اثر دما, رطوبت و زمان بر تغییرات ابعادی گچ نوع IV

اثر دما, رطوبت و زمان بر تغییرات ابعادی گچ نوع IV

چکیده

بیان مسأله: کشور ایران از نظر اقلیمی دارای شرایط آب و هوای مختلف است و با توجه به اختلاف زیاد دما و رطوبت در شهرهای مختلف و استفاده وسیع و همگانی لابراتوارهای پروتز از استون نوع IV برای ساخت دای، انجام این بررسی ضروری به نظر رسید.
هدف: مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر دما, رطوبت و زمان بر تغییرات ابعادی استون نوع IV (Velmix) انجام شد.
روش بررسی: در این مطالعه تجربی, به منظور قالبگیری نیاز به یک مدل با ابعاد ثابت بود که نمونه مکعبی شکل فلزی با ابعاد 10 میلی‌متر ساخته شد سپس با استفاده از ماده قالبگیری از نوع سیلیکون تراکمی به کمک تری مخصوص با 10 خانه به ابعاد 25*20*15 قالبگیری در 10 مرحله انجام گرفت. قالبها به طور همزمان با استون نوع IV ریخته و 80 نمونه در دستگاه مخصوص نگهداری شد. پس از زمانهای انتخابی 2 تا 24 ساعت و یک هفته نمونه‌ها که در 3 گروه 10 تایی با مشخصات رطوبت ثابت و دمای متغیر و 5 گروه
10تایی با مشخصات دما ثابت و رطوبت متغیر نگهداری شده بودند, با میکرومتر با دقت 01/0 میلیمتر اندازه‌گیری گردیدند؛ سپس با استفاده از آنالیز واریانس تک عاملی- دو عاملی و دانکن نمونه‌ها تحلیل شد.
یافته‌ها: نتایج این مطالعه نشان داد که زمان در ایجاد تغییرات ابعادی نقش ندارد؛ تغییرات دما و رطوبت باعث ایجاد تغییرات ابعادی در گچ می‌شود؛ همچنین افزایش دما باعث انقباض و افزایش رطوبت باعث انبساط می‌گردد.
نتیجه‌گیری: بر اساس نتایج این مطالعه بهترین دما برای ایجاد کمترین تغییر ابعادی 20 درجه و بهترین رطوبت برای ایجاد کمترین تغییرات ابعادی 30% می‌باشد.


مقدمه
محصولات Gypsum نسبتاً خالص, بر اساس دستورالعمل ADA به شکل زیر تقسیم بندی می‌شوند:
1- گچ قالب گیری نوع I
2- گچ مدل نوع II
3- Dental Stone نوع III
4- Dental Stone High Strength نوع IV
از گچ Dental Stone High Strength در ساخت دای در پروتز ثابت استفاده می‌شود. برای ساخت دای مناسب, گچ مورد مصرف باید دارای شرایط خاصی از قبیل دقت ابعادی, مقاومت در برابر سایش, سختی سطحی, کاربرد راحت و آسان, سازگاری با مواد قالبگیری, عدم سمیت,‌ استحکام, سختی کافی و حداقل انبساط سخت‌شدن باشد (2,1).
طبق گزارش ADA, Stone نوع IV دارای انبساط سخت‌شدن حدود 1/0% می‌باشد. به منظور افزایش دقت ابعادی دای, انبساط هنگام سخت‌شدن آن باید کمتر از 1/0% باشد. این کار با افزایش تسریع‌کننده مانند سولفات پتاسیم و یا مخلوط با Retarder مثل Borax به آب صورت می‌پذیرد.
میزان انبساط سخت‌شدن محصولات Gypsum بین
5/0% تا 6/0% متغیر می‌باشد. طبق تحقیقات انجام‌شده, Stone نوع IV کمترین میزان انبساط سخت‌شدن را بین محصولات Gypsum دارد.
نتیجه مطالعه Duke و همکاران در مورد خصوصیات فیزیکی نوع IV محصولات Gypsum با برخی مطالعات دیگر هماهنگی داشت و این نتیجه حاصل شد که میزان انبساط سخت شدن استون نوع چهارم زیر 01/0% می‌باشد(2).

