硅烷偶联剂用量对硼酸铝晶须增强树脂挠曲强度的影响

贾兰军

硅烷偶联剂用量对硼酸铝晶须增强树脂挠曲强度的影响

贾兰军

目的探讨硅烷偶联剂用量对硼酸铝晶须增强树脂挠曲强度的影响。方法采用不同质量比的硅烷偶联剂处理硼酸铝晶须表面，将已处理过的硼酸铝晶须混合入树脂基质中，并将其制成标准试件，对其进行三点弯曲测试，观察测试结果。结果硅烷偶联剂用量为2%时，硼酸铝晶须与树脂基质的结合效果最佳。结论硅烷偶联剂Z-6030的应用，能够促使硼酸铝晶须增强树脂挠曲强度，但其用量会影响复合树脂强度。

硅烷偶联剂；硼酸铝晶须；复合树脂；挠曲强度

对于复合材料而言，界面对其具有重要的意义，填充材料与基质界面之间结合效果的好坏，对复合材料的性能具有直接性影响。在口腔材料中，硅烷偶联剂是一种常用的表面处理剂。本次研究采用硅烷偶联剂处理硼酸铝晶须表面，观察硅烷偶联剂用量对硼酸铝晶须增强树脂挠曲强度的影响，报告如下。

1 资料与方法

1.1 硼酸铝晶须表面处理

1.1.1 硼酸铝晶须选取上海晶须复合材料制造有限公司生产的硼酸铝晶须，其直径在0.5～1.0 μm之间，长度在10～20 μm之间，比表面积在2～2.5 m2/g。

1.1.2 硼酸铝晶须表面处理方法采用硅烷偶联剂Z-6030处理硼酸铝晶须表面，将纯乙醇与蒸馏水按照一定比例配制成混合溶剂，加入冰醋酸，使混合溶剂pH值保持在4.0～5.0之间。在搅拌条件下，按照质量分数5%充分溶解硅烷偶联剂Z-6030，对其进行搅拌，搅拌时间为1 h。然后，将硼酸铝晶须分散于蒸馏水中，进行搅拌，超声震荡5 min，于搅拌下加入硅烷偶联剂，搅拌10 min后，将其静置30 min，于真空条件下对浆料抽滤，并将其置于120℃烘箱内干燥。其中，硅烷偶联剂Z-6030用量分别采用0%质量比、1%质量比、2%质量比、3%质量比以及4%质量比。

1.2 复合树脂合成树脂基质构成主要包括：48.975%双酚A双甲基丙烯酸缩水甘油酯、48.975%双甲基丙烯酸二缩三乙二醇酯、2%引发剂过氧化苯甲酰以及0.05%阻聚剂二叔丁基对甲苯酚。按照一定比例称取，对其搅拌，将其混合均匀。采用手工搅拌方法，按照30%充填量将表面已处理的硼酸铝晶须混合到树脂基质中，共合成5组复合树脂。

1.3 试件制作制作金属模具，其内腔为2 mm×2 mm×25 mm，将合成树脂置入金属模具中，然后对其进行1 h的热处理，使其得到充分固化。每组5个，共制作25个试件。

1.4 三点弯曲测试方法在三点弯曲测试之前，于37℃水中对所有试件浸泡。然后，将所有试件均放置于圆柱形承载头上，该圆柱形承载头直径为2 mm、中心距为20 mm，加载头直径为2 mm，加载速度为1 mm/min。

2 结果

硅烷偶联剂用量为2%时，硼酸铝晶须与树脂基质结合效果最佳(表1)。

表1 硅烷偶联剂用量对硼酸铝晶须增强树脂挠曲强度的影响分析(MPa)

3 讨论

硼酸铝晶须属于一种无机晶须，该物质与有机聚合物的相容效果较差，因此，为了保障硼酸铝晶须能够与树脂基质充分相容，形成良好的界面结合，就必须采用偶联剂对其表面进行改性[1]。偶联剂能够将复合材料中的有机相与无机相进行充分结合，不仅能够改善晶须与聚合物之间的润湿性，同时还能够改善两者之间的黏接强度，从而达到增强晶须的效果[2]。

目前，临床上常用的偶联剂主要是硅烷偶联剂，其中，Z-6030是一种常用的硅烷偶联剂。Z-6030硅烷偶联剂的作用机制主要是先在水中水解，脱水缩合后形成低聚物，该物质与填料表面的羟基结合后形成氢键，将其加热干燥后，再发生脱水反应，从而产生部分共价键，最终使得无机填料表面完全被硅烷偶联剂覆盖。临床研究资料显示[3]，硅烷偶联剂用量的多少会对复合树脂的性能产生一定影响，导致其性能下降。本次研究结果显示，采用2%硅烷偶联剂时，其挠曲强度最佳，这主要是由于采用最小用量的硅烷偶联剂处理无机填料表面时，于填料表面往往会形成一层多分子层包覆。与此同时，由于硅烷偶联剂分子之间会发生缩合现象，从而导致部分填料表面不会被硅烷偶联剂充分包覆，进而会降低复合树脂的性能。

在临界厚度范围内，如果硅烷偶联剂包覆层数越多，那么硅烷偶联剂与无机填料之间相互扩散的深度也就会越大，这样不仅能够避免复合材料界面之间裂纹的不断扩展，同时还能够有效阻止其吸收断裂能[4]。此外，当无机填料分散的效果、包覆的效果以及润湿的效果均较好时，那么复合材料的性能也就会越好。但若硅烷偶联剂包覆的层数超过临界厚度值，那么两者之间就会出现一定的内应力，从而导致应力集中不均匀，进而导致内应力分布不均匀，最终会降低聚合物的强度[5]。本次研究结果显示，硅烷偶联剂用量处于0%～2%之间时，增加硅烷偶联剂的用量，则复合树脂的挠曲强度也会得到增强，但当其达到一定程度后，继续增加硅烷偶联剂用量，则复合树脂挠曲强度也会降低。

综上所述，硅烷偶联剂Z-6030的应用，能够使硼酸铝晶须增强树脂挠曲强度，但其用量会影响复合树脂的强度。

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[4]袁慎坡，林红，徐永祥.国内口腔修复用复合树脂无机填料的研究进展[J].现代口腔医学杂志，2012，26(2)：130-132.

[5]陈荣荣，张修银，杨瑞，等.添加不同抗菌剂的纳米增强义齿基托树脂对变形链球菌黏附性能的影响[J].口腔材料器械杂志，2013，22(3)：126-130.

2016-01-20)

1005-619X(2016)06-0658-02

10.13517/j.cnki.ccm.2016.06.044

114001辽宁省鞍山市中心医院口腔科