光固化3D打印牙科树脂的制备及其抗菌性研究

作     者：李开武 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘卅;阮镇祥

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：光固化 3D打印 牙科树脂 抗菌 

摘      要：光固化DLP打印技术(Digital Light Projection)能够打印精度要求较高的小型器件,适用于牙科器械的个性化制造。目前,光固化3D打印成型件普遍存在着力学性能较差的问题,且牙科器械在患者佩戴期间会因口腔微生物环境复杂而容易生长菌膜。针对以上问题,本文旨在开发高性能的光固化3D打印牙科树脂,并通过添加纳米载银无机填料赋予树脂抗菌功能。首先,本文选择流动性较好的牙科树脂二甲基丙烯酸氨基甲酸酯(UDMA)和三乙二醇二甲基丙烯酸酯(TEGDMA)作为打印树脂的主体成分,能够匹配DLP打印光源(波长405nm)的2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦(TPO)作为光引发剂,通过调整两种树脂组分和光引发剂的配比获得最适宜的DLP打印的配方并研究其打印工艺。结果显示,UDMA含量超过70%,树脂黏度大幅提高;产品的抗弯性能和收缩率则随着UDMA含量的提高得到改善;TPO在含量达到1%时就能够使树脂的固化速率达到较高水平。对树脂进行打印性能研究发现,设定0.1mm打印层厚时固化所需要的能量约为11mJ/cm,而且使用该打印参数制备得到的打印件形貌细节基本能够还原出来。对具有较大长径比的埃洛石纳米管(HNT)进行硅烷偶联改性得到mHNT,添加到树脂中以期增强其物理性能。通过红外和接触角考察了HNT的改性效果,通过透射电镜观察mHNT在树脂中的分散状态,并研究了不同含量的mHNT对树脂的黏度、光固化速率、抗弯性能、固化收缩率、硬度和吸水率的影响。结果表明,HNT成功改性,而且在树脂中分散均匀;当mHNT的添加量超过10%时,树脂流体出现严重的剪切变稀效应;而mHNT含量在10%以内时,树脂的光固化性能、收缩率和吸水率几乎不受影响;树脂的抗弯性能在mHNT含量5%时达到最大,抗弯强度提升20%,抗弯模量提升30%;复合树脂的维氏硬度在mHNT含量为5%以上时才有明显的提高,添加量在5%时维氏硬度提升了30%,在10%时则提升了70%。对埃洛石纳米管进行硝酸银负载并烧结,得到负载纳米银颗粒的埃洛石纳米管Ag-HNT,添加到树脂中以期获得具有抗菌功能的树脂材料。通过热分析和结合EDS分析的透射电镜研究了温度对Ag-HNT的制备效果的影响,并研究了不同含量的Ag-HNT对树脂的光固化速率、抗弯性能、抗菌性能和生物相容性的影响。结果表明,440℃的烧结成功制备了内腔装载纳米银粒的Ag-HNT;3%以下含量的Ag-HNT仅轻微延长树脂的固化时间,对打印性能无明显影响;Ag-HNT在树脂中分散性良好,树脂的抗弯性能随Ag-HNT含量的提升而增强;3%以下含量Ag-HNT复合树脂都具备至少七天的持续抗菌能力(99%对变形链球菌),而且浸提液银离子浓度保持在一定的范围(0.02-0.1ppm);3%以下含量Ag-HNT复合树脂浸提液对L929细胞没有明显毒性,而且溶血率低于5%,说明复合树脂具有良好的生物相容性。