DE3737670C2 - Verfahren zur Plastifikation von thermoplastischen Polymeren zur Verbesserung von deren Schmelzflußindex - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Plastifikation thermo­ plastischer Polymerer und insbesondere darauf, diese thermoplastischen Polymere so zu plasti­ fizieren, daß sich ihr Schmelzflußindex so verbessert, daß er für den Verschluß von Wurzelkanälen besonders geeignet ist.

Die Zahnmarkbehandlung stellt einen Zweig der Zahnmedizin dar, die sich mit der Behandlung von Krankheiten des Zahnnervs befaßt. Eine häufig angewandte Behandlungsmethode von erkrankten Zahnnerven besteht darin, den Nerv zu entfernen, den verbleibenden Wurzelkanal zu säubern und auszufräsen und dann diesen Kanal zu verschließen. Diese Verschlußmethode ist nicht unbedenklich, weil dann, wenn der apikale Verschluß nicht einwandfrei ist, das Gewebe unterhalb des Wurzelkanals fremden, schädlichen Einflüssen ausgesetzt ist.

Das Verschließen des Wurzelkanals erfordert üblicherweise das Einsetzen eines Werkstoffs in den Kanal. Dieser Werkstoff muß sich dichtend an die Zahnwände anlegen. Von besonderer Bedeutung ist dabei die flüssigkeitsfeste Dichtung zwischen dem eingesetzten Werkstoff und dem Foramen Apikale dentis. Hinzu kommt, daß die Zahnmarkbehandlung es erforderlich macht, daß der eingesetzte Werkstoff sich Unregelmäßigkeiten der Zahnwandungen und auch lateralen Kanälen anpaßt und dabei eine sichere Abdichtung gewährleistet. Es wurden die verschiedensten Methoden für den Verschluß von Wurzelkanälen entwickelt und gehören zum Stande der Technik. Bedeutung und Neuheit des Erfindungsgegenstandes setzen die Kenntnis dieser Verfahren voraus.

Obgleich bereits die verschiedensten Arten von Verschlußwerkstoffen verwendet wurden, benutzt die moderne Wurzelbehandlungstechnik Transpolyisoprene, wie Guttapercha und Balata oder ähnliche Arten von diesen. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden im folgenden die verwendeten Transpolyisoprene durchweg Guttapercha genannt. Chemisch ist Guttapercha ein Transisomer von natürlichem Kautschuk und stellt ein steifes kristallines thermoplastisches Polymer dar. Die thermoplastische Charakteristik von Guttapercha macht es besonders brauchbar als Wurzelbehandlungswerkstoff, weil Guttapercha sich im plastischen Zustand sofort der Kontur der Zahnwände anpaßt und dabei diese Form auch nach der Abkühlung beibehält; allerdings unter geringfügigem Schrumpfen.

Ein Beweis für die Wirksamkeit einer bestimmten Verschlußtechnik kann im Laborversuch u. a. mittels Farb-Radioaktiv- Partikeln, mikroskopischer Untersuchung, Gewebeschnitt, Röntgenstrahlenuntersuchung oder Untersuchung mit Hilfe von Elektronenstrahlmikroskopen erbracht werden. Obgleich Humanversuche an sich ebenfalls möglich sind, ist hier zu berücksichtigen, daß ein erheblich größerer Zeitaufwand notwendig wird, bevor brauchbare Ergebnisse zur Verfügung stehen. Welche Untersuchungsmethode gewählt wird, hängt von der jeweiligen Verschlußtechnik und den damit erzielten Ergebnissen ab.

Eine Verschlußtechnik verwendet Kegel aus Guttapercha, die in Standardgrößen hergestellt werden. Eine Mehrzahl dieser Kegel werden in den Wurzelkanal eingebracht, der zu diesem Zweck konisch aufgeweitet wurde. Nachdem der Kanal gesäubert, ausgefräst und die Zahnwände mit einem Dichtungsmittel überzogen wurden, wird ein Kegel oder auch eine kleine Kugel eingesetzt. Der eingesetzte Kegel bzw. die Kugel wird dann mit Fingerstopfern zusammengedrückt, um eine Spitze der Kugelmasse mit der Apikalregion des Wurzelkanals in Verbindung zu bringen. Da bei dieser Technik die Kugeln üblicherweise nicht erhitzt werden, ist ein zweiter Schritt der lateralen Verdichtung notwendig; diese wird dadurch erreicht, daß weitere Kugeln in den Wurzelkanal eingesetzt und mit Hilfe von erhitzten Fingerstopfern der Werkstoff in lateraler Anpassung an die Kanalwand gebracht wird, wobei man hofft, daß der Kugelwerkstoff sich nicht nur den Unebenheiten anpaßt, sondern auch in jeden der sich zur Seite hin erstreckenden Kanäle eindringt. Diese Technik bringt eine Reihe von Nachteilen mit sich. Ein wesentlicher Nachteil besteht darin, daß der Wurzelkanal in eine ganz bestimmte Form gebracht werden muß, damit er die standardisierten Guttaperchakegel bzw. -kugeln aufzunehmen vermag. Unebenheiten in den Zahnwänden können zu einer nicht vollständigen Anpassung der Kugel oder der Kugeln an die Kanalöffnung führen. Ferner kann es vorkommen, daß das Dichtmittel nicht gleichmäßig über die Auflagefläche des Kugelwerkstoffs auf den Zahnwandungen verteilt ist.

Eine weitere Technik wird allgemein als vertikale Verdichtung bezeichnet und verwendet erhitztes Guttapercha. Der Wurzelkanal wird vorbereitet und ein Dichtmittel in der bereits beschriebenen Weise aufgebracht. Das Guttapercha wird in den Wurzelkanal eingebracht, ist dabei aber bereits erhitzt, und zwar in einer Mehrzahl von erwärmten Guttapercha- Segmenten. Das Erhitzen des Guttapercha bringt es mit sich, daß der Werkstoff sich besser den Zahnwandungen anpaßt als unerhitztes Guttapercha. Unerwarteterweise aber verringert sich dabei der Grad der latenten Verdichtung.

