Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ THỊ DUY HẠNH NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THẠCH CAO NHA Chuyên ngành : Công nghệ Vật liệu Vô Mã ngành :605290 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2008 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 10 tháng 12 năm 2008 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ THỊ DUY HẠNH Giới tính : Nam / Nữ Ngày, tháng, năm sinh : 28/02/1981 Nơi sinh : Quảng Ngãi Chuyên ngành : Công Nghệ Vật liệu vô Khoá (Năm trúng tuyển) : 2006 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Lựa chọn loại thạch cao nha dùng nha khoa với thông số kỹ thuật cần thiết - Xác định thông số kỹ thuật - Các phương pháp xác định dạng thù hình α β- CaSO4.0,5H2O - Xác định thông số (hằng số tốc độ bậc phản ứng) q trình hydrate hóa CaSO4.0,5H2O - Lựa chọn công nghệ xử lý thạch cao tạo thành α -CaSO4.0,5H2O So sánh kết luện khả sử dụng 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi đầy đủ học hàm, học vị ): PGS.TS ĐỖ QUANG MINH Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) PGS TS Đỗ Quang Minh PHÒNG ÀO T O S H (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) PGS TS Đỗ Quang Minh KHOA QU N LÝ CHUYÊN NGHÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn bố, mẹ người thân gia đình, ln bên cạnh tơi từ bé trưởng thành, chỗ dựa tinh thần vững lúc tơi gặp khó khăn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TSĐỗ Quang Minh hướng dẫn giúp đỡ tận tình suốt trình học tập thực đề tài Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp môn vật liệu Silicate thầy cô khoa Công nghệ Vật liệu truyền đạt cho nhữngkiến thức kinh nghiệm vô q giá để tơi hồn thành tốt đề tài Cuối cùng, xin cảm ơn tất người bạn giúp đỡ nhiều trình học tập thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Lê Thị Duy Hạnh x LỜI MỞ ĐẦU Thạch cao vật liệu có sẵn tự nhiên sử dụng từ lâu đời Với tính đặc biệt, thạch cao sử dụng nhiều lĩnh vực Một lĩnh vực ứng dụng quan trọng thạch cao sử dụng y học Lĩnh vực y học sử dụng thạch cao phổ biến nha khoa Trên giới, thạch cao ứng dụng lĩnh vực nha khoa từ lâu Sản xuất thạch cao sử dụng nha khoa trở thành lĩnh vực sản xuất mang lợi nhuận cao đặc biệt phát triển nhiều nước giới Đức, Ấn Độ… Ở Việt Nam, thạch cao sử dụng lĩnh vực chủ yếu nhập từ nước Vie nghiên cứu chế tạo thạch cao nha từ nguồn nguyên liệu nước đưa vào ứng dụng hạn chế Thạch cao sử dụng nha có yêu cầu độ bền cao có thù hình α-CaSO4.0,5H2O đáp ứng yêu cầu độ bền α-CaSO4.0,5H2O chế tạo cách tách nước CaSO4.2H2O điều kiện áp suất nước bão hòa Chất lượng hàm lượng α-CaSO4.0,5H2O tạo thành từ phương pháp phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ, thời gian lưu nguồn nguyên liệu sử dụng Một mục tiêu đề tài tạo α- calcium sulphate hemihydrate (α-CaSO4.0,5H2O) Chất lượng thạch cao nha đánh giá thông qua thơng số kỹ thuật q trình hydrate hóa calcium sulphate hemihydrate (CaSO4.0,5H2O) Sự tồn α-CaSO4.0,5H2O định đến thông số kỹ thuật Các thông số quan tâm hàng đầu cường độ nén, thời gian bắt đầu đóng rắn khả thay đổi thể tích Khi thơng số thay đổi, lĩnh vực ứng dụng thạch cao nha thay đổi Mục tiêu đề tài chế tạo thạch cao nha loại II dùng để đổ khuôn hàm phịng thí nghiệm Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh xi Về mặt cấu trúc, có nhiều ý kiến khác cấu trúc hai dạng thù hình CaSO4.0,5H2O Chưa có nhiều chứng khoa học để chứng minh cho tồn dạng thù hình α-CaSO4.0,5H2O Thơng thường, có mặt αCaSO4.0,5H2O xác định gián tiếp