Abstract
El objetivo de este proyecto es obtener una distribución bimodal de tamaño de grano
a fin de mejorar las propiedades mecánicas de un cemento de fosfato de calcio, siendo el
cemento obtenido una apatita deficiente en calcio (CDHA) y el polvo utilizado fosfato
tricálcico (α-TCP). En 1983, Brown and Chow introdujeron la posibilidad de obtener HA u
otros fosfatos de calcio en forma monolítica a temperatura ambiente o fisiológica a partir de
una reacción cementante entre una fase sólida en polvo, formada por uno o más fosfatos
de calcio, y una fase líquida, formada por agua o una solución acuosa. Resulta de esta
reacción cementante un cuerpo en forma de pasta que se puede inyectar en el cuerpo y
endurecerse allí con los fluidos fisiológicos llamado cemento.
Hoy en día se investiga mucho la posibilidad de generar el crecimiento óseo con
cementos porosos. En este trabajo sin embargo, se busca un cemento lo más denso
posible jugando con el método de compactación para mejorar las propiedades mecánicas
del material y hacerlo más adecuado para su implantación. Un método de compactación
conocido es la sinterización, pero esta técnica a parte de inducir costes energéticos
elevados, causa un aumento en el tamaño de grano muy considerable (disminuyendo pues
su superficie específica y por lo tanto su capacidad de reabsorción) y el material resultante
no puede ser inyectable. Para aprovechar las propiedades inherentes de los cementos, el
método que se ha elegido es la utilización de una distribución bimodal de tamaño de
partículas de α-TCP. Trabajando con una distribución bimodal se pretende que las
partículas más pequeñas actúen de relleno de tal modo que se consiga una estructura
mucho más densa y compacta lo que produce una mejora de la resistencia a la compresión
de los cementos.
Se procedió pues a la fabricación de cementos con una distribución bimodal de
partículas a partir de un polvo inicial de α-TCP constituido por: partículas grandes (G) y
partículas de siete a diez veces más pequeñas (P) que las grandes. Para ello se tuvo que
optimizar primero el protocolo de molienda que resultó con distribuciones de partículas con
tamaño mediano teórico de 18.7 μm (G) y 2.7 μm (P).Además de optimizar el tamaño de partículas, se investigó también el efecto de la
proporción relativa entre número de partículas grandes y pequeñas (G:P) en la resistencia
a la compresión del cemento resultante. Se prepararon cementos con las siguientes
proporciones (en volumen): 1G, 1G 1P, 1G 2P, 1G 4P. Los resultados mostraron que la
proporción 1G:4P (en volumen) fue la que mejores propiedades mecánicas dio a pesar que
la proporción óptima calculada teóricamente era de 1G2P. Otro estudio que se llevó a cabo
fue la influencia de la naturaleza de las partículas de relleno introduciendo partículas de β-
TCP, que son menos reactivas que las de α-TCP, en los cementos anteriores. La finalidad
era la de mejorar la inyectabilidad del cemento. El trabajo se completó investigando la
naturaleza de la fase líquida del cemento. Diferentes fases líquidas: 1) Na2HPO4 al 2.5
wt% y 2) 2.5 wt% Na2HPO4/0.5M citrato de trisodio fueron empleadas en la fabricación de
los cementos para evaluar la influencia del citrato de trisodio como agente dispersante.
Las técnicas de caracterización de los polvos que forman la fase sólida de los
cementos empleados fueron la observación de la distribución de partículas con un Laser
Diffraction Particle Size Analyser y de la microestructura del cemento con un microscopio
de barrido SEM (Scanning Electron Microscopy).. Para caracterizar los cementos, se
midieron los tiempos iniciales y finales de fraguado mediante las agujas de Gillmore, la
cohesión del cemento por inmersión en un baño de agua a 37 oC y la inyectabilidad
mediante la extrusión de la pasta a través de seringas. a temperatura ambiente. Además,
en los cementos ya fraguados se observó su microestructura por microscopia electrónica
de barrido, la porosidad abierta por intrusión con mercurio (MIP) y se analizó el grado de
transformación de la α-TCP por difracción de Rayos-X. Se midió la resistencia a la
compresión de los cementos mediante un ensayo mecánico a compresión.
