Woski laboratoryjne stosowane w stomatologii

Woski zaczęto stosować w stomatologii na początku XVIII wieku, początkowo używano wosku pszczelego w celu pobrania wycisków, następnie technologia zaczęła się rozwijać w kierunku uzyskania różnych rodzajów mas woskowych dostosowanych do konkretnych celów. Woski wykazują dość znaczną rozszerzalność cieplną oraz sprężystość, co nie zawsze jest korzystne.

Woski charakteryzują się występowaniem okresu przejściowego pomiędzy stanem stałym a ciekłym, w stanie tym są bardzo plastyczne i pozwalają się formować. W okresie przejściowym można wyróżnić trzy fazy:
1.    zmniejszenie twardości i łamliwości, wosk staje się plastyczny, wygina się i pozwala właściwie formować,
2.    wosk zmienia kolor, zmniejsza się jego plastyczność
3.    wosk zaczyna się topić.
Woski, które używane są  do modelowania koron zębów lub płyt protez mają dość szeroką rozpiętość okresu plastyczności, natomiast woski przeznaczone do napraw uzupełnień protetycznych bardzo szybko przechodzą ze stanu stałego w ciekły. Drugą cecha wosku jest jego sprężystość, cecha ta nie jest korzystna z punktu widzenia pracy laboratoryjnej, ponieważ powoduje zniekształcenia odlewów wykonanych z metali. Zjawisko sprężystości towarzyszy rozszerzalności cieplnej wosku przy zmianie temperatury, natomiast w warunkach stałej temperatury pozostaje utajona. Z chemicznego punktu widzenia woski laboratoryjne są estrami wyższych kwasów tłuszczowych i jednowodorotlenowych alkoholi lub sterydów – w zależności od rodzaju wosku. Woski wykazują odporność na działanie wielu czynników chemicznych oraz mikroorganizmów. Materiały używane w laboratoriach protetycznych stanowią mieszaniny wosków oraz substancji dopełniających, które wpływają na ich konsystencję i barwę. W zależności od procentowej zawartości poszczególnych substancji masy woskowe mogą mieć różną plastyczność, twardość, rozszerzalność cieplną, temperaturę topnienia i zestalenia oraz lepkość. Materiały, które znajdują się w składzie wosków laboratoryjnych używanych w stomatologii można podzielić ze względu na pochodzenie na poszczególne grupy:

Ponadto stosowane są materiały dopełniające, takie jak barwniki, terpentyna i talk.

Parafina
Parafina stanowi mieszaninę wyższych węglowodorów nasyconych, które zawierają w swoim szkielecie ponad 20 atomów węgla. Parafina otrzymywana jest w wyniku destylacji frakcjonowanej ropy naftowej. Olej parafinowy zostaje uzyskany z frakcji olejów ciężkich w wyniku procesu wymrażania – tworzy kryształy. Parafinę uzyskuje się także z ozokerytu. Parafina jest ciałem stałym, bezbarwnym, tłustym w dotyku, nie posiada zapachu ani smaku. Ciężar właściwy parafiny wynosi 0,9, ulega ona topnieniu w temperaturze 40-70?C – temperatura topnienia zależna jest od składu węglowodorów, im więcej węglowodorów o długich łańcuchach, tym jest ona wyższa. Parafina nie rozpuszcza się w wodzie i etanolu, natomiast jest rozpuszczalna w substancjach organicznych – benzynie, eterze, dwusiarczku węgla, czy terpentynie.Nie jest aktywna chemiczne.

Stearyna
Stearyna zawiera w swym składzie kwas stearynowy oraz palmitynowy. W celu uzyskania stearyny zmydla się tłuszcze zwierzęce, na ich powierzchni zbierają się kwasy tłuszczowe. Kwasy te poddawane są następnie destylacji w warunkach niskiego ciśnienia.
Stearyna topi się w temperaturze 62?C. Stearyna przypomina swoimi właściwościami parafinę, jest jednak bardziej krucha, po przełamaniu można zaobserwować struktury przypominające kryształy na brzegach. Stearyna jest rozpuszczalna w eterze i alkoholu etylowym.

Ozokeryt
Ozokeryt nazywany inaczej woskiem ziemnym pozyskiwany jest z kopalin, jest tworem bitumicznym. Wosk ziemny to mieszanina węglowodorów o długich łańcuchach, szacuje się, że zawiera on około 50% parafiny. Ozokeryt gotowany jest w wodzie, a następnie rafinowany kwasem siarkowym i odbarwiany – powstaje cerezyna, której używa się zamiast wosku pszczelego, czy parafiny. Cerezyna topi się w temperaturze pomiędzy 60 a 80?C.

