硅烷偶联剂对金属托槽与瓷面黏接强度的影响

作者：黄晓红， 林珊    作者单位：福建医科大学 附属第一医院口腔科，福州 350005 【摘要】  目的 研究硅烷偶联剂（CP）的使用对金属托槽与瓷面黏接强度的影响。 方法 150个烤瓷试件按不同瓷面处理随机分5组：A组喷砂处理；B组金刚砂车针打磨；C组9.6%氢氟酸酸蚀3 min；D组37%的磷酸酸蚀1 min；E组为未处理组。再根据是否使用CP各分2小组，每小组15个试件。黏接剂为3M UniteTM黏接剂（3M）。托槽粘接后在5 ℃和55 ℃水浴箱之间进行冷热水温度循环实验，使用材料实验机检测抗剪切强度，并记录瓷破裂指数（PFI），计算瓷破损率。 结果 使用CP后平均抗剪切强度有显著提高，与未使用CP组比较差别有统计学意义（P<0.05）；瓷破裂率高于未使用CP组，两组比较差别有统计学意义（P<0.05）。 结论 瓷面经处理后使用CP粘接托槽可达到满意的粘结强度，但瓷面破损及重新修复的机率增加。

【关键词】  硅烷类； 复合树脂类； 正畸矫正器； 陶瓷金属粘固剂

　　ABSTRACT:  Objective  To investigate the influence of silane coupling agents ceramic primer（CP）on the bond strength of metal meshbacked brackets to porcelain.  Methods  150 glazed porcelain faces were randomly divided into 5 groups according to different conditioning techniques: (A)sandblasting with 50 μm Al2O3 particles, (B)deglazing by grinding, (C)etching with 9.6% hydrofluoric acid(HF) for 3 min, (D)etching with 37% phosphoric acid(H3PO4)for 1 min, (E) untreated.  Each group was further divided into 2 experimental groups according the surface treatment with CP or without CP treatment.  3M UniteTM adhesive were utilized to bond the bracket onto each sample.  All specimens went through with 5 ℃ and 55 ℃ circled fatigue experiment.  The shear bond strength was determined and the results were analyzed.  Results  The silanating CP groups resulted in a statistically significant higher bond strength.  The rates of porcelain fracture in the surface silanating CP groups was higher than that of omission CP groups.  Conclusions  The use of a silane primer CP after porcelain surface preparation can gave acceptable results for clinical use when metal brackets bond porcelain, but the silane primer application was associated with increased porcelain surface damage.    　　KEY WORDS:  silanes; composite resins; orthodontic appliances; cermet cements

　　黏接托槽是正畸临床应用固定矫治器的重要步骤之一，黏接强度与矫治效果密切相关。随着烤瓷修复体在临床上的广泛应用，以及成年正畸患者的增加，如何简单方便地在瓷面上粘接托槽，获得满意的黏接强度，是广大正畸医生关心的问题。硅烷偶联剂(ceramic primer,CP)是一种有效的瓷表面处理剂，已被广泛地应用于处理硅酸盐系全瓷材料的粘接面，以增强其与树脂黏接剂的结合强度。本研究探讨瓷面经喷砂、机械打磨、酸蚀刻等不同方法处理后，使用CP对托槽与瓷面黏接强度的影响。

　　1  材料和方法

　　1.1  材料及设备  VB钢（美国VeraBond公司）；VMK95瓷粉与VITA Algent釉粉，釉液，COBRA 50 μm喷砂材料（德国VITA公司）；Vacumat烤瓷炉，将军双笔式精密喷砂机（贺利氏古莎齿科有限公司）；上颌中切牙金属网底托槽（杭州西湖生物材料有限公司）；9.6%氢氟酸（福州大学化学教研组提供）；松风金刚砂车针F16R（日本松风公司）；CP（美国3M公司）；3M UniteTM黏接剂（美国3M公司），INSTRON 1342万能材料实验机（英国Instron公司）；电热恒温水浴锅（上海医疗器械五厂）。

      1.2  实验步骤

　　1.2.1  制备烤瓷试件  将Vita VMK95瓷粉与蒸馏水搅拌后置于VB烤瓷钢一端，瓷面制成平面后按指定的程序烧烤并上釉。挑选150个表面光滑，无气泡及隐裂的试件备用。所有试件均由1名技术人员制作完成。

　　1.2.2  分组  根据瓷面不同处理方式将烤瓷试件随机分为5组，A组：50 μm氧化铝微粒在2.5磅的压力下喷砂处理3 s；B组：金刚砂车针打磨至釉质光泽消失；C组：9.6%氢氟酸酸蚀3 min；D组：37%的磷酸酸蚀1 min；E组：未处理组。再根据是否使用CP处理瓷面各分2小组，每小组15个试件（表1）。

　　表1  150个烤瓷试件分组及处理方式（略）

　　Tab 1  The specimen groups

　　CP：硅烷偶联剂； 3M：3M UniteTM黏接剂.

