TY  - THES
A1  - Drisch, Michael
T1  - Beiträge zur Chemie schwach koordinierender Cyanoborat- und Fluorophosphat-Anionen
T1  - Chemistry of weakly coordinating cyanoborate and fluorophosphate anions
N2  - Zusammenfassung
Synthetisch einfach zugängliche, thermisch und chemisch robuste schwach oder mittelstark wechselwirkende Anionen sind wichtige Bausteine für neue Materialien wie zum Beispiel ionische Flüssigkeiten und Li-Leitsalze. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zum einen neue schwach koordinierende Borat- und Pentafluorophosphat-Anionen entwickelt und zum anderen effiziente Synthesen zu bereits bekannten Cyanoborat-Anionen ausgearbeitet. 
Aufgrund ihrer interessanten Eigenschaften wie niedriger Viskosität und elektrochemischer Stabilität wird der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten mit dem [BH(CN)3]−-Anion seit längerer Zeit intensiv untersucht. Ausgehend von Na[BH4] wurde eine äußerst effiziente Synthese zu K[BH(CN)3], die auch für den molaren Maßstab geeignet ist, entwickelt. 
Die Synthese verläuft über Tricarboxylatohydridoborate als Zwischenstufen, welche sich bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 60 °C weiter mit TMSCN und TMSCl (Kat.) zum [BH(CN)3]−-Anion cyanieren lassen. Durch schrittweise Cyanierung mit TMSCN, ohne den Einsatz eines Lewis-Säure-Katalysators wie TMSCl, wurden die Carboxylatocyanoborate M[BH(CN)(OC(O)Et)2] (M+ = Na+, [Ph4P]+) und M[BH(CN)2(OC(O)Et)] (M+ = Na+, [EMIm]+) synthetisiert und zum Teil strukturell charakterisiert. [EMIm][BH(CN)2(OC(O)Et)] ist eine bei Raumtemperatur flüssige ionische Flüssigkeit mit einem Schmelzpunkt von −78 °C. Die dynamische Viskosität ist mit 44.81 mPa∙s bei 20 °C etwa vier Mal so hoch wie die von [EMIm][BH(CN)3] mit 12.36 mPa∙s.  
Ausgehend von den nun in sehr guten Ausbeuten und in hohen Reinheiten zugänglichen Cyanohydridoboraten wurden verschiedene Fluorierungsmethoden untersucht, um daraus Cyanofluoroborate zu synthetisieren. So wurde K[BF(CN)3] ausgehend von K[BH(CN)3] über direkte Fluorierung mit F2 in aHF oder F-TEDA, XeF2 sowie (Et2N)SF3 in Acetonitril synthetisiert. K[BH(CN)3] reagiert in aHF in Gegenwart von Fluor jedoch nicht selektiv zu K[BF(CN)3]. Es kommt zur teilweisen Addition eines HF-Moleküls an eine Cyanogruppe, welche nach wässriger Aufarbeitung K[BF(CN)2(C(O)NH2)] liefert. Die Säureamid-Gruppe lässt sich aber anschließend mit COCl2 leicht entwässern, sodass K[BF(CN)3] selektiv erhalten wird. Ebenfalls ist eine indirekte Fluorierung durch vorheriges Umsetzen eines entsprechenden [BH(CN)3]− Borats mit Cl2 oder Br2 und nachfolgender Fluorierung mit Et3N∙3HF möglich. Die gezeigten Fluorierungen wurden ebenfalls auf weitere Hydridoborate übertragen. Na[BH(CN)2(OC(O)Et)] wurde unter Erhalt der Propoxylato-Gruppe in einer Eintopfsynthese mit Br2 und Et3N∙3HF zu Na[BF(CN)2(OC(O)Et)] fluoriert. 
