The influence of the particle’s size on the setting reaction of sol-gel derived calcium silicate particles

Abstract

Introduction: This study aims to analyze the influence of particles size of sol-gel derived calcium silicate particles in the setting reaction of bioactive endodontic cements. Materials and Methods: Sol-gel derived calcium silicate particles were synthesized and sieved to separate the particles in different sizes: CS400, CS200, and CS100. A commercial MTA (Control) was used as control. The particle size and the specific surface area were assessed by laser diffraction and nitrogen adsorption. The cements were prepared with water as the liquid for the reaction. The setting time was conducted according to ISO 6876, and the setting kinetics was analyzed by Fourier transformed infrared spectroscopy (FTIR) at different time points between 120s to 72h. Results: The particle size varied from 9.45µm (CS400 ) to 31.01 (Control). The higher specific surface area valuer reached 15.14g/cm2 in the CS400. The smallest particle sizes, the higher specific surface area, and the lowest setting time were found for CS400 (p < 0.05). Control presented the highest setting time (p < 0.05). The FTIR analyses showed the differences in materials structure over time, with faster hydration and crystallization for CS400. The setting kinetics was slower for Control even when compared to a sol-gel derived group with similar particle size. Conclusion: The route of synthesis and the particle size influences the setting reaction of calcium silicate-based cements. The reduction of particle size for sol-gel derived calcium silicates lead to the acceleration of the setting reaction of the produced bioactive endodontic cement.

Introdução: Este estudo tem como objetivo analisar a influência do tamanho de partículas de silicato de cálcio derivadas de sol-gel na reação de presa de cimentos endodônticos bioativos. Materiais e Métodos: Partículas de silicato de cálcio derivadas de sol-gel foram sintetizadas e peneiradas para separar as partículas em diferentes tamanhos: CS400, CS200 e CS100. Um MTA comercial (Controle) foi usado como controle. O tamanho das partículas e a área superficial específica foram avaliados por difração a laser e adsorção de nitrogênio. Os cimentos foram preparados com água como líquido para a reação. O tempo de presa foi conduzido de acordo com a ISO 6876, e a cinética de presa foi analisada por espectroscopia de infravermelho transformada de Fourier (FTIR) em diferentes pontos de tempo entre 120s a 72h. Resultados: O tamanho de partícula variou entre 9,45µm (CS400) e 31,01 (Controle). A maior área de superfície foi encontrada nas partículas do grupo CS400 (15.14g/cm2 ). Os menores tamanhos de partícula, a maior área de superfície específica e o menor tempo de presa foram encontrados para CS400 (p < 0,05). O Control apresentou o maior tempo de presa (p < 0,05). As análises de FTIR mostraram as diferenças na estrutura dos materiais ao longo do tempo, com hidratação e cristalização mais rápidas para CS400. A cinética de presa foi mais lenta para Control mesmo quando comparado a um grupo derivado de sol-gel com tamanho de partícula semelhante. Conclusão: A rota de síntese e o tamanho das partículas influenciam a reação de endurecimento dos cimentos à base de silicato de cálcio. A redução do tamanho de partícula para silicatos de cálcio derivados de sol-gel leva à aceleração da reação de pega do cimento endodôntico bioativo produzido.