2장 고분자·레진·의치상
복합레진, 의치상(denture base), 전색재(sealant), 레진시멘트는 같은 화학으로 굳는다. 메타크릴레이트 단량체(monomer)가 자유라디칼(free radical)의 공격을 받아 사슬로 이어지는 반응이다. 이 장은 그 화학을 먼저 정리하고, 이어서 재료마다 무엇이 다른지를 본다. 연성 이장재(liner) 가운데 단기용인 조직조정재(tissue conditioner)는 이 반응으로 굳지 않는다.
시험은 성분의 이름과 방향을 묻는다. 분자량이 커지면 무엇이 오르는지, 가소제(plasticizer)를 넣으면 유리전이온도(glass transition temperature)가 어느 쪽으로 가는지, Bis-GMA와 TEGDMA 가운데 어느 것이 희석제인지, 화학중합과 광중합(light curing)의 개시제(initiator)가 각각 무엇인지, 의치상 레진 반죽이 거치는 단계의 순서, 조직조정재가 왜 중합하지 않는 재료인지를 묻는다.
복합레진을 쓰는 술식과 중합수축(polymerization shrinkage)은 치과보존학 3장에, 의치를 만들고 고치는 임상은 치과보철학 4장에 있다. 법랑질과 상아질에 붙이는 단량체의 화학은 3장에서 이어진다.
2.1 고분자의 구조와 물성 빈출
고분자는 단량체(monomer)가 길게 이어진 사슬이다. 사슬이 길고 얽힐수록 단단하고 뜨거워야 풀리며, 사슬 사이를 벌리는 가소제(plasticizer)는 반대로 작용한다. 치과용 고분자는 대부분 비결정질이라 투명하고 심미적이다.
무엇이 물성을 바꾸나
| 요인 | 기계적 성질 | 유리전이온도(Tg) | 그 밖에 |
|---|---|---|---|
| 분자량(중합도) 증가 | 인장강도, 굴곡강도(flexural strength), 경도 증가 | 상승. 용융온도(Tm)도 상승 | 사슬 얽힘이 늘어 점도가 오르고 유동성이 준다. 단량체의 분자량이 크면 중합수축률이 준다 |
| 사슬 얽힘 증가 | 강도 증가 | 상승 | 유동성 감소(점도 증가) |
| 가소제 첨가plasticizer | 탄성계수(elastic modulus)와 취성(brittleness)이 함께 감소, 유연해진다 | 저하 | 사슬 사이의 인력이 줄고 자유 부피가 늘어 사슬이 잘 움직인다 |
| 가교결합 밀도 증가cross-linking | 강도, 용해 저항성 증가 | 상승 | 사슬의 회전과 이동이 막힌다 |
유리전이온도(glass transition temperature)는 단단한 유리 상태가 고무 상태로 바뀌는 기준 온도다. 가소제는 이 온도를 낮추고, 분자량과 가교는 높인다.
열가소성과 열경화성
| 열가소성thermoplastic | 열경화성thermosetting | |
|---|---|---|
| 열을 가하면 | 연화되어 성형할 수 있다 | 가열 중 화학적 가교반응으로 굳는다 |
| 식히면 | 다시 굳는다. 가열과 냉각에 따른 변화가 가역적이다 | 되돌릴 수 없다 |
함정 치과용 고분자는 금속, 도재(porcelain), 치아보다 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)가 훨씬 크다. 레진은 열에 따라 크게 늘고 줄어든다는 점이 뒤의 장에서 계속 문제가 된다.
2.2 단량체, 개시제, 억제제 빈출
복합레진의 기질은 점도가 높은 단량체(monomer)(Bis-GMA)에 점도를 낮추는 단량체(TEGDMA)를 섞어 만든다. 굳는 반응은 자유라디칼(free radical) 중합이고, 라디칼을 만드는 개시제(initiator)와 그것을 돕는 촉진제, 저장 중에 굳지 않게 막는 억제제가 함께 들어간다.
