CN107555406B - 一种纳米羟基磷灰石分散体及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纳米羟基磷灰石分散体及其制备工艺。所述分散体为纳米羟基磷灰石颗粒均匀分散于液相介质中，所述分散体的固含量为1wt％～5wt％；所述纳米羟基磷灰石颗粒的尺寸为40～60nm，长径比为1～5；所述液相介质为水、有机溶剂、与水互溶的有机溶剂和水的混合物或不同有机溶剂的混合物。该制备方法将水热法结合超重力技术强化微观混合效果，制备纳米羟基磷灰石分散体，其生产成本低、操作简单、重复性好；并且制备出的羟基磷灰石分散体粒径可控、分散效果好、稳定性好。本发明技术方案可解决纳米羟基磷灰石颗粒易团聚、分散性差等问题，赋予产品更高的应用性能和更广泛的应用范围。

Description

一种纳米羟基磷灰石分散体及其制备工艺

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域。更具体地，涉及一种纳米羟基磷灰石分散体及其制备工艺。

背景技术

羟基磷灰石是一种非常重要的生物医用材料。它是自然骨无机质的主要成分,它与生物体硬组织有相似的化学成分和结构。以往的基础研究和临床应用证明，人工合成的羟基磷灰石无毒、无刺激，植入体内无任何不良反应，具有良好的生物相容性和生物活性，不但可以起到钙盐沉积的支架作用，而且还能够引导新骨的形成，能直接和人体软、硬组织形成化学键合，因此具有优良的骨传导性，可用于临床骨组织修复和替代。此外，羟基磷灰石能够吸附人体细胞、多糖和蛋白质，与机体组织之间有较强的生物亲和力，对蛋白和大分子物质的良好的吸附性能，可作为药物、蛋白和基因载体。由于羟基磷灰石纳米材料还具有吸附性能、表面效应等特性，广泛应用于废水治理、催化剂载体、激光燃料电池、半导体材料等环境和工业领域。

目前，纳米羟基磷灰石的制备方法主要有：1)固相法：通过将低钙磷摩尔比的磷酸盐或者氢氧化钙混合，然后高温焙烧，可制得纳米羟基磷灰石。但因为高温热处理会使粉体颗粒长大，所以传统的固相反应法难以制得粒度均匀、单分散性良好的纳米羟基磷灰石颗粒。2)液相法：选择一种或多种合适的可溶性金属盐类配制成溶液，使各元素呈离子或分子态，然后选择一种合适的沉淀剂或用蒸发、升华、水解等操作，使金属离子均匀沉淀或结晶出来，最后将沉淀或结晶脱水或者加热分解而得到纳米羟基磷灰石粉体。液相法主要包括沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法等，其中采用水热法制备纳米分散体有多优点，如产物无需经过高温热处理，减少在高温热处理过程中出现的团聚现象，制得粒度均匀、形态规则的纳米晶体。

超重力技术是利用比地球重力加速度大得多的超重力环境对传质和微观混合过程进行强化的新技术，在地球上通过旋转产生模拟的超重力环境而获得。它能够大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能。超重力旋转填充床反应器是一个极度强化微观分子混合和传质的设备，液－液两相在超重力环境中，在多孔微介质中流动接触，巨大的剪切力将流体破碎成纳米级的膜、丝和滴，产生巨大和快速更新的界面，促进两相的聚并和分离，使相间的传递速度大幅度提高，传质系数较常规设备大幅提高。

众所周知，许多纳米材料的优良特性都是取决于纳米材料的粒度、分散程度、制备工艺等因素。对于在生物材料领域有广泛应用的羟基磷灰石，良好的分散性能、小而均一的粒径分布至关重要，可直接影响其本身及复合材料的生物学及力学等性能。总体来说，粒径小、粒度分布窄、分散性好、稳定性好的羟基磷灰石纳米分散体的应用价值更大。比较各种制备方法可知，将能够调控产物形貌、粒度的制备方法与能够控制产物组成、结晶性的水热法相结合，可以到达制备细小均匀、分散性良好的纳米磷灰石分散体的目的。

虽然，通过表面活性剂调控纳米磷灰石颗粒，可以实现制备粒径较小、粒度分布均匀、分散性良好的纳米羟基磷灰石分散体的目的。但是，对于控制羟基磷灰石颗粒均匀生成起到至关重要作用的表面活性剂以及建立微乳液的油水体系所必需的有机溶剂会带来两个主要问题：其一，由于纳米磷灰石颗粒对有机物会产生强力吸附作用，多次清洗也难以完全脱除，降低其生物性能，限制了其应用；其二，所使用的一些控制粒径分布效果较好的表面活性剂往往较为昂贵，若将其用于纳米羟基磷灰石分散体的大规模商业化生产，则会增加制备成本。

