Teil 3: Kunststoffverarbeitung

Der gekonnt gebogene Draht sorgt für die Funktion des kieferorthopädischen Geräts, indem er die Zähne bewegt und die Zahnspange hält, – doch steht er für den Laien nicht unbedingt im Vordergrund. Es ist der Kunststoffanteil, der den Patienten als Erstes ins Auge fällt. Nicht selten liegen hier der Beginn der Akzeptanz und der Keim für den Erfolg der KFO-Maßnahme. Wie man den Kunststoff versiert und fehlerlos verarbeitet – und die Platte auch optisch verlockend gestaltet –, zeigt im Folgenden unser Autor Jörg Stehr, langjähriger Zahntechniker für Kieferorthopädie.

Zur Herstellung von herausnehmbaren kieferorthopädischen Geräten wird ein speziell für diesen Bereich der Zahntechnik entwickelter Kunststoff verwendet. Er ist nicht ganz so stabil und belastbar wie Prothesenkunststoff, da er nur temporär getragen wird und nicht zum Essen im Mund verweilt. Dafür kann man das KFO-Material für die Platte sehr gut bunt einfärben (Abb. 33a–g), um die Akzeptanz bei den vor allem jüngeren Patienten zu erhöhen.

Kunststoffverarbeitung: Anteigen und Aufstreuen

Für die Verarbeitung von kieferorthopädischen Kunststoffen gibt es zwei deutlich unterschiedliche Methoden: das Anteig- und das Aufstreuverfahren. Dabei wird das Anteigverfahren heutzutage kaum noch angewandt, da es aufwendiger ist und man schnell und routiniert arbeiten muss. Außerdem entstehen mehr ungesunde Monomerdämpfe als beim Aufstreuen, die man beim Verarbeiten unweigerlich einatmet.

Das Anteigverfahren

Polymerpulver und Monomerflüssigkeit werden in einem bestimmten Mischungsverhältnis in einem Napf angemischt und dann auf das Gipsmodell aufgetragen. Hierfür stehen spezielle leicht modifizierte KFO-Kunststoffe zur Verfügung. Das Polymerpulver ist dabei etwas grobkörniger, um zusammen mit der Monomerflüssigkeit eine verarbeitungsfähige Masse herstellen kann.

Für das Anteigen eignet sich aus meiner Erfahrung heraus zum Beispiel das Orthocryl EQ Kunststoffpulver (Dentaurum, Ispringen) besser als das Orthocryl Standard-Pulver, das vorzugsweise für die Aufstreutechnik Verwendung findet. Das Orthocryl EQ Pulver kann aber auch im Aufstreuverfahren genutzt werden, denn es verhält sich ähnlich wie das Forestacryl Monomerpulver (Forestadent, Pforzheim). Wer Forestacryl Pulver gewohnt ist, kommt mit Orthocryl EQ Pulver von Dentaurum beim Aufstreuen ggf. sogar besser zurecht.

Der Vollständigkeit halber möchte ich noch hinzufügen, dass auch von anderen Firmen KFO-Kunststoffe für die Herstellung von kieferorthopädischen Geräten angeboten werden.

Für das Anteigverfahren werden ungefähr 2,5 Teile Polymerpulver mit einem Teil Monomerflüssigkeit in einem Napf zu einem Kunststoffteig angerührt. Genaue Mischungsverhältnisse und weitere wichtige Informationen findet man in der jeweiligen Gebrauchsanweisung, die man wirklich beachten sollte. Die Masse muss dann im abgedeckten Behälter ungefähr 5 bis 7 Minuten anquellen. Die Dauer ist abhängig vom Mischungsverhältnis und von der Raumtemperatur.

Der Kunststoff fängt bereits beim Anquellen an zu polymerisieren und muss deshalb, sobald er nicht mehr fließt, sehr schnell verarbeitet werden. Es können sich sonst in der Masse Bläschen und Schlieren bilden, da hier der später im Drucktopf herrschende Druck fehlt, um das zu verhindern.

