에다가와(枝川智之)
Pasha Dental Laboratory
千葉県流山市南流山1-19-7

서론

일본의 치과용 지르코니아 역사를 돌아보면 치과치료에 사용하기 시작한 2005년 무렵은 불투명한 지르코니아(3Y-HA, 3Y)를 프레임재로 사용하고, 절연측에서 구개(설)측까지 컷백한 후 도재를 사용해 색을 표현했다(full layering). 그 후 잇트리아 함량을 늘리면서 치과용 지르코니아의 투광성이 개선되었다. 특히 고투광성 지르코니아(4Y, 5Y, 6Y)가 개발되어 색 표현 기법에도 변화가 있었다. 현재 전치부도 0.3~0.6mm 적층으로 색을 표현하는 light layering과 micro layering, 도재를 사용하지 않고 0.1mm 이하의 얇은 층에 색을 표현하는 스테인법이 일반화되고 있다(그림 1). 기법의 전환이 일어나는 시대이기에 지금은 심미성의 추구와 함께 자연치에 가깝게 표현하려면 지금까지 선인들이 쌓아온 지식과 기술을 돌아볼 필요가 있다. 이번에는 단일구조 지르코니아의 스테인법에 초점을 맞춰 해설하려고 한다. 단일구조 지르코니아에 사용하는 스테인에 대해서는 2019년에 발표한 『QDT 별책 Zirconia monolithic restoration complete book』1에서 필자의 생각을 피력했다. 소성 후 스테인색을 소성 전에 확인할 수 있는 「Vintage Art Universal 야마모토 용액」(Shofu, 이하 야마모토 용액)의 우위성에 대해 해설했는데 glazing powder(이하 GP)를 연화하는 조작성에 불편이 있어 이 테크닉은 재고되어야 한다고 당시에는 생각했었다. 본지 2023년 12월호와 2024년 1월호에 집필한 「DX를 의식한 노동생산성 향상과 인재양성의 양립」2에 기술하듯 누가 조작하든 일정한 완성도를 유지할 수 있도록 시스템화하면 회사 차원의 「작업 효율화」「품질 안정」을 기대할 수 있다고 생각하기 때문이다. 이번에는 예전에 해설한 내용을 인용하면서 선배들이 쌓은 지식과 기술을 현대 기법에 반영하는 방법에 대해서도 소개하고 싶다. 

색표현테크닉의 변화와 현상

소성회수 3회, 스테인 두께가 약 0.06mm인 단일구조 지르코니아 샘플

 

색의 깊이와 입체감은 빛의 반사와 투과로 표현한다

스테인법도 반사와 투과를 의도적으로 대비시켜 색을 조절한다 

입체감과 깊이를 표현할 때에 색에 관한 지식이 필요하다는 것은 누구나 인식하는 내용이다. 그러나 앞으로 빛에 관한 지식이 중요하다고 말하는 분은 적을 것이다. 빛이 사물에 닿으면 반사와 투과, 굴절이 일어나고 그 결과 눈에 도달한 빛을 통해 인간은 색을 인지한다. 따라서 빛이 없다면 색을 볼 수 없고 색의 학습은 동시에 빛의 학습이기도 하다. 이것은 도재로 색을 표현할 때만이 아니라 얇은 층에서 색을 표현하는 스테인법에도 적용할 수 있다. 그림 5에 단일구조 지르코니아 샘플 사진이 있다. 사진에서 보여지듯 스테인을 사용해 색의 깊이와 입체감을 표현하려면 빛의 반사와 투과를 조절하는 것이 중요하다. 구체적으로 설명하면 불투명한 스테인(반사), 투명한 GP(투과), GP에 스테인을 섞은 페이스트(반투명)를 사용하고 반사와 투과를 의도적으로 대비시켜 조절한다(구체적인 사용법은 이후에 소개한다). 이렇게 빛의 성질을 이해하는 것은 얇은 층에서 깊이와 입체감을 표현하는데 반드시 필요하다. 또한 어려운 작업을 다시 하지 않기 위해서도 스테인을 도포할 때 소성 후 색을 확인할 수 있다면 매우 유리하고, 야마모토 용액을 사용하면 보다 확실하게 작업을 진행할 수 있다.

