CN108358183A - 制备磷酸四钙的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备磷酸四钙的方法，其包含：(1)热处理一鱼鳞，并将所述鱼鳞研磨成粉体，得一鱼鳞粉体；(2)添加一原料于所述鱼鳞粉体中，改变所述鱼鳞粉体中的矿物成分，得一生料粉体；以及(3)高温烧结所述生料粉体，得一含有一磷酸四钙的混合物。

Description

制备磷酸四钙的方法
技术领域
本发明是关于一种制备磷酸四钙的方法，其特征在于，使用鱼鳞为原料转化成磷酸四钙。
背景技术
人体组织修复材料研究和开发是全球关注的议题，磷酸钙骨水泥(CalciumPhosphate Cement；CPC)是一种具有自固性能非陶瓷氢氧基磷灰石类人工骨材料。由固相粉末和固化液依一定比例混合制成，其中固相粉末由一种或多种磷酸钙盐所组成，而固化液则由水、磷酸盐溶液、稀磷酸、生理盐水、与血液等共同组成。固相粉末与固化液混合后形成易塑形浆体，于短时间及适当温度(室温或接近人体温度)下自行固化，形成与骨组织的无机成分和晶相结构相似的磷灰石，具有良好的生物兼容性、骨传导性、可降解性、可塑性，在人体生理环境下自行固化，且固化反应不产热等优点，在骨植入与修复领域被广泛应用。目前磷酸钙水泥的制程，无法达到大量生产。目前发表的磷酸钙水泥相关的文献中，实验材料的来源，大多停留在实验室自行配制的阶段。以常用的磷酸四钙加二水磷酸氢钙(TTCP+DCPD)系列为例：二水磷酸氢钙(dicalcium phosphate dihydrate；DCPD)粉末是以试药级的硝酸钙(Ca(NO3)2)溶液与磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)溶液于酸性条件下通过液相沉淀而生成；而磷酸四钙(tetracalcium phosphate；TTCP)粉末则是将二水磷酸氢钙(DCPD)与碳酸钙(CaCO3)于1550℃下烧结约10小时制得。因此改良生产方法以提高产能，为此一材料商业化的重要关键。
鱼鳞是鱼类的皮肤的衍生物，具有保护鱼类身体的功能，防止微生物侵入机体，抵抗疾病和避免感染。而依据鳞片的构造特点，鱼鳞可分为骨鳞(bony scale)、硬鳞(ganoidscale)及盾鳞(placoid scale)，其中骨鳞又可分为圆鳞(cycloid scale)和栉鳞(ctenoidscale)，骨鳞为硬骨鱼类最常见的鱼鳞。鱼鳞的主要成分中含有45％的胶原蛋白(collagen)和55％的氢氧基磷灰石(hydroxyapatite；HAp)，其中氢氧基磷灰石是一种磷酸钙化合物，也是人体或动物骨骼及牙齿的主要无机成分，在骨骼中约占60～70％。由于氢氧基磷灰石中的晶粒特性及该等晶粒间形成的微小孔隙，能使氢氧基磷灰石对骨骼有良好的生物亲和力，对牙齿有再石灰化的功能，此外，还因其具有良好的生物活性，因此，在临床上，已被广泛地应用在骨科及牙科用的生医材料上，如：人工骨头、人工牙齿、硬骨补缀、人工关节等。
美国专利公开第2009/0036656号及第2005/0191226号，和美国专利公告第7838038号指出，利用鱼鳞作为原料使用，通过机械研磨与筛分方式，或是以高温700℃热前处理后再以1500℃烧结后，可制备生物医学用人体组织修复材料，然而，此类型磷酸盐是组织修复材料制备方式仍存在制备效率低、高温热处理、与纯度低等缺点。
所以，将鱼鳞用于制备生物材料的制备上，若能改良制程，如简化制备步骤或提高纯度等，将更有助提高鱼鳞的附加价值。
发明内容