Das Aufstreuverfahren

Bei der Aufstreutechnik werden Polymerpulver und Monomerflüssigkeit in kleinen Portionen abwechselnd mithilfe kleiner Fläschchen auf das Modell aufgestreut und aufgeträufelt. Man muss dabei sehr darauf achten, dass die Kunststoffmasse während des Aufstreuvorgangs einerseits nicht zu trocken und andererseits nicht zu feucht ist.

Wenn zu trocken aufgestreut wird, also mehr Pulver als Flüssigkeit verwendet wird und sich beides nicht richtig mischt, bleiben Pulverrückstände in der Kunststoffmasse zurück. Es können sich dadurch weiße Punkte, Flecken oder Schlieren bilden oder es entstehen Bläschen in der Kunststoffmasse.

Wenn zu feucht aufgestreut wird, fließt der Kunststoff und bleibt nicht an den gewünschten Stellen stehen. Und da man beim Aufstreuen das Modell dreht, kann es vorkommen, dass sich der Kunststoff an einer falschen Stelle sammelt. Dies geschieht im OK-Modell zum Beispiel gern am Gaumen und im UK-Modell am Mundboden. Umgekehrt fehlt der Kunststoff dann an den richtigen Stellen.

So etwas passiert sehr leicht, sodass vor allem Anfänger oder ungeübte Techniker ihre Schritte genau beobachten sollten. Sonst wird am Ende die Platte ungleichmäßig dick und man hat viel Mühe und braucht mehr Zeit beim Ausarbeiten. Im Einzelnen heißt das: Man muss entweder viel Kunststoff wegschleifen und/oder ihn auch nachträglich dort wieder auftragen, wo er zu dünn geworden ist und fehlt.

Außerdem kann eine zu feuchte Kunststoffmasse beim Auspolymerisieren zu einer verstärkten Schrumpfung des Gerätekörpers führen. Die Folgen davon: Es können Spalten zwischen Kunststoff und Modelloberfläche entstehen, weil zu wenig Polymerpulver vorhanden ist, um sich mit der Monomerflüssigkeit zu verbinden. Es bilden sich zu wenige Makromoleküle, die aber wesentlich für die gewünschten Eigenschaften unseres Kunststoffs sind. Die Monomerradikale werden in das Drucktopfwasser ausgeschwemmt oder verdunsten später.

Es gibt aber einen guten Indikator für das richtige Mischungsverhältnis während des Aufstreuvorgangs: Die Kunststoffmasse sollte immer eine matte Oberfläche aufweisen. Sobald man merkt, dass an den Stellen, an denen man mit dem abwechselnden Aufstreuen und Aufträufeln fertig zu sein glaubt, die Oberfläche zu glänzen beginnt, muss man durch erneutes Aufstreuen von Kunststoffpulver das Wegfließen verhindern.

Wenn der Aufstreuprozess dann tatsächlich beendet ist, folgt ein sehr wichtiger Schritt, der nie vergessen werden darf: Zum Schluss muss die ganze Arbeit, bevor sie in den Drucktopf geht, noch einmal richtig dick mit Kunststoffpulver eingepudert werden. Dies bindet überschüssige Monomerflüssigkeit und saugt sie auf, um den Kunststoff am Fließen oder Absacken zu hindern. 

Die Polymerisation

Der Kunststoff für kieferorthopädische Geräte PMMA (Polymethylmethacrylat) wird durch die chemische Reaktion der Polymerisation hergestellt. Unter Polymerisation versteht man den Zusammenschluss vieler Moleküle einer einfachen Verbindung zu einem Makromolekül oder eine kettenförmige Aneinanderreihung von gleichen Grundmolekülen – „Monomeren“ – zu einem Makromolekül, dem „Polymer“ (Abb. 34 u. 35).