　　1.2.3  托槽粘结  各烤瓷试件瓷面处理后均用无油水气冲洗15 s，压缩空气吹干20 s。CP处理组在处理过的瓷面上均匀涂布一层CP，用压缩空气吹成薄层，30 s后粘接托槽。粘接托槽时按临床使用要求调拌黏接剂，轻轻按压，直至托槽底板和烤瓷表面均匀接触，清除托槽周围溢出的粘接材料。以上操作均由1位医师在室温下进行。粘接后10 min，烤瓷试件置于37 ℃的恒温水浴箱中水浴24 h，在5 ℃和55 ℃水浴箱之间进行冷热水温度循环实验，在每个水浴箱中停留30 s，1个循环周期为60 s，循环1 000次。

　　1.2.4  黏接强度检测  试件取出后用万能材料实验机进行抗剪切强度测定。夹具固定试件，使托槽槽沟与桌面平行。实验机的运动臂固定一剪切刀刃，使剪切刀刃能够通过托槽翼，并且剪切方向和托槽槽沟垂直。刀具以1 mm/min的速度匀速向下剪切，直到托槽被剪下。托槽脱落时所受到的剪切力值除以托槽底板面积，计算出抗剪切强度(MPa)。

　　1.2.5  计算瓷破裂指数  试件破坏后，用放大镜（10倍）对瓷面的破坏程度进行观察，记录瓷破裂指数（PFI）[1]。PFI为0：瓷面完整或与粘接前比较无变化，1：瓷破坏局限在釉质表层或瓷表面，2：外形有明显破坏，需复合树脂修复或重新更换修复体，3：瓷面破坏，金属冠暴露。

　　1.3  统计学处理  用SPSS 11.5统计软件进行统计分析，不同处理方式对黏接强度的影响用析因设计的方差分析，进行StudentNewmanKeuls检验；不同处理方式间PFI通过KruskalWallis秩和检验；以P<0.05为差别有统计学意义。

　　2  结果

　　2.1  D1组及E1组托槽在冷热循环实验时即脱落，其余各组金属托槽与瓷面抗剪切强度见表2（P<0.01）。

　　2.2  瓷破裂指数（PFI）及瓷破损率见表3。不同处理方式间比较差别有统计学意义（H=31.029，P<0.05）。

　　表2  金属托槽与瓷面粘接抗剪切强度结果（略）

　　Tab 2  Shear bong strengths of brackets to porcelain surfacesMPa

　　n=15；与A1比较，☆：P<0.05；与B1比较，△：P<0.05；与C1比较，▲：P<0.05.

　　3  讨论    　　在临床粘接托槽时，常见的瓷表面处理方式包括打磨、喷砂、酸蚀和CP处理。CP在瓷面修复上已得到较广泛的应用。硅烷分子一端的甲氧基在水解条件下形成的硅醇基团能够和硅酸盐陶瓷表面的羟基缩合形成硅氧烷桥（SiOSi），分子另一端的丙烯酸酯基团能与牙科常用的BisGMA树脂很好地结合。通过CP的媒介作用，能够使无机陶瓷和有机树脂之间产生化学结合[2]。本实验使用的CP为预水解型，这种偶联剂化学稳定性有限，必须控制水解反应的速度与效率以延长有效使用期限。因而这类偶联剂活性单体成分的浓度较低，单纯化学联结难以满足临床要求。多数研究认为应将偶联剂与氢氟酸酸蚀配合使用[34]。因为氢氟酸可以与硅酸盐陶瓷的硅相选择性结合，形成水溶性的SiF6化合物，这种化合物被水冲洗后即可在瓷表面形成蜂窝状的结构，从而为复合树脂提供微机械固位，有效弥补化学联结的不足。王迎捷等的研究也显示，CP对于磷酸处理的瓷表面效果并不理想，而与氢氟酸酸蚀配合使用后，瓷和树脂粘接界面密合度得以提高[5]。本实验中，氢氟酸酸蚀后的瓷面更加均匀一致，提供的机械固位力最大，使用CP后黏接强度最大，但由于托槽粘接时瓷面处理在口内进行，氢氟酸的化学毒性较大，处理不当易发生医源性损伤，口内使用较谨慎。

　表3  托槽脱落后的瓷破裂指数及瓷破损率（略）

　　Tab 3  Porcelain fracture index scores and the rates of porcelain fractures after debonding

　　PFI：瓷破裂指数；n=15；不同处理方式各组间比较，H=31.029，P<0.05.