本发明是利用鱼鳞以制备高纯度磷酸四钙粉体；鱼鳞经380℃热处理后会破坏鱼鳞的有机质，再去破碎研磨成粉体，所述粉体对30号筛网(ASTM No.30mesh)的过筛率可达100％；之后利用重量百分比0％、10％、15％、20％、与25％添加比例的碳酸钙与所述粉体进行混合得一混合物，所述混合物利用1350℃烧结6小时并进行快速冷却处理后，可得含有一磷酸四钙的混合物。而所述含有一磷酸四钙的混合物的X-光绕射(X-ray diffraction；XRD)试验结果显示，未添加碳酸钙的鱼鳞经高温烧结仍为氢氧基磷灰石结构(hydroxyapatite；HAp)，而随着碳酸钙添加比例增加，磷酸四钙矿物相生成越多，然而当添加比例大于25％时，磷酸四钙粉体存在多余的游离石灰(f-CaO)，无法充分反应；所述混合物内氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)比例较佳为1.45，以CaO/P2O5为1.45所得之磷酸四钙纯度大于90％。因此利用鱼鳞以一定温度进行鱼鳞热处理，再搭配氧化钙前驱物(石灰石或牡蛎壳等)，以类似波特兰水泥(portland cement)制程技术，通过生料研磨、高温烧结以及快速激冷的制程，可制备90％以上高纯度的磷酸四钙，且符合医疗级磷酸四钙规格中的重金属含量标准；因此本发明的方法是一种简单快速的磷酸四钙制备技术方法。
本文中的用语“一”或“一种”是用以叙述本发明的组件及成分。此术语仅为了叙述方便及给予本发明的基本观念。此叙述应被理解为包括一种或至少一种，且除非明显地另有所指，表示单数时亦包括复数。于权利要求书中和“包含”一词一起使用时，所述用语“一”可意为一个或超过一个。
本文中的用语“或”其意同“及/或”。
本发明提供一种制备磷酸四钙的方法，其包含：(1)热处理一鱼鳞，并将所述鱼鳞研磨成粉体，得一鱼鳞粉体；(2)添加一原料于所述鱼鳞粉体中，得一生料粉体，其中所述原料是选自一氧化钙、一氧化钙前驱物、一五氧化二磷及一五氧化二磷前驱物所组成的群组；以及(3)高温烧结所述生料粉体，使所述生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值的范围为1.2至1.7，且高温烧结完成后得一含有一磷酸四钙(tetracalciumphosphate；TTCP)的混合物。
在一具体实施例中，所述鱼鳞的种类包含骨鳞(bony scale)、硬鳞(ganoidscale)及盾鳞(placoid scale)。在一具体实施例中，所述鱼鳞包含一氢氧基磷灰石(hydroxyapatite；HAp)、一氧化钙(CaO)以及五氧化二磷(CaO/P2O5)。
为了使鱼鳞之后能与原料粉末(如碳酸钙)进行均匀混合以制备出磷酸四钙，因此鱼鳞必须经过破碎研磨处理成粉末状。然因鱼鳞为有机质胶原蛋白与无机质氢氧基磷酸石所组合而成，因此具有一定的韧性特质；因此本发明将鱼鳞经热处理(如大于380℃)后，可有效破坏鱼鳞内部有机质结构，使鱼鳞能够高效率处理研磨成粉末状态。在一具体实施例中，所述热处理的温度大于300℃。在一较佳具体实施例中，所述热处理的温度大于350℃。在一更佳具体实施例中，所述热处理的温度大于380℃。在另一具体实施例中，所述热处理的时间大于30分钟。在一较佳具体实施例中，所述热处理的时间大于1小时。在一更佳具体实施例中，所述热处理的时间大于2小时。
本文中的“研磨”可采用公知的研磨方式，而不需加以限制，较佳为球磨。在一具体实施例中，所述鱼鳞粉体的粒径范围为20μm至800μm。在一较佳具体实施例中，所述鱼鳞粉体的粒径范围为50μm至700μm。在一更佳具体实施例中，所述鱼鳞粉体的粒径范围为75μm至600μm。
为了使生料粉体于高温烧结的过程中，所述生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值要到一特定范围，以烧结出磷酸四钙的矿物。因此，要视鱼鳞粉体本身的原有的氧化钙以及五氧化二磷的重量百分比，以决定所述原料的添加种类以及添加量，例如单独添加所述氧化钙前驱物(或氧化钙)或所述五氧化二磷前驱物(或五氧化二磷)，或是同时所述氧化钙前驱物(或氧化钙)及所述五氧化二磷前驱物(或五氧化二磷)，以让所述原料与所述鱼鳞粉体混合所得的所述生料粉体于烧结过程中，其氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值达到特定范围。在一具体实施例中，所述原料的形状为一粉末状。在一较佳具体实施例中，所述原料为一原料粉末。
