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硅橡胶与丙烯酸树脂粘结的系列研究

李晓娜  
【摘要】: 本研究为高仿真颌面赝复材料系列研究的组成部分。赝复治疗是颜面缺损修复的重要方法之一。赝复治疗中的首要问题是赝复体的固位问题,丙烯酸树脂支架在赝复体的固位中起着重要作用,但在临床的实际使用过程中,存在着硅橡胶与树脂支架之间的粘结效果不良而影响赝复体使用效果和寿命的问题。早期的支架与硅橡胶之间只有机械连接,后来通过偶联剂与粘结剂联合应用来实现二者的化学结合。现在单纯通过粘结性偶联剂的应用也可以实现二者的化学结合。由于硅橡胶与丙烯酸树脂都是表面能很低的物质,必然存在着硅橡胶与丙烯酸树脂支架之间的粘结效果不良。本研究从粘结性偶联剂的研制和不同的粘结工艺方法出发,系统研究了硅橡胶与丙烯酸树脂的粘结问题。本研究共分为两部分: 第一部分SA-1偶联剂的研制及相关性能研究 针对SY-1硅橡胶,本实验在大量预试验的基础上,自行研制了一种用于硅橡胶与丙烯酸树脂粘结的复合偶联剂SA-1,经它处理后的丙烯酸树脂不需使用粘结剂即可与硅橡胶材料紧密结合。利用傅立叶变换红外光谱法对偶联剂的水解和缩合过程进行了观察,结合宏观的粘结强度实验,初步探讨了SA-1偶联剂在SY-1硅橡胶与丙烯酸树脂之间的粘结机理。为了评价其粘结效果及抗老化性能,将其与几种硅橡胶及偶联剂系统做了对比研究。对SA-1偶联剂的急性溶血性、细胞毒性及皮肤刺激性进行了实验研究,以评价其生物安全性,为其今后在临床的安全使用提供实验依据。研究结果如下: 1.以VTMS和γ-MPS为主要成分的复合偶联剂SA-1对SY-1硅橡胶与丙烯酸树脂的粘结效果显著;复合偶联剂中VTMS的浓度在12.5%,γ-MPS的浓度在2%左右可以取得较好的粘结效果。采用SA-1复合偶联剂可以在SY-1硅橡胶与丙烯酸树脂之间获得2.20 MPa的剪切粘结强度。 2.采用傅立叶变换红外光谱法对SA-1偶联剂的水解和缩合过程进行了观察,从谱图分析中可见VTMS和γ-MPS在本实验酸性条件下可以水解缩合生成二聚体、三聚体等硅烷低聚物。结合宏观的粘结强度实验,推测偶联剂的水解产物Si-OH和低聚物很可能参与了硅橡胶的交联硫化,在二者之间形成化学键,乙烯基可能与丙烯酸树脂表面产生化学吸附,甲基丙烯酰氧基与丙烯酸树脂之间极性相近形成分子间力,这些作用共同实现了硅橡胶与丙烯酸树脂之间的粘结。 3 .比较了在四种硅橡胶及其偶联剂系统的粘结强度: SY-1/SA-1, CosmesilM521/CosmesilG621,CosmesilM511/CosmesilG611,A-2186/A-330-G。其中,SY-1/SA-1组的粘结强度最高,达2.20MPa,其它三组的粘结强度依次为1.63、1.44、1.51 MPa。四种硅橡胶及其偶联剂系统经过60d的50 oC恒温老化后,硅橡胶与丙烯酸树脂的粘结强度有所提高。其中SY-1/SA-1和A-2186/A-330-G组的粘结强度分别在30d、10d之后有显著性提高。硅橡胶、偶联剂都对粘结强度有显著影响,二者有较强的交互协同作用。同一体系的硅橡胶及其偶联剂交叉使用时粘结强度有所下降,但粘结效果尚还可以;不同体系交叉使用时粘结强度明显下降,甚至中毒;偶联剂针对性较强,最好配套使用,避免交叉混用,特别是加成型和缩合型。4.SA-1偶联剂具有较好的生物安全性,SA-1偶联剂的硅橡胶丙烯酸树脂粘结复合体不会引起急性溶血;基本没有细胞毒性;SA-1偶联剂无皮肤刺激性。 第二部分不同应用工艺对硅橡胶与丙烯酸树脂粘结强度的影响 硅橡胶与丙烯酸树脂的粘结主要依靠粘结性偶联剂,粘结作用是一个复杂的界面问题,除了与偶联剂的结构因素有关外,与被粘材料的表面结构状态也有着非常密切的关系。丙烯酸树脂表面的处理方式会对二者的粘结产生怎样的影响目前仍有较大的争议。机械处理方式会在粘结面形成不同的粗糙度和微观结构。除了机械处理方式,化学溶胀方式对硅橡胶与丙烯酸树脂粘结强度的影响也较大。硫化是临床制作硅橡胶赝复体的主要步骤。在这个过程中,硅橡胶发生了一系列化学变化,使糊状状态的基质转变为弹性状态的硅橡胶,从而获得理想的物理机械性能和化学性能,成为恢复缺失组织器官的形态和功能的赝复体。临床上又称这一过程为硅橡胶的固化。固化条件对硅橡胶的性能会产生一定的影响。本研究考察了丙烯酸树脂表面的不同机械处理方式对丙烯酸树脂表面的微观结构,表面粗糙度以及SY-1硅橡胶与丙烯酸树脂粘结强度的影响,同时考察了丙烯酸树脂表面的不同化学处理方式对SY-1硅橡胶及A-2186硅橡胶与丙烯酸树脂粘结强度的影响,考察了不同的固化方式对SY-1硅橡胶的机械性能以及硅橡胶与丙烯酸树脂粘结强度的影响。研究结果如下:1.采用粗糙度仪测试了不同机械处理方式下丙烯酸树脂表面的粗糙度,采用扫描电镜观察了不同处理方式下丙烯酸树脂表面的微观结构。研究发现,砂纸打磨,抛光和喷砂处理在丙烯酸树脂表面形成不同的微观结构和粗糙度。在本实验范围内,丙烯酸树脂表面的粗糙度越大,其与硅橡胶的粘结强度也越大。喷砂处理方式在SY-1硅橡胶与丙烯酸树脂之间可以获得最高的粘结强度2.46 MPa。提示在赝复体的制作中,可以对丙烯酸树脂表面进行喷砂处理。 2.采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体和丙酮对丙烯酸树脂表面进行化学处理使丙烯酸树脂表面微观结构有较大改变,可以显著提高其与硅橡胶的粘结强度,处理方式对不同的硅橡胶与丙烯酸树脂粘结强度的提高的影响不同。SY-1硅橡胶与丙烯酸树脂的粘结强度最高达2.67 MPa,A-2186硅橡胶与丙烯酸树脂的粘结强度达2.31 MPa。提示在赝复体的制作中,可以采用MMA单体或丙酮对丙烯酸树脂表面进行化学处理。 3.采用常温、70 oC恒温、微波固化三种方式固化SY-1硅橡胶,发现三种方式对SY-1硅橡胶的五项机械性能以及其与丙烯酸树脂的粘结强度没有影响,提示在赝复体的制作中,可以考虑采用微波固化的方式,加快赝复体的制作周期,为临床患者的特殊需要提供选择。


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