K[BF(CN)3] konnte ausgehend von K[BH(CN)3] ebenfalls mit Hilfe der elektrochemischen Fluorierung (ECF, Simons-Prozess) im Gramm-Maßstab hergestellt werden. Dabei gelang die erste Fluorierung einer B−H-Spezies mit dem Simons-Prozess überhaupt. 
Bei der ECF von K[BF(CN)3] wurden bei fortschreitender Reaktionsdauer NMR-spektroskopisch verschiedene CF3-Borate beobachtet. Während der ECF kommt es also teilweise zu einer C≡N-Bindungsspaltung. 
Die Fluorierung von CN-Gruppen mit ClF zu CF3-Gruppen wurde ebenfalls auf eine Reihe weiterer Borate angewendet. So wurden K[(C2F5)B(CF3)3] und K[(C2F5)BF(CF3)2] ausgehend von K[(C2F5)B(CN)3] und K[(C2F5)BF(CN)2] synthetisiert und mit einigen Zwischenstufen NMR-spektroskopisch charakterisiert.
Neben Boraten sind besonders Salze von schwach koordinierende Phosphat-Anionen wie Li[PF6] für elektrochemische Anwendungen von Interesse. Auf Basis von verschiedenen aminverbrückten Phosphonsäuren wurden neuartige Salze mit mehrfach negativ geladenen Oligo-Phosphat-Anionen synthetisiert. {((HO)2(O)PCH2)2NCH2}2 und ((HO)2(O)PCH2)3N reagieren mit wasserfreiem Fluorwasserstoff zu den entsprechenden Oligo-Pentafluorophosphat-Anionen [{(F5PCH2)2NHCH2}2]2− und [(F5PCH2)2NH]2−. Die verbrückenden Stickstoffatome werden dabei protoniert, was zu zweifach negativ geladenen Phosphat-Anionen führt. Unterschiedliche Salze mit organischen und anorganischen Kationen wurde so isoliert.
Weitere Salze, wie das [Ph3C]-, [EMIm]- oder das Li-Salz, wurden durch Metathesereaktionen erhalten. Das Stickstoffatom in -Position zum Phosphoratom scheint essenziel für die Fluorierung der Phosphonsäure-Gruppe mit aHF zu einer PF5-Gruppe zu sein. Dies wurde durch die Umsetzung anderer funktionalisierter Phosphonsäuren wie z.B. (HO)2(O)PMe bestätigt, da es dabei nur zu einer Teilfluorierung zum F2(O)PMe kam.
Die Kalium-Salze K2[{(F5PCH2)2NHCH2}2] und K2[(F5PCH2)3NH] lassen sich mit KH in DMF deprotonieren und so Salze mit den dreifach bzw. vierfach negativ geladenen Anionen [{(F5PCH2)2NCH2}2]4− und [(F5PCH2)3N]3− erhalten. K4[{(F5PCH2)2NCH2}2] und K3[(F5PCH2)2N] sind hydrolyseempfindlich und werden leicht protoniert. Die deprotonierten Anionen können jedoch mit Methyliodid oder Allyliodid weiter umgesetzt und so funktionalisiert werden. 
Das methylierte bzw. allylierte Stickstoffatom sorgt für eine deutliche Stabilisierung der Anionen. So steigt zum Beispiel die Zersetzungstemperatur von K2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] im Vergleich zu K2[{(F5PCH2)2NHCH2}2] um über 100 °C auf 300 °C. Des Weiteren steigt auch die Stabilität gegenüber Hydrolyse bei Salzen mit den methylierten Phosphat-Anionen deutlich an. K2[{(F5PCH2)2NHCH2}2] wird nach einigen Minuten in H2O langsam hydrolisiert. Dagegen ist K2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] mehrere Tage sowohl wasser- als auch basenstabil. Das durch eine Metathesereaktion von Li[BF4] mit K2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] erhaltene Li2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] hat in -Butyrolacton eine Leitfähigkeit von 2.67 mS∙cm−1 (c = 0.1 mol∙L−1). Einige Oligo-Pentafluorophosphate wurden ebenfalls strukturanalytisch charakterisiert.
