Kuitulujitteisen muovin sidostumista voidaan parantaa

Väitöskirja tarkastettiin 9.4.2021 Turun yliopistossa.

Fiber-reinforced composite with interpenetrating polymer network – Influence of shelf-life of the prepreg and the adhesive primer on interfacial adhesive strength of the composite to a resin luting material

Vastaväittäjä

Martin Rosentritt, professori

Regensburgin yliopisto, Saksa

Kustos

Pekka Vallittu, professori

Turun yliopisto

Esitarkastajat

Marco Cune, professori

Groningenin yliopisto, Alankomaat

Marco Bottino, apulaisprofessori

Michiganin yliopisto, Yhdysvallat

Ohjaajat

Pekka Vallittu, professori

Turun yliopisto

Eija Säilynoja, dosentti

Turun yliopisto ja Stick Tech – GC Group

Verkkojulkaisun osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-29-8405-3

Väitöstutkimus osoittaa, että esikäsittelyaineella on kyky liuottaa kuitulujitteisen muovin pintaa, tunkeutua polymeerirakenteeseen ja polymeroitua siihen hyvin kiinni. Havainto tukee tietoa polymeeri-monomeerigradienttirakenteen merkityksestä sidostumiselle.

Kuitulujitteista muovia käytetään yleisesti useilla eri hammashoidon osaalueilla joko suoralla tai epäsuoralla tekniikalla (laboratoriovalmisteiset työt). Vaikka materiaali itsessään täyttää hammaslääketieteelliset ulkonäkö- ja lujuusvaatimukset, hoidon lopputuloksen kestävyys riippuu suurelta osin rakenteen mitoituksen lisäksi liimasauman lujuudesta hampaan ja kuitulujitteisen muovin välillä.

Kuitulujitteinen muovi koostuu lujitekuiduista ja niitä sitovasta yleensä ristisilloitetusta muovimatriisista, joka voi polymeerirakenteeltaan olla myös niin sanottu osittaislomittaisverkostomuovirakenne (engl. semi-IPN). Semi-IPN:ssä yhdistyvät ristisilloittuva dimetakrylaattimonomeeri ja makromolekyylinen lineaarinen polymeeri, jotka muodostavat kuitulujite-esivalmisteen pinnalla gradienttimaisen rakenteen: Esivalmisteen pintakerroksessa on enemmän lineaarista polymeeria kuin sisäosissa. Lineaarisen polymeerikerroksen avulla jo kovettunutkin kuitulujitteinen muovi sidostuu hyvin yhdistelmämuoveihin ja sementteihin.

Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin kuitulujite-esivalmisteen säilytysajan ja kovetetun kuitulujitteisen muovin pinnan esikäsittelyn vaikutusta muovin liimautumiseen muihin hammaslääketieteessä käytettyihin muoveihin. Hypoteesina oli, että pitkän säilytysajan aikana polymeeri-monomeerigradienttirakenne vähenee diffuusion takia ja se vaikuttaa sidostumiseen. Lisäksi tutkittiin erikoostumuksisten esikäsittelyaineiden (primer) vaikutusta liimasauman lujuuteen.

Tutkimuksessa käytettiin semi-IPNmuovipitoista kuitulujitteista muovia (everStick C&B), jonka pinnan rakennetta ja ominaisuuksia tutkittiin muovin kovettamisen jälkeen. Vertailua tehtiin muun muassa nanomekaanisella pinnan analysoinnilla sekä useilla kemiallisilla karakterisointimenetelmillä niistä muoveista, joiden esivalmistetta oli säilytetty jopa kaksi vuotta ennen näytteen valmistusta. Lisäksi tutkimuksessa kiinnitettiin erityistä huomiota kuitulujitteisen muovin liimautumiseen toiseen muoviin, ja tällöin verrattiin erilaisten esikäsittelyaineiden vaikutusta rajapintaliitoksen sidoslujuuteen.

Näytteen pinnan nanokovuudessa pinnan eri kerrossyvyyksissä oli tilastollisesti merkitseviä eroja, mikä osoittaa semi-IPN-gradienttirakenteen olemassaolon. Käytetyt kaksi esikäsittelyainetta saivat rajapintaliitoksen pinnan kovuuden lisääntymään näytteissä, jotka oli valmistettu tuoreesta kuitulujitteisen muovin esivalmisteesta.

Hyväksi esikäsittelyaineeksi osoittautui G-Multi Primer (GC). Sen koostumus sai aikaan lujan sidoksen jo kahden minuutin käsittelyllä ennen kuitumuovirakenteen sementointia. Esivalmisteen säilytysaika ennen käyttöä vaikutti merkitsevästi liimautumiseen: Yli-ikäisen kuitulujite-esivalmisteen käyttäminen ei takaa lujaa liimasaumaa yhdistelmämuoviin. Korkein sidoslujuus saavutettiin kuitulujitteisella muovilla, jonka pinnan gradienttirakennetta ei ollut poistettu hiomalla ennen liimaamista.