表面處理及樹脂水門汀類型對(duì)氧化鋯陶瓷粘接強(qiáng)度的影響

劉蘭 劉曉吉 尹亮

(1.無(wú)錫貝齊口腔門診部，江蘇 無(wú)錫 214100；2.上海市復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院青浦分院，上海 201799)

0 引言

從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，受氧化鋯化學(xué)惰性的影響，其粘接效果往往不如硅酸鹽類陶瓷。瓷表面處理技術(shù)深刻影響粘接強(qiáng)度和效果，在眾多粘結(jié)劑中，樹脂水門汀的粘結(jié)性和邊緣封閉性最為理想。為了能夠達(dá)到理想的全瓷修復(fù)效果，需要強(qiáng)化氧化鋯、樹脂水門汀的粘接強(qiáng)度。

1 實(shí)驗(yàn)材料和研究方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和器械的準(zhǔn)備

氧化鋯瓷塊、自粘接樹脂水門汀、硅烷偶聯(lián)劑、雙筆式噴砂機(jī)、質(zhì)量濃度為30%的硅溶膠。超聲波清洗器、超高溫爐、電子萬(wàn)能測(cè)試機(jī)、光學(xué)顯微鏡。

1.2 試件的分組

選擇廠家專門制作的102片Lava氧化鋯陶瓷片，直徑為8mm，高度為3mm，粘接表面分別使用360、600、800、1000#的水砂紙磨光處理，隨機(jī)分成五組，A組和E組各21片，B、C、D組各20片。

2 氧化鋯陶瓷表面處理研究

2.1 氧化鋯陶瓷的表面處理

A組是空白對(duì)照組，對(duì)Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無(wú)油空氣吹干；B組是硅烷偶聯(lián)劑實(shí)驗(yàn)小組，對(duì)Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無(wú)油空氣吹干。在粘接之前使用小毛刷的粘結(jié)面均勻涂布硅烷偶聯(lián)劑。在開(kāi)展一系列操作的時(shí)候有時(shí)候會(huì)揮發(fā)30s。C組是噴砂小組，在具體實(shí)施操作的時(shí)候需要對(duì)氧化鋯粘接面進(jìn)行噴砂處理，噴砂的壓強(qiáng)為400kPa，時(shí)間為10s，距離為10mm。D組是噴砂和硅烷偶聯(lián)劑組合小組。在經(jīng)過(guò)噴砂整合處理之后對(duì)Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無(wú)油空氣吹干，涂布硅烷偶聯(lián)劑的操作步驟和B組保持在一致的狀態(tài)，自由揮發(fā)30s。E組為硅涂層小組，對(duì)Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無(wú)油空氣吹干。用小毛刷蘸取少量硅溶膠在試驗(yàn)件的表面上均勻的涂刷兩次，無(wú)油空氣吹成一薄層，之后放置在具備一定濕度的密封環(huán)境中干燥處理，24h候取出放入高溫爐中，按照計(jì)算機(jī)的編寫程序加熱程序，完成預(yù)熱處理，再讓其以均勻的速度緩慢達(dá)到室溫，將熱處理后的陶瓷樣塊收集待用。

2.2 樣品表面粗糙度的表征

對(duì)樣品表面粗糙設(shè)置進(jìn)行3次測(cè)試分析能夠計(jì)算出平均粗糙度的數(shù)值，粗糙度的數(shù)值大小和表面光滑程度呈現(xiàn)出一種反比關(guān)系。在操作對(duì)手可以從每個(gè)小組中分別抽取兩個(gè)試驗(yàn)件對(duì)其表面的粗糙程度進(jìn)行綜合分析，計(jì)算出平均數(shù)值。在實(shí)施操作的時(shí)候使用接觸式粗糙度分析儀對(duì)試件表面的粗糙程度進(jìn)行檢測(cè)，控制探頭尖的掃描速度，讀數(shù)的過(guò)程中要緩慢進(jìn)行滑行，每個(gè)平面測(cè)定3次，然后計(jì)算平均數(shù)。

