不同粘接剂及表面处理对氧化锆的粘接强度的影响

不同粘接剂及表面处理对氧化锆的粘接强度的影响
刘振海;徐小川;高卫民;张振庭
【摘要】目的:评价不同粘接剂及表面处理方法对氧化锆陶瓷与粘接剂的粘接强度的影响.方法:将较大氧化锆瓷片和较小氧化锆瓷片派对,随机分成12组,每组10对.粘接剂选用Ketac Cem Easymix、Rely X luting、Bifix QM和Panavia F,对氧化锆的表面分别喷砂、硅烷化或喷砂联合硅烷化处理,并进行剪切粘接强度测试.结果:在使用Ketac Cem Easymix和Rely X luting时,喷砂提高了粘接强度(P＜0.01).在使用Bifix QM和Panavia F时,喷砂、硅烷化或喷砂联合硅烷化处理提高了粘接强度(P＜0.01).表面处理相同时,Panavia F与氧化锆的粘接强度高于其它粘接剂(P＜0.01).结论:使用Panavia F联合喷砂加硅烷化处理的粘接强度最高.
【期刊名称】《口腔颌面修复学杂志》
【年(卷),期】2016(017)003
【总页数】4页(P152-155)
【关键词】剪切粘接强度;粘接剂;氧化锆陶瓷;表面处理
【作者】刘振海;徐小川;高卫民;张振庭
【作者单位】北京积水潭医院口腔科北京100035;北京积水潭医院口腔科北京100035;首都医科大学附属北京口腔医学院北京100050;首都医科大学附属北京口腔医学院北京100050
【正文语种】中文
【中图分类】R783.1
氧化锆(ZrO2)因其优良的机械性能和良好的生物相容性而被广泛使用[1]。

氧化锆的抗弯强度可达到1000MPa，断裂韧性可达15MPa×m0.5。

氧化锆本身为惰性
材料，氢氟酸不能酸蚀氧化锆，所以氢氟酸酸蚀不能提高粘接强度[2-4]，氧化锆
难与粘接剂以化学键结合，通常氧化锆与粘接剂粘接失败的界面是氧化锆与粘接剂的界面[5-7]。

因此，有必要重点研究不同的表面处理方法对氧化锆与粘接剂的界
面粘接强度的影响。

本次研究的目的是评价出在粘接氧化锆陶瓷时比较理想的粘接剂和表面处理方法，为氧化锆陶瓷的粘接提供实验依据。

1.1 材料设备研究合作单位清华大学材料系将氧化锆(含97%氧化锆，3%氧化钇)
制作成两种规格的瓷片，分别是直径为12.0mm大瓷片和直径为4.0mm小瓷片，厚度均为2.5mm，个数分别为120个，随机抽取10个大瓷片与10个小瓷片构
成一组，共构成12组，瓷表面用磨光机(Phoenix 400，德国)磨光到400号粗度。

用自凝树脂将大瓷片固定在尼龙平板的小洞(直径为12.5mm深为4.0mm)中。

用600目碳化硅砂纸将氧化锆瓷片的表面抛光。

用无水乙醇在超声波清洗器(洁盟
JP-4820)中清洗3分钟。

1.2 实验分组选用非树脂粘接剂Ketac Cem Easymix与Rely X luting(3M ESPE,美国)时，对氧化锆表面不作处理或喷砂处理；选用树脂粘接剂Bifix QM(VOCO,
德国)(其硅烷偶联剂为Bifix Ceramic Bond)、Panavia F(Kuraray Medical，日本)(其硅烷偶联剂为SE BOND Primer)时，对氧化锆表面不作处理、喷砂处理、
硅烷化处理或喷砂加硅烷化处理。

