编号：YYHY00979

篇名：铝、锆掺杂介孔二氧化硅小球的制备及其在牙科树脂中的应用

作者： 李怀珠

关键词： 介孔二氧化硅; 牙科树脂; 力学性能; 耐老化性能; 生物相容性;

机构： 太原理工大学

摘要： 牙科树脂复合材料的出现是龋齿修复历程上的一场重要改革,其可以通过微创手术尽可能保留牙齿健康的组织结构并提供自然的美观度,逐渐成为了汞合金等传统材料的完美替代品。然而,牙科树脂由于机械强度不足,容易应力折断等问题,限制了其进一步应用。在复合树脂中添加介孔二氧化硅填料,可以与树脂基体形成机械互锁,从而提高复合树脂的机械强度。然而,由于介孔二氧化硅的水解稳定性极差,含介孔二氧化硅的复合树脂在水中浸泡一段时间后,机械性能显著下降。鉴于此,本文提出了在介孔二氧化硅内引入功能元素来提高其水解稳定性,从而改善复合树脂的耐老化性能,优化了复合树脂的综合性能。具体研究内容和结果如下: 1.通过溶胶-凝胶法制备了介孔二氧化硅(MSSs),然后将铝离子通过非均相成核掺入MSSs中形成铝掺杂介孔二氧化硅(Al-MSSs),随后以Al-MSSs颗粒作为功能填料加入复合树脂中,对含Al-MSSs复合树脂力学性能和耐老化性能进行了评估。研究发现,制备的Al-MSSs粒径均一,分散性良好并且具有完整的球形形貌、褶皱状的介孔结构和稳定的抗水解能力。复合树脂的力学性能随着无机填料负载量的增加而逐渐提高,且在相同填料含量下,力学强度和含MSSs的复合树脂接近,均高于实心二氧化硅小球(NSSs)组。在37℃去离子水中老化30天后,含有25 wt%的Al-MSSs的树脂复合材料的弯曲强度仅下降了3.53%,而填充NSSs和MSSs的树脂复合材料的弯曲强度分别下降11.37%和30.29%。Al-MSSs、NSSs和MSSs作为双峰填料时,其对应的弯曲强度下降率分别为4.90%、9.69%和34.61%,其中功能填料含量仅为10 wt%(总填充量为60 wt%)。这说明我们制备的Al-MSSs可以同时提高复合树脂的力学性能和耐老化性能。而且,进一步研究表明,加入Al-MSSs不会明显影响复合树脂的其他物理化学性能。 2.利用溶胶-凝胶法制备了MSSs,然后通过简单的浸泡法制备了锆掺杂介孔二氧化硅(Zr-MSSs),将Zr-MSSs作为无机填料掺入复合树脂中,对含Zr-MSSs的复合树脂力学性能和耐老化性能进行了评估。研究发现,所制备的Zr-MSSs具有独特的褶皱状介孔结构和完整的球形形貌,且分散性良好,粒径均匀,其中Zr原子百分比为1.29%。复合树脂机械性能随着无机填料负载量的增加而逐渐提高。将其在37℃的去离子水中浸泡后,含有25 wt%的Zr-MSSs颗粒的树脂复合材料浸泡后的弯曲强度相比浸泡前的力学性能下降了6.61%。而相同含量下含MSSs和NSSs的复合树脂的弯曲强度分别下降了30.29%和11.37%。采用商用树脂3M Z350XT和Zr-MSSs、MSSs以及NSSs作为双峰填料(其中功能填料含量为10%,填料总含量为60%)的复合树脂进一步评价其耐老化性能。其对应的弯曲强度相比浸泡前分别下降了15.19%、7.42%、34.61%和9.67%。细胞毒性实验表明,Zr的引入没有明显的细胞毒性。说明我们所制备的Zr-MSSs可以显著提高复合树脂的力学性能和耐老化性能,且不影响复合树脂的其他使用性能。