RESISTÊNCIA ADESIVA ENTRE UMA CERÂMICA 3Y-TZP E UM
CIMENTO RESINOSO: EFEITO DO TRATAMENTO DA SUPERFÍCIE CERÂMICA
M.C. Bottino1; D.R.R. Lazar1; R. Amaral 2; L.F. Valandro2; V. Ussui1; M.A. Bottino 2; J.C. Bressiani 1; A.H.A. Bressiani1
1Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares - IPEN 2 Faculdade de Odontologia de São José dos Campos - UNESP
mbottino@ipen.br
RESUMO
A elevada tenacidade à fratura e biocompatibilidade das cerâmicas à base de zircônia tem permitido sua utilização na odontologia. Todavia, a adesão aos cimentos resinosos, utilizados para a união cerâmica-dente, pode ser um fator clinicamente limitante. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência do tratamento de superfície na resistência adesiva entre uma cerâmica 3Y-TZP e um cimento resinoso. Amostras do pó cerâmico, obtidas pela rota de co-precipitação, foram processadas por prensagem uniaxial e sinterização. As superfícies do material cerâmico foram condicionadas por jateamento com óxido de alumínio (JAT) e silicatização + silanização (SiOx). Após colagem em resina e armazenagem em água, as amostras foram seccionadas para realização de testes de tração em área adesiva de aproximadamente 0,5 mm². Os valores de resistência adesiva (MPa) JAT(15,3±2,8) e SiOx (17,0±3,4) revelam que para esta cerâmica o método de deposição de sílica não influencia significativamente a capacidade adesiva.
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento de materiais cerâmicos odontológicos com adições de quartzo e alumina, tem proporcionado considerável melhora nas suas propriedades mecânicas (1). Tal fato tem impulsionado o desenvolvimento de novos materiais indicados para confecção de restaurações puramente cerâmicas em detrimento àquelas onde se utiliza uma infra-estrutura metálica como suporte para o material de revestimento estético, polimérico ou cerâmico.
Um fator determinante para o sucesso clínico das restaurações cerâmicas é a obtenção de uma resistência adesiva confiável entre o agente cimentante e a superfície interna da restauração. Para esta finalidade, os cimentos à base de resina são indicados (2). Todavia, para se otimizar a adesão entre os novos sistemas restauradores cerâmicos comerciais (ex. IPS Empress 2, In-Ceram: Alumina, Spinell e Zirconia, Procera AllCeram e cerâmicas Y-TZP) e os cimentos resinosos, tem-se discutido na literatura diversas alternativas de se condicionar a superfície destes materiais restauradores (3-7).
De acordo com a sensibilidade ao condicionamento pelo ácido fluorídrico, os sistemas cerâmicos podem ser classificados como (6): 1) Ácido-sensíveis – cerâmicas que sofrem degradação da superfície pelo HF, criando um padrão topográfico que favorece a união micro-mecânica (Ex.: cerâmicas feldspáticas, leucíticas e à base de dissilicato de lítio); 2) Ácido-resistentes – cerâmicas resistentes ao ataque pelo HF (cerâmicas à base de alumina ou alumina/zircônia infiltradas por vidro, à base de zircônia estabilizada com ítria e alumina).
O emprego de sistemas para tratamento de superfície, baseados num método triboquímico de silicatização, tais como os sistemas Rocatec e CoJet (3M-ESPE), vem demonstrando ótimos resultados de adesão quando aplicado às cerâmicas ácido-resistentes (3-7). Estes métodos envolvem a criação de ligações químicas decorrentes do emprego da energia mecânica, na forma de jateamento, com partículas de óxido de alumínio modificadas por sílica com granulação específica.
Considerando-se a dificuldade de condicionamento da superfície de cerâmicas ácido-resistentes, entre as quais destaca-se as de zircônia estabilizada, este trabalho tem como objetivo a avaliação da influência dos métodos de
jateamento de óxido de alumínio e de silicatização triboquímica, na resistência adesiva entre uma cerâmica de Y-TZP e um agente de cimentação resinoso.
