ผลของสารผสมเพิ่มต่อสมบัติทางวิศวกรรม เคมี ชีวภาพ และความเข้ากันของกระดูกของซีเมนต์-ปอซโซลาน และจีโอพอลิเมอร์ดินตะกอนประปา และดินพอร์ซเลน เพื่อการผลิตเป็นวัสดุเชื่อมต่อกระดูก

Abstract

โครงการวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ในการพัฒนาวัสดุทดแทนกระดูกจากดินตะกอนประปาและดินพอร์ซเลน ซึ่งเป็นของเหลือจากอุตสาหกรรมการผลิตน้ำประปาและอุตสาหกรรมเซรามิก โดยศึกษาสมบัติทางเคมีและโครงสร้างผลึกของวัสดุทั้ง 2 ชนิด จากนั้นทำการเตรียมดินตะกอนประปาและดินพอร์ซเลนให้บริสุทธิ์ด้วยการบำบัดด้วยกรด และนำมาเผาเพื่อกระตุ้นปฏิกิริยาทางเคมี จากนั้นนำมาผสมในวัสดุซีเมนต์และวัสดุจีโอพอลิเมอร์ และทำการศึกษาสมบัติด้านความพรุนและการดูดซับน้ำ โดยการผสมอะลูมินา แคลเซียมคาร์บอเนต และแคลเซียมฟอสเฟต

ผลการศึกษาพบว่า ดินตะกอนประปาและดินพอร์ซเลนที่ผ่านการบำบัดด้วยกรดสามารถชะละลายโลหะหนักออกมาได้หมด และเมื่อนำไปเผาพบว่า อุณหภูมิการเผาที่เหมาะสมที่สุดคือ 650 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง และมีโครงสร้างอสัณฐานร่วมกับผลึก โดยมีซิลิกอนไดออกไซด์และอะลูมินาไดออกไซด์เป็นส่วนประกอบหลัก สำหรับวัสดุซีเมนต์พบว่า อัตราส่วนดินตะกอนประปาและดินพอร์ซเลนที่เหมาะสม คือ ร้อยละ 30 โดยน้ำหนัก และวัสดุจีโอพอลิเมอร์จากดินตะกอนประปาและดินพอร์ซเลนที่อัตราส่วน Na₂O/SiO₂ เท่ากับ 0.3 โดยโมล เป็นอัตราส่วนที่มีค่ากำลังอัดสูงที่สุด

เมื่อนำมาผสมอะลูมินา แคลเซียมคาร์บอเนต และแคลเซียมฟอสเฟต พบว่า เมื่อปริมาณอะลูมินา แคลเซียมคาร์บอเนต และแคลเซียมฟอสเฟตที่ผสมในวัสดุซีเมนต์และวัสดุจีโอพอลิเมอร์เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ค่ากำลังอัดและความหนาแน่นลดลง ส่วนความพรุนมีค่าเพิ่มขึ้น โดยอัตราส่วนของอะลูมินาที่เหมาะสมเท่ากับ 0.5 และ 0.7 โดยน้ำหนัก สำหรับวัสดุซีเมนต์และวัสดุจีโอพอลิเมอร์ ตามลำดับ ส่วนการผสมแคลเซียมคาร์บอเนตและแคลเซียมฟอสเฟตในวัสดุซีเมนต์ทั้ง 2 อัตราส่วน พบว่าอัตราส่วนที่เหมาะสมคือ ร้อยละ 40 ส่วนอัตราส่วนผสมที่เหมาะสมในการผสมแคลเซียมคาร์บอเนตและแคลเซียมฟอสเฟตในวัสดุจีโอพอลิเมอร์ คือ ร้อยละ 20 และ 30 โดยน้ำหนัก ตามลำดับ

อัตราส่วนดังกล่าวจะนำมาศึกษาการชะละลายในสารละลายจำลองสภาวะร่างกายมนุษย์ (SBF) เพื่อประเมินความปลอดภัยและความเข้ากันได้ทางชีวภาพของวัสดุกับเนื้อเยื่อกระดูก รวมถึงศึกษาการยึดเกาะและการเจริญเติบโตของเซลล์กระดูกบนผิววัสดุ เพื่อพัฒนาวัสดุทดแทนกระดูกที่มีประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม