PEEK(聚醚醚酮)等离子体处理提升其粘结性能

聚醚醚酮( polyetheretherketone,PEEK)具有很多优良性能,如较高的抗氧化性、耐热性和强度,兼备韧性和刚性,优良的抗疲劳性和生物相容性、尺寸稳定性和介于皮质骨及松质骨之间的弹性模量,在非金属植入材料方面得到了广泛的应用,例如人体骨骼、脊柱植入物以及创伤修复等。在口腔医学中,PEEK主要应用于种植过程中的临时基台、愈合帽和正畸应用中的咬合棒。但是由于PEEK低的表面能和对表面改性的抵抗,其与复合树脂结合后,界面结合力很低,因此提高PEEK的表面性能成为当今研究的热点。

通过改变PEEK材料表面的微纳结构或沉积一些活性物质而不改变与其相关的表面的化学性质,是PEEK材料表面改性最常用且易操作的一种表面改性方法。目前聚醚醚酮表面物理改性主要采用等离子处理、物理气相沉积来提高PEEK材料生物活性。

等离子体处理PEEK

等离子体是一种电离气体,可以在含有低压气体混合物的封闭反应堆系统中通过电磁波激发产生。以这种方式生成的活性粒子可以与放置在反应器中的生物材料的表面相互作用,在表面引入特定官能团。

通过等离子体处理,可以在PEEK材料表面可以引入?NH3、?OH和?COOH等活性官能团活化材料表面,进而增加其表面的浸润性并且促进细胞黏附。同时这些活性官能团有利于一些生物活性分子的附着和黏附,甚至还能够和其他物质通过接枝和聚合等方法结合,在PEEK材料表面生成生物涂层,使其具有良好的生物相容性。

PEEK的表面是疏水的,化学性质不活泼。所以,增强PEEK与粘结材料的粘结性能,提高PEEK表面的亲水性是关键。高分子材料经过低温等离子体表面处理后,其表面发生了多种物理和化学变化,例如产生刻蚀、形成致密的交联层以及引入极性基团,从而使材料的亲水性、粘结性和生物相容性等均得到了改善。在口腔修复领域,树脂粘结剂已成为最常使用的粘接剂,与传统粘结剂比较,树脂粘结剂可以提供更高的固位力、更好的边缘封闭、更持久的粘结效果,树脂可以渗透到被粘物表面微孔中形成树脂钉,具有明显的微机械固位作用。

采用等离子体进行表面处理会对高分子材料表面产生侵蚀作用,主要是由于等离子体中的电子和离子等粒子撞击材料表面引起的溅射侵蚀,或者是因为等离子体中的化学活性物质对材料表面的化学侵蚀。等离子体溅射侵蚀材料表面时,由于材料表面被侵蚀的速率不同,材料表面会产生微细的凹凸形;被溅射出来的物质又会在等离子体中受到激发分解成气态成分,向材料表面逆扩散。因此,侵蚀、重新聚合的同时进行使处理材料的表面上形成大量突起物,使材料的表面得到粗化,增大了材料与粘结材料的接触面积,从而改善了粘结性能。

低温等离子体处理是增强PEEK及其复合材料粘结性能的有效方法。不同的材料由于硬度的差异,经过低温等离子体处理后,材料表面的刻蚀情况、粗糙度也不相同,产生的粘结效果也不同,因而与粘结材料之间的剪切强度值也不相同。