[摘要]目的 比较四种测试方法对两种纳米复合树脂抛光表面的测试结果。方法 两种纳米复合树脂Z350及Majesty在Sof-lex抛光盘抛光后依次由光泽度仪,原子力显微镜,机械表面粗糙度仪,扫描电镜检测,比较不同测试方法的特点。结果Z350表面粗糙度Ra值低,抛光表面平滑均一,光泽度仪,机械表面粗糙度仪能反映抛光表面的平均性质,扫描电镜实现表面观测从宏观至微观过度,原子力显微镜可以精确测量复合树脂表面微结构。结论 采取多种测试方法综合测试,可将复合树脂材料性质与抛光效果关系完整而充分的表达出来。
[关键词] 复合树脂;表面结构;表面粗糙度
[中图分类号] R76 [文献标识码] A[文章编号] 1673-9701(2010)10-05-03
Analysis of Different Test Techniques for Two Kinds of Dental Nano-composite Resin Polished Surface
WANG NanyanMIAO Ying
Department of Stomatology,Foshan Municipal First People’s Hospital,Foshan 528000,China
[Abstract] Objective To compare the results of four different test techniques for two kinds of dental nano-composite resin polished surfaces. Methods After the surfaces of two composite resins,Z350 and Majesty,were polished by sof-lex polishing system,four surface analyzers were successively used to detect glossmeter,mechanical profilometer,SEM and AFM. Results Z350 showed a lower surface roughness value Ra. Both SEM and AFM could present the surface structure and composition of materials. The scanning electron microscope could achieve the macro-to micro-observation of surface and the atomic force microscopy could accurately measure the surface micro-structure of composite resin. Conclusion The comprehensive detection including a variety of testing methods can fully express the relationship between composite resin nature and polishing effect.
[Key words] Composite resin;Surface structure;Surface roughness
口腔复合树脂是由有机树脂基质和经过表面处理的无机填料以及引发体系组合而成。纳米技术的应用使口腔复合树脂兼具机械及抛光性能,纳米复合树脂填料组分、复合工艺、复合材料的界面等材料结构的构建更加精确、复杂,从空间角度,材料的结构从宏观到微观具有多个层次,不同层次上有不同的参数,它们相互联系同时影响着复合树脂物理性能[1]。本文采用四种测试方法测试两种纳米复合树脂抛光表面,比较不同测试方法所得结果,探讨测试材料性质与抛光效果关系的最佳方法。
1材料与方法
1.1复合树脂试样制备
选取纳米复合树脂Z350及纳米复合树脂混合型Majesty。见表1。
将各树脂材料填压入直径为7mm,厚度2mm的指环形聚酯模具中,表面覆盖聚酯薄膜,垂直加载2kg负荷放置在模具上挤压出多余树脂,使用QHL75光固化机(Dentsply/Caulk)按厂家推荐的光固化时间进行操作,使其固化。每种复合树脂制备7个试件。将Sof-Lex discs抛光盘安装在慢速手机上,使抛光盘轻微施压与试样表面朝同一方向水平移动,每个抛光盘反复15次时间约为20s。抛光盘更换顺序为C-M-F-SF。
1.2表面粗糙度测定
应用德国Mahr M2型机械表面粗糙度仪,测尖2μm,最大测量范围350μm,最大取样长度1.75mm,在试样表面随机选取5个位点,取样长度1.75mm,测量轮廓算术平均偏差Ra,取5个位点Ra值的平均值。