Die einzurührende bzw. aufzuträufelnde Flüssigkeit besteht zu gut 90 % aus Methylmethacrylat (C5H8O2) und zu knapp 10 % aus Vernetzermonomer (Diacrylat). Hinzu kommen noch in minimalen Mengen ein Stabilisator und eine Initiatorkomponente sowie ein Lichtschutzmittel.

Das Pulver enthält ca. 99 % Polymethylmethacrylat (Perl-Co-Polymerisat) und etwa ein halbes bis ganzes Prozent der Initiatorkomponente Dibenzoylperoxid (DBPO).

Nach dem „Mischen“ der beiden Komponenten Flüssigkeit und Pulver werden durch die Zuführung von Energie – hier Druck und Wärme im Drucktopf – und zusätzlich die Wirkung des Initiators, d.h. der Startchemikalie Dibenzoylperoxid, die Doppelbindungen der Grundmoleküle aufgeklappt und es entsteht ein sehr reaktionsfreudiges Grundradikal, welches sich mit anderen Radikalen zu einer langen Kette verbindet. Das geschieht so lange, bis entweder keine freien Monomere mehr vorhanden sind oder bis durch Energieentzug – entweder Druckverlust oder zu niedrige Temperatur – die chemische Reaktion abgebrochen wird. Manchmal können auch Schmutzpartikel die Verbindungen behindern, deshalb muss das Wasser im Drucktopf regelmäßig, mindestens jedoch täglich, gewechselt werden.

Bei der Verarbeitung ist es sehr wichtig, die vom Hersteller vorgegebenen Verarbeitungshinweise und Mischungsverhältnisse genau zu beachten und einzuhalten. Zum Beispiel wird das Ergebnis sehr durch die Zeitdauer, während der die Arbeit im Drucktopf bleibt, den konstanten Druck während des gesamten Polymerisationsvorgangs und die konstante Temperatur während der Polymerisationszeit beeinflusst. Man sollte nie aus Zeitgründen oder Bequemlichkeit etwas an den Vorgaben nach eigenem Gutdünken ändern, das rächt sich bei späteren Arbeitsschritten oder ist für den Patienten unangenehm oder sogar ungesund.

Ein großer, aber oft gemachter Fehler ist es, wenn man die Zeit im Drucktopf verkürzt. Diese soll bei mindestens 20 bis 25 Minuten liegen. Wählt man allerdings Orthocryl EQ Kunststoff, muss man wissen: Dieser härtet im Drucktopf etwas schneller aus als Standard- Orthocryl Kunststoff dieser Firma, theoretisch schon nach ungefähr 15 Minuten.

Ein zu kurz polymerisierter Kunststoff fühlt sich zwar hart an, erreicht aber nicht seine optimale Festigkeit, und die Arbeit riecht und schmeckt sehr stark nach ‚Plastik’, vor allem beim Ausarbeiten, da die nicht gebundenen Monomerradikale durch das Fräsen ausgasen. Auch der Patient kann dann über einen „Plastikgeschmack“ im Mund klagen, der von den Resten der Monomerflüssigkeit herrührt, die aus der schönen neuen Spange ausdünsten.

Das berühmte Lagern der fertigen Geräte in einem Wasserbad über Nacht oder bis die Arbeit beim Patienten eingesetzt wird, bringt als Maßnahme zum Monomerausschwemmen nicht wirklich etwas. Es ist bei vorhergehender richtiger Verarbeitung des Materials auch nicht nötig.

Der Drucktopf

Der nächste Fehler passiert, wenn das Wasser im Drucktopf zu kalt oder zu heiß ist. Ist das Wasser zu kalt, startet die chemische Reaktion nicht richtig, die Doppelbindungen der Moleküle öffnen sich nicht, es entstehen keine Radikale, die sich zu Molekülketten verbinden können.