因此，本发明的目的在于使生料粉体于高温烧结的过程中，所述生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值要到一特定范围。因此本发明可采取下列两种方式：(1)于所述鱼鳞粉体直接添加氧化钙或五氧化二磷，或者是氧化钙和五氧化二磷两者都添加，以让所述生料粉体中氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值于烧结前就达到特定范围；或(2)于所述鱼鳞粉体添加氧化钙前驱物(如碳酸钙)或五氧化二磷前驱物，或者是氧化钙前驱物和五氧化二磷前驱物两者都添加；因此在烧结过程中，氧化钙前驱物能经加热反应而产生氧化钙以及五氧化二磷前驱物经加热反应而产生五氧化二磷，一样可使所述生料粉体中氧化钙和五氧化二磷的成分比例发生变化，让其氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值于烧结过程中同样能达到特定范围。
本文中“氧化钙前驱物”一词包含但不限于一能经反应产生氧化钙的物质。在一具体实施例中，所述氧化钙前驱物包含一碳酸钙、一葡萄酸钙及一柠檬酸钙。在一较佳具体实施例中，所述氧化钙前驱物包含一碳酸钙。
本文中“五氧化二磷前驱物”一词包含但不限于一能经反应产生五氧化二磷的物质。在一具体实施例中，所述五氧化二磷前驱物包含一磷灰石、一氢氧基磷灰石、一二水磷酸氢钙及一鱼鳞。
由于要于高温烧结时，所述生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值要到一特定范围方能产生出磷酸四钙的矿物。在一较佳具体实施例中，所述生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值的范围为1.35至1.67。在一更佳具体实施例中，所述生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值的范围为1.4至1.6。
本发明的生料粉体须经高温烧结，以使所述生料粉体中的氧化钙(CaO)与氢氧基磷灰石(HAp)发生键结反应，逐渐生长出磷酸四钙的矿物相。本文中的“高温烧结”一词包含利用高温炉进行烧结，其中所述高温炉包含一电窑、一瓦斯窑以及一柴窑。在一具体实施例中，所述高温烧结的温度大于1000℃。在一较佳具体实施例中，所述高温烧结的温度大于1200℃。在一更佳具体实施例中，所述高温烧结的温度大于1350℃。在另一具体实施例中，所述高温烧结的时间大于0.5小时。在一较佳具体实施例中，所述高温烧结的时间大于2小时。在一更佳具体实施例中，所述高温烧结的时间大于6小时。
此外，为保有生料粉体于高温烧结完成时的矿物相活性，即维持所述含有所述磷酸四钙的混合物中的所述磷酸四钙含量。因此，本发明进一步包含一步骤(4)，其接于步骤(3)后，其包含冷却所述含有所述磷酸四钙的混合物。本文中的“冷却」”包含但不限于快速冷却，即烧结完成后立刻进行冷却的动作。在一具体实施例中，所述冷却是以利用温差方式进行冷却。在另一具体实施例中，所述温差方式为所述冷却的温度低于所述高温烧结的温度800℃以上。在一较佳具体实施例中，所述温差方式为所述冷却的温度低于所述高温烧结的温度1000℃以上。在一更佳具体实施例中，所述温差方式为所述冷却的温度低于所述高温烧结的温度1200℃以上。因此，将高温烧结(如1350℃以上)后所产生的所述含有所述磷酸四钙的混合物直接于室温下(约25℃)冷却，瞬间温差差异极大，就可达到快速冷却的效果。在一具体实施例中，所述冷却所述含有所述磷酸四钙的混合物是将所述含有所述磷酸四钙的混合物于室温冷却。此“冷却”步骤的目的在于维持刚烧结完的所述含有所述磷酸四钙的混合物的矿物成分，因若是将刚烧结完的所述含有所述磷酸四钙的混合物仍置于高温炉内慢慢降温，则有可能导致所述含有所述磷酸四钙的混合物中的矿物成分的变化，即所述磷酸四钙的含量会降低；因此，通过快速冷却的步骤，可保有刚烧结完的所述含有所述磷酸四钙的混合物的矿物成分，得到含有较高纯度的磷酸四钙的产物。
