Síntese e Caracterização dos Compósitos de Fosfato Dicálcio Anidro/Óxido de Silício e avaliação da estabilidade química

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1 Síntese e Caracterização dos Compósitos de Fosfato Dicálcio Anidro/Óxido de Silício e avaliação da estabilidade química 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, João Pessoa, Paraíba. *E.mail: gardennia@quimica.ufpb.br 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 (CaHPO 4 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 cm 3 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; C 8 H 5 O 4 K/HCl ph = 3,03; C 8 H 5 O 4 K/NaOH ph = 4,03 e C 8 H 5 O 4 K/HCl de ph = 5,0; C 8 H 5 O 4 K/HCl de ph 6,09. O teor de Ca 2+ foi, então, determinado nas soluções sobrenadantes por absorção atômica, utilizando-se lantânio, para inibir a interferência dos íons fosfatos presentes em solução.

2 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. ( e ) Intensity (a.u.) ( d ) ( c ) ( b ) ( a ) θ ( D e g r e e ) 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 PO 3-4, em 865 cm -1 associada ao estiramento P-O(H) em H 2 PO - 4. A banda em 610 cm corresponde à deformação assimétrica P-O de grupo PO 4 e as bandas em 560 cm -1 e 450 cm -1, devido à deformação assimétrica P-O(H) de grupo H 2 PO - 4 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

3 características dos estiramentos assimétricos e simétricos no C-H dos grupos metilênicos (CH 2 ), 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. P e r d a d e m a s s a % % 1 0 % 1 5 % 2 0 % T e m p e r a t u r a ( K e l v i n ) 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.

4 Ca lixiviado / % 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 Monetita 5% 10% 15% 20% 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: GRODZ, I.Z., et al., Synthesis and properties of an inorganic-organic hybrid prepared by the sol-gel method, Optical materials, 26:207, BORUM, L.; WILSON Jr., O.C., Surface modification of hydroxyapatite. Part II. Silica, Biomaterials, 24:3681, GAVRILOVIC, A.L.; PIATTELLI, A.; ABE, K., Nerve growth factor β (NGF β) delivery via a collagen/hydroxyapatite (col/hap) composite and its effects on new bone ingrowth, Journal of Materials Science:Materials in Medicine, 14:95, HU, C. et al., Efficient destruction of bacteria with Ti (IV) and antibacterial ions in co-substituted hydroxyapatite films, Applied Catalysis B, 73:345, 2007.

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