硅酸二钙的应用与研究

简述

硅酸二钙是硅酸盐和材料科学中的一种重要化合物，在水泥、耐火材料、防腐隔热涂层材料领域是重要的合成原料^[1]。该物质作为水泥的主要矿物之一，是水泥胶凝性能的主要来源，为水泥提供后期强度。

制备方法

以稻壳灰和Ca(OH)₂为原料，B₂O₃为稳定剂，通过机械-水热联合法可以制备高活性硅酸二钙。实验探究预处理工艺对稻壳灰活性以及烧成制度对硅酸二钙活性的影响，结果表明：稻壳灰经1%稀硫酸溶液预处理2.5 h后煅烧，可使稻壳灰活性增高，有利于提高水热合成的效率。分段煅烧和掺入0.5%的B₂O₃促进了硅酸二钙的形成，并提升了其早期水化活性，有利于强度发展。按钙硅比为2配制的物料经球磨2.0 h，水热4.0 h后，先在500℃下预烧1.0 h，再升温至600℃煅烧1.0 h，可得到高活性硅酸二钙，其水化7,28 d后的抗压强度分别为33.0，41.1 MPa^[2]。

应用

保温材料领域报道了一种利用硅酸二钙碱法合成硅酸钙的方法。方法包括以下步骤：S1，原料浆的配制:将破碎磨细的硅酸二钙与硅酸钠溶液以液固比为1025:1混合配制原料浆，配制的原料浆中钙硅摩尔比为0.831:1；S2，水热合成法制备硅酸钙材料浆料：将步骤S1的原料浆在密闭条件下150-200℃搅拌反应4-20h，获得硅酸钙材料浆料；S3，硅酸钙粉体材料的合成：将所述步骤S2获得的硅酸钙材料浆料在室温下冷却，通过分离获得固体产物和氢氧化钠溶液，然后将分离后的固体产物水洗至中性，烘干以去除水分，获得雪硅钙石或/和硬硅钙石。与现有技术相比，该发明操作简单，工序少，成本低，制备效率高^[3]。

医疗领域公开了一种掺杂硅酸二钙纳米粉的生物陶瓷材料的制备方法。该工艺将硫代二丙酸二月桂酸酯，四硼酸钠，甲基三乙酰氧基硅烷等进行加压反应，添加润滑剂和消泡剂制作材料的有机组份，然后利用球磨工艺将氢氧化铝陶瓷粉，黏土，炭黑，聚乙烯蜡，锂辉石等原材料混合物进行研磨，干燥，活化，过筛分选，制备陶瓷母料；进一步将上述有机组份和陶瓷母料进行逐级递进烧结，最后利用双螺杆挤出技术进行造粒，真空脱水，塑型，高压蒸汽灭菌等步骤制备得到掺杂硅酸二钙纳米粉的生物陶瓷材料。制备而成的掺杂硅酸二钙纳米粉的生物陶瓷材料，其安全无毒，强度高抗压，可进行生物降解，具有较好的应用前景^[4]。除此之外，硅酸二钙还可用于合成钛合金承载骨替换材料。该材料制备过程的特征在于复合涂层中硅酸二钙/氧化锆的质量百分比为10～50：90～50；氧化锆粒径为40～110μm，硅酸二钙粒径小于20μm。其制备方法是先制备硅酸二钙和氧化锆的复合粉末，然后用大气等离子喷涂方法，喷涂在已清洗和喷砂的钛合金基体上制成的。制备得到的复合涂层不但与基体有良好的结合强度，而且复合涂层在缓冲溶液浸泡的溶解速度随氧化锆比例增加而降低，且具有良好的生物活性^[5]。

有关研究

为探讨硅酸二钙对小鼠巨噬细胞系RAW264.7的促炎反应机制，选取小鼠巨噬细胞系RAW264.7作为研究对象，磷酸三钙(Tricalcium phosphate，简称TCP)颗粒作为对比进行实验。其中，硅酸二钙(Dicalcium silicate，简称C2S)，磷酸三钙颗粒均设置两种浓度：10mg/L和100 mg/L，观察RAW264.7对两种材料的吞噬作用，观察是否有细胞自噬现象发生；采用qRT-PCR的方法，检测硅酸二钙，磷酸三钙颗粒分别与RAW264.7共培养6h和24h后TLR2(Toll like receptor2)，TLR9基因的表达量；初步探讨硅酸二钙促炎反应的机制。结果：硅酸二钙与磷酸三钙颗粒与RAW264.7共培养后，细胞吞噬颗粒，通过透射电镜观察可见细胞自噬现象。与磷酸三钙颗粒组相比，硅酸二钙颗粒组与RAW264.7共培养6h后，TLR2，TLR9基因的表达均无明显变化；共培养24h后，硅酸二钙颗粒组的TLR2基因表达量明显增高(P＜0.001)^[6]。

参考文献

[1]苟中入,常江,顾卫明,等.硅酸二钙:一种新型生物活性陶瓷[C]//上海先进无机材料研究与应用论坛.0.

[2]杨正宏,何翠兰,李祯,等.机械-水热联合法制备高活性硅酸二钙[J].建筑材料学报, 2023, 26(7):816-822.

[3]潘晓林,于海燕,吴艳,等.一种利用硅酸二钙碱法合成硅酸钙的方法:CN201711230601.1[P].CN107857276B.

[4]付主枝.一种掺杂硅酸二钙纳米粉的生物陶瓷材料的制备方法:CN201810106677.1[P].CN108218291A.

[5]谢有桃,刘宣勇,郑学斌,等.硅酸二钙/氧化锆复合承载骨替换材料及制备方法:CN200410067510.7[P].CN1613513A.

[6]赖世翔,陈良娇,曹威,等.硅酸二钙对小鼠巨噬细胞系RAW264.7的促炎反应机制研究[J].口腔医学纵横, 2017, 000(1):4.