69-72 - Polskie Stowarzyszenie Biomateriałów

36
Właściwości mechaniczne
powłok TiO 2 wytwarzanych
metodą zol-żel na stopach
protetycznych
Bożena Pietrzyk 1* , Leszek Klimek 1 , Emilia Tyburska 2
1
Politechnika Łódzka,
Instytut Inżynierii Materiałowej,
90-924 Łódz, ul. Stefanowskiego 1/15;
2 prywatna praktyka
*e-mail: bozena.pietrzyk@p.lodz.pl
[Inżynieria Biomateriałów, 69-72, (2007), 36-38]
Wstęp
W protetyce stomatologicznej najczęściej stosowane są
stale i stopy metali na bazie niklu i kobaltu. Ze stosowaniem
uzupełnień protetycznych wiążą się pewne skutki uboczne
takie jak: drażnienie mechaniczne błony śluzowej, zwiększenie
retencji resztek pokarmowych lub płytki bakteryjnej, itp.
Jednak niektóre uciążliwości związane z noszeniem protez
wynikają także z niewystarczającej tolerancji biologicznej
stopów metali, z których wykonywane są elementy uzupełnień.
Wynika to z niedostatecznej odporności korozyjnej
stosowanych stopów, a więc uwalniania produktów korozji
i jonów metali, które powodują alergie, są także cytotoksyczne
i mutagenne [1,2]. Stale medyczne, stopy Ni‐Cr
i Co-Cr są jednak powszechnie stosowane gdyż są niedrogie,
w porównaniu ze stopami o lepszej tolerancji biologicznej,
oraz nie sprawiają trudności technologicznych w odlewaniu
i obróbce. W celu poprawienia własności stopów, można
pokrywać je różnego rodzaju warstwami ochronnymi. Warstwy
te powinny poprawiać odporność korozyjną, podłoża,
na które są naniesione czyli hamować uwalnianie jonów
a jednocześnie same nie mogą ulegać korozji i uwalniać jej
produktów. Warstwę wierzchnią powinna także cechować
twardość, wytrzymałość mechaniczna, odporność chemiczna
i dobra adhezja do podłoża, jak najmniejszy stopień adhezji
grzybów i bakterii, tolerancja biologiczna i odpowiednia
grubość. Poza odpowiednimi cechami charakterystycznymi
samej warstwy od metody wytwarzania również wymaga się
takich zalet jak: prostota, niskie koszty i szybkość procesu
nakładania warstwy.
W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań niektórych
właściwości mechanicznych i morfologii warstw TiO 2
nakładanych metodą zol-żel na stopach protetycznych.
Dwutlenek tytanu jest stabilny w środowisku kwaśnym jak
również alkalicznym, bezpieczny dla ludzi, jest znikomo
rozpuszczalny oraz dobrze chroni przed korozją. Także
metoda wytwarzania powłoki posiada wiele zalet jak niska
temperatura procesu, czystość i powtarzalność substratów,
powtarzalność wytworzonej struktury, niskie koszty,
nieskomplikowana aparatura [3].
Materiały i metody
Jako podłoża do nakładania powłok użyto handlowych
stopów protetycznych, których nazwy i składy chemiczne
przedstawiono w Tabeli 1. Powierzchnie próbek przeznaczone
do badań szlifowano i polerowano. Zol tlenku tytanu
przygotowano przez rozpuszczenie tetrabutanolanu tytanu
w etanolu i dodanie odpowiednich ilości wody i kwasu octowego.
Powłoki wytwarzano metodą zol‐żel poprzez wyciąganie
próbek z zolu ze stałą szybkością. Następnie próbki
Mechanical properties
of TiO 2 sol-gel coatings
deposited on prosthetic
alloys
Bożena Pietrzyk 1* , Leszek Klimek 1 , Emilia Tyburska 2
1
Technical University of Lodz ,
Institute of Materials Science and Engineering,
90-924 Lodz, ul. Stefanowskiego 1/15;
2 private practice
*e-mail: bozena.pietrzyk@p.lodz.pl
[Engineering of Biomaterials, 69-72, (2007), 36-38]
Introduction
The most common prosthetic alloys used in dental
practices are steels and Ni-base and Co‐base alloys.
There are many disadvantages observed connected with
using dentures, for example: mechanical irritation of an oral
mucous membranes, faster accumulation of dental plague
etc. However some problems arise from biological intolerance
of dental alloys. Products of corrosion and released
metal ions, following insufficient corrosion resistance of
those metal alloys, are the cause of this intolerance. Those
products can cause allergy, they are also cytotoxic and
cancerogenous [1,2]. In spite of these problems medical
steels, Ni-Cr and Co-Cr alloys are still widely used in dental
prosthetics because of their very low price, in comparison
with betted tolerated alloys, and good technological casting
properties.
In order to improvement in properties of dental alloys
different kinds of coatings may be used. The layers should
improve corrosion resistance of alloys and stop releasing
metal ions from the substrate and shouldn’t release ions
and products of corrosion on its own. The requirements
for protective layers are also hardness, mechanical endurance,
chemical resistance, good adhesion to the substrate,
low adhesion of bacteria and fungies, high biotolerance
and proper thickness. The technology of the deposition of
protective coatings should be cheap, not complicated and
as fast as possible.
The paper presents results of the investigation of some
mechanical properties and morphology of TiO 2 coatings
deposited by sol-gel method on prosthetic alloys. The titanium
dioxide is stable for acids and alkali, safe for people,
reveals very weak solubility and high protection properties.
The sol-gel method of deposition is characterized by a lot of
advantages as low temperature of process, low costs, not
complicated tools, a very good repeatability of a structure [3].
Materials and methods
Commercial prosthetic alloys were used as substrates.
Names and chemical compositions of the alloys are presented
in Table 1. Before deposition process samples
were grinding and polishing.
Titania sol was prepared using solution of titanium (IV)
butoxide in ethanol by mixing with suitable quantities of water
and acetic acid. Specimens were coated using the dip–coating
method by removing from the sol with the constant rate.
In the next step samples were dried at ambient conditions
and annealed at the temperature of 500 o C for 15 minutes.
The process of deposition was repeated three times for
each sample. The prepared samples were put to the test