　　瓷表面处理是影响树脂与瓷面黏接强度的首要因素[6]。本实验D1组及E1组样本在冷热循环实验时全部脱落，显示磷酸处理瓷表面与瓷面未处理黏接强度过小，必须对瓷面进行其它形式的预处理。以往的研究显示足够的正畸力会产生6～8 Mpa的剪切应力[7]，使用CP处理瓷面后磷酸处理组与未处理组抗剪切强度均有显著提高，但未达到临床要求的黏接强度，显示CP与瓷面及树脂间产生的单纯的化学固位力不够。    　　磨除瓷釉质表面或喷砂处理瓷面可增加瓷表面粗糙度，形成微孔，与树脂黏接剂形成机械内锁的作用，增加黏接强度。本实验中喷砂组的平均抗剪切强度要高于金刚砂车针组，与未使用CP组比较差别有统计学意义，但单由微机械固位无法达到临床要求。本实验中使用CP后金刚砂车针打磨处理组和喷砂处理组的黏接强度满足临床要求，与未使用CP组比较差别有统计学意义。表明临床使用金刚砂车针打磨或喷砂处理瓷面较为简便易行，同时配合使用CP，可达到满意的黏接强度。    　　有研究发现去除托槽后瓷表面裂痕发生的机率与粗糙瓷面及CP的使用有关。瓷面粗糙与偶联剂的使用增加了黏接强度，但也大大提高了瓷面受损的机率[8]。本实验中，使用CP后，瓷破损率大大增加，与未使用CP比较差别有统计学意义（P<0.05）。显然，使用CP后，瓷面破损及重新修复的机率增加，临床医师需小心对待。瓷表面的重新抛光复原是一个重要问题。对于破坏不太严重的瓷面经抛光后可达到令人满意的效果[9]。在本实验中，用贺利氏烤瓷抛光系列中的粉红色磨头抛光，一般PFI为0和1的情况经抛光后可达到原来光滑平整的瓷表面，但无法恢复釉质光泽。PFI为2和3的瓷面由于破坏过于严重，需重新修复。    　　因此，车针打磨或喷砂处理瓷面后，再使用CP，即可获得托槽与瓷面满意的黏接强度，可考虑在临床中使用。

【参考文献】  　 [1] Bourke B M,Rock W P. Factors affecting the shear bond strength of orthodontic brackets to porcelain[J]. Br J Orthod, 1999,26(4): 286290.

　　[2] Matinlinna J P,Lassila L V, Ozcan M, et al. An introduction tosilanes and their clinical applications in dentistry[J]. Int J Prosthodont, 2004,17(2):155164.

　　[3] Chen J H,Matsumura H,Atsuta M. Effect of etchant,etching period, and silane priming on bond strength to porcelain of composite resin[J]. Oper Dent, 1998,23:250257.

　　[4] Ferrari M,Cagidiaco M C,Vichi A, et al. Bonding of allporcelain crowns: structural characteristics of the substrate[J]. Dent Mater, 2001,17(2):156164.

　　[5] 王迎捷,陈吉华,沈丽娟,等. 不同类型硅烷偶联剂处理对瓷和树脂黏接界面的影响[J]. 口腔医学研究, 2007,23(1):5356.

　　[6] Kato H, Matsumura H, Ide T, etal. Improved bonding of adhesive resin to sintered porcelain with the combination of acid etching and a twoliquid silane conditioner[J]. J Oral Rehabil, 2001,28:102108.

　　[7] Whitlock B o,Eick J D,Ackerman R J Jr, et al. Shear strength of ceramic brackets bonded to porcelain[J]. Am J orthod Dentofacial Orthop, 1994,106(4):358364.

　　[8] Smith G A,McInnesLedoux P,Ledoux W R, et al. Orthodontic bonding to porcelainbond strength and refinishing[J]. Am J Orthod Dentofacial Orthop, 1988,94(3):245252.

      [9] Kocadereli I,Canay S,Akca K. Tensile bond strength of ceramic orthodontic brackets bonded to porcelain surfaces[J]. Am J orthod Dentofacial Orthop, 2001,119(6):617620.