因此，需要提供一种避免使用表面活性剂和有机溶剂，且能够制备出粒径小、粒度分布窄、分散性好、稳定性好的羟基磷灰石纳米分散体的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种纳米羟基磷灰石分散体。分散体固含量为1wt％～5wt％，晶体粒径小，分布均匀，且粒径分布窄，一维尺寸为40～60nm，长径比为1～5，产品纯度高，分散效果好。

本发明的另一个目的在于提供一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法。本发明结合水热法的优势，利用超重力技术极大强化分子混合，高效控制成核过程并制得粒径小且分布窄的颗粒，同时，大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体积，简化工艺、流程，实现过程的高效节能的特点。同时加入安全无毒的无机分散剂，有效消除羟基磷灰石颗粒在多种分散介质中的团聚现象，得到高分散性、高稳定性、安全无毒的纳米羟基磷灰石分散体。

为达到上述第一个目的，本发明采用下述技术方案：

一种纳米羟基磷灰石分散体，所述分散体为纳米羟基磷灰石颗粒均匀分散于液相介质中，所述分散体的固含量为1wt％～5wt％；所述纳米羟基磷灰石颗粒的尺寸为40～60nm，长径比为1～5；所述液相介质为水、有机溶剂、与水互溶的有机溶剂和水的混合物或不同有机溶剂的混合物。

为达到上述第二个目的，本发明采用下述技术方案：

一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，所述分散体是通过加入无机分散剂，将磷酸盐或磷酸与钙盐或氢氧化钙在分子混合强化反应器中进行混合反应，再结合水热反应来制备得到的。

本发明技术方案的原理为：利用无机分散剂对纳米羟基磷灰石颗粒的表面活性及颗粒形貌修饰作用，提高纳米羟基磷灰石分散体的分散性、稳定性、颗粒均一性并减少团聚；同时利用旋转填充床使填料上的液体经受远大于重力的离心力，极大地强化了混合传质混合过程，同时也显著地缩小了反应设备的尺寸与重量，为工作体系停留的可控性及混合效果的均匀性提供了保证。并且采用超重力技术混合后再进行水热反应，使得目标双电层更加稳定，确保了制备全过程颗粒不团聚，成功的将粒径控制在极小的范围(40～60nm)内，有效地提高了分散体的透明性，进而极大地拓宽了其使用范围和应用性能。

优选地，所述分散剂选自下列物质中的一种或多种：硅酸盐、三聚磷酸盐、六偏磷酸盐和柠檬酸盐；所述分散剂的用量为1～20g/L。该优选作用为利用无机分散剂对纳米羟基磷灰石颗粒的表面活性及颗粒形貌修饰作用，所达到的效果为提高纳米羟基磷灰石分散体的分散性、稳定性、颗粒均一性并减少团聚。并且经过申请人的大量工作探索得出，将分散剂的用量定在5～10g/L，分散效果最好，颗粒的尺寸均一，分布范围窄。

如不按照本发明限定的分散剂种类和用量，选择其他有机表面活性剂则会：其一，由于纳米磷灰石颗粒对有机物会产生强力吸附作用，多次清洗也难以完全脱除，降低其生物性能，限制了其应用；其二，所使用的一些控制粒径分布效果较好的表面活性剂往往较为昂贵，若将其用于纳米羟基磷灰石分散体的大规模商业化生产，则会增加制备成本。

优选地，所述分子混合强化反应器为折流式超重力旋转床反应器、定转子超重力旋转床反应器、旋转填充床超重力旋转床反应器、螺旋通道超重力旋转床反应器或旋转碟片超重力旋转床反应器。旋转填充床使填料上的液体经受远大于重力的离心力，极大地强化了混合传质混合过程，所达到的效果为增强了微观粒子的传质与混合，显著地缩小了反应设备的尺寸与重量，为工作体系停留的可控性及混合效果的均匀性提供了保证。如果选择常规的分散方法，一会增加设备体积、降低生产效率；二会增加能耗并且停留时间增加，适应性降低。

