Material testing of reconditioned orthodontic brackets · PDF file 2018-08-21 ·...

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Transcript of Material testing of reconditioned orthodontic brackets · PDF file 2018-08-21 ·...

  • 454 J Orofac Orthop 2012 · No. 6 © Springer-Verlag

    Journal of Orofacial Orthopedics Fortschritte der Kieferorthopädie Original article

    J Orofac Orthop 2012; 73:454-466 DOI 10.1007/s00056-012-0108-x

    Material testing of reconditioned orthodontic brackets

    Materialtechnische Untersuchungen kieferorthopädi- scher Brackets nach Wiederaufbereitung

    Abstract Objective.  While all manufacturers of orthodontic brackets la- bel these products for single use, there are commercial providers offering bracket reconditioning (or “recycling”). We conducted this study to investigate the effects of different recycling tech- niques on material-related parameters in orthodontic brackets, aiming to derive indications for clinical use and conclusions about the biocompatibility, longevity, and application of recycled brack- ets. Materials  and  methods.  New metal brackets (equilibrium®; Dentaurum, Ispringen, Germany) were compared to brackets re- cycled by different techniques, including direct flaming with a Bunsen burner, chemical reconditioning in an acid bath, a com- mercial unit (Big Jane; Esmadent, IL, USA), and outsourcing to a company (Ortho Clean, Dellstedt, Germany). Material-related ex- aminations included the following: (1) corrosion behavior by static immersion testing and use of a mass spectrometer to deter- mine nickel-ion concentrations in the corrosive medium, (2) sur- face features in scanning electron micrographs before and after corrosion testing, (3) Vickers hardness using a hardness testing machine, (4) shear bond strength as defined in DIN 13990-1, (5) dimensional stability of the bracket slots by light microscopy, and (6) frictional loss as assessed by an orthodontic measurement and simulation system (OMSS). Each examination was performed on ten brackets. Student's t-test was used for statistical analysis. Results.  Compared to the new brackets, those recycled in an acid bath or by a commercial provider revealed significant dimen- sional changes (p

  • 455J Orofac Orthop 2012 · No. 6 © Springer-Verlag

    Reimann S. et al. Recycling of brackets

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    Conclusion.  Recycling was found to significantly reduce the corrosion resistance and dimensional stability of orthodontic brackets. As the savings generated by recycling do not justify the risks involved, the practice of labeling orthodontic brackets for single use remains a responsible precaution that safeguards pa- tients and orthodontists against definite risks.

    Keywords Orthodontics · Bracket · Recycling · Materials testing

    Introduction

    Orthodontic brackets can be recycled by eliminating adhesive remnants from the rear surface for subsequent reuse. A number of processes (e.g., direct flaming with a Bunsen burner, heat treatment in a furnace, or chemical dissolution) have been used for this purpose [1]. Strictly speaking, these processes do not constitute true recycling involving recovery of the material as such, rather their purpose is to recondition brackets so that they can be rebonded. Given the considerable expense of some bracket designs, the first attempts to recycle them in the same way as other medical-grade materials date back to the 1980s. These attempts were, however, encumbered by the problem of removing the adhesive remnants from the mesh-style bonding surface of the brackets without damaging the material and structure.

    The most important commercial bracket-recycling tech- niques utilize thermal or chemical processes to eliminate any residual adhesive from the base [1]. Approaches based on burn- ing the adhesive off the base (destroying the base structure) are usually followed by electrolytic polishing to remove any oxi- dized areas [3].

    It is also possible to use chemical solvents in conjunction with high-frequency vibrations and electrochemical polishing [3]. Reconditioning with chemical solvents is usually done at tem- peratures below 110 °C, followed by exposure to heat for sterili- zation at 250 °C. This approach yielded considerably better re- sults [4]. The methods that have just been outlined are predom- inantly performed in office laboratories or even chairside. In addition, several commercial processes performed by special- ized companies are available [1, 3, 4, 12].

    Materials and methods

    Recycling techniques A total of 300 metal brackets (equilibrium®; Dentaurum, Is- pringen, Germany) were evaluated either new or after expo- sure to various reconditioning techniques, including a Bunsen burner flame, an acid bath, a reconditioning unit (Big Jane, E3762; Esmadent, IL, USA), and a process offered by an exter- nal company.

    The flaming technique was performed as reported by Buch- man [3]. Brackets were exposed to the flame of a Bunsen burner

    brauch bestimmt” ist deshalb eine verantwortliche Maßnahme, die den Patienten und den Kieferorthopäden vor klaren Risiken schützt.

    Schlüsselwörter Kieferorthopädie · Bracket · Recycling · Materialanalyse 

    Einleitung

    Unter Recycling von kieferorthopädischen Brackets versteht man das Entfernen der Klebstoffreste von der Rückseite mit- tels verschiedener Prozesse, wie z. B. Abflämmen mit einem Bunsenbrenner, Abbrennen im Ofen, Lösen mit Chemikalien usw. und einem anschließenden erneuten Einsatz [1]. Streng genommen handelt es sich hierbei nicht um ein echtes Recyc- ling, bei dem der Werkstoff zurückgewonnen wird, sondern nur um eine Aufbereitung mit anschließender Wiederverwen- dung. Bereits in den 1980er-Jahren wurden erste Versuche unternommen, die teils sehr teuren Brackets, wie anderes hochwertiges medizinisches Material, zu recyceln. Problema- tisch war dabei die Entfernung der Adhäsivreste aus der ma- schenartigen Klebefläche der Brackets, ohne diese in Material und Struktur zu beschädigen.