另外，为了配合磷酸四钙的应用产品，会进一步将所述含有所述磷酸四钙的混合物进行研磨过筛，使所述含有所述磷酸四钙的混合物形成一定粒径大小的产物，以利后续的应用。因此本发明的方法进一步包含步骤(5)，其接于步骤(4)后，其包含研磨所述含有所述磷酸四钙的混合物成粉体，得一磷酸四钙粉体。在一具体实施例中，所述磷酸四钙粉体的粒径小于150μm。在一较佳具体实施例中，所述磷酸四钙粉体的粒径小于100μm。在一更佳具体实施例中，所述磷酸四钙粉体的粒径小于75μm。在另一具体实施例中，所述磷酸四钙粉体的粒径小于50μm。
所述含有所述磷酸四钙的混合物包含所述磷酸四钙以及一氢氧基磷灰石(HAp)。在一具体实施例中，所述磷酸四钙占所述含有所述磷酸四钙的混合物的重量百分比为60％以上。在一较佳具体实施例中，所述磷酸四钙占所述含有所述磷酸四钙的混合物的重量百分比为80％以上。在一更佳具体实施例中，所述磷酸四钙占所述含有所述磷酸四钙的混合物的重量百分比为90％以上。在另一具体实施例中，所述氢氧基磷灰石占所述含有所述磷酸四钙的混合物的重量百分比为40％以下。在一较佳具体实施例中，所述氢氧基磷灰石占所述含有所述磷酸四钙的混合物的重量百分比为20％以下。在一更佳具体实施例中，所述氢氧基磷灰石占所述含有所述磷酸四钙的混合物的重量百分比为10％以下。
本发明的磷酸四钙粉体可用于生物材料，例如骨水泥，可作为人造骨骼与牙齿根管封填材料使用，亦可作为合成乳酸磷酸钙的原料；此外，若提升磷酸钙粉体于液相解离(钙离子与磷酸根离子)程度，则可作为人体钙质补充剂以及牙齿保健修复材料。
本发明提供一种骨水泥，具有一圆球状的结构，其中所述骨水泥的材质为一磷酸盐。
在一具体实施例中，所述磷酸盐包含一磷酸四钙及一氢氧基磷灰石。在一较佳具体实施例中，所述磷酸四钙的形状为一单斜晶体。在另一具体实施例中，所述氢氧基磷灰石的形状为一六方晶体。
在一具体实施例中，所述圆球状的结构的直径小于150μm。在一较佳具体实施例中，所述圆球状的结构的直径小于100μm。在一更佳具体实施例中，所述圆球状的结构的直径小于75μm。
在一具体实施例中，所述磷酸四钙占所述磷酸盐的重量百分比为60％以上。在一较佳具体实施例中，所述磷酸四钙占所述磷酸盐的重量百分比为80％以上。在一更佳具体实施例中，所述磷酸四钙占所述磷酸盐的重量百分比为90％以上。在另一具体实施例中，所述氢氧基磷灰石占所述磷酸盐的重量百分比为40％以下。在一较佳具体实施例中，所述氢氧基磷灰石占所述磷酸盐的重量百分比为20％以下。在一更佳具体实施例中，所述氢氧基磷灰石占所述磷酸盐的重量百分比为10％以下。
本发明所提供的制备磷酸四钙的方法，与其他现有技术相互比较时，更具有下列的优点：
(1)一般而言，鱼鳞属于鱼类的非食用部分的生物废弃物，除非经过特别加工处理，否则鱼鳞并无任何利用价值。因此，本发明的制程可从鱼鳞制备出磷酸四钙，使鱼鳞有额外的应用价值；故本发明的制程可达“零废弃”、“资源再利用”及“提升再利用产品附加价值”的功效，因此本发明甚具实用价值；以及
(2)本发明的制程相较于传统的磷酸四钙制备方法更为简便快速，因此提高制程的效率；同时本发明的制程过程中所使用温度也相较传统的制程低，故本发明能有效降低热耗能以及减少高温造成的环境影响。而且，只要高温烧结时生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的配比适当，就可制备出高纯度(大于90％)的磷酸四钙，大幅提高了产能。
附图说明
图1为本发明的制备磷酸四钙的流程。
图2为鱼鳞于不同热处理后的研磨结果。图2(A)为鱼鳞未经热处理而破碎研磨的情况。图2(B)为鱼鳞经90℃热处理而破碎研磨的情况。图2(C)为鱼鳞经380℃热处理而破碎研磨的情况。图2(D)为鱼鳞于不同热处理温度(未热处理、90℃热处理及380℃热处理)后破碎研磨的过筛率(使用30号筛网)。
