Способ увеличения прочности цементов для медицины
Владельцы патента RU 2524614:
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем лазерных и информационных технологий Российской академии наук (ИПЛИТ РАН) (RU)
Изобретение относится к области медицины и касается цементных материалов для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Описаны кальцийфосфатные цементные материалы, которые получают на основе порошков тетракальциевого фосфата и/или трикальцийфосфата. В качестве цементной жидкости используют водный раствор фосфата натрия. После смешения, схватывания и твердения цементные образцы подвергают дополнительно пропитке в водном растворе фосфата натрия и обработке в сверхкритическом диоксиде углерода. Повышение прочности цементных образцов на 28-33% происходит за счет повышения степени закристаллизованности образующихся фаз. 2 пр.
Изобретение относится к медицине, а именно пластической реконструкции поврежденных костных тканей.
Свойства цементных материалов можно регулировать обработкой в сверхкритических условиях. При помещении цементных образцов в среду сверхкритической двуокиси углерода (СК-обработка) последний благодаря высокой проникающей способности пропитывает материал по всему объему. Создаются условия, способствующие изменению фазового состава и микроструктуры, что может увеличить прочность полученных цементных материалов.
Наиболее близким по техническому решению и достигаемому эффекту является патент ЕР 1770073 B1 Cement composition for a carbon dioxide supercritical environment от 12.08.2009. В указанном патенте описан способ получения цементных материалов на основе портландцемента. Особенностью предложенного метода является обработка затвердевших образцов цементов сверхкритическим диоксидом углерода. В результате СК-обработки наблюдалось повышение прочности образцов при сжатии с 19 до 23,9 МПа (около 25%), а также снижение значения pH цементных материалов, что способствовало повышению их устойчивости к воздействию окружающей среды. Основным недостатком данных материалов является ограниченное применение данного метода к материалам на основе портландцемента, а также незначительное увеличение прочности в процессе СК-обработки и уменьшение прочности при изменении исходного состава.
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение прочности кальцийфосфатных цементных материалов для медицины.
Технический результат достигается тем, что в способе увеличения прочности цементов для медицины, включающем смешение порошка тетракальциевого фосфата (ТеТКФ) и/или трикальцийфосфата (ТКФ) и цементной жидкости (ЦЖ) на основе водного раствора фосфата натрия, согласно изобретению после схватывания и твердения полученные цементные образцы дополнительно пропитывают водным раствором фосфата натрия, после чего влажные образцы подвергают обработке в сверхкритическом диоксиде углерода.
В результате пропитки водным раствором фосфата натрия и последующей СК-обработки создаются условия, при которых раствор равномерно распределяется в объеме образца, происходит реакция между водным раствором фосфата натрия и диоксидом углерода с образованием угольной кислоты, что приводит к понижению pH цементной жидкости. В результате взаимодействия более щелочных компонентов (ТеТКФ и ТКФ) и более кислой цементной жидкости процесс фазообразования происходит более интенсивно, что приводит к увеличению степени закристаллизованности формирующихся фосфатов кальция и повышению прочности материала на 28-33%.
Без использования дополнительной пропитки водным раствором фосфата натрия прочность цементных образцов после СК-обработки не изменяется, что связано с практическим отсутствием изменения фазового состава, степени закристаллизованности и микроструктуры в процессе СК-обработки после схватывания и твердения цементных образцов. В случае пропитки цементного образца без последующей СК-обработки также не наблюдается увеличения прочности.
Пример получения образца №1. Порошок 100% ТеТКФ смешивают с цементной жидкостью на основе водного раствора фосфата натрия до образования густого сметаноподобного шликера. Полученную смесь помещают в цилиндрическую форму диаметром 8 мм. По истечении 10-20 минут отформованный образец вынимают и помещают в водный раствор фосфата натрия и пропитывают в течение 10 мин. Затем влажный образец помещают в камеру СК-обработки при режиме 40°C и давлении 100 атм в течение 1 часа. Полученный образец имеет прочность 33 МПа. Без использования СК-обработки прочность составляла 23 МПа.
Пример получения образца №2. Порошок в виде смеси 50 масс.% ТеТКФ и 50% ТКФ смешивают с цементной жидкостью на основе водного раствора фосфата натрия до образования густого сметаноподобного шликера. Полученную смесь помещают в цилиндрическую форму диаметром 8 мм. По истечении 10-20 минут отформованный образец вынимают и помещают в водный раствор фосфата натрия и пропитывают в течение 10 мин. Затем влажный образец помещают в камеру СК-обработки при режиме 40°C и давлении 100 атм в течение 1 часа. Полученный образец имеет прочность 30 МПа. Без использования СК-обработки прочность составляла 20 МПа.
Способ увеличения прочности цементов для медицины, включающий смешение порошка тетракальциевого фосфата (ТеТКФ) и/или трикальцийфосфата (ТКФ) и цементной жидкости (ЦЖ) на основе водного раствора фосфата натрия, отличающийся тем, что после схватывания и твердения полученные цементные образцы дополнительно пропитывают водным раствором фосфата натрия, после чего влажные образцы подвергают обработке в сверхкритическом диоксиде углерода.