进一步地，所述制备方法包括如下具体步骤：

1)将钙盐或氢氧化钙溶解于水中配制钙盐水溶液，加入无机分散剂，并加入pH调节剂调节pH，作为原料A；

2)将磷酸盐或磷酸溶解于水中配制磷酸盐水溶液，加入pH调节剂调节pH，作为原料B。

3)控制流量，将原料A、B加入到分子混合强化反应器中进行混合反应，并控制钙盐与磷酸盐的进料摩尔比例为1.67，收集出口产物，所得产物进行水热处理；

4)将水热后的产物进行洗涤，即得到纳米羟基磷灰石分散体。

优选地，步骤1)中，所述钙盐选自下列物质中的一种或多种：硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙；所述钙盐水溶液浓度为10～40g/L。

优选地，步骤2)中，所述磷酸盐选自下列物质中的一种或几种：磷酸氢二铵、磷酸氢铵、磷酸氢二钠、磷酸；所述磷酸盐水溶液浓度为5～20g/L。

步骤1)及步骤2)中，当两种反应物的浓度低于上述范围时，单位粒子的碰撞几率降低，会导致产物颗粒的生长速度大于成核速度，进而使产物颗粒的粒径增大，同时还容易造成产物的团聚；当浓度高于上述范围时，在不借助外界条件的情况下，很容易超出溶液的饱和浓度，这样会给实验过程以及实验条件的实施造成一定的困难。

优选地，步骤1)和步骤2)中，所述pH调节剂选自下列物质中的一种或几种：氨水、氢氧化钠、氢氧化钙；调节原料A、B的pH值为10.5～11.5，pH值对反应的影响主要体现在：影响羟基磷灰石的过饱和度和溶解度，使溶液中离子平衡发生变化。体系pH升高，也使反应驱动力加大。从而影响到晶体的生长速度；pH值会直接影响到晶体的生长。因为羟基磷灰石的长轴面生长基元是以OH为中心的，因而OH^-离子的浓度直接影响到了长轴面的扩散速度。同时，pH也会改变晶面的吸附能力，由于羟基磷灰石晶体生长是由离子扩散、吸附和表面反应控制。所达到的效果得到纳米羟基磷灰石分散体的分散性、稳定性、颗粒均一性并减少团聚。如果不选择本发明所限定的pH值范围，则会影响到晶体的生长速度、扩散速度，降低羟基磷灰石生成速率，同时影响产物的晶体形貌，降低其分散性及稳定性。

优选地，步骤3)中，原料A、B的混合方式为：将磷酸盐水溶液和钙盐水溶液分别置于储槽中，预热到反应温度后，加入到分子混合强化反应器中反应；所述原料A进料速率为0.1～1L/min；所述原料B进料速率为0.1～1L/min，并使原料A、B进料摩尔比为1.67。进料速率和进料比参数的控制能增加单位体积反应物料的密度，提高反应物在单位体积内的成核速率，进而达到抑制产品颗粒粒径长大的目的，进料流量的控制可以使得反应物在进入分子混合强化反应器后更为猛烈的撞击到填料上，进而使得反应物被更好的切割，切割后反应物的颗粒粒径更小，同样达到抑制产品颗粒粒径长大的目的。

步骤3)中，当两种反应物的注入速率低于上述范围时，会使得原料A、B的碰撞减弱，对强化传质、强化混合起反作用，进而影响产物颗粒的粒径；当注入速率高于所述范围时，会提高对反应仪器的要求，增加实验成本，同时会增加实验的危险性；当两种反应物的注入速率比低于或高于该范围时，会使得产物中的杂质增加，为实验的后续处理增加难度。

优选地，步骤3)中，混合反应的温度为25～80℃，不同混合反应温度对羟基磷灰石分散体有很重要影响，低温有利于成核，高温有利于生长，反应温度过高会导致颗粒的粒径增大，而且会降低颗粒的ZETA电位，影响分散体的透明性和稳定性。因此本发明在经过大量创造性的工作后发现：先选用较低的混合反应温度强化磷灰石晶体成核，再选取较高的水热温度，强化晶体生长，所制备的产物形貌较好，粒度均一。如果不做此优选，则产物就分散性、结晶性、透明性、稳定性都会下降，从而影响其应用价值。

优选地，步骤3)中，超重力旋转床反应器的转子转速适用范围为2000～2500rpm采用调频变速仪调节转子转速。当旋转床转子转速过低时，对于反应溶液的剪切力不够大，就会使得反应溶液被切割的液滴不够小，达不到强化传质、强化微观混合的要求，进而影响反应产物的颗粒粒径；微观混合速率的增加，有利于成核，而宏观混合速率的增加对晶体生长有利。当旋转床转子转速过高时，宏观混合占主导地位，进而影响反应产物的颗粒粒径，同时过高转速会提高对反应器的要求，增加成本，并且使实验的危险性变大。在优选的范围内，制备出来的纳米羟基磷灰石分散体效果最好：晶体粒径小，分布均匀，且粒径分布窄