Bei Anwendung dieser Technik hat sich ergeben, daß der Werkstoff, der in die lateralen Kanäle gedrückt wurde, in erster Linie aus Dichtmitteln besteht. Wie erwartet, zeigen die Füllungen, die mittels vertikaler Verdichtung hergestellt wurden, eine genaue Anpassung des Guttapercha an die Zahnwände. Nachteile ergeben sich jedoch häufig infolge der geringeren lateralen Verdichtung dadurch, daß das Wurzelkanaldichtmittel nicht überall gleichmäßig verteilt ist. Das Guttapercha neigt dazu, schnell abzukühlen, insbesondere während der eine erhebliche Zeitspanne erfordernden vertikalen Kondensationstechnik. Wenn der Werkstoff einmal abgekühlt ist, wächst die Viskosität, und der laterale Fluß verringert sich wesentlich. Es wurden auch Narben oder Ränder beobachtet, die kennzeichnend für ein nicht vollständiges Verbinden von verschiedenen Guttaperchasegmenten sind.

Eine dritte Technik benutzt eine Lösung wie z. B. Chloroform, um das Guttapercha weich zu machen. Obgleich diese Technik eine gute Anpassung in der Apikalregion mit sich bringt, tut sie dies nicht in dem Bereich kranzförmig um diese Sektion herum; die Oberfläche zeigt dort oft Falten, die möglicherweise durch das Schrumpfen des Materials hervorgerufen werden. Dieses Schrumpfen ist eine sehr unerwünschte Eigenschaft, weil es die Güte der Dichtung zwischen dem Füllwerkstoff und dem zu verschließenden Wurzelkanal beeinträchtigt. Bei der vertikalen Kondensationstechnik findet während des Kühlens ebenfalls ein Schrumpfen statt.

Die Verwendung von Plastifizierern oder anderen Additiven im Zusammenhang mit Verfahrenshilfsmitteln wurde ebenfalls schon berücksichtigt; sie bringen aber drei erhebliche Nachteile mit sich:

• 1. Sie erfordern lange offizielle Teste und anschließende Genehmigungen, um sicherzustellen, daß die für das Verfahren verwendeten Additive nicht für den Gebrauch in der Wurzelbehandlung schädlich sind.
• 2. Auch dann, wenn eine solche Genehmigung vorliegt, wird eine Mehrzahl der Praktiker ein neues Produkt nur zögernd annehmen, wenn nicht durch klinische Erprobung erwiesen ist, daß sich bei der Anwendung keine Nachteile ergeben.
• 3. Solche Additive können unerwünschte Schrumpfcharakteristiken zur Folge haben, die zu einer Zerstörung der Dichtung führen, die für den Verschluß des Wurzelkanals Voraussetzung ist.

Obgleich die oben beschriebenen Verschlußtechniken mit den bereits erwähnten Ausnahmen, wie die Verwendung von Additiven, im allgemeinen zu annehmbaren Ergebnissen führen, wenn sie sorgfältig durchgeführt worden sind, sind diese Techniken sämtlich zeitaufwendig und deshalb kostspielig, und sie erfordern eine erhebliche Sorgfalt, um eine flüssigkeitsfeste Dichtung im besonderen im Furamen Apicale dentis zu erreichen.

Als eine der vielversprechendsten Verschlußtechniken wird die thermoplastische Injektion eines Polymers wie Guttapercha angesehen. Das wesentliche Kennzeichen dieser Technik besteht darin, daß das Polymer bis zum geschmolzenen oder plastifizierten Zustand erhitzt wird; normalerweise bis zu +160°C. Das Polymer wird dann unter mechanisch erzeugtem Druck in das Wurzelkanalsystem eingedrückt.

Eine der früheren Techniken dieser Art ist beschrieben in: "Thermoplastic Injection", Yee, et al, Three-Dimensional Obturation of the Root Canal Using Injection-molded thermoplasticized Dental Gutta-Percha, Journal Endotonices, Vol. 3, No. 5, May, 1977.

Das Wurzelkanalsystem wird wie üblich ausgefräst und gereinigt. Dann wird das Guttapercha mittels einer endotonischen Druckspritze in den Wurzelkanal eingebracht. Normalerweise kann eine 18 gauge = 4,572-µm-Spritze benutzt werden, weil sie etwa die Größe aufweist, die gut in den Wurzelkanal eines menschlichen Zahns paßt. Zur Vorbereitung dieser Injektionstechnik werden Guttapercha-Kegel von Hand in die Druckspritze eingebracht, und der Spritzenzylinder mit der Nadel wird dann in einem Glyzerinbad erhitzt, bis ein ungehinderter Fluß gesichert ist. Dies ist bei etwa 160°C der Fall. Die Nadel wird dann in die Öffnung eingebracht, und das Guttapercha wird herausgedrückt, um die Kavität auszufüllen. Wenn bei der Betätigung der Druckspritze ein leichter Widerstand des injizierten Werkstoffs erfühlt wird, wird die Nadel herausgezogen und einige Millimeter seitlich bewegt und dabei weiterer Werkstoff extrudiert. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis der Kanal vollständig verschlossen ist.

Eine Analyse der Ergebnisse des Verschlusses durch diese Technik zeigt wenig Lücken und eine sehr gute Anpassung des Polymers an die Zahnwände. Ein besonderer Vorteil besteht dabei darin, daß das plastifizierte Polymer sowohl vertikal als auch lateral fließt, und darüber hinaus das Dichtmittel gleichmäßig verteilt wird, und die lateralen Kanäle wirksam verschlossen werden.

