1. 석고의 물리화학적 성상

☞ 석고 원광석(gypsum) : Calcium sulfate dihydrate (CaSO4ㆍ2H2O)

☞ 치과용 석고(plaster, dental stone) : Calcium sulfate hemihydrate

☞ 경화기전 : CaSO4ㆍ½H2O + 1½H2O → CaSO4ㆍ2H2O + 3900 ㎈/gㆍ㏖

(plaster) (water) (gypsum)

1-1. 플라스터, 경석고, 초경석고의 제법

☞ 치과용 석고의 분류

- 미국치과의사협회규격(ADA) 25호

    1형 : 인상용 석고

    2형 : 보통석고(plaster)

    3형 : 경석고(dental stone)

    4형 : 초경석고(improved stone)

- ISO : 6873(Dental gypsum products)

☞ 치과용 석고의 제조공정 : 다양한 탈수방법

    - 2형 : 석고원광석을 대기압 하에서 110-125℃로 가열한 β형

    - 3형 : 석고원광석을 수증기압 하에서 125℃로 탈수한 α형

    - 4형 : 석고원광석에 CaCl2를 첨가하여 탈수시키고, 100℃의 물로 세척, 분쇄

☞ 석고의 첨가제

    - 경화 촉진제 : potassium sulfate(K2SO4), terra alba

    - NaCl : 경화시간을 감소시키며, 경화팽창량을 증가

    - 경화 지연제 : borax(Na2B4O7)

    - 분산제 : CaO, gum arabic

1-2. 화학반응

CaSO4․½H2O + 1½H2O → CaSO4․2H2O + 3900 ㎈/g․㏖

                   1 ㏖ (145.15 g)   1.5 ㏖ (27.02 g) 1 ㏖ (172.17 g)

                    100 g 18.61 g ; 이론적인 혼수비

1) 경석고와 초경석고의 혼수비

실제로는 이론적인 혼수비보다 많은 물이 필요하다. 이때 실제 반응에 참여하지 않고 남은 물이 free water로서 기공 발생의 원인이 된다. 따라서 혼수비를 줄이는 것이 석고의 우수한 물성을 얻기 위한 방법이다.

2) 석고의 경화기전

반수석고의 용해도가 이수석고보다 크기 때문에, 이러한 용해도 차이에 의해 생성된 석출물이 성장하여 경화하게 된다.

3) 부피 수축

CaSO4․½H2O + 1½H2O → CaSO4․2H2O + 3900 ㎈/m․㏖

                  1 ㏖ (145.15 g) 1.5 ㏖ (27.02 g) 1 ㏖ (172.17 g)

                  d = 2.75 g/㎤ d = 1 g/㎤ d = 2.32 g/㎤

                   V = 52.78 ㎤ V = 27.02 ㎤ V = 74.21 ㎤

                 ∴ 경화전 : 52.78 ㎤ + 27.02 ㎤ = 79.8 ㎤

                 ∴ 경화후 : 74.21 ㎤

                 ∴ 7.11%의 부피 감소

                  실제로는 0.2-0.4% 부피 팽창 ⇒ 多孔性

4) 혼합에 의한 효과

석고와 물을 혼합하면 이수석고 결정이 생성되고, 혼합을 계속하면 이수석고 결정이 작은 크기의 결정으로 파괴되기 때문에, 결과적으로 결정의 수가 증가하고 결정의 표면적이 증가하게 된다. 따라서 혼합시간이 길어지면 경화시간이 짧아진다.

5) 온도에 의한 효과

① 온도가 상승할수록 이수석고와 반수석고 간의 용해도 차이가 감소하여 경화시간 지연

② 온도가 상승할수록 화학반응속도가 증가하여 경화시간 단축

실제로는 약 40℃까지는 온도가 증가할수록 경화시간이 단축되나, 그 이상의 온도에서는 온도가 증가할수록 경화시간이 지연된다.

6) 습기에 의한 효과

반수석고는 보관 도중 습기에 노출되면 이수석고로 변화하고, 생성된 이수석고는 물과 반응시 결정의 핵으로 작용하여 경화시간을 단축시킨다.

7) 콜로이드계 성분에 의한 효과

콜로이드 물질은 이수석고나 반수석고의 표면에 흡착되어 석고입자가 수화되는 것을 방해함으로써 반응속도를 지연시킨다.

2. 특성

2-1. 경화시간

1) 정의와 중요성

   ☞ 작업시간 : 물과 반응을 시작한 시간부터 이수석고가 석출하여 유동성이 감소하며 미세한 부위로 침투할 수 없을 때까지의 경과시간

   ☞ 경화시간 : 물과 반응을 시작한 시간부터 석고가 완전히 굳어 깨지거나 변형없이 인상으로부터 제거할 수 있을 때까지의 경과시간

2) 측정

① Gillmore needle 사용법

     - 광택소실시간

     - 초기경화시간 : 무게 ¼ lbs, 직경 1/12 inch

     - 최종경화시간 : 무게 1 lbs, 직경 1/24 inch

② Vicat needle 사용법

     - 초기경화시간 : 무게 300 g, 직경 1 ㎜

3) 경화시간 조절

     ☞ 경화촉진제 : K2SO4, NaCl

     ☞ 경화지연제 : borax

     ☞ 혼수비 ↑ ⇒ 경화시간 ↑

     ☞ 혼합속도 ↑ ⇒ 경화시간 ↓

     ☞ 혼합시간 ↑ ⇒ 경화시간 ↓

2-2. 점주도(consistency)

① 1, 2형 석고 : slump 방법

     - 혼합시작 2분 후 무너뜨려, 3분 후 직경 측정

     - 최대 직경과 최소직경의 평균치 계산

     - 최소 100 mm 이상

② 3, 4형 석고 : cone penetrometer 방법

     - 무게 : 100 g

     - 15초 후의 높이 변화

2-3. 점도(viscosity)

     ☞ 점도가 높으면 기포가 많이 발생한다.

2-4. 압축강도

     ☞ 몰드 : 직경 20 ㎜, 길이 40 ㎜

     ☞ 혼합 45분 후 몰드에서 제거하여 23℃, 95%의 상대습도에 보관

     ☞ 혼합 1시간 후 압축강도 측정 : 하중 10 kN/min, crosshead speed 1 ㎜/min

2-5. 표면 경도와 마모 저항도

     ☞ 표면경도 : 압축강도와 상관성

     ☞ 마모 저항성 : 표면경도와 상관성

2-6. 인장강도

     ☞ 취성 때문에 낮은 인장강도 : 압축강도의 20%

2-7. 미세부위 재현성

     ☞ Test block 사용 : 3개의 line

     ☞ 몰드 제작 : 인상재 사용

     ☞ 석고를 몰드에 부은 다음, 혼합 45분 후에 분리

     ☞ 6배의 현미경으로 관찰

2-8. 경화팽창

* 수화팽창(hygroscopic expansion)

석고의 경화조작 과정중 첨가된 과량의 물에 의해 결정성장의 저항력이 감소하여 팽창량이 증가하는 현상으로, 수화팽창량은 경화팽창량의 2배이다.

☞ 측정 : extensometer를 이용하여 2시간 후 측정