Olbrot
Olbrot nazywany inaczej spermacetem jest pozyskiwany z głowy kaszalota, szacuje się, że z jednego zwierzęcia można uzyskać od 2 do 5 ton surowca. Chemicznie jest to ester alkoholu cetylowego i kwasu palmitynianowego – palmityniancetylu.Jest to substancja o gamie barw od białej do lekko żółtawej, w wysokich temperaturach występuje w postaci płynnej, natomiast w niższych krystalizuje do postaci stałej. Temperatura krzepnięcia wynosi ok 40-45?C, w zależności od składu mieszaniny. Gęstość wosku olbrotowego jest wyższa w stanie stałym niż ciekłym. Spermacet nie rozpuszcza się w wodzie, słabo rozpuszcza się w zimnym alkoholu, jest bardzo dobrze rozpuszczalny w eterze, chloroformie, dwusiarczku węgla i wrzącym alkoholu.

Wosk pszczeli
Wosk pszczeli uzyskuje się z plastrów pszczelich. Każdy plaster powstaje z wydzieliny gruczołów pszczół. W procesie produkcyjnym z plastrów najpierw odłączany jest miód poprzez wirowanie, pozostała część plastrów jest topiona w kąpieli wodnej. Uzyskany wosk ma barwę żółtą, można go dobarwiać działając na niego światłem słonecznym lub substancjami chemicznymi, takimi jak nadtlenek wodoru, chlorek potasu, chlorek wapnia. Naturalny wosk pszczeli ma zapach miodu.Wosk pszczeli wchodzi w skład wszystkich wosków stosowanych w stomatologii.
Chemicznie jest to mieszanina kwasu cerotynowego oraz kwasów tłuszczowych o liczbie węgla 24, 26 i 28 w cząsteczce z palmitynianemmirycylu.
Ciężar właściwy wosku pszczelego wynosi 0,96, temperatura topnienia zawiera się w granicach 63-66?C. Charakterystyczna dla niego jest ziarnista struktura. Wosk pszczeli odznacza się dobra rozpuszczalnością w benzynie, chloroformie, estrach organicznych i alkoholach.

Tłuszcze zwierzęce
Tłuszcze zwierzęce są używane w celu zmniejszenia kruchości i twardości wosków. Zwykle stosowany jest do tego celu smalec biały wieprzowy.

Wosk Karnauba
Wosk Karnauba uzyskiwany jest z liści palmy Karnauba (Coperniciaprunifera) rosnącej w Brazylii. Kolor waha się  od jasnozielonawego do brudnoszarej przed oczyszczeniem, natomiast po rafinacji przyjmuje barwę żółtawą lub białą. Zwykle sprzedawany jest w postaci drobnych łusek. Wosk ten jest mieszaniną estrów alifatycznych (40%), diestrów kwasu 4-hydroksykumarynowego (21%), kwasów omegahydroksywęglowych (13%) oraz jednoworotlenowych alkoholi powstałych z węglowodorów alifatycznych (12).
Temperatura topnienia wynosi od 80 do 85°C, a jego ciężar właściwy 0,990-0,999. Jest najtwardszym ze znanych obecnie wosków naturalnych. Rozpuszcza się w benzenie, benzynie oraz wrzącym eterze i alkoholu.

Kalafonia
Kalafonię pozyskuje się z żywicy drzew iglastych (głównie sosny) po oddestylowaniu terpentyny.W jej skład wchodzi mieszanina izomerów kwasów żywicznych: abietynowego  i pimarowego – ok. 90%, pozostałe substancje to pochodne tych kwasów oraz zanieczyszczenia organiczne.
Kalfonia to substancja o wysokiej kruchości, bardzo łamliwa, szklista, półprzezroczysta, zakres barwy od żółtej przez ciemnoczerwoną do ciemnobrązowej, zapach typowo żywiczy. Im jaśniejszy kolor tym lepszy gatunek tej substancji. Charakterystyczna jest jejtopliwość i łatwopalność, temperatura topnienia waha się w granicach 105-135?C.Kalafonia łatwo rozpuszcza się w większości rozpuszczalników organicznych, takich jak aceton, alkohol amylowy, butylowy, etylowy i metylowy, benzyna, czterochlorek węglowy, eter etylowy, ksylen, toluen i olejek terpentynowy, a także w dwusiarczku węgla. Nie jest rozpuszczalna się w wodzie,  zmydla się gorącymi roztworami zasad. Dodanie kalafonii do wosku zwiększa jego kruchość i łamliwość.

Wosk japoński
Wosk japoński stanowi mieszaninę olejów roślinnych oraz wolnych kwasów tłuszczowych (z chemicznego punktu widzenia nie jest woskiem), jest obecny w ziarnach drzewa woskowegoskąd pozyskiwany jest przez zgniatanie nasion i ekstrahowanie. Wosk ten jest barwy białej do lekko żółtej, charakteryzuje się mniejszą lepkością niż wosk pszczeli. Temperatura topnienia mieści się w zakresie 52-55?C. Wosk japoński nie rozpuszcza się w wodzie i zimnym etanolu, za to jest dobrze rozpuszczalny w substancjach organicznych benzenie, eterze, nafcie oraz w wodorotlenkach litowców i wapnia.