N2  - Summary
Weakly or moderately coordinating anions which are synthetically easily accessible and thermally and chemically robust are important building blocks for new materials such as ionic liquids or Li-conducting salts. Within the scope of the present work, new weakly coordinating borate and pentafluorophosphate anions were developed and efficient syntheses for already known cyanoborate anions were developed.
Due to their interesting properties such as low viscosity and electrochemical stability, the use of ionic liquids with the [BH(CN)3]− anion has been extensively investigated for a long time. Starting from Na[BH4], a very efficient synthesis for K[BH(CN)3], which is also suitable for the molar scale, has been developed. 
The synthesis proceeds via tricarboxylatohydridoborates as intermediates, which can be cyanated with TMSCN and TMSCl (cat.) to the [BH(CN)3]− anion at a relatively low temperature of 60 °C. The carboxylatocyanoborates M[BH(CN)(OC(O)Et)2] (M+ = Na+, [Ph4P]+) and M[BH(CN)2(OC(O)Et)] (M+ = Na+, [EMIm]+) were synthesized by stepwise cyanation with TMSCN of the tricarboxylatohydridoborates without using a Lewis acid catalyst. Some of the carboxylatocyanoborates were structurally characterized. [EMIm][BH(CN)2(OC(O)Et)] is an ionic liquid and liquid at room temperature with a melting point of −78 °C. Its dynamic viscosity at 20 °C is 44.81 mPa∙s, which is about four times higher than the one of [EMIm][BH(CN)3] with 12.36 mPa∙s.
Various fluorination methods were investigated in order to synthesize cyanofluoroborates starting from the cyanohydridoborates which are now available in very good yields and in high purities. K[BF(CN)3] was obtained by direct fluorination with F2 in aHF or F-TEDA, XeF2, and (Et2N)SF3 in acetonitrile. K[BH(CN)3] reacts in aHF in the presence of fluorine non-selectively to K[BF(CN)3], and one HF molecule adds to single cyano group, which provides K[BF(CN)2(C(O)NH2)] after aqueous work-up. The carboxamide group can be easily dehydrated with COCl2 to give K[BF(CN)3] selectively. An indirect fluorination is possible as well. In the first step the the [BH(CN)3]− borate is reacted with Cl2 or Br2 and subsequent fluorination with Et3N∙3HF yields [BF(CN)3]−. The new fluorination reactions were applied to other hydridoborates. Na[BH(CN)2(OC(O)Et)] was fluorinated while retaining the propoxylato group in a one pot synthesis with Br2 and Et3N∙3HF to give Na[BF(CN)2(OC(O)Et)]. 
Starting from K[BH(CN)3], K[BF(CN)3] was also prepared by means of electrochemical fluorination (ECF, Simons process) on a gram scale. With this process the first fluorination of a B−H species according to the Simons process was achieved. The ECF of K[BF(CN)3] gives several CF3 borates when longer reaction times were applied as shown by NMR spectroscopy. Thus the ECF leads to a partial C≡N bond cleavage. Similar transformation have been reported for M[B(CN)4] (M = Li+, Na+, K+) and ClF or ClF3 to give M[B(CF3)4].[24]
The fluorination of CN groups with ClF to CF3 groups has also been adopted for a range of other borates. For example, K[(C2F5)B(CF3)3] and K[(C2F5)BF(CF3)2] were synthesized from K[(C2F5)B(CN)3] and K[(C2F5)BF(CN)2] and together with some intermediates these borate anions were characterized by NMR spectroscopy. 
