表面處理及樹脂水門汀類型對氧化鋯陶瓷粘接強度的影響

劉蘭 劉曉吉 尹亮

(1.無錫貝齊口腔門診部，江蘇 無錫 214100；2.上海市復旦大學附屬中山醫院青浦分院，上海 201799)

0 引言

從實際應用情況來看，受氧化鋯化學惰性的影響，其粘接效果往往不如硅酸鹽類陶瓷。瓷表面處理技術深刻影響粘接強度和效果，在眾多粘結劑中，樹脂水門汀的粘結性和邊緣封閉性最為理想。為了能夠達到理想的全瓷修復效果，需要強化氧化鋯、樹脂水門汀的粘接強度。

1 實驗材料和研究方法

1.1 實驗材料和器械的準備

氧化鋯瓷塊、自粘接樹脂水門汀、硅烷偶聯劑、雙筆式噴砂機、質量濃度為30%的硅溶膠。超聲波清洗器、超高溫爐、電子萬能測試機、光學顯微鏡。

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組是空白對照組，對Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無油空氣吹干；B組是硅烷偶聯劑實驗小組，對Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無油空氣吹干。在粘接之前使用小毛刷的粘結面均勻涂布硅烷偶聯劑。在開展一系列操作的時候有時候會揮發30s。C組是噴砂小組，在具體實施操作的時候需要對氧化鋯粘接面進行噴砂處理，噴砂的壓強為400kPa，時間為10s，距離為10mm。D組是噴砂和硅烷偶聯劑組合小組。在經過噴砂整合處理之后對Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無油空氣吹干，涂布硅烷偶聯劑的操作步驟和B組保持在一致的狀態，自由揮發30s。E組為硅涂層小組，對Lava氧化鋯陶瓷片使用99.9%濃度的乙醇超聲清洗10min，清洗之后使用無油空氣吹干。用小毛刷蘸取少量硅溶膠在試驗件的表面上均勻的涂刷兩次，無油空氣吹成一薄層，之后放置在具備一定濕度的密封環境中干燥處理，24h候取出放入高溫爐中，按照計算機的編寫程序加熱程序，完成預熱處理，再讓其以均勻的速度緩慢達到室溫，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

對樣品表面粗糙設置進行3次測試分析能夠計算出平均粗糙度的數值，粗糙度的數值大小和表面光滑程度呈現出一種反比關系。在操作對手可以從每個小組中分別抽取兩個試驗件對其表面的粗糙程度進行綜合分析，計算出平均數值。在實施操作的時候使用接觸式粗糙度分析儀對試件表面的粗糙程度進行檢測，控制探頭尖的掃描速度，讀數的過程中要緩慢進行滑行，每個平面測定3次，然后計算平均數。

2.3 氧化鋯和牙本質的粘接

每個試件都可以使用固化樹脂粘接系統來完成粘接處理，按照制造商提供的說明書在牙的表面涂抹對應的化學物質，靜置20s之后對空氣進行后續的壓縮處理。在處理硅涂層的時候可以使用小毛刷蘸取等量的硅烷偶合劑進行涂布，然后再取出等量的樹脂粘接劑在瓷塊表面進行涂抹，將瓷塊和牙的本質有效連接在一起，將粘重控制在500砝碼。

在處理操作時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瓷塊的中心，在順利穿過時候使用毛刷去除掉多余的粘接劑。在粘接操作的時候還需要注重調節好光固化燈的位置，確保其能夠照射到樣品的各個方向。在具體照射的時候要求每個樣品的側面要至少有20%的面積被照射。

2.4 剪切強度的測試

按照國家ISO/TS 11405e2003的基本標準來使用萬能材料試驗機對剪切強度開展必要 測試管理，將各個試驗件固定在萬能材料試驗機，剪切的方向要和瓷-樹脂接觸面保持平行的狀態，加載速度為每分鐘0.5mm。在計算的時候要記錄最大的載荷數值，按照公式計算粘接剪切強度，粘接的強度是最大載荷和粘接面積的比值，在計算之后將所有數據信息使用SPSS13.0的軟件進行LSD比較。