Żywica dammarowa
Żywica dammarowa jest miękkąsubstancją naturalnie wyciekającą z drzew rodziny egzotycznych z rodziny Dipterocarpaceae, chociaż spotykane są także żywice ze wschodnioeuropejskich drzew iglastych. Żywica ta składa się z  23% daminarolu (kwasu damarowego), 40% rezenu (?-damary), 22% ß-damary i 15% olejków eterycznych. Temperatura topnienia nie jest jednolita, zależnie od rodzaju waha się w granicach 100° -190° C. Substancja ta ulego uplastycznieniu w temperaturze około 75?C. Żywica dammarowa rozpuszcza się w benzenie, chloroformie, czterochlorku węgla, dwusiarczku węgla, bezwodnym kwasie octowym, wrzącym alkoholu i olejku terpentynowym, a częściowo rozpuszcza się w acetonie, alkoholu metylowym, etylowym i amylowym. Nie jest rozpuszczalna w wodzie.

Rodzaje wosków laboratoryjnych
W stomatologii stosowane są trzy główne rodzaje wosków: woski modelowe, odlewowe oraz kleiste (lepkie).

Wosk modelowy
Wosk modelowy zwykle produkowany jest w kolorze czerwonym, różowym, żółtym i białym, do jego barwienia na odcienie czerwieni/ różu używany jest karmin i wyciąg z korzeni alkany. Wosk o barwie żółtej i białej stosowany jest do modelowania koron zębów, ponieważ nie powoduje przebarwiania modeli gipsowych, które służą następnie do wytwarzania uzupełnień akrylowych. Przebarwienie modelu gipsowego mogłoby niekorzystnie wpłynąć na zmianę koloru akrylu. Wosk modelowy dostępny jest w postaci prostokątnych płytek o małej grubości, zwykle ok. 1-2mm. Na rynku dostępne są dwa  rodzaje wosku modelowego – wosk miękki stosowany latem oraz wosk twardy używany zimą. W skład wosku modelowego wchodzi wosk pszczeli, parafina wysokotopliwa, stearyna, wosk Karnauba, olbrot, cerezyna, a także talk, glinka biała i terpentyna. Terpentyna rozpuszcza składniki wosku, tak, że tworzą one wizualnie jednolitą masę, dodatek parafiny wpływa na ostrość odwzorowania modelu oraz na plastyczność masy. Domieszka talku i glinki białej zmniejsza lepkość wosku.
Zastosowanie:
•    wzorniki płyt zwarciowych i wałów
•    modelowanie dostawek woskowych
•    ustawianie modeli zębów w odbudowie przed zamiana na akryl
•    do pobierania kęsów zwarciowych
•    modelowanie przęseł mostów
•    modelowanie zębów, licówek, koron

Wosk odlewowy
Wosk do odlewów składa się z wosku Karnauba, wosku pszczelego, stearyny, parafiny, wosku japońskiego oraz barwników. Substancje zawarte w tym rodzaju materiału muszą się bezwzględnie całkowicie spalać bez pozostawiania zanieczyszczeń, tak, aby powstała forma nie została zniekształcona. Modele z wosku odlewowego zatapiane są w masach ogniotrwałych a następnie ulegają wypaleniu. Wosk odlewowy ma zwykle ciemne kolory – czarny, niebieski, ciemnozielony, granatowy, co pozwala na łatwe sprawdzenie dokładności wypalenia. Wosk ten dostępny jest zwykle w postaci pałeczek, bądź płytek okrągłych lub kwadratowych o różnej grubości, zwykle od 0,2 do 1mm.
Zastosowanie:
•    modelowanie brył do odlewów metalowych
•    tworzenie form do klamr i łuków

Wosk lepki
Wosk lepki, nazywany inaczej woskiem kleistym składa się z wosku pszczelego, wosku Karnauba, kalafonii oraz żywicy dammarowej. Wosk ten ma zwykle kolor żółty, sprzedawany jest w postaci laseczek lub kwadratowych bryłek. Charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, dużą twardością oraz kruchością. Wosk kleisty jest mało plastyczny.
Zastosowanie:
•    sklejanie wycisków z gipsu
•    sklejanie części protez stałych przed lutowaniem
•    sklejanie części protez przed naprawą
•    ustawianie zębów porcelanowych na płycie protezy wykonanej z szelaku

Bibliografia:
1.    Materiałoznawstwo protetyczno-stomatologiczne, Paweł Kordasz, Zbigniew Wolanek, PZWL, Warszawa 1980
2.    Dental Materials at a Glance, J. Anthony Von Fraunhofer, Willey-Blackwell 2010
3.    Essentials of Dental Materials, SH Soratur, Jaypee Brothers Publishers 2002
4.    Dental Materials: Prep Manual for Undergraduates, MsKoudi, Sanjayagouda B Patil, Elsevier India, 2007