단량체
| 단량체 | 역할 | 시험 포인트 |
|---|---|---|
| Bis-GMA | 기질 단량체. 분자량이 크고 점도가 높다 | 분자량이 커서 중합수축(polymerization shrinkage)이 적다. 에스트로겐 수용체와는 Bis-GMA 자체가 아니라 남은 비스페놀 A(BPA)가 결합한다 |
| UDMA | Bis-GMA와 함께 쓰는 기질 단량체 | 이관능성 단량체 |
| TEGDMA | 희석 단량체(diluent monomer). Bis-GMA의 점도를 낮춰 조작과 필러 충전을 쉽게 한다 | 많이 넣으면 중합수축과 물 흡수가 늘어난다. 세포 안 글루타티온(GSH)을 고갈시키고 활성산소종(reactive oxygen species)(ROS)을 쌓아 세포독성(cytotoxicity)을 낸다 |
| HEMA | 친수성(hydrophilic) 단량체 | TEGDMA가 HEMA보다 세포독성이 높다. 친유성(lipophilic)이 커서 세포막 지질층을 쉽게 지나기 때문이다 |
TEGDMA가 만든 활성산소는 글루타티온 전구체이자 항산화제인 N-아세틸시스테인(NAC)이 줄여 준다. 경화된 레진도 중합전환율(degree of conversion)이 대개 50–70%라 미반응 잔류 단량체(residual monomer)가 남는다. 이것이 침 속으로 녹아 나와 치수와 치은을 자극하거나 알레르기를 일으킬 수 있다.
개시제, 촉진제, 억제제
| 구분 | 성분 | 하는 일 |
|---|---|---|
| 화학중합 개시제initiator | 과산화벤조일(benzoyl peroxide)(BPO) | 3차 아민(tertiary amine)과 반응해 상온에서 분해되어 자유라디칼을 만든다 |
| 화학중합 촉진제(활성제) | 3차 아민 | BPO를 분해시킨다. 화학중합형 복합레진과 자가중합 의치상(denture base) 레진의 액에 들어 있다 |
| 광개시제photoinitiator | 캄포퀴논 | 청색광을 받아 3차 아민 촉진제와 함께 라디칼을 만든다 (광중합) |
| 열중합 개시제initiator | BPO | 열로 분해된다. 3차 아민이 필요 없다 |
| 억제제 | BHT, 하이드로퀴논 | 보관 중 단량체가 스스로 굳는 것(조기 중합)을 막아 저장 수명을 준다 |
자유라디칼 중합의 세 단계
| 단계 | 일어나는 일 |
|---|---|
| 개시 | 개시제가 열이나 빛으로 분해되어 라디칼이 생긴다. 공유결합을 끊어야 해서 활성화에너지(activation energy)가 가장 큰 단계 |
| 전파 | 라디칼이 단량체의 탄소-탄소 이중결합을 공격해 사슬이 길어진다 |
| 정지 | 두 라디칼이 만나 사라진다. 사슬끼리 결합하거나 수소를 주고받는 불균등화(disproportionation)로 끝난다 |
함정 산소는 라디칼과 반응해 반응성이 낮은 과산화 라디칼을 만들어 중합을 지연시키거나 막는다. 공기에 닿은 레진 표면이 덜 굳는 산소억제층(oxygen-inhibited layer)의 원인이다. 술식은 치과보존학 3장에 있다.
2.3 광중합 최고 빈출
광중합형 레진은 캄포퀴논이 약 468 nm의 청색광을 흡수해 3차 아민(tertiary amine)과 라디칼을 만들며 굳는다. 반응은 자유라디칼(free radical) 부가중합(addition polymerization)이다. 빛의 파장이 개시제(initiator)의 흡수 파장과 맞아야 충분히 굳는다. 그래서 광중합기는 방출 스펙트럼이 광개시제(photoinitiator)의 흡수 스펙트럼과 겹치는 것을 고른다.
