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隐形牙套高分子材料的技术性能要求

嘉峪检测网        2022-11-07 13:56

根据我国国民经济“十五”计划至“十四五”规划,国家对口腔医疗行业的支持政策经历了从“改革和完善卫生服务、医疗保障和卫生监督体系”到“推进公立医院改革”,再到“推动互联网医疗快速发展”的变化。在国家政策的推动下,我国口腔医疗机构数量、床位数、口腔医疗人员数量稳步增长,口腔医疗供给稳步提升。

 

据QYR调研统计,2021年中国透明牙套材料市场销售收入达到了51.26百万美元,预计2028年可以达到304百万美元,2022-2028期间年复合增长率(CAGR)为23.72%。中国市场核心厂商包括SCHEU Group、Align Technology和时代天使等,按收入计,2021年中国市场前三大厂商占有大约94.82%的市场份额。

 

口腔医用材料是用于修复人体口腔颌面部缺损或缺失的软硬组织的人工合成材料或其组合物,包括修复材料本体及其修复过程中的辅助材料。目前常用的口腔材料涉及金属、陶瓷、无机物、高分子及复合物等多种类别。其中高分子材料因其多样化的结构组成而具有多种优异可控的物理化学性质,是近年来蓬勃发展的新型口腔医用材料。

 

隐形牙套即隐形正畸矫治器,是一种通过计算机三维诊断、设计和制造系统,利用弹性、透明的高分子材料生产出来,有最适合牙齿移动的弹性和韧性,在口腔正畸诊疗过程中使用的无明显暴露的矫治器。

 

为了让隐形牙套获得更好的表达,品牌商对其产业链上游高分子原材料的性能要求也随之越来越高。

 

膜材

 

隐形牙套大多是在患者的口腔牙列模型上采用热塑性膜片经加热加压加工制成。膜材是生产隐形牙套所需的重要材料,中国的隐形牙套品牌商多从国外进口各类材料制造。

 

目前,热压膜材料的结构材料主要有TPU 、PETG ,包括PET 、PP 、PC 等。

 

TPU

 

TPU全称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶,是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)或甲苯二异氰酸酯(TDI)等二异氰酸酯类分子和大分子多元醇、低分子多元醇(扩链剂)共同反应聚合而成的高分子材料。TPU具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性,是一种成熟的环保材料。

 

TPU 是近年来隐形矫治热点材料,也是隐形牙套中常用的热塑性材料,通过一定的配比设计可以获得优异的物理性能,被认为可以满足正畸过程中轻而持续矫治力的需求。TPU 既有硫化橡胶的机械性能,又有热塑性聚合物的加工性能。因为没有普通橡胶中的化学网络结构,因此它可以反复地融化和加工。

 

TPU 按分子结构可分为聚酯型和聚醚型两种;按加工方式,可分为注塑级、挤出级、吹塑级等。TPU 拥有多种优秀的性能,包括高抗张强度、高撕裂强度、高耐磨性、耐油耐溶剂性、低温柔韧性等。而理想的正畸材料特性需要有较好的弹性恢复能力,较高的储能性,较低的硬度,良好的成形性、透明性、生物相容性以及环境稳定性。

 

TPU具有其它塑料材料所无法比拟的强度高、韧性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性,同时他具有高防水性、透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能。

 

又由于矫治器和保持器在摘戴过程中需要抵抗短而剧烈的形变而不断裂,且便于摘戴;在长时间的使用过程中又需要释放轻而恒定的矫治力,因此高屈服应力、适宜的弹性模量以及尽可能低的应力松弛速率也是必需的。

 

因此,隐形矫治公司自主研发的材料多以热塑性TPU 为基础,加以PET/PETG/PC 等共混改性。

 

PETG

 

PETG 因为具备较为良好的透明度、颜色、耐化学药剂、抗应力、较好的加工成型等性能,被广泛应用于隐形矫治器的制造中,但是由于PETG 属于热塑性材料,随着时间的推移会出现应力松弛和变形。为此,根据市场需求对原材料进行改性研发,并对材料性能进行测试和修改,以满足最终产品对材料的诉求。

 

PETG材料简要来说是一种透明塑料,是一种非晶型共聚酯,PETG常用的共聚单体为1,4-己烷二甲醇(CHDM),全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯。它是由对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)和1,4-环己烷二甲醇(CHDM)三种单体用酯交换法缩聚的产物,与PET比较多了1,4-环己烷二甲醇共聚单体,与PCT比多了乙二醇共聚单体,因此,PETG的性能和PET、PCT大不相同,具有其独特性。PETG板材具有突出的韧性和高抗冲击强度,其抗冲击强度是改性聚丙烯酸酯类的3~10倍,并具有很宽的加工范围,高的机械强度和优异的柔性,比起PVC透明度高、光泽好、容易印刷并具有环保优势。

 

基于PETG材料制成的隐形矫治器在长时间佩戴后可能会给牙齿造成过大的矫治力,极大地降低了牙齿矫治的效率,因而对PETG进行改性处理,从而赋予材料新特性,使其矫治力更持久、稳定,提高患者的佩戴舒适度,同时也能帮助牙齿更快的达到目标位,提升矫治效率。

 

PA12

 

由于隐形牙套是每天都要与人体器官长时间接触,因此制作材料一定是安全并符合医疗规范。市场上的牙套一般都采用TPU 、PETG 材料,PA12 作为当下隐形牙套市场新晋材料,因其具有抗环境应力开裂、优异的形状记忆- 疲劳/ 回弹、高达93%的透明度、符合ISO10993, USP VI 等特点,除牙膜外,还适用于辐照、EO 及蒸汽灭菌场景应用中。

 

聚酰胺 12 (PA12) 尼龙 12是一种半结晶热塑性塑料,其性能类似于聚酰胺 11。它可以来自石油和可再生资源。与其他聚酰胺相比,它是一种昂贵的聚合物。它具有较低的抗冲击性,但显示出良好的耐磨性和抗紫外线性、它的吸水性低于 PA 6、PA66 和所有其他类型的聚酰胺、PA12 级显示出良好的尺寸稳定性和合理的电性能、PA12 非常适合对安全性、耐用性或可靠性至关重要的应用。

 

PA12 晶体很小,不会散射可见光,而且其微结晶结构保留了优异的形状记忆和高屈服形变,较高的回弹性可以用更大的矫正幅度,保持轻柔持久的精准矫治力,便于摘戴。

 

且PA12 透明度高达93% ,为医疗&食品级材料,较好的耐染色性可以让隐形牙套的隐形与美观度更佳,便于让医生和患者看到从矫治前到矫治结束的全过程。

 

基于高分子原材料基本性能,通过不断改良膜材性能,维持长久的矫治力是排齐牙齿、提升矫治效率的关键。

 

得益于国民经济的稳步提升和口腔健康知识的普及,可以预见,未来很长一段时间内,隐形牙套在中国依旧会处于行业发展的成长期,并开始趋于成熟期。

 

全球透明牙套材料市场具有高度垄断性,主要由美国、欧洲和中国等企业主导,包括美国 Align Technology、Straumann Group、3M、时代天使、Dentsply Sirona等公司,国际巨头长期控制着国际透明牙套材料产品的供应链。国内市场之前一直依赖进口,自2016年时代天使开发了牙套材料,在一定程度上破除了国外厂商在该产品领域内的长期垄断局面。由于品牌认知的因素存在,目前对于小型企业很难进入市场获得较大的市场份额。

 
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