步骤3)中，可采用离心泵、蠕动泵或计量泵附带流量计调节各个反应溶液的注入速率。

优选地，步骤3)中，水热反应温度为120～160℃，水热反应时间为0.5～2.5h，在水热体系中，随着水热温度的提高，水的性质将发生一些变化如：蒸汽压升高、密度变低、點度变低和离子积升高。这些变化对晶体的生长具有重要的影响，这境因素的变化将左右反应进行的程度和结晶的速度，从而影响晶体的质量和形貌。所达到的效果为提高反应物之间的扩散速度,从而加快反应的进行，并使产物具有较优的结晶度。如果不做此优选则会影响晶体的生长，会使晶体外观不规则，降低产物的分散性及稳定性。并且采用先低温混合再高温水热的方式，可以有效免去现有技术中的陈化步骤，极大的缩短时间(从24-48h缩短为0.5-2.5小时)，同时得出粒径分布更窄更均一的产品。

步骤3)中，还可将产物纳米羟基磷灰石分散体中的水热介质置换为其他液相介质；所述其他液相介质为水、有机溶剂、与水互溶的有机溶剂和水的混合物或不同有机溶剂的混合物；所述有机溶剂选自下列物质中的一种或多种：甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇、乙酸乙酯等。所述有机溶剂的极性较大、表面张力较低，有利于纳米羟基磷灰石颗粒的稳定分散。

优选地，步骤4)中，洗涤的方式为过滤、透析、超滤、纳滤、离心中的一种或多种并用。还可将产物液相分散体中的溶剂置换为其他液相介质，从而得到不同分散介质的纳米羟基磷灰石分散体；所述其他液相介质为水、有机溶剂、与水互溶的有机溶剂和水的混合物或不同有机溶剂的混合物；所述有机溶剂选自下列物质中的一种或多种：甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和乙酸乙酯等。所述有机溶剂的极性较大、表面张力较低，有利于纳米羟基磷灰石颗粒的稳定分散，优选的作用为去除产物杂质，达到的效果为制备的产物纯度高，分散效果好，如果不做此优选产物会含有大量杂质，影响其应用价值。

优选地，步骤4)中，离心的转子转速为8000～10000rpm，所述洗涤是选自以下一种或几种溶液洗涤：水、甲醇、乙醇等，优选的作用为将羟基磷灰石分离出母液，达到的效果为产物分离出母液，以便其分散在其他介质中，不做此优选产物无法与母液分离，从而无法分散至其他介质中，影响其应用价值。

与现有技术相比，本发明的技术方案中将超重力技术与水热反应有机结合，通过各个步骤的工艺参数的调控，缩短了反应时间，免去了以往的陈化步骤(一般陈化时间为24～48h)，极大的节省了陈化时间，同时还提高产物的结晶度，仅需0.5～2.5h水热，即可得到高质量的产品。最重要的是，本发明方法利用多种无机分散剂提高了产物的分散性及颗粒均一性，减小了颗粒尺寸，有效消除羟基磷灰石颗粒在多种分散介质中的团聚现象，得到高分散性、高稳定性、安全无毒的纳米羟基磷灰石分散体，大幅度提高反应的转化率和选择性，显著地缩小反应器的体积，简化工艺、流程，对分散体产物的分散性、稳定性进一步提高。本发明技术方案可解决纳米羟基磷灰石颗粒易团聚、分散性差等问题，赋予产品更高的应用性能和更广泛的应用范围。为其应用于生物医药领域奠定了良好的基础。

本发明对工艺参数的调控主要体现在：

本申请发现，制备的纳米羟基磷灰石分散体颗粒具有较高分散性及稳定性。制备纳米羟基磷灰石分散体的过程包括沉淀反应、水热、过滤、洗涤、再分散等一系列工艺过程，控制好沉淀反应的速度、温度(25～80℃)及反应终点pH(10.5～11.5)值是极其重要的，羟基磷灰石对pH的变化十分敏感，pH过低会生成磷酸三钙以及磷酸氢钙，而pH过高会生成碳酸钙，使产品的收率降低。本发明通过大量创造性地实验发现，将pH值控制在10.5～11.5所制备出的产品效果最好。沉淀速度过快，会导致颗粒的粒径分布不均匀，容易引起颗粒间的团聚，而沉淀速率过慢会导致产物结晶度降低，影响其性能。较低的反应温度(25～80℃)有利于磷灰石成核，而较高的水热温度(120～160℃)保证了晶核的成长，反应温度过高会导致颗粒的粒径增大，而且会降低颗粒的ZETA电位，影响分散体的透明性和稳定性。本发明制备方法中，水热的温度(120～160℃)、时间(0.5～2.5h)及洗涤过程也会对分散体的性能产生很重要的影响。本发明免去了常规制备过程中的长时间陈化步骤，采用超重力与水热结合的方法，通过控制各工艺参数，成功地将制备过程从24～48h缩短到0.5～2.5h，并且产品的粒径更窄、更均一。