2.3 氧化鋯和牙本質(zhì)的粘接

每個(gè)試件都可以使用固化樹脂粘接系統(tǒng)來(lái)完成粘接處理，按照制造商提供的說(shuō)明書在牙的表面涂抹對(duì)應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，靜置20s之后對(duì)空氣進(jìn)行后續(xù)的壓縮處理。在處理硅涂層的時(shí)候可以使用小毛刷蘸取等量的硅烷偶合劑進(jìn)行涂布，然后再取出等量的樹脂粘接劑在瓷塊表面進(jìn)行涂抹，將瓷塊和牙的本質(zhì)有效連接在一起，將粘重控制在500砝碼。

在處理操作時(shí)候要將瓷塊和牙齒輕輕的按壓處理，讓重物的中心線能夠順利穿過(guò)瓷塊的中心，在順利穿過(guò)時(shí)候使用毛刷去除掉多余的粘接劑。在粘接操作的時(shí)候還需要注重調(diào)節(jié)好光固化燈的位置，確保其能夠照射到樣品的各個(gè)方向。在具體照射的時(shí)候要求每個(gè)樣品的側(cè)面要至少有20%的面積被照射。

2.4 剪切強(qiáng)度的測(cè)試

按照國(guó)家ISO/TS 11405e2003的基本標(biāo)準(zhǔn)來(lái)使用萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)剪切強(qiáng)度開(kāi)展必要 測(cè)試管理，將各個(gè)試驗(yàn)件固定在萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，剪切的方向要和瓷-樹脂接觸面保持平行的狀態(tài)，加載速度為每分鐘0.5mm。在計(jì)算的時(shí)候要記錄最大的載荷數(shù)值，按照公式計(jì)算粘接剪切強(qiáng)度，粘接的強(qiáng)度是最大載荷和粘接面積的比值，在計(jì)算之后將所有數(shù)據(jù)信息使用SPSS13.0的軟件進(jìn)行LSD比較。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 粘接剪切強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果分析

使用專業(yè)的SPSS13.0軟件進(jìn)行LSD兩兩比較分析，結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)A、B小組和C、D、E的組間差異對(duì)比顯著，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)研究意義，且A、B、C、D小組之間的差異不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)研究意義，E組的粘接剪切強(qiáng)度比較高，各個(gè)組件的試件粘接強(qiáng)度對(duì)比如表1所示。

表1 各個(gè)組件的試件粘接強(qiáng)度對(duì)比分析表

3.2 能譜分析結(jié)果

采用電子能譜進(jìn)行硅涂層涂布前后的能譜分析，涂布之前氧化鋯表面含有2個(gè)元素，其中Zr的元素含量最高，涂布之后氧化鋯表面除了含有Zr和O元素，還會(huì)含有比較多的Si元素。

3.3 粘接斷面的觀察結(jié)果

使用40x顯微鏡來(lái)觀察試件粘接斷面的破壞形式，具體情況如表2所示。根據(jù)表2 的數(shù)據(jù)信息我可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)小組粘接斷面的破壞形式以界面破壞為主，在噴砂處理操作時(shí)各個(gè)試驗(yàn)件會(huì)出現(xiàn)混合破壞的問(wèn)題。

表2 粘接表面破壞形式分析表

4 樣品的表面形貌

4.1 表面處理對(duì)氧化鋯陶瓷粘接強(qiáng)度的影響

沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的氧化鋯陶瓷在進(jìn)行研磨、燒結(jié)之后表面會(huì)處于一個(gè)相對(duì)平整的狀態(tài)，微觀來(lái)看表面會(huì)存在一些凹坑和少量裂紋，拋光也無(wú)法將深度較深的凹坑去除。使用噴砂一定程度上能夠?qū)υ嚰砻娴拇植诔潭燃觿。@就會(huì)讓溝槽和凹陷加劇，有時(shí)還會(huì)存在一些微小的細(xì)紋。在實(shí)驗(yàn)中，氧化鋯在打磨處理之后，粘接強(qiáng)度和對(duì)照組相比會(huì)有所提升，SEM下瓷處理面會(huì)呈現(xiàn)出比空白小組更加粗糙的表面。噴砂是增加高強(qiáng)度陶瓷表面粗糙的有效方式，噴砂會(huì)應(yīng)用一定壓力的氧化鋁微粒來(lái)沖擊瓷的表面，瓷會(huì)出現(xiàn)比較明顯的斷裂，之后增加粗糙度的表面積，去除表面的污染層，增加表面濕潤(rùn)性，最終強(qiáng)化其和樹脂的粘接強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)SEM觀察，噴砂組瓷表面呈現(xiàn)出一致的毛玻璃樣外貌，和打磨小組相比粗糙度比較高。