 

야마모토 용액의 개발 배경
야마모토 용액에 대해 간단히 설명하겠다. 야마모토 용액에 관한 논문은 야마모토(山本 眞) 선생님이 1985년 본지에 발표했다3. 본문에는 「복잡한 색을 표현하려면 오랜 경험이 필요하고 단발승부의 영역을 넘지 못하면 기공은 과학이 아닌 개인의 기술에 의존하게 된다. 경질레진처럼 색을 확인하면서 작업을 진행할 수 있다면 비교적 쉽게, 자연치에 가까운 색을 갖는 보철장치를 제작할 수 있다」고 쓰여있다(그림 6). 놀라운 사실은 이 논문이 발표된 것이 40년 전이고 그로부터 7년 전에 이 아이디어가 제안되었다는 것이다. 또한 야마모토 선생님이 집필한 『The Metal Ceramics』4(1982년 일본퀸테센스출판)에는 색에 대한 인식부족이 작업을 어렵게 만들고 색의 본질을 이해할 필요가 있다고 했다. 또한 본서의 221쪽 「빛과 색의 물리적 특성」에서는 빛에 대한 중요성을 설명하고 있다. 앞에 언급했지만 현대의 light layering이나 micro layering, 본고의 주제인 스테인법도 빛의 특성을 이해하는 것이 중요하다. 그밖에도 『The Metal Cramics』에는 지금도 여전히 변하지 않는 색 구축의 근간이 잘 정리되어 있다. 지금이기에 차분히 숙독하기를 추천한다(편집자 주:『The Metal Ceramics』는 절판되었지만 일본퀸테센스출판에서 온디맨드판 구입 가능) 

 

GP 파우더가 하얗게 보이는 이유는?
단일구조 지르코니아로 깊이와 입체감을 표현하는 방식과 순서를 설명하고 싶지만 테크닉만 모방해서는 실제 임상에 응용하기 어렵다. 그래서 본 방법의 기본이라 할 수 있는 빛의 현상을 필자가 사용하는 스테인 Vintage Art Universal을 예로 들어 해설하겠다. 먼저 Vintage Art Universal의 연화액은 Vintage Art Universal 전용액(Shofu, 이하 스테인액)과 야마모토 용액이 있다. 소성하면 투명해지는 GP를 야마모토 용액으로 연화하면 소성 후처럼 투명해진다. 한편 스테인액으로 연화하면 투명하면서 밀키한 색이 된다(그림 7). 불가사의한 현상에서 빛의 성질을 해설하겠다. 

스테인액과 야마모토 용액

먼저 GP 파우더가 하얗게 보이는 이유를 생각해 보자. 투명한 유리를 깨뜨려 작게 만들면 하얗게 보이고 더 잘게 부숴 분말 상태로 만들면 흰색은 증가한다. 잘게 깨진 유리 파편은 다양한 각도의 면을 갖는다. 그리고 다양한 각도의 면에 부딪힌 빛이 모든 방향으로 빛을 난반사하면 하얗게 보인다(그림 8).

GP 파우더가 하얗게 보이는 것은 빛의 난반사가 원인이다

 

빛의 반사·굴절·투과를 이해하자

앞에 언급하듯 GP 파우더가 하얗게 보이는 이유는 표면에 닿은 빛의 난반사를 일으키는 현상때문이었다. 빛의 특성을 더 깊이 이해하려면 우리들이 투명한 물질을 인식하는 원리를 알아야 한다. 예를 들어 투명한 유리컵이 왜 그곳에 있다고 우리들이 인식하는 것일까?
먼저 빛의 일부가 유리 표면에서 반사하고 그 빛이 눈에 도달한다. 또한 투명한 유리컵에 닿은 빛의 일부는 굴절해 내부로 들어오고 내부에서 더 굴절해 다시 반사한 일부가 밖으로 나온다. 빛이 반사·굴절하면 눈에 들어오는 빛의 양이 변하므로 그 장소가 주변보다 밝거나 어둡게 보이고, 배경이 있을 때는 왜곡되어 보인다. 이런 과정을 통해 인간은 그 장소에 투명한 사물이 있다고 느낄 수 있다. 

