聚硅氧烷口腔印模材料的研制與性能

張亮,馬鋒,邵雯,李帥帥

1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.招標(biāo)采供辦公室;b.外科夢(mèng)工場(chǎng);c.國(guó)有資產(chǎn)管理辦公室,陜西 西安 710061;2.陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心,陜西 西安 710061;3.西安交通大學(xué) 先進(jìn)外科技術(shù)與工程研究所,陜西 西安 710061;4.陜西省人民醫(yī)院 耗材試劑部,陜西 西安 710068

聚硅氧烷口腔印模材料的研制與性能

張亮1a,馬鋒1b,2,3,邵雯1c,李帥帥4

1.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院 a.招標(biāo)采供辦公室;b.外科夢(mèng)工場(chǎng);c.國(guó)有資產(chǎn)管理辦公室,陜西 西安 710061;2.陜西省再生醫(yī)學(xué)與外科工程研究中心,陜西 西安 710061;3.西安交通大學(xué) 先進(jìn)外科技術(shù)與工程研究所,陜西 西安 710061;4.陜西省人民醫(yī)院 耗材試劑部,陜西 西安 710068

本研究擬采用α、ω-二羥基聚二甲基硅氧烷為基體、正硅酸乙酯作為交聯(lián)劑、二月桂酸二丁基錫為催化劑,添加補(bǔ)強(qiáng)填料白炭黑、增容填料輕質(zhì)碳酸鈣、增塑劑液體石蠟,優(yōu)化工藝配方,制備成本較低而且易于普及聚硅氧烷口腔印模材料.最終制備的材料通過成型收縮率測(cè)定材料的印模精度,交聯(lián)反應(yīng)速率表征材料的定型時(shí)間,拉伸測(cè)試和撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)評(píng)定材料的的力學(xué)性能.結(jié)果表明,當(dāng)基體為100 g,交聯(lián)劑為6 mL,催化劑為7 mL,補(bǔ)強(qiáng)填料16 g,增容填料為56 g,增塑劑為30 mL時(shí)材料的定型時(shí)間適宜、印模精度和力學(xué)性能最為優(yōu)異,其定型時(shí)間為10 min,尺寸收縮率lt;0.79%,拉伸強(qiáng)度為1.19 kPa,斷裂伸長(zhǎng)率為24%,撕裂強(qiáng)度為3.87 kN/m,且脫模性良好.

α、ω-二羥基聚二甲基硅氧烷;口腔印模材料;印模精度;撕裂強(qiáng)度;拉伸強(qiáng)度

引言

口腔印模是運(yùn)用口腔印模材料制取口腔軟硬組織形態(tài)及關(guān)系的印模,在臨床工作中,要取得準(zhǔn)確的印模,除與醫(yī)師操作技術(shù)的熟練程度有關(guān)外[1-3],還與印模材料的選取有關(guān)[4-6].目前,國(guó)內(nèi)口腔修復(fù)中最常用的印模材料是藻酸鹽印模材料[7],該凝膠類材料具有良好的流動(dòng)性與彈性,且與模型材料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、價(jià)格低廉,但其撕裂強(qiáng)度差,精確度低、細(xì)節(jié)復(fù)制性有限.聚硅氧烷口腔印模是高分子彈性印模材料[8-9],與傳統(tǒng)藻酸鹽口腔印模材料相比,具有固化時(shí)間短、細(xì)節(jié)復(fù)制能力強(qiáng)、精確度高、尺寸穩(wěn)定性好及操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)[10-11],從口中取出后6 min就可以進(jìn)行灌注,是最理想的印模材料材料之一[12-14].本論文采用α、ω-二羥基聚二甲基硅氧烷為基體材料,加入正硅酸乙酯與其交聯(lián),添加補(bǔ)強(qiáng)材料氣相法白炭黑、催化劑二月桂酸二丁基錫、增容填料輕質(zhì)碳酸鈣及增塑劑液體石蠟制備聚硅氧烷口腔印模材料.對(duì)材料定型時(shí)間、尺寸精度進(jìn)行了表征,對(duì)拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)用主要試劑及儀器

α、ω-二羥基聚二甲基硅氧烷、正硅酸乙酯(交聯(lián)劑)、氣相法白炭黑、輕質(zhì)碳酸鈣,中昊晨光化工研究所;二月桂酸二丁基錫(擴(kuò)鏈劑和催化劑),西安化學(xué)試劑廠;以上試劑均為分析純.

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱DHG-9053A,上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;循環(huán)水多用真空泵SHB-3,鄭州杜甫儀器廠;微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī),濟(jì)南市宏遠(yuǎn)機(jī)械廠.

