氰基丙烯酸盐增强口腔石膏模型强度的研究

　　[摘要] 目的 探索一种用氰基丙烯酸盐强化石膏材料的简单方法，并研究氰基丙烯酸盐溶液的浓度对牙科石膏材料强度的影响。方法 将标准石膏样本制备成35 mm×4 mm×4 mm的长条形；将氰基丙烯酸正丁酯制成20%和30%的溶液并测定溶液黏度。将干燥后的牙科石膏样本浸入氰基丙烯酸正丁酯溶液中8 h，再置于室温下干燥。检测样品的弹性模量、断裂韧性、抗压强度、布氏硬度、双轴强度，所得的数据采用OriginPro 8软件进行统计分析。结果 黏性测定表明该溶液为牛顿流体，48 h内黏性小幅上升，但在室温下仍接近水，可用于浸润石膏，加强其强度。浸润氰基丙烯酸盐溶液的石膏具有良好的理化性能，石膏的双轴强度、断裂韧性、抗压强度和布氏硬度分别提高了39%、30%、63%和18%。结论 氰基丙烯酸盐可以提高石膏模型强度，具有潜在的临床应用价值。

　　[关键词] 氰基丙烯酸盐；石膏；机械性能；强化

　　[中图分类号]R 783.1 [文献标志码] A [doi] 10.7518/hxkq.2014.03.005

　　Strengthening a dental gypsum model by infiltration of cyanoacrylate Wei Yan1, Gao Yuan1, Lü Jin1, Wang Bin1, Liu Jinsong2. (1. Dept. of Stomatology, Chengdu No 1. People’s Hospital, Chengdu 610041, China; 2. Dept. of Prothodontics, School & Hospital of Stomatology, Wenzhou Medical College, Wenzhou 325027, China)

　　[Abstract] Objective To explore a simple but novel method of strengthening gypsum material by cyanoacrylate infil-tration. To evaluate the influence of cyanoacrylate on the mechanical properties of dental gypsum models. Methods Gypsum specimens were polished to the dimension of 35 mm×4 mm×4 mm. Butyl-cyanoacrylate was diluted with chloroform at different concentrations, namely 20% and 30% cyanoacrylate. Gypsum specimens were infiltrated by diluting one component of cyanoacrylate at different concentrations for 8 h and then dried for analysis. The changes in elastic modulus, fracture toughness, compressive strength, biaxial strength, brinell hardness were measured. The data were analyzed using software OriginPro 8. Results The viscosity measurements indicated that diluted cyanoacrylate were Newtonian fluids and the viscosity increased slightly within the 48 hours of preparation but still similar as water at room temperature, which could be used to infiltrating gypsum. The gypsum infiltrated with cyanoacrylate exhibited good physicochemical properties. The biaxial strength, fracture toughness, compressive strength and brinell hardness of the gypsum were improved by 39%, 30%, 63% and 18%, respectively. Conclusion Cyanoacrylate can significantly improve the strength of gypsum model which indicates the potential clinical application.

　　[Key words] cyanoacrylate;gypsum;mechanical property;strength

　　石膏材料广泛应用于医学、牙科学、建筑业和艺术行业，但较差的机械性能限制了其使用。在口腔医学领域，石膏模型材料主要被用于制作口腔软硬组织的阳模，能够再现口腔软硬组织的解剖形态，是义齿加工的依据。因此石膏模物理机械性能的稳定性与义齿的修复质量有着密切的关系，其强度和耐磨性能会影响修复体的制作精度，甚至修复效果。为了提高修复体制作的精度以满足口腔患者日益增长的修复需求，研究者们尝试用多种方法来提高口腔模型材料的强度和耐磨性能。有学者[1]将具有较高强度的树脂材料引入到牙科领域以代替石膏材料。然而，环氧树脂类材料由于自身尺寸精确性不足限制了其应用。Craig等[2]描述了在石膏材料中用硅胶或可溶性树脂代替水的方法。但是该法由于其不可预测的凝固膨胀系数难以在牙科领域推广。还有学者尝试通过在石膏模型表面涂覆薄层硬化剂，如氰基丙烯酸盐、环氧树脂、苯乙烯丙烯酸或合成树脂来提升石膏模型的强度和耐磨性。这种方法由于价格低廉、操作简便，适合在牙科实验室广泛应用和发展[3-6]。然而，最近的纳米印痕试验和扫描电镜（scanning electron microscope，SEM）观察表明石膏硬化剂只在石膏模型表面附着了很薄的一层，渗透十分有限，难以有效改善材料强度[7]。