Obgleich die beschriebene Technik sich beim Labor-Modellversuch als gut anwendbar erwies, sind der klinischen Anwendung Grenzen durch die erheblich hohen Temperaturen gesetzt, die notwendig sind, Guttapercha oder ähnliche Polymere zu plastifizieren. Diese Temperatur machen die Handhabung der einzubringenden Masse und das Arbeiten in periapicalen oralen Bereichen etwas schwierig und manchmal nicht annehmbar, wegen der Besorgnis des Praktikers, daß die Anwendung den Patienten verletzen könnte.

Um die Probleme zu umgehen, die der Anwendung dieser Technik bei der klinischen Anwendung entgegenstehen, hat man viele Überlegungen angestellt, um brauchbare Übertragungssysteme zu entwickeln. Eines dieser Systeme wird im Journal: Marlin, et al, Clinical Use of Injection molded thermoplasticized Gutta Percha für Obturation of the Root Canal System: Preliminary Report, Journal Endotonices, Vol. 3, No. 6, June, 1981 beschrieben. Die Einrichtung besteht aus einer Druckspritze und einer elektrischen Heizeinheit. Der Zylinder der Spritze trägt ein elektrisches Heizelement und ist isoliert, um nicht nur die Abstrahlung der Hitze zu vermeiden, sondern auch, um den Praktiker selbst und seinen Patienten zu schützen. Der Grad der Hitze ist veränderbar in Abhängigkeit von dem Nadeldurchmesser. Standardisierte Guttapercha-Kugeln werden in die Druckspritze eingebracht, plastifiziert, und das Guttapercha wird dann in der gleichen Weise eingebracht, wie schon vorhergehend bei Yee beschrieben.

Obgleich diese Methode des Einbringens des Guttaperchas unter verschiedenen Gesichtspunkten gesehen eine Verbesserung gegenüber den bekannten Techniken darstellt, macht sie die Anwendung eines komplizierteren und aufwendigeren Übertragungssystems notwendig. Es muß dabei festgehalten werden, daß diese Technik nur ein System zum Einbringen darstellt; sie stellt kein Füllsystem dar. Versuche haben gezeigt, daß bei dieser Methode des Einbringens das plastifizierte Guttapercha nur über etwa die Hälfte der Entfernung zwischen der Mündung der Injektionsnadel und der (inneren) Spitze des Wurzelkanals transportiert wird. Es sind weitere Manipulationen mit Fingerstopfern notwendig, um sicherzustellen, daß der Wurzelkanal vollständig gefüllt wird. Darüber hinaus bringen die hohen Temperaturen, mit denen das Guttapercha bei diesem Verfahren eingebracht wird, zwei weitere erhebliche Nachteile mit sich:

• 1. Der Praktiker bleibt besorgt, den Werkstoff mit einer solch hohen Temperatur an den menschlichen Patienten heranzubringen.
• 2. Es scheint, daß die hohe Temperaturdifferenz zwischen dem eingebrachten Guttapercha und seiner Umgebung leicht zu einer verstärkten Schrumpfung des Guttaperchas führt, während dieses abkühlt.

Eine weitere Technik wird in Journal: Lugassy, et al, Root Canal Obturation with Gutta-Percha: A scanning Electron Microscope Comparison of Vertical Compaction and automated thermatic Condensation, Journal Endotonices, Vol. 8, No. 3, March, 1982, beschrieben. Diese Technik wurde von McSpadden entwickelt und wird allgemein als automatische thermische Verdichtung bezeichnet. Diese Technik verwendet einen Verdichter ähnlich einem Hedstroem File, der an einem Gegenwinkel angeordnet ist. Der Verdichter plastifiziert das Guttapercha innerhalb des Wurzelkanalsystems und erreicht dabei sowohl eine laterale als auch eine vertikale Verdichtung.

Im Zusammenhang mit dieser Technik wird, nachdem der Wurzelkanal ausgefräst und vorbereitet worden ist, ein Verdichtermaß ausgewählt, das etwas kleiner ist als das des größten Räum- und Fräswerkzeugs, das nahe der apikalen Einschnürung verwendet wurde. Dann wird eine standardisierte Guttapercha- Kugel in den Kanal eingebracht, und der Verdichter wird mit einer Umdrehungszahl von etwa 10 000-15 000 U/min zur Rotation gebracht. Die Richtung dieser Rotation muß so gewählt werden, daß ein apikaler Vektor für die Guttapercha-Verdichtung sichergestellt ist. Das rotierende Werkzeug erzeugt eine Reibungshitze, bei der das Guttapercha plastifiziert und eine gleich gute laterale und vertikale Verdichtung erreicht wird. Obgleich diese beschriebene Technik die Hitzeprobleme vermeidet, erfordert sie einen erheblichen technischen Aufwand und eine genaue Beachtung der Bedienungs- und Arbeitsvorschriften, wenn die gewünschten Ergebnisse erzielt werden sollen.

Es besteht deshalb nach wie vor das Bedürfnis nach einer weiteren Verbesserung dieser Techniken, bei der das thermoplastische Polymer schnell und ohne großen Aufwand in den Wurzelkanal eingebracht werden kann, ohne daß Risiken aus zu hohen Temperaturen entstehen und technisch aufwendige Übertragungseinrichtungen benötigt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Plastifikation von thermoplastischen Polymeren für die Vorbereitung des Werkstoffs zur Benutzung für den Verschluß in Wurzelkanälen zu schaffen. Der Werkstoff soll bei klinisch annehmbaren Temperaturen plastifiziert werden und mit Hilfe einer Standard- Preßspritze in den Wurzelkanal einbringbar sein. So soll die Technik des Verschlusses von Wurzelkanälen verbessert werden, indem der Schmelzflußindex eines thermoplastischen Polymers wesentlich erhöht wird. Dabei soll dieser Werkstoff so behandelt werden, daß er während des Kühlens nur minimal schrumpft.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 auf­ geführten Verfahrensmerkmale gelöst. In den Unteransprü­ chen sind weitere, dieses Verfahren ergänzende Merkmale an­ gegeben.

