pH值對復(fù)合樹脂磨損性能的影響*

李長春 胡 欣 劉亞林

pH值對復(fù)合樹脂磨損性能的影響*

李長春 胡 欣 劉亞林△

目的：探討口腔內(nèi)pH值變化對復(fù)合樹脂磨損性能的影響。方法：使用MMV-1立式萬能摩擦磨損試驗機，以滑石瓷為對磨物，在37℃人工唾液潤滑的試驗情況下，人工唾液pH值分別調(diào)整為2、4、6、8，載荷設(shè)置為20 N，對復(fù)合樹脂P60進行二體摩擦磨損試驗。采用掃描電鏡觀察表面磨損形貌，測量磨損量，記錄材料動態(tài)摩擦系數(shù)，顯微硬度儀測試表面硬度。結(jié)果：P60樹脂的摩擦系數(shù)隨人工唾液中pH值的降低而呈增大趨勢，體積損失量和顯微硬度隨人工唾液中pH值的降低而呈降低趨勢。人工唾液pH值為2和4時，樹脂的磨損機制主要為磨粒磨損及腐蝕磨損；pH值為6和8時，樹脂的磨損機制以磨粒磨損為主。結(jié)論：人工唾液pH值降低導(dǎo)致試樣磨損量增加、耐磨性及顯微硬度降低。

酸堿平衡 復(fù)合樹脂類 牙磨損 唾液，人工 牙制備，口腔修復(fù)

復(fù)合樹脂材料具有美觀效果及粘接性能，作為銀汞合金替代材料廣泛應(yīng)用于牙齒美容和充填治療[1-2]。充填材料行使咀嚼功能的過程，就是天然牙和充填體相互磨損的過程。有研究表明，復(fù)合樹脂表現(xiàn)出與牙釉質(zhì)相近的摩擦特性，用于后牙充填具有適宜耐磨性，不會導(dǎo)致天然牙的過度磨耗[3]。目前國內(nèi)外對于復(fù)合樹脂的耐磨性研究多集中于咀嚼力大小、濕度、溫度、唾液性質(zhì)及食物等因素對材料磨損性能的影響[4]。鑒于人們飲食結(jié)構(gòu)變化造成的口腔偏酸性環(huán)境，且對pH值變化影響耐磨性的研究相對較少。本文通過配制不同pH值的人工唾液并將復(fù)合樹脂置于磨損環(huán)境中，研究pH值變化對復(fù)合樹脂磨損性能的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 MMV-1型立式萬能摩擦磨損試驗機（濟南試金集團有限公司）；顯微硬度儀（MHV2000，上海材料試驗機廠）；電子天平（ENRONDA，美國）；掃描電鏡（XL30-TMP，Philips-FEI公司）；超聲波清潔器（CQ50，上海超聲波儀器公司）；FiltekTMP60光敏樹脂，3M公司(美國明尼蘇達礦業(yè)制造貿(mào)易有限公司)；滑石瓷，江蘇省海門市天補高頻陶瓷廠。

1.2 試樣制備 將FiltekTM P60復(fù)合樹脂制成規(guī)格為2.0 mm×2.0 mm×11.2 mm的長方體試樣36個，對應(yīng)4種人工唾液的pH值，每種條件下做3組測試，每組3個試樣。將所有試樣在相同狀態(tài)下噴砂，依次用600目、1 000目、1 200目、1 500目氧化鋁耐水砂紙打磨，1 200目石英砂糊劑拋光?；杉庸こ珊? mm，直徑20.9 mm的圓盤狀，共12個。

1.3 制備人工唾液與測試前準(zhǔn)備 采用ISO/TR10271標(biāo)準(zhǔn)制備人工唾液，人工唾液成分為：氯化鈉0.4 g，氯化鉀0.4 g，二水氯化鈣0.795 g，二水磷酸二氫鈉0.78 g，九水硫化鈉0.005 g，尿素1 g，蒸餾水1 000 g，共制備4組，通過NaOH、HCl含量變化分別將每組人工唾液的pH值調(diào)整為2、4、6及8，分別為A、B、C、D 4組，每組各9個試樣。將滑石瓷及試樣超聲清洗10 min，蒸餾水漂洗3次，冷風(fēng)吹干，電子天平稱質(zhì)量（0.000 1 g）。磨損試驗機參數(shù)設(shè)定為：法向載荷Fn為20 N，轉(zhuǎn)速150 r/min，循環(huán)次數(shù)20 000次，實驗溫度37℃。實驗完畢對各被測試件進行清洗、吹干、稱質(zhì)量。以失水法測量每個試樣密度，用密度法換算成磨耗后的體積喪失量，分別計算各組試樣磨耗后的體積喪失值。