광개시제와 아민
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 캄포퀴논 | 가장 널리 쓰는 광개시제. 최대 흡수 약 468 nm(청색광, 400–500 nm 대역) |
| TPO, PPD | 약 400 nm 전후의 짧은 파장을 흡수하는 개시제. 단일피크 LED로는 못 굳히고 다중피크 LED가 필요하다 |
| 지방족 3차 아민tertiary amine | 광중합형의 촉진제. 색안정성이 좋다 |
| 방향족 3차 아민tertiary amine | 화학중합형의 촉진제. 시간이 지나면 산화되어 황갈색으로 변색한다 |
광중합기 비교
| 할로겐(QTH) | LED | |
|---|---|---|
| 방출하는 빛 | 넓은 파장의 백색광과 열 | 청색광을 직접 낸다. 캄포퀴논 흡수대에 몰린 좁은 스펙트럼. 단일피크는 450–490 nm |
| 광학 필터 | 필요. 400–500 nm만 통과시킨다 | 필요 없다 |
| 발열, 전력 | 많다 | 적다. 무선 배터리 구동이 가능하다 |
| 수명 | 전구가 검게 되고 필터가 낡아 광출력이 떨어진다. 광도계(radiometer)로 정기 점검하고 전구를 바꾼다 | 길다 |
암기 LED가 필터 없이 되는 이유는 청색광만 직접 내기 때문이다. 할로겐은 백색광을 낸 뒤 필터로 걸러서 얻는다.
광조사 요령
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 팁의 위치 | 수복물 표면에 수직으로 최대한 가깝게. 멀어지거나 기울면 광도가 급감해 깊은 곳이 덜 굳는다 |
| 조도 분포 | 팁 표면의 광조도는 불균일하다. 중심과 주변, 다이오드 배열에 따라 세기가 높은 곳과 낮은 곳이 생긴다 |
한 번에 굳는 두께와 광도를 높이는 술식은 치과보존학 3장에서 다룬다.
2.4 복합레진과 전색재 최고 빈출
복합레진은 유기 기질, 무기 필러, 둘을 잇는 실란, 개시제(initiator)로 이루어진다. 필러가 많을수록 단단하고 덜 줄고, 필러 입자가 작을수록 매끈하게 닦인다. 이 둘이 서로 당기기 때문에 필러 종류마다 쓰임이 나뉜다.
성분과 역할
| 성분 | 내용 |
|---|---|
| 유기 기질 | Bis-GMA와 UDMA. 가교 구조를 만들어 기계적 성질을 준다. 점도는 TEGDMA로 낮춘다 |
| 무기 필러 | 강도를 올리고 중합수축(polymerization shrinkage)과 열팽창을 줄인다 |
| 실란 | 필러 표면의 실란올기와 결합하고 반대편 메타크릴레이트기는 기질과 공중합한다. 응력(stress)을 나누고 물이 스며드는 것을 막는다 |
| 개시제initiator | 광중합(light curing)은 캄포퀴논과 아민, 화학중합은 BPO와 3차 아민(tertiary amine). 3차 아민은 어느 쪽에서나 촉진제다 |
| 바륨, 스트론튬, 지르코늄 | 유리 필러에 넣어 방사선불투과성(radiopacity)을 준다. 석영과 순수 실리카는 X선을 통과시키므로 이차우식(secondary caries)과 치질을 구분하려고 중금속 유리를 쓴다 |
필러와 성질
| 필러 | 효과 |
|---|---|
| 함량 증가 | 강도(압축강도), 탄성계수(elastic modulus), 경도, 내마모성(wear resistance) 증가. 중합수축과 열팽창계수(coefficient of thermal expansion)는 감소 |
| 입자 크기가 작다 | 마모 때 떨어져 나가는 입자가 작아 표면이 거칠어지지 않는다. 연마성과 활택도가 좋다 |
| 혼합형hybrid | 필러 함량이 높아 강도와 내마모성이 좋다 |
| 거대입자형 | 필러 함량이 높아 강도는 좋지만 입자가 커서 표면이 거칠다 |
| 미세입자형 | 필러 함량이 낮아 강도는 떨어지지만 표면이 가장 매끈하다 |
필러 종류의 분류와 임상 선택은 치과보존학 3장에 있다.