1.2 口腔印模材料制備工藝

聚硅氧烷口腔印模材料制備工藝流程圖,見圖1.主要制備工藝為:① 于低粘度α、ω-二羥基聚二甲基硅氧烷(0.014 Pa.s)中加入擴(kuò)鏈劑二月桂酸二丁基錫進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng),在180℃條件下,反應(yīng)1.5 h,制得高粘度聚硅氧烷,控制粘度為700 Pa.s;② 向上述反應(yīng)產(chǎn)物中加入補(bǔ)強(qiáng)材料氣相法白炭黑、增塑劑液體石蠟、增容填料輕質(zhì)碳酸鈣等助劑,攪拌均勻;③ 再加入交聯(lián)劑正硅酸乙酯、催化劑二月桂酸二丁基錫,冷卻定型后即得聚有機(jī)硅氧烷印模材料.

圖1 聚硅氧烷口腔印模材料制備工藝流程圖

1.3 性能測(cè)試

(1)精度的測(cè)定:用印模材料對(duì)螺絲取模,利用游標(biāo)卡尺測(cè)量模型兩個(gè)特定標(biāo)志點(diǎn)之間的距離,并在其上進(jìn)行標(biāo)注,讀取數(shù)據(jù),精確到1X10-2mm.

(2)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定:按照GB/528-82制取啞鈴型試樣,按照GB/528-1998測(cè)定樣品的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率,拉伸速度10 mm/min.

(3)撕裂強(qiáng)度的測(cè)定:按GB/T 529-1999測(cè)定試樣的撕裂強(qiáng)度,拉伸速度為(500±10) mm/min.

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑用量對(duì)聚硅氧烷口腔印模材料定型時(shí)間的影響

聚硅氧烷口腔印模材料的定型時(shí)間是指基體材料發(fā)生充分交聯(lián)反應(yīng)的時(shí)間,反應(yīng)完成后材料型樣及尺寸得以固定.交聯(lián)反應(yīng)的快慢取決于催化劑用量的多少,在確定定型時(shí)間時(shí),一般選擇較短而不是較長(zhǎng)的交聯(lián)時(shí)間.催化劑用量越大,交聯(lián)反應(yīng)速率越大,所需定型時(shí)間越短,但同時(shí)也看出隨著催化劑用量的不斷增大,定型時(shí)間縮短的越來越少(圖2).根據(jù)實(shí)際使用情況,確定催化劑用量為7 mL,固化時(shí)間為10 min為宜.

2.2 聚硅氧烷口腔印模材料精度的研究

口腔印模材料能否精確反應(yīng)口腔組織的情況,這對(duì)口腔組織修復(fù)是非常重要的.準(zhǔn)確的印模是確保修復(fù)體成功的基礎(chǔ),印模材料的精度,是評(píng)價(jià)印模材料性能優(yōu)良與否的重點(diǎn).印模材料的精確度取決于其尺寸穩(wěn)定性,我們選用的α、ω-二羥基聚二甲基硅氧烷其交聯(lián)后產(chǎn)物具有良好的尺寸穩(wěn)定性,這與材料對(duì)溫度、濕度變化不敏感的特性有關(guān),同時(shí)也不會(huì)進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或釋放出其他副產(chǎn)物.聚合物在聚合過程中會(huì)由于交聯(lián)引起體積的減少而導(dǎo)致輕微的收縮,但其發(fā)生變形的應(yīng)力頻率要小得多.聚硅氧烷口腔印模材料的收縮發(fā)生在1 h內(nèi),若在取模后1 h內(nèi)立即進(jìn)行模型灌注,24 h的線收縮量可控制在0.2%～1.0%,遠(yuǎn)低于美國(guó)牙科協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)值2%[15].聚硅氧烷印模材料的尺寸線性收縮量,見表1.

圖2 催化劑用量對(duì)聚硅氧烷口腔印模材料定型時(shí)間的影響

表1 有機(jī)硅口腔印模材料的線性收縮量(mm)

由表1可知,聚硅氧烷印模材料的線性變化率為正值,以此制得的石膏模型將比基牙略大,可補(bǔ)償義齒后續(xù)操作中的體積收縮以及提供冠橋用粘結(jié)劑的間隙.從本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果看,聚硅氧烷印模材料尺寸變化率很小,其收縮性在臨床允許的范圍內(nèi),精確性良好.

2.3 聚硅氧烷口腔印模材料拉伸強(qiáng)度的控制

有機(jī)硅印模材料需有足夠的拉伸強(qiáng)度及韌性,要求從口腔取出時(shí)可抵抗各種應(yīng)力而不被破壞,保持其原有形狀以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確印模.我們采用白炭黑來補(bǔ)強(qiáng)基體,使二者之間形成物理或化學(xué)的結(jié)合,提高材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率.氣相法白炭黑用量對(duì)聚硅氧烷口腔印模材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響,見圖3.可以看出,隨著氣相法白炭黑用量的增加,材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率顯著提高,但當(dāng)氣相法白炭黑的用量達(dá)到一定值后,材料的性能反而變差.這是因?yàn)?補(bǔ)強(qiáng)劑用量增加,補(bǔ)強(qiáng)效果提高,但超過一定限度,則會(huì)妨礙聚合物分子鏈間交聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行,基體因反應(yīng)不完全呈現(xiàn)較低的力學(xué)性能.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,白炭黑用量為16 g時(shí)材料的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率最好.

