FR2797173A1

FR2797173A1 - Procede et appareil de photopolymerisation d'une masse de reconstitution d'une prothese dentaire

Info

Publication number: FR2797173A1
Application number: FR9910286A
Authority: FR
Inventors: Arnaud Delahaye
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 1999-08-06
Publication date: 2001-02-09
Anticipated expiration: 2019-08-06
Also published as: FR2797173B1; WO2001010336A1; AU6850300A; EP1202680A1

Abstract

L'invention concerne la photopolymérisation de matériaux composites.Elle se rapporte à un appareil de photopolymérisation d'une prothèse dentaire qui comprend un support et au moins une masse de reconstitution fixée au support, la masse de reconstitution étant formée, pour sa plus grande partie au moins, d'un matériau composite contenant un liant polymère dans lequel est dispersée une charge minérale, l'appareil comprenant un dispositif d'irradiation du matériau composite par de la lumière de polymérisation. Le dispositif d'irradiation par de la lumière de polymérisation comprend un dispositif d'irradiation par de la lumière froide dont la plus grande partie de l'énergie spectrale est comprise entre 460 et 520 nm.Application à la fabrication de prothèses dentaires.

Description

La présente invention concerne un procédé et un appareil de photopolymérisation de matériaux composites de dernière génération entrant dans la composition de la masse de reconstitution de prothèses dentaires.

Dans le présent mémoire, on appelle "matériau composite de dernière génération" des matériaux composites utilisés pour la confection de prothèses dentaires et décrits dans le document EP-B1-0 667 765. Plus précisément, ce document décrit l'application de matériaux composites à la masse de reconstitution de prothèses dentaires, cette masse, après polymérisation, ayant une résistance à la flexion au moins égale à 100 MPa et une dureté Vickers au moins égale à 450 N/mm2.

Des matériaux composites de dernière génération sont par exemple les matériaux "Colombus" et "Cristobal" de International Dental Research.

Un tel "matériau composite de dernière génération" a un liant polymère formé par polymérisation photochimique de monomères contenant des méthacrylates esters. Une charge minérale contenue dans le liant polymère est sous forme d'un verre de borosilicate finement broyé, ayant une dimension particulaire moyenne comprise entre 0,02 et 2 pm, avec éventuellement une petite proportion de silice, avanta geusement traitée par un silane.

Pour l'obtention de la dureté nécessaire du "matériau composite de dernière génération", la quantité de charge minérale est au moins égale à 55 % en volume de la masse de reconstitution, et au moins égale à 70 $en poids de la masse de reconstitution, et de préférence à 75 $ en poids de la masse de reconstitution.

Ce "matériau composite de dernière génération" a une résistance à la flexion et une dureté Vickers qui sont nettement accrues lorsqu'il est soumis à un recuit par irra diation prolongée, après la photopolymérisation du liant polymère. Ainsi, la résistance à la flexion passe d'une valeur de l'ordre de 110 MPa, avant recuit, à une valeur de l'ordre de 140 MPa après recuit. De même, la dureté passe d'une valeur de l'ordre de 500 N/mmz, avant recuit, à une valeur supérieure à 600 N/mm' après recuit.

Antérieurement aux enseignements du document précité, on connaissait déjà des appareils de photopolymérisation de matériaux composites de générations précédentes, c'est-à- dire de matériaux composites ne possédant pas des propriétés de résistance à la flexion et de dureté suffisantes pour la masse de reconstitution de véritables prothèses. Ces maté riaux composites étaient essentiellement utilisés pour des restaurations dentaires.

Ainsi, on connaissait un appareil "Labolight LV" comprenant un boîtier dans lequel tourne un plateau tournant sur lequel sont disposées une ou plusieurs restaurations dentaires qui défilent ainsi devant des lampes fluorescentes destinées à provoquer un chauffage interne minimal de la masse de reconstitution des restaurations dentaires. La documentation accompagnant l'appareil indique que cet échauffement interne minimal est obtenu d'une part par ventilation et d'autre part grâce à des lampes fluorescentes "spéciales" à émission cathodique par champ électrique. I1 est en particulier indiqué que d'autres appareils connus, tels que "Dentacolor XS" et "Morita", ayant des lampes à xénon ou des lampes à halogène, provoquent un échauffement excessif de la masse de reconstitution pendant la photo polymérisation.