복합레진의 특징
| 항목 | 내용 |
|---|---|
| 경도 | 법랑질(누프 경도 약 340)보다 낮다. 복합레진은 약 30–100, 상아질은 약 70이다 |
| 대합치 마모 | 도재(porcelain)는 표면이 거칠어지면 대합치 법랑질을 심하게 닳게 하지만, 복합레진은 대합치 마모가 적다 |
| 색조 | 어둡거나 불투명한 색조는 빛이 덜 통해 중합 깊이가 얕다. 한 번에 굳히는 두께를 줄인다 |
| 글라스아이오노머와 비교 | 복합레진은 기계적 강도와 심미성이 좋다. 글라스아이오노머는 불소 방출과 치질 자가접착이 장점이고 강도, 내마모성, 색 안정성, 연마 표면은 복합레진보다 못하다 |
함정 필러 함량이 높은 것은 혼합형이고, 표면이 가장 매끈한 것은 미세입자형이다. 매끈함과 강도는 서로 반대로 간다.
치면열구전색재
전색재(sealant)는 좁고 깊은 소와열구(pit and fissure) 바닥까지 스며들어야 한다. 그러려면 점도가 낮고 젖음성(wettability)이 좋아야 한다. 도포 전에 법랑질을 인산으로 산부식(acid etching)하면 오염물이 벗겨져 표면에너지(surface energy)가 오르고 미세 요철이 생겨, 전색재가 잘 퍼지고 레진 태그(resin tag)로 물린다.
2.5 의치상 레진 빈출
의치상(denture base) 레진은 분말(PMMA 중합체)과 액(MMA 단량체)을 섞어 굳힌다. 분말의 과산화벤조일(benzoyl peroxide)을 열로 쪼개면 열중합, 액의 3차 아민(tertiary amine)으로 쪼개면 자가중합이다.
분말과 액
| 분말 | 액 | |
|---|---|---|
| 열중합 | PMMA 중합체(polymer), 개시제(initiator)(과산화벤조일), 색소 | MMA 단량체(monomer), 억제제(하이드로퀴논), 가교제(EGDMA) |
| 자가중합 | 같다 | 같고, 여기에 3차 아민 활성제가 더해진다 |
| 열중합 | 자가중합 | |
|---|---|---|
| 개시 | 가열로 BPO가 분해된다 | 3차 아민이 BPO를 상온에서 분해한다 |
| 3차 아민tertiary amine | 필요 없다 | 필요하다 |
| 특징 | 중합도가 높고 잔류 단량체(residual monomer)가 적다 | 열이 필요 없다. 잔류 단량체가 더 많다 |
하이드로퀴논은 약 0.006%로 들어가 보관 중 조기 중합을 막고 유효기간을 늘린다. 가교제 EGDMA는 강도와 용해 저항성을 높인다.
반죽의 5단계
| 순서 | 단계 | 상태 |
|---|---|---|
| 1 | 모래상 | 분말이 단량체에 젖는 중 |
| 2 | 점착상 | 끈적이고 실처럼 늘어난다 |
| 3 | 병상(반죽상) | 손과 기구에 묻지 않고 흐름이 알맞다 |
| 4 | 고무상 | 탄성이 생겨 흐르지 않는다 |
| 5 | 경화상 | 굳은 상태 |
플라스크에 채우는 전입은 병상에서 한다. 병상 도달 시간은 분말과 액을 섞기 시작해서 병상이 되기까지의 시간이며, 규격상 실온(23 ± 1 °C)에서 40분 이내여야 한다.