    Die zwei wichtigsten kommerziellen Verfahren zur Wieder- verwertung von kieferorthopädischen Brackets sind der Einsatz thermischer Verfahren und chemischer Verfahren zum Entfer- nen des Klebstoffs von und aus der Basis [1]. Meist erfolgt nach dem Wegbrennen des Adhäsivs mit Zerstörung der Basisstruk- tur des Brackets ein elektrolytisches Polieren zur Beseitigung oxidierter Bereiche [3]. Auch die Anwendung von chemischen Lösungsmitteln in Kombination mit hochfrequenten Schwin- gungen und elektrochemischem Polieren wird berichtet [3].

    Der Prozess mit chemischen Lösungsmitteln wird meist bei einer Temperatur von unter 110°C durchgeführt, gefolgt von einer Wärmebehandlung bei 250°C für die Sterilisation. Dieses Verfahren brachte wesentlich bessere Erfolge [4]. Neben den be- schriebenen Methoden, die überwiegend im Praxislabor, zum Teil sogar auch Chairside durchgeführt werden, existieren auch kommerzielle, von verschiedenen Firmen angebotene Verfah- ren [1, 3, 4, 12].

    Material und Methodik

    Recycling Insgesamt wurden 300 Metallbrackets (equilibrium®, DEN- TAURUM, Ispringen, Deutschland) untersucht. Es handelte es sich um neue Brackets und um mit verschiedenen Recycling- Methoden aufbereitete. Diese wurden vorab in einer Bunsen- brennerflamme, im Säurebad, mit dem Gerät Big Jane (E3762, Esmadent, IL, USA) und von einer Firma recycelt.

    Das Abflämmen wurde nach der Buchman-Methode [3] durchgeführt. Die Brackets wurden 5 bis 10 Minuten in die Flamme eines Bunsenbrenners gehalten. Anschließend wurden

  • Reimann S et al. Bracketrecycling

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    sie im Labor mit 50 µm Aluminiumoxid-Partikeln für 5 Sekun- den sandgestrahlt und weiterhin 15 Minuten elektrolytisch poliert.

    Das Recycling im Säurebad erfolgte nach dem Stripping-Ver- fahren [4]. Dabei wird zunächst das Adhäsiv von der Bracket- basis abgeflämmt, dann werden die Reste im Säurebad (32% Salzsäure und 55% Salpetersäure im Verhältnis 1:4) bei Tempe- raturen von etwa 100°C im Hochfrequenz-Ultraschallbad ent- fernt. Anschließend erfolgt eine Sterilisation durch Erhitzen auf 250°C und eine kurze elektrolytische Politur von 45 Sekunden.

    Mit dem Gerät namens Big Jane werden die Brackets für 60 min im vorgeheizten Ofen auf 454,4°C (850°F) erwärmt und an- schließend in einen Zementlöser (ESMA ORTHO Lösung, Es- madent, IL, USA) bei Zimmertemperatur eingetaucht [9]. McClea und Wallbridge [12] berichteten, dass die Aufbereitung mit Hilfe des Big-Jane-Gerätes ebenso effektiv wie kommerziel- le Aufbereitungen wäre.

    Die vierte Gruppe von Brackets wurde von der Firma Ortho- Clean (Dellstedt, Deutschland) recycelt. Nach ihren Angaben [20] erfolgt die Aufbereitung in nur einem Schritt. Es handelt sich um ein sogenanntes Kaltverfahren. Dabei wird der Kleber chemisch durch eine Flüssigkeit aufgelöst. Genauere Angaben zur Lösung werden nicht gemacht. Dennoch wird dargelegt, dass der Lösungsvorgang mehrere Wochen, sogar bis zu 60 Tage dauern kann. Ein mechanisches Nachbearbeiten oder ein elekt- rolytisches Polieren seien nicht notwendig, wodurch Maßhal- tigkeit und Struktur der Basis besser bewahrt werden sollen. Die aufbereiteten Brackets werden kontrolliert, geprüft, sortiert und an den Kunden zurückgeschickt [20].

    Abkürzungen für die eingesetzten Recycling-Methoden sind in Tabelle 1 aufgelistet. Die Bracketbasen der verschieden recy- celten Brackets im Vergleich zur Bracketbasis eines neuen Bra- ckets zeigt Abbildung 1.

    for 5–10 min, followed by sandblasting in the laboratory with 50 µm alumina particles for 5 s and electrolytic polishing for 15 min.

    A stripping technique was used for acid-bath recycling [4]. After burning the adhesive off the bracket base, the remnants were removed using an acid bath (32% hydrochloric acid an