The effects of boric acid and phosphoric acid on the compressive strength of glass-ionomer cements

partially reacted in situ, resulting in weakening
through dissolution effects in the hydrated matrix.
This lack of reactivity and strength reiterated the
unique strengthening and rheology modification of
tartaric acid
[9,13,14]
.
Phosphoric acid
The initial increase in strength of the cement
caused by phosphoric acid may be due primarily to
the role of phosphoric acid in cross-linking the
network. Phosphate in the dentin or enamel
structure may contribute to bonding with tooth
structure
[15,16]
; in a similar manner the phospho-
ric acid in the matrix may contribute to cross-linking
of the carboxylic acid groups, or, as phosphate,
precipitate into the glass-ionomer matrix
[17]
.
Previous work has demonstrated the efficacy of
calcium phosphate incorporation as an amorphous
solid in the powder component
[18]
, though an
assessment of the existence and distribution of
calcium or strontium phosphates in the final, set
cement may be the topic for a subsequent study.
The low dissociation constant for phosphoric acid
(pK
a
Z
2.12) ensures its reactivity in the glass-
ionomer system. Improvements in strength with 1
or 2% w/w phosphoric acid addition to the liquid
may be due to its ability to cross-link the matrix,
and act as a matrix-former itself
[19]
. Several
studies have analyzed the role of phosphoric acid
in analogous cement formation and in bonding
[20–22]
, though none has focused on the role of
0
20
40
60
80
100
120
140
Percentage H
3
PO
4
in liquid
Compressive Strength (MPa)
P:L ratio 3:1
P:L ratio 3.4:1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Figure 2
Compressive strength of glass-ionomer
cements with phosphoric acid incorporated in liquid at
powder:liquid ratios of 3:1 and 3.4:1.
0
20
40
60
80
100
120
140
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Percentage H
3
BO
3
in powder
Compressive Strength (MPa)
P:L ratio 3:1
P:L ratio 3.55:1
Figure 1
Compressive strength of glass-ionomer
cements with boric acid incorporated in powder at
powder:liquid ratios of 3:1 and 3.55:1.
Table 2
Compressive strength of glass-ionomer
cements with phosphoric acid incorporated in liquid
at two powder:liquid ratios.
Compressive strength, MPa
% Phosphoric acid
in liquid
Powder:liquid ratio
3:1
3.4:1
0
105.1 (0.3)
b
119.8 (8.4)
a
1
119.4 (1.1)
a
123.5 (6.9)
a
2
118.7 (2.2)
a
117.1 (2.7)
a
3
100.9 (1.6)
c
102.5 (2.8)
b
7
48.2 (2.8)
d
Unable to form
cement
Numbers in brackets are SD; superscripts denote significant
differences (
p
!
0.05) within columns.
n
Z
12 for each group.
L.H. Prentice et al.
96

---

phosphoric acid in the acid–base reaction or set
cement. Phosphoric acid has been used previously
with metal oxides to form cements (e.g. zinc
phosphate cement), and a similar cross-linking
effect with the strontium and aluminium ions may
have caused the significant strength increase found
in the present study. Further work, in particular
Fourier-Transform Infra-Red Spectroscopy or
Nuclear Magnetic Resonance analysis of the role of
phosphoric acid, would further elucidate its poten-
tial role in strengthening glass-ionomer cements.
Conclusion
The null hypothesis was rejected. The addition of 1
to 2% w/w phosphoric acid to glass-ionomer liquids
may improve compressive strength of the cements
while maintaining clinically useful cement proper-
ties. The addition of boric acid to the glass-ionomer
cement powder resulted in significantly decreased
strength, and is contra-indicated.
Acknowledgements
The authors wish to thank SDI Ltd for the supply of
materials for this study.
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