Diese Verfahren führten zu einem Produkt mit neuen Charakteristiken, mit einem Schmelzflußindex, der wenigstens etwa 10 g für 10 min überschreitet und 500 g für 10 min und mehr erreicht. Aus diesem Grunde sind diese Polymere besonders zum Verschließen von Wurzelkanälen geeignet. Eine einzigartige Eigenschaft ist der außerordentlich hohe Schmelzflußindex ungeachtet des Umstandes, daß Plastifizierer, chemische Verfahrenshilfen und andere Zusätze nicht verwendet werden. Typische Beispiele der Trans-Spezies sind Guttapercha und Balata, obgleich die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Wie bereits gesagt, ist in der bisherigen Beschreibung zwar durchweg von Guttapercha gesprochen worden, um die Darstellung zu vereinfachen. Nichtsdestoweniger richtet sich die Erfindung im weiterem Sinn auch auf die genannten Transpolyisoprene. Bei der Behandlung dieser Werkstoffe hat sich gezeigt, daß durch die mit der Mastifikation erzeugte Hitze eine Temperatur des mastifizierten Polymers in dem oberen Bereich von etwa 90 bis 110°C erreicht wird.

Diese Temperatur wird während forgesetzter Mastifikation langsam absinken, jedoch innerhalb des angegebenen Bereichs bleiben bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Geschwindigkeit der Schmelzflußindex-Veränderung eine Mengenänderung erfährt. Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet jedoch einen neuen Schritt zur Kühlung während der Mastifikation, der die Zeitspanne für die Temperaturabsenkung verkürzt. Im allgemeinen gleichzeitig mit der Mengenänderung in der Änderungsgeschwindigkeit des Schmelzflußindex - wie später noch im einzelnen erläutert - verringert sich die Temperatur auf 20 bis 45% ihres höchsten Standes. Dies bringt die Temperatur des mastifizierten Werkstoffs auf 60 bis 72°C.

Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Herstellung des neuen Polymers nach der Erfindung werden nachstehend erläutert, ohne daß dabei alle die verschiedenen Formen und Abänderungsmöglichkeiten mit denen die Erfindung verwirklicht werden kann, wiedergegeben werden. Die Zeichnung zeigt in einer graphischen Darstellung das Verhältnis des Schmelzflußindex zur Mastifikationszeit.

Die Plastifikation des thermoplastischen Polymers nach der Erfindung und die dabei erzielten neuen Eigenschaften des Werkstoffs eignen sich besonders für das Verschließen von Wurzelkanälen mit Hilfe der Injektionstechnik. Im besonderen fließt der so behandelte Werkstoff frei aus einer Nadel, füllt den gesamten apikalen Raum und fließt weiter lateral unter Ausfüllung aller Unebenheiten innerhalb des Wurzelkanals in laterale Kanäle. Darüber hinaus bildet der Werkstoff eine wirksame Dichtung zu den Zahnwänden, so daß kein zusätzliches besonderes Dichtmittel benötigt wird.

Ein brauchbarer Parameter, mit dem die Verwendbarkeit eines Polymers für die Benutzung als Werkstoff für die Füllung von Wurzelkanälen ermittelt werden kann, ist seine Viskosität.

Eine standardisierte Skala, mit der diese Viskosität eines thermoplastischen Polymers angegeben werden kann, ist der Schmelzflußindex.

Der Schmelzflußindex ist die in Gramm gemessene Menge eines thermoplastischen Kunststoffs, der durch eine Öffnung von 2,09 mm gedrückt wird, wenn er einer Kraft von 2.160 g während 10 min bei einer Temperatur von 105°C ausgesetzt ist. Polymere, die einen größeren Schmelzflußindex aufweisen, z. B. in einem Bereich von 2 : 3 Größenordnungen größer als normal 0,2 g für 10 min, passen sich schnell dem Raum, in den sie injiziert wurden, an und für den Fall, daß der Schmelzflußindex in dieser Höhe der für die Füllung benötigten Zeit aufrechterhalten werden kann, würde der Polymerfluß genügen, um den Wurzelkanal vollständig auszufüllen. Bisher konnte ein genügend hoher Schmelzflußindex nur durch Erhöhung der Temperaturen des Polymers erreicht werden. Dieser ausreichend höhere Schmelzflußindex konnte aber nicht für die Zeit aufrechterhalten werden, die notwendig ist, um den Wurzelkanal allein durch diesen Fluß des Polymers ausreichend zu füllen.

Nach der Erfindung kann der Schmelzflußindex eines thermoplastischen Polymers wie Guttapercha, Balata usw. erheblich und unerwartet erhöht werden, wenn der Werkstoff für eine deutlich erhöhte Zeitspanne mastifiziert wird. Die Mastifizierungsoperation kann mit Hilfe bekannter Walz- oder Mischapparate vorgenommen werden, gleichgültig ob diese intern oder extern arbeiten. Die für die Mastifikation benötigte Zeitspanne unterscheidet sich wesentlich und auf neue Weise von bekannten Walzverfahren.

Walzen ist ein bekanntes Verfahren zur Mastifizierung und/oder Mischen viskoser und elastischer Werkstoffe. Für die erfindungsgemäße Behandlung wird ein offenes Zwei-Walzen-Gerüst verwendet, wie es für das Mischen, Aufwärmen, Füllen und Aufbrechen in der Gummi-Industrie benutzt wird. Ein solches Walzgerüst weist zwei horizontale, dicht beieinander liegende Walzen auf. Der Werkstoff wird zwischen die Walzen gebracht, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten umlaufen und dabei ein Werkstoffband um mindestens eine der beiden Walzen herum erzeugen.