 

Column　굴절률

-절대 굴절률: 빛이 진공이나 공기중에서 매질로 들어가는 경계면의 굴절률(공기중 유리 등) 
-상대 굴절률: 진공이나 공기가 아닌 다른 두 매질의 경계면에서 굴절하는 굴절률(물과 유리 등) 
굴절률이 클수록 빛의 입사각에 대한 굴절이 커진다. 또한 물질의 굴절률이 커질수록 공기와의 굴절률 차이가 커지고 반사율도 증가한다. 반사율이 증가하면 투과율은 내려간다. 예를 들어 다이아몬드는 굴절률이 2.42로 매우 높아 빛을 반사하기 쉬우므로 강한 빛을 발한다. 

 

[공기와 유리컵][물과 유리컵]의 차이를 생각하자

그렇다면 공기중의 유리컵을 물속에 넣으면 다르게 보이는 이유는 무엇일까? 간단히 말하면 물속에 있는 유리컵은 공기중보다 반사가 감소해 살짝 투명하게 보인다. 더 자세히 설명하면 공기의 굴절률 1에 대해 유리의 굴절률은 1.5로 굴절률의 차이가 크기 때문에 반사율도 높아진다. 한편 물의 굴절률 1.33과 유리의 굴절률 1.5는 공기(굴절률 1)와 유리(굴절률 1.5)보다 차이가 적어 반사률이 감소하고 투과가 강해진다. 이렇게 굴절률의 차이가 크고 반사율이 강하면 하얗게 보이고 반사가 약해질수록 투명하게 보인다. 그렇다면 왜 빛은 굴절할까? 이것은 빛이 물질을 통과할 때 빛의 속도가 변해서 일어난다. 빛이 밀도가 높은 재질을 통과할 때 통과하는 빛의 속도가 그만큼 늦어진다. 감각적으로 비유하면 우리들이 물속을 걷는 것과 육상을 걷는 것이고 육상에서 더 빨리 걷는 것을 떠올리면 이해하기 쉬울 것이다. 빛이 물질을 통과할 때 속도변화가 굴절을 일으킨다.

GP를 물과 스테인액으로 연화하면 각 페이스트의 흰색은 달라진다.

GP를 물과 스테인액으로 연화하면 각 페이스트의 흰색은 달라진다. 이것도 굴절률의 차이에 기인한다. 앞에 언급하듯 굴절률의 차이가 크면 반사가 강해져 하얗게 보이고 값이 가까우면 반사가 약해져 투명하게 보인다. GP의 굴절률 1.51에 대해 물의 굴절률 1.33, 스테인액의 굴절률 1.42이므로 GP와 굴절률의 차이가 큰 물로 연화하면 페이스트의 반사가 증가하고 더 하얗게 보인다(그림 12). GP를 스테인액으로 연화하면 앞에 언급하듯 유리컵에서 발생한 빛의 굴절·투과·반사가 GP 입자에서 똑같이 발생한다(그림 13). 비유하자면 물속에 많은 유리컵을 넣으면 살짝 하얗게 보이는 현상과 비슷하다고 생각하면 이해하기 쉽다(그림 14).

물로 연화한 페이스트가 스테인액으로 연화한 페이스트보다 더 하얗다 

GP를 스테인액으로 연화하면 하얗게 되는 것은 굴절·투과·반사의 결과

 

 

지르코니아는 굴절률이 크다.

굴절률이 클수록 하얗게 보이는 것을 이해했을 것이다. 이번에는 우리에게 매우 친근한 치과용 지르코니아에 대해 생각해 보자. 예를 들면 마진선이 확실한 지대치 형성과 인상채득 후 투과성이 높은 지르코니아로 단차가 없는 정밀도 높은 인레이를 제작했음에도 마진이 들떠 보이는 현상을 많은 분들이 경험했을 것이다. 또한 임상에서 프레스 세라믹 인레이가 지르코니아 인레이보다 치질에 더 잘 어울리는 것 같은 느낌을 받은 분도 많을 것이다. 이 현상도 빛의 굴절률이 영향을 미친다. 법랑질의 굴절률은 1.65이고 입방정 지르코니아의 굴절률 2.15~2.17과 차이가 커 반사가 강해지고 마진선이 들뜬 것처럼 보이기 쉽다(표 1). 이것은 특히 투명감이 있는 자연치질 증례에서 현저하고, 반대로 빛의 반사가 잘 일어나는 밝은 자연치에서는 잘 어울리는 것처럼 보인다(그림 15~17). 한편 프레스 세라믹스에 사용하는 이규산리튬 결정의 굴절률은 1.55이고 법랑질의 굴절률 1.65와 가까우므로 자연치질에 잘 어울리는 것도 이해할 수 있다. 