因此，为了获得透明稳定的纳米羟基磷灰石分散体，需要对以上条件进行严格的控制。不同分散介质的极性不同，且其对光的散射也不同，因而不同分散介质的纳米磷灰石分散体在透明度和可见光透过率上会存在一定的差异。正是由于上述工艺参数的调控和配合，达到了预料不到的技术效果，使得最后得到的纳米羟基磷灰石产物的颗粒尺寸为40～60nm，长径比为1～5，晶型良好、纯度高、分散性好、稳定性好。

本发明制备的纳米羟基磷灰石分散体可以应用于羟基磷灰石与无机材料复合、羟基磷灰石与有机高分子材料复合、金属表面涂层，可在仿生人骨材料、复合支架材料、无机抗癌药物材料、药物缓释的载体等领域有良好的应用，同时可应用于废水治理、催化剂载体、激光燃料电池、半导体材料等环境和工业领域。

另外注意的是，如果没有特别说明，本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及以端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。

本发明的有益效果如下：

稳定剂和分散相安全无毒，并通过降低纳米羟基磷灰石表面能较有效地消除羟基磷灰石颗粒在多种分散介质中的团聚现象，得到高分散性、高稳定性、安全无毒的纳米羟基磷灰石分散体，该方法制备分散体固含量为1wt％～5wt％，晶体粒径小，分布均匀，一维尺寸为40～60nm，产品纯度高，分散效果好，静置一周仍无沉降，并可通过调节液相进料的不同反应条件，简单方便控制分散体颗粒尺寸。

同时本方法采用新型过程强化反应器来强化反应物间的微观混合，从而达到制备分散性良好的纳米羟基磷灰石分散体目的。不同于常规的间歇式搅拌釜反应器，这些新型反应器均采用连续式操作，反应物在反应器内停留时间极短，反应产物形成后立即离开反应器，新型过程强化反应器的这种连续式操作方式可以大幅提高生产效率，缩短生产周期，满足纳米羟基磷灰石分散体规模化生产的要求。而且所需反应器体积小，操作方便，实验可重复性强、易于放大。

并提出通过同时控制反应温度、反应溶液的浓度、注入速率、注入速率比，增加单位体积反应物料的密度，提高反应物在单位体积内的成核速率，抑制产品颗粒粒径长大，进料流量的控制可以使得反应物在进入分子混合强化反应器后更为猛烈的撞击到填料上，进而使得反应物被更好的切割，反应物的颗粒粒径更小，同样达到抑制产品颗粒粒径长大的目的。并且混合后结合水热反应，来制备出高质量的粒径分布窄的纳米羟基磷灰石分散体。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明所使用的超重力旋转填充床反应器的放大示意图。

图2示出本发明实施例1所得产品的扫描电镜照片。

图3示出本发明实施例1所得产品的透射电镜照片。

图4示出本发明实施例1所得产品的分散体数码照片。

图5示出本发明实施例1所得产品放置一周后分散体数码照片。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：

本发明中所用的超重力旋转填充床反应器为现有技术，采用超重力旋转填充床反应器示意图如图1所示，图中各数字所代表的含义为：1-钙盐溶液进料口，2-磷酸盐溶液进料口，3-填料，4-电机，5-悬浊液出口。

一种利用超重力旋转填充床反应器制备透明纳米氧化锆液相分散体的方法，包括以下步骤：

1)将4.72g四水合硝酸钙溶解于100ml水中配制硝酸钙水溶液，加入1.176g晶型调节剂柠檬酸钠，用氨水调节pH值为11.5，作为原料A。

2)将1.584g磷酸氢二铵溶解于60ml水中配制磷酸氢二铵水溶液，使钙磷比为1.67，加入氨水调节pH值为11.5，作为原料B。

3)开启超重力旋转装置，调节转速至2500rpm；

4)开启蠕动泵，控制流量分别为0.2L/min和0.12L/min，将两原料A、B利用蠕动泵通入超重力旋转床中，且两进料速率始终保持钙磷比为1.67。控制反应体系的温度为80℃，进行反应。