1.3光泽度仪测定
Sheen MICROGLOSS 157/SO小孔径光泽度仪,测量面积2mm×2mm,入射光角度60°,将试样完全覆盖光泽度仪顶部的小孔,试样中心作为测试区域,每转动90°读取一次光泽度值,取4次读数的平均值。
1.4原子力显微镜观测
试样粘台后,采用NanoScopeⅢa型原子力显微镜,敲击模式的蚀刻硅(tappingmode etched silicon)微悬臂,长度125μm,所用探针的材料与微悬臂材料相同,探针长度10～15μm,针尖半径5～10nm,实验中敲击模式下微悬臂的共振频率为280kHz,每幅图的扫描频率为1Hz,样品的成像区域均为正方形,边长尺寸选择10μm,图像像素512×512。在试样表面随机选取五个位点,获得表面形貌图及粗糙度值Ra。
1.5扫描电镜观察
在每组中选取两个样本,超声清洗,干燥,使用离子溅射仪喷金,喷金后的标本用导电胶固定在标本台上,用扫描电镜观察。工作电压10kV,放大倍数5.00K。
1.6统计学处理
采用SPSS 11.0 软件包进行ANOVA方差分析,以P0.05)。
2.2扫描电镜观察结果
见图1、2。
2.3原子力显微镜观察结果
见图3、4。
3讨论
纳米复合树脂填料组分,复合工艺,复合材料的界面等材料结构的构建更加精确、复杂,使用旋转器械修整抛光过程损耗机制与传统复合树脂有所不同,抛光表面材料结构从宏观至微观有多个层次,因此需要重新评价纳米复合树脂的抛光性能以及比较不同测试方法的结果[2]。
研磨无机填料,如陶瓷玻璃粉粒径较大且大小形态不等会使复合树脂抛光表面粗糙,无光泽。因此,纳米填料颗粒,多为小于100nm圆形填料的应用,改善了复合树脂的抛光性能。它们可由多种方法获得,如热解法及sol-gel过程。热解二氧化硅颗粒应用较普遍,使复合树脂抛光性能提高。但这种颗粒趋于连接成链状结构,当粒径减小表面积增大时难以完全与基质结合,同时表面难以被完全硅烷化,也影响与基质的连接,限制了无机填料在复合树脂中的含量。树脂基质和热解二氧化硅颗粒形成1～10μm的预聚合有机颗粒能够更好的与基质结合,比较相同数量纯二氧化硅颗粒更能加强复合树脂机械性能。使用sol-gel过程可获得均质高纯度的二氧化硅粉末,如Stber法,可获得粒径精确控制的圆形单分散二氧化硅纳米粒子,将此小粒径填料与大粒径研磨填料(0.1～1μm)混合,可同时提高复合树脂机械及抛光性能。如果将有机溶胶轻度煅烧使二氧化硅纳米粒子轻度接触再进行碾磨及硅烷化,可获得纳米簇nanocluster[3]。Majesty含预聚合颗粒及20nm纳米颗粒,抛光表面可见均质区域与大填料颗粒相间,可见大填料颗粒脱落形成的凹坑。Z350填料由纳米簇及20nm二氧化硅纳米颗粒组成,抛光表面呈均质,抛光过程中填料脱落均为单个纳米颗粒脱落,不存在凹坑结构。
SEM和AFM是纳米级形貌研究的最常用技术。虽然这两种技术获得图像的横向分辨率相近,但是它们所获得图像的纵向分辨率存在显著的差别。对于SEM技术的图像,它的扫描范围较大,可达数mm×mm,具有较大的景深,可达数微米,AFM技术的最大扫描范围100μm×100μm,景深仅为数微米。Majesty的扫描电镜图像(图1)可见预聚合填料在表面的分布,脱落造成的凹坑,以及磨料造成的划痕。AFM技术可真实地得到样品表面的形貌结构图像,图像是真正的三维图像,并能测量样品的三维信息[4]。图3B显示Majesty预聚合颗粒在磨料磨抛后呈稍高于基质的不规则外形与周围基质发生的裂隙,粗糙度较大Ra值54.5nm。图3A显示Majesty表面均质光滑,粗糙度Ra值11.1nm。图4A,图4B均显示z350表面均质平坦。SEM技术非常难检测样品表面细微的高度变化。与SEM相比,AFM可以检测局部表面结构,而不是整个表面的平均性质,AFM的工作区域选择盲目,工作区域有限,只能在微米尺度范围进行扫描,因此应该利用SEM的纳米尺度的分辨率和大范围搜寻能力,尽快找到和锁定需要进行AFM研究的目标或感兴趣的区域,然后迅速实现宏观到微观过渡和跨越。
表面粗糙度仪是最常用来定量研究表面粗糙度的仪器,机械表面粗糙度仪通过记录针在物体表面滑行来测定表面粗糙度,主要显示抛光材料在树脂表面遗留的痕迹,但记录针的尺寸使之不能辨别物体表面的微细不规则结构,精确度0.01μm[5]。Majesty的Ra值显著大于z350(P0.05)。本实验选取5个10×10μm位点均值假设可以代表整体表面,对于Majesty具有多种形貌的表面,并不足够,所得数据离散,标准差大(16.7nm)。如前所述,AFM的工作区域选择盲目,工作区域有限,难以测定整个表面的平均性质。Z350光泽度高于Majesty(P