In addition to borates, salts of weakly coordinating phosphate anions such as Li[PF6] are of particular interest for electrochemical applications. On the basis of various amine-bridged phosphonic acids, novel salts were synthesized with multiple negatively charged oligo-phosphate anions. {((HO)2(O)PCH2)2NCH2}2 and ((HO)2(O)PCH2)3N react with anhydrous hydrogen fluoride to the corresponding oligo-pentafluorophosphate anions [{(F5PCH2)2NHCH2}2]2− and [(F5PCH2)2NH]2−. The bridging nitrogen atoms are protonated, during the reaction, which leads to double negatively charged phosphate anions. Different salts with organic- and inorganic cations were isolated.
Other salts such like the [Ph3C], [EMIm], or the Li salt were obtained by metathesis reactions. The nitrogen atom in -position to the phosphorus atom seems to be essential for the fluorination of the phosphonic acid group with aHF to a PF5 group. This assumption was proven by reacting other functionalized phosphonic acids, e.g. (HO)2(O)PMe, that showed only partial fluorination to F2(O)PMe.
The poassium salts K2[{(F5PCH2)2NHCH2}2] and K2[(F5PCH2)3NH] were deprotonated with KH in DMF to obtain salts with the triple or quadruple negatively charged anions [{(F5PCH2)2NCH2}2]4− and [(F5PCH2)3N]3−. K4[{(F5PCH2)2NCH2}2] and K3[(F5PCH2)2N] are sensitive to hydrolysis and were easily protonated. However the deprotonated anions can be further reacted with methyl iodide or allyl iodide and thus functionalized. 
The methylated or allylated nitrogen atom ensures a significant stabilization of the anions. For example, the decomposition temperature of K2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] increases by 100 °C to 300 °C compared to K2[{(F5PCH2)2NHCH2}2]. Furthermore, the stability of salts with the methylated phosphate anions towards hydrolysis increases significantly, also K2[{(F5PCH2)2NHCH2}2] is slowly hydrolyzed after a few minutes in H2O. On the other hand, K2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] is water- and base-stable for several days. During a methatesis reaction of Li[BF4] with K2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] the obtained Li2[{(F5PCH2)2N(CH3)CH2}2] has a conductivity of 2.67 mS∙cm−1 in -Butyrolacton (c = 0.1 mol∙L−1). Some oligo-pentafluorophosphates were also characterized by X-ray crystallography.
KW  - Anion
KW  - Phosphate
KW  - Borate
KW  - schwach koordinierende Anionen
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-146802
ER  - 
TY  - THES
A1  - Fichera, Mario Augusto
T1  - Festkörper-NMR-Untersuchungen an thermischen Abbauprodukten von flammgeschützten Polymeren
T1  - Solid state NMR investigations on thermal decomposition products of flame retarded polymers
N2  - In der vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen an Rückständen von thermisch abgebauten, flammgeschützten Polymeren vorgenommen, mit dem Ziel, die Struktur und den Phasenbestand der eingebauten Flammschutzmittel und der Polymere sowie deren Wechselwirkungen als Funktion der Temperatur und umgebenden Atmosphäre (N2 und Luft) zu charakterisieren. Ein wichtiges Werkzeug, das Informationen über den amorphen Zustand der Abbauprodukte und deren thermisch bedingte Phasenumwandlungen in andere amorphe oder kristalline Strukturen sowie Aussagen über die Nahordnungen der betrachteten Kernspinsorte liefert, stellt in dieser Arbeit der Einsatz der Festkörper-NMR-Spektroskopie dar. Hierbei sind neben Einzelimpuls- (SP), rotor-synchronisierte Spin-Echo- (RSE) und Kreuzpolarisationstechniken (CP) auch REDOR- (Rotational echo double resonance) und TRAPDOR- (Transfer of population in double resonance) Messungen zur Anwendung gekommen. Zusätzlich konnten aus den 11B- und 31P-NMR-Experimenten quantitative Aussagen über den relativen Borat- und Phosphor bzw. Phosphat-Anteil im festen Rückstand getroffen werden, wobei insbesondere für die 31P-Kerne eine quantitative Erfassung der kristallinen