4.2 粘接的破壞形式

整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作中的5個(gè)試件斷裂方式都以界面破壞為主，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)內(nèi)聚破壞，也由此提升氧化鋯陶瓷5種不同表面處理后和自粘接樹脂的剪切粘接強(qiáng)度不高，甚至還會(huì)出現(xiàn)低于氧化鋯陶瓷和自粘接樹脂內(nèi)聚強(qiáng)度，而出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能和氧化鋯陶瓷的組合成分、試驗(yàn)件的制作方式、粘接操作使用的樹脂水門汀類型不一致存在密切的關(guān)聯(lián)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，氧化鋯是一種比較成功的牙科修復(fù)材料，但是從實(shí)際操作上來(lái)看，牙科修復(fù)效果不僅和材料性能存在關(guān)聯(lián)，而且還會(huì)和修復(fù)體的粘接性能存在關(guān)聯(lián)，氧化鋯強(qiáng)度比較高，在加工的時(shí)候可以使用傳播玻璃粘固劑粘接處理，其中，樹脂水門汀是一種具備邊緣封閉性能和粘接力的材料。A和B、C、D小組之間的差異不具備統(tǒng)計(jì)學(xué)研究意義，E組的粘接剪切強(qiáng)度比較高，也說(shuō)明了氧化鋯表面涂布硅涂層時(shí)粘接前涂布硅烷偶聯(lián)劑不能夠提高氧化鋯和樹脂水門汀的粘接強(qiáng)度。使用噴砂的處理方法會(huì)讓表面的粗糙程度加大，還會(huì)讓樣品表面產(chǎn)生部分的裂紋，一定程度上還會(huì)產(chǎn)生凹陷。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題可以選擇合理的噴砂處理工藝，讓樣品表面產(chǎn)生不同的粗糙度，對(duì)應(yīng)來(lái)控制氧化鋯的粘結(jié)性能。為此，在實(shí)施噴砂操作的時(shí)候可以在其表面上制備硅涂層，使用硅烷偶聯(lián)劑計(jì)來(lái)強(qiáng)化氧化鋯瓷和樹脂水門汀的粘接強(qiáng)度。硅烷偶聯(lián)劑一端的無(wú)機(jī)基因能夠和硅酸鹽陶瓷表面的Si-OH出現(xiàn)反應(yīng)，另外一端的有機(jī)基因則是會(huì)和樹脂有機(jī)基因出現(xiàn)聚合反應(yīng)，從而濕潤(rùn)陶瓷表面，增強(qiáng)其表面的自由能，強(qiáng)化瓷和樹脂的歐聯(lián)作用。E組試驗(yàn)件采取溶膠-凝膠技術(shù)在其表面制作硅涂層，增加其表面的硅元素含量，最終證明硅涂層聯(lián)合硅烷偶聯(lián)劑能夠提升氧化鋯和樹脂水門汀的粘接強(qiáng)度。各個(gè)小組粘接斷面的破壞形式以界面破壞為主，在噴砂處理操作時(shí)各個(gè)試驗(yàn)件會(huì)出現(xiàn)混合破壞的問(wèn)題，由此證明噴砂能夠在一定程度上提高氧化鋯和樹脂水門汀的粘接強(qiáng)度，但是提升的比值不明顯，硅涂層內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)內(nèi)聚的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象和硅涂層增加氧化鋯表面Si元素含量存在關(guān)聯(lián)，但是內(nèi)聚破壞形式數(shù)量會(huì)減少，這個(gè)方式還需要相關(guān)人員立足實(shí)際來(lái)做出更深入的研究和思考，通過(guò)研究和思考來(lái)確保氧化鋯和自粘接樹脂水門汀形式的穩(wěn)定。