Die Wassertemperatur sollte während des gesamten Polymerisationsvorgangs bei ca. 40 bis 45 Grad Celsius liegen. Auch zu heiß darf das Wasser nicht sein. Beträgt die Wassertemperatur mehr als 50 Grad, kann es zu Siedebläschen im Kunststoff kommen. Deshalb ist auch die „geniale“ Idee, viel zu heißes Wasser in den kalten Drucktopf zu füllen und diesen dann ohne Heizplatte irgendwo hinzustellen – womöglich noch auf eine Metallfläche –, aus den oben genannten Gründen doch nicht so schlau. Die Durchschnittstemperatur mag vielleicht 45 Grad Celsius betragen, aber am Anfang und am Ende der womöglich noch zu kurzen Zeitspanne hat man somit alle oben beschriebenen Fehler in einem Arbeitsgang gemacht. Das passiert leider aus Unkenntnis sehr häufig.

Um eine konstante Wassertemperatur sicherzustellen, sollte der Drucktopf deshalb immer auf einer speziellen für die Verarbeitung von KFO-Kunststoffen entwickelten Heizplatte stehen. Elektrische Camping-Kochplatten eignen sich nicht dafür, da sie auf diese niedrigen Temperaturen nicht exakt eingestellt werden können.

Dasselbe gilt auch, wenn der Druck nicht stimmt. Er sollte die ganze Zeit über bei ca. 2,2 bar liegen.

Zu niedriger Druck kann auch zu Blasenbildung im Kunststoff führen. Deshalb ist es hier von höchster Wichtigkeit, dass die Dichtungen und Ventile des Drucktopfs in Ordnung sind und so kein schleichender Druckverlust während der Polymerisationszeit eintreten kann. 

Arbeitsschutz

Um beim Verarbeiten von Kunststoff nicht zu viele Monomerdämpfe in die Raumluft entweichen zu lassen, sollte man immer mit einer Absauganlage arbeiten. Man kann dazu die fest installierte Absaugung am Arbeitsplatz verwenden, die man beim Ausarbeiten benutzt, oder sich ein spezielles Auftischgerät anschaffen.

Es ist sehr wichtig, dass die Absaugungen über einen Aktivkohlefilter verfügen, sonst werden die Monomerdämpfe nur schneller und gründlicher im Raum verteilt, anstatt aufgefangen zu werden. Die normalen Filterbeutel oder Staubsaugerbeutel von Absauganlagen fangen nur feste Stoffe, aber keine Gase ein. Die Aktivkohlefilter müssen außerdem auch regelmäßig, in den von den Herstellern angegebenen Intervallen, ausgetauscht werden, weil sie mit der Zeit ihre Absorptionswirkung verlieren.

Auch der Gebrauch eines einfachen Mundschutzes ist nicht ratsam, da dieser ebenfalls keine Gase auffängt. In dessen Papierschichten werden beim Kunststoffverarbeiten durch das Ein- und Ausatmen die Monomerdämpfe nur konzentriert! Sie sammeln sich darin, und man atmet mit der Zeit immer mehr und höhere Konzentrationen der Monomerdämpfe ein.

Man sollte auch, wenn möglich, während oder nach der Kunststoffverarbeitung gründlich lüften und die Raumluft austauschen. Es hilft nur bedingt, mal kurz ein Fenster zu kippen.

Monomerdämpfe sind 5-mal schwerer als Luft und sinken deshalb nach unten. Es empfiehlt sich deshalb, über einer Absauganlage zu arbeiten oder dicht vor einer seitlich angebrachten Anlage mit genügend Absaugkraft.

Ich streue immer über der Abfallschublade neben meiner Absaugung auf und lege mir ein Papiertuch in die Schublade, mit dem ich die heruntergetropfte Monomerflüssigkeit und das danebengegangene Pulver auffange.

Nachdem die Arbeit in den Drucktopf gelegt wurde, werfe ich das Papiertuch in den Mülleimer; der hohe Rand des Mülleimers verhindert dann das Umherwabern der Monomerdämpfe im Raum bis zur nächsten Leerung.

