Mục tiêu:
1. Phân loại được hai loại thạch cao lấy dấu và thạch cao đổ mẫu.
2. Trình bày được các hiện tượng vật lý và hóa học xảy ra trong quá trình đông của thạch cao. Liệt kê các yếu tố vật lý và hóa học ảnh hưởng đến thời gian đông và sự dãn nở của thạch cao.
3. Liệt kê được các loại bột bao, phân tích sự khác biệt giữa bột bao nhiệt độ thấp và bột bao nhiệt độ cao.
4. Phân tích được thành phần bột bao nhiệt độ thấp, liệt kê được các tính chất cần có của bột bao.
I. THẠCH CAO ĐỔ MẪU:
Thạch cao là chất được sử dụng rất phổ biến trong nha khoa. Cần phân biệt hai dạng thạch cao thiên nhiên và thạch cao nha khoa.
Thạch cao thiên nhiên: thường được gọi là Gypse.
Công thức hóa học: CaSO4.2H2O (Dyhydrat Sulfat Calcium) Dạng tinh thể trong suốt hay trắng đục.
Dạng vô định hình có các màu như trắng đục, nâu, vàng, xám…do lẫn các tạp chất.
Thạch cao nha khoa: là sản phẩm từ thạch cao thiên nhiên.
Cụng thức húa học: CaSO4.ẵH2O (Hemihydrat Sulfat Calcium)
Thạch cao nha khoa có dạng bột. Có hai loại thạch cao nha khoa ứng với hai mức độ tinh thể hóa khác nhau.
Hemihydrat α: Thạch cao cứng, dùng đổ mẫu trong Labo.
Hemihydrat β: Thạch cao lấy dấu, sử dụng trên lâm sàng.
1. Điều chế:
Thạch cao nha khoa được điều chế từ thạch cao thiên nhiên bằng cách khử bớt 1 phần nước ở nhiệt độ khoảng 130˚C.
110-130°C
CaSO4.2H2O CaSO4.1/2H2O
Tùy vào nhiệt độ, áp suất sự khử nước, sự hiện diện của 1 số chất xúc tác mà ta điều chế được thạch cao Hemihydrat α hay β.
Muốn điều chế Hemihydrat α, người ta khử nước thạch cao thiên nhiên ở 110- 130˚C kèm theo 1 trong các điều kiện sau:
- Dưới áp lực của hơi nước.
- Sự hiện diện của Sodium Succinate 0,5%.
2. Sự đông của thạch cao:
a. Hiện tượng đông:
- Phản ứng hóa học:
CaSO4. ẵ H2O + 3/2H2O CaSO4. 2H2O + Q
Đây là phản ứng cộng nước của Hemihydrat Sulfat Calcium để tạo ra Dihydrat Sulfat Calcium, phản ứng có tỏa nhiệt.
- Hiện tượng vật lý:
Là sự thay đổi trong hệ thống kết tinh, các tinh thể thạch cao nha khoa rời rạc kết tụ lại thành từng đám tinh thể hình kim nằm chồng chất lên nhau.
Giả thuyết Le Chatelier: Giải thích hiện tượng đông của thạch cao qua các giai đoạn như sau:
Thạch cao nha khoa (Hemihydrat) khi được cho vào nước sẽ tan trong nước cho đến khi tạo dung dịch Hemihydrat bão hòa.
Khi đã đạt đến mức bão hòa sẽ xảy ra hiện tượng ngậm nước: Hemihydrat đã hòa tan trong dung dịch bão hòa bắt đầu ngậm nước tạo thành Dihydrat và dung dịch không còn bão hòa nữa. Hemihydrat tiếp tục tan ra và ngậm nước tiếp để tạo thành Dihydrat.
Dihydrat được tạo ra tan trong dung dịch Hemihydrat bão hòa. Do độ tan trong nước của Dihydrat kém hơn Hemihydrat 3 lần nên dung dịch Dihydrat đạt mức bão hòa nhanh chóng, rồi quá bão hòa dẫn đến sự lắng đọng của Dihydrat tạo hệ thống lưới. Các quá trình này tiếp diễn cho đến khi hết thạch cao hay hết nước.
b. Thời gian đông:
Là thời gian bắt đầu trộn thạch cao và nước cho đến khi hỗn hợp này đông cứng lại. Thời gian đông của thạch cao tùy thuộc vào loại thạch cao, nghĩa là tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Thạch cao đổ mẫu có thời gian đông khoảng 30 phút.
c. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian đông:
- Tạp chất: Nếu sự khử nước trong quá trình điều chế thạch cao nha khoa không hoàn toàn, còn lẫn những phần tử thạch cao thiên nhiên thì thời gian đông giảm do có sẵn mầm tinh thể trong hỗn hợp.
- Kích thước hạt bột: Hạt bột càng mịn thì thời gian đông càng giảm và ngược lại.
- Tỉ lệ nước/bột: Lượng nước trộn càng ít (trong giới hạn cho phép), thời gian đông càng giảm và ngược lại.
- Sự trộn: Trong giới hạn cho phép, trộn càng lâu và càng mau thì thời gian đông càng giảm.