 

지르코니아 인레이와 법랑질은 굴절률의 차이가 크다=하얗게 뜨기 쉽다 

 

지르코니아는 굴절률이 크다.
서두에 소개한 야마모토 용액에 대해 굴절률이라는 관점에서 장점을 설명하겠다. 스테인액이나 지르코니아 인레이를 예로 들어 설명하듯 하얗게 보이는 이유는 빛의 굴절률의 차이에 기인한다. 표 1에도 언급하듯 야마모토 용액의 굴절률은 도재나 스테인의 주 성분인 기재 글래스와 동일한 굴절률 1.51로 설계되었기 때문에 GP나 스테인과 연화해도 소성 전후 같은 색으로 보인다(그림 18). 굴절률의 차이로 인해 하얗게 보이는 현상은 스테인의 연화에서도 발생한다. 예를 들어 스테인액으로 파란색 스테인을 연화하면 원래 색보다 흰색이 강해져 하늘색으로 보이므로 필요 이상 도포하게 된다(그림 19). 결국 소성 후에는 상상했던 색보다 더 진한 색이 완성된다(그림 20). 절연의 투명감은 표현이 어색해질 수 있으므로 주의가 필요하다. 스테인을 도포할 때 색을 확인하면서 작업할 수 있고 소성 후에도 색 변화가 거의 없다면 경험이 적은 직원의 작업 확실성을 높일 수 있다. 

야마모토 용액의 굴절률은 도재와 스테인의 주요 성분인 기재 글래스와 같은 값이다

 

 

아이디어 ① 야마모토 용액으로 연화할 때 생기는 페이스트 상태의 점성을 완화하는 방법
야마모토 용액은 스테인을 도포할 때 색을 확인하면서 작업하는 우위성이 있는 반면 GP처럼 광범위하게 도포해야 하는 증례에 대해서는 조작이 어려운 점이 있다. 이것은 야마모토 용액으로 연화하면 물 페이스트 상태가 되어 점성이 생기기 때문이다. 이 점성이 있으면 두껍게 도포할 때 잘 흘러내리고, 흘러내리지 않도록 되직하게 연화하면 줄이 생기기 때문에 임상에서 사용할 때 주의가 필요했다(그림 21). 점성이 작업효율에도 악영향을 미치므로 필자는 조작성의 개선이 필요하다고 생각했다. 그래서 스테인액으로 도재를 연화했을 때 잘 흘러내리지 않았던 경험에서 힌트를 얻어 야마모토 용액과 스테인액을 섞어 조작성의 개선을 시도했다. 먼저 GP를 야마모토 용액으로 연화하고 거기에 스테인액을 추가하면 페이스트 상태의 점성이 감소했다. 스테인액을 추가하면 굴절률이 변하고 야마모토 용액을 단독 사용할 때보다 다소 하얗게 되는데 조작성은 개선된다(그림 22, 23). 조작성이 개선되면 GP를 도포한 후 소성하지 않고 스테인을 도포할 수 있어 소성회수를 줄일 수 있다. 표 2는 스테인액의 혼합 비율을 변경했을 때 굴절률의 변화를 계산한 결과다. 스테인액을 섞었을 때 하얗게 되는 현상이 평소 GP를 도포하는 두께에 어느 정도 영향을 미치는지 확인했는데 거의 차이를 느끼지 못했다. 따라서 색을 확인하면서 작업을 진행할 수 있는 야마모토 용액의 우위성을 방해하지 않는다고 생각했다(그림 24). 또한 야마모토 용액과 스테인액을 섞어 조작성을 개선하고 싶은 장면은 광범위하게 도포할 필요가 있는 GP(그리고 뒤에 언급하는 GP와 스테인을 섞는 GP 스테인 페이스트)뿐이고, 스테인만 연화하는 경우에는 색을 중시하기 때문에 야마모토 용액만으로 연화한다. 이렇게 다른 용액을 섞는 방법은 제조사가 추천하는 사용법이 아니므로 자기판단 하에 사용했으면 한다.

