Influência de óxidos metálicos de revestimentos refratários para troquéis

na cor de restaurações cerâmicas livres de metal

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

Faculdade de Odontologia

Dissertação de Mestrado

Influência de revestimentos refratários na cor de restaurações cerâmicas feldpáticas.

Gloria Beatriz de Azevedo Cubas

Orientador: Prof. Dr. Guilherme Brião Camacho

Co-orientadora: Profa. Dra. Tatiana Pereira Cenci

Gloria Beatriz de Azevedo Cubas

Influência de revestimentos refratários na cor de restaurações cerâmicas felspáticas.

Dissertação de mestrado

apresentada como requisito

para obtenção do título de

mestre em Odontologia, área de

concentração em Dentística

pelo Programa de Pós-

Graduação em Odontologia da

Faculdade de Odontologia da

Universidade Federal de

Pelotas.

Orientador: Prof. Dr. Guilherme Brião Camacho

Co-orientadora: Profa. Dra. Tatiana Pereira Cenci

2009

Banca examinadora

Prof. Dr. Guilherme Brião Camacho (Orientador)

Profa. Dr Luis Felipe Jochims Schneider

Prof. Dr. Rafael Ratto de Morais

Prof. Dr. Renato Fabrício de Andrade Waldemarin (Suplente)

Agradecimentos

Aos meus pais, Antonio Carlos Cubas e Clarice Maria de Azevedo Abraão, que cada um a seu modo, não mediram esforços em me auxiliar na transposição de todas as dificuldades. Ao meu Pai que sempre repetia: que independente das dificuldades que surgissem ele sempre estaria por perto. À CAPES pela bolsa de estudo concedida, que viabilizou a concretização desta etapa. Ao programa de Pós Graduação em Odontologia da Ufpel por toda estrutura cedida em prol da educação. Ao Prof Guilherme Camacho pela orientação, amizade e confiança depositada em mim, concedendo-me liberdade para desenvolver o estudo da forma que julguei adequada. Aos Professores Alexandre Masotti, Noeli Boscato, Renato Waldemarin pelas contribuições e pelo convívio. Ao Prof Flávio Demarco pela sua capacidade de motivação e boa vontade em intervir quando necessário. A Prof Tatiana Pereira-Cenci pela orientação, auxílio constante e principalmente pela amizade sincera. Esta que fortaleceu em mim a motivação para prosseguir no aprimoramento discente, caminho que eu acreditava ser minha vocação, auxiliando-me a enxergar sempre as melhores perspectivas. Aos meus amigos Silvia Fontes, Raquel Fernandez, Paula Bennete, Sônia Saeger, Renata Barbosa, Laureci Alves, Ciríaco Alves que fizeram os dias bons inesquecíveis e os tristes mais alegres. Ao meu noivo, companheiro de todas as horas, que com certeza dividiu os momentos bons mais particularmente os mais difíceis, que fizeram parte da empreitada da minha vida e deste projeto. Sempre carinhoso, amorteceu impactos e ajudou a equilibrar oscilações emocionais, tornando minha vida mais feliz e tranqüila. A todos os meus colegas e professores da Pós graduação que no conjunto social converteram as atividades do mestrado em campo de educação, influênciando na criação de hábitos, comportamentos e atitudes.

Doe o melhor de ti, na execução das tarefas que te cabem.

Se erraste, recomeça.

Desânimo é a ausência de aceitação do que ainda somos, ante a pressa de ser o que

outros, pelo esforço próprio nas estradas do tempo, já conseguem ser.

Não te ausentes dos próprios encargos

Coragem é a força que nasce da nossa própria disposição de aprender e de servir.

Toda realização nobre se levanta na base da perseverança no bem

Emannuel

Resumo

CUBAS, Glória Beatriz de Azevedo. Influência de revestimentos refratários

na cor de restaurações cerâmicas feldspáticas. 2008. 20f. Projeto de

Qualificação – Programa de Pós Graduação em Odontologia. Universidade

Federal de Pelotas, Pelotas.

O objetivo deste estudo foi avaliar a influência de óxidos metálicos presentes

na composição de revestimentos refratários, utilizados no preparo de troquéis

para confecção de restaurações cerâmicas livres de metal, na coloração de

cerâmicas. Para a avaliação, foram utilizadas cinco cerâmicas (Vitadur Alpha,

Vision Esthetic, Noritake, Halo Vintage e IPS Classic V) e quatro revestimentos

refratários para troquel (Duravest, Vitadurvest, Ducera Lay e Fortune). Com o

auxílio de uma gelatina duplicadora elástica (Duplicador VIPI) foram

confeccionados 100 corpos de prova com 3 cm de diâmetro e 2 cm de altura,

os quais serviram de molde para vazamento dos revestimentos, com os quais

foram confeccionados 25 troquéis refratários com cada um dos revestimentos,

constituindo quatro grupos. Os troqueis foram submetidos a uma queima inicial

para eliminação de gases e óxidos. Posteriormente, foi realizada a aplicação

das cerâmicas sobre os troquéis. Para cada revestimento, cinco troquéis foram

confeccionados para cada cerâmica testada (n=5), resultando em 20 grupos

experimentais. As cerâmicas foram queimadas e glazeadas conforme

orientação dos fabricantes. Ainda, 5 espécimes de cada cerâmica foram

confeccionados sem o uso de revestimento refratário, servindo como controles.

A análise da cor das cerâmicas foi realizada com o auxílio de um

espectrocolorímetro. Os revestimentos produziram alterações de cor

significativas (p<0.05) nas cerâmicas testadas. Foram detectadas alterações de

cor significativas (∆E*) na cerâmica Vision Esthetic para todos os

revestimentos.Também foram encontradas alterações significativas nos

parâmetros a*, b* e L* utilizando dois revestimentos (Duravest e Fortune) em

três das cinco cerâmicas testadas, variando o parâmetro de cor afetado

conforme a combinação do revestimento e da cerâmica. Conclui-se que houve

influência dos revestimentos sobre a coloração das cerâmicas testadas,

resultando em alterações cromáticas clinicamente inaceitáveis (∆E*).

