納米氧化鋯和硼酸鋁晶須改性聚甲基丙烯酸甲酯的研究.pdf

1、目的：研究硅烷偶聯(lián)劑（Z-6030）的用量對(duì)納米ZrO2粒子對(duì)PMMA 抗彎強(qiáng)度的影響以及經(jīng)偶聯(lián)劑處理后納米ZrO2 粒子和硼酸鋁晶須的添加量改性PMMA 抗彎強(qiáng)度和表面硬度的影響，并探討其作用機(jī)理，為新型PMMA 義齒基托材料的研究和開發(fā)提供一定的依據(jù)和參考。
　　 材料和方法：
　　 1. 采用不同用量的硅烷偶聯(lián)劑（Z-6030）（0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％wt）在丙酮溶液中對(duì)納米

2、ZrO2 粒子進(jìn)行表面修飾。應(yīng)用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)觀察和分析納米ZrO2 粒子表面修飾后的變化情況。
　　 2. 修飾后的納米ZrO2 粒子按照2％的恒定添加量分別與PMMA 粉劑進(jìn)行球磨分散混合，混合粉體與PMMA 液劑按照產(chǎn)品說明書的要求進(jìn)行聚合，制作納米ZrO2/PMMA 復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)試件為實(shí)驗(yàn)組，制作加入未經(jīng)表面處理納米ZrO2顆粒的PMMA 試件作為對(duì)照組，未加入納米ZrO2 顆粒的PMMA 試件作為空白組

3、。
　　 對(duì)各組試件進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測(cè)試，測(cè)試結(jié)果用SAS 6.12 軟件進(jìn)行單因素方差分析，篩選最佳硅烷偶聯(lián)劑的用量。
　　 3. 按照篩選出的最佳硅烷偶聯(lián)劑的用量對(duì)納米ZrO2 粒子進(jìn)行表面修飾，修飾后的ZrO2 納米顆粒按照不同的添加量（0.5 ％、1.0 ％、1.5 ％、2.0 ％、2.5 ％、3.0％、3.5 ％wt）與PMMA 劑混合，制作復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)試件為實(shí)驗(yàn)組，以上述比例制作添加未經(jīng)表面修飾的納米ZrO2/P

4、MMA 復(fù)合物為對(duì)照組，未添加納米ZrO2 粒子的PMMA 試件為空白組。分別對(duì)各組試件進(jìn)行抗彎強(qiáng)度、表面硬度的測(cè)試和熱重分析，測(cè)試結(jié)果采用SAS 6.12 軟件進(jìn)行單因素方差分析，篩選納米ZrO2 粒子的理想添加量，并用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)試件斷面進(jìn)行觀察。
　　 4. 使用2％的硅烷偶聯(lián)劑對(duì)硼酸鋁晶須進(jìn)行表面修飾，修飾后晶須用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)觀察和分析表面變化情況。5. 將修飾后的硼酸鋁晶須按照不同的添加

5、比例（1％、2％、3％、4％、5％、10％、15 ％、20％wt）與PMMA 粉劑混合，按照要求將混合粉體與PMMA 液劑混合，制備晶須/PMMA 復(fù)合材料標(biāo)準(zhǔn)試件，以上述比例制作添加未經(jīng)表面修飾的硼酸鋁晶須/PMMA 復(fù)合物為對(duì)照組，未添加晶須的PMMA 試件為空白組。分別對(duì)各組試件進(jìn)行抗彎強(qiáng)度、表面硬度的測(cè)試和熱重分析，測(cè)試結(jié)果采用SAS6.12 軟件進(jìn)行單因素方差分析，篩選硼酸鋁晶須的理想添加量，并用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)試件

6、斷面進(jìn)行觀察。
　　 6. 將優(yōu)選出的納米ZrO2 和硼酸鋁晶須按照不同比例一起添加入PMMA 粉劑，與PMMA 液劑混合后制作標(biāo)準(zhǔn)試件，測(cè)試其抗彎強(qiáng)度和表面硬度，，結(jié)果采用SAS6.12 軟件進(jìn)行方差分析，并用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)試件斷面進(jìn)行觀察。
　　 結(jié)果：
　　 1. 硅烷偶聯(lián)劑對(duì)納米ZrO2 粒子的修飾量以1.5％wt 為最佳，修飾后的納米ZrO2/PMMA 復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度最大，為(81.92

7、±4.24)Mpa，與對(duì)照組和空白組均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05），SEM 顯示經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后的納米ZrO2在PMMA 基質(zhì)中分散良好。
　　 2. 經(jīng)1.5％偶聯(lián)劑修飾后的納米ZrO2顆粒，其添加量為1.5％wt 時(shí)，納米ZrO2/PMMA復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度最好，為(87.37±4.48)Mpa，而添加量為1.5％和2％時(shí)，材料的表面硬度最好，分別為(19.97±1.62)Mpa 和(19.68±0.76)Mpa，與空白組

8、和對(duì)照組均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。熱重分析顯示其對(duì)PMMA 熱學(xué)性能有一定影響。
　　 3. 經(jīng)2％wt 硅烷偶聯(lián)劑修飾后的硼酸鋁晶須，其添加量為5％wt 時(shí)，晶須/PMMA復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度最好，為(92.14±3.32)Mpa，與對(duì)照組和空白組均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。SEM 顯示經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑處理后的硼酸鋁晶須在PMMA 基質(zhì)中分散良好。而未處理的晶須在基質(zhì)中有團(tuán)聚現(xiàn)象。
　　 4. 經(jīng)2％wt 硅烷偶聯(lián)

9、劑修飾后的硼酸鋁晶須，其添加量為15％wt 時(shí)，晶須/PMMA復(fù)合材料的表面硬度最佳，為(23.15±1.09)Mpa；添加量為5％時(shí)，晶須/PMMA復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度最好，為(108.01±5.54)Mpa，與空白組和對(duì)照組有均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P<0.05）。熱重分析顯示復(fù)合物的耐熱性隨著晶須含量增高而增高。
　　 5. 經(jīng)過表面處理的納米ZrO2 粒子和硼酸鋁晶須，其比例為1：2，納米顆粒的添加量為2％wt，復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度

10、最大；納米顆粒的添加量為3％wt 時(shí)，表面硬度最優(yōu)。當(dāng)復(fù)合填料的比例低于1：2 時(shí)，材料的力學(xué)性能呈下降趨勢(shì)。
　　 結(jié)論：
　　 1. 硅烷偶聯(lián)劑Z-6030 的用量會(huì)影響納米ZrO2 顆粒的增強(qiáng)效果，其用量過多或過少均會(huì)降低納米ZrO2/PMMA 復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度。
　　 2. 納米ZrO2 粒子的添加量對(duì)復(fù)合物的抗彎強(qiáng)度、表面硬度和熱學(xué)特性有一定的影響，含量過高或者過低均會(huì)產(chǎn)生一定程度的負(fù)作用。