Effects of Surface-Etching Systems on the Shear Bond Strength of Dual-Polymerized Resin Cement and 3Y-TZP Zirconia

Abstract

The long-term success of zirconia-based dental restorations is critically dependent on the bond strength between zirconia and resin cements. Conventional surface treatments, such as sandblasting, are widely used to enhance this bonding by increasing surface roughness and reactivity. However, recent developments in chemical etching systems have introduced alternative surface treatment methods that may provide superior adhesive strength. This study aims to perform a comparative analysis of the shear bond strength between dual-polymer resin cement and zirconia, with a focus on different etching systems in comparison to sandblasting, both before and after aging. A total of 100 zirconia specimens were divided into five groups, each subjected to different surface treatments. Of these, 20 blocks remained untreated, 20 blocks underwent sandblasting, and 60 blocks were acid-etched using three distinct zirconia etching systems: Zircos-E etching (strong-acid etching), smart etching (acid etching following air abrasion), and cloud etching system (acid etching under hot steam). Each group underwent a bonding procedure with dual-polymerized resin cement, including photopolymerization, after which 50 specimens were subjected to thermocycling. The shear bond strengths between the resin cement and zirconia were evaluated both before and after thermocycling. Surface analysis was conducted using X-ray diffraction, surface roughness measurements, and scanning electron microscopy. The results revealed that both acid-etching treated and sandblasted zirconia specimens exhibited a significant increase in bond strength compared to surface untreated zirconia. Among the non-thermocycled groups, specimens treated with etching solutions did not exhibit a significant increase in shear bond strength compared to sandblasted specimens (p > 0.05). However, in the thermocycled groups, the smart-etched specimens demonstrated the highest shear bond strength. While various etching agents did not significantly enhance bond strength compared to sandblasting in the short term, smart etching showed greater long-term stability, with less reduction in bond strength after aging(p < 0.05).

지르코니아 기반 치과 보철물의 장기적인 성공에 있어 지르코니아와 레진 시멘트 사이의 접착 강도는 중요한 요소 중에 하나이다. 이러한 지르코니아의 접착 강도를 높이기 위해 전통적으로는 샌드 블라스팅 같은 기술이 사용되어 표면처리를 하였으며, 이러한 물리적 처리 방식은 표면 거칠기를 증가 시키고 반응성을 높여 주어 지르코니아 표면처리 방법의 표준으로 여겨지고 있다. 그러나 최근에는 다양한 화학적 에칭 시스템이 개발되어 더 우수한 접착 강도를 제공할 수 있는 대안적인 방법을 제시하였다. 따라서 본 연구는 다양한 에칭 시스템을 사용한 지르코니아의 표면 처리와, 열순환(에이징) 여부에 따른 이중 중합 레진 시멘트와 지르코니아의 전단 결합 강도 차이를 비교 분석하는 것을 목표로 한다. 총 100개의 지르코니아 시편이 5개 그룹으로 나뉘었고, 각 그룹은 서로 다른 표면 처리를 받았다. 그중 20개의 블록은 표면처리 되지 않았고, 20개의 블록은 샌드블라스팅 처리 하였으며, 나머지 60개의 블록은 3가지의 서로 다른 지르코니아 에칭 시스템을 사용하여 표면 처리되었다: 지르코스-E(강산 에칭), 스마트 에칭(샌드블라스팅 후 산 에칭), 클라우드 에칭 시스템(고온 증기를 이용한 산 에칭). 그후 각 그룹은 이중 중합 레진 시멘트를 사용한 동일한 접착 절차를 거쳤으며, 이중 절반인 각각의 10개의 시편을 열 순환(에이징)시켰다. 이후 열 순환 전과 후의 레진 시멘트와 지르코니아 사이의 전단결합 강도를 평가하였다. 추가로 처리된 지르코니아의 표면을 X선 회절 분석, 표면 거칠기 측정 및 주사 전자 현미경을 사용하여 표면 분석을 수행하였다. 실험 결과, 샌드블라스팅이나 에칭 시스템을 이용하여 표면 처리한 그룹들은 표면 처리하지 않은 그룹에 비해 유의미한 접착강도의 증가를 보였다(p < 0.05). 열 순환(에이징)을 거치지 않은 그룹 중에서는, 산 에칭 용액으로 처리된 시편들이 샌드블라스팅 처리된 시편들과 비교했을 때 접착 강도에서 유의미한 증가를 보이지 않았다(p > 0.05). 그러나 열 순환 처리를 받은 그룹에서는 스마트 에칭 처리를 받은 시편들이 가장 높은 전단결합강도를 나타냈다. 다양한 지르코니아 에칭 시스템들로 표면 처리된 시편들은 단기적으로 샌드블라스팅 단독처리한 시편에 비해 접착 강도를 크게 향상시키지는 않았으나, 스마트 에칭 처리된 시편은 장기적으로 더 높은 안정성을 보였 으며, 열순환(에이징) 후 접착 강도의 감소가 적었다(p < 0.05).