Исследование фазового состава и микротвёрдости композиционных материалов на основе акриловой смолы с включением наночастиц диоксида титана

Цель исследования. Получение композиционных материалов методом горячего прессования с различным процентным соотношением наночастиц диоксида титана и диоксида церия, исследование их фазового состава и микротвёрдости.
Методы. Методом горячего прессования получены композиционные материалы с включением наночастиц диоксида титана и частиц диоксида церия с их различным процентным содержанием в образцах. Методом атомно-силовой микроскопии определен нанометровый размер частиц в порошке диоксида титана. Показано наличие частиц диоксида титана и диоксида церия в полученных композиционных материалах методом рентгеноструктурной дифрактометрии. Методом Виккерса установлено среднее значение микротвёрдости композиционных образцов.
Результаты. Получены композиционные материалы диаметром 40 мм и толщиной 9 мм на основе акриловой смолы с различным процентным составом порошков диоксида церия и титана в образцах. Анализ АСМ-изображений порошка диоксида титана позволяет отметить наличие как наноразмерных частиц, так и их агломератов в нём. По результатам рентгеноструктурного анализа выявлено наличие частиц диоксида церия и наночастиц диоксида титана в композиционных образцах и отсутствия в них примесей других веществ. Определена фаза анатаз в TiO₂. Установлено, что при добавлении в акриловую матрицу частиц диоксида церия и наночастиц диоксида титана микротвердость композиционных материалов увеличивается.
Заключение. В данной работе описан способ получения композиционных материалов методом горячего прессования. Установлено, что значения микротвёрдости композиционных материалов увеличиваются от роста процентного содержания в них наполнителей. Рост микротвёрдости композиционных материалов предположительно обусловлен межмолекулярным взаимодействием смеси наполнителей и акриловой смолы между собой в процессе её плавления. 

1. 19th century denture base materials revisited / Mahesh Verma // Official Publication of the American Academy of the History of Dentistry www. historyofdentistry. 2011. org. 59. Vol. 59. No. 1. – P. 1.

2. Mechanical properties of denture base resin cross-linked with methacrylated dendrimer / Kawaguchi T., Lassila L.V., Vallittu P.K., Takahashi Y. // Dental materials. 2011. Vol. 27. No. 8. P. 755–761. https://doi.org/10.1016/j.dental.2011.03.015

3. Tribological, microhardness and color stability properties of a heat-cured acrylic resin denture base after reinforcement with different types of nanofiller particles / Altaie S.F. // Dental and Medical Problems. 2023. Vol. 60. No. 2. P. 295–302. https://doi.org/10.17219/dmp/137611

4. Acrylic resins in the CAD/CAM technology: A systematic literature review / Raszewski Z. // Dental and Medical Problems. 2020. Vol. 57. No. 4. P. 449–454. https://doi.org/10.17219/dmp/124697

5. Investigating the mechanical properties of ZrO2-impregnated PMMA nanocomposite for denture-based applications / Zidan S., Silikas N., Alhotan A., Haider J., Yates J. // Materials. 2019. Vol. 12. No. 8. P. 1344. https://doi.org/10.3390/ma12081344

6. Polymerization shrinkage, hygroscopic expansion, elastic modulus and degree of conversion of different composites for dental application / Borges A.L.S., Dal Piva A.M.D.O., Moecke S.E., de Morais R.C., Tribst J.P.M. // Journal of Composites Science. 2021. Vol. 5. No. 12. P. 322. https://doi.org/10.3390/jcs5120322

7. Influence of addition of zirconia on PMMA: A systematic review / R. de Souza Leao, S.L.D. de Moraes, J.M. de Luna Gomes, C.A.A. Lemos, B.G. da Silva Casado, B.C. do Egito Vasconcelos, E.P. Pellizzer // Materials Science and Engineering: C. 2020. Vol. 106. P. 110292. https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110292

8. An application of nanotechnology in advanced dental materials / Mitra S.B., Wu D., Holmes B.N. // The Journal of the American Dental Association. 2003. Vol. 134. No. 10. P. 1382–1390. https://doi.org/10.14219/jada.archive.2003.0054

9. Impact of thermal properties of veneering ceramics on the fracture load of layered Ce-TZP/A nanocomposite frameworks / Fischer J., Stawarczyk B., Trottmann A., Hammerle C.H. // Dental Materials. – 2009. – V. 25. – №. 3. – P. 326-330. https://doi.org/10.1016/j.dental.2008.08.001

10. Inhibited growth of Pseudomonas aeruginosa by dextran-and polyacrylic acid-coated ceria nanoparticles / Wang Q., Perez J.M., Webster T.J. // International journal of nanomedicine. 2013. P. 3395–3399. https://doi.org/10.2147/IJN.S50292

11. Composite titanium dioxide nanomaterials / Dahl M., Liu Y., Yin Y. // Chemical reviews. 2014. Vol. 114. No. 19. P. 9853–9889. https://doi.org/10.1021/cr400634p

12. The release of TiO2 and SiO2 nanoparticles from nanocomposites / L. Reijnders // Polymer degradation and stability. 2009. Vol. 94. No. 5. P. 873–876. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2009.02.005

13. Effect of nanoTiO2 addition on poly (methyl methacrylate): an exciting nanocomposite / Chatterjee A. // Journal of applied polymer science. 2010. Vol. 116. No. 6. P. 3396–3407. https://doi.org/10.1002/app.31883

14. Effects of Titanium Dioxide Nanoparticles on the Mechanical Strength of Epoxy Hybrid Composite Materials Reinforced with Unidirectional Carbon and Glass Fibers / Abass B.A., Hunain M.B., Khudair J.M. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1094. No. 1. P. 012159. https://doi.org/10.1088/1757-899X/1094/1/012159

15. Thermal, photocatalytic, and antibacterial properties of calcinated nano-TiO2/polymer composites / Tekin D., Birhan D., Kiziltas H. // Materials Chemistry and Physics. 2020. Vol. 251. P. 123067. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123067

16. Graphene supported ceria-titania mixed oxide composite-An effective photo catalyst for methylene blue (MB) dye degradation / Barik M., Das D., Satapathy P.K., Mohapatra P. // Environmental Engineering Research. 2023. Vol. 28. No. 6. https://doi.org/10.4491/eer.2022.586

17. Synthesis, characterization, thermal properties, conductivity and sensor application study of polyaniline/cerium-doped titanium dioxide nanocomposites / Sampreeth T., Al-Maghrabi M.A., Bahuleyan B.K., Ramesan M.T. // Journal of materials science. 2018. Vol. 53. No. 1. P. 591–603. https://doi.org/10.1007/s10853-017-1505-8

18. Physical analysis of an acrylic resin modified by metal and ceramic nanoparticles / Dos Santos L.M., Baroudi K., Silikas N., Tribst J.P.M., Sinhoreti M., Brandt W., Liporoni P. // Dental and Medical Problems. 2023. P. 1–8. https://doi.org/10.17219/dmp/171844