Файл: белорусский государственный технологический университет.docx

РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИАПАТИТА

Костная ткань человека отличается способностью к регенерации при поражениях небольшого размера, однако при возникновении де- фектов значительного объема сложной формы самовосстановление за- труднено. В подобных случаях для реконструкции могут использо- ваться скаффолды (трехмерные пористые или волокнистые матрицы, обеспечивающие механический каркас для клеток).

Кость является минерально-органическим композиционным ма- териалом, главными составляющими которого являются коллаген (20 мас.%), фосфат кальция (69 мас.%) и вода (9 мас.%). В связи с этим применение для замещения дефектов костной ткани керамики на ос- нове фосфатов кальция, характеризующихся биологической совмести- мостью с тканями организма и активностью по отношению к соедине- нию с костной тканью, является весьма перспективным.

При разработке материалов для замещения дефектов костной ткани следует также учитывать, что последние имеют сложную пори- стую структуру. Данную структуру практически невозможно воспро- извести с использованием классических методов формования керамики (пластического формования, полусухого прессования и литья), а расту- щий спрос на биокерамику вызывает необходимость разработки техно- логии, позволяющей изготовить изделия индивидуально для каждого пациента в кратчайшие сроки. Поэтому в последнее время все большое внимание уделяется разработке аддитивных технологий получения по- добных материалов.

Целью работы является разработка составов масс и технологиче- ских параметров получения керамических материалов на основе гид-

---

роксиапатитас использованием 3D-печати.

Как известно, кальций-фосфатные материалы с соотношением Ca/P от 1,33 до 1,50 характеризуются большей скоростью растворимо- стью по сравнению со стехиометрическим синтетическим гидрокси- апатитом (Ca/P – 1,67). В связи с этим в настоящее время значительное внимание уделяется разработке композиционных материалов, состоя- щих из нескольких кальций-фосфатных фаз.

Принимая во внимание вышесказанное, в настоящем исследова- нии в качестве добавок использовались дигидроортофосфат кальция

(ГОСТ 10091) и диоксид кремния нанодисперсный аморфный (ГОСТ 14922).

Экспериментальные образцы готовились следующим образом. Смеси гидроксиапатита, полученного методом жидкофазного синтеза, и добавок подвергались совместному мокрому помолу в лабораторной шаровой мельнице BML-2 (DAIHAN) в течение 30–60 мин для гомоге- низации. Влажность приготовленных керамических масс составляла 45,0 мас. %. Изделия формовались методом экструзии на 3D-принтере. Сформованные образцы подвергались сушке в сушильном шкафу SNOL 58/350 при температуре 60±5 °С, а затем обжигу в электрической лабораторной печи SNOL 1,6,2,5.1/13,5-Y1 при температурах 500–1200

°С. Скорость набора температуры составляла 2–4 ⁰ С/мин. Выдержка при максимальной температуре – 60 мин.

Визуальная оценка обожженных образцов свидетельствовала, что они характеризовались равномерной окраской белого цвета, кото- рая не зависела от содержания компонентов массы и температуры об- жига. Текстура на изломе пористая. Физико-химические свойства опре- делялись

---

в соответствии с ГОСТ 30534, ГОСТ 2409, ГОСТ Р 57606 (табл.).

Таблица – Технологические и физико-химические свойства керамики полученной в температурном интервале обжига 500–1200 ℃

Применяемая добавка	Значение показателя
	водопо- глоще- ние, %	открытая пористость, %	кажущаяся плотность, кг/м3	механическая прочность при сжатии, МПа	общая усадка, %
Без добавок	10,0–49,6	23,8–59,7	1200–2380	4,1–41,8	10,5–27,8
Дигидроорто- фосфат кальция	32,0–51,8	48,3–61,6	1510–1167	1,3–10,9	9,7–18,1
Диоксид крем- ния нанодис- персный аморф- ный	18,9–54,8	35,7–61,4	1110–1885	2,8–32,5	9,0–25,0

Установлено, что дигидроортофосфат кальция негативно влияет на прочностные характеристики полученных образцов, что, вероятно, связано с его разложением в процессе термообработки материала, ко- торое вызывает разрыхление структуры. Основной кристаллической фазой синтезированной керамики является гидроксиапатит.

Полученный материал является биологически активным, на его поверхности наблюдается формирование фосфатов кальция через 7 сут выдерживания в SBF-растворе.

Следует отметить, что полученную пористую керамическую мат- рицу из кальций-фосфатной керамики можно пропитывать растворами

---

коллагена с целью воспроизведения состава костной ткани.

---

РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ СТЕКОЛ ДЛЯ ЩЕЛОЧЕСТОЙКОГО ВОЛОКНА

Главный компонент фибробетона, во многом определяющий его уникальные свойства и исключительные эксплуатационные характери- стики, – это стекловолокно, выполняющее функцию арматуры в бетон- ной матрице. Основное требование, предъявляемое к такому типу во- локон, – способность в течение продолжительного времени сопротив- ляться агрессивному воздействию щелочной среды бетона. Около 90% выпускаемых сегодня стекловолокон это волокна марки Е. Их широкое применение в качестве армирующего компонента ограничивается по причине их слабой устойчивости к воздействию среды гидратирую- щихся портландцементов. В настоящее время разработаны специаль- ные составы щёлочестойких стеклянных волокон марки AR, содержа- щие оксид циркония до 16–18мас.%. Однако добавка тугоплавкого ди- оксида циркония в стекла значительно усложняет технологию произ- водства волокна. Кроме того, цирконий содержащее сырье является до- рогостоящим компонентом. Это обусловливает актуальность совер- шенствования составов стекол для изготовления волокнистых матери- алов для армирования бетона.

На основе данных анализа литературы для проведения исследова- ний выбрана область системы Na₂O–CaO–TiO₂–ZrO₂–SiO₂, ограничен- ная содержанием компонентов, мас.%: SiO₂– 66,5–75,5; TiO₂– 0–9; ZrO₂– 0–9; CaO – 10,0; Na₂O – 14,5. Стекла синтезированы в горшковой печи в фарфоровых тиглях при температуре 1510±10 ℃.

Изучены технологические и физико-химические свойства стекол. Введение ZrO₂и TiO₂взамен SiO₂обусловливает увеличение устойчиво- сти к кристаллизации стекол в интервале температур 600–1000 ℃, по-

---