Palavras-chaves: cerâmica, revestimento, cor

Abstract

CUBAS, Glória Beatriz de Azevedo. Influence of investments materials on

the colour feldspáthic ceramics 2008. 20f. Projeto de Qualificação –

Programa de Pós Graduação em Odontologia. Universidade Federal de

Pelotas, Pelotas.

The aim of this study was to evaluate the influence of metallic oxides present in

the composition of casting investments, used for the preparation of cast’s for

making metal free ceramic restorations, on the colour of ceramic. For the

evaluation, five ceramics (Vitadur Alpha, Vision Esthetic, Noritake, Halo Vintage

and IPS Classic V) and four casting investments (Duravest, Vitadurvest, Ducera

Lay and Fortune) were used. A hundred specimens were made using an elastic

jelly (Duplicador VIPI) with 3 cm of diameter and 2 cm of height, which served

as moulds for the four investments under study. Thus, 25 casts were

manufactured and resulting in four groups. These were submitted to burn out

process for elimination of gas and metallic oxides. Next, ceramics will be

applied with five casts (n=5) for each ceramic tested, resulting in 20

experimental groups. Ceramics were applied and glazed according to the

manufacturers' instructions. Ceramic specimens without the use of investments

served as controls. The colour analysis of the applied ceramics was performed

with a colorimeter. The investments produced significant alterations on a*, b*

and L* colour parameters of the ceramics tested. Only one ceramic was

influenced by the type of investments in all colour parameters (Vision Esthetic,

p<0.05). Two investments (Duravest and Fortune) produced alterations in the a

*, b * and L* parameters in three of the five ceramics tested, varying the colour

parameter affected according to the combination of the investment and ceramic

materials used. The investment materials produced alterations on the ceramic

colour parameters, resulting in clinically unacceptable chromatic alterations

(∆E*).

Key-Words: investment, ceramic, color

Sumário

RESUMO ................................................................................... 6

ABSTRACT................................................................................. 7

1. PROJETO DE PESQUISA: Influência de óxidos metálicos de

revestimentos refratários para troquéis na cor de restaurações

cerâmicas livres de metal.............................

8

2. ARTIGO. The effect of investment materials on the colour of feldspathic ceramics…………………………………………….. ...................................................................................................

23

8

Projeto de Pesquisa: Influência de óxidos metálicos de revestimentos refratários para troquéis na cor de restaurações cerâmicas livres de

metal.e óxidos metálicos de revestimentos refratários cor de restaurações cerâmicas livres de metal INTRODUÇÃO

A demanda estética por tratamentos restauradores que restabeleçam o

aspecto natural dos dentes vem crescendo na prática odontológica (GRIGGS,

2007, LEINFELDER, 2000, SADOWSKY, 2006). Dentre os materiais

disponíveis para a confecção de restaurações estéticas, as cerâmicas

constituem uma excelente opção por apresentarem vantagens estéticas,

estabilidade química, resistência à compressão e biocompatibilidade (KELLY,

2004, LEINFELDER, 2000, TRUSKOWSKY; BURGES, 2002). Adicionalmente,

a evolução dos sistemas adesivos e cimentos resinosos possibilitou uma maior

aplicação clínica de restaurações cerâmicas livres de metal, aumentando sua

resistência (CONRAD; SEONG; PESUN, 2007, PERGORARO; DA SILVA

CARVALHO, 2007, ROSENTIEL LAND; CRISPIN, 1998, TRUSHKOWSKY,

BURGUESS, 2002). Entretanto, o aspecto final de uma restauração cerâmica

pode não corresponder às expectativas iniciais tanto do profissional quanto do

paciente com relação à estética (OKUBO et al.; 1998), já que vários fatores

estão envolvidos na sua confecção. Cabe ressaltar que aspectos relacionados

tanto à espessura quanto à repetidas queimas da cerâmica podem influenciar a

cor final da restauração cerâmica (ULUGAD et al.;2007). Portanto, a obtenção

da cor desejada pode constituir um desafio clínico.

Dentre as etapas laboratorias, os revestimentos refratários são

importantes uma vez que são usados como auxiliar na fundição de copings

9

metálicos e na confecção de troquéis para aplicação de restaurações

cerâmicas como inlays, onlays, coroas totais e facetas estéticas (GRIGGS

2007, LIM; IRONSIDE, 1997, TRAINI et al.; 2003). Vários estudos analisaram

as propriedades de expansão térmica dos revestimentos refratários

relacionando-os à possíveis distorções relacionadas à copings metálicos para

coroas metalocerâmicas (HUTTON; MARSHALL, 1993, KONSTANTOULAKIS

et al.; 1998, TRAINI, et al.; 2003). Ainda, alguns estudos relatam aumento de

rugosidade de superfície das cerâmicas causada pelo contato com os

revestimentos refratários (JOHNSON et al.; 2003, KONSTANTOULAKIS, et al.;

1998) problemas de adaptação marginal causados pela remoção do

revestimento remanescente de facetas cerâmicas com óxido de alumínio (LIM;

IRONSIDE, 1997).

Na prática laboratorial é rotina a utilização de diferentes fornos, sendo

um forno de queima para aplicação de cerâmica em restaurações

metalocerâmicas e outro para confecção de restaurações cerâmicas metal free,

já que sabe-se que ocorre contaminação da cuba interna do forno usado para

restaurações metalocerâmicas por óxidos metálicos. Estes óxidos são resíduos

de revestimento refratário dos copings metálicos ou da própria liga que o

constitui. Na técnica slip-casting para confecção de troquéis refratários para

aplicação de restaurações livres de metal, a recomendação dos fabricantes é

de que haja a eliminação de óxidos metálicos presentes na composição dos

revestimentos através do processo de degaseificação, antes da aplicação da

cerâmica. Este processo consiste na queima dos troquéis refratários em forno

comum de fundição em altas temperaturas.