함정 전입 단계는 점착상이 아니라 병상이다. 모래상과 점착상은 아직 단량체가 분말에 스며드는 중이고, 고무상은 이미 흐르지 않는다.
가열 속도에 따른 다공성(porosity)과 매몰, 중합 방법의 임상은 치과보철학 4장에 있다.
2.6 의치 이장재와 조직조정재 빈출
연성 이장재(liner)는 의치 안쪽에 덧대는 말랑한 층이다. 쓰는 기간으로 단기와 장기로 나눈다. 단기용인 조직조정재(tissue conditioner)는 중합하지 않고 젤화한다는 것이 이 절의 핵심이다.
단기와 장기
| 단기 연성 이장재(조직조정재)liner · tissue conditioner | 장기 연성 이장재liner | |
|---|---|---|
| 기간 | 며칠–수주 | 수개월–수년 |
| 성분 | 분말 PEMA, 액 에탄올과 에스터계 가소제(plasticizer). 아크릴 단량체(monomer)가 없다 | 아크릴릭 레진계(가소제 첨가형), 실리콘계 |
| 굳는 기전 | 에탄올이 분말을 팽윤시키고 가소제가 퍼지며 물리적 젤화. 중합열도 잔류 단량체(residual monomer)도 없다 | 중합 |
| 성질 | 점탄성(viscoelasticity)으로 저작 충격을 완충해 점막을 보호한다 | 연성과 탄성(쇼어 경도)에 따라 단단함, 중간, 연함으로 나눈다 |
| 한계 | 가소제와 에탄올이 침에 녹아 나가 굳는다. 교체한다 | 시간이 지나면 표면이 거칠어지고 Candida가 붙으며 탄성을 잃는다. 점검하고 교체한다 |
조직조정재는 손상된 지지점막을 치유시키고, 환자가 저작과 연하를 하는 동안 흐름이 유지되므로 기능인상재로도 쓴다.
가소제 첨가형 아크릴릭 레진 이장재
| 장점 | 단점 |
|---|---|
| 찢김강도가 실리콘 이장재보다 크다. 의치상 레진과의 결합이 좋다tear strength · liner · denture base | 가소제가 침에 녹아 나와 점차 굳는다. 용출된 가소제는 점막을 자극한다. 탄성이 사라지므로 주기적으로 교체한다 |
열중합형 연성 이장재는 중합도가 높아 잔류 단량체가 적고 내구성이 좋다. 완충 효과를 얻으려면 이장재 두께가 약 2 mm 필요하다. 공간을 만들려고 의치상을 너무 많이 깎아 두께가 얇아지면 의치상의 파절 강도가 떨어진다.
첨상과 개상
| 술식 | 바꾸는 부위 | 메모 |
|---|---|---|
| 첨상(이장)relining | 의치상 조직면만 얇게 새로 만든다 | 인공치와 의치상은 쓸 만하고 적합만 나쁠 때 |
| 개상rebasing | 의치상 레진 전체를 바꾸고 인공치는 그대로 쓴다 | 의치상의 심한 변색, 다발성 파절, 광범위한 부적합 |
| 직접법 | 구강 내에서 자가중합형(self-cure)이나 광중합형 레진 | 의치상 표면에 MMA 단량체를 바르면 표면이 팽윤되어 새 레진과의 결합이 좋아진다 |
| 간접법 | 인상을 뜬 뒤 기공실에서 열중합형 레진 | 가열과 매몰이 필요해 구강 안에서는 못 한다 |
함정 개상은 인공치를 두고 의치상 전체를 바꾸고, 첨상은 조직면만 얇게 새로 만든다. 열중합형 레진은 직접법으로 쓸 수 없다. 조직조정재와 첨상의 임상은 치과보철학 4장에 있다.