Les appareils précités ont été réalisés pour les matériaux composites de générations antérieures, et, en particulier, l'appareil "Labolight LV" donne un spectre d'émission ayant un maximum du spectre d'émission autour de 450 nm (voir figure 1 qui représente le spectre d'émission d'une lampe fluorescente de l'appareil "Labolight LV").

Lors de l'utilisation de matériaux composites de dernière génération pour la réalisation de prothèses den- taires objet du brevet européen précité, on s'est rendu compte que, pour que les valeurs nécessaires de résistance à la flexion et de dureté Vickers soient obtenues, il conve nait d'effectuer la photopolymérisation et, éventuellement, le recuit dans de bonnes conditions. On s'est alors rendu compte que les appareils d'irradiation des types précités n'étaient pas bien adaptés à ces matériaux composites de dernière génération.

On a donc essayé d'utiliser des appareils donnant des spectres différents. Ainsi, on a utilisé un appareil "Biophoton", comprenant au moins une lampe dite "à cathode froide", c'est-à-dire une lampe à cathode à émission par champ électrique, et une lampe à halogène. La figure 2 représente le spectre d'émission 1 de cette lampe à cathode froide et le spectre d'émission 2 d'une lampe à halogène. On note deux maxima dans le spectre d'émission 1 de la lampe à cathode froide autour de 420 nm et 540 nm. La quantité de lumière émise entre 450 nm et 520 nm est très réduite. Le spectre de la lampe à halogène augmente régulièrement, conformément au spectre d'émission des lampes dites "à incandescence".

On s'est maintenant rendu compte qu'il était possible d'obtenir de meilleurs résultats, c'est-à-dire une résis- tance à la flexion et une dureté Vickers accrues, et une réduction de la durée des temps de traitement par utilisa- tion de lumière essentiellement entre 460 et 520 nm et ayant de préférence un maximum du spectre d'émission entre 480 et 500 nm. Cette découverte est surprenante dans la mesure où les photons de la lumière des lampes fluorescentes de l'appareil "Labolight LV" ont une énergie supérieure à celles des photons de la lumière comprise entre 460 et 520 nm, alors que les spectres d'absorption des matériaux composites de dernière génération sont très semblables à ceux des matériaux composites des générations précédentes.

Compte tenu du fait que les réalisateurs des appareils "Labolight LV" avaient déjà observé qu'il est essentiel d'éviter une élévation excessive de température du matériau composite pendant la photopolymérisation, et de la décou- verte selon l'invention du fait que la lumière comprise entre 460 et 520 nm est bien plus effeicace pour la photo- polymérisation que la lumière aussi bien de plus courte que de plus grande longueur d'onde, la caractéristique essen- tielle de l'invention est l'utilisation de lampes fluorescentes à cathode à émission par champ électrique émettant de la lumière essentiellement entre 460 et 520 nm et ayant de préférence un maximum du spectre d'émission entre 480 et 500 nm.

L'invention concerne donc un procédé et un appareil d'irradiation mettant en oeuvre une telle lumière qui donne des résultats particulièrement optimaux sur les matériaux composites de la dernière génération.

Plus précisément, l'invention concerne, dans un premier aspect, un procédé de photopolymérisation d'une masse de reconstitution d'une prothèse dentaire qui comprend un support et au moins une masse de reconstitution fixée au support, la masse de reconstitution étant formée, pour sa plus grande partie au moins, d'un matériau composite conte- nant un liant polymère dans lequel est dispersée une charge minérale, et qui, après polymérisation, a une résistance à la flexion au moins égale à 100 MPa et une dureté Vickers qui est au moins égale à 450 N/mmz, le procédé étant du type qui comprend une étape dans laquelle la masse de reconsti- tution subit une photopolymérisation par irradiation par de la lumière visible. Selon l'invention, l'irradiation par de la lumière visible est réalisée avec de la lumière froide dont la plus grande partie de l'énergie spectrale est comprise entre 460 et 520 nm.

De préférence, le procédé comprend aussi une seconde étape de recuit de la masse de reconstitution photopoly- mérisée.