圖3 氣相法白炭黑用量對(duì)聚硅氧烷口腔印模材料拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率的影響

2.4 聚硅氧烷口腔印模材料撕裂強(qiáng)度的控制

抗撕裂性能是衡量有機(jī)硅制品耐用性能的重要指標(biāo),它既是反應(yīng)材料力學(xué)性能的重要內(nèi)容,也是選擇最佳交聯(lián)程度的依據(jù)[16].反映了印模材料保持自身完整性的能力,特別表現(xiàn)在維持薄弱連接處方面,在臨床上,這些薄弱部位主要是倒凹,多位于狹窄的牙間隙和牙齦溝中.良好的撕裂強(qiáng)度可以保證印模材料從口腔中完整取出,且保證薄弱部位的完整性,降低破隕率,提高印制模型的質(zhì)量.聚硅氧烷印膜材料撕裂強(qiáng)度受氣相法白炭黑加入量的影響規(guī)律,見圖4,可知隨著氣相法白炭黑用量的增加,撕裂強(qiáng)度呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì),但是當(dāng)氣相法白炭黑的用量達(dá)到一定值后,撕裂強(qiáng)度反而降低.這是因?yàn)?當(dāng)氣相法白炭黑用量超過一定程度(gt;16 g),體系粘度急劇加大,致使氣相法白炭黑和各種粉料在體系中的分散性變差,氣相法白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果下降,撕裂強(qiáng)度下降.

圖4 氣相法白炭黑用量對(duì)聚硅氧烷口腔印模材料撕裂強(qiáng)度的影響

3 結(jié)論

選用生理無毒的α、ω-二羥基聚二甲基硅氧烷為基體,加入正硅酸乙酯為交聯(lián)劑,添加氣相法白炭黑等助劑制得聚硅氧烷口腔印模材料,其定型時(shí)間為10 min,尺寸收縮率lt;0.79%,其撕裂強(qiáng)度為3.87 kN/m,拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率分別為1.19 MPa和24%,相比傳統(tǒng)的藻酸鹽印模材料,其力學(xué)性能及印模精度更為優(yōu)異,具有良好使用價(jià)值,且易于醫(yī)生實(shí)際掌握與操作,可改變有機(jī)硅印模材料依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀、提高普及率和降低成本,發(fā)展前景良好.

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本文編輯 袁雋玲

Preparation and Properties of Oral Impression Material Based on Polysiloxane

ZHANG Liang1a, MA Feng1b,2,3, SHAO Wen1c, LI Shuaishuai4
1.a.Department of Bidding and Purchase-Supply; b.Surgery Dreamworks; c.Department of State-Owned Property Management, the First Affiliated Hospital of Xi'an Jiaotong University, Xi'an Shaanxi 710061, China; 2.Regenerative Medicine and Surgery Engineering Research Center of Shaanxi Province, Xi'an Shaanxi 710061, China; 3.Research Institute of Advanced Surgical Techniques and Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an Shaanxi 710061, China; 4.Department of Medical Consumables, Shaanxi Provincial People's Hospital, Xi'an Shaanxi 710068, China

The present study aimed to prepare oral impression material based on polysiloxane via optimized process and formulation,using α, ω-dihydroxy polydimethylsiloxane as matrix, tetraethyl orthosilicate as cross-link agent, dibutyltin dilaurate as catalyst,fumed silica as reinforcing filler, precipitated calcium carbonate as compatibilizer fillers, liquid paraffin as plasticizer. This kind of oral impression material was of low preparation cost and easy to be popularized. Impression accuracy was analyzed by molding shrinkage. Curing time was confirmed by the velocity of cross-linking. Mechanical properties were characterized by tensile strength and tear strength. The results showed that curing time, impression accuracy and mechanical properties were optimum with 100 g polysiloxane, 6 mL cross-linking agent, 7 mL catalyst, 16 g reinforcing filler, 56 g compatibilizer fillers, and 30 mL plasticizer respectively. Curing time was 10 minutes and molding shrinkage was below 0.79%. Tensile strength, elongation at break and tearing strength of oral impression material were 1.19 kPa, 24% and 3.87 kN/m respectively, and the demould property was fine.

α, ω-dihydroxy polydimethylsiloxane; oral impression material; impression accuracy; tearing strength; tensile strength

R783.1

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.10.007

1674-1633(2017)10-0027-03

2017-05-25

2017-06-15

陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助項(xiàng)目(2013JK0920).

作者郵箱:32958781@qq.com