und amorphen Phosphatphasen durchgeführt wurde. Im ersten System wurden die Flammschutzmittel roter Phosphor (Prot) und Mg(OH)2 in HIPS kombiniert. Aus den Ergebnissen umfangreicher NMR-Experimente konnte abgeleitet werden, dass der größte Teil des eingesetzten Prot hauptsächlich in amorphen (Mg-Ortho-, -Di-, -Ketten- und Ringphosphaten) und weniger in kristallinen Phosphatphasen verbleibt. Zudem konnte für den Parameter der Temperatur und aus der Verfügbarkeit von Sauerstoff (N2-Atmosphäre/Luft) einen deutlicher Einfluss auf den Abbauprozess und die Bildung der Phosphatphasen (kristallin/amorph) nachgewiesen werden. Aus dem Vergleich der Ergebnisse der Temperversuche mit den Ergebnissen der Verbrennungsversuche im Cone Calorimeter konnte ein anaerober Abbauweg bestätigt werden. In einem zweiten System wurden die thermischen Reaktionen zwischen den Flammschutzadditiven BDP und Zinkborat sowie ihren Einfluss auf den thermischen Abbau eines PC/ABS-Blends untersucht. Der thermisch belastete Rückstand wird unabhängig von der Atmosphäre von amorphen Phosphatgruppen dominiert. Dabei konnten die während der Temperprozesse gebildeten Verbindungen α Zn3(PO4)2 und BPO4 als Folge einer Festphasenreaktion zwischen den eingesetzten Flammschutzadditiven identifiziert werden, wobei das α Zn3(PO4)2/BPO4 Verhältnis als Indikator für einen aeroben bzw. anaeroben Abbauprozess dient, der für die Feuerrückstände eindeutig einen anaeroben Abbau liefert.
N2  - This study aims at the structural characterisation of embedded flame retardants and polymers. Analysis includes determination of the phase contents as well as description of their mutual interactions as a function of their thermal history in different atmospheres (air and nitrogen). Solid-state NMR spectroscopy is the most important tool applied in this thesis. This technique enables structural information about the amorphous state of the decomposed products, determination of the thermal and thermo-oxidative conversion in different amorphous and crystalline structures, and predictions about the short-range order of the observed nuclei. In this context measurements of single pulse (SP), rotor-synchronised spin echo (RSE) and cross polarisation (CP) experiments, as well as REDOR (Rotational echo double resonance) and TRAPDOR- (Transfer of population in double resonance) have been conducted. Additionally, 11B SP and 31P RSE experiments have been used to study quantitatively the borate and both phosphorus and phosphate contents in the solid residues. Particular emphasis was put on quantifying crystalline and non-crystalline phosphate phases. The first system consists of a combination of the flame retardants red phosphorus (Pred) and Mg(OH)2 in HIPS. From the results of extensive NMR experiments it was deduced that most of inserted red phosphorus remains in amorphous phosphates phases (ortho, pyro, and chain/ring phosphates) besides some crystalline phosphate phases. Decomposition characteristics such as temperature and the availability of oxygen (N2 atmosphere/air) show a significant influence on the decomposition process and the formation of phosphate phases (crystalline/amorphous). By comparing the results of the annealing processes to the results of the cone calorimeter measurements an anaerobic decomposition way was confirmed. In a second system, thermal reactions between the two flame retardants BDP and zinc borate as well their influence on the thermal decomposition of a PC/ABS blend were investigated. The thermally residues are independently of the atmosphere dominated by amorphous phosphate units. During the thermal decomposition the formation of α-Zn3(PO4)2 and BPO4 could be identified as solid reaction products of the inserted flame retardants. In addition, the α Zn3(PO4)2/BPO4 ratio served as an indicator of aerobic or anaerobic decomposition processes, proving an anaerobic decomposition mechanism for the fire residues.