MATERIAIS E MÉTODOS
Obtenção dos blocos cerâmicos 3Y-TZP
As cerâmicas 3Y-TZP foram preparadas a partir de pós sintetizados pela rota de co-precipitação de hidróxidos, em meio amoniacal, empregando-se soluções clorídricas de zircônio e ítrio. O processamento cerâmico consistiu na conformação de barras de dimensões aproximadas de 60x12x8 mm, por prensagem uniaxial (100 MPa), e sinterização a 1500oC por 1 hora. Os blocos cerâmicos (6x5x5 mm) foram caracterizados por medidas de densidade aparente, baseadas no princípio de Archimedes; análises por difração de raios X (DMAX 2000, Rigaku), pelo método de Rietveld; medidas de dureza e tenacidade à fratura, pelo método de indentação Vickers (VMT-7, Büehler); módulo de elasticidade por análise mecânica dinâmica (DMA 242 Netzsch); e avaliação microestrutural por microscopia eletrônica de varredura (XL30, Philips).
Obtenção dos blocos de resina composta
Cada bloco cerâmico foi moldado com silicona de adição de consistência pesada (Express, 3M-ESPE, MN, USA), e em seguida, a resina composta (W3D-Master, Wilcos, Petrópolis, RJ, Brasil; Lote # 010/03) foi condensada em camadas de 2 mm e fotopolimerizada por 40 s (XL 3000, 3M-ESPE, MN, USA; potência: 500 mW/cm2) até o preenchimento do molde, obtendo-se um bloco de polímero para cada bloco cerâmico.
Tratamento de superfície
Os 16 blocos cerâmicos foram divididos aleatoriamente em 2 grupos, de acordo com os tratamentos de superfície:
Condicionamento 1 (JAT) – jateamento (Micro-Etcher, Danville Inc., San Ramon, CA, USA) com partículas de Al2O3 (granulação de 110 µm), de acordo com
os seguintes parâmetros de jateamento: (I) ângulo de incidência perpendicular; (II) distância de 10 mm da superfície; (III) tempo de 15 s; (IV) pressão de 2,8 bars;
Condicionamento 2 (SiOx) – Sistema CoJet (3M-ESPE, MN, USA; Lote #
116459): a superfície cerâmica foi submetida ao tratamento com partículas de Al2O3,
como o condicionamento 1. Em seguida, foi realizado o jateamento de partículas de Al2O3 (30 µm) modificadas por sílica (Micro-Etcher, Danville Inc., San Ramon, CA,
USA), conforme o procedimento descrito acima. O agente de união silano ESPE-Sil (3M ESPE AG, Seefeld, Alemanha; Lote # 118484) foi então aplicado, sendo aguardado 5 min para sua evaporação (5-7) .
Cimentação dos blocos cerâmicos e poliméricos
Cada bloco cerâmico foi cimentado ao bloco correspondente de resina composta, empregando um cimento resinoso (Panavia F, Kuraray, Okayama, Japan; Lote # 51136). O conjunto cerâmica-cimento-polímero foi posicionado em prensa com a interface perpendicular à carga vertical (750 gr), permanecendo por 10 min
(3,4,7). Posteriormente, os excessos foram removidos e cada interface foi
fotopolimerizada por 40 s (XL 3000, 3M-ESPE, MN, USA; potência: 500 mW/cm2). Um gel à base de glicerina (Oxyguard) foi aplicado em todas as interfaces com o intuito de inibir a presença de oxigênio durante a polimerização química. Em seguida os blocos foram lavados com água e armazenados em solução salina (NaCl 0,9%) a 37°C durante sete dias, até a preparação dos corpos-de-prova (cp).
Obtenção das amostras para o teste de microtração
Os cortes foram executados com disco diamantado 34570 (Microdont, São Paulo, Brasil) em baixa rotação, sob refrigeração com água.
Os blocos cimentados (figura 1A) foram fixados com adesivo cianoacrilato gel (Super Bonder Gel, Loctite Ltd, São Paulo, Brasil) em uma base metálica (figura 1B), que foi acoplada à máquina de corte. Os blocos foram posicionados perpendicularmente em relação ao disco diamantado. A primeira secção (~ 1 mm) foi descartada, pela possibilidade de haver excesso ou ausência de cimento na interface, que poderiam modificar os resultados. Foram obtidas três secções de 0,8 ± 0,1mmde espessura (figura 1C). Cada fatia foi girada em 90° e novamente fixada
à base metálica (figura 1D). A primeira secção foi eliminada (1 ± 0,1mm) pela mesma razão anteriormente mencionada. Outras três a quatro secções foram feitas, com a mesma espessura (figura 1E). Este mesmo processo foi seguido nas outras duas fatias, e, deste modo, somente os cp centrais foram utilizados (figura 1F). Para cada bloco cimentado, foram obtidos aproximadamente 12 cp, sendo 56 cp por grupo (n=56). Os cp apresentaram forma retangular, com ± 10 mm de comprimento e área adesiva de aproximadamente 0,6mm2.
