SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Ahmad Monshi
محمدحسین فتحی (استاد راهنما) احمد منشی (استاد راهنما)
STUDENT
Mojtaba Forghani
مجتبی فرقانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388
TITLE
Production of Zinc Phosphate and Zinc Polycarboxylate Dental Cements and Improvement of Their Properties via Making Nano Composite byTitanium Oxide and Aluminium Oxide Nano Particles
Zinc phosphate and zinc polycarboxylate cements are used in clinics from a long time ago. Zinc phosphate and zinc polycarboxylate cements are compounds of powder and liquid. The powder of both of these cements are made of zinc oxide as a main component and magnesium oxide. Magnesium oxid is added to powder of these cement to decrees calcination temperature and reactivity of zinc oxide with orthophosphoric acid and polyacrilic acid. The liquid of zinc phosphate cement is made of orthophosphoric acid and the liquid of zinc polycarboxylate cement is made of polyacrylic acid as the main component. Powder of aluminium and zinc are added to liquid of zinc phosphate cement to reduce reactivity of reaction of liquid and powder. The structure of these cement include a brittle matrix that non-reacted particle of zinc oxide are disperse in whole of the matrix. Mechanical properties and setting time of zinc phosphate and zinc olycarboxylate depend on mixing ratio of powder and liquid. By increasing mixing ratio of powder and liquid of zinc phosphate and zinc polycarboxylate cement their compressive strength increase because the non-reacted zinc oxide particles increase and stop generation and propagation of crack but the setting time is deceased. The film thickness of these cement also depend on powder liquid mixing ratio, via increasing the mixing ratio film thickne increase that it is a problem in clinical applications. The antibacterial property of these cemen is depend on zinc ion releasing and the acidity of the past of these cement before setting. In this study aluminium oxide and titanium oxide are added to powder of these cements before mixing of powder and liquid. Nano particles increase the compressive strength by stop growing cracks. The compressive strength of zinc phosphate and zinc polycabocylate cements with nano particles of titanium oxide and aluminium oxide was increased. The main result of this study is a better compressive strength in a same mixing ratio of powder for zinc phosphate and zinc polycarboxylate cement. Titanium oxide nano particles affected the antibacterial properties of zinc phosphate and zinc polycarboxylate cements. If UV ray flame to titanium oxide nano particles, the nano particles make electron and hole and become photocatalyst and show antibacterial properties. In this study, nano composite of zinc phosphate and zinc polycarboxylate cements were exposed to the UV ray and then take them antibactrial test. The antibacterial properties of both of them were improved. The compressive strength of zinc phosphate cements improved from 20.71 Mpa to 33.44 Mpa via adding aluminium oxide nano paticles and also improved to 32.45Mpa with adding titanium oxide nano particles. The compressive strength of zinc polycarboxylate cement improved from 19.17 Mpa to 57.96 Mpa with adding aluminium oxide nano paticles and also improved