چنانچه شرایط سخت‌شدن در محیط مرطوب فراهم شود, علاوه بر انبساط سخت‌شدن, انبساط هیگروسکوپیک نیز وجود خواهد داشت؛ در صورت بالابودن رطوبت, انبساط سخت‌شدن تقریباً دو برابر انبساط سخت‌شدن در هوای خشک می‌باشد؛ علت این افزایش, انبساط رشد کریستال‌ها می‌باشد؛ بدون این که تغییری در واکنش شیمیایی رخ دهد. در زمان سخت شدن, درجه حرارت محیط تغییر اندکی ایجاد می‌کند و در صورتی که درجه حرارت مخلوط آب و گچ از
50 درجه سانتیگراد بگذرد, عمل به کندی پیش می‌رود؛ با رسیدن درجه حرارت به 100 درجه سانتیگراد, هیچ‌گونه واکنشی رخ نمی‌دهد.
در مطالعه Sykora و Sutow در مورد مقایسه انبساط حرارتی گچی با نام High Expansion Stone Cast و Stone نوع III, انبساط سخت‌شدن 12/0% بود و این انبساط در اثر حرارت, بعد از دو ساعت به 55/0% و بعد از 24 ساعت به59/0% رسید (3). در این مطالعه ضریب انبساط حرارتی Stone نوعIII, 6-10×10 بود. وقتی درجه حرارت از 100 به 20 درجه تقلیل یابد, فقط 04/0 میلیمتر انقباض درHigh Expansion Stone Castها مشاهده می‌شود. نتیجه دیگر این مطالعه نشان داد که با غوطه‌ور شدن این نوع Stone در آب به مدت یک هفته تغییر بخصوصی در انبساط مشاهده نمی‌شود (3).
در مطالعه Derrien و Sturtz نیز تغییرات ابعادی Die Stone، Resin Die Epoxy  و Die Polyurethane Resin مقایسه و گزارش شد در صورتی که درجه حرارت محیط در 220 درجه سانتیگراد و رطوبت هوا در 5.50 درصد ثابت بماند, بعد از 15 دقیقه و یک هفته در اندازه‌گیری دای‌ها, کمترین تغییر ابعادی بین این سه ماده مربوط به Stone خواهد بود (4).

در تحقیق Sarma و Neiman در مورد اثر مواد ضدعفونی‌کننده شیمیایی بر تغییرات ابعادی, در گروه شاهد از آب استفاده شده بود. تغییرات ابعادی بسیار ناچیزی (که آن هم در اثر Erosion بود), به هنگام غوطه‌وری در مواد ضدعفونی‌کننده مشاهده شد؛ اما در مورد گروه شاهد (آب), هیچ‌گونه تغییر ابعادی مشاهده نشد که به دلیل غوطه‌ورشدن دای‌های استونی بعد از Setting کامل در آب بود (5).
مطالعه حاضر با هدف بررسی اثر دما, رطوبت و زمان بر تغییرات ابعادی Stone نوع IV (نام تجارتی ولمیکس) انجام شد.