Ensaio de microtração
Cada cp foi fixado com adesivo cianoacrilato gel nas hastes de um paquímetro adaptado para o ensaio (figura 2). O cp foi posicionado mais paralelo possível ao longo eixo do dispositivo, a fim de minimizar as forças de torção no cp. Somente as extremidades do cp foram fixadas, permanecendo livre a zona adesiva. O dispositivo foi fixado na máquina de ensaio universal (EMIC DL-1000, São José dos Pinhais, Brasil), com melhor paralelismo possível em relação à aplicação da carga de tração, e o ensaio foi realizado com velocidade de 1mm.min-1 .
A resistência de união foi calculada conforme a fórmula R=F/A, onde “R” é a resistência (MPa), “F” é a carga para ruptura do cp (Kgf) e “A” a área interfacial do cp (mm2) , medida com paquímetro digital antes do ensaio.
Os valores de resistência adesiva foram analisados pelo Teste T (α=.05). A análise estatística dos dados foi realizada com o programa Statistix 8.0 for Windows (Analytical Software Inc, Tallahassee, FL, USA).
Figura 1. Bloco cerâmico e de resina composta cimentados (A). Secção do bloco fixado à máquina de corte (B). Fatias internas (C) a serem utilizadas no preparo das amostras (D) para o ensaio de microtração (E e F).
Figura 2: Dispositivo adaptado para o teste de resistência adesiva pelo ensaio de microtração.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Conforme pode ser observado na Tabela 1, a cerâmica avaliada no presente estudo é um material denso com aproximadamente 96% de fase tetragonal e 4% de fase monoclínica. Esta característica microestrutural prejudica o ataque da superfície com ácidos, uma vez que existe maior dificuldade de ação sobre grãos cristalinos, comparativamente à fase vítrea (8-10). A eficiência de ataque por ácidos é bem observada em cerâmicas à base de sílica, em que ocorre a dissolução da matriz vítrea durante o processo de tratamento de superfície (5,11).
Tabela 1 - Concentração de fases, densidade teórica e aparente, tamanho de grão, dureza e tenacidade à fratura de cerâmicas de zircônia estabilizada com 3 mol% de ítria.
Concentração de fases (% em massa) tetragonal monoclínica 96 4 ρ teórica (g.cm –3) ρ aparente (g.cm –3) ρ relativa (%) 6,07 5,92 ± 0,03 97,5 ± 0,5 Tamanho médio de grão (µm) 0,34 ± 0,13
HV (GPa) 13,5 ± 0,3
KIC (MPa. m1/2) 6,0 ± 0,2
A imagem obtida por MEV (figura 3) indica que a amostra 3Y-TZP avaliada neste trabalho é constituída por grãos com tamanho da ordem de 0,3 µm, sendo que a presença de pequena quantidade de fase monoclínica é evidenciada pela formação de maclas nos grãos de maior tamanho. Também deve ser ressaltado que propriedades como dureza e tenacidade à fratura são superiores às encontradas na literatura para cerâmicas Y-TZP aplicadas na odontologia (12).
Figura 3: Micrografia, obtida por MEV, da superfície polida e atacada termicamente da amostra cerâmica 3Y-TZP, contendo pequena fração de fase monoclínica, observada nos grãos de maior tamanho onde ocorre a formação de maclas.
Os valores médios de resistência adesiva e desvio padrão dos grupos testados JAT - óxido de alumínio (Y-TZP/JAT) e SiOx - silicatização + silanização
(Y-TZP/SiOx) são apresentados na Tabela 2. O grupo Y-TZP/SiOx apresenta valor
médio de resistência adesiva superior ao grupo Y-TZP/JAT, no entanto, este resultado não foi considerado estatisticamente significante.
Tabela 2. Valores médios de resistência adesiva e desvio padrão dos grupos. Grupos σ * (MPa) (DP)
Y-TZP/JAT 15,3a (2,8) Y-TZP/SiOx 17,0a (3,4)
Mesmo que não tenha sido observado notável diferença entre os grupos estudados (jateamento com Al2O3 e silicatização – SiOx) verificou-se uma tendência
de aumento da resistência adesiva quando a cerâmica é submetida ao tratamento com o sistema de deposição de óxido de silício (SiOx). Este fato pode ser explicado
pelos seguintes mecanismos: a) criação de um padrão topográfico que permite união micro-mecânica ao cimento resinoso; b) ligação química entre sílica depositada, agente silano e material resinoso (9,13); c) ligação química entre os monômeros-fosfatos (MDP) aos óxidos de zircônio e de alumínio presentes na cerâmica (4).