图3为添加不同量的碳酸钙于鱼鳞粉体中所造成的X-射线绕射分析(XRD)的矿物相的变化。图3(A)为不添加碳酸钙的XRD的矿物相的结果。图3(B)为添加重量百分比10％的碳酸钙的XRD的矿物相的结果。图3(C)为添加重量百分比15％的碳酸钙的XRD的矿物相的结果。图3(D)为添加重量百分比20％的碳酸钙的XRD的矿物相的结果。图3(E)为添加重量百分比25％的碳酸钙的XRD的矿物相的结果。三角形为磷酸四钙(tetracalcium phosphate；TTCP)。
图4为以里特沃尔德-X-射线绕射分析(Rietveld XRD)鉴定量化以CaO/P2O5为1.45的生料粉体烧结所得的含有磷酸四钙的混合物中各矿物相比例试验结果。蓝线为CaO/P2O5为1.45的生料粉体烧结所得的含有磷酸四钙的混合物的矿物晶相的XRD标准图谱；红线为里特沃尔德-X-射线绕射分析法的模拟计算图谱；以及黑线为误差结果。蓝线与红线相互对比后，可得知含有磷酸四钙的混合物中磷酸四钙成分约达92％，其余为氢氧基磷灰石(HAp)，其约8％。
图5为本发明的骨水泥的结构。
具体实施方式
本发明包括但不限于上述与下述的说明。实施方式则如下范例所示。
1.材料与方法
(a)鱼鳞的热分析与热前处理试验
本发明利用一般鱼鳞以作为制备磷酸四钙(tetracalcium phosphate；TTCP)粉体的原料使用，因此为了解经热处理鱼鳞可利用研磨设备破碎成粉末状的特性，本发明利用热重/热差分析仪(TG/DTA,Hitachi TG7200)探讨鱼鳞热裂解特性，样品升温条件由25℃升温至600℃；升温速率为10℃/min。经热处理的鱼鳞，以破碎研磨设备进行研磨5分钟并以30号筛网(ASTM No.30mesh)过筛，探讨经不同温度处理的鱼鳞对于破碎过筛率的影响。
(b)鱼鳞的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的配比控制
本发明将鱼鳞经水洗去除表面污染物后，利用高温炉以380℃进行干燥与煅烧前处理，经热前处理后的鱼鳞，以研磨设备进行研磨成鱼鳞粉体，并使用30号筛网粉过筛所述粉体；而鱼鳞粉体(380℃煅烧后)与碳酸钙粉末化学成分如表1所示。本发明添加不同比例的碳酸钙粉末(重量百分比0％、10％、15％、20％与25％)于鱼鳞粉体中，以对所述鱼鳞粉体进行配料设计，使所述鱼鳞粉体于高温烧结时，其所含的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值分别控制为1.15、1.28、1.36、1.45、及1.55。
表1、鱼鳞粉体与碳酸钙粉末的化学成分
(c)高温热烧结试验与XRD试验
本发明将380℃煅烧处理的鱼鳞粉与碳酸钙粉末混合后所得的生料粉体，利用高温炉进行高温烧结，探讨生料粉体中所含的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的不同摩尔比对于磷酸四钙矿物相生成状况的影响。为增加生料粉体于高温中反应速率，利用25顿压锭设备将生料粉体进行压锭处理，将压锭处理的磷酸四钙原料以1350℃温度烧结并持温6小时进行磷酸四钙原料模拟烧结；同时为保有烧结后矿物相活性，高温1350℃持温6小时后进行急速激冷处理，即生料粉体出高温炉后于立刻于室温下放置冷却。烧结后的生料粉体经急速激冷后再次研磨过筛，研磨后的粉体(粒径小于75μm)以X-射线绕射分析仪(X-raydiffraction；XRD)(XRD model D2 phaser,Bruker)进行矿物相分析，样品扫描角度(2θ)为10-75°；扫描速率为0.015°/s；扫描时间为0.35秒进行XRD图谱扫描分析。
因此，本发明的制备磷酸四钙流程如图1所示，本发明的流程为：(1)热处理及研磨：将鱼鳞进行热处理(380℃处理1小时)，以破坏鱼鳞的有机结构而可顺利研磨成鱼鳞粉体；(2)添加原料：添加原料与该鱼鳞粉体混合，得一生料粉体，其目的在于调整该生料粉体于烧结过程中所含的氧化钙对五氧化二磷的比例，其中该原料是选自由氧化钙、氧化钙前驱物、五氧化二磷及五氧化二磷前驱物所组成的群组；(3)高温烧结：利用高温炉以1350℃高温烧结该生料粉体，以使该生料粉体中矿物相发生变化以生成出磷酸四钙；以及(4)快速冷却：为保有维持刚烧结完成的该生料粉体的矿物成分，即纯度较高的磷酸四钙，须要刚烧结完成的该生料粉体快速放置于室温环境下，以造成极大的温差而达到快速冷却的效果，就可维持并得到高纯度的磷酸四钙。此外，所得的高纯度的磷酸四钙可进一步依据产品需求进行研磨过筛的动作，如研磨后的磷酸四钙形成粒径小于75μm的磷酸四钙粉末。