روش بررسی

در این مطالعه تجربی, به منظور انجام تحقیق, یک مدل فلزی مکعبی به ابعاد 10 میلیمتر از جنس نیکل تراشیده شد. سطح مدل کاملاً صیقلی بود و دسته‌ای جهت سهولت در استفاده از آن تعبیه شد. برای این که قالبگیری دقیقی انجام شود و ضخامت ماده قالبگیری اطراف مدل, در یک حد کنترل‌شده و ثابت در تمامی نمونه‌ها باشد, نیاز به تری اختصاصی بود. تری مورد نظر دارای 60 خانه مکعب مستطیل به ابعاد 25*20*15 بود که فقط به 10 خانه آن نیاز بود.
برای این که ضخامت ماده قالبگیری در زیر مدل در همه‌ نمونه‌ها یکی باشد, در زیر سطح فوقانی مدل, طرحی پله‌مانند, تراش داده شد که مدل را از لحاظ ارتفاع و بعد طرفی, در تمامی خانه‌ها در یک مکان ثابت نگه می‌داشت و مانع هر گونه حرکت و لغزندگی نمونه می‌شد؛ پس از اتمام قالبگیری و خارج‌کردن مدل از تری 10 حفره مکعب شکل حاصل گردید به طوری که در هر 10 مورد ضخامت ماده قالب‌گیری در قاعده مکعب,‌ در بعد A مکعب در همة 10 نمونه و در بعد B مکعب در همة 10 نمونه به یک اندازه بود.
تمام نمونه‌ها با استفاده از ماده سیلیکون تراکمی (Rapid, Coltene Co., Swiss) قالبگیری شدند.
پس از اتمام قالبگیری, قالبها توسط Stone نوع IV
(Velmix, Gildand, Germany) ریخته شد. زمان سخت‌شدن این گچ, طبق گزارش کارخانه حدود 14-8 دقیقه است.
در Stone نوع IV حداکثر انبساط سخت‌شدن آن 08/0% است و مقاومت فشاری آن cm2/Kg 350 بعد از یک ساعت می‌باشد. زمان اختلاط آن توسط مخلوط‌کن دستی یک دقیقه و توسط همزن برقی تحت واکیوم, 30 ثانیه و زمان ریختن 3 دقیقه می‌باشد.
نمونه‌ها در دو گروه دسته‌بندی شدند. یک گروه که در آن دما ثابت بود و رطوبت تغییر می‌کرد (که خود به پنج زیر گروه ده تایی تقسیم شد) و گروه دیگر که در آن رطوبت ثابت بود و دما تغییر می‌کرد (این گروه نیز به سه زیر گروه ده تایی تقسیم‌بندی شد).
به منظور قراردادن نمونه‌ها در شرایط مطالعه دستگاهی برای حفظ رطوبت و دما طراحی گردید. این دستگاه از یک اتاقک و دو طبقه فلزی تشکیل شده است که ابعاد طبقه زیرین آن 30*30 و طبقه فوقانی آن 40*30 سانتیمتر می‌باشد. در طبقة زیرین, دستگاه مولد بخار قرار دارد. بخار توسط لوله لاستیکی کوتاهی به محفظة بالا راه می‌یابد. محفظه بالا شامل دستگاه تنظیم رطوبت,‌ دستگاه تنظیم دما, دستگاه مولد حرارت, دماسنج و رطوبت‌سنج می‌باشد. کل دستگاه به طور کامل با پشم شیشه پوشانده شده و هیچ‌گونه تماسی بین محیط خارج و محیط داخل دستگاه وجود ندارد. دستگاه بر اساس جدول و طبق رطوبت و دمای مورد نظر تنظیم می‌شود.
اندازه‌گیری تغییرات ابعادی نمونه‌ها 2 ساعت, 24 ساعت, و یک هفته بعد از ریختن قالب انجام گردید.
دمای مورد نظر در این بررسی 20, 30 و 40 درجه سانتیگراد بود. با توجه به رطوبتهای مختلف در زمانها و مکانهای مختلف, رطوبت با درصدهای 30, 40, 50, 60 و 70 انتخاب شد؛ ابتدا دما روی 25 درجه سانتیگراد ثابت نگه داشته شد و رطوبت طبق برنامه در محیط تنظیم گردید و در زمانهای مختلف اندازه‌گیری شد؛ سپس رطوبت در حد 35% ثابت نگه داشته شد و زمان و دما تغییر یافت؛ به این ترتیب نمونه‌ها به دو گروه 3 و 5 تایی تقسیم شدند.
در گروه 1, رطوبت ثابت 35% دما و زمان متغیر بود؛ به همین دلیل این گروه به زیر گروههای A و B و C تقسیم شد (جدول 1). گروه 2 با دمای ثابت (25 درجه) و رطوبت و زمان متغیر بود و به زیر گروههای D و E وF و G و H تقسیم گردید (جدول 2).
برای اندازه‌گیری ابعاد گچ از یک میکرومتر با دقت اندازه‌گیری 01/0 میلیمتر استفاده شد؛ پس از اولین تماس, دو لبه میکرومتر گیج اندازه‌گیری آزاد شد و دیگر چرخشی انجام نشد و اندازه‌گیری ثبت گردید. تحلیل داده‌ها با استفاده از آنالیز واریانس دوعاملی، تک‌عاملی و آزمون Post Hoc از نوع دانکن انجام شد.