Die Kunststoffflüssigkeit sollte deshalb auch nie im Hochschrank oben eingelagert werden, sondern, wenn es nicht anders geht, unten im Schrank. Die beste Stelle zum Lagern ist im Keller oder einem extra Lagerraum, dunkel und kühl. Dieser sollte aber auch gut gelüftet sein.

Generell werden die KFO-Kunststoffe auf ihre Zytotoxizität, etwaige Schleimhautreizungen und Mutagenität getestet und von offiziellen Stellen freigegeben. Für die Unbedenklichkeitsbescheinigung kommen In-vitro-Prüfverfahren zur Anwendung. 

Nach dem Polymerisieren

Nachdem man die Arbeit dem Drucktopf entnommen hat, sollte man den/die oberen Platzhalter der Schraube(n) sofort, solange die Spange noch auf dem Modell sitzt, mit einer Flachspitzzange oder vorsichtig mit einem Seitenschneider abziehen und entfernen. Direkt im Anschluss sollte man die Arbeit mit einem geeigneten Instrument, zum Beispiel dem Wachsmesser, vom Modell hebeln, ohne dabei die Drahtelemente zu verbiegen oder gar Teile des Gerätes abzubrechen.

Hierbei sollte ggf. eher das Modell kaputtgehen, als dass die Spange beschädigt wird. Natürlich sollte man aber das Abbrechen von Zähnen oder von Teilen des Gipsmodells möglichst vermeiden. Dies geht am besten, solange das Ganze noch gut warm ist und das Wachs, mit dem die Drahtelemente befestigt wurden, deshalb noch weich ist (Abb. 36 u. 37).

Wenn die Arbeit abgehoben worden ist, muss nun noch der untere Teil des Schraubenplatzhalters bei der medianen Schraube entfernt werden. Falls sich der untere Teil des Platzhalters nicht gleich herauslösen lässt oder abbricht, muss er beim Ausarbeiten vorsichtig mit der Basalseite der Platte plangeschliffen werden. Man kann ihn dann nach dem fertigen Ausarbeiten des Gerätes und dem Trennen der Arbeit für den Schraubenschlitz durch zehnmaliges Aufdrehen der Schraube ganz leicht herauslösen und entfernen.

Für Segmentschrauben oder sonstige Schrauben, die nur auf der Oberfläche des Modells befestigt wurden, gilt selbstverständlich dasselbe. Zehnmal Aufschrauben entspricht ungefähr der Platzhalterbreite; mehr aufzuschrauben ist nicht nötig, bei weniger hat man Probleme mit dem Herauslösen. Sehr wichtig dabei ist auch, dass man sich die Zahl merkt, wie oft man den Schlüssel angesetzt hat. Wenn man zu wenig zurückdreht, klemmt die Platte beim Zurücksetzen auf das Modell und im Mund des Patienten. Wenn man zu viel zurückschraubt, kann man das Gewinde der Schraube überdrehen und kaputtmachen, oder es bildet sich sogar ein Sprung im Kunststoff.

So kommt Farbe in die Arbeit

Um die Akzeptanz zum Tragen von Zahnspangen, vor allem bei Kindern, zu erhöhen, bietet die Dentalindustrie den kieferorthopädischen Kunststoff in vielen verschiedenen Farben an. Man kann die Kunststoffflüssigkeiten und das Pulver bereits eingefärbt kaufen oder klare Kunststoffflüssigkeit mit Farbkonzentraten individuell einfärben. Daneben gibt es noch Glitzer- und Glimmer-Zusätze zum Einmischen in das Kunststoffpulver sowie Einlegemotive, um die Zahnspangen zu individualisieren.

Ausblick

Nun ist unsere Arbeit schon sehr weit gediehen. Es fehlen jetzt nur noch die Ausarbeitung des Geräts und die Fertigstellung. Hierauf werde ich im vierten Teil des Fachbeitrags in der kommenden Ausgabe des Zahntechnik Magazins (März 2018) eingehen.

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