喷砂是在喷砂机(Renfert，德国)内，0.25MPa
压强下在距离瓷片表面10mm处用50μm Al2O3砂粒喷砂10s。

喷砂后用无水乙醇超声清洗瓷表面3min后吹干。

硅烷化处理，严格按照使用说明书进行。

1.3 粘接在单面胶带上制作3.0mm的圆形小孔，将胶带的小孔贴在大瓷片的中央，用来限定将来粘接的面积。

严格按照使用说明书混和粘接剂，简述树脂粘接剂混和的操作过程如下：Bifix QM用快速混合注射管混和，Panavia F用A管B 管1∶1
混合，混和后，取质量的粘接剂放在胶带的小孔内，再用一个质量为0.5kg的重
物慢慢正压在小瓷片上，去除多余的粘接剂，使用Panavia F时，用防氧化剂II
对粘接剂边缘封闭。

室温静置30min，将已粘接好的试件置于37℃恒温的蒸馏水中保存24h[8]。

1.4 剪切粘接强度测定在万能试验机上，加载头平面与粘接面保持平行，间距约
为0.5mm。

调整加载速度至1.0mm/min，测量使粘接破坏的最大剪切力。

计算
出剪切粘接强度，剪切粘接强度=最大剪切力/粘接面积。

1.5 扫描电镜扫描用扫描电镜(SEM， JSM6360LV，JEOL，日本)在加速电压为
20KeV(千电子伏)条件下，观察并扫描喷砂前后ZrO2陶瓷表面结构。

1.6 统计学处理采用SPSS17.0统计学软件进行统计学分析，两组计量资料比较采用t检验，多组计量资料比较采用方差分析，两两比较采用SNK-q检验，P＜
0.05有统计学意义。

喷砂、硅烷化处理和喷砂联合硅烷化处理均提高了粘接剂和氧化锆的粘接强度。

使用Ketac Cem Easymix与Rely X luting时，喷砂提高了粘接剂与氧化锆的剪切
粘接强度(P＜0.01)。

使用Bifix QM和Panavia F时，喷砂、硅烷化处理和喷砂联合硅烷化处理均能提高粘接剂与氧化锆的剪切粘接强度(P＜0.01)，其中，喷砂联
合硅烷化处理对剪切粘接强度的提高最明显(P＜0.01)(图1)。

对氧化锆表面无论喷砂、硅烷化处理还是喷砂联合硅烷化处理，Panavia F与氧化锆的剪切粘接强度均高于其它粘接剂与氧化锆的剪切粘接强度(P＜0.01)(图2)。

喷砂前氧化锆陶瓷的表面粗糙度和孔隙均不明显，而喷砂使得陶瓷表面的粗糙度和孔隙均明显增加(图3)。

喷砂提高了四种粘接剂与氧化锆的剪切粘接强度。

使用Bifix QM和Panavia F时，喷砂、硅烷化处理和喷砂联合硅烷化处理都能提高粘接剂与氧化锆的剪切粘接强度。

(**为P＜0.01)。

无论喷砂、硅烷化处理还是喷砂联合硅烷化处理，Panavia F与氧化锆的剪切粘接
强度高于其它粘接剂与氧化锆的剪切粘接强度。

(**为P＜0.01)。

喷砂前氧化锆陶瓷的表面粗糙度和孔隙均不明显，而喷砂后，氧化锆陶瓷表面的粗糙度、孔隙和表面积均明显增加。

氧化锆陶瓷具有立方晶相、四方晶相和单斜晶相3种晶相结构。

高于2370℃时，氧化锆陶瓷呈立方晶相结构；温度在1170℃-2370℃时，氧化锆陶瓷呈四方晶相，1170℃到室温单斜晶相稳定存在。

温度由高到低过程中，在670℃-1070℃范围
内可发生由立方晶相到四方晶相的晶相转换，随后体积增加约3-4%。

当受到外力作用而出现微裂纹时，在应力诱导下，由立方晶相到四方晶相的晶相转换，体积也增加约3-4%，增加的约3-4%体积将产生压应力，增加了裂纹扩展所需要的负荷
和阻止裂纹的延伸，起到强化增韧的效果。