복습
헷갈리는 쌍
| 쌍 | 가르는 기준 |
|---|---|
| 분자량 증가 vs 가소제 첨가plasticizer | Tg와 강도가 오른다 vs Tg와 탄성계수(elastic modulus)가 내린다 |
| 가소제 vs 가교plasticizer | 사슬 사이 인력을 줄여 Tg 저하 vs 사슬 운동을 막아 Tg 상승 |
| 열가소성 vs 열경화성thermoplastic · thermosetting | 가열하면 연화되고 가역적 vs 가열 중 가교되어 굳음 |
| Bis-GMA vs TEGDMA | 점도가 높은 기질 단량체(monomer) vs 점도를 낮추는 희석 단량체(diluent monomer) |
| TEGDMA vs HEMA | 친유성(lipophilic), 세포독성(cytotoxicity)이 높다 vs 친수성(hydrophilic), 세포독성이 낮다 |
| BPO vs 캄포퀴논 | 화학·열중합 개시제(initiator) vs 광개시제(photoinitiator)(약 468 nm) |
| 개시 vs 정지 | 활성화에너지(activation energy)가 가장 큼 vs 결합이나 불균등화(disproportionation) |
| 억제제 vs 촉진제 | 하이드로퀴논, BHT: 보관 중 조기 중합을 막음 vs 3차 아민(tertiary amine): 개시제를 분해 |
| 할로겐 vs LED | 필터가 필요, 광출력 저하 vs 필터 없음, 수명이 길다 |
| 지방족 아민 vs 방향족 아민 | 광중합형, 색안정성 vs 화학중합형, 황갈색 변색 |
| 혼합형 vs 미세입자형hybrid | 강도와 내마모성(wear resistance) vs 가장 매끈한 표면 |
| 열중합 vs 자가중합 의치상 레진denture base | 분말의 BPO를 열로 분해 vs 액의 3차 아민으로 분해 |
| 병상 vs 점착상 | 전입하는 단계 vs 끈적이며 늘어나는 단계 |
| 조직조정재 vs 의치상 레진tissue conditioner · denture base | 젤화, 단량체 없음 vs 중합, MMA 단량체 |
| 첨상 vs 개상relining · rebasing | 조직면만 vs 의치상 전체 |
확인 문제
고분자의 분자량이 커질 때 오르는 열적 성질은?
유리전이온도(Tg)와 용융온도
가소제가 고분자에 일으키는 변화는?
사슬 간 인력 감소로 Tg 저하
가교결합 밀도가 커지면 Tg는?
상승
가열하면 연화되는 가역적 고분자는?
열가소성 고분자
복합레진의 기질 단량체와 희석 단량체는?
Bis-GMA, TEGDMA
TEGDMA의 세포독성 기전은?
글루타티온 고갈과 활성산소종 증가
Bis-GMA 복합레진에서 에스트로겐 수용체와 결합하는 물질은?
유리된 비스페놀 A
보관 중 조기 중합을 막는 두 성분은?
BHT, 하이드로퀴논
자유라디칼 중합에서 산소가 하는 일은?
중합을 지연시키고 억제
활성화에너지가 가장 큰 중합 단계는?
개시
가장 널리 쓰는 광개시제와 최대 흡수 파장은?
캄포퀴논, 약 468 nm
광중합형의 색안정성을 높이는 촉진제는?
지방족 3차 아민
필터가 필요 없는 광중합기는?
LED
복합레진에 방사선불투과성을 주는 원소는?
바륨, 스트론튬
자가중합 의치상 레진의 액에 더 들어 있는 성분은?
3차 아민 활성제
열중합 의치상 레진 반죽의 단계 순서는?
모래상, 점착상, 병상, 고무상, 경화상
조직조정재가 굳는 기전은?
중합이 아닌 물리적 젤화
직접 첨상에서 의치상에 먼저 바르는 것은?
MMA 단량체
이 장은 치과의사 감수를 받는 중입니다. 틀린 곳이 보이면 아래 메일로 알려 주세요.