四针状氧化锌晶须基托复合树脂与传统基托树脂冲击强度及洛氏硬度的对比研究①

肖 月，张宏伟，吕经宇，迟艳侠

(佳木斯大学附属第二医院口腔医院，黑龙江 佳木斯 154002)

四针状氧化锌晶须基托复合树脂与传统基托树脂冲击强度及洛氏硬度的对比研究①

肖 月，张宏伟，吕经宇，迟艳侠

(佳木斯大学附属第二医院口腔医院，黑龙江 佳木斯 154002)

目的：探讨四针状氧化锌晶须基托复合树脂与传统基托树脂冲击强度及洛氏硬度。方法：称取不同质量的四针状氧化锌晶须和热凝牙托粉，制成四针状氧化锌晶须比例为0%、3%、5%和10%的复合树脂，采用自制模具，将材料分别填塞到模具中，二次加压，热处理后，检测挠曲强度(Flexual Strength, FS)、抗压强度(Compression Strength, CS)和径向拉伸强度(Diametral Tensile Strength, DTS)、洛氏硬度(Rockwell Hardness,HR)和冲击强度(Impact Strength,IS)。结果：随着四针状氧化锌晶须添加量的增加，树脂的机械强度、HR和IS呈先升高后降低的趋势，当四针状氧化锌晶须添加量为5%时，其FS、CS、DTS、HR和IS值达到最优，与无添加的基托树脂相比，FS、CS、DTS、HR和IS值分别增加了45.6%、13.6%、40.0%、20.9%和66.7%，并具有统计学差异(P<0.05)。结论：四针状氧化锌晶须的添加量对基托复合树脂的FS、CS、DTS、HR和IS值均有影响，当四针状氧化锌晶须添加量为5%时，其FS、CS、DTS、HR和IS值达到最优。

四针状氧化锌晶须；传统基托树脂；冲击强度；洛氏硬度

牙列缺损及缺失等口腔疾病是临床常见疾病之一，制作一副坚固、耐用、美观、舒适的义齿是解决此类口腔疾病的主要措施。目前，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、纳米材料和复合树脂广泛应用于临床[1,2]。但大量临床结果显示以上材料因其自身理化性质，而易产生韧性硬度不足、微渗漏、磨损和老化腐蚀等问题。四针状氧化锌晶须是一种新型材料，具有抗菌、补强增韧、耐磨、微波吸收、减振、抗碎裂等多种独特的功能和用途[3]。因此，本研究将四针状氧化锌晶须添加到复合树脂中，对比其与传统基托树脂冲击强度和洛氏硬度。

1 实验步骤

1.1 材料的制作

1.1.1 纳米复合粉体的调和：称取不同质量的四针状氧化锌晶须(购自成都交大晶宇科技有限公司)和热凝牙托粉，比例分别为0:100，3:97，5:95，10:90，两种粉体重量为35g。用移液管量取 20mL热凝牙托水置于盛放四针状氧化锌晶须的烧瓶中，超声振荡5min，使四针状氧化锌晶须均匀分散在热凝牙托水中并形成混悬液，并加入相应比例的热凝牙托粉，并搅拌均匀。将烧杯采用塑料薄膜封口，于室温下，放置60min后，可填胶。

1.1.2 材料的充填：采用自制模具，长80mm，宽10mm，深6mm的凹槽。将材料从烧杯中取出，揉捏均匀，分别填塞到模具的6个凹槽中，表面覆盖锡箔纸，盖上板盖，螺钉固定。并将模具加压，使材料压实，去除凹槽周围溢出的多余材料。采用上述方法并进行第二次压实。将模具放入热聚合器中，30min内将水温由30℃上升至95℃，并保持 60min，待冷却后，取出材料。

1.2 检测指标及方法

1.2.1 强度检测：挠曲强度(FlexualStrength,FS)、抗压强度(CompressionStrength,CS)和径向拉伸强度(DiametralTensileStrength,DTS)在电子万能实验机上进行测定。条件为：压头半径 2.0mm，跨距L为20mm，测试速度1mm/min，传感器量程 10kN，相对湿度 50%，室温 22℃。记录破坏力F(N)，计算公式为：FS=3FL/2Wh2，CS=4F/πd2，DTS=2F/πdh。W为试件宽度，d为试件厚度，h为试件高度，单位为mm。