这种机制即为相变增韧[9]，而钇稳定
氧化锆具有较高的挠曲强度。

本实验选用的氧化锆含有3%氧化钇。

氧化锆本身为惰性材料，难与粘接剂以化学键形式化学结合，因此选用氧化锆表面处理的方法就变得重要了。

常用于其它陶瓷表面处理的方法有：酸蚀、砂纸打磨、金刚砂磨具研磨、氧化铝喷砂和硅烷化等表面处理方法。

由于氧化锆不与氢氟酸反应，所以不能用酸蚀氧化锆表面[3]；由于氧化锆质地坚硬，所以砂纸打磨、金刚
砂磨具研磨效果欠佳。

因此，本实验选择了喷砂、硅烷化和喷砂联合硅烷化。

喷砂去掉玷污层，扩大了粘接面积，增加氧化锆陶瓷孔隙和表面积，创造一个具有锁结作用的瓷表面[10-12]，从而提高粘接剂与氧化锆陶瓷的粘接强度。

本实验也
证实这一点,喷砂均提高了四种粘接剂与氧化锆的剪切粘接强度。

硅烷偶联剂能提
高树脂粘接剂Bifix QM和Panavia F与氧化锆的剪切粘接强度。

硅烷偶联剂可改善树脂粘接剂对瓷表面的润湿性[13,14]，树脂粘接剂更容易渗入氧化锆表面的微
观孔隙中，从而增加有效粘接面积并且增强机械嵌合作用。

而Li等研究表明，硅
烷偶联剂对提高树脂粘结剂粘接剂与氧化锆的粘接强度效果不明显，可能原因是使用硅烷偶联剂不同造成的，Li 等[12]的实验使用一种硅烷偶联剂，本实验使用每种
粘接剂对应的硅烷偶联剂。

由实验所得：喷砂联合硅烷化能提高树脂粘接剂Bifix QM和Panavia F与氧化锆的剪切粘接强度，而且作用最明显。

实验结果与以前的实验结果相似[12]。

喷砂去掉玷污层，扩大了粘接面积，增加氧化锆陶瓷孔隙表面，创造一个具有锁结作用的瓷表面，硅烷偶联剂可改善树脂粘接剂对瓷表面的润湿性，树脂粘接剂更易渗入氧化锆表面的微观孔隙中。

喷砂时氧化铝颗粒镶嵌到氧化锆表面，镶嵌的氧化铝颗粒与硅烷偶联剂形成化学结合，从而提高粘接剂与氧化锆粘接强度的[12]。

树脂粘接剂种类繁多，通常根据是否含功能性粘接单体分为两大类：一类为不含功能粘接剂单体的Bis-GMA类树脂粘接剂，称为传统的Bis-GMA树脂粘接剂；另一类为含有功能性粘接单体的树脂粘接剂，如含有MDP的树脂粘接剂，以Panavia F为代表[15]。

本实验选用临床上比较常用的不含功能性粘接剂单体的Bis-GMA类树脂粘接剂Bifix QM和含有MDP功能性粘接剂单体的树脂粘接剂Panavia F，同时选择常用的玻璃离子粘接剂Ketac Cem Easymix和树脂加强型玻璃离子粘接剂Rely X luting。

由实验所得：含有MDP的Panavia F的粘接性能高于Ketac Cem Easymix、Rely X luting和Bifix QM。

Panavia F含有磷酸类单体MDP，MDP可以溶解切削微粒子层，通过自身扩散渗透到陶瓷，使陶瓷表面产生树脂浸润层，树脂浸润层与粘接剂结合成一个整体，以提高陶瓷的粘接强度，含有MDP的粘接单体可以与氧化锆陶瓷形成化学粘接[16,17]。

ISO/TS 11405(2003)[18]：在37℃水中保存24h足可区分粘接材料是否能抵御潮湿环境的能力，因此本实验选择将粘接后的试件在37℃蒸馏水中保存24h。

但是对粘接剂和氧化锆表面处理方法的优劣进一步区分，需长期观察，尤其需要临床观察加以证实。

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