Die Mastifikation kann auch in einem Mixer, z. B. einem Doppelarmmixer durchgeführt werden, der ein Paar von Messern aufweist, die miteinander so zusammenwirken, wie die Innenwände des Mixers. Solch ein Mixer kann zur Regelung und Kontrolle des im Mixer befindlichen Werkstoffs von außen beheizt oder gekühlt werden.

Gleichgültig, ob Walz-, Mix- oder andere Vorrichtungen verwendet werden, die Scherwirkung des Mastifikationsprozesses erzeugt eine verwendbare Hitze. Während eine typische Mischoperation in einem Walzgerüst nur wenige Minuten erfordert, braucht die Behandlung eines Polymers nach dem Vorschlag der Erfindung eine erheblich erweiterte Zeitspanne wie nachstehend näher erläutert.

Obgleich als bevorzugter Werkstoff im folgenden Guttapercha und/oder Balata genannt werden, sei wiederholt, daß dies nur als Beispiel gilt und die Erfindung nicht auf die Verwendung solcher Werkstoffe beschränkt ist.

Normalerweise werden Polymere, wie Guttapercha oder Balata für die Herstellung von Kegeln oder Kugeln für Zwecke der Zahnmarkbehandlung mit zahlreichen Füllmitteln, z. B. Bariumsulfat, Zinkoxid oder Titanoxid gemischt und in einer üblichen Walz-Mischbehandlung zwischen 20 min bis zu einer Stunde behandelt.

Anders dagegen wird das Polymer nach der Erfindung intensiv mastifiziert und zwar vor der Einmischung von Füllern, die normalerweise verwendet werden. Dabei ist zu bemerken, daß die Füller auch vor dem Mastifikationsprozeß eingebracht werden können. Enthält das endgültige Produkt jedoch 19 bis 21% Guttapercha, dann ist es wirksamer, das Guttapercha vor Einmischung der Standardfüller zu behandeln. Man hat darüber hinaus gefunden, daß der Schmelzflußindex durch Erhitzen des Polymers während des Mastifizierens erhöht wird. Um ein Beispiel zu nennen: Ein unbehandeltes Guttapercha hat einen Schmelzflußindex von etwa 0,2 g für 10 min. Die normale Walzzeit für das Einmischen verschiedener Füller (20 bis 60 min) verändert den Schmelzflußindex nicht oder kaum. Während der ersten Stunden der Mastifikation zeigt dann der Schmelzflußindex nur eine geringe Erhöhung. Dann aber in einem Bereich zwischen der zehnten und der zwanzigsten Stunde zeigt sich ein unerwartetes Wachstum der Veränderungsgeschwindigkeit des Schmelzflußindex pro Stunde Mastifikation um wenigstens ein bis zwei Größenordnungen bei Fortsetzung der Mastifikation für eine zusätzliche vergleichbare Zeitspanne.

Das Scheren des Polymers während der Mastifikation führt zu einer Erhöhung der Temperatur des mastifizierten Polymers in einem Bereich von 90 bis 110°C. Dies ist eine effektive Temperatur für die Anfangsmastifikation von Guttapercha sowohl in einem geschlossenen Mixer als auch in einem offenen Walzgerüst.

Obgleich deshalb während der Mastifikation das Einbringen von Wärme nicht notwendig ist, kann die Mixvorrichtung anfänglich beheizt werden, um die Temperatur des Polymers von der Umgebungstemperatur auf eine Walztemperatur zu bringen, bei der die Polymermasse der Scherung unterworfen wird. Dafür kommen Temperaturen zwischen 90 und 110°C in Frage, Temperaturen die etwa 30 bis 45 min Mastifikationszeit ersparen, die normalerweise erforderlich sind, um diese Temperaturen nur durch den Mastifikationsprozeß zu erreichen.

Wenn dieser Temperaturbereich erreicht ist, erfordert das erfindungsgemäße Verfahren einen Kühl-Schritt, der nicht nur einen weiteren Anstieg der Temperatur verhindert, sondern darüber hinaus dazu dient, die Temperatur des Polymers selbst abzusenken. Wenn sich der Schmelzflußindex deutlich erhöht hat, sinkt die durch den Schervorgang erzeugte Temperatur erheblich ab. So sinkt, wie sich gezeigt hat, die Temperatur von Guttapercha bei Erreichen der erwähnten Geschwindigkeit der Mengenänderung des Schmelzflußindex oder kurz danach um 20 bis 45%, auch dann, wenn der Mastifikationsprozeß fortgesetzt wird. Im besonderen wurde die Temperatur von Guttapercha auf einen Bereich von 60 bis 72°C abgesenkt.

Obgleich diese Temperaturabsenkung im Polymer stattfindet, wenn der Schmelzflußindex erheblich angewachsen ist, hat sich herausgestellt, daß ein Schritt zur Kühlung des Polymers während der Mastifikation die Mastifikationszeit herabsetzt. Die Erfindung ist dabei nicht auf die Anwendung bestimmter Apparate oder Verfahren beschränkt, mit denen die Kühlung bewirkt werden kann. Die Fachleute können hierzu die verschiedensten bekannten Verfahren und/oder Vorrichtungen verwenden, die für eine solche Kühlung bei den verwendeten Mastifikationseinrichtungen geeignet sind. Die Temperatur des Polymers sollte möglichst bei etwa 60°C liegen und kann um wenigstens ±10°C variiert werden.