L'invention concerne aussi, dans un second aspect, un appareil de photopolymérisation d'une masse de reconsti- tution d'une prothèse dentaire qui comprend un support et au moins une masse de reconstitution fixée au support, la masse de reconstitution étant formée, pour sa plus grande partie au moins, d'un matériau composite contenant un liant poly- mère dans lequel est dispersée une charge minérale, l'appareil comprenant un dispositif d'irradiation du maté- riau composite par de la lumière de polymérisation. Selon l'invention, le dispositif d'irradiation par de la lumière de polymérisation comprend un dispositif d'irradiation par de la lumière froide dont la plus grande partie de l'énergie spectrale est comprise entre 460 et 520 nm.

De préférence, le dispositif d'irradiation du matériau composite par de la lumière froide comprend au moins une lampe fluorescente à émission par champ électrique. I1 est avantageux que le maximum du spectre d'émission du dispo sitif d'irradiation par de la lumière froide soit compris entre 480 et 500 nm.

Le dispositif d'irradiation par de la lumière de polymérisation comporte en outre de préférence un dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit. Ce dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit comporte par exemple au moins une lampe à halogène.

I1 est en outre avantageux que l'appareil comporte un dispositif de montage du dispositif d'irradiation par de la lumière froide et du dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit tel que, pendant la plus grande partie du fonctionnement, le matériau composite est irradié par la lumière de l'un des dispositifs d'irradiation par de la lumière froide et par de la lumière de recuit, mais pas par les deux.

De préférence, l'appareil comporte un dispositif de commande destiné à commander séparément le dispositif d'irradiation par de la lumière froide et le dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit, chacun pendant un temps et avec une intensité qui conviennent à la polymé risation du matériau composite.

I1 est en outre avantageux que l'appareil comporte un dispositif de régularisation d'irradiation destiné à irra- dier la masse de reconstitution dans au moins la moitié de l'angle solide de la totalité de l'espace. Ce dispositif de régularisation d'irradiation peut comporter un dispositif réflecteur qui enveloppe une chambre d'irradiation de l'appareil destinée à contenir la prothèse ayant la masse de reconstitution. Ce dispositif de régularisation d'irradia tion peut aussi comporter un dispositif destiné à déplacer la prothèse dans la chambre d'irradiation de l'appareil, de préférence un plateau tournant qui déplace la prothèse devant le dispositif d'irradiation.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de mise en oeuvre de l'invention faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1, déjà décrite, représente le spectre d'émission d'une lampe fluorescente de l'appareil "Labolight LV" ; la figure 2, déjà décrite, représente le spectre d'émission des lampes d'un appareil "Biophoton" ;et la figure 3 représente le spectre d'émission d'un dispositif d'irradiation par de la lumière froide selon l'invention.

L'invention a essentiellement pour objet la détermi- nation des conditions spectrales d'irradiation qui donnent les meilleurs résultats avec les matériaux composites de dernière génération pour prothèses dentaires, afin que la durée et le coût des cycles de polymérisation des prothèses dentaires puissent être réduits.

Selon l'invention, un cycle normal de polymérisation du matériau composite de la masse de reconstitution d'une prothèse dentaire peut comprendre une simple irradiation par de la lumière froide ayant un spectre dont la plus grande partie de la lumière est comprise entre 460 et 520 nm et dont le maximum est de préférence compris entre 480 et 500 nm. Cependant, il est avantageux d'assurer, après cette photopolymérisation réalisée à basse température (en général inférieure ou égale à 50OC), d'effectuer un recuit à une température qui peut être un peu plus élevée, par exemple à l'aide d'une lampe à halogène, suivant un procédé connu (un tel recuit étant par exemple déjà préconisé après la photo polymérisation par l'appareil "Labolight LV" ou après la photopolymérisation du matériau "Charisma" de Kulzer). Le procédé comprend donc de préférence une première étape d'irradiation par de la lumière froide, et une seconde étape d'irradiation de recuit. L'étape d'irradiation par de la lumière froide est de préférence exécutée avec une ou plusieurs lampes fluo- rescentes à émission par champ électrique. L'avantage de l'émission par champ électrique n'est pas nouveau puisqu'il a déjà été mis en oeuvre dans l'appareil précité "Labolight LV" et d'autres appareils connus. La caracté- ristique importante est que la première étape de photo- polymérisation (création de radicaux libres, essentiellement peroxydiques) doit être réalisée à basse température. Cependant, cette condition de photopolymérisation à basse température n'est pas suffisante, et elle doit être combinée à une seconde caratéristique nouvelle qui est l'irradiation par de la lumière dont la plus grande partie de l'énergie spectrale est comprise entre 460 et 520 nm.