야마모토 용액으로 연화하면 점성이 증가한다 

 

야마모토 용액과 스테인액 섞기 

 

아이디어 ②  스테인의 조작성을 개선하고 소성회수를 줄이는 GP의 활용법
스테인의 조작성 개선이라는 관점에서 필자의 사용법을 소개하겠다. 단순한 색을 표현하는 증례는 소성회수를 줄여 간단하게 완성하고 싶다(그림 26). 그러려면 페이스트가 되는 색을 얼룩 없이 부여해 변화를 주어야 한다. 단일구조 지르코니아는 스테인으로 색을 조절하는 방법이 일반적인데 이 경우에 스테인이 일정량을 초과하면 얼룩이 생긴다. 필자가 사용하는 Vintage Art Universal은 입자 직경이 매우 적기 때문에 평소량을 도포할 때는 얼룩이 잘 생기지 않지만 한도를 초과하면 영향을 미친다. 이런 현상은 모든 스테인에서 똑같다. 그래서 스테인의 얼룩을 검증하기로 했다. 지르코니아로 평평한 실험편을 제작하고 절반은 스테인을 꼼꼼하게 도포하고 얼룩을 검증했더니 평평한데도 불구하고 줄처럼 보이는 얼룩이 생겼다(그림 27a). 물론 치관 형태의 요철이 있는 경우는 얼룩이 더 잘 생긴다(그림 27b). 그래서 필자는 색을 조절하는 다른 방법으로 GP와 스테인을 섞으면 얼룩 없이 바탕색을 만들 수 있지 않을까 생각했다. 이것은 과거 [QDT 별책 Zirconia monolithic restoration complete book] 1에서 절연의 색 표현에 사용한 테크닉을, 베이스 페이스트 부여에도 응용했다. 또한 GP에 스테인을 섞는 방법은 본지 2019년 3, 4월호에서 하마사키(浜崎信夫, 하마사키 세라미스트)씨가 GP 스테인 페이스트법5으로 소개했으므로 참고하기 바란다. 실제로 평평한 지르코니아 실험편에 GP와 스테인을 섞은 GP 스테인 페이스트를 도포해 검증하면 색 얼룩이 적고 색을 깔끔하게 조절할 수 있었다(그림 27c, d). 그러나 이 방법은 모든 shade 영역에서 활용할 수 있는 것은 아니다. 투명한 GP에 스테인을 섞으면 균일하게 도포할 수 있지만 한편으로 일정 이상의 색 농도를 추구하려고 하면 두께가 필요해 색 얼룩이 생기기 쉽다. 또한 얇게 완성하고 싶은 마진은 두께 부족으로 인해 색을 조절하기 어려운 단점도 있다. 이것은 교합면도 마찬가지며 색을 진하게 표현하려고 하면 두께가 필요해 결과적으로 고랑에 고인다.

-스테인 후에 GP 도포: 얇아도 색의 농도 변화가 가능하지만 일정량을 초과하면 색 얼룩이 잘 발생한다. 
-GP 스테인 페이스트: 균일하게 도포할 수 있고 색 얼룩이 적어 깊이를 표현할 수 있지만 일정 이상의 색 농도를 원하면 색 얼룩이 생기기 쉽다.
위의 특징이 있어 임상에서 이 방법을 병용하는 경우도 많다, 흰색의 지르코니아 색을 진하게 표현하고 싶은 경우를 예로 들어 검증해 보자. 
오른쪽 절반에 베이스 색의 스테인을 도포해 소성한 후 전체적으로 GP 스테인 페이스트를 도포해 소성했다. 처음에 스테인을 도포한 오른쪽은 색 얼룩 없이 농도가 조절되었다. 스테인을 도포하지 않은 왼쪽에도 색 변화가 깔끔하지만 색을 더 진하게 표현하려고 하면 두께 때문에 마진이 하얗게 된다.
임상에서 사용할 수 있는 기준을 정리해 보자. 지르코니아 색에서 목표색까지 두 단계의 색 변화로 대응이 가능하다면 GP 스테인 페이스트를 사용하고, 색 농도를 더 조절하고 싶다면 스테인을 소성한 후 GP 스테인 페이스트를 도포하는 형태로 사용한다.

