PEEK高分子材料生產中的表面處理方法分析

陶濤（四川天一科技股份有限公司， 四川 成都 610225）

PEEK高分子材料生產中的表面處理方法分析

陶濤（四川天一科技股份有限公司， 四川 成都 610225）

目前PEEK的表面處理方法有表面粗化和表面改性兩個方面。表面粗化包括噴砂，酸蝕等，而表面改性包括硅烷偶聯化、涂層和等離子體處理等。PEEK經過處理后，表面形成微孔，粘結劑可以滲透到其中形成粘附側枝具有顯微機械固位作用。

PEEK；高分子材料；生產；表面處理

本文介紹了噴砂、酸蝕法、二氧化硅涂層和硅烷化處理技術、低溫等離子體處理等PEEK的表面處理技術，并介紹了選擇粘結劑的方法，以期對同業有所啟迪。

1 表面處理方法

（1）噴砂 噴砂是為了清潔可能阻止化學結合的任何污染，創造一個具有鎖結作用的粗糙表面，擴大粘結面積，產生微觀固位形，形成有效的微機械固位力，從而形成制鎖連接。

對于不同硬度的待處理表面來說，砂粒粒度過小造成的處理表面粗糙度不夠，粘結強度弱；砂粒粒度過大則會造成處理表面剝脫，粗糙度反而下降或由于粗糙度過大造成界面應力集中，從而導致粘結強度降低。Schmidlin等在0.2MPa壓力下，分別采用了50μm和110μm的氧化鋁微粒處理PEEK的表面10s，然后與RelyX Unicem和Heliobond/Tetric兩種粘結系統進行粘結，測試粘結試件的剪切強度。結果表明：使用Heliobond/Tetric粘結系統時，采用110μmAl2O3微粒噴砂處理后，獲得的剪切強度值為11.9±3.7MPa，采用50μmAl2O3微粒噴砂處理后，獲得的剪切強度值為13.5±2.4MPa。但是使用RelyXUnicem粘結劑時，粘結強度為0。這可能與應用RelyXUnicem粘結劑后，其性能由親水性變為疏水性使界面的潤濕性和晶相發生變化有關。

（2）酸蝕法 為了增加修復材料與粘結劑之間的粘結強度，酸蝕也可以被作為一種表面處理的方法。氫氟酸常用于處理以SiO2為基質的陶瓷，可以粗化陶瓷的表面，在其界面形成微機械固位，增加了粘結強度。

Schmidlin等選擇用98%的濃H2SO4處理PEEK的表面，產生了一個高度多孔、可滲透的表面，可以使粘結劑更容易的滲透其中，從而增加了粘結強度。但是選用鹽酸和硝酸，無論選擇怎樣的濃度，都沒有使其表面發生改變。Stawarczyk研究發現，PEEK經過酸蝕處理后表面粗糙度降低，接觸角升高，剪切強度卻明顯提高，但這一現象并沒有得到明確的解釋。

（3）二氧化硅涂層和硅烷化處理技術 二氧化硅涂層技術是傳統噴砂技術的改良，是在氧化鋁顆粒的表面覆蓋了一層二氧化硅，經過高溫噴砂處理后在其表面形成硅酸鹽涂層，這種方法也被稱為摩擦化學涂層。這種方法既可以像傳統噴砂處理那樣增加PEEK與樹脂粘結劑之間的微機械固位，同時在PEEK表面引入了硅元素，使得硅烷偶聯劑可以獲得理想的效果。

（4）低溫等離子體處理技術 通過低溫等離子體處理，材料表面發生了多重物理的、化學的變化，使非極性表面轉變為極性表面，或產生刻蝕而粗糙，或形成致密的交聯層，增加了粘結界面的相互作用，從而使粘結性能得到了改善。

氮氣、氧氣、氬氣和氫氣等被廣泛的應用于高分子材料表面的低溫等離子體處理中。Zhang等比較了氮氣、氬氣和氧氣作為低溫等離子體處理半結晶PEEK后的粘結強度，發現經過氬氣低溫等離子體處理后表現了最高的粘結強度，氮氣處理組的最低。Jha等在常壓和低壓下，對PEEK進行等離子體處理，研究結果表明常壓下的粘結力比低壓下的較大。PEEK經等離子體處理后，表面粗糙度增加，引入了極性基團，使表面能增加，粘結性提高。而且隨著等離子體處理的時間不同，其粘結強度也有所差異，這可能是由于等離子體處理時間過長，會對試件表面已經形成的活性基團產生破壞作用，使活性基團的數量減少，從而對粘結性也產生了影響。

2 粘結劑的選擇

隨著口腔材料的發展，粘結劑作為口腔修復材料的輔助材料越來越受到口腔材料研究者的普遍重視。粘結材料在口腔修復中發揮著重要的作用，不僅能促進修復體的固位作用、提高修復體和基牙的抗折強度，而且還可以提高邊緣封閉的作用，減少邊緣微滲漏，避免對修復體產生不良的影響。

磷酸鋅粘結劑是最早應用于口腔修復的粘結材料，其本質是靠機械固位作用并沒有化學粘結性，僅起到邊緣封閉的作用。但由于磷酸鋅可溶于唾液，可導致修復體邊緣微滲漏。所以，防止邊緣微滲漏的發生，以及改善磷酸鋅水門汀的粘結性能，仍是進一步研究的內容。

聚羧酸鋅粘結劑具有親水性，擴大與牙本質的粘結面積，除有機械嵌合力之外，還與牙本質之間存在化學結合力。但是該水門汀抗壓強度較低，不適于承受咀嚼壓力較大區域的修復。

玻璃離子粘結劑是一種理想的粘結劑，粘結性強，硬度高，并且具有防齲作用，可與牙體組織中的成分形成離子鍵而產生粘結固位力。但其彈性模量較低，不適合應用于咀嚼壓力較大的區域。另外，還有樹脂加強型玻璃離子粘結劑，是通過改性傳統型玻璃離子粘固劑而形成的，固化方式既有離子鍵合又有光固化作用，并且機械強度和邊緣封閉性均有了明顯改善。

在口腔修復領域，樹脂粘結劑已經成為最常使用的粘結劑。該材料由于優越的粘結性能及美學性能，在臨床工作中，越來越得到廣泛關注。根據固化引發體系的不同，樹脂水門汀可分為三類：化學固化型、光固化型和雙固化型。雙固化樹脂是一種自粘結樹脂水門汀，在使用時不需要對被粘物表面進行酸蝕、涂布粘結劑等處理，操作簡便，粘結效果較好。

［1］王春蓮，陳浩，趙麗娜，等.低溫等離子體在高分子材料表面改性中的應用［J］.遼寧化工，2011，40（10）.