یافته‌ها
میانگین نتایج بدست آمده از ده نمونه طی اندازه‌گیری خطی بلوکهای گچی در جداول 1 و 2 آمده است جدول 1 نشان‌دهنده میانگین به دست آمده در رطوبت ثابت 35% و دمای متغیر 20, 30 و 40 درجه سانتیگراد در 10 نمونه اندازه‌گیری شده است.
جدول 2 نشان‌دهنده میانگین به دست آمده در دمای ثابت 25 درجه سانتیگراد و رطوبت متغیر 70, 60, 50, 40 و 30% می‌باشد که در 10 نمونه اندازه‌گیری شد.
پس از انجام مراحل مقدماتی اثر متقابل زمان و دما به کمک تحلیل واریانس دو عاملی محاسبه گردید (جدول 3).
تأثیر دما در ایجاد تغییرات ابعادی از نظر آماری معنی‌دار بود (05/0P<) ولی زمان در ایجاد تغییرات ابعادی نقشی نداشت (05/0P>). مجدداً با استفاده از روش تحلیل واریانس دو عاملی, اثر متقابل رطوبت و زمان محاسبه گردید(جدول4).
تأثیر رطوبت در ایجاد تغییرات ابعادی از نظر آماری معنی‌دار بود (05/0P<) ولی زمان در ایجاد تغییرات نقشی نداشت (05/0P>). در این بررسی زمان هیچ‌گونه تأثیری در ایجاد تغییرات ابعادی نداشت.
آزمون دانکن نشان داد که فقط بین گروههای B و A اختلاف معنی‌دار وجود دارد ولی بین گروههای A و C و نیز C و B اختلاف معنی‌دار وجود نداشت. پس از به دست آوردن جفت میانگین‌ها و مقایسه آنها, بهترین درجه حرارت برای این که کمترین تغییرات ابعادی ایجاد شود, 20 درجه سانتیگراد به دست آمد.
در مرحله بعد تغییرات ابعادی ایجادشده در درصد رطوبتهای مختلف (30, 40, 50, 60 و 70%) و معنی‌دار بودن اثر رطوبت بر تغییرات ابعادی و تعیین کمترین میزان تغییر در درصدهای فوق مورد بررسی قرار گرفت و از آزمون تحلیل واریانس تک عاملی استفاده گردید که نشان داد تغییرات رطوبت در ایجاد تغییرات ابعادی مؤثر است (0056/0P=).


جدول 1- تغییرات ابعادی گچ در رطوبت ثابت 35% در دما و زمانهای مختلف

جدول 2- تغییرات ابعادی گچ در دمای ثابت 25 درجه سانتیگراد در رطوبت و زمانهای مختلف

جدول 3- تحلیل واریانس دو عاملی (زمان- دما)

جدول 4- تحلیل واریانس دو عاملی (زمان- رطوبت)
تغییرات ابعادی ایجادشده بین گروههای D و F و گروههای E و F و H و گروههای E و G و H اختلاف معنی‌داری نداشتند؛ اما بین گروههای D و E و نیز D و G و همچنین D و H-F و H اختلاف معنی‌داری وجود داشت
(05/0P<).
پس از بررسی نتایج و تحلیل آنها بهترین درصد رطوبت برای ایجاد کمترین تغییرات ابعادی, 30% حاصل گردید.

