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编号:10500248
钛及钛合金与SOLIDEX光固化冠桥树脂粘结性能的研究
http://www.100md.com 《实用口腔医学杂志》 2000年第1期
     作者:闫召民 郭天文 李左臣 伊元夫

    单位:闫召民(西安第四军医大学口腔医学院,710032);郭天文(西安第四军医大学口腔医学院,710032);李左臣(西安西北有色金属研究院);伊元夫(西安第四军医大学口腔医学院,710032)

    关键词:钛;钛合金;牙粘结;复合树脂

    实用口腔医学杂志000113 摘 要:目的:观察钛及钛合金与SOLIDEX冠桥树脂的粘结性能, 并与Co-Cr、Ni-Cr合金进行了比较。方法:制作TA2、Ti-6Al-4V、Ti-75、Ti-Zr和Co-Cr、Ni-Cr合金试件48个,每组试件8个,Co-Cr、Ni-Cr作为对照组。各组试件经SiC水砂纸磨光,Al2O3喷砂后涂金属底胶,分别与SOLIDEX光固化冠桥树脂粘结,然后在材料试验机上测定其剪切粘结强度。结果:四种钛及钛合金与SOLIDEX的粘结强度均高于Co-Cr、Ni-Cr合金(P<0.01),其中Ti-Zr 最高,Ti-6Al-4V 最低,TA2组与三种钛合金组无差别(P>0.05),Ti-6Al-4V组与Ti-75、Ti-Zr组差别有显著性(P<0.05),Ti-75组与Ti-Zr组无差别(P>0.05)。结论:四种钛及钛合金与SOLIDEX均有优良的的粘结强度,可满足临床应用要求。
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    分类号:R783.1 文献标识码:A

    文章编号:1001-3733(2000)01-0040-03

    The shear bond strength of titanium or its alloys with Solidex veneering resin.

    Yan Zhaomin Guo Tianwen Li Zuochen et al.

    (Stomatological College, Fourth Military Medical University, Xi'an 710032)

    Abstract:Objective:To measure the shear bond strengths of titanium or its alloys with a light-cured hard crown and bridge composite.Methods:Forty-eight standard specimens, cast with titanium or its alloys and two dental base metals, respectively. The specimens were grouped equally into eight, in which the two dental base metals, Co-Cr and Ni-Cr alloy, were used as controls. Each specimen was sandblasted with alumina and bonded with Solidex light-cured hard crown and bridge composite. Shear bond strengths were measured using a material test machine.Results:The shear bond strengths of titanium or its alloys to Solidex were higher than those of Co-Cr、Ni-Cr alloy to Solidex (P<0.01). Among the groups of titanium or its alloys, titanium was bonded to resin as effectively as its three alloys did, while the Ti-75 and Ti-Zr showed higher bond strength than Ti-6Al-4V (P<0.05).Conclusion:Strong bond can be achieved between Solidex composite and titanium or its alloys.
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    Key words:Titanium; Titanium alloys; Dental bonding; Composite resins▲

    近几年来,由于口腔精密铸钛技术、电火花刻蚀、CAD/CAM和焊接技术的发展,钛及钛合金冠桥固定修复在临床应用逐渐增多〔1,2〕。钛及钛合金前牙固定修复体必须采用瓷或树脂罩面,才能得到良好的美容修复效果。Fujishima〔3,4〕等研究表明钛与一些口腔粘结剂具有优良的粘结性能。同时,钛与贴面树脂必须有良好的粘结强度,才不致于发生树脂罩面脱落、折裂等现象,使这类修复体正常行使口腔功能作用。为了观察钛及钛合金与硬质冠桥树脂的粘结性能,我们对四种钛及钛合金与SOLIDEX光固化硬质冠桥复合树脂的剪切粘结强度进行了测试,并对其断裂方式进行了观察,为临床应用提供参考。

    1 材料与方法

    1.1 主要仪器与材料
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    1.1.1 实验材料 TA2,Ti-6Al-4V,Ti-75,Ti-Zr (由西北有色金属研究院提供);牙用Co-Cr合金(软质,北京),Ni-Cr合金(拜耳,上海);SOLIDEX光固化硬质冠桥复合树脂(ShoFu, Japan);锆系铸钛内包埋料(第四军医大学口腔医学院研制),磷酸盐系包埋料(Dentaurum,Germany)。

    1.1.2 主要仪器 LZ-2型离心-真空-压力铸钛机(第四军医大学口腔医学院与洛阳涧西通用机械厂联合研制);Solidilite 光聚合器( SHOFU INC. Japan);880-型电液伺服万能材料试验机(MTS System Corp.,USA);SMZ-10型体视显微镜(Nikon,Japan)。

