不同处理方法对金属与复合树脂粘结强度影响的研究

陈宇

随着烤瓷冠、桥修复在临床的应用越来越广泛,由于各种原因造成脱瓷、崩瓷成为临床上经常遇到的问题。由于金属与瓷层的界面是金属烤瓷的薄弱环节,所以大量的崩瓷现象发生在该界面,导致金属基底面暴露。因此,金瓷修复体崩瓷的口内修补成为有待解决的课题。本实验模拟临床口内崩瓷复合树脂粘结修复过程,采用三种不同方法对镍铬合金处理后,应用 Voco Cimara崩瓷复合树脂修复系统粘结修复,并分别测定其剪切强度,评价复合树脂修复中不同方法对金属与复合树脂剪切粘结强度的影响。旨在为临床修补金瓷修复体提供一种新的表面处理方法。

1 材料与方法

1.1 材料与测试仪器 镍铬合金(镍 60.98%、铬 23.8%、钼11.3%、硅 1.9%、铁 1.4%,Heraeus Kulzer Co,LTD,Germanny)、30μm Al2O3砂粒 (3M ESPE Cojet,Germanny),口内喷砂仪(DENTO-PREP,Germanny),金钼试样预磨机(中国上海),光固化灯(Siona,Germanuy),材料力学试验机(CSS-44020),金属处理剂：alloy prime(Kuraray Co,LTD,Japan),崩瓷树脂修复系统：Voco Cimara(Voco,Germany)：Voco Opaquer LC金属遮色剂、Voco Cimara Arabesk Top复合树脂。

1.2 合金试件的制备 (1)试件制备：制作蜡型,包埋铸造,获得 40个直径为10mm,高为 3mm的镍铬合金金属块。在可拆分圆柱体金属模具内填满自凝树脂后,将合金金属块固定在树脂内,金属表面暴露。树脂固化后,将模具打开,取出合金试件。(2)试件表面处理：模拟烤瓷冠制作过程中基底冠的表面处理,550 r/m in的金相试样预磨机上,用 150目碳化硅砂纸,流动水冲洗状态下对每个试件表面均匀打磨 10m in,冲洗吹干。打磨过程中采用定制的模具控制打磨方向,保证打磨后的试件圆柱体底面与轴线垂直,以保证剪切过程中剪切刀具方向与金属 -复合树脂界面一致,不因受侧向阻碍而增大所测得剪切力。在所有试件表面贴一直径 7mm的带孔胶带,以限定粘结面积。

1.3 实验分组 将所有试件随机分为 4组,每组 10颗。对照组：金属表面 37%磷酸酸蚀 1m in。alloy primer组：按说明将alloy p rimer均匀涂布一薄层于暴露的金属表面,放置 30 s。激光组：用激光进行处理,处理参数为：电流18A,扫描速度30mm/s,频率 1 000 Hz,疏密 0.34,照射 30 s。喷砂组：喷砂处理,30μm Al2O3砂粒距离 0.5 cm,气压为 0.5MPa,时间为4min。

1.4 粘结方法 所有试样由同一医师按要求对合金处理后完成修补。修补程序如下：(1)合金处理端表面涂布 0.4 mm左右遮色层,光照固化 40 s。(2)涂薄层粘结剂,光照固化 20 s。(3)树脂瓷完成修补(厚度不超过 2mm),光照固化 40 s。操作过程中注意光照角度及部位,确保光照充分,固化完全。修补后试件浸于 37℃蒸馏水中恒温保持24 h,进行剪切强度测试。

1.5 剪切强度测试 测试时将试样固定后处置于载物架上,剪切刀具沿修补材料与合金处理端结合面的方向加载。速度为 0.5mm/min,直至试样断裂,仪器自动记录下此时对每个样本施加的剪切力值。进而根据断裂面积计算剪切强度,即修补材料与合金的结合强度。修补材料与合金的结合强度按下式计算：P=F/S。式中：P为修补材料与合金的结合强度(MPa);F为试件断裂时的载荷(N);S为修补材料断裂面积(mm2)。

1.6 体视显微镜下观察粘结试样断裂模式及断口形貌。

2 结果

2.1 剪切强度结果 Alloy primer组和激光组所获得的镍铬合金与复合树脂间剪切强度显著高于对照组(P＜0.05);喷砂组所获得的镍铬合金与复合树脂间剪切强度与对照组差异无统计学意义(P＞0.05);alloy p rimer组和激光组差异无统计学意义(P＞0.05)。见表 1。

