Bestimmung des Zetapotentials von Calcium-Phosphat-Partikeln in wässriger und organischer Phase (ePub)

Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung des Zetapotentials von Calciumphosphaten, um Aussagen über die elektrostatische Stabilisierung der Partikel in flüssiger Phase und damit verbundener Prozesse, wie Agglomeration, Adsorption oder die rheologischen Eigenschaften von Pulversuspensionen machen zu können.

Für den Herstellungs- und Verarbeitungsprozess feinkörniger Calciumphosphat-Zementmischungen spielt das Zetapotential eine entscheidende Rolle. Die Mahlung der Edukte, beispielsweise DCPA, muss zur Erreichung hoher Endfeinheiten in flüssiger Phase erfolgen. Verwendung finden hierbei verschiedene Suspensionsmedien, wie Methanol, Ethanol oder Isopropanol. Suspensionsmedien, die zu einem hohen Zetapotential der Partikeloberfläche führen (Wasser, Alkohol/H3PO4), minimieren die Agglomeration der Partikel und führen zur gewünschten Spaltung von Partikeln und nicht von Agglomeraten. So kann DCPA in Wasser (Zetapotential -18.4mV) bis zu einer mittleren Korngröße von 0.6µm nach 24h aufgemahlen werden, während Isopropanol (Zetapotential -2.8mV) nur eine Endfeinheit von ca. 2µm der mittleren Korngröße ergibt.

Das Zetapotential spielt auch bei der anschließenden Verarbeitung der Zementpasten im Hinblick auf die rheologischen Eigenschaften eine große Rolle. Durch Modifikation der Zementpaste mit mehrwertigen Anionen, etwa Alkaliphosphaten, können hohe Potentiale der Partikeloberfläche im Bereich von -30mV bis -45mV eingestellt werden. Die Partikelaufladung führt zu einer verbesserten Dispergierung feiner Partikel und zu einer Viskositätsabnahme der Zementpaste analog zur Wirkung von Alkalicitraten. Auch die Modifikation der Zemente mit Antibiotika führt teilweise zu starken Änderungen des Zetapotentials. Bei Verwendung von Gentamicinsulfat ist sie sogar mit einer Ladungsumkehr der Partikeloberfläche verbunden. In nachfolgenden Untersuchungen konnte dieses Verhalten mit Änderungen der Abbindeeigenschaften der Zemente in Zusammenhang gebracht werden.

Die Bestimmung des Zetapotentials stellt somit einen nützlichen Parameter zur Abschätzung der Verarbeitungseigenschaften von Calciumphosphat-Pulversuspensionen dar. Durch Modifikation der flüssigen Phase mit Additiven kann Einfluss auf das Zetapotential genommen und so die rheologischen Eigenschaften der Suspension eingestellt werden, etwa um injizierbare Calciumphosphat-Zemente für eine minimal-invasive Applikation der Zementpaste herstellen zu können.