Glass fiber reinforcement in PMMA dentures: Industrial vs. commercial fibers for enhanced physico-mechanical properties

الملخص: أهداف البحث: هدفت هذه الدراسة إلى مقارنة تأثير دمج الألياف الزجاجية المعالجة مسبقًا بالسيلان، سواء التجارية (StickNET) (المجموعة التجريبية الأولى) أو ذات الدرجة الصناعية (المجموعة التجريبية الثانية)، في راتنج بولي ميثيل ميثاكريلات (المجموعة الضابطة)، وذلك على متانة الكسر، والتحلل المائي، والخصائص الميكرو-مورفولوجية. طرق البحث: تم تحضير العينات واختبارها وفق إرشادات المنظمة الدولية للتقييس الخاصة بمواد قواعد أطقم الأسنان. وتم تقييم متانة الكسر لعينات ذات شق مسبق بأبعاد (40 مم × 8 مم × 4 مم) باستخدام جهاز الاختبار الشامل. كما تم قياس امتصاص الماء، وزيادة الكتلة، وفقد الكتلة بالتحرر (إزالة الامتصاص)، والذوبانية لعينات بالأبعاد نفسها من خلال التجفيف، ثم الغمر في ماء منزوع الأيونات، ثم إعادة التجفيف في فرن حراري جاف عند درجة حرارة 38°م. كما أُجري التقييم الميكرو-مورفولوجي والكيميائي للعينات المحضرة والمكسورة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح ومطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة. النتائج: لوحظ تحسن ذو دلالة إحصائية في متانة الكسر بعد تدعيم راتنج بولي ميثيل ميثاكريلات بالألياف الزجاجية. فقد أظهرتلمجموعة التجريبية الأولى أعلى قيمة لمتانة الكسر (3.96 ± 0.05 ميغاباسكال·م1/2)، تلتها المجموعة التجريبية الثانية (3.94 ± 0.16 ميغاباسكال·م1/2)، ثم المجموعة الضابطة (3.32 ± 0.18 ميغاباسكال·م1/2). كما أظهرت العينات المدعمة بالألياف الزجاجية في المجموعة التجريبية الأولى (22.09 ± 0.86 ميكروغرام/مم³) والمجموعة التجريبية الثانية (22.71 ± 2.49 ميكروغرام/مم³) انخفاضًا ذا دلالة إحصائية في امتصاص الماء مقارنة بالمجموعة الضابطة (25.65 ± 2.28 ميكروغرام/مم³). وأظهرت المجموعة الضابطة أعلى متوسط لزيادة الكتلة، في حين كانت إزالة الامتصاص الأعلى في المجموعة التجريبية الأولى عند حالة الاتزان. وأظهرت المجموعتان التجريبيتان ذوبانية أعلى مقارنة بالمجموعة الضابطة؛ حيث بلغت في المجموعة التجريبية الأولى (1.22 ± 0.71 ميكروغرام/مم³) وفي المجموعة التجريبية الثانية (2.38 ± 0.45 ميكروغرام/مم³)، مقابل (0.14 ± 0.06 ميكروغرام/مم³) في المجموعة الضابطة. كما أكدت صور المجهر الإلكتروني الماسح أن كلا نوعي الألياف الزجاجية يمتلكان بنية منسوجة، وكشفت العينات المكسورة في كلتا المجموعتين عن نمط كسر هش مع ترابط خالٍ من الفراغات بين راتنج بولي ميثيل ميثاكريلات والألياف الزجاجية نتيجة المعالجة الكافية بالسيلان. الاستنتاجات: أدى دمج الألياف الزجاجية إلى زيادة معنوية في متانة الكسر لراتنج بولي ميثيل ميثاكريلات، مع انخفاض امتصاصالماء وزيادة الذوبانية. ومن الناحية المورفولوجية، أظهرت العينات غير المدعمة والمدعمة بالألياف الزجاجية من راتنج بولي ميثيل ميثاكريلات نمط كسر هش، كما أدى دمج الألياف الزجاجية إلى تشريب متجانس للمصفوفة خالٍ من الفراغات. ويوصى باستخدام تدعيم الألياف الزجاجية كخيار فعّال لتحسين متانة الكسر لراتنجات قواعد أطقم الأسنان المصنوعة من بولي ميثيل ميثاكريلات. Abstract: Objectives: This study was aimed at comparing the effects of incorporating pre-silane-treated commercial (StickNET) (Exp-I) and industrial-grade (Exp-II) glass fibers (GFs) into polymethyl methacrylate (PMMA) (control) on fracture toughness (FT), hydrolytic degradation, and micromorphology. Materials and methods: Specimens were prepared and tested according to the ISO 201795–1 (2013) guidelines for denture base materials. The FT of notched specimens (40 mm × 8 mm × 4 mm) was evaluated with a universal testing machine. Water sorption (WS), mass uptake, desorption, and solubility of the specimens (40 mm × 8 mm × 4 mm) were measured through drying, immersion in deionized water, and drying in a dry-heat oven at 38 °C. Micromorphological/chemical assessment of prepared and fractured specimens was performed with scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS). Results: Significant improvements in FT were observed after GF incorporation into PMMA. Exp-I showed the highest FT (3.96 ± 0.05 MPa m1/2) and was followed by Exp-II (3.94 ± 0.16 MPa m1/2) and the control (3.32 ± 0.18 MPa m1/2). Exp-I (22.09 ± 0.86 μg/mm3) and Exp-II (22.71 ± 2.49 μg/mm3) reinforced specimens had significantly lower WS (p < 0.05) than the control (25.65 ± 2.28 μg/mm3). The control exhibited the highest mean mass uptake (p < 0.05), whereas the desorption (p < 0.01) was highest for Exp-I at equilibrium. By contrast, Exp-I (1.22 ± 0.71 μg/mm3) and Exp-II (2.38 ± 0.45 μg/mm3) had higher solubility than the control (0.14 ± 0.06 μg/mm3). SEM surface imaging confirmed that both GFs had a woven design, and the fractured specimens in both groups revealed a brittle fracture type with void-free bonding between PMMA and GFs due to sufficient silane treatment. Conclusion: GF incorporation significantly increased the FT of PMMA, thus decreasing WS and increasing solubility. Morphologically, both unreinforced and GF-reinforced PMMA specimens exhibited a brittle fracture type, and GF incorporation resulted in void-free impregnation of the matrix. GF incorporation is recommended as a viable option for enhancing the FT of PMMA denture base resins.