改性钛酸钾晶须增强纳米载银室温固化型PMMA的机械性能研究

1、改性钛酸钾晶须增强纳米载银室温固化型PMMA的机械性能研究聚甲基丙烯酸甲酯 (polymethyl methacrylate,PMMA)是口腔医学领域最广泛使用的义齿基托材料 , 其中室温固化型PMMA具有易于加工、经济省时等优点,常用于义齿重衬、下颂斜面导板、个别托盘、暂基板及正畸保持器等的临床制作。因其自身并不具备抗菌性, 且表面粗糙及多孔的性质使口腔致病菌易于黏附, 从而易导致义齿性口炎的发生; 另外 , 相对于热固化型 PMMA,室温固化型 PMMA脆性较大、韧性较差等缺陷使其不能完全满足临床上的全部需求。因此 , 开发具有抗菌作用的增强型的室温固化型PMMA具有重要意义。本课题组前期

2、相关研究表明 , 含 2wt%纳米载银无机抗菌剂RHA-1的室温固化型 PMMA具有良好的抗菌性和生物相容性, 但对机械性能无显著的增强效果。本实验针对纳米载银室温固化型PMMA机械性能的改进进行研究, 并分为两部分 : 第一部分通过硅烷偶联剂KH-570 表面改性纳米载银无机抗菌剂RHA-1,探讨硅烷偶联剂 KH-570对纳米载银无机抗菌剂在室温固化PMMA基质中分散性及其对纳米载银室温固化PMMA弯曲性能的影响 , 并确定偶联剂的最佳用量; 第二部分在第一部分实验基础上 , 通过添加不同含量的改性钛酸钾晶须, 探讨改性钛酸钾晶须的含量对纳米载银室温固化型PMMA机械性能的影响 , 并结合断

3、裂面扫面电镜观察分析其影响机制。为研究具有抗菌作用且增强型的室温固化型PMMA提供参考数据 , 为临床上的推广和应用提供理论依据。纳米载银无机抗菌剂作为纳米填料具有高的表面能和强团聚倾向, 其与有机基质的界面相容性对复合材料机械性能有很大影响。本实验第一部分采用硅烷偶联剂 KH-570 对纳米载银无机抗菌剂RHA-1进行表面改性以提高抗菌剂与室温固化 PMMA基质间的相容性 , 使其能够在基质中均匀分散并形成良好结合。用傅里叶变换红外光谱仪(Fourier transform infraredspectroscopy,FTIR)表征改性效果 , 再将改性后的抗菌剂以2wt%的比例球磨分散到室温

4、固化 PMMA粉体中 , 测试试件的弯曲强度和弹性模量, 并结合扫描电镜对弯曲试件断裂面形貌进行观察分析。实验结果显示: 通过 FTIR 证实硅烷偶联剂KH-570 成功在抗菌剂表面形成化学偶联。弯曲测试结果表明当偶联剂含量为抗菌剂质量分数的2%时, 纳米载银室温固化型 PMMA的弯曲强度和弹性模量达到最大值。断裂面扫描电镜显示经2wt%硅烷偶联剂改性的抗菌剂颗粒在室温固化型PMMA基质中分散良好。故将此浓度改性的纳米载银无机抗菌剂应用于后续实验。钛酸钾晶须(Potassium Titanate Whiskers,PTW)因其优异的机械性能、化学稳定性和性价比高等优点 , 成为近年来备受关注的

5、增强材料。复合材料的性能除了与基体本身性能、填料的特性以及加工工艺等有关, 还与填料的含量有关。填料含量是影响复合材料机械性能的重要因素, 填料含量过低则可能无法发挥填料的增强作用, 含量过高可能影响填料的分散和与基体间的相容性 , 反而容易降低复合材料整体机械性能。本实验第二部分将改性钛酸钾晶须按照质量分数0%、5%、10%、15%、20%分别加入纳米载银室温固化型PMMA中合成复合材料 , 测试各组试样的弯曲强度、 弹性模量及维氏硬度 , 扫描电镜观察断裂面形貌。结果显示当改性钛酸钾晶须含量为 1 0wt%时纳米载银室温固化型 PMMA的弯曲性能和维氏硬度得到显著提高 , 扫描电镜显示此时晶须在 PMMA基质中分散良好。本实验通过上述测试结果, 综合分析得出以下结论 :1. 确定了硅烷偶联剂KH-570 对纳米载银无机抗菌剂RHA-1的改性效果。 2. 硅烷偶联剂的用量对纳米载银室温固化型PMMA的弯曲强度和弹性模量有显著影响, 当偶联剂用量为2wt%时纳米载银室温固化型PMMA的弯曲强度和弹性模量最大。3. 改性钛酸钾晶须对纳米载银室温固化型 PMMA的弯曲性能和硬度具有增强效果。 4. 改性钛酸钾