2.结果
(a)鱼鳞的热分析与前处理
本发明利用鱼鳞以作为磷酸四钙原料使用，故为了使鱼鳞能与碳酸钙粉末进行均匀混合，鱼鳞必须经过破碎研磨处理成粉末状。但因鱼鳞为有机质胶原蛋白与无机质氢氧基磷灰石所组合而成，故鱼鳞具有一定的韧性特质；因此，本发明首先利用机械研磨鱼鳞，发现鱼鳞经机械研磨后成片状胶结体(如图2(A)所示)，并无法有效将鱼鳞中有机质与无机质进行分离，且利用30号筛网(ASTM No.30mesh)进行过筛分离，其过筛率仅约29％。
因此为了有效破坏鱼鳞的有机结构，本发明利用热重/热差分析仪分析鱼鳞的热裂解温度，而从鱼鳞的热重/热差分析试验结果显示，于温度分别于56℃与343℃时具有最大速率的热重损失速率，热重损失率分别为13.1％与26.7％(数据未显示)，分别表示鱼鳞表面水挥发与鱼鳞发生结构裂解。因此，将鱼鳞分别以90℃与380℃温度进行热处理，利用研磨机研磨5分钟后利用30号筛网过筛分离。利用90℃热处理后的鱼鳞，经破碎研磨，仍呈现棉絮结构(如图2(B)所示)，无法完全破碎研磨成粉末态，故其破碎过筛率为35％，与未经热处理的鱼鳞破碎过筛率差异不大。然而，经380℃热处理鱼鳞，其完全破碎研磨成粉末态(如图2(C)所示)，其过筛率提升至100％，大幅提升鱼鳞研磨效率。图2(D)显示鱼鳞于不同热处理温度(未热处理、90℃热处理及380℃热处理)后破碎研磨的过筛率(使用30号筛网)，此结果说明鱼鳞经380℃热处理，可有效破坏鱼鳞内部有机质结构，使鱼鳞能够高效率处理成粉末状态。
(b)XRD矿物相分析
经过380℃煅烧热处理的鱼鳞通过研磨成鱼鳞粉体，先利用30号筛网(ASTMNo.30mesh)进行初筛，再利用200号筛网(ASTM No.200mesh)筛选出粒径更小的鱼鳞粉末。分别以不同的重量百分比0％、10％、15％、20％与25％的碳酸钙粉末添加于鱼鳞粉末中，使鱼鳞粉末与碳酸钙粉末均匀混合得一生料粉体，再利用高温炉以1350℃高温烧结6小时后经激冷处理，可得含有磷酸四钙(tetracalcium phosphate；TTCP)的混合物，其为白色粉末。图3(A)至图3(E)为不同碳酸钙添加比例对于所述生料粉体中矿物相生长的影响，所述试验结果显示，当碳酸钙添加比例为0％时，CaO/P2O5比为1.15时，主要结构仍为鱼鳞既有的氢氧基磷灰石(hydroxyapatite；HAp)结构，然而，随着碳酸钙添加比例增加时，XRD图谱结构出现磷酸四钙结构，说明氧化钙(CaO)与鱼鳞的氢氧基磷灰石(HAp)发生键结反应，逐渐生长出磷酸四钙结构。然而，当碳酸钙添加比例增加至25％，CaO/P2O5比为1.55，多余的氧化钙无法与氢氧基磷灰石(HAp)发生键结反应，使得磷酸四钙粉体存在多余的游离石灰(free-CaO；f-CaO)，可能造成磷酸四钙(tetracalcium phosphate；TTCP)应用时会有体积稳定性的影响。因此，由图3的图谱中显示，较佳的碳酸钙添加比例为20％，即当生料粉体的成分组成中CaO/P2O5为1.45时，具有较适当的磷酸四钙(TTCP)生成。
为了解磷酸四钙生成比例，本发明利用里特沃尔德-X-射线绕射分析(RietveldXRD)鉴定量化所烧结出的含有磷酸四钙的混合物中磷酸四钙的比例。而里特沃尔德-X-射线绕射分析法要进行模拟计算时，要与一设定标准图谱作为基准值；故以CaO/P2O5为1.45的生料粉体烧结所得的含有磷酸四钙的混合物重新经过设定检测条件以得一矿物晶相的标准图谱(如图4中蓝线部分)，再与里特沃尔德-X-射线绕射分析法的模拟计算图谱(如图4中红线部分)相互比对。图4为以Rietveld XRD鉴定量化以CaO/P2O5为1.45的生料粉体烧结所得的含有磷酸四钙的混合物中各矿物相比例试验结果。该试验结果显示，磷酸四钙生成率约为92％，其余为氢氧基磷灰石(HAp)结构，其约8％。该结果说明利用鱼鳞制备磷酸四钙粉体，通过一定烧结温度处理后可得到90％以上的高纯度的磷酸四钙，与传统磷酸四钙化学制备方法具有显著差异。