10

A coloração das cerâmicas é dada por óxidos metálicos e não existem

estudos que avaliem se ocorre influência dos óxidos metálicos provenientes

dos revestimentos refratários sobre à coloração das restaurações cerâmicas.

Esta avaliação torna-se importante visto que a aplicação da cerâmica sobre o

troquel de revestimento refratário ocorre em contato íntimo durante toda a

queima da cerâmica. Da mesma forma, a eficácia do processo de

degaseificação realizado para eliminação dos óxidos dos revestimentos

permanece desconhecida.

11

JUSTIFICATIVA Embora a influência do contato dos revestimentos refratários sobre a

rugosidade de superfície das cerâmicas tenha sido descrita na literatura,

estudos que analisem se o contato íntimo dos troquéis refratários usados na

confecção de restaurações livres de metal pode influenciar na coloração final

destas restaurações ainda são escassos.

12

OBJETIVO

O objetivo deste estudo será avaliar se há alteração de cor das

restaurações cerâmicas livres de metal devido à contaminação por óxidos

metálicos presentes nos revestimentos refratários utilizados para a construção

das mesmas.

13

HIPÓTESE NULA

A hipótese nula a ser testada é a de que não haverá alteração de cor

nas cerâmicas aplicadas sobre os troquéis confeccionados com os diferentes

tipos de revestimento refratário.

14

MATERIAIS E MÉTODOS

Confecção dos moldes com duplicador

Para a confecção dos moldes, será utilizada uma matriz de resina

acrílica autopolimerizável (Artigos Odontológicos, Classico Ltd, São Paulo,

Brazil) e um hidrocolóide reversível (Fig 1) (Duplicador VIPI, Dental VIPI). A

matriz possuirá dimensões de 3 cm de diâmetro por 2 cm de altura, com uma

porção central mais elevada de 1 cm de diâmetro e 1,5 mm de altura, o que

permitirá a posterior aplicação da cerâmica em seu interior, simulando um

troquel refratário, de modo que a pastilha cerâmica terá 1,5 mm de espessura e

1 cm de diâmetro. O duplicador será aquecido em um cadinho em água à uma

temperatura de 45 oC até atingir o estado líquido, e será despejado nesta

matriz. Após o endurecimento do duplicador, serão obtidos moldes circulares

que servirão para o vazamento dos revestimentos refratários para troquéis.

Este processo será repetido até a obtenção de 100 corpos de prova.

Fig 1. Hidrocolóide reversível

15

Vazamento dos revestimentos

Os moldes obtidos com o duplicador servirão para o vazamento dos

revestimentos refratários, permitindo a obtenção de um espaço circular central

com 1 cm de diâmetro e 1,5 mm de profundidade, que servirá de espaço para a

aplicação das cerâmicas com estas dimensões, resultando em pastilhas

(Figura 1). As cerâmicas utilizadas serão Vitadur Alpha (Vita Zanhfabrik), Super

Porcelain EX- 3 (Noritake), Halo Vintage (Shofu), Vision Esthetic (Servo-dental)

e IPS Classic V (Ivoclair Vivadent). O conjunto de moldes de revestimento e

pastilhas cerâmicas (após sua queima) corresponderão à simulação de

troquéis refratários utilizados para confecção de restaurações livres de metal.

Serão vazados 25 moldes com cada tipo de revestimento refratário para

restaurações livres de metal. Os revestimentos utilizados serão Vitadurvest

(Vita Zahnfabrik), Ducera Lay Superfit (Dentsplay), Duravest (Polidental) e

Fortune (Ivoclair Vivadent), desta forma constituindo quatro grupos de

revestimento em estudo. Cada revestimento (pó/líquido) será proporcionado e

espatulado em espatulador à vácuo conforme as orientações dos fabricantes,

em seguida serão despejados sobre os moldes sob vibração, com o auxílio de

um vibrador de gesso e uma espátula no 7, evitando desta forma a

incorporação de bolhas. Os moldes de revestimento serão removidos dos

moldes de duplicador após 1 hora para adquirirem resistência adequada.

16

Figura 2. Molde de revestimento com a pastilha de cerâmica construída em íntimo contato, simulando um troquel.

Processo de degaseificação

O processo de degaseificação é um procedimento indicado pelos

fabricantes para a liberação de óxidos metálicos e gases (como a amônia),

presentes na composição dos revestimentos e importantes para manutenção

de suas propriedades físico-químicas. Ele também é importante para que o

troquel de revestimento refratário adquira resistência adequada para poder ser

realizada as queimas da cerâmica sobre o mesmo. A degaseificação será

realizada em um forno comum de fundição, onde os corpos de prova de

revestimento serão colocados de acordo com a temperatura indicada por cada

fabricante. Em seguida o forno será desligado e aguardaremos o resfriamento

gradual das peças ainda no seu interior. Este processo deverá evitar a

contaminação por óxidos metálicos da cuba do forno utilizado exclusivamente

para aplicação de cerâmica (sem metal como copings), no qual se aplicará as

diferentes cerâmicas.

1 cm 1,5 mm

Cerâmica Revestimento

17

Confecção das pastilhas cerâmicas dos grupos controles

Com o auxílio de uma matriz metálica (Fig 2) serão confeccionadas 5

pastilhas com cada uma das 5 cerâmicas, sem a associação com revestimento

refratário, as quais constituirão os grupos controles, com 1 cm de diâmetro e

1,5 mm de altura.