5)待钙盐溶液和磷酸盐溶液进料完毕，反应所得反应液全部流出超重力旋转装置后，关闭超重力旋转装置。

6)收集反应器出口产物，所得产物进行160℃水热处理，水热2h。

7)所得产物进行24h透析除杂。

所得即为纳米羟基磷灰石分散体，液相介质为水，分散体固含量为2wt％，晶体粒径小，分布均匀，一维尺寸约为50nm。

本实施例所制备的产品的扫描电镜照片如图2所示，透射电镜照片如图3所示，从图中可以看出：产物分散性良好，透明度高。

图4示出本实施例所得产品的分散体数码照片A。图5示出本实施例所得产品放置一周后分散体数码照片B。从两者的对比可以明显看出：产物几乎无沉降，说明产物稳定性好。

实施例2：

1)将11.8g四水合硝酸钙溶解于100ml水中配制氯化钙水溶液，加入3.0g晶型调节剂三聚磷酸钠，用氨水调节pH值为10.5，作为原料A。

2)将3.96g磷酸氢二钠溶解于60ml水中配制磷酸氢二钠水溶液，使钙磷比为1.67，加入氨水调节pH值为10.5，作为原料B。

3)开启超重力旋转装置，调节转速至2000rpm；

4)开启蠕动泵，控制流量分别为1L/min和0.6L/min，将两原料A、B利用蠕动泵通入超重力旋转床中，且两进料速率始终保持钙磷比为1.67。控制反应体系的温度为60℃，进行反应。

5)待钙盐溶液和磷酸盐溶液进料完毕，反应所得反应液全部流出超重力旋转装置后，关闭超重力旋转装置。

6)收集反应器出口产物，所得产物进行120℃水热处理，水热0.5h。

7)所得产物进行12h透析除杂。

所得即为纳米羟基磷灰石分散体，液相介质为水，分散体固含量为5wt％，晶体粒径较小，分布较均匀，一维尺寸约为30nm。

实施例3：

1)将2.32g四水合氯化钙溶解于100ml水中配制硝酸钙水溶液，加入0.5g晶型调节剂水玻璃，用1mol/L氢氧化钠调节pH值为10.5，作为原料A。

2)将0.792g磷酸氢二钠溶解于60ml水中配制磷酸氢二钠水溶液，使钙磷比为1.67，加入1mol/L氢氧化钠调节pH值为10.5，作为原料B。

3)开启超重力旋转装置，调节转速至1500rpm；

4)开启蠕动泵，控制流量分别为0.2L/min和0.12L/min，将两原料A、B利用蠕动泵通入超重力旋转床中，且两进料速率始终保持钙磷比为1.67。控制反应体系的温度为25℃，进行反应。

5)待钙盐溶液和磷酸盐溶液进料完毕，反应所得反应液全部流出超重力旋转装置后，关闭超重力旋转装置。

6)收集反应器出口产物，所得产物进行120℃水热处理，水热1.5h。

7)所得产物高速离心进行洗涤，将纯化后的沉淀超声分散于50g异丙醇中。

所得即为纳米羟基磷灰石分散体，液相介质为异丙醇，分散体固含量为1wt％，晶体粒径较小，分布较均匀，一维尺寸约为60nm。

实施例4：

1)将11.8g四水合硝酸钙溶解于100ml水中配制氢氧化钙水溶液，加入2.94g晶型调节剂六偏磷酸铵，用氨水调节pH值为11.5，作为原料A。

2)将3.96g磷酸水溶解于60ml水中配制磷酸水溶液，使钙磷比为1.67，加入氨水调节pH值为11.5，作为原料B。

3)开启超重力旋转装置，调节转速至2500rpm；

4)开启蠕动泵，控制流量分别为0.5L/min和0.3L/min，将两原料A、B利用蠕动泵通入超重力旋转床中，且两进料速率始终保持钙磷比为1.67。控制反应体系的温度为80℃，进行反应。