    1.2 实验方法

    1.2.1 金属试件制备 采用特制不锈钢模具滴腊法压制10 mm×3 mm圆柱状蜡熔模,表面用光滑玻璃板压平。钛及钛合金试件采用锆系铸钛包埋材内包埋3层,外层用磷酸盐包埋,铸模焙烧后自然冷却至300 ℃时,用LZ-2型离心-真空-压力铸钛机熔铸。铸件去包埋后,用硝酸-氢氟酸钛专用光亮酸洗液酸洗60 s.去除表面反应层,放大镜(×3倍)检查表面气孔。共制作表面无气孔的钛及钛合金试件32个,TA2、Ti-6Al-4V、Ti-75、Ti-Zr各8个作为实验组。Co-Cr、Ni-Cr组采用磷酸盐包埋、高频离心铸造机常规铸造,Co-Cr、Ni-Cr合金试件各8个作为对照组。所有金属试件粘结面用SiC水砂纸由粗到细打磨至600#,然后用水蒸气清洗20 s,再用80~100目(约150 μm~170 μm) 氧化铝,在0.5 MPa压力下喷砂15 s,喷嘴离试件表面约10 mm,角度为90°。
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    1.2.2 粘结试件制备 喷砂粗化后金属试件丙酮超声波清洗、脱脂10 min.,无油压缩空气吹干,用带有d5 mm大小的圆孔的双面胶覆盖试件表面,从而限定半径为2.5 mm的粘结面积;再将高2 mm,内径为6 mm,外径为7 mm的铜环放置在双面胶的圆孔上,以便充填树脂和测试;按厂商要求用4号毛笔于金属粘结面均匀涂一层金属底胶(Metal Photo Primer, SHOFU),自然干燥60 s后,用2号毛刷均匀涂布2层SOLIDEX B20遮色树脂遮盖金属底色,每层厚度约75 μm,分别光固化3 min,再向铜环内充满SOLIDEX A3B 体层树脂,光固化3 min。室温放置1 h后置于37 ℃恒温水浴中保持24 h。

    1.2.3 测试方法 粘结试件静置测试环境中1 h后,将其固定在880-型电液伺服万能材料试验机的特制夹具上,进行剪切强度测试,十字压头加载速度为0.5 mm/min,记录其最大破坏载荷(F),根据公式σ=F/πr2 计算其剪切粘结强度(σ)。将断面置于SMZ-10型体视显微镜下(×40)观察其断裂方式。
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    2 结 果

    不同金属与SOLIDEX剪切粘结强度测试结果见附图。

    从图1可见,Co-Cr、Ni-Cr合金的粘结性能较低,其剪切粘结强度分别为14.39和13.76 MPa,四种钛及钛合金粘结性能均高于Co-Cr和Ni-Cr合金,其剪切粘结强度大小顺序:Ti-Zr(21.36 MPa)>Ti-75(20.54 MPa)>TA2(19.20 MPa)>Ti-6Al-4V(17.69 MPa)。方差分析结果显示各组间差异有高度显著性(P<0.01),SNK-q检验两两比较表明:Co-Cr与Ni-Cr组间无显著性差异(P>0.05),分别与四种四种钛及钛合金比较差别均有高度显著性(P<0.01);TA2与三种钛合金金各组间比较差别无显著性(P>0.05),Ti-6Al-4V组与Ti-75、Ti-Zr组间比较有显著性差别(P<0.05),Ti-75组与Ti-Zr组比较差别无显著意义(P>0.05)。
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    图 不同金属剪切粘结强度