Certaines lampes fluorescentes à cathode travaillant par émission par champ électrique donnent la combinaison précitée de deux caractéristiques de l'invention (faible échauffement du matériau, spectre essentiellement entre 460 nm et 520 nm). La cathode travaillant par émission par champ électrique évite l'échauffement de la lampe dans laquelle la cathode émet des électrons vers des vapeurs de mercure, présentes en petite quantité dans la lampe. Les atomes de mercure, excités par les électrons provenant de la cathode, émettent un rayonnement ultraviolet (essentielle- ment à 254 nm) qui parvient sur une matière électrolumi- nescente portée par les parois du corps de la lampe. Cette matière électroluminescente, excitée par les rayons ultra- violets provenant des atomes de mercure, émet de la lumière visible de fluorescence. Selon l'invention, cette matière électroluminescente est choisie de manière que la plus grande quantité de la lumière visible soit émise entre 460 et 520 nm et que le maximum d'émission se trouve entre 480 et 500 nm. Une telle matière électroluminescente, une fois connu le spectre voulu, peut être facilement déterminée par l'homme du métier, en l'occurrence les spécialistes en lampes d'émission atomique. Un exemple donnant un spectre utile dans le cadre de l'invention contient, en plus d'europium et d'autres éléments des terres rares, des composés de tantale, de strontium ou de zirconium.

La seconde étape du procédé, le recuit, est avantageuse car elle augmente notablement les deux propriétés physiques qui rendent les matériaux composites de la dernière généra tion particulièrement aptes à la réalisation des prothèses dentaires. Ces deux propriétés sont la résistance à la flexion qui, par recuit, augmente d'une quantité de l'ordre de 20 à 40 %, et la dureté Vickers dont l'augmentation après recuit est aussi de l'ordre de 20 à 40 Bien que les deux étapes du procédé selon l'invention puissent être exécutées successivement dans deux appareils séparés, l'appareil utilisé pour la mise en oeuvre de ce procédé est de préférence un appareil unique qui exécute successivement les deux étapes, c'est-à-dire d'abord l'étape de photopolymérisation par de la lumière froide, puis l'étape de recuit. I1 est donc important que les irradia tions soient réalisées successivement et non simultanément. Cependant, il est possible qu'il existe un certain recou vrement entre la fin du traitement par la lumière froide et le début du traitement de recuit, car on s'est rendu compte que la durée totale du cycle pouvait alors être encore réduite.

Etant donné que les prothèses dentaires réalisées en matériaux composites ont souvent une forme orientée sinon vers tout l'espace tout au moins dans la moitié de l'angle solide de la totalité de l'espace, il est souhaitable que l'appareil comporte un dispositif de régularisation de l'irradiation afin que le matériau composite soit irradié dans au moins la moitié de l'angle solide de la totalité de l'espace.

Le dispositif de régularisation peut être soit passif, soit actif, soit une combinaison de dispositifs actif et passif.

Un dispositif passif comprend essentiellement un ou plusieurs réflecteurs, qui enveloppent la chambre d'irra diation. On peut par exemple utiliser des dispositifs connus de montage de réflecteurs qui, en fonction de la configuration géométrique de la source de lumière, per mettent une irradiation omnidirectionnelle. on connaît par exemple l'utilisation de cylindres de section ellipsoïdale, ayant une source lumineuse à un foyer et l'élément à irradier a l'autre foyer. Cette disposition convient pour la photopolymérisation par irradiation omnidirectionnelle d'une prothèse unique d'étendue relativement petite.

