Síntese e Caracterização dos Compósitos de Fosfato
Anidro/Óxido de Silício e avaliação da estabilidade química
Dicálcio
Ane Josana Dantas Fernandes, José Hundemberg Pereira Barbosa
*Maria Gardênnia da Fonseca (PQ), Luiza N. H. Arakaki (PQ).
Universidade Federal da Paraíba, Departamento de Química, 58051-900 João Pessoa,
Paraíba. *E.mail: [email protected]
Introdução
As cerâmicas de fosfato de cálcio têm sido amplamente estudadas,
devido suas peculiares propriedades, como, biocompatibilidade, bioafinidade e
ausência de toxicidade, possibilitando sua utilização na área médicoodontológica, como substituinte de tecido ósseo em implantes. Mas para tal,
faz-se necessário que além dessas propriedades elas apresentem boa
resistência mecânica e química. Entretanto uma única composição com uma
estrutura uniforme dificilmente satisfará todos estes requisitos. Uma
possibilidade para tal, é a obtenção de compósitos, combinando as
propriedades mecânicas e físicas dos materiais bioinertes ou biotoleráveis com
a propriedade biológica das biocerâmicas. O objetivo do trabalho foi sintetizar
compósitos de fosfato de cálcio e sílica, utilizando-se o método de síntese solgel, caracterizar os sólidos obtidos e avaliar a estabilidade química dos
mesmos, quando submetidos a tampões de pH variando de 1,0 a 6,0.
Metodologia
Os compósitos de fosfato de cálcio e sílica foram sintetizados, variandose a concentração do tetraetoxissilano (TEOS) em 5%, 10%, 15% e 20% em
massa do fosfato dicálcio anidro (CaHPO4 ou monetita), através do processo
de síntese sol-gel.
Os sólidos obtidos foram caracterizados por difratometria de Raios-X
(DRX), espectroscopia na região do infravermelho (IV), Microscopia Eletrônica
de Varredura (MEV) e termogravimetria (TG). Os ensaios de estabilidade dos
fosfatos foram realizados submetendo-se os sólidos a condições controladas
de pH por um tempo de 48 horas. Nesses testes, amostras de
aproximadamente 50 mg do sólido foram suspensas em 20,0 cm3 de solução
tampão com pH 1,0; 3,03; 4,03; 5,0 e 6,09, sendo o sólido separado por
filtração. Utilizou-se os tampões KCl/HCl de pH = 1,0; C8H5O4K/HCl pH = 3,03;
C8H5O4K/NaOH pH = 4,03 e C8H5O4K/HCl de pH = 5,0; C8H5O4K/HCl de pH
6,09. O teor de Ca2+ foi, então, determinado nas soluções sobrenadantes por
absorção atômica, utilizando-se lantânio, para inibir a interferência dos íons
fosfatos presentes em solução.
Resultados e discussão
Pelo difratograma de Raios-X, observou-se a formação de uma única
fase de alta cristalinidade. O pico em 2θ = 13,18º correspondeu à primeira
reflexão indexada ao plano (001) do cristal de fosfato, com uma distância
interlamelar de 0,67 nm. Este valor corresponde àquele encontrado na
literatura para a monetita. Os DRX dos compósitos mostraram que não houve
mudança na cristalinidade dos mesmos, conforme apresenta a Figura 1.
Intensity (a.u.)
(e )
(d )
(c )
(b )
(a )
0
1 0
2 0
3 0
4 0
2 θ (D e g re e )
5 0
6 0
Figura 1. Difratogramas de Raios-X para (a) monetita, (b) compósito
monetita/5%TEOS, (c) 10% TEOS, (d) 15% TEOS e (e) 20%TEOS.
Pela espectroscopia de absorção na região do infravermelho,
observaram-se bandas características do fosfato dicálcio anidro encontradas
em 1087, 1030 e 956 cm-1 correspondentes à deformação assimétrica de grupo
PO43-, em 865 cm-1 associada ao estiramento P-O(H) em H2PO4-. A banda em
610 cm-1 corresponde à deformação assimétrica P-O de grupo PO43- e as
bandas em 560 cm-1 e 450 cm-1, devido à deformação assimétrica P-O(H) de
grupo H2PO4-Nas análises dos espectros para os compósitos de
monetita/TEOS, observou-se o surgimento de novas bandas na região de 1110
cm-1 referentes à vibração de estiramento da ligação Si-O-Si (siloxano) e em
970 cm-1 da deformação dos grupos silanóis livres. Esses espectros
apresentam também duas bandas em 2950 e 2850 cm-1 as quais são
características dos estiramentos assimétricos e simétricos no C-H dos grupos
metilênicos (CH2), respectivamente, indicando que ocorreu a efetiva
incorporação da sílica na estrutura do fosfato.
Nas curvas termogravimétricas dos compósitos na Figura 2 mostraram
uma primeira perda referente à saída de água adsorvida, uma segunda devido
à condensação dos grupos OH do fosfato e da sílica e de grupos orgânicos não
condensados e uma terceira referente à saída de grupos OH isolados
remanescentes. Observa-se também que não há uma diferença muito grande
nas faixas de temperaturas em que os eventos iniciam e terminam. Por outro
lado, o sólidos contendo 15% e 20% de TEOS apresentaram uma
termodecomposição envolvendo duas e quatro etapas, respectivamente. A
partir desses dados, verificou-se uma correlação entre a composição e a perda
de massa, observando-se que os compósitos ficaram mais estáveis
termicamente à medida que a quantidade de sílica foi incorporada ao fosfato.
%
1 0 0
m a s s a
1 0 1
9 9
5 %
1 0 %
1 5 %
2 0 %
9 8
P e rd a
d e
9 7
9 6
9 5
9 4
9 3
4 0 0
6 0 0
8 0 0
1 0 0 0
1 2 0 0
T e m p e r a tu r a ( K e lv in )
Figura 2. Curvas termogravimétricas dos compósitos monetita/sílica.
Nos ensaios de estabilidade química, apresentados na Figura 3,
observou-se que antes da adição do TEOS, o fosfato de cálcio puro apresentou
uma baixa resistência química a sistemas ácidos, tendo sua massa de cálcio
praticamente toda lixiviada quando submetido a tampões de pH < 3,0. Por
outro lado, quando a sílica é incorporada à estrutura do fosfato, ocorre uma
maior resistência aos mesmos. Assim a estabilidade do composto é
relativamente maior nos compósitos contendo entre 10-20% de sílica, porém há
uma pequena variação entre si na quantidade de cálcio lixiviada, o que pode
ser indicativo que em concentrações superiores a 10% de sílica não há uma
variação considerável na estabilidade dos compósitos.
30,0
Monetita
5%
10%
15%
20%
25,0
Calixiviado / %
20,0
15,0
10,0
5,0
0,0
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
pH
Figura 3. Ensaios de estabilidade química para os compósitos.
Conclusões
Os resultados mostraram a formação dos fosfatos de cálcio contendo
dióxido de silício sem perda da cristalinidade. As propriedades térmicas não
foram alteradas significativamente. No entanto, foi observado um aumento da
estabilidade química progressiva com a quantidade de sílica, sendo que a partir
de 10% o não há diferença significativa nessa estabilidade.
Palavras Chave: Fosfato de cálcio, TEOS, Sol-gel.
Agradecimentos: À CAPES pelo apoio financeiro e pelas bolsas concedidas.
Referências:
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