Obgleich verhindert werden muß, daß das Polymer so stark gekühlt wird, daß es nicht mehr an den Scherelementen, d. h. den Messern oder Walzen der Mastifiziervorrichtung haftet, kann in einem relativ weiten Temperaturbereich gearbeitet werden, nämlich etwa in dem Bereich, der für Mastifikationsprozesse ohne Kühlung in Frage kommt, nämlich 90 bis 110°C. Es hat sich weiter herausgestellt, daß die Zeitdauer des Mastifikationsschrittes, wenn das Polymer seine Scher-Temperatur erreicht hat, um etwa 2 Stunden oder mehr herabgesetzt werden kann, wenn das Polymer wie oben dargelegt, gekühlt wird. Andererseits kann ein Punkt erreicht werden, bei dem zu starke Kühlung diese Zeitspanne des Mastifikationsschrittes wieder verlängert. Ein Optimum an Effizienz kann bei einer Temperatur nahe 60°C erreicht werden, wobei Schertemperatur die Temperatur ist, die in den Polymer ausschließlich durch mechanische Scherkräfte eingebracht wird.

Bei einem ähnlichen Verfahren wird die Mastifikation über mindestens zehn Stunden durchgeführt oder solange, bis der gewünschte Wert des Schmelzflußindex erreicht worden ist, d. h. der Wert, bei dem der Wurzelkanal erfolgreich behandelt werden kann. Wie bereits erwähnt, ist der Anfangsschmelzflußindex dieser Polymere 0,2 bis 0,8 g für 10 min und konventionelle Verfahren, basierend auf chemischen Zusätzen, brachten nur etwa 10 g für 10 min. Die Mehrheit von Dental-Praktikern bevorzugt ein Produkt mit diesem Schmelzflußindex, weil die Bauweise der vorhandenen Einrichtungen und die Wurzelkanaltechniken darauf abgestimmt sind. Demgegenüber stehen der Anwendung der Erfindung Polymere zur Verfügung, deren Schmelzflußindex 20 g, 50 g, 100 g, 250 g, sogar 500 g für 10 min einschließlich aller Zwischenwerte sein kann. Der gewünschte Wert des Schmelzflußindex hängt von einer Reihe von Fakten einschließlich der Anatomie des Wurzelkanals der verwendeten Einrichtungen und Werkzeuge und der vom Kliniker bevorzugten Technik ab. In erster Linie ist es erwünscht, daß das Polymer, das in einem fließfähigen Zustand, der Wärme erfordert, zur Verfügung steht. Da ein Polymer mit einem Schmelzflußindex von 500 bereits bei einer niedrigeren Temperatur fließt als ein Polymer, dessen Schmelzflußindex 50 ist, kann der Kliniker entweder eine höhere Temperatur anwenden, oder die Fluß-Charakteristiken des Polymers ändern. Wenn die Technik ein Kondensieren erfordert, um den Werkstoff in die Lateralkanäle einzubringen, kann ein niedrigerer Schmelzflußindex oder ein weniger fließfähiger Werkstoff ausgewählt werden.

Es versteht sich daraus, daß eine Auswahl von Schmelzflußindexen verwendbar ist und daß die Mastifikationszeit als Funktion des Schmelzflußindex wählbar ist. Im allgemeinen sinkt der Schmelzflußindex nach 15 Stunden sehr stark ab, so daß ein Schmelzflußindex von etwa 500 g für 10 min nach etwa 30 Stunden erreichbar ist. Obgleich noch größere Werte erreicht werden können, ist die Anwendbarkeit solcher Produkte für das Verschließen von Wurzelkanälen selten. Nichtsdestoweniger kann ein solches Produkt für andere Zwecke angewendet werden, weshalb die Erfindung sich nicht auf 30 Stunden oder Schmelzflußindexe von 500 g für 10 min beschränkt, weil solche Werte, soweit sie gewünscht werden, durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichbar sind.

Um diese unerwarteten Ergebnisse zu bewerten, wurden einige 1100 bis 1600 g Abschnitte von unbehandeltem Guttapercha kontinuierlich in einem Mixer für unterschiedliche Zeitspannen mastifiziert. Die Temperatur des Guttapercha wurde während unterschiedlicher Zeitabschnitte festgehalten und ein Muster des Guttapercha wurde dann, wie beschrieben, einer Standard-Untersuchung unterzogen, um den Schmelzflußindex zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen I-III festgehalten.

Aus Tabelle I gehen die Schmelzflußindexe von drei Mustern von Guttapercha hervor, die mit dem Beginn des Polymermixens bestimmt wurden, ohne daß eine anfängliche Erhitzung erfolgte, um das Polymer auf 94°C zu bringen. Nachdem diese Temperatur durch die Scherbehandlung erreicht worden war, wurde mit Hilfe eines Kalt-Wasserumlaufs um den Umfang der Mixvorrichtung die Werkstoffmasse während der folgenden Stunden der Mastifikation gekühlt. In jedem Augenblick wurden etwa 30 min Mastifikationsarbeit benötigt, um das Polymer von Umgebungstemperatur auf 94°C zu bringen.

Aus Tabelle II geht hervor, daß die Schmelzflußindexe von zwei zusätzlichen Mustern von Guttapercha, Muster 4-5 von Polymeren bestimmt wurden, die vom Beginn der Mastifikation an erhitzt wurden, um ihre Temperatur schnell auf etwa 91°C zu bringen; anschließend erfolgte die Kühlung. In beiden Beispielen wurde die Temperatur in etwa 15 min erreicht.

Aus Tabelle III gehen die Ergebnisse der Muster 6 bis 8 hervor. Jedes Polymer wurde zu Beginn erhitzt, wie mit Bezug auf Tabelle II erläutert, und zwar 15 min. Die folgende Mischzeit mit Abkühlen ergibt Schmelzflußindexe von etwa 50, 100 und 250 g für 10 min.