thông qua độ bền Việc tìm chứng để xác định có mặt dạng thù hình α-CaSO4.0,5H2O mục tiêu đề tài Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh i TÓM TẮT So với loại vật liệu khác, sản phẩm thạch cao sử dụng nhiều nha khoa Thạch cao sử dụng nha khoa thường calcium sulphate hemihydrate Calcium sulphate hemihydrate có hai dạng thù hình Mục đích đề tài tạo thạch cao nha loại II sử dụng làm khuôn hàm trình tách nước từ đá thạch cao điều kiện áp suất bão hòa nước Một mục đích khác đề tài xác định tồn α-calcium sulphate hemihydrate sản phẩm trình tách nước xác định số tốc độ bậc phản ứng q trình hydrate hóa calcium sulphate hemihydrate Trong đề tài, nguyên liệu sử dụng thạch cao Các phụ gia sử dụng (acid boric, thủy tinh lỏng, natricitrate, NaCl) dùng để điều chỉnh q trình hydrate hóa Các tính chất q trình hydrate hóa calcium sulphate hemihydrate (thời gian bắt đầu đóng rắn, cường độ nén ) khảo sát dựa theo ASTM 380 Nhiệt hòa tan calcium sulphate hemihydrate xác định dựa theo ASTM 186-98 Ngoài ra, đề tài cịn sử dụng phương pháp phân tích khác như: DTA- TG, phân bố kích thước hạt LASER, SEM, XRD, tán xạ Raman Kết thực nghiệm chế tạo thạch cao nha loại II Phụ gia làm thay đổi thời gian đóng rắn calcium sulphate hemihydrate làm giảm cường độ đóng rắn Sự khác biệt nhiệt hịa tan so với dạng thù hình β-calcium sulphate hemihydrate chứng tỏ có mặt α-calcium sulphate hemihydrate sản phẩm tạo thành từ phương pháp ướt Ngoài ra, khác hai dạng thù hình α vàβcalcium sulphate hemihydrate cịn thể qua hình dạng tần số dao động liên kết υ3(SO4) phương pháp phân tích tán xạ Raman Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh ii ABSTRACT Objectives: Gypsum product probaly serve the dental profession more adequately than any other materials Dental gypsum is often calcium sulphate hemihydrate Calcium sulphate hemihydrate is two allotropism In this search, the dehydration of gypsum rock under pressure of water vapour create type II of dental gypsum use complete denture impression The other purpose of this investigation identify existence of alpha-calcium sulphate hemihydrate allotropism into dehydration product and determine rate constant, reaction step of hydration calcium sulphate hemihydrate Materials and Methods: Gypsum rock and addtives (acid boric, sodium chlorua, soluble silicate, trisodium citrate dihydrate) are used for searching The hydration charateristics of calcium sulphate hemihydrate (setting time, compressive strength…) were investigated follow ASTM 380 Heat of solution was determined to base on ATSM C186, the different methods are used for DTA –TG, LASER particlesize distribution, XRD, SEM, Raman spectroscopy Result: Gypsum product create achieve type II standard of dental gupsum Additives affect setting time of calcium sulphate hemihydrate and reduce its hardened strength As result of different heat of solution with beta calcium sulphate hemihydrate allotropism (gypsum rock dehydrate into atmospheric pressure condition create beta calcium sulphate hemihydrate gypsum rock), alpha-calcium sulphate hemihydrate allotropism occurred Besides, the diffence between α – and β – CaSO4.0,5H2O is clearly showed by Raman spectroscopy from peak shape and peak vabrational frequency of bonding υ3(SO4) Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh iii MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN Trang LỜI CẢM ƠN Tóm tắt .i Mục lục iii Danh mục hình vii Danh mục bảng ix Lời mở đầu x Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu thạch cao 1.1.1 Các định nghĩa thạch cao 1.1.2 Các tính chất hợp chất hệ thạch cao- nước 1.1.3 Nguồn gốc sử dụng thạch cao 1.2 Calcium sulphate hemihydrate- CaSO4.0,5H2O 1.2.1 Các biến đổi hợp chất hệ thạch cao – nước 1.2.2 CaSO4.0,5H2O cách phân biệt dạng thù hình CaSO4.0,5H2O 1.2.2.1 Cơ chế tạo thành Calcium sulphate hemihydrate- CaSO4.0,5H2O 1.2.2.2 Phân biệt hai dạng thù hình CaSO4.0,5H2O 1.2.3 Sự hydrate hóa CaSO4.0,5H2O 1.2.4 Phụ gia điều chỉnh thời gian đóng rắn CaSO4.0,5H2O 10 1.2.5 Các tính chất calcium sulphate hemihydrate 12 1.2.5.1 Lượng nước sử dụng thực tế 12 1.2.5.2 Thời gian bắt đầu đóng rắn 12 1.2.5.3 Cường độ 12 1.2.5.4 Khả thay đổi thể tích thạch cao 13 Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh MAU_H1409 d=5.99869 400 d=1.31045 d=1.30239 d=1.35771 d=1.34376 d=1.33706 d=1.47545 d=1.44598 d=1.52092 d=1.69411 d=1.66543 d=1.73314 d=1.90915 d=2.26852 d=2.18260 d=2.11970d=2.13714 d=2.34355 d=2.71324 d=3.04280 100 d=4.36234 d=7.58882 200 d=1.84747 d=2.80917 d=3.46607 300 d=9.99207 Lin (Counts) d=3.00098 500 10 20 30 40 50 60 70 2-Theta - Scale MAU_H1409 - File: MAU_H1409.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 5.000 ° - End: 74.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 19 s - 2-Theta: 5.000 ° - Theta: 2.5 00-041-0224 (I) - Bassanite, syn - CaSO4·0.5H2O - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 12.02800 - b 6.93200 - c 12.69100 - alpha 90.000 - beta 90.183 - gamma 90.000 - Body-centered - I2 (5) - 12 - 1058 Phụ lục 1.10: Phổ XRD mẫu tách nước nhiệt độ 1400C, lưu 9h MAU_H1407 1200 1100 d=2.99869 d=6.00476 1300 1000 d=3.46348 800 700 600 500 d=1.66501 d=1.69321 d=1.73301 d=1.84747 d=1.90904 d=2.13743 d=2.26903 100 d=3.04284 200 d=2.80983 300 d=2.71214 400 d=3.42560 d=3.32282 Lin (Counts) 900 10 20 30 40 50 2-Theta - Scale MAU_H1407 - File: MAU_H1407.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 60.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 16 s - 2-Theta: 00-041-0224 (I) - Bassanite, syn - CaSO4·0.5H2O - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 12.02800 - b 6.93200 - c 12.69100 - alpha 90.000 - beta 90.183 - gamma 90.000 - Body-centered - I Phụ lục 1.11: Phổ XRD mẫu tách nước nhiệt độ 1400C, lưu 7h MAU_H1408 _0.01_ 9H02 d=3.00145 700 d=5.99307 600 d=3.46940 400 d=1.84928 d=1.91026 d=2.00398 d=2.13916 d=2.12597 d=2.18606 d=2.27192 d=2.71849 d=3.04351 d=3.32016 100 d=3.44128 200 d=2.38461 d=2.34731 d=2.81740 300 d=4.36594 d=4.28440 Lin (Counts) 500 10 20 30 40 2-Theta - Scale MAU_H1408 _0.01_ 9H02 - File: MAU_H1408 _0.01_ 9H02 - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 49.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-Thet 00-041-0225 (I) - Calcium Sulfate Hydrate - CaSO4·0.62H2O - WL: 1.5406 - Hexagonal - a 13.86200 - b 13.86200 - c 12.73900 - alpha 90.000 - beta 90.000 - gamma 120.000 - Primitive - P3121 (15 Phụ lục 1.12: Phổ XRD mẫu H1408-0,5%Natricitrate hydrate hóa lần ( phút sau trộn) MAU_H1408 _0.01_ 9H35 700 d=3.00929 600 d=6.03041 d=1.91172 d=2.14058 d=2.27272 d=2.35221 d=2.71965 d=2.69107 d=2.87945 d=3.07388 d=3.05523 d=4.38672 d=4.30388 100 d=6.69342 d=2.82338 200 d=2.00378 300 d=1.85060 d=3.47887 400 d=7.66192 Lin (Counts) 500 10 20 30 40 2-Theta - Scale MAU_H1408 _0.01_ 9H35 - File: MAU_H1408 _0.01_ 9H35 - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 49.