Fig 3. Matriz metálica

Aplicação das cerâmicas

Os troqueis de revestimento serão hidratados por 10 s em água

destilada, e secados suavemente com lenço de papel absorvente. Com o

auxílio de um pincel de pêlo de camelo e água destilada será realizada a

aplicação das cerâmicas sobre os troquéis dos revestimentos refratários, estes

já com sua queima inicial em forno comum (degaseificação). As cerâmicas

serão queimadas e glazeadas conforme a recomendação dos fabricantes de

cada cerâmica utilizada (Tabela1). As pastilhas em cerâmica do grupo controle

serão submetidas ao mesmo processo de confecção, porém utilizando uma

matriz metálica sem revestimento. Cada cerâmica será aplicada sobre cinco

troquéis refratários de cada revestimento, constituindo, ao final, 25 grupos,

sendo 20 grupos experimentais e 5 grupos controle.

18

Tabela 1. Características de Temperatura Inicial de queima (Ti),

Temperatura Final de queima (Tf) e Velocidade de aquecimento (V) tanto para queima quanto para o glaze das cerâmicas.

Cerâmicas Características QUEIMA GLAZE

Super Porcelain

(Ti ºC) 600 650 (V ºC/min) 45 50 (Tf ºC) 930 930

Vision-Esthetic (Ti ºC) 400 400

(V ºC/min) 45 45 (Tf ºC) 770 740

Vitage Halo (Ti ºC) 450 450

(V ºC/min) 60 60 (Tf ºC) 910 900

IPS-Classic (Ti ºC) 403 403

(V ºC/min) 60 60 (Tf ºC ) 920 900

Vitadur Alpha (Ti ºC) 600 600

(V ºC/min) 58 58 (Tf ºC) 950 940

Avaliação da cor das cerâmicas

A avaliação da cor será realizada através do sistema de cores CIE L*a*b

(CIE, 1976) baseado nas três cores primárias. Neste sistema o local de uma

cor no espaço é definido através de 3 coordenadas: L*, a* e b*. L* descreve a

luminosidade do objeto avaliado. O valor de a* define a cor no eixo vermelho-

verde e b* no eixo amarelo-azul. A medida da diferença de cor total entre 2

objetos é descrita por ∆E. Diferenças de cor acima de 3.7 unidades de ∆E são

visualmente detectáveis. Com o auxílio de espectrocolorímetro portátil (modelo

Color Guide 45/0, BYK - Gardner GmbH, Geretsried, Germany) será registrada

a cor de todos os corpos de prova cerâmicos que foram aplicados sobre

troquéis refratários com os diferentes revestimentos ou não, registrando

possíveis alterações geradas devido à influência dos óxidos metálicos

presentes na composição dos revestimentos utilizados.

19

Análise estatística

Os dados obtidos serão verificados quanto à sua homogeneidade e

distribuição amostral para se determinar o modelo estatístico mais adequado,

paramétrico ou não paramétrico, para análise e comparação dos resultados.

REFERÊNCIAS

CONRAD, H. J.; SEONG, W. J.; PESUN, I. J. Current ceramic materials and systems with clinical recommendations: a systematic review J Prosthet Dent, v.98, n.5, p.389-404, 2007. GRIGGS, J. A. Recent advances in materials for all-ceramic restorations Dent Clin North Am, v.51, n.3, p.713-727, 2007. HUTTON, J. E.; MARSHALL, G. W. The expansion of phosphate bonded investments: Part I--Setting expansion J Prosthet Dent, v.70, n.2, p.121-125, 1993. JOHNSON, A.; VAN NOORT, R.; HATTON, P. V.; WALSH, J. M. The effect of investment material and ceramming regime on the surface roughness of two castable glass-ceramic materials Dent Mater, v.19, n.3, p.218-225, 2003. KELLY, J. R. Dental ceramics: current thinking and trends Dent Clin North Am, v.48, n.2, p.viii, 513-530, 2004. KONSTANTOULAKIS, E.; NAKAJIMA, H.; WOODY, R. D.; MILLER, A. W. Marginal fit and surface roughness of crowns made with an accelerated casting technique J Prosthet Dent, v.80, n.3, p.337-345, 1998. LEINFELDER, K. F. Porcelain esthetics for the 21st century J Am Dent Assoc, v.131 Suppl, p.47S-51S, 2000.

20

LIM, C.; IRONSIDE, J. G. Grit blasting and the marginal accuracy of two ceramic veneer systems--a pilot study J Prosthet Dent, v.77, n.4, p.359-364, 1997. OKUBO, S. R.; KANAWATI, A.; RICHARDS, M. W.; CHILDRESS, S. Evaluation of visual and instrument shade matching J Prosthet Dent, v.80, n.6, p.642-648, 1998. PEGORARO, T. A.; DA SILVA, N. R.; CARVALHO, R. M. Cements for use in esthetic dentistry Dent Clin North Am, v.51, n.2, p.453-471, x, 2007. ROSENSTIEL, S. F.; LAND, M. F.; CRISPIN, B. J. Dental luting agents: A review of the current literature J Prosthet Dent, v.80, n.3, p.280-301, 1998. SADOWSKY, S. J. An overview of treatment considerations for esthetic restorations: a review of the literature J Prosthet Dent, v.96, n.6, p.433-442, 2006. TRAINI, T.; MURMURA, G.; DI LULLO, N.; CAPUTI, S. Adherence of investment to Au-Pd-Ag alloy using a vacuum-argon pressure casting machine Dent Mater, v.19, n.8, p.732-738, 2003. TRUSHKOWSKY, R. D.; BURGESS, J. O. Complex single-tooth restorations Dent Clin North Am, v.46, n.2, p.341-365, 2002. ULUDAG, B.; USUMEZ, A.; SAHIN, V.; ESER, K.; ERCOBAN, E. The effect of ceramic thickness and number of firings on the color of ceramic systems: an in vitro study J Prosthet Dent, v.97, n.1, p.25-31, 2007.

