POSS改性牙科复合树脂的制备与性能研究

发布时间：2018-01-30 18:17

本文关键词： 复合树脂多面低聚倍半硅氧烷聚合收缩机械性能静电纺丝团聚　出处：《第四军医大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着医患双方美容意识及保存治疗观念的提升，复合树脂已经逐渐取代了银汞合金，成为临床牙体缺损直接修复治疗中最常用的材料。然而长期的临床实践及调查表明，复合树脂修复的临床失败率仍然较高，临床使用寿命也较银汞合金短。这主要是因为复合树脂的聚合收缩及收缩应力大，可导致树脂边缘微渗漏、继发龋、树脂脱落、术后敏感、染色、牙齿裂纹；另外复合树脂强度以及耐磨性较低，造成树脂的断裂以及磨损等许多问题。近年来，国内外学者针对树脂聚合收缩以及材料的机械性能方面的问题，主要是从开发新型单体和新型无机填料入手，以期改善复合树脂的机械和收缩性能，从而在一定程度上提高树脂的使用寿命。虽然这些尝试在某些性能上获得了令人满意的实验结果，但是也有很多结果却显示在某项性能改善时，其他性能却降低，如聚合收缩下降的同时却造成机械强度的下降。在复合树脂的性能改性仍然需要进一步深入研究。多面低聚倍半硅氧烷（POSS）是一种纳米杂化材料，它具有纳米的结构，同时还兼具有机和无机的特性，其有机结构可以赋予POSS与树脂基质的可反应性，而其无机结构具有较高的刚度，可以赋予材料高的机械性能。正是因为POSS的这种有机无机杂化特性，本研究拟选择它作为牙科复合树脂的改性材料。本研究选用了两种与树脂基质具有相同官能团的甲基丙烯酸酯基POSS，并检测不同的POSS添加及处理方法对复合树脂的形貌结构以及各项性能的影响，初步探讨POSS改性复合树脂的机制，以期选择出具有最佳性能的POSS改性复合树脂的方法。本研究第一部分的实验一选择使用两种具有不同官能团数目的甲基丙烯酸酯基POSS(MA-POSS和MI-POSS)，按照不同的质量分数（1wt%，3wt%，5wt%，10wt%），直接添加进树脂基质中；而实验二主要针对实验一中出现的团聚问题，对上述两种POSS采用溶剂混合蒸发法混合进入复合树脂。两个实验观察了不同种类，不同质量分数的POSS对复合树脂断裂面形貌、结构、及双键转化率、挠曲强度、挠曲模量、体积收缩以及最大磨损深度的影响，并讨论了材料的结构与性能的关系。而本研究的第二部分主要针对第一部分中MI-POSS的团聚问题，采用了预聚法以及静电纺丝法先行对POSS进行处理，再添加入树脂中，通过这两种方法旨在提高MI-POSS在树脂基质中的分散性，减少POSS团聚的发生。通过本研究，我们得到了以下重要的结果： 1.采用直接混合法时，MA-POSS的分散性较MI-POSS好；MA-POSS在低浓度时可以提高复合树脂的挠曲强度、挠曲模量以及耐磨性；高浓度的MA-POSS因为形成了团聚所以造成了复合树脂挠曲强度、挠曲模量以及耐磨性的下降；MI-POSS各个浓度都形成了团聚，而且随着浓度的增加，团聚在数目和大小都随着POSS浓度的增加而增加；MI-POSS降低了复合树脂的挠曲强度、挠曲模量和耐磨性，而且随着MI-POSS浓度的上升上述性能在不断下降；无论MA-POSS还是MI-POSS都可以降低复合树脂的聚合收缩。 2.采用溶剂混合蒸发法可以明显提高MA-POSS在树脂中的分散性；各个质量分数的MA-POSS改性树脂的断裂面都很均匀，随着MA-POSS浓度的上升，复合树脂挠曲强度、挠曲模量以及耐磨性在不断上升；与实验一相比，树脂的挠曲强度最大值所在浓度由3wt%提升到5wt%，这说明溶剂混合法提高了MA-POSS的分散性。对于MI-POSS来说，由SEM和WAXD结果可知，仍然存在MI-POSS的团聚，但是团聚的尺寸和数量都较实验一直接添加法有所减小；各个质量分数MI-POSS改性复合树脂的挠曲强度、挠曲模量、耐磨性也都较直接混合法的高，但是仍然是随着MI-POSS的增加而出现的是下降的趋势。 3.预聚法处理后MI-POSS的分散性得到了明显的提高，树脂断裂面的粗糙度以及树脂的机械性能也明显增加；当POSS的浓度在3wt%以下时，，树脂的挠曲强度、挠曲模量不断提高；但当POSS浓度为5wt%时，WAXD以及SEM显示其形成了少量的团聚，造成了它挠曲强度出现了下降；与第一部分实验类似，树脂的聚合收缩随着POSS含量的增高而在不断的下降，而树脂的聚合收缩也随着POSS含量的增加而减小。 4.通过静电纺丝法成功的合成了POSS纤维，纤维直径为800nm左右，将其添加进树脂中，结果显示，采用静电纺丝法树脂各项性能变化的趋势与预聚法相似，不但可以增加复合树脂的挠曲强度、挠曲模量和耐磨性，也可以减小复合树脂的聚合收缩，静电纺丝法较预聚法的挠曲强度和挠曲模量都高。但是复合树脂在POSS浓度为3wt%时挠曲强度较预聚法提高10MPa，而浓度为5wt%时的挠曲模量较预聚法提高1Gpa。综上所述，两种POSS都可以明显降低复合树脂的聚合收缩；直接混合MI-POSS和高浓度的MA-POSS会造成POSS在树脂基质中形成团聚，造成机械等性能的下降；而通过溶剂混合蒸发法可以明显的改善MA-POSS在树脂中的分散性，并可以提高树脂的机械性能以及耐磨性，但是他对MI-POSS的效果并不明显；而通过预聚法和静电纺丝的方法都可以提高MI-POSS树脂的分散性，但静电纺丝法最终得出的树脂的机械性能较预聚法高。
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【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R783.1

【参考文献】