3 實驗結果分析

3.1 粘接剪切強度的測試結果分析

使用專業的SPSS13.0軟件進行LSD兩兩比較分析，結果分析發現A、B小組和C、D、E的組間差異對比顯著，具有統計學研究意義，且A、B、C、D小組之間的差異不具備統計學研究意義，E組的粘接剪切強度比較高，各個組件的試件粘接強度對比如表1所示。

表1 各個組件的試件粘接強度對比分析表

3.2 能譜分析結果

采用電子能譜進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，還會含有比較多的Si元素。

3.3 粘接斷面的觀察結果

使用40x顯微鏡來觀察試件粘接斷面的破壞形式，具體情況如表2所示。根據表2 的數據信息我可以發現，各個小組粘接斷面的破壞形式以界面破壞為主，在噴砂處理操作時各個試驗件會出現混合破壞的問題。

表2 粘接表面破壞形式分析表

4 樣品的表面形貌

4.1 表面處理對氧化鋯陶瓷粘接強度的影響

沒有經過處理的氧化鋯陶瓷在進行研磨、燒結之后表面會處于一個相對平整的狀態，微觀來看表面會存在一些凹坑和少量裂紋，拋光也無法將深度較深的凹坑去除。使用噴砂一定程度上能夠對試件表面的粗糙程度加劇，這就會讓溝槽和凹陷加劇，有時還會存在一些微小的細紋。在實驗中，氧化鋯在打磨處理之后，粘接強度和對照組相比會有所提升，SEM下瓷處理面會呈現出比空白小組更加粗糙的表面。噴砂是增加高強度陶瓷表面粗糙的有效方式，噴砂會應用一定壓力的氧化鋁微粒來沖擊瓷的表面，瓷會出現比較明顯的斷裂，之后增加粗糙度的表面積，去除表面的污染層，增加表面濕潤性，最終強化其和樹脂的粘接強度。經過SEM觀察，噴砂組瓷表面呈現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

整個實驗操作中的5個試件斷裂方式都以界面破壞為主，沒有發現內聚破壞，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度不高，甚至還會出現低于氧化鋯陶瓷和自粘接樹脂內聚強度，而出現這種現象可能和氧化鋯陶瓷的組合成分、試驗件的制作方式、粘接操作使用的樹脂水門汀類型不一致存在密切的關聯。

5 結語

綜上所述，氧化鋯是一種比較成功的牙科修復材料，但是從實際操作上來看，牙科修復效果不僅和材料性能存在關聯，而且還會和修復體的粘接性能存在關聯，氧化鋯強度比較高，在加工的時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計學研究意義，E組的粘接剪切強度比較高，也說明了氧化鋯表面涂布硅涂層時粘接前涂布硅烷偶聯劑不能夠提高氧化鋯和樹脂水門汀的粘接強度。使用噴砂的處理方法會讓表面的粗糙程度加大，還會讓樣品表面產生部分的裂紋，一定程度上還會產生凹陷。對于這個問題可以選擇合理的噴砂處理工藝，讓樣品表面產生不同的粗糙度，對應來控制氧化鋯的粘結性能。為此，在實施噴砂操作的時候可以在其表面上制備硅涂層，使用硅烷偶聯劑計來強化氧化鋯瓷和樹脂水門汀的粘接強度。硅烷偶聯劑一端的無機基因能夠和硅酸鹽陶瓷表面的Si-OH出現反應，另外一端的有機基因則是會和樹脂有機基因出現聚合反應，從而濕潤陶瓷表面，增強其表面的自由能，強化瓷和樹脂的歐聯作用。E組試驗件采取溶膠-凝膠技術在其表面制作硅涂層，增加其表面的硅元素含量，最終證明硅涂層聯合硅烷偶聯劑能夠提升氧化鋯和樹脂水門汀的粘接強度。各個小組粘接斷面的破壞形式以界面破壞為主，在噴砂處理操作時各個試驗件會出現混合破壞的問題，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度，但是提升的比值不明顯，硅涂層內部會出現內聚的現象，這一現象和硅涂層增加氧化鋯表面Si元素含量存在關聯，但是內聚破壞形式數量會減少，這個方式還需要相關人員立足實際來做出更深入的研究和思考，通過研究和思考來確保氧化鋯和自粘接樹脂水門汀形式的穩定。