21

ORÇAMENTO

Material Forma de Apresentação

Custo

Revestimento refratário Duravest (Polidental)

Pó R$105,00 Líquido R$ 40,00

Revestimento refratário Vitadurvest (Vita VM7)

Pó R$ 110,00

Líquido R$ 43,00

Revestimento refratário Ducera Lay (Superfit)

Pó R$ 104,94

Líquido R$ 49,68

Revestimento refratário Fortune (Ivoclair vivadent)

Pó R$ 96,00

Líquido R$42,00

Duplicador Vipi (Dental VIPI)

Gelatina R$ 60,00

Cerâmica Vitadur Alpha Pó R$ 95,00 Cerâmica Halo Vintage Pó R$ 90,00 Cerâmica Noritake Pó R$ 90,00 Cerâmica Esthetic Pó R$ 85,00 Cerâmica ISP Classic V Pó R$ 80,00 Congressos para apresentação de resultados

_____

R$1000,00

Total = R$ 1742,62

22

CRONOGRAMA

Ano 2008/2009

Mês N D J F M

Revisão de Literatura X X X X

Execução do Projeto X

Avaliação dos resultados X

Análise Estatística X

Redação do artigo X

Submissão para Periódicos X

23

The effect of investment materials on the colour of feldspathic ceramics

Authors

Gloria Beatriz de Azevedo Cubas, DDSa, Guilherme Brião Camacho, DDS, MSc, PhDb, Tatiana Pereira-

Cenci, DDS, MSc, PhDb , Flávio Fernando Demarco DDS, MSc, PhDb.

School of Dentistry, Federal University of Pelotas, Brazil

a Graduate Student, Department of Restorative Dentistry

b Associate Professor, Department of Restorative Dentistry

Corresponding author:

Tatiana Pereira-Cenci

School of Dentistry, Federal University of Pelotas

Rua Gonçalves Chaves, 457, 2nd floor

Pelotas -RS -Brazil 96015560

phone/fax: +55 53 32226690

tatiana.cenci@ufpel.tche.br

Este artigo será submetido ao Periódico Internacional Journal of Materials Science: Materials in Medicine

24

Abstract Feldspathic ceramic specimens were produced using various investment materials. Specimens

were constructed by the refractory die technique, using four investments to observe their effect on the

colour of five commercially available ceramics. The colour analysis of the ceramics was performed with a

colorimeter using the CIE L*a*b* colour coordinates. The investments produced significant alterations on

a*, b* and L* colour parameters of the ceramics tested. Only one ceramic was influenced by the type of

investments in all colour parameters (Vision Esthetic, p<0.05). Two investments (Duravest and Fortune)

produced alterations in the a *, b * and L* parameters in three of the five ceramics tested, varying the

colour parameter affected according to the combination of the investment and ceramic materials used.

The investment materials produced alterations on the ceramic colour parameters, resulting in clinically

unacceptable chromatic alterations (∆E*).

Introduction

The esthetic demand for restorative treatments that re-establish natural teeth’s aspects is a major

concern in Dentistry [1]. Among the available options, ceramic restorations are an excellent alternative

due to advantages as aesthetic, biocompatibility, chemical durability, fluorescence, compression and wear

resistance, and thermal expansion coefficient similar to the dental structure [2-5]. Advances in resin based

cements and adhesive systems technology allowed the increase of clinical applications of all-ceramic

restorations [6, 7].

Replicating the appearance of tooth structure requires careful control of the form, surface

texture, translucency and colour of the restoration [8]. Laboratory procedures that involve porcelain brand

and batches [8-10], ceramic firing temperature and number of firings, and the condensation technique

[11-13], could also affect the final shade of the porcelain. Therefore, the colour of the ceramic chosen

may not correspond to the exact colour of the tooth [14].

Laboratory procedures involved in the construction of porcelain inlays, onlays, all-ceramic

crowns and veneer restorations demand the use of refractory dies of dental phosphate-bonded investment

forming materials that are used to built-up, sinter, cast and press these types of restorations [7, 15, 16].

When manufacturing metal free feldspathic ceramic restorations with the refractory die technique, the

application and high burning temperature of the ceramic are accomplished in direct contact with dental

phosphate-bonded refractory die products [7, 15]. Therefore, the ceramic is subject to suffer influences of

the investment according to the investment’s composition, surface and physical-chemical properties [17,

25

18], e.g. the increase of surface roughness of glass-ceramic materials caused by the contact with

investments [17].

As colour is considered a sensation obtained through propioceptive mechanisms, and

thus considered subjective, standardized colorimetric techniques were developed with the objective of

transforming colours in numeric values [8]. With this aim, the CIE L*a*b system of colours was created

based on the primary colours already contained in pre-existent methods [19], eliminating inconsistencies

inherent in colour perception and specification among observers [8].

Although studies have analysed the mechanical properties of refractory phosphate-bonded

investment materials [16, 20-25], investment influence on the final colour of ceramics remain unclear [17,

18, 26], and deserves further investigation. This type of evaluation becomes important as the

investment/ceramic relationship constitutes the base of the process of manufacturing ceramic restorations

and is directly related to the final aesthetic quality of this type of restoration [7, 15].

The aim of this study was to evaluate the influence of investment type on the colour of various

feldspathic ceramics. The null hypothesis tested assumed that there would be no colour alteration in the

ceramics for all investments tested.

Materials and methods

Specimens Preparation

An auto-polymerizing acrylic resin mould was machined as a master die for the fabrication of

multiple substrates, duplicated with an elastic jelly (Duplicator VIPI, Pirassununga, Sao Paulo, Brazil).

One hundred ceramic disks, each 11 mm in diameter and 1,5 mm in thickness were used for this

experiment, with five feldspathic ceramics, shade A3 (n=20; Table 1). Four refractory investment

materials were tested (Table 2). Each investment was placed into the jelly moulds, obtaining cylindrical

refractory dies, with a central depression, where the ceramics were applied and fired, simulating a

refractory die for fabrication of ceramic restorations. The investment was removed from the elastic jelly

moulds after 1 hour, to acquire appropriate resistance.

