Impact of nano-cellulose fiber addition on physico-mechanical properties of room temperature vulcanized maxillofacial silicone material

Maxillofacial silicone is used to restore abnormalities due to congenital or acquired causes. However, the quality of silicone is far from ideal. This study was aimed at assessing the influence of the addition of cellulose nanofibers (CNFs; several nanometers in diameter and 2-5 μm long) on the physical and mechanical characteristics of maxillofacial silicone elastomers.Two CNF weight percentages (0.5% and 1%) were tested, and 180 specimens were divided into one control and two experimental groups. Each group was subdivided into six subgroups. In each subgroup, ten specimens subjected to each of the following tests: tearing strength, Shore-A hardness, tensile strength, elongation percentage, surface roughness, and color stability. The samples were additionally analyzed with Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and field emission scanning electronic microscopy (FESEM).The 0.5% CNF group, compared with the control group, exhibited highly significantly greater tearing strength, elongation percentage, hardness Shore-A, and surface roughness, and substantially greater tensile strength. However, color stability did not significantly differ between groups.The 1% CNF group showed significantly greater Shore-A hardness, tear strength, color stability, and surface roughness, and insignificantly lower tensile strength and percentage elongating values, than the control group. FESEM imaging revealed good CNF dispersion. The FTIR spectra indicated that CNFs interacted with silicone through surface functional hydroxyl groups.Addition of 0.5 wt. % CNF to silicone elastomers increased the material's mechanical tensile strength, tear strength, elongation percentage, and hardness as long as it stayed within the acceptable range for clinical use. Surface roughness increased in direct proportion to the amount of nanofibers added. Moreover, addition of 0.5 wt. % CNF to silicone polymers had insignificant effects on color stability.يستخدم سيليكون الوجه والفكين لاستعادة التشوهات الناتجة عن أسباب خلقية أو مكتسبة. ومع ذلك، فإن جودة السيليكون بعيدة كل البعد عن المثالية. تهدف هذه الدراسة إلى تقييم تأثير ألياف السليلوز النانوية (ذات قطر نانومتري والطول 2-5 ميكرومتر) بالإضافة إلى الخصائص الفيزيائية والميكانيكية لسيليكون اللدائن المرنة للوجه والفكين.تم استخدام نسبتين من الوزن (0,5% و 1%). تم إنشاء 180عينة وتصنيفها إلى مجموعة ضابطة ومجموعتين تجريبيتين. تم تقسيم كل مجموعة إلى ست مجموعات فرعية. لكل مجموعة فرعية، تم استخدام 10 عينات لكل اختبار (قوة التمزق، قياس صلابة المواد، قوة الشد، نسبة الاستطالة، خشونة السطح، ثبات اللون). تم فحص العينات بواسطة المجهر الالكتروني الماسح والتحليل الطيفي للأشعه تحت الحمراء لتحويل "فورييه” والانبعاثات الميدانية.أظهرت المجموعات 0,5% زيادة معنوية عالية في مقاومة التمزق ونسبة الاستطالة وصلابة المواد وخشونة السطح وارتفاع كبير في اختبار مقاومة الشد مقارنة بمجموعة التحكم. ومع ذلك، لم يختلف ثبات اللون بشكل كبير بين المجموعتين. بينما أظهرت المجموعة التجريبية 1%زيادة معنوية في صلابة المواد،مقاومة التمزق، ثبات اللون، خشونة السطح وانخفاض غير معنوي في مقاومة الشد وقيم الاستطالة المئوية بالمقارنة مع مجموعة التحكم العادية. أظهرت صور المجهر الالكتروني الماسح توزيع جيد لألياف السليلوز النانوية مع زيادة ظهور التكتلات عند التراكيز العالية للألياف النانوية وكما أظهر التحليل الطيفي للأشعه تحت الحمراء الى تفاعل ألياف السليلوز النانوية مع السيلكون من خلال مجموعات الهدروكسيل الوظيفيه السطحية.أدت إضافة 0,5% بالوزن من ألياف السليلوز النانوية إلى سيليكون الوجه والفكين إلى زيادة قوة الشد الميكانيكية للمادة، وقوة التمزق، ونسبة الاستطالة والصلابة طالما بقيت ضمن النطاق المقبول في الاستخدام السريري. زادت خشونة السطح بالتناسب المباشر مع كمية الألياف النانوية المضافة. علاوة على ذلك، فإن إضافة 0,5% بالوزن من ألياف السليلوز النانوية إلى بوليمر السيليكون له تأثير ضئيل على ثبات اللون.