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title: 石膏的固化原理
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<font size=7>

石膏的固化原理

<font size=6>

第一組

<font size=5>

110000002陳俊安
110000003李昱葶
110000004曾子馨
110000005黃威翔
110000006黃冠達
110000008葉晉碩

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大綱

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<font size=5>

- 石膏分類
- 鍛燒作用
- 固化機制
- setting過程
- 影響固化時間的因素

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石膏分類

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<font size=5>

- 剛從礦物提煉出來，帶著水的結晶，稱為<font color= goldenrod>生石膏(gypsum)</font>。
- 成分為二水硫酸鈣 CaSO~4~·2H~2~O

- 二水硫酸鈣在空氣中加熱到110~130度後，成為半水硫酸鈣 CaSO~4~·1/2H~2~O
- 加水會走逆反應，變回二水硫酸鈣而固化並放熱

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<font size=5>
熟石膏加水反應成生石膏的化學式

$$
CaSO_4·{1\over2}H_2O\quad+\quad 1{1\over2}H_2O \quad\to\quad CaSO_4·2H_2O\quad + \quad3900cal/g
$$

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<span style="font-family:Courier;">
鍛燒作用(Calcination)

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<font size=5>

- 熟石膏在不同條件下加熱會得到不同型態的結晶

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<font size=5>
<span style="font-family:Courier;">

- 在<font color= #FF6600>110~130°C</font>時會得到半水硫酸鈣
- 可根據不同條件而分成α型(dental stone)或<br>β型(plaster of paris)
- 在<font color= #008000>130~200°C</font>時會得到六方硫酸鈣
- 此為水溶性無水石膏
- 在<font color= firebrick>200~1000°C</font>時會得到斜方硫酸鈣
- 此為不溶性無水石膏
> <font size=3> 圖片來源:Phillips' Science of Dental Materials P.183

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<font size=5>
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左為α型 右為β型

> <font size=3> 圖片來源:Observing Microstructural Evolution During Plaster Hydration, uploaded by Jonathan Mitchell

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固化機制

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兩個步驟

<font size=5>
<span style="font-family:Courier;">

1. 溶解
- 半水硫酸鈣溶解於水中
2. 析出
- 二水硫酸鈣的溶解度比半水硫酸鈣低 → 半水硫酸鈣形成過飽和溶液<br>會析出二水硫酸鈣
- <font color= goldenrod>setting</font>:其他石膏初步形成的核為凝結位置，開始凝集

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半水硫酸鈣和二水硫酸鈣在不同溫度的溶解度

<font size=5>
<span style="font-family:Courier;">

| temperature(°C) | CaSO~4~·1/2H~2~O<br>(g/100g water) | CaSO~4~·2H~2~O<br>(g/100g water) |
|:---------------:|:--------:|:--------:|
| 20 | 0.90 | 0.200 |
| 25 | 0.80 | 0.205 |
| 30 | 0.72 | 0.209 |
| 40 | 0.61 | 0.210 |
| 50 | 0.50 | 0.205 |
| 100| 0.17 | 0.170 |

> <font size=3>表格來源:Craig's Restorative Dental Materials P.255

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setting過程微觀

<font size=5>

1. 混和溶解
- 形成表面有光澤的黏稠液體
2. 形成針狀析出
- 溶液出現可塑性，失去光澤
3. 固化
- 針狀結晶互相推擠，全部卡在一起，並且固化膨脹

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<font size = 5>
將上一張表格畫成折線圖如此圖所示<br>
橘線跟紅線分別是二水硫酸鈣跟半水流酸鈣<br>
Anhydrite則是無水硫酸鈣

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影響固化時間的原因

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三大主因

<font size=5>
<span style="font-family:Courier;">

- 溶解度
- 晶體成長的速度
- 凝結核的數量

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晶體成長的速度
<font size=5>
<span style="font-family:Courier;">

- 可由添加劑來控制
- 加速劑:硫酸鉀、氯化鈣、酒石酸鉀鈉、石膏等
- 減速劑:硼砂、檸檬酸、醋酸鹽類

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凝結核的數量
<font size=5>
<span style="font-family:Courier;">

1. 水粉比
- 除了會影響時間也會影響強度與膨脹率
- 水越少setting time越短
2. mixing time
- 混合時間越長及攪拌速度越快的話setting time越短

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我們的報告到此結束
謝謝大家><