Diopside-calcium pyrophosphate bioglasses doped with some additives

Abstract

O objectivo do presente trabalho é o de mostrar a influência de vários iões funcionais (Y3+, Cu2+, F1-, Mn2+ e Ti4+) na capacidade de formação de vidro, na sua estrutura, aptidão para serem sinterizados, no comportamento na cristalização e nas várias propriedades termofísicas de vidros e vitro-cerâmicos obtidos a partir de um vidro base formulado no sistema diópsido – pirofosfato de cálcio. Ao vidro base foram adicionadas três quantidades diferentes de cinco compostos dopantes de modo a obter cinco séries de vidros por fusão. A análise estrutural dos vidros foi feita por ressonância magnética nuclear (NMR) dos elementos 29Si e 31P e por espectroscopia de infravermelho associada a transformas de Fourier (FTIR). A rede de silicato em todos os vidros investigados encontra-se predominantemente coordenada em unidades Q2 (Si), enquanto o fósforo tende a permanecer no seu ambiente de ortofosfato (Q°). Todos os vidros apresentaram taxas rápidas de biomineralização, tornando-os bons candidatos para aplicações biomédicas. Os comportamentos dos pós de vidro na sinterização e na cristalização foram estudados por análise termal diferencial (DTA), enquanto a dilatometria foi usada para determinar os valores do coeficiente de expansão térmica de todos os vidros. A evolução das fases cristalinas e a microestrutura dos vitrocerâmicos foram analisadas por difracção de raio x (XRD) e por microscopia de electrónica de varrimento (SEM). Os vitro-cerâmicos foram obtidos por sinterização e cristalização dos pós dos vidros respectivos por tratamento térmico a 800, 850, e 900 °C durante 1 h.

The aim of the present work is to show the influence of various functional ions (Y3+, Cu2+, F1-, Mn 2+ and Ti4+) on the glass forming ability, structure, sintering ability, crystallization behaviour and various thermo-physical properties of glasses and glass-ceramics in the diopside–calcium pyrophosphate system. Five series of glasses have been prepared by melt-quenching technique, by doping the parent glass with 3 different percentages for each doping additive. The structural analysis of glasses has been made by 29Si and 31P-nuclear magnetic resonance (NMR) and Fourier transforms infrared spectroscopy (FTIR). The silicate network in all the investigated glasses is predominantly coordinated in Q2 (Si) units while phosphorus tends to remain in orthophosphate (Qº) environment. All glasses exhibited fast biomineralization rates, making them promising candidates for biomedical applications. The sintering and crystallization behaviours of glass powders were studie by differential thermal analysis (DTA), while dilatometry was used to get the results about the coefficient of thermal expansion for all glasses. Crystalline phase evolution and microstructure of glass-ceramics has been followed by Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). Glass ceramics were obtained by sintering and crystallization of glass powder compacts from all the glasses at 800,850 and 900 ºC for 1 h.