表 1 不同方法处理剂处理后镍铬合金与复合树脂间强度n=10,MPa

2.2 粘结试样断裂模式 20倍 OPTON体视显微镜下观察到激光组和喷砂组各有 2例试件呈现混合性破坏,即断裂部分发生于粘结界面,呈粘结断裂模式,另一部分发生于修补材料自身,呈现内聚型破坏模式。其它金属与复合树脂的剪切断面均位于金属 -复合树脂粘结界面,且断面光洁,无修补材料附着。

3 讨论

烤瓷冠桥修复已成为牙体缺损和牙列缺损固定义齿修复的最常用方法。但因金瓷质地较脆,瓷体金属底层粘结不佳,常出现崩瓷现象,据统计占烤瓷冠桥修复失败的 21.4%[1]。现在许多学者对崩瓷后的修复作了大量的研究,但都集中瓷的表面处理对粘结的影响,或对不同的瓷修复系统进行实验室比较[2]。金属的处理及粘结一直是瓷修补的难点。由于影响粘结强度的因素很多,目前对金属-树脂界面的最低结合强度尚无明确规定。

金属处理剂 alloy primer中含有 MDP-甲基丙烯酰氧葵基磷酸酯,属于磷酸酯类粘结剂,双键一端通过 Bis-GMA单体与复合树脂产生共聚,另一端其磷酸酯基团与金属表面氧化膜中的氧原子进行本位结合及氢键结合。从而将复合树脂与金属连接成一个整体。金属处理剂 alloy primer中还含有主要针对贵金属合金的 VBATDT-硫羰酸类粘合性单体,其SH基团可直接与贵金属表面建立化学键连接,乙烯基团与树脂粘结剂连接,形成功能整体,对这一点起了弥补作用,从而对贵金属合金同样能增加金属 -复合树脂间的剪切强度。本实验使用的为 Nd：YAG激光器,其工作物质是钇铝石榴石(Y3Al5O12)晶体中掺入质量分数为 1.5%的钕制成的。Y3Al5O12在外界泵浦的激励下很容易在亚稳态和某一激发态之间形成粒子数反转,因而产生受激辐射形成激光。激活介质对激光具有放大作用[3]。激光处理后表面形貌可见合金表面呈现风格状结构,风格线凹陷,由若干凹坑状边缘规则的脉冲点子连接而成,未处理部位则相对平坦[4]。口腔内的环境决定了口内喷砂的强度较弱,所用喷砂材料的颗粒较小,而且喷砂所用压力也较低,这样的喷砂条件作用在坚硬的镍铬合金表面形成的有利于粘结的孔洞较小而浅。使合金表面达到一定的粗糙度,增强与修补材料之间的结合。尽管如此,树脂与合金之间的粘结效果与瓷相比仍不理想。

粘结强度是评价粘结效果的直接指标。金属与复合树脂主要通过物理机械连接与化学键连接来建立粘结。物理机械连接是通过对金属表面粗化处理而获得。化学键的形成主要依赖于各种崩瓷修复系统的处理剂、粘结剂获得,一般都是含双功能基团的化学物质,起到偶联作用。本实验应用激光和金属处理剂alloy primer处理后,与树脂粘结强度较对照组、喷砂组显著增大,表明二者对金属表面有良好的粗化作用并与树脂能形成良好的机械连接。本实验中采用 30μm Al2O3进行了试件表面喷砂粗化处理,未形成足够的基底面粗糙度。虽比对照组的粘结强度有所提高,但无显著性差异。本实验激光组和金属处理剂alloy primer试样各有 2例断裂发生于修补材料自身,而非金属与修补材料业结界面上,亦揭示金属与修补材料之间形成了理想的结合。而喷砂组断裂全部发生于金属与修补材料界面上,结合强度明显低于修补材料内聚力。试样的断口形貌分析揭示,激光组和金属处理处理剂alloy primer对合金表面的处理效果优于喷砂处理,与剪切粘结强度测试结果吻合。

1 马轩祥.我国瓷修复的问题与展望.中华口腔医学杂志,1999,34：261-263.

2 Van dervyver PJ,Wet FA,Botha SJ.Shear bond strength of five porcelain repair systems on cerec porcelain.SADJ,2005,60：196-198.

3 乍潇,赵信义,施长溪,等.表面状态对酒精 -水基粘结刺粘结界面影响的 TEM研究.现代口腔医学杂志,2004,18：507-509.

4 史言利,牟月照.Nd：YAG激光在瓷修补表面处理中应用的实验研究.口腔颌面修复学杂志,2006,7：24-26.