PMMA/ZrO2有机无机复合材料的制备及性能研究

论文摘要

本文从仿生学角度出发,模仿天然生物材料的细观结构形式,设计构成特征合理的材料体系,将有机相聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和无机相氧化锆（ZrO2）进行复合,制备口腔修复用PMMA/ ZrO2有机无机复合材料。首先采用硅烷偶联剂对无机相氧化锆进行了表面改性,主要研究反应介质、改性剂添加量、反应时间等条件对氧化锆表面改性效果的影响;通过活化率、亲油化度、红外光谱、透射电镜等手段对氧化锆的改性效果和结构进行了表征。实验结果表明:在丙酮溶剂中,80℃下反应时间为2h,改性剂添加量为3.5mass%时,氧化锆的有机化表面改性效果最好,此时改性氧化锆的活化率及亲油化度分别是42.0%和78.4%,改性后的ZrO2在丙酮中的分散效果得到明显改善。其次以四方相氧化锆（含有少量单斜相）和有机单体甲基丙烯酸甲酯（MMA）为原料,采用热压法和浸渍法制备PMMA/ZrO2复合材料。利用FT-IR、XRD和SEM分别对不同制备工艺所得材料的相组成和显微结构进行表征。结果表明,在热压法制备的复合材料中,PMMA的加入使Zr-O键红外吸收峰由501cm-1红移到573cm-1,但并不影响无机相的主晶相,氧化锆仍然主要以四方相存在;有机基体中均匀地分散着颗粒状氧化锆晶粒,随着无机相的增加,当PMMA与ZrO2的质量比1:2.5时,ZrO2晶粒在复合材料中出现团聚现象。浸渍法制备的复合材料,1150℃烧结的ZrO2部分烧结体与有机相是简单的物理复合,其主晶相是四方相氧化锆;部分烧结体内存在气孔,有机树脂能较好的浸渍并原位聚合固化,生成有机无机复合材料。利用压痕法测试了复合材料的硬度,初步探讨了材料的制备工艺、组分、显微结构和硬度之间的关系。研究结果表明,热压法制备的材料硬度随着无机相含量的增加而增加,范围是0.51.3GPa。而浸渍法所得的复合材料硬度范围是0.77.7GPa;复合材料及部分烧结体的维氏硬度随着烧结温度的提高而增加;有机相的加入,对部分烧结体的维氏硬度影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 医用牙科材料的概述
• 1.2.1 生物医用金属材料
• 1.2.2 生物陶瓷材料
• 1.2.3 医用高分子材料
• 1.2.4 复合材料
• 1.3 氧化锆作为口腔修复材料的研究现状
• 1.3.1 氧化锆的基本物理、化学性能
• 1.3.2 氧化锆作为口腔修复材料的应用
• 1.4 牙科复合树脂材料的研究现状
• 1.4.1 无机相的研究现状
• 1.4.2 聚甲基丙烯酸甲酯有机基体的研究现状
• 1.5 有机无机复合材料的制备方法
• 1.5.1 插层复合法
• 1.5.2 溶胶-凝胶法
• 1.5.3 共混法
• 1.5.4 原位聚合法
• 1.6 课题研究主要内容
• 第2章 实验材料与实验方法
• 2.1 实验试剂及设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 氧化锆的表面改性
• 2.2.2 热压法制备复合材料
• 2.2.3 浸渍法制备复合材料
• 2.3 材料表征及测试方法
• 2.3.1 傅立叶变换红外光谱分析（FT-IR）
• 2.3.2 X-射线衍射（XRD）
• 2.3.3 差热-热失重分析（TG-DTA）
• 2.3.4 扫描电子显微分析（SEM）
• 2.3.5 透射电子显微分析（TEM）
• 2.3.6 改性效果的检测方法
• 2.3.7 部分烧结氧化锆陶瓷的密度测试
• 2.3.8 复合材料的硬度测试
• 第3章 氧化锆的表面改性研究
• 3.1 表面改性剂的选择
• 3.2 表面改性工艺条件的优化
• 3.2.1 反应介质对氧化锆改性效果的影响
• 3.2.2 改性剂添加量对氧化锆改性效果的影响
• 3.2.3 反应时间对氧化锆改性效果的影响
• 3.3 表面改性氧化锆的表征
• 3.3.1 表面改性对氧化锆表面性能的影响
• 3.3.2 表面改性对氧化锆疏水性能的影响
• 3.4 本章小结
• 2有机无机复合材料'>第4章 热压法制备PMMA/ZrO₂有机无机复合材料
• 2复合薄膜材料工艺条件的优化'>4.1 PMMA/ZrO₂复合薄膜材料工艺条件的优化
• 4.1.1 引发剂和反应温度对成膜效果的影响
• 2质量比对薄膜热稳定性的影响'>4.1.2 PMMA与ZrO₂质量比对薄膜热稳定性的影响
• 2复合材料的热压制备及表征'>4.2 PMMA/ZrO₂复合材料的热压制备及表征
• 4.2.1 热压工艺参数的选择
• 2复合材料物相组成'>4.2.2 PMMA/ZrO₂复合材料物相组成
• 2复合材料的显微结构'>4.2.3 PMMA/ZrO₂复合材料的显微结构
• 2复合材料的硬度'>4.3 PMMA/ZrO₂复合材料的硬度
• 4.4 本章小结
• 2有机无机复合材料'>第5章 浸渍法制备PMMA/ZrO₂有机无机复合材料
• 5.1 氧化锆部分烧结体制备工艺研究
• 2复合材料的制备工艺研究'>5.2 PMMA/ZrO₂复合材料的制备工艺研究
• 5.2.1 预聚MMA的反应时间对浸渍效率的影响
• 5.2.2 烧结温度对浸渍效率的影响
• 2有机无机复合材料的物相及微观结构'>5.3 PMMA/ZrO₂有机无机复合材料的物相及微观结构
• 2有机无机复合材料物相组成'>5.3.1 PMMA/ZrO₂有机无机复合材料物相组成
• 2有机无机复合材料的显微结构'>5.3.2 PMMA/ZrO₂有机无机复合材料的显微结构
• 2复合材料的硬度'>5.4 PMMA/ZrO₂复合材料的硬度
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