硅烷偶聯劑用量對硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度的影響

賈蘭軍

硅烷偶聯劑用量對硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度的影響

賈蘭軍

目的探討硅烷偶聯劑用量對硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度的影響。方法采用不同質量比的硅烷偶聯劑處理硼酸鋁晶須表面，將已處理過的硼酸鋁晶須混合入樹脂基質中，并將其制成標準試件，對其進行三點彎曲測試，觀察測試結果。結果硅烷偶聯劑用量為2%時，硼酸鋁晶須與樹脂基質的結合效果最佳。結論硅烷偶聯劑Z-6030的應用，能夠促使硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度，但其用量會影響復合樹脂強度。

硅烷偶聯劑；硼酸鋁晶須；復合樹脂；撓曲強度

對于復合材料而言，界面對其具有重要的意義，填充材料與基質界面之間結合效果的好壞，對復合材料的性能具有直接性影響。在口腔材料中，硅烷偶聯劑是一種常用的表面處理劑。本次研究采用硅烷偶聯劑處理硼酸鋁晶須表面，觀察硅烷偶聯劑用量對硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度的影響，報告如下。

1 資料與方法

1.1 硼酸鋁晶須表面處理

1.1.1 硼酸鋁晶須選取上海晶須復合材料制造有限公司生產的硼酸鋁晶須，其直徑在0.5～1.0 μm之間，長度在10～20 μm之間，比表面積在2～2.5 m2/g。

1.1.2 硼酸鋁晶須表面處理方法采用硅烷偶聯劑Z-6030處理硼酸鋁晶須表面，將純乙醇與蒸餾水按照一定比例配制成混合溶劑，加入冰醋酸，使混合溶劑pH值保持在4.0～5.0之間。在攪拌條件下，按照質量分數5%充分溶解硅烷偶聯劑Z-6030，對其進行攪拌，攪拌時間為1 h。然后，將硼酸鋁晶須分散于蒸餾水中，進行攪拌，超聲震蕩5 min，于攪拌下加入硅烷偶聯劑，攪拌10 min后，將其靜置30 min，于真空條件下對漿料抽濾，并將其置于120℃烘箱內干燥。其中，硅烷偶聯劑Z-6030用量分別采用0%質量比、1%質量比、2%質量比、3%質量比以及4%質量比。

1.2 復合樹脂合成樹脂基質構成主要包括：48.975%雙酚A雙甲基丙烯酸縮水甘油酯、48.975%雙甲基丙烯酸二縮三乙二醇酯、2%引發劑過氧化苯甲酰以及0.05%阻聚劑二叔丁基對甲苯酚。按照一定比例稱取，對其攪拌，將其混合均勻。采用手工攪拌方法，按照30%充填量將表面已處理的硼酸鋁晶須混合到樹脂基質中，共合成5組復合樹脂。

1.3 試件制作制作金屬模具，其內腔為2 mm×2 mm×25 mm，將合成樹脂置入金屬模具中，然后對其進行1 h的熱處理，使其得到充分固化。每組5個，共制作25個試件。

1.4 三點彎曲測試方法在三點彎曲測試之前，于37℃水中對所有試件浸泡。然后，將所有試件均放置于圓柱形承載頭上，該圓柱形承載頭直徑為2 mm、中心距為20 mm，加載頭直徑為2 mm，加載速度為1 mm/min。

2 結果

硅烷偶聯劑用量為2%時，硼酸鋁晶須與樹脂基質結合效果最佳(表1)。

表1 硅烷偶聯劑用量對硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度的影響分析(MPa)

3 討論

硼酸鋁晶須屬于一種無機晶須，該物質與有機聚合物的相容效果較差，因此，為了保障硼酸鋁晶須能夠與樹脂基質充分相容，形成良好的界面結合，就必須采用偶聯劑對其表面進行改性[1]。偶聯劑能夠將復合材料中的有機相與無機相進行充分結合，不僅能夠改善晶須與聚合物之間的潤濕性，同時還能夠改善兩者之間的黏接強度，從而達到增強晶須的效果[2]。

目前，臨床上常用的偶聯劑主要是硅烷偶聯劑，其中，Z-6030是一種常用的硅烷偶聯劑。Z-6030硅烷偶聯劑的作用機制主要是先在水中水解，脫水縮合后形成低聚物，該物質與填料表面的羥基結合后形成氫鍵，將其加熱干燥后，再發生脫水反應，從而產生部分共價鍵，最終使得無機填料表面完全被硅烷偶聯劑覆蓋。臨床研究資料顯示[3]，硅烷偶聯劑用量的多少會對復合樹脂的性能產生一定影響，導致其性能下降。本次研究結果顯示，采用2%硅烷偶聯劑時，其撓曲強度最佳，這主要是由于采用最小用量的硅烷偶聯劑處理無機填料表面時，于填料表面往往會形成一層多分子層包覆。與此同時，由于硅烷偶聯劑分子之間會發生縮合現象，從而導致部分填料表面不會被硅烷偶聯劑充分包覆，進而會降低復合樹脂的性能。

在臨界厚度范圍內，如果硅烷偶聯劑包覆層數越多，那么硅烷偶聯劑與無機填料之間相互擴散的深度也就會越大，這樣不僅能夠避免復合材料界面之間裂紋的不斷擴展，同時還能夠有效阻止其吸收斷裂能[4]。此外，當無機填料分散的效果、包覆的效果以及潤濕的效果均較好時，那么復合材料的性能也就會越好。但若硅烷偶聯劑包覆的層數超過臨界厚度值，那么兩者之間就會出現一定的內應力，從而導致應力集中不均勻，進而導致內應力分布不均勻，最終會降低聚合物的強度[5]。本次研究結果顯示，硅烷偶聯劑用量處于0%～2%之間時，增加硅烷偶聯劑的用量，則復合樹脂的撓曲強度也會得到增強，但當其達到一定程度后，繼續增加硅烷偶聯劑用量，則復合樹脂撓曲強度也會降低。

綜上所述，硅烷偶聯劑Z-6030的應用，能夠使硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度，但其用量會影響復合樹脂的強度。

[1]李鶴佳，焦雪，肖月，等.不同偶聯劑用量對納米SiO2增強聚甲基丙烯酸甲酯力學性能的影響[J].國際口腔醫學雜志，2015，42(2)：140-142.

[2]朱銘頤，張修銀.硅烷偶聯劑用量對硼酸鋁晶須增強樹脂撓曲強度的影響[J].上海口腔醫學，2015，24(3)：294-297.

[3]張昕景，張修銀，朱幫尚，等.納米氧化鋯對PMMA撓曲強度和表面硬度的影響[J].上海口腔醫學，2011，20(4)：358-363.

[4]袁慎坡，林紅，徐永祥.國內口腔修復用復合樹脂無機填料的研究進展[J].現代口腔醫學雜志，2012，26(2)：130-132.

[5]陳榮榮，張修銀，楊瑞，等.添加不同抗菌劑的納米增強義齒基托樹脂對變形鏈球菌黏附性能的影響[J].口腔材料器械雜志，2013，22(3)：126-130.

2016-01-20)

1005-619X(2016)06-0658-02

10.13517/j.cnki.ccm.2016.06.044

114001遼寧省鞍山市中心醫院口腔科