Mit Bezug zunächst auf Tabellen I und II stellt die Änderung des Schmelzflußindex, die während der ersten Stunden beobachtet werden konnte, keinen Grund dar, den Mastifikationsprozeß fortzusetzen. Unerwartet ist jedoch, daß bei Fortsetzung der Mastifikation über einer etwas ungewöhnliche Zeitspanne der Anstieg des Schmelzflußindex von den 0,2 g für 10 min für unbehandeltes Guttapercha auf etwa 500 g für 10 min folgte. Ein 2500-facher Anstieg. Bei einem Vergleich der Ergebnisse von Tabelle 1 mit denen der Tabellen II und III ergibt sich, daß die Zeitspannen im allgemeinen etwa zwei Stunden kürzer sind, um einen Schmelzflußindex von 450 g zu erzielen.

Die Mastifikation des Musters 1 begann mit Raumtemperatur. Diese erhöhte sich auf 94°C, und während des Scherens und wurde dann während der folgenden 31,5 Stunden gekühlt. Die Kühlung erfolge während der ersten Stunden gradiell bestimmt von der jeweiligen Temperatur des Polymers. Jedoch nach 22 Stunden fiel die Temperatur des Polymers um mehrere Grade entsprechend den vergleichbar angestiegenen Schmelzflußindexen. Allgemein ergab sich das gleiche Temperaturprofil bei den Mustern 2 und 3. Die Unterschiede bestehen darin, daß wärmeres Wasser benutzt wurde, das zu einem niedrigeren Schmelzflußindex nach 22,75 Stunden als beim Muster 1 und einer längeren Gesamtmischzeit führte. Muster 1 erreichte ebenfalls einen Schmelzflußindex von 470 nach 31,5 Stunden, während Muster 3 33,5 Stunden benötigte, um einen Schmelzflußindex von 479 zu erreichen, dabei erreichte Muster 2 einen Schmelzflußindex von nur 465 nach 37,75 Stunden.

Muster 4 und 5 nach Tabelle II begannen mit einer Wärme, wie bereits erwähnt, und es zeigt sich, daß die Zeit für Muster 4 sich auf 29 Stunden verkürzte, um einen Schmelzflußindex von 507 zu erreichen. Schließlich geht aus Tabelle III hervor, daß drei unterschiedliche Bereiche von Schmelzflußindexen erreicht wurden, die erweisen, daß gewünschte Werte inner­ halb der breiten Bereiche von 20 und 500 g für 10 min durch Variation der Mastifikationszeit erreicht werden können.

In der Zeichnung gibt der Kurvenverlauf das Verhältnis des Schmelzflußindex zur Zeit wieder, wie er sich aus den für die Muster 1 bis 8 ermittelten Werten ergibt. Die Mastifikation für die Zeitspanne zwischen den Punkten A und B der Kurve zeigt ein im wesentlichen linear verlaufendes Verhältnis zwischen Schmelzflußindex und Mastifikationszeit. Zwischen den Punkten B und C tritt eine deutliche Änderung ein; sie stellt das Knie der Kurve dar und repräsentiert einen Übergangsbereich der als Mengenänderung bezeichnet werden kann. Dieses Knie entsteht in dem Bereich von 10 bis 20 Stunden, wobei die Mehrzahl der Muster dieses Knie in dem Bereich von 14 bis 19 Stunden bildet. Das Knie entsteht ferner in der Zeit, innerhalb derer der Schmelzflußindex ungefähr 20 bis 25 g für 10 min erreicht; praktisch unabhängig von der Mastifikationszeit, die notwendig ist, den Schmelzflußindex auf diesen Wert zu bringen.

Schließlich von Punkt C über Punkt D verläuft die Kurve in einer völlig anderen Richtung als zwischen den Punkten A und B, jedoch verläuft auch hier jenseits des Knies über dieses hinaus das Verhältnis Schmelzflußindex und Mastifikationszeit linear.

Vergleicht man das linear verlaufende Verhältnis zwischen den Punkten A und B mit dem Verlauf zwischen den Punkten C und D, dann lassen sich zwei wesentliche Veränderungen feststellen. Innerhalb des Zeitrahmens von den Punkten A nach B sind keine Anzeichen dafür da, daß die forgesetzte Mastifikation zu Änderungswerten führt, wie sie durch das Knie repräsentiert werden und auch keine Anzeichen dafür, daß hinter diesem innerhalb von moderaten Mastifikationszeitspannen bemerkenswert höhere Schmelzflußindexe erreicht werden können.

Nach der Verarbeitung können die üblichen Additive mit einem 20 bis 60 min dauernden Walz- oder Mischprozeß in das Guttapercha eingemischt werden. Diese Additive können den Wert des Schmelzflußindex bis auf wenigstens 50% herabsetzen, dieses Absinken kann aber durch zusätzliche Mastifikation ausgeglichen werden. Dem Fachmann stehen für eine solche zusätzliche Mastifikation unterschiedliche Einrichtungen und Verfahren zur Verfügung.

Guttapercha mit einem so bemerkenswert erhöhten Wert des Schmelzflußindex können bis ungefähr 70°C erhitzt und durch eine Nadel injiziert werden, um die vollständige Kavität eines Wurzelkanals auszufüllen. Das auf diese Weise behandelte Guttapercha fließt über die vollständige Distanz von der Nadel zum Apex des Wurzelkanals. Darüber hinaus fließt das Guttapercha vom Apex und lateral in alle Unregelmäßigkeiten einschließlich lateraler Kanäle, ohne daß es dazu zusätzlicher Manipulationen mit Fingerstäben oder dergleichen bedarf.