Le dispositif de régularisation d'irradiation peut aussi comprendre un dispositif de déplacement de la prothèse par rapport à une ou plusieurs lampes, afin que les diverses parties de la prothèse soient irradiées de manière relati vement homogène.Ainsi, on connaît déjà des appareils à plateau tournant, utilisés avec des sources étendues, de manière que la lumière reçue par chaque partie de prothèse, intégrée sur la durée du cycle de traitement, soit prati quement constante.

Bien entendu, l'appareil comporte avantageusement un dispositif de commande convenable qui peut être de type connu et qu'on ne décrit donc pas en détail. Ce dispositif de commande peut commander tous les composants actifs de l'appareil, notamment le dispositif d'irradiation par de la lumière froide, le dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit, et, le cas échéant, le dispositif de déplacement. Ce dispositif de commande peut par exemple régler séparément le temps et l'intensité de chacun des dispositifs d'irradiation, et peut commander tout cycle voulu de traitement par combinaison des commandes des divers composants de la manière qui convient le mieux à la poly mérisation du matériau composite. Chaque cycle de traitement peut alors être adapté au mieux à la couche particulière de matériau qui doit être polymérisée.

La réduction du temps de polymérisation des matériaux composites de dernière génération est très importante en pratique. En effet, les prothèses sont habituellement formées par application successive de couches qui sont poly mérisées les unes après les autres. Une première couche appliquée sur une couche d'accrochage est de préférence une couche opaque, et les couches suivantes sont des couches colorées et/ou transparentes. Chacune des couches est mince et doit être polymérisée séparément. Comme le nombre total de couches est couramment de dix à quinze, le nombre d'opérations de photopolymérisation est équivalent. On apprécie donc pleinement l'intérêt que présente la réduction de la durée de chaque cycle de photopolymérisation.

I1 est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses élé- ments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de photopolymérisation d'une masse de reconstitution d'une prothèse dentaire qui comprend un support et au moins une masse de reconstitution fixée au support, la masse de reconstitution étant formée, pour sa plus grande partie au moins, d'un matériau composite conte- nant un liant polymère dans lequel est dispersée une charge minérale, et qui, après polymérisation, a une résistance à la flexion au moins égale à 100 MPa et une dureté Vickers qui est au moins égale à 450 N/mmz, du type qui comprend une étape dans laquelle la masse de reconstitution subit une photopolymérisation par irradiation par de la lumière visible, caractérisé en ce que l'irradiation par de la lumière visible est réalisée avec de la lumière froide dont la plus grande partie de l'énergie spectrale est comprise entre 460 et 520 nm. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend aussi une seconde étape de recuit de la masse de reconstitution photopolymérisée. 3. Appareil de photopolymérisation d'une masse de reconstitution d'une prothèse dentaire qui comprend un support et au moins une masse de reconstitution fixée au support, la masse de reconstitution étant formée, pour sa plus grande partie au moins, d'un matériau composite conte nant un liant polymère dans lequel est dispersée une charge minérale, l'appareil comprenant un dispositif d'irradiation du matériau composite par de la lumière de polymérisation, caractérisé en ce que le dispositif d'irradiation par de la lumière de polymérisation comprend un dispositif d'irradia- tion par de la lumière froide dont la plus grande partie de l'énergie spectrale est comprise entre 460 et 520 nm. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif d'irradiation du matériau composite par de la lumière froide comprend au moins une lampe fluo rescente à émission par champ électrique. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le maximum du spectre d'émission du dispositif d'irradiation par de la lumière froide est compris entre 480 et 500 nm. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le dispositif d'irradiation par de la lumière de polymérisation comporte en outre un dispo- sitif d'irradiation par de la lumière de recuit. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit comporte au moins une lampe à halogène. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de montage du dispositif d'irradiation par de la lumière froide et du dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit tel que, pendant la plus grande partie du fonctionnement, le matériau composite est irradié par la lumière de l'un des dispositifs d'irradiation par de la lumière froide et par de la lumière de recuit, mais pas par les deux. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande destiné à commander séparément le dispositif d'irradiation par de la lumière froide et le dispositif d'irradiation par de la lumière de recuit, chacun pendant un temps et avec une intensité qui conviennent à la polymérisation du matériau composite. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que l'appareil comporte un dispo sitif de régularisation d'irradiation destiné à irradier la masse de reconstitution dans au moins la moitié de l'angle solide de la totalité de l'espace.