No estudo realizado anteriormente por Bottino et al. (5) foi demonstrado que a
cerâmica de alumina/zircônia infiltrada por vidro (In-Ceram Zircônia) silicatizada pelos sistemas Rocatec (23,02 MPa) e CoJet (26,81 MPa) apresenta maior resistência adesiva ao cimento resinoso com monômeros-fosfatos que a cerâmica jateada com Al2O3 (15,15 MPa). Adicionalmente, Valandro et al. (6) avaliaram a
resistência adesiva entre um cimento resinoso com monômeros-fosfatos e a cerâmica Procera AllCeram (Al2O3 99,9%), submetida aos mesmos tratamentos de
superfície estudados por Bottino et al. (5), obtendo-se os seguintes resultados: 12,70 MPa para o jateamento com Al2O3; 17,06 MPa com o sistema Rocatec; 18,52 MPa
para o sistema CoJet. Comparando os resultados obtidos por Valandro et al. (6) e Bottino et al. (5), observa-se um aumento da resistência adesiva do cimento resinoso contendo monômero-fosfato à cerâmica In-Ceram Zircônia silicatizada, em relação à cerâmica Procera silicatizada. Esta hipótese pode ser explicada pela presença de vidro (boroaluminosilicato de lantânio) nas cerâmicas In-Ceram Zircônia e In-Ceram Alumina.
As cerâmicas Y-TZP apresentam a mesma dificuldade de tratamento de superfície que as cerâmicas de alumina, uma vez que ambas apresentam elevado conteúdo cristalino e baixíssimo teor de sílica (4,14,15). Este fato também foi confirmado em estudos em que a deposição de sílica por meio de sistema de silicatização, em cerâmicas densamente sinterizadas, promove um aumento significativo na resistência de união a cimentos resinosos (6).
CONCLUSÕES
Os resultados de resistência adesiva entre uma cerâmica 3Y-TZP, obtida em escala laboratorial a partir de pós sintetizados pela rota de co-precipitação, e um agente de cimentação resinoso foram semelhantes para os dois tratamentos de superfície avaliados neste trabalho. Entretanto, observou-se uma tendência de aumento da resistência adesiva após a utilização do método triboquímico de silicatização, indicando que a cobertura de sílica, artificialmente depositada, desempenha um papel importante na adesão destes materiais cerâmicos, uma vez que o aumento no conteúdo de sílica auxilia nas ligações químicas formadas. De acordo com os fundamentos e conceitos apresentados a respeito do processo adesivo às cerâmicas ácido-resistentes, ressalta-se alguns aspectos clínicos
importantes: a) a deposição de sílica + silanização constitui-se no principal tratamento da superfície cerâmica pré-cimentação; b) a melhor capacidade adesiva é obtida pela associação da silicatização/silanização da superfície cerâmica com os cimentos resinosos contendo monômeros-fosfatos.
AGRADECIMENTOS
À Wilcos do Brasil pela doação da resina 3D Master e aos colegas Dr. Nelson B. Lima, MSc. Elizabeth Fancio, Celso V. de Moraes e Nildemar Ferreira pelo auxílio na caracterização física dos materiais.
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BOND STRENGTH OF A RESIN CEMENT TO A Y-TZP CERAMIC: EFFECT OF CERAMIC SURFACE TREATMENT
ABSTRACT
The high fracture toughness and also the great biocompatibility of zirconia based ceramics have allowed its uses in dentistry. However, its bond capability to resin luting agents, used to bond the restorative material to the dental structure may be the key determinant for the clinical success. In this sense, the purpose of this investigation was to evaluate the effect of ceramic surface treatment in the bond strength between a 3Y-TZP ceramic and resin cement. Samples of the ceramic powder obtained by the coprecipitation route were processed by uniaxial pressing and sintering. The ceramic surfaces were conditioned as follows: JAT - aluminum oxide sandblasting and SiOx – tribochemical silicatization + silanization. After bonding to resin and water storage the samples were cut for the microtensile bond strength test (bonding area of approximately 0,5 mm²). Bond strenght values (MPa) JAT (15.3±2.8) and SiOx (17.0±3.4) revealed that for this zirconia based ceramic the tribochemical silica coating did not influence the bond strength capability.