1.4 觀察指標(biāo) （1）摩擦系數(shù)測量：試驗過程中不同的循環(huán)次數(shù)下(按對數(shù)坐標(biāo))表面摩擦力與位移間的變化關(guān)系通過計算機控制并記錄，得出摩擦系數(shù)等所需參數(shù)的變化曲線。（2）顯微硬度值測試：用維氏硬度儀測量經(jīng)20 000次磨損循環(huán)后各組試樣的維氏硬度，負荷采用0.49 N，時間15 s，每組材料表面選10個點測量，取10個測量值的平均值作為該組材料的硬度值。（3）表面形貌的觀察：掃描電鏡下觀察各組試樣經(jīng)20 000次循環(huán)后表面形貌的變化情況。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS11.5軟件包，計量資料以表示，多組間比較使用單因素方差分析，兩兩比較用LSD-t法，檢驗水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 測試試樣體積損失量 C組與D組試樣體積磨損量及硬度值差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P分別為0.127和0.668），其他各組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.001）。

Table 1 Values of volume loss and micro hardness of samples表1 測試材料磨損體積損失量及顯微硬度值 （）

Table 1 Values of volume loss and micro hardness of samples表1 測試材料磨損體積損失量及顯微硬度值 （）

**P<0.01

組別A組B組C組D組F n9 9 9 9試件體積損失量（mm3）4.87±0.74 5.65±0.68 8.57±0.63 8.73±0.59 90.259**維氏硬度(HV)132.6±3.4 143.3±2.5 157.3±2.3 156.8±3.1 180.693**

2.2 磨損表面形貌 A組P60樹脂表面磨損嚴(yán)重，附著大量脫落磨粒，樹脂局部出現(xiàn)由脫落磨粒形成的較大磨斑；B組P60樹脂表面磨損較為嚴(yán)重，局部區(qū)域發(fā)生顯著塑性變形，附著量脫落的樹脂磨粒；C組P60樹脂表面磨損較輕，磨損表面主要出現(xiàn)少量犁溝，未見明顯塑性變形情況；D組P60樹脂表面見輕微磨損，磨損表面局部出現(xiàn)犁溝和少量剝脫顆粒，磨損面比較光滑，塑性變形不明顯見圖1~4。

2.3 摩擦系數(shù) D組P60樹脂摩擦系數(shù)變化較穩(wěn)定，約為0.2；C組P60樹脂摩擦系數(shù)在實驗開始后緩慢上升，在4 000次循環(huán)以后穩(wěn)定在0.25~0.35；B組P60樹脂摩擦系數(shù)在起始階段迅速上升，2 700次循環(huán)后穩(wěn)定在0.40~0.50；A組P60樹脂摩擦系數(shù)在起始階段迅速上升，之后出現(xiàn)較大波動，6 700次循環(huán)后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定在0.50~0.60，見圖5~8。

Figure 5 Friction coefficients of samples at pH 8 in D group圖5 D組pH 8時試樣摩擦系數(shù)

Figure 6 Friction coefficients of samples at pH 6 in C group圖6 C組pH 6時試樣摩擦系數(shù)

Figure 7 Friction coefficients of samples at pH 4 in B group圖7 B組pH 4時試樣摩擦系數(shù)

Figure 8 Friction coefficients of samples at pH 2 in A group圖8 A組pH 2時試樣摩擦系數(shù)

3 討論

口腔系統(tǒng)環(huán)境十分復(fù)雜，充填材料與對頜天然牙接觸后發(fā)生的摩擦磨損行為直接或間接地受口腔溫度、摩擦介質(zhì)以及所進食物或飲料的pH變化等影響[5]。通?？谇粌?nèi)溫度變化可達-10℃~50℃，口腔唾液pH值變化為2~8，這些因素直接或間接地影響著復(fù)合樹脂的磨損程度和使用壽命。隨著人們對高糖、低纖維食物攝取量越來越多，飲料中添加的檸檬酸、蘋果酸、乳酸和磷酸都會對牙齒和充填材料產(chǎn)生腐蝕作用[6]。此外夜間睡眠時胃酸反流，也會使口腔達到pH值較低的酸性環(huán)境。

摩擦系數(shù)反映材料的摩擦學(xué)性能，同一種材料，在測試載荷恒定時，其值越小，耐磨性能越好。本研究結(jié)果顯示，隨人工唾液pH值減小，樹脂表面的磨損機制由磨粒磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟チＤp及腐蝕磨損，P60樹脂摩擦系數(shù)整體上呈上升趨勢，表明材料的耐磨性能降低，提示較低的pH值可導(dǎo)致試樣磨損量增加、耐磨性及顯微硬度降低，在行使咀嚼功能時會縮短充填材料的使用壽命。