- Nhiệt độ: Từ 0-50˚C, thời gian đông của thạch cao ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Trên 50˚C, thời gian đông kéo dài dần và khoảng 100˚C phản ứng không xảy ra.
Nếu nhiệt độ cao hơn nữa, phản ứng sẽ xảy ra theo chiều điều chế thạch cao nha khoa.
- Các chất gia tốc và giảm tốc: Ở nồng độ thấp, một số muối vô cơ là chất gia tốc (ví dụ: NaCl < 5%; Na2SO4 < 12%), với nồng độ cao hơn, chúng trở thành những chất giảm tốc. Một số chất giảm tốc khác như: muối Citrat, muối Borax,
muối Acetat kiềm, các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như hồ, gelatin, albumin…
3. Sự giản nở của thạch cao:
Theo thực nghiệm, quá trình đông của thạch cao đi kèm với sự tăng thể tích khoảng 0,12%, gọi là sự giãn nở nguyên thủy. Một số yếu tố có thể ảnh hưởng đến sự giãn nở của thạch cao như sau:
a. Các yếu tố vật lý:
Những yếu tố vật lý làm thạch cao mau đông (tỷ lệ nước/bột thấp, hạt bột mịn, thời gian trộn kéo dài…) sẽ làm tăng độ giãn nở của thạch cao. Nguyên nhân là do sự lắng tụ mau của các tinh thể thạch cao trong quá trình đông làm chúng không đủ thời gian sắp xếp để chiếm chỗ một cách tốt nhất khoảng không gian dành cho chúng.
b. Các chất hóa học:
Các chất gia tốc hay giảm tốc không những điều chỉnh thời gian đông mà còn làm giảm độ giãn nở của thạch cao. Sự ức chế giãn nở này thường do rối loạn quá trình tinh thể hóa bởi những cơ chế gây tăng tốc hay giảm tốc.
c. Giãn nở do hút ẩm:
Nếu ngâm khối thạch cao đang đông vào nước hay cho thêm nước vào hỗn hợp thạch cao đang đông (và để yên không được trộn), sẽ có hiện tượng giãn nở do hút ẩm và mức độ giãn nở này có thể gấp 2 đến 5 lần so với độ giãn nở trong không khí. Đó là do sự phình lên của hệ thống mạng lưới Dihydrat đang lắng đọng, các mắt lưới tăng trưởng dễ dàng hơn khi có lượng nước thêm vào.
Cần lưu ý là phải có trước một cấu trúc mạng lưới tinh thể Dihydrat trước khi thêm nước vào. Nếu chưa có trước cấu trúc mạng lưới hay phá vỡ cấu trúc mạng lưới này thì hỗn hợp nước và thạch cao không đông nữa.
4. Độ bền nén:
Độ bền nén của mẫu thạch cao để khô trong không khí cao gấp 2 đến 3 lần độ bền nén của mẫu còn ướt, đó là do thạch cao đã mất bớt lượng nước thừa.
Độ bền nén của thạch cao đổ mẫu (Hemihydrat α) cao hơn gấp 2 đến 3 lần thạch cao lấy dấu (Hemihydrat β).
Độ bền nén của thạch cao phụ thuộc vào tỷ lệ nước/bột: Tỷ lệ này càng cao thì độ bền nén càng thấp.
5. Chỉ định sử dụng và bảo quản:
a. Chỉ định sử dụng:
- Đổ mẫu hàm, đổ đai.
- Lên giá khớp.
- Làm khuôn ép nhựa.
- Làm khuôn vá hàm.
- Làm chất kết dính trong bột bao nha khoa.
b. Bảo quản:
Đậy kín nắp hộp hay bao gói lại ngay sau khi sử dụng, dùng dụng cụ khô để múc thạch cao. Mục đích là để tránh cho thạch cao hút ẩm trong không khí tạo thành Sulfat Canxi Dihydrat CaSO4.2H2O làm thạch cao rất mau đông và rất bở.
II. BỘT BAO NHA KHOA:
Bột bao nha khoa được sử dụng để làm khuôn các mẫu sáp để đúc các phục hình bằng hợp kim.
Có 2 loại bột đúc nha khoa:
- Loại dùng cho hợp kim nóng chảy dưới 800˚C. VD: Hợp kim Vàng…
- Loại dùng cho hợp kim nóng chảy trên 1000˚C như các hợp kim Crom – Cobalt, Niken – Crom…
1. Bột bao nhiệt độ thấp:
a. Bột đúc nhiệt độ thấp: có thành phần gồm:
- Chất chịu nhiệt: Tinh thể thạch anh hay Cristobalite, đó là 2 dạng thù hình của Silic, chiếm tỉ lệ từ 55% đến 75%. Các chất này giúp bột đúc chịu được nhiệt độ cao, không bị nứt và làm bột đúc nở khi nung nóng.
- Chất liên kết: Thạch cao.
- Chất phụ gia: Chiếm dưới 5% gồm có:
+ Chất gia tốc : NaCl.
+ Chất giảm tốc: Muối Borax.
+ Các chất khử, nhằm ngăn chặn sự Oxy hóa vật đúc như Carbon, Cu.