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 15 s - 2-Th Phụ lục 1.13: Phổ XRD mẫu H1408-0,5%Natricitrate hydrate hóa lần ( phút 33 sau trộn) MAU_H1408 _0.01_ 10H07 d=3.00866 600 d=6.03789 500 d=3.47665 d=1.85116 d=1.91197 d=1.90284 d=2.09001 d=2.07710 d=2.14168 d=2.27173 d=2.22492 d=2.35107 d=2.50095 d=2.72143 d=2.69209 d=2.82388 d=2.88057 d=3.07615 d=3.04977 d=3.82111 d=6.69557 100 d=4.29880 200 d=1.84265 d=1.83234 300 d=7.66855 Lin (Counts) 400 10 20 30 40 2-Theta - Scale MAU_H1408 _0.01_ 10H07 - File: MAU_H1408 _0.01_ 10H07 - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 49.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2- Phụ lục 1.14: Phổ XRD mẫu H1408-0,5%Natricitrate hydrate hóa lần ( phút 65 sau trộn) MAU_H1408 _0.00_ 10H37 d=7.51805 500 d=1.89411 d=1.87414 d=1.98769 d=2.08035 d=2.06926 d=2.04095 d=2.13002 d=2.21047 d=2.44091 d=2.58577 d=2.67203 d=2.77434 d=2.85976 100 d=3.44457 d=3.78068 d=5.95103 200 d=2.98952 d=3.05066 300 d=4.25452 Lin (Counts) 400 10 20 30 40 2-Theta - Scale MAU_H1408 _0.00_ 10H37 - File: MAU_H1408 _0.00_ 10H37 - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 49.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: s - 2-T 01-072-0596 (C) - Gypsum - Ca(SO4)(H2O)2 - WL: 1.5406 - Monoclinic - a 10.47000 - b 15.15000 - c 6.51000 - alpha 90.000 - beta 151.550 - gamma 90.000 - Base-centered - C2/c (15) - - 491.93 Phụ lục 1.15: Phổ XRD mẫu H1408-khơng có Natricitrate hydrate hóa lần ( phút1 sau trộn) MAU_H1408 _0.00_ 11H09 800 d=7.50893 700 500 400 d=4.24853 300 d=3.05186 Lin (Counts) 600 d=1.89396 d=1.98669 d=2.07972 d=2.21094 d=2.44436 d=2.58799 d=2.67348 d=2.77395 d=2.85972 d=2.99039 100 d=3.44460 d=5.93942 d=3.78013 200 10 20 30 40 2-Theta - Scale MAU_H1408 _0.00_ 11H09 - File: MAU_H1408 _0.00_ 11H09 - Type: 2Th/Th locked - Start: 10.000 ° - End: 49.990 ° - Step: 0.030 ° - Step time: s - Temp.: 25 °C (Room) - Time Started: 14 s - 2- Phụ lục 1.16: Phổ XRD mẫu H1408-khơng có Natricitrate hydrate hóa lần ( phút 33 sau trộn) Phụ lục 1.17: Giản đồ DTA mẫu H1408 đến 10000C Phụ lục 1.18: Giản đồ DTA mẫu H0 đến 10000C Phụ lục 1.19: Giản đồ DTA q trình hydrate hóa H0 (0,5% Natricitrate) Phụ lục 1.20: Giản đồ DTA q trình hydrate hóa H1408 (0,5% Natricitrate) Phụ lục 1.21: Phổ XRD chuẩn CaSO4.2H2O Phụ lục 1.22: Phổ XRD chuẩn CaSO4.0,5H2O LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Thị Duy Hạnh Ngày, tháng, năm sinh: 28 -02-1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: 38/8C Nguyễn Thiện Thuật, p24, quận Bình Thạnh, Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH ĐÀO TẠO - Năm 2000 – 2005 : Sinh viên khoa Công Nghệ Vật liệu – trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh - Năm 2006 -2008 : Học viên cao học Khoa Công Nghệ Vật liệu – trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Q TRÌNH CƠNG TÁC - Năm 2005 – 3/2007 : Cơng tác Phịng Kỹ Thuật - Công ty tư vấn Xây Dựng Sino- Pacific - Từ 4/2007 đến : Công tác môn Silicate – Khoa Công nghệ Vật Liệu – trường ĐH Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Lê Thị Duy Hạnh ... thay đổi, lĩnh vực ứng dụng thạch cao nha thay đổi Mục tiêu đề tài chế tạo thạch cao nha loại II dùng để đổ khn hàm phịng thí nghiệm Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh xi Về mặt... kế Beckman nhiệt hòa tan thạch cao 69 Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu thạch cao 1.1.1 Các định nghĩa thạch cao Thạch cao (CaSO4.2H2O) tên gọi... thể tích thạch cao 13 Nghiên cứu chế tạo thạch cao nha Lê Thị Duy Hạnh iv 1.2.5.5 Sự thay đổi thể tích hút ẩm 13 1.2.5.6 Khả chịu lửa thạch cao 13 1.3 Thạch cao nha khoa