SUPERVISOR
Mohammad Hosein Fathi,Ahmad Monshi
محمدحسين فتحي (استاد راهنما) احمد منشي (استاد راهنما)
STUDENT
Mojtaba Forghani
مجتبي فرقاني
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
چکيده سيمانهاي فسفات روي و پليکربوکسيلات روي دو نوع سيمان دنداني پرسابقه در مصارف کلينيکي هستند. براي توليد اين سيمانها، پودر و مايع با نسبت مشخص مخلوط ميشوند. با افزايش نسبت اختلاط پودر و مايع، استحکام سيمان فسفات روي و پلي کربوکسيلات روي افزايش مييابد اما متعاقبا زمان گيرش کاهش مييابد که کاهش زمان گيرش براي کاربران سيمانهاي فسفات روي و پلي کربوکسيلات روي ايجاد محدوديت ميکند. هدف از پژوهش حاضر دست يابي به استحکام بالاتر و زمان گيرش طولانيترسيمانهاي فسفات روي و پلي کربوکسيلات روي با استفاده از ذرات تقويت کنندهاي در نظر گرفته شد که از لحاظ شيميايي با ساختار سيمان واکنش نميکند. همچنين براي پراکندگي بهينه ذرات در زمينه استفاده از نانو ذرات در نظر گرفته شد. با توجه به خاصيت زيست سازگاري اکسيد آلومينيم و اکسيد تيتانيم و همچنين عدم واکنش پذيري آنها با پودر و مايع سيمان فسفات روي و سيمان پلي کربوکسيلات روي، از نانو ذرات اين دو اکسيد به عنوان تقويت کننده استفاده شد. براي ساخت پودر سيمان فسفات روي و پلي کربوکسيلات روي، اکسيد روي و اکسيد منيزيم و اکسيد سيليسيم مخلوط و کلسينه شدند. مايع سيمان فسفات روي از اختلاط اسيد اورتوفسفريک خالص و محلول اسيد فسفريک و پودر فلز روي و پودر فلز آلومينيم به دست آمد. مايع سيمان پليکربوکسيلات روي نيز از رقيق نمودن اسيد پلياکريليک با وزن مولکولي بالا تهيه شد. نمونههاي آزمون استحکام فشاري اين سيمانها در قالبهاي استوانه هاي به شعاع 4 ميليمتر و ارتفاع 8 ميليمتر تهيه شد. براي ساخت نمونه هاي کامپوزيت سيمان فسفات روي و سيمان پلي کربوکسيلات روي، با نانوذرات اکسيد روي و اکسيد تيتانيم، اين ذرات قبل از اختلاط به پودر سيمان افزوده شده و سپس نمونههاي ارزيابي استحکام ساخته شدند. در اين پژوهش آزمون ضدباکتريايي نيز انجام شد. براي انجام اين آزمون قرصهايي به قطر 7 ميليمتر تهيه شد و تحت آزمون ضدباکتريايي نفوذ آگار قرار گرفت. براي بررسي خاصيت ضدباکتريايي به مقايسه قطر ناحيه پيشگيري از رشد و تکثير باکتري بسنده شد. افزودن نانو ذرات اکسيد آلومينيم باعث افزايش استحکام فشاري سيمان فسفات روي از 71 / 20 مگاپاسکال به 44 / 33 مگاپاسکال و استفاده از نانو ذرات اکسيد تيتانيم باعث افزايش استحکام فشاري فسفات روي به مقدار45 / 32 مگاپاسکال بدون تغيير در زمان گيرش و ضخامت لايه اين سيمانها شد. همچنين افزودن نانو ذره اکسيد آلومينيم باعث افزايش استحکام فشاري سيمان پليکربوکسيلات روي از مقدار 17 / 19 مگاپاسکال به مقدار 96 / 57 مگاپاسکال و افزودن نانو ذرات اکسيد تيتانيم باعث افزايش استحکام فشاري سيمان پليکربوکسيلات روي به مقدار 38 / 43 مگاپاسکال بدون تغيير در زمان گيرش و ضخامت لايه سيمان پليکربوکسيلات روي شد. نانو ذرات اکسيد تيتانيم و اکسيد آلومينيم باعث اضمحلال انرژي و توقف ترکهاي پيشرونده در ساختار شده و متعاقبا باعث افزايش استحکام فشاري سيمانهاي فسفات روي و پليکربوکسيلات روي شدند. همچنين استفاده از نانو ذرات اکسيد تيتانيم باعث افزايش پايداري خواص ضدباکتريايي سيمانهاي فسفات روي و پلي کربوکسيلات روي در اثر تغيير مکانيزم ضدباکتريايي اين سيمانها شد. کلمات کليدي: سيمان فسفات روي، سيمان پلي کربوکسيلات روي، نانو ذرات اکسيد آلومينيم، نانو ذرات اکسيد تيتانيم