The investment materials were mixed in a vacuum investor (Model A 300; Polidental, Pelotas,

RS, Brazil) with speed time and liquid and powder proportions recommended by the manufacturers

(Table 2). After setting, the refractory dies were placed into a dental laboratory burnout furnace (Model

Edgcon 5P; EDG Equipments, São Paulo, Brazil) at room temperature, and heated at different rates

(oC/min) according to each manufacturer’s instruction (Table 2) to allow complete wax burnout and

26

comply, with the investment manufacturer’s recommendations. The dies were cool benched at room

temperature.

The ceramics were applied on the refractory dies of the 4 four investment materials according to

the manufacturer’s recommendations (see table 1), resulting in 25 refractory dies for each investment,

with 5 refractory dies for each ceramic evaluated. The discs were fired in a ceramic furnace (Titan 99,

EDG Equipments Ltda, São Paulo, Brazil). Refractory dies were cooled, manually divested and the

internal surfaces were airborne-particle abraded (Microjet III; EDG Equipments Ltda, São Paulo, Brazil)

with 50-µm aluminum oxide abrasive (Aluminum Oxide 50; Almet GmbH, Fellbach, Germany). All discs

were cleaned with distilled water in an ultrasonic cleanser for 10 minutes. The ceramic disks were

finished with silicone polishers (Exa-cerapol, Edenta, Haauptrasse, Swiss) and glazed according to

manufacturer’s recommendations.

For the control specimens, five ceramic specimens were fabricated with each ceramic using a

circular stainless steel matrix, with 11 mm in diameter and 1,5 mm in thickness without contact with any

investment material. Specimens were removed from the matrix and placed in a porcelain-firing oven

(Titan 99, EDG Equipments Ltda, São Paulo, Brazil), fired, polished with silicone polishers and glazed,

as described previously.

Colour Evaluation

The evaluation of the colour parameters were accomplished through the CIE Lab system of

colours using a colorimeter (Color-Guide®, BYK-Gardner, Columbia, MD, USA). To simulate the

colour of a underlying dental structure, a background disc with 30 mm diameter was

made with resin composite A3 colour; (Filtek Z-250®, 3M-ESPE, St Paul, MN, USA).

In the CIELAB system, the place of a colour in the space is defined through 3 coordinates: L*, a*, and b*.

The measure of the total difference of colour among 2 objects is described by ∆E. Colour differences

above 3.7 units are visually detected. The formula used to calculate the ∆E was: ∆Eab* = [(∆L *)2 + (∆a *)

2

+ (∆b *)2]1/2. The ∆E values are graded as follows: ∆E < 1 = not appreciable, ∆E < 2 = clinically

acceptable, ∆E > 2 = clinically unacceptable, ∆E > 3.7 = clinically unacceptable with very poor match

[27-29]. The L*a*b* colour notation of each specimen was measured 3 times consecutively, and an

average was calculated to give the initial colour of all substrata. The formula used to calculate the

27

lightness was: L * = L*f - L*i, with f representing the final value of L* and i the initial value of L*

(control group).

Statistical analyses

The null hypotheses assumed no differences on ceramic colours. Statistical analyses were

done employing a significance level fixed at 5%, and analyzed by two-way ANOVA, followed by Tukey

post-hoc test. The influence of the different investments was analyzed on the final colour of the ceramic

specimens.

Results

. The amount of alterations in a*, b* and L* colour parameters resulted in ∆E chromatic

alterations of the tested ceramics (Table 3). Differences considered statistically significant (p=0.0001)

were detected for all colour parameters (a*, b* and L*), among the control and experimental groups of

Vision Esthetic (VE) ceramic applied on refractory investment dies with the four different investment

materials, except for the investments Fortune and Vitadurvest for b* colour parameter, and Duravest for

a* colour parameter.

Significant differences were detected in a* colour parameter among the control group of the

ceramic Vintage Halo compared to the same ceramic applied on refractory dies made with Duravest

(p=0.0009) and Fortune (p=0.0001) investments, with no statistical differences between the two

investments. A significant colour difference was also found among the group control and the groups

fabricated with Vitadur Alpha ceramic applied on refractory dies with the Fortune investment (p=0.0029)

for L* and b* colour parameters, and with Duravest investment (p= 0.008) for b* colour parameter.

Significant statistical differences were detected for the colour parameters a* and b* between the

IPS and VA control groups (p=0.0155), IPS and VH (p= 0.0015), VH and VA (p=0.0001), and VH and

EX-3 (p=0.0001). For the a* colour parameter there were significant differences between the IPS and EX-

3 control groups (p=0.0001). For the b* colour parameter, differences were observed comparing IPS and

VE control groups (p =<.0001), and VH and VE (p= 0.0001). In relation to the L* colour parameter,

statistically significant differences were found between VA and EX-3 (p= 0.0526), and VE (p=0.0179)

and VH (p=0.001), (see table FIG 1,2 and 3).

28

Discussion

There is a concern on the final colour of ceramics commonly used for the fabrication of dental

veneers to allow a clinically stable and esthetic final restoration. The results of this study support rejection

of the null hypothesis, as statistical differences were observed in the colour parameters of the ceramics by

the investment materials tested.

