[发明专利]一种改性石英纤维及其表面改性方法

说明书

本发明提供了一种改性石英纤维及其表面改性方法。所述的改性石英纤维，其特征在于，包括石英纤维本体，所述的石英纤维本体的表面生长有球状纳米二氧化硅。本发明的表面改性方法使石英纤维表面生长了一层球状纳米二氧化硅，且纳米二氧化硅层形貌可控。纳米二氧化硅层有效提高了纤维的表面粗糙度、比表面积以及硅烷接枝率，可通过两相界面的物理锚固和化学键双重作用改善纤维桩中有机‑无机相界面结合强度，提高复合材料的力学强度、耐水性和使用寿命。

技术领域

本发明属于复合材料界面改性技术领域，特别涉及一种齿科纤维桩用改性石英纤维及其表面改性方法。

背景技术

复合纤维桩因弹性模量适中、美观性好、生物相容性佳、临床操作简便等优点，逐渐取代铸造金属桩，成为目前治疗大面积牙齿缺损的重要修复材料，特别是呈现透明或半透明的玻璃及石英纤维桩应用最为广泛。纤维桩本质上是一类纤维增强的复合材料，与大多数复合材料一样，其性能主要取决于有机-无机相界面的性能，即纤维的表面改性显著影响增强相与连续相之间的相互作用，进而影响复合纤维桩的力学性能及其使用寿命。具有粗糙表面形貌的纤维能够有效提高两相界面的物理锚固性能，从而提高材料的力学性能和服役性能，同时这种物理锚合作用可避免硅烷改性界面的水解反应，因此成为复合材料表面改性处理领域的研究热点。目前，针对石英及玻璃纤维增强复合材料，纤维表面处理主要为硅烷偶联剂法和纤维表面接枝有机分子法，如公开号为CN105776895A的专利，利用接枝聚合物来提高纤维表面粗糙度，但该法接枝率较低、反应不可控、均匀性差，且硅烷改性界面易遭到水的破坏，若长期在潮湿环境中使用，材料极易受到破坏。公开号为CN103121800B的专利通过将纳米颗粒添加到浸润剂中然后涂覆到纤维表面，利用纳米颗粒提高纤维的比表面积，但这种方法中的纳米颗粒与纤维相互作用较差，仅凭浸润剂将颗粒粘附在纤维表面，使得颗粒易脱落，从而在改善界面结合方面具有局限性。考虑到齿科用纤维桩需要长期在口腔湿润环境下服役，且频繁受到外力作用，因此需要提供一种耐水性良好的纤维表面改性方法，实现提高纤维桩使用寿命的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性石英纤维及其表面改性方法，以提高耐水性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种改性石英纤维，其特征在于，包括石英纤维本体，所述的石英纤维本体的表面生长有球状纳米二氧化硅。

优选地，所述的纳米二氧化硅的粒径为100-800nm。

本发明还提供了一种石英纤维的表面改性方法，其特征在于，包括：将石英纤维或石英纤维纱进行预处理以去除表面浸润剂，在石英纤维或石英纤维纱的表面生长球状纳米二氧化硅，进行硅烷改性，得到上述的改性石英纤维。

优选地，所述的对石英纤维或石英纤维纱进行预处理的方法包括：将石英纤维或石英纤维纱放入质量浓度为20％-40％的硫酸溶液中，加热至80-100℃，处理2-4h，洗至中性，得到去除表面浸润剂的石英纤维或石英纤维纱。

优选地，所述的在石英纤维或石英纤维纱的表面生长球状纳米二氧化硅的方法包括：将乙醇和水混合，加入催化剂或催化剂和表面活性剂，放入石英纤维或石英纤维纱，搅拌10-30min后滴加硅源，室温搅拌4-18h，洗涤，在70-110℃下干燥，得到表面生长有球状纳米二氧化硅的石英纤维或石英纤维纱。

更优选地，所述的乙醇和水的体积比为：3∶1-1∶1。

更优选地，所述的催化剂为浓度为25-28％的氨水，其用量为体系质量的0.5-2％。

更优选地，所述的表面活性剂为季铵盐类阳离子表面活性剂，其用量为体系质量的0-1％。

更优选地，所述的硅源为正硅酸乙酯、正硅酸甲酯以及水玻璃中的至少一种，其用量为体系质量的0.2-2％。

更优选地，所述的搅拌速度为100-800r/min。