색이 단순한 증례는 단순하게 완성하고 싶다

 

GP와 스테인을 섞으면 색 얼룩이 감소하고 소성회수도 줄일 수 있다

 

GP와 스테인으로 투명~불투명을 표현하는 방법
GP와 스테인을 섞어 사용하는 아이디어는 조작성을 개선하는 목적만 있는 것은 아니다. 그림 5에서 샘플을 제시했는데 스테인으로 깊이 있는 색을 부여하려면 의도적으로 투명과 불투명을 조절하는 것이 효과적이다. 필자는 조절을 위해 스테인과 GP로 투명(GP 단독), 불투명(GP 스테인 페이스트), 불투명(스테인 단독)을 제작한 후 조합해 임상에 활용하고 있다. 그중에서 사용빈도가 가장 높은 스테인은 절연부근에 사용하는 GP+BI(블루)로 제작한 얇은 블루, 융선이나 흰 띠에 사용하는 GP+Vn(바닐라)로 제작한 다소 하얀 반투명색, 베이스 색으로 사용하는 GP+AS(A shade)+RS(R shade)로 제작한 다소 불투명한 베이스색이다(그림 31). 이렇게 사용 부위에 따라 색과 GP: 스테인의 배합을 조절해 투명~불투명을 조절한다. 

 

GP 스테인 페이스트의 3가지 활용법
1st step ① 　바탕색

Column　스테인의 금속산화물 함량 차이와 반사의 차이

 

바탕이 되는 절연부근용과 기본색용 GP 스테인 페이스트의 차이는 색만이 아니다. 금속산화물의 함량을 이용해 반사와 투과 대비에 사용하고 싶은 목적도 있다. 간단히 설명하면 Vintage Art Universal의 경우 화이트나 마멜론계, 기본색 등의 스테인에 금속산화물이 많이 들어있다. 반대로 블루계열은 금속산화물의 함량이 화이트보다 극히 소량이다. 금속산화물의 함량이 높으면 빛의 반사도 높아지고 불투명해진다. 치경부에서 중앙부 부근에 금속 함량이 많은 기본색 스테인과 투명한 GP를 섞은 GP 스테인 페이스트를 사용하면 중간 정도의 반사를 부여하면서 이후 색 재현이 수월해진다. 또한 GP를 섞으면 색 얼룩을 억제하면서 두께로 색을 조절할 수 있게 된다. 절연부에 도포하는 파란색 GP 스테인 페이스트는 금속산화물 함량이 적은 블루 스테인을 소량 섞는다. 왜냐하면 스테인의 반사에 따른 [부조화]를 줄이기 위해서이다. 그러나 실제로 아래에 있는 지르코니아의 반사가 강하기 때문에 단독 GP 스테인 페이스트 효과로는 부족하고 이후 작업에서 대비를 이용해 비슷한 투명감을 부여하기 위한 바탕 만들기다.

1st step ② 　개성 표현

2nd step　흰 띠와 융선

3rd step　입체적인 표현과 최종 개성 표현

 

완성

라미네이트 베니어를 제작한 경험은 스테인을 도포할 때 큰 힌트가 되었다

 

전편의 결론
시대와 함께 재료와 테크닉은 변하지만 색 표현의 본질은 40년 전과 다르지 않다, 그리고 빛에 관한 지식이 색을 표현할 때에 중요한 요소라고 해설했다. 평소 무의식적으로 사용하는 재료에 흥미를 갖고 의문을 품는 태도가 필요하다. 이번에는 스테이닝의 조작성을 개선하는 아이디어 2개를 소개했다. 빛의 특성에 대한 지식은 물론이고 사용자 스스로 재료에 대한 이해도를 높인다면 기술향상과 작업의 효율성 개선을 기대할 수 있을 것이다.