Many dental devices combine acrylic (i.e. poly-methyl methacrylate or bisphenol A-glycidyl methacrylate) and metallic parts (i.e. titanium or stainless steel) that are bonded together. These devices often present catastrophic mechanical failures due to weak bonding between their acrylic and metallic components. These devices include dental prostheses, combining metallic frameworks (i.e. titanium) and wrought wires with acrylic resin; and orthodontic appliances, combining acrylic resin with stainless steel wrought wires or composite with stainless steel brackets. The bonding between metals and polymers in dental devices is usually performed by the mechanical interlocking, but its bond strength is still too low for dental applications. The bond strength between them would be high if the chemical bonding, which does not occur spontaneously, uses in addition to the mechanical interlock. The objective of this study was to develop a new method of creating a strong chemical bond between alloys and polymers for dental devices based on diazonium chemistry.The chemical bond between metals (i.e. titanium or stainless steel) and polymers (i.e. poly-methyl methacrylate, PMMA or Bisphenol A-glycidyl methacrylate, Bis-GMA) was achieved in two steps. In the first reaction step (primer), the aryldiazonium salts were chemically reduced to form aryl radicals which spontaneously got grafted onto the metallic surfaces. The second step of the reaction (adhesive) was optimized to achieve covalent binding between the grafted layer and PMMA or Bis-GMA. The chemical composition of the treated surfaces was analyzed with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and the bonding strengths between alloys and PMMA or Bis-GMA were measured. XPS characterization and contact angle measurement confirmed the presence of a polymer coat on the treated metallic surfaces. Whereas, the mechanical test results showed a significant increase of the tensile bond strength between PMMA and treated titanium or stainless steel wire by 5.2 and 2.5 folds, respectively, compared to the untreated control group (P<0.05). Moreover, the bonding strength between metallic brackets and Bis-GMA composite was increased after the treatment depending on the bracket design by 2 to 3.9 folds compared to untreated brackets. Diazonium chemistry provides an effective way of achieving a strong chemical bond between alloys and PMMA or Bis-GMA. The resulting bonding method can be utilized to further improve the properties of dental devices, reduce debonding of dental prostheses and brackets, provide more leverage in orthodontic cases with complex mechanics, and allow the use of brackets with smaller bases. / De nombreux appareils dentaires sont composés d'acrylique (c'est à dire d'un poly -méthacrylate de méthyle ou de bisphénol A- glycidyle méthacrylate) et de parties métalliques (par exemple en titane ou en acier inoxydable) qui sont collés ensemble. Ces dispositifs présentent souvent des défaillances mécaniques catastrophiques en raison de la faiblesse de la liaison entre les composantes en acrylique et celles en métal. Ces dispositifs comprennent les prothèses dentaires, alliant des cadres métalliques (c'est à dire de titane) et fils forgé avec de la résine acrylique, et les appareils orthodontiques, combinant de la résine acrylique avec des fils forgé en acier inoxydable ou un composite avec des supports en acier inoxydable. La force de liaison entre eux serait élevée si la liaison chimique, ce qui ne se produit pas spontanément, est utiliser en plus du verrouillage mécanique. Dans la première étape de la réaction, les sels d'aryl diazonium sont réduits chimiquement pour former des radicaux aryles qui sont spontanément greffés sur les surfaces métalliques La deuxième étape de la réaction a été optimisée pour réaliser la liaison entre la couche greffée et le PMMA ou le Bis-GMA. La caractérisation XPS et la mesure de l'angle de contact a confirmé la présence d'une couche de polymère sur les surfaces métalliques traitées. Les résultats des essais mécaniques ont montré une augmentation significative de la force d'adhérence à la traction entre le PMMA et le titane traité ou d'un fil en acier inoxydable de 5,2 et 2,5 plis, respectivement, par rapport au groupe témoin non traité (p < 0,05). La chimie de diazonium fournit un moyen efficace d'atteindre une liaison chimique forte entre les alliages et le PMMA ou le Bis-GMA. Le procédé de collage qui en résulte peut être utilisé pour améliorer les propriétés des appareils dentaires, réduire le décollement de prothèses dentaires et des supports, et permettre l'utilisation de supports avec des bases plus petites.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.123299 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Alageel, Omar |
| Contributors | Faleh Tamimi Marino (Internal/Supervisor), Marta Cerruti (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Faculty of Dentistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically submitted theses |
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