In agreement with the CIE Lab system in which was based the analysis of this study, The L*

coordinate is a measure of the lightness-darkness of the specimen, therefore the greater the L*, the lighter

the specimen. The a* coordinate is a measure of the chroma along the red-green axis. A positive a*

relates to the amount of redness, and a negative a* relates to the greenness of a specimen. The b*

coordinate is a measure of the chroma along the yellow-blue axis, where a positive b* relates to the

amount of yellowness; a negative b* relates to the amount of blueness of the specimen. In this study, the

colour of Vision Esthetic was overall influenced by all refractory investments used, resulting in colour

alterations considered unacceptable, as ∆E values were higher than the visually perceptible limit (3.7

units). In general, the ceramic specimens were less red and less yellow due to a decrease in the values of

colour parameters a* and b * respectively, when compared with the control group. In relation to the

variation of lightness, the ∆L* values for this ceramic were negative (see Fig. 4), resulting in darker

ceramic specimens. Ceramic specimens of Vintage Halo regarding Duravest and Fortune, were less red

considering the small decrease in the a* values when compared with the control group.

Vitadur Alpha underwent significant alterations in a* and L* parameters when considering one

of the investments tested (Fortune). However, the alterations were restricted to parameter b* when

Duravest refractory dies were used. For the ceramic specimens applied on refractory dies of Fortune, the

ceramic discs were more red and lighter (increase in parameters a* and L* (Fig. 4) when compared with

the control group. For Duravest, ceramic discs were less yellow because of the decrease in b* values

when compared with the control group. After analyzing these results, it can be understood that the colour

of ceramic is dependent on the choice of the investment material. Therefore in this study there was

significant influence of the investment on the variation of colour of the ceramic tested, resulting in

chromatic alterations clinically unacceptable.

Although phosphate-bonded dental casting investment materials have been successfully used in

dentistry for more than 40 years, there are still unknown characteristics of these materials that remain

unclear [24]. Dental refractory die products are used to construct models and dies for casting dental alloys

29

and ceramic restorations [16]. A variety of factors have an important role on the appropriate performance

of the investment materials that include their setting and thermal expansion [20], mould temperature[31],

air bubbles pores [25], casting procedures [32], investment technique [15] and deformation of investment

materials at elevate temperatures [16]. In relation to procedures for casting dental alloys certain defects in

the final metal dental alloys superstructures may result from the casting process, such as porosity due to

poor filling, shrinkage, or dissolved gases, chemical segregation that results in non-uniform properties

due to the physical chemistry of solidification, and contamination due to mould-casting interactions [33].

The diffusion of elements from the investment into the interior of the titanium castings, due to reactivity

of titanium at high temperatures, produces a contaminated surface layer that may result in heterogeneous

microstructure due to segregation during solidification, increasing the susceptibility to corrosion or

decreasing the biocompatibility of the alloy [23, 33].

In spite of the few studies in the literature that evaluated investment influence on ceramic

properties [18, 26], it has been shown that investment materials surface can react with the ceramics and

affect the surface and shrinkage crystallization [34, 26], surface roughness [17], biaxial flexural strength

and the fit of ceramic restorations [31]. A rough or irregular texture surface will reflect an irregular and

diffuse pattern of light, therefore modifying the colour of esthetic restorations [35]. Surface topography

also can influence the colour of porcelain, especially the CIE L* value [36]. Hence, colour alterations

detected in the ceramics tested in our study can be attributed to possible alterations in ceramic surface

topography from the interaction with the refractory investment materials in high temperatures.

Despite all the laboratorial and clinical factors that can interfere with the final colour of ceramic

restorations, colour differences among ceramics with the same shade, but from different manufacturers

can occur [8]. The results of this study corroborates these findings, as significant colour differences were

detected among the colour parameters a*, b* and L* when comparing controls (no contact with the

investment materials) of the five ceramics tested (table 3). In general, Vintage Halo ceramic used in the

control group had the higher a* value (higher red value), while Vision Esthetic and IPS Classic ceramics

showed the lower a* values with all ceramics presenting positive values. Regarding parameter b*,

Vintage Halo ceramic showed the higher b* values (more yellow), while Vitadur Alpha and IPS Classic,

the lower b* values (less yellow). When considering ceramics lightness, Super Porcelain EX, Vision

Esthetic and Vintage Halo were the lighter ceramics (higher L* values); however, Vitadur Alpha and IPS

Classic were the darkest ceramics, presenting the smaller L* values.

30

To enable the reproduction of indistinguishable restorations with a natural and esthetic aspect,

mimicking the natural dentition, besides a perfect anatomy, texture, and marginal adaptation the perfect

final match in colour must be achieved. Little consideration has been given to the refractory die materials,

and the laboratory techniques used during the construction of ceramic restorations. This study found a

wide range of chromatic colour alterations on veneering ceramics occurring through refractory die

methods with investments. These materials are recommended for the construction of inlays, onlays and

veneer metal free ceramic restorations that are esthetic restoring treatments largely used in dentistry. It is

important to take into account that during the laboratorial process of constructing metal free ceramic

restorations with refractory die techniques, intimate contacts of the investments occur with the ceramic

surfaces [7, 15] in high temperatures, contact that varies from some hours to days. Therefore, it is

interesting to develop studies that could explore the potential interactions that occur among these

materials, especially the ones that can result in alterations of mechanical resistance, surface and colour of

ceramics, which directly influence their quality and longevity.

One of the limitations of this study is that there was no analysis of the composition and

differences of thermal expansion coefficients among the investment materials and ceramics tested, which

could have resulted in a better understanding of their influence on the performance of the unit investment-

ceramic during the construction process of a ceramic restorations. In laboratorial practice, ceramics and

refractory materials routinely used are usually purchased from independent manufacturers, with some

combinations having different thermal expansion coefficients, but in general not resulting in differences

of performance from matched ceramic and refractory products [37]. Therefore, further investigations are

necessary to evaluate the composition, structure and performance relationships of these related systems,

as there are no recommendation protocols of combinations of these materials (ceramics versus

investments) [37]. Notwithstanding that such information would be important in understanding the

processes involved in the construction of ceramic restorations, a guideline for daily practice for products

selection, specifying comparative or standard compliance tests are mandatory.

Clinical studies are necessary to evaluate the influence of refractory investment materials on the

properties of ceramics, especially on the colour of ceramic restorations, made by visual and colorimetric

evaluation, in a way to quantify and understand the clinical relevance of the results found.