KW  - Festkörper-NMR-Spektroskopie
KW  - Flammschutzmittel
KW  - Phosphor
KW  - Phosphate
KW  - Polymere
KW  - amorph
KW  - kristallin
KW  - solid state NMR spectroscopy
KW  - flame retardants
KW  - phosphorus
KW  - amorphous
KW  - crystalline
Y1  - 2007
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-26684
SN  - 978-3-9812072-1-7
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rösch, Philipp A.
T1  - Einfluss von Aminosäuren und Proteinen auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Calcium-Phosphat-Zementen
T1  - Influence of amino acids and proteins on physical and chemical properties of calcium phosphate cements
N2  - Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Auswirkungen von Aminosäuren (AS) und Proteinen auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Calciumphosphat-Zement in Hinblick auf ihre klinische Verwendbarkeit zu untersuchen. Im Rahmen der Arbeit wurden ein zweikomponentiger Zement bestehend aus Tetracalciumphosphat (TTCP) und Calciumhydrogenphosphat (Monetit, DCPA), sowie zwei einkomponentige Zemente aus mechanisch aktiviertem alpha-Tricalciumphosphat (alpha-TCP) bzw. beta-Tricalciumphosphat (beta-TCP) verwendet. Die Zemente wurden mit verschiedenen Aminosäuren und Proteinen durch Zusatz zur flüssigen Zementphase modifiziert. Untersuchte Qualitätsparameter waren die Abbindezeit nach Gillmore, die mechanische Stabilität sowie die Phasenzusammensetzung nach Aushärtung und Änderungen der Oberflächenladung und des pH-Werts der Zementpartikel nach Modifikation. Die Abbindezeit wurde mittels der Gillmor-Nadel-Methode untersucht. Hierbei zeigten sich teilweise deutlich verlängerte Abbindephasen wie z.B mit Arginin (ST = 18 min) auf das Vierfache des Zementnormwertes. Eine Abhängigkeit der Abbindezeit von der Konzentration konnte nur für TTCP-DCPA-Zement mit Proteinen nachgewiesen werden. Untersuchungen der Partikelladung der Zementbestandteile über das Zeta-Potential ergaben für Arginin in Verbindung mit allen Zementen die höchsten Potentiale von bis zu -35,1 ± 1,1 mV, was über die verstärkten Abstoßungskräfte der CPC-Partikel die Verlängerung der Abbindezeiten erklärt. Die Bestimmung der pH-Werte der suspendierten Zementpartikel in Aminosäurelösungen ergab für alle Proben basischere pH-Werte als die jeweiligen isoelektrischen Punkte der Aminosäuren. Dies bedingt, dass alle Verbindungen in deprotonierter Form vorliegen. Die Ermittlung der Druck- und Zugfestigkeit der Zemente erfolgte im standardisierten Verfahren nach Verdichtung der Zementpaste. Die Druckfestigkeit (CS) der unmodifizierten Zemente lag bei 64,1 ± 3,0 MPa (alpha-TCP), 51,8 ± 4,1 MPa (beta-TCP) und 83 ± 10 MPa (TTCP-DCPA). Es zeigte sich, dass Albumin und Fibrinogen zu einer Verringerung der Zementstabilität führen. Die Zugabe von Aminosäuren zu alpha-und beta-TCP Zementen erbrachte gleichbleibende bzw. verringerte Festigkeiten. Bei TTCP-DCPA-Zement verursachte die Modifikation mit einigen Aminosäuren höhere Festigkeiten bis 133,4 ± 4,2 MPa (CS) durch 20% Glycin Zusatz, erklärbar durch eine höhere Dichte und damit geringere Porosität der Zementmatrix. Rasterlektronenmikroskopische Untersuchungen der TTCP-DCPA-Zementtextur zeigten zusätzlich eine Veränderung des mikrostrukuturellen Aufbaus der Zementmatrix. Durch infrarotspektrometrische Untersuchung der abgebundenen Zemente konnte gezeigte werden, dass alle Aminosäuren als chemisch nicht gebundene Additive in der Zementmatrix vorliegen und sich mit Wasser auswaschen lassen. Eine Umsetzung der Zementreaktanden zu nanokristallinem Hydroxylapatit konnte durch die röntgendiffraktometrische Untersuchung für alle Formulierungen gezeigt werden. Die Verbesserungen der Zementeigenschaften einiger Proben sind im Bezug auf den klinischen Einsatz interessant, da sich so die Indikationsbreite der verstärkten CPC erweitern ließe, beispielsweise auf gering kraft-belastete Defekte im Bereich der oberen Extremitäten oder der Halswirbelsäule. Weiterführende Untersuchungen müssten sich vor allem mit dem Mechanismus der beobachteten Zementverstärkung beschäftigen. Hierfür müssten oberflächensensitive Verfahren zur Charakterisierung der Wechselwirkung von Zementpartikel und Aminosäure, beispielsweise Festkörper -NMR, zum Einsatz kommen.