to 43.38 Mpa with adding titanium oxide nano particles. The setting time and film thickness of both cements did not change. SEM and EDS analysis show that the nano particles stop crack propagation in matrix. Titanium oxide nano particles made a difference mechanism of antibacterial property that keep this property for a longer time. Keywords: Zinc phosphate cement, zinc polycarboxylate cement, titanium oxide nano particle, aluminium oxide nano particle, compressive strength, setting time, antibacterial properties
سیمانهای فسفات روی و پلیکربوکسیلات روی دو نوع سیمان دندانی پرسابقه در مصارف کلینیکی هستند. برای تولید این سیمانها، پودر و مایع با نسبت مشخص مخلوط میشوند. با افزایش نسبت اختلاط پودر و مایع، استحکام سیمان فسفات روی و پلی کربوکسیلات روی افزایش مییابد اما متعاقبا زمان گیرش کاهش مییابد که کاهش زمان گیرش برای کاربران سیمانهای فسفات روی و پلی کربوکسیلات روی ایجاد محدودیت میکند. هدف از پژوهش حاضر دست یابی به استحکام بالاتر و زمان گیرش طولانیترسیمانهای فسفات روی و پلی کربوکسیلات روی با استفاده از ذرات تقویت کنندهای در نظر گرفته شد که از لحاظ شیمیایی با ساختار سیمان واکنش نمیکند. همچنین برای پراکندگی بهینه ذرات در زمینه استفاده از نانو ذرات در نظر گرفته شد. با توجه به خاصیت زیست سازگاری اکسید آلومینیم و اکسید تیتانیم و همچنین عدم واکنش پذیری آنها با پودر و مایع سیمان فسفات روی و سیمان پلی کربوکسیلات روی، از نانو ذرات این دو اکسید به عنوان تقویت کننده استفاده شد. برای ساخت پودر سیمان فسفات روی و پلی کربوکسیلات روی، اکسید روی و اکسید منیزیم و اکسید سیلیسیم مخلوط و کلسینه شدند. مایع سیمان فسفات روی از اختلاط اسید اورتوفسفریک خالص و محلول اسید فسفریک و پودر فلز روی و پودر فلز آلومینیم به دست آمد. مایع سیمان پلیکربوکسیلات روی نیز از رقیق نمودن اسید پلیاکریلیک با وزن مولکولی بالا تهیه شد. نمونههای آزمون استحکام فشاری این سیمانها در قالبهای استوانه های به شعاع 4 میلیمتر و ارتفاع 8 میلیمتر تهیه شد. برای ساخت نمونه های کامپوزیت سیمان فسفات روی و سیمان پلی کربوکسیلات روی، با نانوذرات اکسید روی و اکسید تیتانیم، این ذرات قبل از اختلاط به پودر سیمان افزوده شده و سپس نمونههای ارزیابی استحکام ساخته شدند. در این پژوهش آزمون ضدباکتریایی نیز انجام شد. برای انجام این آزمون قرصهایی به قطر 7 میلیمتر تهیه شد و تحت آزمون ضدباکتریایی نفوذ آگار قرار گرفت. برای بررسی خاصیت ضدباکتریایی به مقایسه قطر ناحیه پیشگیری از رشد و تکثیر باکتری بسنده شد. افزودن نانو ذرات اکسید آلومینیم باعث افزایش استحکام فشاری سیمان فسفات روی از 71 / 20 مگاپاسکال به 44 / 33 مگاپاسکال و استفاده از نانو ذرات اکسید تیتانیم باعث افزایش استحکام فشاری فسفات روی به مقدار45 / 32 مگاپاسکال بدون تغییر در زمان گیرش و ضخامت لایه این سیمانها شد. همچنین افزودن نانو ذره اکسید آلومینیم باعث افزایش استحکام فشاری سیمان پلیکربوکسیلات روی از مقدار 17 / 19 مگاپاسکال به مقدار 96 / 57 مگاپاسکال و افزودن نانو ذرات اکسید تیتانیم باعث افزایش استحکام فشاری سیمان پلیکربوکسیلات روی به مقدار 38 / 43 مگاپاسکال بدون تغییر در زمان گیرش و ضخامت لایه سیمان پلیکربوکسیلات روی شد. نانو ذرات اکسید تیتانیم و اکسید آلومینیم باعث اضمحلال انرژی و توقف ترکهای پیشرونده در ساختار شده و متعاقبا باعث افزایش استحکام فشاری سیمانهای فسفات روی و پلیکربوکسیلات روی شدند. همچنین استفاده از نانو ذرات اکسید تیتانیم باعث افزایش پایداری خواص ضدباکتریایی سیمانهای فسفات روی و پلی کربوکسیلات روی در اثر تغییر مکانیزم ضدباکتریایی این سیمانها شد. کلمات کلیدی: سیمان فسفات روی، سیمان پلی کربوکسیلات روی، نانو ذرات اکسید آلومینیم، نانو ذرات اکسید تیتانیم