Композиционные материалы в системе Са3(РО4)2-Mg2P2O7 на основе синтетических порошков гидратированных фосфатов кальция и магниядипломная работа (Бакалавр)
Аннотация:Целью работы было получение композиционных керамических материалов в системе Са3(РО4)2-Mg2P2O7 на основе синтетических порошков гидратированных фосфатов кальция и магния.
Для достижения поставленной цели были синтезированы высокодисперсные порошки, фазовый состав которых был представлен фосфатами кальция и магния: гидратированным фосфатом кальция - Ca3(PO4)2.хH2O (данные РФА аналогичны ГАП), струвитом - MgNН4РО4•6H2O, или смесью этих двух фаз. При этом содержание струвита росло по мере увеличения содержания магния в исходном растворе. В качестве прекурсоров использовали водные растворы гидрофосфата аммония и нитратов/ ацетатов /сахаратов кальция и магния.
Синтез из водных растворов гидрофосфата аммония и нитратов кальция и магния в присутствии водного раствора аммиака, проходил в соответствии с реакциями 1 и 2:
3Ca(NO3)2 + 2(NH4)2HPO4 + хН2О + 2NH4OH → Ca3(PO4)2.хH2O↓ + 6NH4NO3, (1)
3Mg(NO3)2 + 2(NH4)2HPO4 + хH2O + 2NH4OH → Mg3(PO4)2.хH2O↓ + 6NH4NO3, (2)
при этом рН в зоне реакции поддерживали на уровне 9;. доля Mg в исходных растворах нитратов составляла 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1. Данные РФА показали, что при х > 0,25 протекает реакция 3.
Mg(NO3)2 + (NH4)2HPO4 + 5H2O + NH4OH → MgNH4PO4•6H2O↓ + 2NH4NO3. (3)
Синтез из водных растворов гидрофосфата аммония и ацетатов кальция и магния можно описать реакциями 4 и 5:
3 Ca(СН3СOO)2 + 2(NH4)2HPO4 + хН2О → Ca3(PO4)2.хH2O↓, (4)
Mg(СН3СOO)2 + (NH4)2HPO4 + 6H2O→ MgNH4PO4•6H2O↓ + NH4CH3COO + CH3COOH. (5)
Одновременное присутствие в зоне реакции ацетат-ионов и фосфат-ионов обеспечивало поддержание рН в зоне реакции в интервале 7-8; доля Mg в исходных растворах ацетатов составляла 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1.
Синтез из водных растворов гидрофосфата аммония и сахаратов кальция и магния проходил в соответствии с реакциями 6 и 7:
6C12H21O11Ca0,5 + 2(NH4)2HPO4 + хН2О → Ca3(PO4)2.хH2O↓ (6),
2C12H21O11Mg0,5 + (NH4)2HPO4 + 6H2O → MgNH4PO4•6H2O↓ + 2C12H22O11+ NH3. (7)
Поскольку синтез сахаратов кальция проводили из прокаленных оксидов кальция и магния в растворе сахарозы, то рН в зоне реакции поддерживался на уровне 11; доля Mg в исходных растворах ацетатов составляла 0; 0,1; 0,25; 0,5; 1.
Таким образом, выбор различных солей кальция в качестве исходных позволял контролировать заданный уровень рН в зоне реакции.
Порошковые заготовки, отпрессованные при удельном давлении прессования 50 МПа, обжигали со скоростью нагрева 5оС/мин с выдержкой в течение 2 часов при конечной температуре в интервале 900-1200оС. После обжига из синтетически порошков гидратированных фосфатов кальция и магния были получены керамические материалы, фазовый состав которых представлен трикальцийфосфатом, пирофосфатом магния, твердыми растворами ортофосфатов кальция/магния и пирофосфатов кальция/магния. Полученные керамические материалы пригодны для создания костных имплантатов, в том числе и в виде неорганической пористой основы конструкций тканевой инженерии для лечения дефектов костной ткани.