+ Chất làm giảm sự co của chất liên kết khi nung nóng: Acid Boric, NaCl.
+ Các chất làm tăng sự nở nhiệt của bột đúc.
b. Tính chất:
- Hạt bột bao phải mịn và đồng nhất để khuôn có bề mặt láng và có mức độ thông khí thích đáng.
- Thời gian đông đặc vừa phải: từ 7-12 phút.
- Sau khi đông đặc, bột bao phải khá cứng để có thể chịu được các lực tác dụng lên nó trong quá trình quay ly tâm các hợp kim nóng chảy vào khuôn.
c. Sự dãn nở của bột bao:
- Hỗn hợp sau khi đông phải có độ nở vừa đủ để bù trừ cho sự co của hợp kim. Tính nở khi đông đặc của bột bao là do tính chất nở của thạch cao.
- Độ nở tối đa trong điều kiện bình thường là 0,5%.
- Hỗn hợp Silica và thạch cao sẽ có độ nở nhiều hơn vì các hạt Silica chen vào giữa các tinh thể thạch cao, đẩy các tinh thể thạch cao ra phía ngoài.
- Phản ứng đông đặc của hỗn hợp là phản ứng tỏa nhiệt, vì thế càng làm tăng sự nở khi đông đặc.
- Tỉ lệ nước/bột càng giảm thì mức độ nở của hỗn hợp các nhiều.
- Nở trong môi trường ẩm: Khi bột bao đang đông đặc, nếu thêm nước vào thì bột bao sẽ nở nhiều hơn (có thể khoảng 4-5%). Đó là do nước thấm vào giữa các hạt Silica, đẩy các hạy Si rời xa nhau ra.
d. Các yếu tố ảnh hưởng đến nở do ẩm và hiện tượng nở nhiệt của bột đúc nhiệt độ thấp:
* Nở do ẩm:
- Tỉ lệ nước/bột: Nếu trộn với tỉ lệ nước ít thì nở do ẩm sẽ tăng.
- Tỉ lệ Si: Si càng nhiều thì hiện tượng nở trong môi trường ẩm càng nhiều.
- Kích thước hạt Si: Hạt càng mịn nở càng nhiều.
- Thời gian trộn: Trộn càng lâu nở càng nhiều.
- Chất lượng của thạch cao trong bột đúc: Thạch cao cứng cho sự giãn nở tốt hơn.
- Tình trạng bảo quản bột đúc: Bột đúc không được đậy kín thì nở trong môi trường ẩm sẽ ít.
* Nở do nhiệt: Khi nung bột đúc sẽ xảy ra hiện tượng toàn bộ khối vật liệu nở
ra do nhiệt. Mức độ nở nhiệt tùy thuộc vào:
- Tỉ lệ Si/Bột đúc: Lượng Si càng nhiều thì bột bao nở càng nhiều.
- Loại Si: Cristobalite có độ nở nhiệt cao nhất.
- Nhiệt độ khuôn: Nhiệt độ càng cao thì bột đúc càng nở nhiều, nhưng không được quá 750˚C, vì trên 750˚C, thạch cao sẽ bị phân hủy thành SO2 và CaS làm bột bao bị nứt.
e. Cách sử dụng:
- Mẫu sáp phải được quét dung dịch làm ướt (wetting agent) để làm giảm sức căng bề mặt, mục đích để bột bao bám sát vào các chi tiết của mẫu sáp.
- Trộn đúng chỉ dẫn và phân lượng của nhà sản xuất.
- Kỹ thuật trộn tương tự như trộn thạch cao và cần rung kỹ trước và trong khi rót vào khuôn, tránh tạo bọt khí.
- Bảo quản: bột bao phải được cất giữ trong hộp kim loại kín.
2. Bột bao nhiệt độ cao:
Các hợp kim có thành phần cơ bản là Crom, Coban và vài hợp kim vàng dùng trong kỹ thuật nướng sứ trực tiếp trên kim loại phải được đúc trong ống đúc nung nóng ở nhiệt độ trên 900-1000°C. Trong điều kiện này, thạch cao của bột bao nhiệt độ thấp sẽ bị phân hủy thành CaS và SO2 làm cho bột bao bị nứt. Do phải sử dụng loại bột bao khác, có chất liên kết không phải thạch cao mà là Silicate Ethylen hoặc hỗn hợp NH4H2PO4 và MgO.
Bột bao nhiệt độ cao được sản xuất dưới dạng nước và dung dịch lỏng.
3. Bột bao để hàn:
Bột bao để hàn có thành phần tương tự như bột bao để đúc nhưng khác ở 1 số điểm sau:
- Tỉ lệ Si/ Thạch cao.
- Hạt bột nhỏ hơn và mịn hơn.
- Hỗn hợp sau khi đông bở hơn ( độ bền nén kém hơn )
- Có độ nở tương ứng với độ nở của kim loại được nung nóng trước lúc hàn để bột hàn không bị nứt rạn.
- Bột bao để hàn có công dụng dùng giữ vững vật phục hình cần hàn ở đúng vị trí cần thiết.
Bài 4