Guttapercha mit einem solchen erhöhten Schmelzflußindex ist mehr geeignet, die Dentin-Wände "naß" zu bedecken und damit eine Dichtung ohne die Notwendigkeit der zusätzlichen Anwendung von besonderen Dichtmitteln zu erreichen. Schließlich zieht sich dieses Guttapercha nicht als Ergebnis von Kühl- Schrumpfungen von den Dentin-Wänden wieder ab, sondern hält die notwendige Dichtung aufrecht.

Die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Zahnmarkbehandlung ergibt sich daraus, daß durch Erhöhung des Schmelzflußindex des Polymers die thermoplastische Injektionsfüllung durch erheblich niedrigere und sichererer Temperaturen von etwa 66°C verbessert werden kann. Diese niedrigen Plastifikationstemperaturen machen die klinische Anwendung dieser Technik einfacher zugänglich und erfordern keine schwierigen Übertragungs- und Zuführsysteme oder alternative Füllungstechniken. Bei Behandlung des Guttapercha nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Polymer mit einer klinisch annehmbaren Temperatur plastifiziert werden. Die niedrige Temperatur verringert das Schrumpfen des Werkstoffs bei der Abkühlung und verbessert damit die Güte der Abdichtung. Hinzu kommt, daß für die Fachleute die Verwendung eines Polymers mit höherem Schmelzflußindex bei anderen Füllungstechniken, z. B. laterale und vertikale Kondensation, und automatische thermische Kondensation solche Techniken erheblich vereinfacht.

Die genauen Mix- oder Walzkriterien hängen jedoch weiter von der jeweiligen Flußcharakteristik ab, die für den Werkstoff wünschenswert ist, und von der besonderen Art und Weise, in der von dieser Gebrauch gemacht wird, ab. Insoweit kann die Erfindung Gegenstand zahlreicher Variationen und Änderungen im Detail sein, von denen einige bereits beschrieben wurden, ohne die Anwendbarkeit auf diese Beschreibungen zu begrenzen.

Für die endotonischen Verfahren, die heute angewendet werden, ist ein Schmelzflußindex von 500 g für 10 min in jeder Hinsicht ausreichend. Aus diesem Grunde wurde wenig unternommen, um die Mastifikation über diesen Punkt hinaus fortzusetzen, wobei zahlreiche Anzeichen dafür sprechen, daß die Erzielung eines noch höheren Schmelzflußindex erheblich größere Mastifikationszeiten erfordern wird.

Claims (24)

1. Verfahren zur Plastifikation von thermoplastischen Polymeren, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Guttapercha, Balata und synthetischen Transpolyisoprenen mit einem unbehandelten Ausgangs-Schmelzflußindex von 0,2 bis 0,8 g für 10 min, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Mastifikation des Polymers mit ausreichender Scherung zu dessen Erhitzung,
Kühlung des Polymers bis auf 60°C unter Fortsetzung der Mastifikation und
Unterbrechung der Mastifikation des Polymers, sobald die Polymermasse den gewünschten Schmelzflußindex erreicht hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus der Gruppe ausgewählt ist, die Guttapercha und Balata enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende zusätzliche Schritte:
Erhitzung des Polymers während des ersten Mastifikationsschrittes, bis die Temperatur einen Bereich von 90 bis 110°C erreicht hat und
Unterbrechung des Erhitzungsschrittes, sobald der genannte Temperaturbereich erreicht ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 10 g für 10 min überschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 50 g für 10 min überschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 100 g für 10 min überschreitet.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 250 g für 10 min überschreitet.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 500 g für 10 min überschreitet.

9. Verfahren zur Plastifizierung eines thermoplastischen Polymers, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus Guttapercha, Balata und synthetischen Transpolyisoprenen, mit einem unbehandelten Ausgangs-Schmelzflußindex im Bereich von 0,2 bis 0,8 g für 10 min, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Mastifikation des Polymers mit ausreichender Scherung zu dessen Erhitzung,
Kühlung des Polymers,
Anzeige und Überwachung der Temperatur des Polymers während der Mastifikation und
Unterbrechung der Mastifikation, sobald die Temperatur des Polymers in einen Bereich von 60 bis 72°C fällt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Guttapercha und Balata enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Schritte:
Erhitzung des Polymers während des ersten Mastifikationsschrittes, bis die Temperatur einen Bereich von 90 bis 110°C erreicht hat und
Unterbrechung des Erhitzungsschrittes, sobald der genannte Temperaturbereich erreicht ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 10 g für 10 min überschreitet.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 50 g für 10 min überschreitet.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 100 g für 10 min überschreitet.

15. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 250 g für 10 min überschreitet.

16. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 500 g für 10 min überschreitet.

17. Verfahren zur Plastifikation eines thermoplastischen Polymers, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Guttapercha, Balata und synthetischen Transpolyisoprenen mit einem unbehandelten Ausgangs-Schmelzflußindex von 0,2 bis 0,8 g für 10 min, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Mastifikation des Polymers mit ausreichender Scherung zu dessen Erhitzung,
Kühlung des Polymers,
Fortsetzung der Mastifikation für eine Zeitspanne von wenigstens 15 Stunden und
darauf Unterbrechung der Mastifikation.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Guttapercha und Balata enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Schritte:
Erhitzung des Polymers während des ersten Mastifikationsschrittes bis die Temperatur einen Bereich von 90 bis 110°C erreicht hat und
Unterbrechung des Erhitzungsschrittes, sobald die Temperatur den genannten Bereich erreicht hat.

20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 10 g für 10 min über­ schreitet.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 50 g für 10 min über­ schreitet.

22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 100 g für 10 min über­ schreitet.

23. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 250 g für 10 min über­ schreitet.

24. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mastifikation unterbrochen wird, wenn der Schmelzflußindex den Wert von 500 g für 10 min über­ schreitet.