5)待钙盐溶液和磷酸盐溶液进料完毕，反应所得反应液全部流出超重力旋转装置后，关闭超重力旋转装置。

6)收集反应器出口产物，所得产物进行120℃水热处理，水热2.5h。

7)所得产物过滤后用水洗涤纯化，得到滤饼，将纯化后的滤饼超声分散于10g水和乙醇的混合液中。

所得即为纳米羟基磷灰石分散体，液相介质为水和乙醇的混合液，分散体固含量为5wt％，晶体粒径较小，分布较均匀，一维尺寸约为40nm。

实施例5：

1)将23.6g四水合硝酸钙溶解于100ml水中配制硝酸钙水溶液，加入5.88g晶型调节剂焦磷酸铵，用氨水调节pH值为11，作为原料A。

2)将7.92g磷酸氢二铵溶解于60ml水中配制磷酸氢二铵水溶液，使钙磷比为1.67，加入氨水调节pH值为11，作为原料B。

3)开启超重力旋转装置，调节转速至2500rpm；

4)开启蠕动泵，控制流量分别为1L/min和0.6L/min，将两原料A、B利用蠕动泵通入超重力旋转床中，且两进料速率始终保持钙磷比为1.67。控制反应体系的温度为80℃，进行反应。

5)待钙盐溶液和磷酸盐溶液进料完毕，反应所得反应液全部流出超重力旋转装置后，关闭超重力旋转装置。

4)收集反应器出口产物，所得产物进行140℃水热处理，水热1h。

5)所得产物进行24h透析除杂。

所得即为纳米羟基磷灰石分散体，液相介质为水，分散体固含量为5wt％，晶体粒径较小，分布较均匀，一维尺寸约为40nm。

实施例6：

重复实施例5，其不同之处仅在于，步骤1)中，将所述钙盐替换为下列物质中的一种或几种：硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙；钙盐水溶液浓度为10～40g/L制得钙盐混合溶液；其效果和实施例1相似。

实施例7：

重复实施例5，其不同之处仅在于，步骤2)中，所述磷酸盐替换为下列物质中的一种或几种：磷酸氢二铵、磷酸氢铵、磷酸氢二钠、磷酸；所述磷酸氢二铵水溶液浓度为5～20g/L制得磷酸盐混合溶液；其效果和实施例5相似。

实施例8：

重复实施例5，其不同之处仅在于，步骤2)中，所述分散剂选自下列物质中的一种或几种：硅酸盐、三聚磷酸盐、六偏磷酸盐、柠檬酸盐；所述分散剂的浓度为10～20g/L；其效果和实施例1相似。

实施例9：

重复实施例5，其不同之处仅在于，步骤2)中，所述pH调节剂选自下列物质中的一种或几种：氨水、氢氧化钠、氢氧化钙；调节原料A、B的pH值为10.5～11.5；其效果和实施例1相似。

实施例10：

重复实施例5，其不同之处仅在于，步骤1)中，将所述钙盐进料速率替换为0.1～1L/min中任意值，将所述磷酸盐进料速率替换为0.1～1L/min，且两进料速率比为1.67；其效果和实施例1相似。

实施例11：

重复实施例5，其不同之处仅在于，步骤1)及步骤2)中，所述溶剂水可替换为下列物质中的一种或多种：甲醇、乙醇、丙三醇等；其效果和实施例1相似。

实施例12：

重复实施例5，其不同之处仅在于，制备产物进行反应温度替换为25～80℃中任意一值其余工艺条件相似；其实施效果与实施例1相似。

实施例13：

重复实施例5，其不同之处仅在于，所得产物进行水热处理温度替换为120～160℃中任意一值，水热时间替换为0.5～2.5h中任意一值，其余工艺条件相似；其实施效果与实施例1相似。

实施例14：

重复实施例5，其不同之处仅在于，所使用分子混合强化反应器为折流式超重力旋转床反应器、定转子超重力旋转床反应器、螺旋通道超重力旋转床反应器或旋转碟片超重力旋转床反应器中的一种，其余工艺条件相似；其实施效果与实施例1相似。

对比例1：

重复实施例1，其不同之处仅在于，步骤1)及步骤2)中，将反应液的pH值调节到弱碱性范围内，如pH＝8或者9，所得产物含有杂质磷酸氢钙，产品呈不透明的白色悬浊液，并在静置过程中出现部分沉降现象；将反应液的pH值调节到强碱性范围内，如pH＝12、13，所得产物含有杂质碳酸钙，产品同样呈不透明的白色悬浊液。由此可以看出，本发明需将反应pH值控制在碱性范围10.5～11.5内，羟基磷灰石对pH的变化十分敏感。

对比例2：

重复实施例1，其不同之处仅在于，步骤4)中，将水热温度调节到200℃，所得产品放置较短时间会产生沉淀，透明性有明显下降，且会生成无产物柠檬酸铵；若将水热温度调节到100℃，低于优选温度120～160℃，则会影响晶体的生长，会使晶体外观不规则，降低产物的分散性及稳定性。由此可以看出，本发明需将反应温度控制在所述优选范围内，超出范围所制得的产品有一定程度的团聚，其应用性能会明显下降。