　　氰基丙烯酸盐虽然已被应用于牙科领域的石膏材料，但是其仅仅局限于被用作表面保护剂[4]和修复性粘接材料[8]。如果能够将其深入渗透到石膏材料中，则可能通过氰基丙烯酸盐的自凝作用这一优势将石膏晶体凝结而增加强度。本文拟探索一种用氰基丙烯酸盐强化石膏材料的简易方法，并证实了其对石膏材料强度的增强作用。

　　1 材料和方法

　　1.1 溶液制备及黏度测定

　　将氰基丙烯酸正丁酯（Sicomet 6000；Sichel-Werke GmbH公司，德国）加入三氯甲烷液体中（Merck KgaA公司，德国），制成20%和30%的溶液，同时加入对苯二酚（Merck Schuchardt OHG公司，德国）以稳定溶液、抑制自凝。溶液的黏度用应力控制流变仪（Haake RheoStress 1，Thermo Scientific公司，美国）检测，该仪器带有一个圆锥（60 mm直径，

　　1°角）和平板，在20 ℃条件下，切变速率在60 s内从1 000 s-1下降到200 s-1。仪器用蒸馏水校准，溶液在制备后即刻、24 h及48 h后分别作检测。

　　1.2 样本制备

　　本实验所用的石膏为3型牙科石膏（Gypsum公司，美国），系硫酸钙在125 ℃及高压锅内蒸汽压力下加热脱水制得[9]。牙科石膏按照产品说明书在真空条件下混合，注入模具，凝固2 h，然后打磨成35 mm×4 mm×4 mm尺寸的长条形共90个样本，随机分成3组，即对照组（未浸润氰基丙烯酸正丁酯溶液）、20%组和30%组（两个实验组，分别浸润20%和30%氰基丙烯酸正丁酯溶液），最后所有样本用1 200号金刚砂纸抛光。所有样本经超声清洁后在室温下干燥24 h。用低速切削机在样本上预先制备深度约1.8 mm的缺口。将两组石膏样品分别浸润于两种不同浓度的氰基丙烯酸盐8 h，于室温下干燥12 h。然后用特制的压缩空气驱动带有固定刀片的循环运动机将缺口切削锋利，并再向深处延伸100~

　　200 μm。缺口的最终长度用装有物镜测微计（Olym-pus公司，日本）的光学显微镜（YS2-H，Nikon公司，日本）进行测量，达到1 μm的精确度。为了尽量减少切口钝化效应，测量每个缺口末端两侧以确保其直径小于10 μm。

　　1.3 纳米压痕试验

　　纳米压痕试验采用纳米级压痕试验系统（UMIS-

　　2000，CSIRO公司，澳大利亚）。将样本固定在一个并联机器的金属底座上，安装有样本的基座上有磁铁以保证其与UMIS系统间足够的接触。样本的弹性模量和硬度采用经校准的Berkovich硬度计压头在20 mN的固定加载下测定。36个压痕以6×6阵列的形式排列在抛光面上，每个压痕间相距50 μm以避免邻近压痕残余应力的影响。两个实验组的样本采用与上述相同的方法。所有压痕试验均在标准实验室环境下进行（23 ℃±1 ℃，50%±5%相对湿度）。

　　1.4 抗压强度及布氏硬度测试

　　该实验亦在标准实验室条件下进行。用抗压强度试验机测试试件的抗压强度，实验所用加荷速率为7 kN·min-1，直至试件压缩断裂。记录所施最大力（F），按公式计算每一件试件最大强度（S），S=

　　F/314，单位为MPa。

　　用布洛维硬度计（HBRX-187.5型，济南方圆试验仪器有限公司）测量石膏的布氏硬度，压球直径10.0 mm，实验力2 452 N，保持力时间60 s，分别从实验组和对照组中取10件样品，每件样品取5个不同的部位各打1个点进行测量，点与点之间间隔

　　1 cm，记录压痕直径并读出布氏硬度值，最后取其平均值。

　　1.5 双轴强度

　　在标准实验室环境下，采用环夹具带有活塞的英斯特朗万能试验机（Model 3369，Instron公司，美国）进行检测，卡头速度为0.5 mm·min-1。样本盘的直径分别为10、8、3 mm以支持活塞的圆盘和尖端。记录最大负载以计算双轴挠曲强度σF。