此外，表2为医疗级磷酸四钙粉体的重金属成分规格表，其中铅(Pb)、汞(Hg)、砷(As)、镉(Cd)含量需分别小于30、5、3、5ppm。本发明利用CaO/P2O5为1.45的鱼鳞粉与碳酸钙混合原料，经烧结后得的磷酸四钙粉体，其以X-射线荧光分析(X-Ray Fluorescence；XRF)进行化学成分分析，该化学成分的分析结果如表3所示，本发明的磷酸四钙(TTCP)粉末的化学主成分为钙与磷元素，且重金属含量小，仅存在少量的铬(Cr)、锰(Mn)等重金属元素，符合医疗级磷酸四钙粉体的规格。
表2、医疗级磷酸四钙粉体的重金属成分规格表
表3、磷酸四钙粉末的化学成分
ND：无法检测
因此利用本发明所制作出的磷酸四钙制成骨填补材料，即骨水泥。图5为本发明的骨水泥的结构10，具有一圆球状的结构100，且其材质为一磷酸盐。而该磷酸盐包含一磷酸四钙200及一氢氧基磷灰石300，其中该磷酸四钙200的形状为一单斜晶体，而该氢氧基磷灰石300的形状为一六方晶体。
本发明适当的描述可以在本文未具体公开的元素或限制下实施。已被用作描述的术语并不是限制。在使用这些术语和除此之外的任何等同物的表达和描述是没有差别的，但应当认识到本发明内的权利要求是可能修改的。因此，虽然本发明已说明实施例和其他情况，本文中所公开的内容可以被本领域的技术人员进行修饰和变化，并且这样的修改和变化被认为是在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种制备磷酸四钙的方法，其包含：
(1)热处理一鱼鳞，并将所述鱼鳞研磨成粉体，得一鱼鳞粉体；
(2)添加一原料于所述鱼鳞粉体中，得一生料粉体，其中所述原料是选自一氧化钙、一氧化钙前驱物、一五氧化二磷及一五氧化二磷前驱物所组成的群组；以及
(3)高温烧结所述生料粉体，使所述生料粉体中的氧化钙对五氧化二磷(CaO/P2O5)的摩尔比值的范围为1.2至1.7，且高温烧结完成后得一含有一磷酸四钙的混合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述热处理的温度大于300℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述鱼鳞粉体的粒径范围为20μm至800μm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述氧化钙前驱物包含一碳酸钙、一葡萄酸钙及一柠檬酸钙。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述五氧化二磷前驱物包含一磷灰石、一氢氧基磷灰石、一二水磷酸氢钙及一鱼鳞。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述高温烧结的温度大于1000℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含一步骤(4)，其接于步骤(3)后，其包含冷却所述含有所述磷酸四钙的混合物。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述冷却所述含有磷酸四钙的混合物是将所述含有所述磷酸四钙的混合物于室温冷却。
9.根据权利要求7所述的方法，其进一步包含步骤(5)，其接于步骤(4)后，其包含研磨所述含有所述磷酸四钙的混合物成粉体，得一磷酸四钙粉体。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述磷酸四钙粉体的粒径小于150μm。
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