对比例3：

重复实施例5，其不同之处仅在于，步骤4)中，改变进料速率的比值，使其为1.50，产物含有大量磷酸三钙，产物稳定性及透明性下降；而改变进料速率的比值，使其为1.70，产物含有杂质，使产物分散性下降。碳酸钙由此可以看出，本发明需将钙源及磷酸的进料速率比严格控制在1.67，否则所制得的产品不能达到要求。

对比例4：

重复实施例1，其不同之处仅在于，步骤3)中，将利用超重力旋转填充床反应器进行混合反应的温度调变为100℃，高于优选温度范围，则产物的分散性及稳定性会有明显降低；若将混合反应温度调变为10℃，低于优选温度范围，则会增加制备成本，增加产物的边际价值，降低其应用潜力。由此可以看出，本发明需将混合的反应温度控制在所述优选范围25-80℃内，超出范围所制得的产品分散性及稳定性会有明显降低，应用价值下降。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，其特征在于：所述分散体为纳米羟基磷灰石颗粒均匀分散于液相介质中，所述分散体的固含量为1wt％～5wt％；所述纳米羟基磷灰石颗粒的尺寸为40～60nm，长径比为1～5；所述液相介质为水、有机溶剂、与水互溶的有机溶剂和水的混合物或不同有机溶剂的混合物；

所述分散体是通过加入无机分散剂，将磷酸盐或磷酸与钙盐或氢氧化钙在分子混合强化反应器中进行混合反应，再结合水热反应来制备得到的；

所述制备方法包括如下具体步骤：

1)将钙盐或氢氧化钙溶解于水中配制钙盐水溶液，加入无机分散剂，并加入pH调节剂调节pH，作为原料A；

2)将磷酸盐或磷酸溶解于水中配制磷酸盐水溶液，加入pH调节剂调节pH，作为原料B；

步骤1)和步骤2)中，所述pH调节剂选自下列物质中的一种或几种：氨水、氢氧化钠、氢氧化钙；调节原料A、B的pH值为11与11.5之间，且不包括11；

3)控制流量，将原料A、B加入到分子混合强化反应器中进行混合反应，并控制钙盐与磷酸盐的进料摩尔比例为1.67，收集出口产物，所得产物进行水热处理；

4)将水热后的产物进行洗涤，即得到纳米羟基磷灰石分散体。

2.根据权利要求1所述的一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，其特征在于：所述分散剂选自下列物质中的一种或多种：硅酸盐、三聚磷酸盐、六偏磷酸盐和柠檬酸盐；所述分散剂的用量为1～20g/L。

3.根据权利要求1所述的一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，其特征在于：所述分子混合强化反应器为折流式超重力旋转床反应器、定转子超重力旋转床反应器、旋转填充床超重力旋转床反应器、螺旋通道超重力旋转床反应器或旋转碟片超重力旋转床反应器，超重力旋转床反应器的转子转速适用范围为2000-2500rpm。

4.根据权利要求1所述的一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述钙盐选自下列物质中的一种或多种：硝酸钙、氯化钙、氢氧化钙；所述钙盐水溶液浓度为10～40g/L；步骤2)中，所述磷酸盐选自下列物质中的一种或几种：磷酸氢二铵、磷酸氢铵、磷酸氢二钠、磷酸；所述磷酸盐水溶液浓度为5～20g/L。

5.根据权利要求1所述的一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，其特征在于：步骤3)中，原料A、B的混合方式为：将磷酸盐水溶液和钙盐水溶液分别置于储槽中，预热到反应温度后，加入到分子混合强化反应器中反应；所述原料A进料速率为0.1～1L/min；所述原料B进料速率为0.1～1L/min，并使原料A、B进料摩尔比为1.67；混合反应的温度为25～80℃。

6.根据权利要求1所述的一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，其特征在于：步骤3)中，水热反应温度为120～160℃，水热反应时间为0.5～2.5h。

7.根据权利要求1所述的一种纳米羟基磷灰石分散体的制备方法，其特征在于：步骤4)中，洗涤的方式为过滤、透析、超滤、纳滤、离心中的一种或多种并用；还可将产物液相分散体中的溶剂置换为其他液相介质，从而得到不同分散介质的纳米羟基磷灰石分散体；所述其他液相介质为水、有机溶剂、与水互溶的有机溶剂和水的混合物或不同有机溶剂的混合物；所述有机溶剂选自下列物质中的一种或多种：甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和乙酸乙酯。

Images