1.2.2 洛氏硬度(RockwellHardness，HR)测试：将实验试件置于洛氏硬度计上测试，HR直接从试验机上读出。每个试件随机选择3点，结果取平均值。

1.2.3 冲击强度(ImpactStrength，IS)测试：将实验试件水平放置于简支梁冲击实验机支座的两个支点上，间距 40mm，不加摆锤，对试件进行冲击，使试件断裂，以单位横截面积所消耗的功表征试件的冲击韧性。记录每个试件冲击断裂后所消耗的功。计算公式为：IS=A/bd(J/m2)。A为无缺口试件断裂时消耗的功；b为试件宽度；d为试件厚度，单位为mm。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 四针状氧化锌晶须为白色粉末，针状长度为20～30μm，针状体根部直径为1.5～1.8μm，表观密度为0.2g/cm3，实际密度为5.3g/cm3，MIC值小于200PPM，对皮肤及眼睛无刺激性，热膨胀性及耐热性均较优。见图1。

图1 四针状氧化锌晶须电镜扫描图(A×400,B×2000)

2.2 随着四针状氧化锌晶须添加量的增加，树脂的机械强度呈先升高后降低的趋势，当四针状氧化锌晶须添加量为5%时，其FS、CS和DTS值达到最优，与无添加的基托树脂相比，FS、CS和DTS值分别增加了45.6%、13.6%和40.0%(P<0.05)，见表1和图2。

表1 四针状氧化锌晶须添加量对基托树脂机械强度的影响±s)

图2 四针状氧化锌晶须添加量对基托树脂机械强度的影响

2.3 不同含量的四针状氧化锌晶须对对基托树脂HR和IS的影响不同。随着四针状氧化锌晶须添加量的增加，树脂的HR和IS呈先升高后降低的趋势，当四针状氧化锌晶须添加量为5%时，其HR和IS值达到最优，与无添加的基托树脂相比，HR和IS增加量分别为20.9%和66.7%(P<0.05)，见表2和图3。

图3 四针状氧化锌晶须添加量对基托树脂HR和IS的影响

0%3%5%10%HR105.45±1.44114.45±1.37127.54±1.42119.43±1.35IS(J/m2)6.31±0.428.95±0.5310.45±0.449.17±0.43

3 讨论

牙列缺损及缺失等口腔疾病是临床常见疾病之一，良好的填充材料决定了患者的咀嚼和牙齿美观。对于临床应用的填充材料一般需满足以下要求：①具有良好的安全性、无毒、无刺激、无异味。②具有耐腐蚀性，化学稳定性好，不易被唾液酶分解。③具有良好的硬度及耐磨性，不易断裂及磨损。④具有美观性，材料颜色应与牙齿颜色基本一致，透明度符合审美要求[4]。⑤具有可操作性，制作方法简单简便。

目前，临床上常用的填充材料有复合树脂、PMMA和纳米材料等[2]。复合树脂中常加入SiO2、Al2O3、玻璃粉、羟基磷灰石和氧化锆等，来增强材料的硬度、强度、耐磨性和刚性。尽管如此，复合树脂的机械性能较差。并且，复合树脂易形成微渗漏、牙菌斑及继发龋齿[5]。Van等[6]对采用传统型、微填料型和复合树脂型填充材料患者进行了随访，结果显示复合树脂型填充材料表面的牙菌斑沉积最高，并且继发龋齿的患者比例最高。而PMMA是一种高分子聚合物，其具有操作简单、便于修复和良好的美学性能而广泛应用于临床，但是其韧性及硬度不足，限制了其进一步发展。目前，有研究者同过向PMMA中加入纤维和无机材料等来提高其机械性能，如玻璃纤维复合PMMA可具有更优的弯曲强度、横断强度和冲击强度。肖月等[7]研究结果显示，向PMMA中加入氧化石墨烯所制成的材料可以提高基托的抗弯曲强度及拉伸强度。随着现代物理学和材料学的发展，纳米粒子已得到了广泛的应用。纳米粒子具有光学、磁、催化、润滑性质等其它材料所不具备的性质[8]。纳米粒子作为填充材料，可有效的提高材料的韧性。其颗粒小、比表面积大，可强有力的结合基质材料，提高材料的刚性和硬度。

四针状氧化锌晶须是40年代发现的，90年代制备出来的一种新型的功能材料，呈三维结构，每个晶体间的夹角为109°，具有类似支架的作用，可以减少外界力对材料的破坏[9]。并且高度有序的原子排列结构使其强度和模量接近于材料的原子间价键的理论强度，是一类力学性能十分优异的新型复合材料，其具有较优的耐磨性、硬度、韧性和抗老化性等。此外，有大量资料表明四针状氧化锌晶须还具有抑菌效果，对白色念珠菌、变形链球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等具有良好的抗菌作用，减少细菌的黏附，减少继发龋及龈炎发生的可能性。本研究通过向传统基托树脂中加入不同比例的四针状氧化锌晶须，结果显示其能够显著增加FS、CS、DTS、HR和IS指标，并且随着四针状氧化锌晶须添加量的增加，树脂的机械强度、HR和IS呈先升高后降低的趋势，当四针状氧化锌晶须添加量为5%时，其FS、CS、DTS、HR和IS值达到最优，具有较好的机械性能，与张潇雯等研究一致[10]。此外，在制作过程中，注意将四针状氧化锌晶须与传统基托树脂搅拌均匀，减少气泡和材料分布不均。并采用两次加压，避免材料硬度不足。此外，采用缓慢升温和自然降温的措施，提高材料的聚合均一性及变形性，因而我们制作的材料外观无气泡、透明度较好，机械性能的检测表明其粉液调和均匀，压力充足。

