40% odpowiednio.
Z uwagi na niezadowalające cechy wosków, by wspomnieć tylko o ich płynięciu i bardzo wysokim współczynniku rozszerzalności termicznej, prowadzi się badania zmierzające do opracowania kompozycji wosków o coraz to lepszych własnościach. Prowadzone badania koncentrują się na własnościach fizycznych i mechanicznych wosków jak i na ich przydatności w warunkach klinicznych do poszczególnych procedur technicznych.
Kotsiomiti i McCabe (21), oceniając 26 różnych mieszanin parafiny, wosków i nieorganicznego wypełniacza, poszukiwali kompozycji o najlepszych własnościach, oceniając odkształcenie trwałe (płynięcie), liniową rozszerzalność termiczną, moduł elastyczności i wytrzymałość na zrywanie. Dowiedziono również, że wosk karnauba podnosi twardość wosku modelowego (24), zaś dodatek żywicy dammar do wosku modelowego zmniejsza jego rozszerzalność termiczną (16). W innych badaniach oceniono warunki relaksacji różnych kompozycji wosków (17, 23). Stwierdzono także niekorzystny wpływ powtórnego ogrzewania wosku, zwłaszcza do temperatury powyżej 200oC, na kompozycję i jego własności (19). By zapobiec zmianom własności wosku do uplastyczniania wosku modelowego zaleca się stosowanie ciepłej wody, nie zaś płomienia palnika, co ma zapobiec przegrzaniu i ewentualnemu stopieniu wosku (18). Podkreśla się także zależność rozszerzalności termicznej wosku od jego płynności (14) oraz konieczność doboru wosku o określonych własnościach do odpowiednich procedur protetycznych (22).
Z uwagi na naprężenia szczątkowe i płynięcie wosków oraz wysoki współczynnik rozszerzalności termicznej, praca w wosku modelowym obarczona jest dużym ryzykiem popełnienia błędów. W woskowym modelu protezy, utrzymującym zęby, istnieją naprężenia szczątkowe, które po uwolnieniu mogą spowodować przemieszczenie zębów i zmianę okluzji w protezie. W trakcie pracy z takim woskiem należy przestrzegać zasad, zwłaszcza upewnić się, że cała jego masa uległa dostatecznemu ogrzaniu i modelować go, zanim ostygnie. Zmniejsza to ryzyko nagromadzenia się wewnętrznego naprężenia i następowego zniekształcenia modelu (6). Ustalenie centralnego zwarcia jest również momentem krytycznym w wykonawstwie protez całkowitych, niosącym z sobą ryzyko popełnienia błędu (7). Karasiński i Kozłowska (15) ocenili dokładność ustalenia centralnego zwarcia w wypadku, posługiwania się wzornikami woskowymi jako jedynym sposobem ustalania relacji żuchwy względem szczęki. Wyniki ich badań wskazały, że aż u 65,2% pacjentów użytkujących protezy całkowite, w których wykonaniu posłużono się wzornikami woskowymi do ustalenia zwarcia, nie uzyskano jego zrównoważenia w gotowych protezach. W badaniach klinicznych, oceniających wpływ zastosowania rodzaju wosku modelowego (twardy i średni) na dokładność odwzorowania protez całkowitych, nie stwierdzono tez istotnych różnic pomiędzy dokładnością odwzorowania protez przy użyciu tak wosku twardego, jak i wosku średniej twardości (29).
Z drugiej strony podkreśla się zalety wosku, jako materiału modelowego, wskazując na łatwość dokonywania korekt w ustaleniu zwarcia bądź w ustawieniu sztucznych zębów w woskowych modelach protez (7).
Podkreśla się również brak szkodliwości wosku modelowego dla ustroju, z uwagi na zawartość składników o niskim stopniu toksyczności. Wzorniki zwarciowe, woskowe modele protez bądź kęski zwarciowe pozostają ponadto w jamie ustnej w stosunkowo krótkim czasie, niezbędnym do wykonania określonych procedur klinicznych. Podstawowe składniki wosków, jak parafina czy wosk pszczeli, są rutynowo stosowane jako składniki lekarstw lub ich podłoża, np. wykazano lecznicze działanie preparatów zawierających wosk pszczeli (27), zaś parafina jest podłożem wielu środków farmakologicznych i rutynowo stosuje się ją w fizjoterapii.
Badano też wpływ środków dezynfekcyjnych na wosk modelowy i stwierdzono, że w niewielkim stopniu zostały wchłonięte lub zaadsorbowały się na powierzchni wosku (25)
Dentystyczne woski modelowe (wosk modelowy twardy, wosk modelowy miękki i wosk na wały zwarciowe), produkowane przez Spółdzielnię Pracy Chema-Elektromet (Rzeszów) swoim składem nie odbiegają od standardów światowych, przyjętych dla wosków modelowych (specyfikacje ADA nr 24 i ISO 12163). Wosk modelowy miękki zawiera wosk pszczeli bielony - 30%, parafinę 4110 - 35%, parafinę RII-53 - 35%, wosk modelowy twardy zawiera: wosk pszczeli bielony - 25%,, parafinę 4110 - 50%, parafinę RII-53 - 10%, wosk Karnauba - 15%, wosk na wały zwarciowe zawiera: wosk pszczeli bielony - 30%, wosk Karnauba - 12,3%, parafinę 4110 - 49,2%, parafinę plastyczną specjalną - 8,5%. Woski produkowane przez firmę Cavex (typy I-III) zawierają w swoim składzie nisko i wysokotopliwą parafinę w ilości 63-69%, nisko i wysokotopliwe mikrokrystaliczne woski w ilości 25-35%, woski naturalne 5% i modyfikatory w ilości 1%. Temperatury topnienia, kroplenia i krzepnięcia parafin oraz wosku pszczelego, wchodzących w skład wosków ww. wosków, zawierają się w granicach 50-60oC, zaś temperatura kroplenia parafiny specjalnej plastycznej wynosi 70oC, a temperatura topnienia wosku Karnauba wynosi 80oC. Zatem temperatury topnienia, kroplenia i krzepnięcia wosków produkcji Chema-Elektromet nie mogą odbiegać od wartości temperatur wosków modelowych innych firm (Vertex - temp. topnienia: 58oC, Cavex typy I - III - temp. kroplenia i krzepnięcia 58oC-63oC).