提高树脂与氧化锆-玻璃复合材料的粘接性能：陶瓷底涂策略的对比评估

《Results in Surfaces and Interfaces》：Enhancing resin bonding to zirconia-glass composite surfaces: Comparative evaluation of ceramic primer coating strategies

氧化锆-玻璃复合材料表面采用硅烷+10-MDP双成分陶瓷primers处理，可显著提升剪切粘结强度（>30 MPa）及热循环老化（5000次）后的稳定性，其机制为硅氧烷键合与磷酸锆键合协同作用，优于单成分10-MDP primers及传统喷砂处理。

　　本研究聚焦于一种新型的氧化锆-玻璃复合材料表面，通过熔融渗透技术引入二氧化硅-氧化锂-氧化铝玻璃，以提升其与树脂复合材料之间的粘结性能。研究重点评估了不同陶瓷底漆对树脂粘结强度的影响，特别是针对氧化锆-玻璃复合材料表面和传统氧化锆表面进行对比分析。研究结果表明，经过玻璃渗透和底漆处理的组别（GHM、GHC、GHZ）在初始剪切粘结强度方面显著优于传统的空气颗粒喷砂处理组（AM、AC、AZ）。特别是在经历5000次热循环老化后，同时含有硅烷和10-MDP的底漆处理组（GHM、GHC）展现出更高的粘结稳定性，优于仅含10-MDP的底漆处理组（GHZ）。这一结果凸显了双组分底漆在提升粘结性能方面的优势。

在实验设计中，研究人员准备了140个氧化锆试样，并将其分为不同的处理组。其中，60个试样经过玻璃渗透处理，随后使用三种不同的陶瓷底漆（Monobond N、Clearfil Ceramic Primer Plus、Z-Prime Plus）进行表面处理。另外60个试样采用空气颗粒喷砂处理，同样随机分为三个底漆处理组（AM、AC、AZ）。剩余的20个试样作为未处理的对照组（Group C）。通过这些处理方式，研究人员能够系统地评估不同表面处理方法对粘结强度的影响，以及不同底漆对粘结性能的作用。

为了全面了解试样的表面特性，研究采用了扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）等技术。SEM图像显示了玻璃渗透处理后的氧化锆试样在酸蚀处理前后的表面和截面结构，揭示了玻璃相在氧化锆颗粒之间的分布情况。酸蚀处理后，试样表面出现了明显的孔隙，这为树脂的微机械嵌合提供了有利条件。XRD分析则进一步确认了酸蚀处理对氧化锆相变的影响，表明玻璃渗透处理和空气颗粒喷砂处理均能促进氧化锆从四方相向单斜相的转变，从而提升材料的抗裂性能。

研究还对表面润湿性进行了评估，使用动态接触角分析仪测量了不同底漆在氧化锆表面的接触角。结果显示，酸蚀处理后的氧化锆-玻璃复合材料表面，所有底漆处理组的接触角均保持在较低水平（约20°），表明这些表面具有良好的润湿性，有助于树脂的粘结。相比之下，空气颗粒喷砂处理后的表面在不同底漆处理下表现出显著的润湿性差异，其中使用Z-Prime Plus的接触角最高，而Monobond N和Clearfil Ceramic Primer Plus的接触角较低，显示出更优的润湿性能。

化学表征方面，研究通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析了不同处理组的表面化学组成和粘结机制。FTIR结果显示，含有硅烷的双组分底漆（GHM、GHC）在玻璃相中形成了显著的硅氧硅（Si-O-Si）键，而仅含10-MDP的Z-Prime Plus（GHZ）则未能形成类似的键，表明硅烷在促进粘结方面起到了关键作用。XPS分析进一步支持了这一结论，显示GHM组的粘结界面具有最佳的化学平衡，包括适度的Zr-O-P键形成和较低的P-O-H残留，这表明10-MDP与氧化锆之间的化学结合更为稳定。

在粘结强度测试中，所有处理组的试样在初始测试中均表现出超过30 MPa的剪切粘结强度，达到了临床可接受的水平。然而，经过5000次热循环老化后，GHZ组的粘结强度显著下降，而GHM和GHC组则保持了较高的粘结强度。这一结果表明，含有硅烷的双组分底漆能够有效提升粘结性能的耐久性。此外，空气颗粒喷砂处理组的粘结强度在老化后也有所下降，但总体上仍低于玻璃渗透处理组。这说明玻璃渗透处理不仅改善了表面润湿性，还通过形成更稳定的化学结合提高了粘结的长期稳定性。

在粘结失效模式分析中，研究人员使用立体显微镜观察了所有试样的失效类型。结果显示，未处理组（Group C）主要表现为粘结失效，而在老化后，这种失效模式进一步加剧。相比之下，使用双组分底漆处理的试样（GHM、GHC、GHZ）在老化前后均主要表现为脆性断裂或混合失效，表明这些处理方式能够有效增强粘结的稳定性。而空气颗粒喷砂处理组（AM、AC、AZ）则在老化后表现出更多的粘结失效，进一步说明了玻璃渗透处理的优势。

综上所述，本研究通过引入玻璃渗透技术，构建了一种新型的氧化锆-玻璃复合材料表面，并结合双组分陶瓷底漆（硅烷+10-MDP）成功提升了其与树脂复合材料的粘结性能。研究结果表明，这种新型表面处理方式不仅提高了初始粘结强度，还显著增强了粘结的耐久性，特别是在经历长期热循环老化后。这些发现为氧化锆-玻璃复合材料在临床中的应用提供了重要的理论依据和技术支持，同时也为未来进一步研究该材料的临床适用性奠定了基础。