    金属断面体视显微镜下观察,除Ti-Zr组有3个试件断面有少量遮色树脂突残留外,其余各组所有试件均为粘结性界面破坏,未发现混合性和内聚性断裂。

    3 讨 论

    钛及钛合金与硬质冠桥树脂的粘结强度的好坏将会影响到钛树脂罩面冠美容修复的适用性。Hansson等〔5,6〕研究发现金属经Al2O3喷砂处理,钛与Comspan Opaque的粘结强度冷热循环前后均明显高于Co-Cr合金和三种金合金;藤昭宏等〔7〕用含有4-EMTA 的New Metaclor冠桥树脂与钛和Co-Cr合金粘结,也得到类似的结果。本研究结果表明:TA2、TI6Al4V、Ti-75、Ti-Zr与SOLIDEX的剪切粘结强度均高于Co-Cr、Ni-Cr合金(P<0.01)。而Co-Cr和Ni-Cr合金与SOLIDEX冠桥树脂的剪切粘结强度接近(P>0.05),与以上研究结果相似,说明钛及钛合金对SOLIDEX都具有较强的粘结性能,这将拓宽钛及钛合金在口腔粘结美容修复的应用范围。粘结强度与金属氧化膜的结构和性质有很大关系,钛及钛合金与树脂有较高的粘结强度可能与金属表面氧化膜的形成有关。钛的标准电极电位和致钝电位都很低,是一种自钝化性很强的金属,表面通常被一层热力学稳定的、连续的、与基体粘结性很强的氧化膜覆盖〔8〕,因此,树脂与钛粘结实际上是与钛的氧化膜直接粘结。喷砂时金属表面产热,钛与空气中的氧元素发生反应而生成新鲜的坚硬而致密的氧化膜,强度较高,吸附能力强,而Co-Cr、Ni-Cr合金虽然喷砂后表面也有新鲜的氧化膜形成,主要成分为氧化铬,但却比较薄软而疏松,强度弱,吸附能力较差,所以粘结性较低。此外,一些金属氧化物可与羧酸、磷酸衍生物发生化学性粘结,越前谷 亨〔9〕通过XPS和Fourier红外吸收光谱研究了钛与4-META/MMA-TBB树脂的粘结界面,结果发现钛表面有一层TiO2和水分子吸附层,氧化膜厚度高达3.7 nm,树脂中的极性基团与这层氧化膜垂直排列,说明钛氧化膜与树脂中的粘结性单体有化学粘结作用。本研究采用的金属底胶单体中含有磷酸衍生物(MDP),与钛和钛合金的粘结强度高于Co-Cr、Ni-Cr合金,也许是因为钛材氧化膜的成分和结构比Co-Cr、Ni-Cr合金氧化膜与树脂中的粘结性单体化学反应性较强。钛-塑粘结的机理还有待于进一步研究。
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    本研究还发现四种钛基金属之间也有一定的差别,TI-6Al-4V 最底,Ti-75、Ti-Zr最高,TA2居中。TA2与三种钛合金比较无显著性差异(P>0.05);TI-6Al-4V与Ti-75、Ti-Zr之间均有显著性差异(P<0.05),Ti-75与Ti-Zr无显著性差异,说明钛基金属的合金成分不同可能对其粘结强度也有一定的影响。柳川明宏〔10〕研究也发现机加工锻钛与饰面树脂的粘接强度明显高于铸钛,认为可能是由于铸钛表面被包埋材料中的铝和其它元素的污染有关,还有待于进一步研究。

    从粘结面树脂断裂方式结果来看,几乎所有试件发生粘结性断裂,剪切粘结强度达21 MPa时,仍未发生内聚性断裂,说明SOLIDEX具有较高的内聚强度,要进一步提高其粘结强度, 还应进一步改善金属粘结面的表面处理。

    牙齿在咀嚼过程中常受到高达0.9~17.6 MPa的机械应力。这种力是一种复杂的包括压力、张力、剪切力和扭力的综合性应力,同时,还受到口腔环境如湿度、温度、微生物和酶以及唾液中腐蚀介质的影响 〔11〕。Fujishima〔3〕等研究认为一般情况下15~21 MPa的粘结强度可以满足临床应用要求。本研究四种钛及钛合金与SOLIDEX硬质光固化冠桥树脂的粘结强度在17.69~21.36 MPa之间,虽然TI-6Al-4V的粘结强度较低,仍高于Co-Cr、Ni-Cr合金,基本能满足临床应用要求。由于钛合金的屈服强度和弹性模量高于纯钛,制作钛树脂罩面冠时,四种钛金属均可选用,制作钛树脂罩面固定桥时,最好选用钛合金。
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    4 结 论

    4.1 四种钛及钛合金与SOLIDEX有优良的粘结性能,其剪切粘结强度均高于Co-Cr、Ni-Cr合金(P<0.01),其中Ti-Zr最高, Ti-75和TA2居中,Ti6Al4V最低(P<0.05)。

    4.2 四种钛及钛合金与SOLIDEX的粘接强度在17.69~21.36 MPa之间,均能满足临床应用要求,应根据冠桥设计、金属的机械性能和粘结强度综合考虑选用。

    基金项目:国家自然科学基金资助课题(39770805)

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    [11]陈治清,管利民, 编著. 口腔粘接学. 第1版 北京: 北京医科大学中国协和医科大学联合出版社, 1993.17

    收稿日期:1999-06-07

    修改日期:1999-08-10, 百拇医药