一般情況下復(fù)合樹脂的磨損包括2個過程，首先是較軟的樹脂基質(zhì)被選擇性磨除，導(dǎo)致較硬的填料顆粒暴露出來，然后在機械應(yīng)力的作用下填料顆粒脫落。本實驗中，由于人工唾液pH值的降低，化學(xué)性腐蝕對材料耐磨性起重要作用，導(dǎo)致材料表面粗化和軟化，使樹脂的表面硬度減小，降低了復(fù)合樹脂的耐磨性能。此實驗結(jié)果與Correr等[7]的研究結(jié)論相吻合。此外，酸性人工唾液對試樣機械性能也可產(chǎn)生負面影響。P60復(fù)合樹脂通過基質(zhì)吸收水分而松解，并將此能量通過連接界面轉(zhuǎn)移給堅硬的無機填料，損害填料-基質(zhì)黏接面，從而發(fā)生腐蝕性磨損。腐蝕性磨損在材料的磨損中起重要作用，而它在實際的磨損研究中常常被忽略[8]。另外，腐蝕磨損通常開始于材料的降解，當(dāng)酸性人工唾液通過基質(zhì)、填料表面、微孔及其他薄弱環(huán)節(jié)滲透，填料和基質(zhì)界面發(fā)生降解并產(chǎn)生一層松軟層，在材料承受咀嚼壓力時該層易剝脫。此結(jié)果導(dǎo)致樹脂中樹脂基質(zhì)與較硬的填料顆粒的結(jié)合力下降，在咀嚼壓力的作用下，樹脂中的填料顆粒更易從基質(zhì)脫落，加劇了較軟的樹脂基質(zhì)的磨損，同時較硬的填料顆粒在摩擦界面上經(jīng)反復(fù)碾壓摩擦，形成了較大的磨斑，進一步加大了樹脂的磨損程度。

[1]秦菁，朱燕玲.P60復(fù)合樹脂與銀汞合金修復(fù)老年人后牙I、II類齲洞的臨床療效比較[J].中華老年口腔醫(yī)學(xué)雜志,2009,7(5):259-261.

[2]賀曉萍，莫安春.樹脂基質(zhì)在口腔應(yīng)用材料中的現(xiàn)狀及研究進展[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志,2008,35(4):8-11.

[3]徐成文，李長義，張潔，等.三種齒科后牙充填材料與牙釉質(zhì)耐磨損的性能[J].中國組織工程研究與臨床修復(fù),2009,13(16):3124-3128.

[4]Topcu FT,Erdemir U,Sahinkesen G,et al.Evaluation of microhard?ness,surface roughness,and wear behavior of different types of res?in composites polymerized with two different light sources[J].J Biomed Mater Res B App Biomater,2010,92(2):470-478.

[5]王萍萍，朱松，劉紅.磨損過程中pH值改變對復(fù)合樹脂磨耗性能的影響[J].實用口腔醫(yī)學(xué)雜志,2008,24(6):811-814.

[6]Hughes JA,West NX,Parker DM,et al.Effects of pH and concentra?tion of citric,malic and lactic acids on enamel in vitro[J].J Dent,2000,28(2):147-152.

[7]Correr GM,Bruschi Alonso RC,Correr Sobrinho L,et al.In vitro wear of resin-based materials--simultaneous corrosive and abra?sive wear[J].J Biomed Mater Res B Appl Biomater,2006,78(1):105-114.

[8]Moszner N,Salz U.New developments of polymeric dental compos?ites[J].Prog Polym Sci,2001,26(4):535-576.

Influence of pH Value on Wear Resistance Properties of Composite Resins

LI Changchun,HU Xin，LIU Yalin

Tanggu Stomatological Hospital,Tianjin 300450,China

Objective:To study the influence of pH value on wear resistance properties in composite resins.Methods：A loading wear test was done under an artificial saliva environment at 37℃by MMV-1 vertical universal friction and wear testing machine.P60 composite resins were two-body wear tested in vitro using steatites as the grinding material.pH values were set at 2,4,6 and 8.Quality wear loss was measured and wear surface morphology was observed with electron micro?scope.Dynamic friction coefficients were recorded.The rigidity values were got by micro-rigidity test device.Results：The wear loss and friction coefficients of the P60 composite resins increased and the rigidity value decreased with pH value de?creased.When pH values were 2 and 4,the dominant wear form of P60 composite was corrosion wear accompanied with abra?sive wear.When pH values were 6 and 8,the dominant wear form of P60 composite was abrasive wear.Conclusion：The de?creased pH value enlarged the wear loss and reduced the wear-resisting property and micro hardness of P60 composite resins.

acid-bose equilibrium composite resins tooth abrasion saliva,artificialtooth preparation,prosthodontic

10.3969/j.issn.0253-9896.2012.08.012

*天津醫(yī)科大學(xué)科學(xué)基金項目（項目編號：2009ky43）；天津醫(yī)科大學(xué)重點學(xué)科項目（項目編號：2009xk17）

300450 天津市濱海新區(qū)塘沽口腔醫(yī)院（李長春）；天津醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院（胡欣，劉亞林）

△通訊作者 E-mail:liuyalin_ty@sina.com

（2011-12-06收稿 2012-01-12修回）

（本文編輯 陸榮展）

藥物臨床觀察