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歯科用途におけるポリ（メチルメタクリレート）（PMMA）の衝撃靭性は、その分子アーキテクチャとエネルギー散逸メカニズムに由来しています。分子レベルでは、PMMA鎖は、回転の自由度が限られている剛性メチルメタクリレート（MMA）ユニットで構成され、その固有の脆性に貢献しています。ただし、ポリマーバックボーンの変更により、この動作が変化する可能性があります。たとえば、ブチルアクリレート（BA）のようなアクリルエステルとの共重合は、内部可塑剤として機能する柔軟な側鎖を導入し、ガラス遷移温度（TG）を5〜10°C低下させ、鎖の移動度を高めます。これは、柔軟なセグメントが亀裂伝播前の局所的な変形を通じてエネルギーを吸収するため、衝撃強度の20〜30％の改善をもたらします。
別の重要な要因は、重合後の残留モノマーの存在です。研究によると、残留モノマー含有量を2％未満のPMMAは、気孔率の低下と鎖の絡み合いの改善により、より高い衝撃靭性を示すことが示されています。マイクロ波アシスト重合などの高度な硬化技術は、従来の水域硬化（1.5〜2.5％）と比較して、より低いモノマーレベル（0.5〜1.0％）を達成し、それによりボイド形成を最小限に抑えることで靭性を高めます。
繊維の取り込みは、PMMAの耐衝撃性を改善するための十分に確立された方法です。高張力強度（2〜4 GPA）と弾性率（70〜80 GPA）を備えたガラス繊維は、特に効果的です。義歯床の表面の近くに配置すると、ガラス繊維は曲げ強度を40〜60％増加させ、靭性を30〜50％増加させます。これは、脆弱なPMMAマトリックスから繊維への応力移動に起因します。これは、繊維の引き抜きと剥離を介してエネルギーを吸収します。
繊維の方向も極めて重要な役割を果たします。衝撃力の方向に平行に整列した一方向繊維は、ランダムに配向した繊維と比較して優れた性能を示します。たとえば、10〜15％（体積別）で強化された義歯床は、単方向のガラス繊維を、変更されていないPMMAと比較して衝撃強度が2.5倍増加することを示しています。
繊維の表面処理により、接着がさらに強化されます。 3-（トリメトキシシリル）プロピルメタクリル酸（TMSPM）などのシランカップリング剤は、繊維とPMMAマトリックスの間に共有結合を生成し、界面せん断強度を50〜70％改善します。これにより、衝撃負荷下での繊維マトリックスの剥離の可能性が減り、それにより材料の靭性が維持されます。
ナノフィラーは、美学または処理特性を損なうことなく、PMMAの衝撃靭性を高めるための有望な手段を提供します。直径20〜50 nmの二酸化チタン（Tio₂）ナノ粒子は、硬度を高め、吸収を減らす能力のために広く研究されています。 1％（質量別）に組み込まれると、Tio₂ナノ粒子はPMMAの曲げ強度を15〜20％増加させ、靭性を10〜15％上昇させます。これは、微小亀裂と亀裂のたわみを誘導することにより、亀裂伝播を妨げるナノ粒子の能力に起因します。
ジルコニア（Zro₂）ナノ粒子はさらに大きな可能性を示します。 0.5〜1.0％の負荷で、Zro₂はPMMAの衝撃強度を25〜35％増加させ、同時に骨折の靭性を20〜30％改善します。ストレス下でのZro₂の位相変換は、ストレス下での四角いから単眼への変換により、亀裂先端で圧縮力を誘発し、亀裂の成長を効果的に阻止します。
ナノファイバーテクノロジーの最近の進歩も有望です。エレクトロスピンポリビニルピロリドン（PVP）/ZRO₂複合ナノファイバーは、PMMAに埋め込まれた場合、曲げ強度を83％増加させ、曲げ靭性を169％増加させます。ナノファイバーの高アスペクト比（100〜500：1）は、ストレス伝達のために大きな表面積を提供し、Zro₂粒子はナノファイバーマトリックス界面を補強します。
製造プロセスは、PMMAの影響の靭性に大きく影響します。従来の水域硬化は、広く使用されていますが、不均一な加熱による残留応力をもたらすことがよくあります。これにより、マイクロクラッキングと靭性が低下する可能性があります。対照的に、マイクロ波アシスト硬化は均一な加熱を達成し、残留応力を減らし、衝撃強度を10〜15％改善します。
2〜3 MPaでのオートクレーブ硬化などの高圧重合技術は、気孔率を低減し、鎖の絡み合いを増加させることにより、丈夫さをさらに高めます。研究は、オートクレーブ硬化PMMAが、従来の硬化サンプルと比較して20〜25％高い衝撃強度を示すことを示しています。
80°Cで4時間アニーリングするなどの治療後の治療は、内部ストレスを緩和し、寸法の安定性を改善します。これにより、材料が亀裂の開始と伝播に対してより耐性になるため、衝撃靭性が15〜20％増加します。
大きな進歩にもかかわらず、PMMAの影響力を最適化することには課題が残っています。 1つの問題は、タフネスと剛性のトレードオフです。繊維の補強は靭性を改善しますが、多くの場合、材料のモジュラスを減らし、咬合力に耐える能力を損なう可能性があります。これらのプロパティのバランスをとるには、フィラーの含有量と方向を慎重に最適化する必要があります。
もう1つの課題は、ナノフィラーの長期的な安定性です。時間の経過とともにナノ粒子の凝集は、靭性を高める上での有効性を低下させる可能性があります。ナノ粒子表面へのポリマーを移植するなどの表面修飾技術は、分散を改善し、凝集を防ぐことができ、それにより材料のパフォーマンスを時間の経過とともに維持することができます。
将来の研究は、機械的特性を改善するだけでなく、オッセオインテグレーションを促進する生物活性フィラーの開発にも焦点を当てています。たとえば、ヒドロキシアパタイトのナノ粒子をPMMAに組み込むと、衝撃靭性と骨結合能力の両方が向上し、インプラントがサポートする補綴に適しています。
さらに、有限要素分析（FEA）などの計算モデリング手法が使用されており、修正されたPMMA複合材料の衝撃挙動を予測しています。これにより、材料の組み合わせと処理パラメーターの迅速なスクリーニングが可能になり、高性能の歯科材料の開発が加速されます。