综上所述，向基托复合树脂中加入不同比例的四针状氧化锌晶须，均可影响FS、CS、DTS、HR和IS值。当四针状氧化锌晶须添加量为5%时，其FS、CS、DTS、HR和IS值达到最优，可有效的提高材料机械性能。

[1]FerracaneJL,BergeHX.Currenttrendsindentalcomposites[J].CritRevOralBiolMed, 1995(6):302-318

[2]胡占江，赵忠，王雪梅．纳米氧化锌抗菌性能及机制[J].中国组织工程研究，2012，16(3)：527-530

[3]郭永锦，余婧爽，林燕，等. 氧化锌晶须增韧复合树脂的制备及机械性能的研究[J]. 口腔医学研究，2014，30(12)：1135-1137

[4]刘玉杰，杨玉娟，于敏霞，等. 100 例种植牙患者的护理体会[J]. 黑龙江医药科学，2011，34(3)：89

[5]董波，李益玲，贾小可，等.氧化锌晶须改性光固化复合树脂的力学性能和抑菌性[J]. 中国体视学与图像分析，2014，19(4)：354-356

[6]VanDijkenJWV.Aclinicalevaluationofanteriorconventional,microfiller,andhybridcompositeresinfillingsA6-yearfollow-upstudy[J].ActaOdontolScand, 1986, 44 (6):357-367

[7]肖月，李在龙，王丹，等. 氧化石墨烯填料对PMMA机械性能的影响[J]. 黑龙江医药科学，2015，38(3)：106-107

[8]WuDZ,FanXM,DaiJ,etal.PreparationandPhotocatalyticPropertiesofCu2S/Tetrapod-LikeZnOWhiskerNanocomposites[J].ChinJCatal, 2012(33):802-807

[9]戴英，张跃，方圆，等. 高品质四针状氧化锌晶须的结构及生长机理[J]. 北京科技大学学报，2002，24(2)：200-202

[10]张潇雯，乔萍丽，吴艳芬，等. 氧化锌晶须填料对义齿基托树脂力学性能的影响[J]. 口腔生物医学，2013，4(3)：130-133

A comparative study of the impact strength and rockwell hardness of tetrapod-like zinc oxide denture base resin and traditional denture base resin

XIAOYue，ZHANGHong-wei,LÜJing-yu，CHIYan-xia

(The Second Affiliated Dental Hospital of Jiamusi University, Jiamusi 154002,China)

Objective: To investigate the impact strength and rockwell hardness on tetrapod-like zinc oxide denture base resin and traditional denture base resin. Methods: Tetrapod-like zinc oxide and heat curing denture powder in different qualities were weighted to make tetrapod-like zinc oxide with ratio of 0%, 3%, 5% and 10% in composite resin. The materials were packed into homemade molds with second pressure. After heating treatment, flexural strength(FS), compressive strength (CS) and Diametral Tensile Strength (DTS), rockwell hardness (HR) and impact strength (IS) were tested. Results: With the increase of tetrapod-like zinc oxide content, the mechanical strength of the resin, HR and IS increased and then decreased. When the tetrapod-like zinc oxide whisker content reached 5%, the FS, CS, DTS, HR and IS had optimal values. Compared to traditional denture base resin, FS, CS, DTS, HR and IS values were increased by 45.6%, 13.6%, 40.0%, 20.9% and 66.7% (P<0.05),respectivelywithasignificantdifference. Conclusion: The tetrapod-like zinc oxide whisker content can affect the values of traditional denture base resin. When the tetrapod-like zinc oxide whisker contents reach 5%, the FS, CS, DTS, HR and IS values are optimal.

tetrapod-like zinc oxide whisker;traditional denture base resin;impact strength;rockwell hardness

肖月(1963～ )男 ， 吉林永吉人，学士 , 教授，主任医师，硕士研究生导师。

迟艳侠(1978～ )女，黑龙江佳木斯人，硕士，主治医师。E-mail：491948186@qq.com。

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A

1008-0104(2017)02-0076-03

2015-12-18)