بحث و نتیجه‌گیری

کشور ایران از لحاظ اقلیمی از شرایط مختلف آب و هوایی برخوردار است. در بررسی حاضر با توجه به استفاده وسیع از Stone نوع IV به عنوان دای در دندانپزشکی, شرایط مختلف آب و هوایی کشور از لحاظ رطوبت, زمان و درجه حرارت در محل لابراتوار ایجاد گردید و اثر آنها بر تغییرات ابعادی دای‌های ساخته‌شده از Stone نوع IV بررسی گردید.
بررسی دفاتر آمار مرکز هواشناسی نشان داد که در هر شهر و در ساعات و مکانهای مختلف, درجه دما و درصد رطوبت هوا متغیر می‌باشد. از آنجا که تحقیق حاضر با هدف استفاده کاربردی آن انجام شد و با در نظر داشتن تغییرات زیاد دما و رطوبت, ابتدا مطالعه‌ای مقدماتی در ساعات مختلف روز انجام گرفت؛ نتایج نشان داد که در ساعات مختلف دما و درصد رطوبت هوا متغیر می‌باشد. از مجموعه بررسیها درجاتی از دما و رطوبت در نظر گرفته شد که امکان ایجاد آن در لابراتوارها با توجه به سیستم تهویه وجود داشت؛ بر همین مبنا درجات 20, 30 و 40 درجه سانتیگراد برای دما و میزان رطوبت 30, 40, 50, 60 و 70 درصد برای بررسی انتخاب شدند. برای اثبات تأثیر عوامل فوق بر تغییر ابعادی گچ ابتدا تمامی ارقام حاصل از تغییرات در رابطه با دما,‌ رطوبت و زمان مورد تحلیل آماری قرار داده شد و از تأثیر مثبت آنها اطمینان حاصل گردید.
سپس به طور جداگانه اثر متقابل دما- زمان و رطوبت- زمان بررسی گردید که نتیجة آن حذف زمان در ایجاد تغییرات ابعادی بود؛ در حالی که دما و رطوبت از نظر آماری تأثیر داشت و کمترین تغییر ابعادی در دمای 20 درجه سانتیگراد و رطوبت 30% حاصل گردید.
تحقیقات انجام شده نشان می‌دهد که هیچ تغییر شاخصی در ابعاد Plaster یا Stone سخت‌شده در دمای اتاق ایجاد نمی‌شود؛ در صورتی که اگر دمای محیط به 100-90 درجه سانتیگراد برسد, انقباض رخ خواهد داد و نگهداری گچ در دمای بالاتر از 55 درجه سانتیگراد توصیه نمی‌شود (6,1). نتایج بررسی حاضر نشان داد که با افزایش دمای محیط, تغییرات ابعادی نیز افزایش می‌یابد و بهترین دمای به‌دست آمده 20 درجه سانتیگراد (همان دمای اتاق) می‌باشد.
در این مطالعه با توجه به این که ضخامت ماده قالبگیری در زیر نمونه‌ها بیشتر از 4 میلیمتر و در حد استاندارد بود و این ضخامت در تمام نمونه‌ها دقیقاً یکسان بود؛ بنابراین نمی‌تواند عامل مخدوش‌کننده‌ای باشد. گزارش شده است که بیشترین Stability در مورد ماده قالبگیری Rapid هنگامی است که ضخامت آن بین 4-2 میلیمتر می‌باشد (7).
با توجه به اثرات رطوبت محیط و تغییرات نسبی که در فرآورده‌های Gypsum وجود دارد (از قبیل سختی سطح, زمان سخت‌‌شدن, ‌شروع واکنش شیمیایی در رطوبتهای بالای 70%) توصیه می‌شود از فرآورده‌های Gypsum در محیطهای خشک نگهداری شود. طبق بررسیهای انجام شده تا 60 دقیقه بعد از قالبگیری می‌توان قالب را نگه داشت (9،8)؛ تحقیق دیگری این زمان را 75 دقیقه اعلام کرد (10). طبق تحقیقات انجام‌شده تغییر ابعادی این ماده بعد از یک ساعت از 3%- تا 5%‌+ می‌باشد (11).

طبق نظر Davis (12) و Mahler و Ady (13) با اضافه‌شدن آب اضافی به Stone در حین سخت شدن, انبساط بیشتر می‌شود.
Jorgensen در بررسی خود نشان داد که افزایش آب از خشک شدن فضای بین کریستالی جلوگیری می‌کند و در نتیجه انبساط رخ می‌دهد (14).
تحقیقات انجام شده توسط Davis (12) Jorgensen (14) و Fusayama (15) نشان داد که آب اضافی در حین سخت‌شدن Stone باعث افزایش انبساط می‌شود که مؤید این نظریه است که وجود رطوبت اضافی در محیط در حین سخت‌شدن گچ می‌تواند تغییرات ابعادی را ایجاد کند.
نتایج مطالعه حاضر نشان داد:
- زمان در ایجاد تغییرات ابعادی نقشی ندارد.
- تغییرات دما و رطوبت باعث ایجاد تغییرات ابعادی در گچ می‌شود. افزایش دما باعث انقباض و افزایش رطوبت باعث انبساط می‌گردد.
- بهترین درجه دما برای به دست آوردن نمونه‌ای با کمترین تغییر 20 درجه سانتیگراد است.
- بهترین درصد رطوبت برای به دست آوردن نمونه‌ای با کمترین تغییر 30% می‌باشد.
- در صورتی که درجه حرارت از 30 به 40 درجه افزایش یابد, اختلاف معنی‌دار و تغییرات ابعادی مشاهده می‌شود.
- در صورتی که اختلاف رطوبت از 20% بیشتر باشد, بین گروهها اختلاف معنی‌داری مشاهده می‌شود.

منبع: www.parsianforum.com