N2  - The aim of this work was to examine the effect of amino acids and proteins on the pysical and chemical properties of some calcium phosphate cements with regard to their clinical practicability. Within this work, a two component cement consisting of tetracalcium phosphate (TTCP) and dicalcium phosphate anhydrous (Monetit, DCPA) and two single component cements made from mechanical activated alpha-tricalcium phosphate (alpha-TCP) and beta- tricalcium phosphate (beta-TCP) were investigated. The cements were modified by adding various amino acids and proteins to the liquid phase cement phase. The investigated parameters were the setting time according to Gillmore, the mechanical performance, the phase composition of the cement after setting and changes of the surface charge and the pH-value of the cement particles after modification. The setting time was determined by the Gillmore needle test. Longer setting times were obtained for example with arginine (ST = 18 min) which increased fourfold compared to the reference value. A correlation of the setting time with the concentration could only be confirmed for the TTCP-DCPA-cement system in combination with proteins. Analysis of the surface charge of cement particles by measuring the zeta potential showed for arginine in combination with all cements the highest potentials of up to – 35.1 ± 1.1 mV, which explains the prolonged setting times due to an electrostatic mutual repulsion of the CPC particles. The determination of the pH value of the suspended cement particles in amino acid solutions of all specimens showed more alkaline values than the respective isoelectic points of the amino acids. This confirmed that all compounds were available in a deprotonated form. The diametral tensile strength and the compressive strength of the cements were determined by standard method after pre-compaction. The compressive strengths (CS) of the unmodified cements were in the range of 64.1 ± 3.0 MPa (alpha-TCP), 51.8 ± 4.1 MPa (beta-TCP) and 83 ± 10 MPa (TTCP-DCPA) cement. Albumin and fibrinogen resulted in a reduction of the cement stability. The addition of amino acid to alpha-/ and beta-TCP cement led to an equal or decreased stability. The modification of TTCP-DCPA cement with some amino acids caused a higher strength of up to 133.4 ± 4.2 MPa (CS) with 20% glycine as additive. This can be explained by a higher density and thus a reduced porosity of the cement matrix. In addition the examination of the TTCP-DCPA cement morphology by scanning electron microscopy showed a change of the microstructure of the cement matrix. The investigation of the hardened cements by infrared spectroscopy showed that all amino acid additives were chemically not bound to the particles and could be removed from the cements by washing with water. X-ray diffraction analysis showed for all cement formulations a conversion to nanocrystalline hydroxyapatite after setting. The improvement of the mechanical properties of some cement samples are of interest with regard to the clinical application to extend the indications for which the cements can be used to low load bearing defects in the upper extremities or in vertebroplasty.
KW  - Kalzium
KW  - Phosphate
KW  - Zement
KW  - Aminosäure
KW  - Protein
KW  - calcium
KW  - phosphate
KW  - cement
KW  - amono acind
KW  - protein
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18413
ER  -