31

Conclusions

Within the limitations of this study, the following conclusions can be drawn:

- There was a significant influence of the investment refractory materials on the colour parameters a*,

b* and L* on the ceramics tested, resulting in chromatic alterations clinically unacceptable for some

of the ceramic groups tested.

- Significant colour differences among the control groups of ceramics, with the same shade (A3)

resulting in different colour outcomes.

References

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32

Table 1. Manufacturers’ recommendations for initial burning temperature (Ti), heating rate – ºC/min (Hr) and sintering temperature (St) for burning and glaze of the ceramics tested.

Product name Manufacturer Characteristics Dentin Burn

Glaze

Super Porcelain EX3

(EX-3)

Noritake, Nishi-Ku Nagoya, Japan

(Ti ºC) 600 650 (Hr ºC/min) 45 50 (St ºC) 930 930

Vision Esthetic (VE)

Servo dental, Cologne, Germany

(Ti ºC) 400 400 (Hr ºC/min) 45 45 (St ºC) 770 740

Vintage Halo (VH)

Shofu, Shangai, Japan (Ti ºC) 450 450

(Hr ºC/min) 60 60 (Si ºC) 910 900

IPS Classic (IPS)

Ivoclar Vivadent, Liechtenstein, Germany

(Ti ºC) 403 403 (Hr ºC/min) 60 60 (Si ºC ) 920 900

Vitadur Alpha (VA)

Vita Zanhfabrik, Bad Sackingen, Germany

(Ti ºC) 600 600 (Hr ºC/min) 58 58 (St ºC) 950 940

Table 2. Details of the investment materials tested.

Vitadurvest (VITA) Duravest (DURA) Duceralay Superfit

(DUC) Fortune (FOR)

Water-powder ratio (ml g-1)

6:30 25:100 10.5:30 6.6:30

Mixing time (s) 30 60 45 30

Expansion during prey %

0.2 0,6 0.4 0.5

Burnout temperature (oC)

1200 max 1200max 1100 max 1000 max

Colour White White White White

Batch no. powder 55042032 05012005 609000945 -

Batch no. liquid 55041 05012005 33089 -

Silica form Quartz and Cristobalite

Quartz and Cristobalite

Crystalline Quartz and Cristobalite

Manufacturer

Vita Zanhfabrik, Spitalgasse Bad Säckingen Germany

Polidental, São Paulo,Brazil

Dentsplay,Degudent GmbH, Hanau-

Wolfgang, Germany

IvoclairVivadent,,Amherst,NY,

USA

33

Table 3 – Mean (SD) colour coordinate differences (a*, b*,L*) and ∆E colour variation among groups evaluated.

Color Parameters

Investments Ceramics

Vitadur Alpha

Vintage Halo

Vision Esthetic

IPS Classic

Super Porcelain EX

Vitadurvest 64.52 0.9 65.61 0.6 59.86 0.6 64.21 1.3 63.90 0.7

L* Duravest 64.33 1.1 64.33 0.3 60.00 0.9 64.21 1.2 64.71 0.5

Fortune 65.32 1.1 65.27 1.1 60.24 2.9 64.82 0.9 64.58 0.6

Duceralay 64.33 1.3 65.87 0.9 60.05 1.0 64.27 0.4 65.30 0.9

Control 62.45 1.0 65.48 0.6 65.00 1.1 64.21 1.5 64.78 0.2

Vitadurvest 4.47 0.1 5.74 0.3 2.71 0.5 3.87 0.1 4.51 0.2

a* Duravest 4.92 0.2 4.92 0.2 3.18 0.1 4.05 0.4 4.52 0.3

Fortune 4.97 0.0 4.97 0.4 2.89 0.6 4.17 0.1 4.61 0.2

Duceralay 4.71 0.0 6.25 0.2 2.87 0.2 4.05 0.3 4.43 0.3

Control 4.68 0.2 5.67 0.3 3.63 0.2 3.83 0.4 4.56 0.1

Vitadurvest 18.46 0.4 22.83 0.9 17.58 0.2 20.40 0.80 21.49 0.6

b* Duravest 18.01 0.7 18.01 0.2 18.18 0.5 20.28 0.7 20.28 0.2

Fortune 17.72 0.9 17.72 1.1 17.71 0.4 20.17 0.4 19.81 0.2

Duceralay 18.41 0.8 21.97 0.3 17.98 0.2 20.15 0.6 20.28 0.6

Control 19.49 0.4 22.63 0.6 65.0 1.1 20.35 1.2 20.59 0.2

Vitadurvest 2.40 0.5 0.54 0.5 20.89 1.3 1.01 0.9 1.13 0.5

∆ E Duravest 3.40 0.9 1.17 0.3 14.55 5.6 1.02 1.4 0.22 0.2

Fortune 5.44 0.5 1.80 1.0 17.57 15.2 0.66 0.6 0.49 0.3

Duceralay 2.70 1.2 0.82 0.6 20.89 4.2 0.82 0.3 0.66 0.4

34

Fig 1. Differences a* values control groups

Fig 2. Differences b* values control group

18.0

18.5

19.0

19.5

20.0

20.5

21.0

21.5

22.0

22.5

23.0

23.5

24.0

N VA VH VE IPS

b*

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

N VA VH VE IPS

a*

EX3

EX3

35

Fig 3. Differences L* values control group

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

VA VH EX-3 IPS VE VA VH EX-3 IPS VE VA VH EX-3 IPS VE VA VH EX-3 IPS VE

VITADURVEST DURAVEST FORTUNE DUCERALAY

Fig 4. Lightness variation (∆L*) of the 5 ceramics tested.

60.0

60.5

61.0

61.5

62.0

62.5

63.0

63.5

64.0

64.5

65.0

65.5

66.0

66.5

N VA VH VE IPS

L*

EX3