CN113795474B

CN113795474B - 多孔质陶瓷和多孔质陶瓷的制造方法

Info

Publication number: CN113795474B
Application number: CN202080033769.7A
Authority: CN
Inventors: 桥本和明; 大川淳也; 佐佐木宽人
Original assignee: Daio Paper Corp; Chiba Institute of Technology
Current assignee: Daio Paper Corp; Chiba Institute of Technology
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2023-08-18
Anticipated expiration: 2040-06-02
Also published as: WO2020246451A1; US20220220038A1; CN113795474A; KR20220016048A; CA3138847A1; EP3981752A4; EP3981752A1; JP7037157B2; JP2020196649A

Abstract

【课题】提供一种适应骨填补材料等的需要的多孔质陶瓷。【解决手段】可以通过一种多孔质陶瓷以及多孔质陶瓷的制造方法而解决，该陶瓷具有气孔，其特征在于，作为上述气孔，具有开气孔和闭气孔，作为上述开气孔，分别具有多个孔径在20～600μm的范围内的大径开气孔和孔径在1.0μm以下的范围内的微小径开气孔，上述大径开气孔在整个上述陶瓷上实质上均匀地分布。

Description

多孔质陶瓷和多孔质陶瓷的制造方法

技术领域

本发明涉及一种可用作骨填补材料等的多孔质陶瓷。

背景技术

在骨填补材料等所利用的多孔质陶瓷的制法例中，有利用β-磷酸钙作为原料，发泡成型后，使之干燥，并进行烧结而形成的制法。通过该制法，制造出气孔的尺寸为50～1000μm的多孔质陶瓷(专利文献1)。根据该制法，气孔是使发泡后的气泡烧结而形成的。

发泡形成的过程中会形成为大小各异的径，但直至干燥完成的过程中，有时小径气孔合并而成为大径气孔，有时大径的气泡上浮至发泡形成体的上部而破泡。

因此，大径气孔在所形成的多孔质陶瓷整体上并非均匀分布，而大多分布于多孔质陶瓷的上部。结果是所形成的多孔质陶瓷中气孔径分布不均。

另一方面，专利文献2中提出了气孔均匀地分布于整体的多孔质陶瓷。

具体地说，作为骨填补材料等的多孔质陶瓷，提出了“0.05～1.3mm的微细的连续空孔在整体上均匀地分布”的磷酸钙多孔体。其中，该磷酸钙多孔体可以通过“向羟基磷灰石微粉末或β-磷酸三钙微粉末添加反絮凝剂并进一步添加起泡剂”来制造。

顺便提及，对骨填补材料有一定的需求，特别是具有微小气孔和相对而言比其大径的大气孔且大气孔实质上均匀地分布的多孔质状的骨填补材料。大气孔是细胞伸展的良好的立足处，微小气孔涉及药剂、组织液的侵入、固定化等，若不存在微小气孔，则骨的形成延迟。另外，若骨填补材料的气孔径分布、特别是大气孔的分布不均时，则细胞和血管可能不能顺利地侵入骨填补材料，成为骨缺损的修复延迟的原因。

由这些观点可知，气孔分布不均的多孔质陶瓷和“0.05～1.3mm的微细的连续空孔在整体上均匀分布”的多孔质陶瓷不适应上述需求。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-282285号公报

专利文献2：日本特开昭63-40782号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明所要解决的主要课题是，提供一种适应骨填补材料等的需求的多孔质陶瓷。

解决技术问题的手段

用于解决上述课题的方式如下所述。

<第1方式>

一种多孔质陶瓷，其是具有气孔的陶瓷，其特征在于，

作为上述气孔，具有开气孔和闭气孔，

作为上述开气孔，分别具有多个孔径在20～600μm的范围内的大径开气孔，和孔径在1.0μm以下的范围内的微小径开气孔，

上述大径开气孔在整个上述陶瓷上实质上均匀地分布。

<第2方式>

如第1方式的多孔质陶瓷，其中，

气孔率为40～90％。

<第3方式>

如第1方式的多孔质陶瓷，其中，

上述开气孔在上述气孔中所占的比例为80％以上。

<第4方式>

如第1方式的多孔质陶瓷，其中，

作为上述气孔，进一步具有多个孔径在大于1.0且为10.0μm以下的范围内的小径开气孔。

<第5方式>

一种多孔质陶瓷的制造方法，其特征在于，所述制造方法具有下述工序：

混合陶瓷原料和气泡助剂而得到混合物的工序，

向上述混合物添加气泡剂而形成气泡形成体的工序，和

对上述气泡形成体进行烧结，得到具有多个开气孔的陶瓷的工序。

<第6方式>

如第5方式的多孔质陶瓷的制造方法，其中，

上述混合物是将上述陶瓷原料100质量份和上述气泡助剂1～200质量份混合而得的。

<第7方式>

如第5方式的多孔质陶瓷的制造方法，其中，

上述气泡助剂为平均纤维宽度0.5～50μm的纤维素纤维以及纤维素纳米纤维中的至少任意一者。

(主要的作用效果)

根据本发明，满足了需要2种以上不同孔径的空孔(气孔)的多孔质陶瓷的需求。具体地说，例如，若为骨填补材料，则存在对大径开气孔和微小径开气孔并存的多孔质陶瓷或大径开气孔实质上均匀地分布的多孔质陶瓷的需求，而本方式满足该需求。关于该点，上述的专利文献1的磷酸钙多孔体的制造方法中，制造物所具备的大径开气孔的分布可能产生不均。另外专利文献2由于使用起泡剂，无法使气孔的孔径为2种以上，本身也没有形成2种以上孔径的构思。

气孔率(气孔的容积/多孔质陶瓷的容积×100(％))为40～90％，因此认为血管、细胞等的伸展、营养成分、蛋白质等的流动、吸附可以顺利地进行。

另外，若开气孔在气孔中所占的比例为80％以上，则可以将开气孔率(开气孔的容积/多孔质陶瓷的容积×100(％))设定为和以往相同的程度、或者其以上，能够将多孔质陶瓷的强度保持于规定值，制成符合需求的物质。

进一步，若存在气孔连续的空孔(开气孔)，则更可能应对血管和细胞、营养成分、蛋白质等。

另外，发明人推测，若使用纤维素纤维作为气泡助剂，则这些气泡助剂具有抑制气泡因破泡等而消失的效果(破泡的抑制效果)。即，通过混合气泡助剂，具有气泡难以消失，形成的气泡的形状可以长时间维持的效果。这可能是因为，气泡助剂发挥抑制形成气泡的表面活性剂分子的相互流动的作用。即，多个气泡助剂附着于泡膜，抑制破泡。需要说明的是，据认为，若使用纤维素纤维作为气泡助剂，则在上述效果之外，还具有形成小径开气孔、微小径开气孔的效果。

据推测，大径开气孔主要由气泡形成，微小径开气孔主要因纤维素纳米纤维的消失而形成。另外，据推测，小径开气孔主要因纤维素纤维、纤维素纳米纤维组的消失而形成。与来自气泡剂的气泡所形成的大径开气孔相比，小径开气孔、微小径开气孔的孔径更均匀。由于具有从微小径到大径的2种以上的开气孔，所以适于骨填补材料的使用用途。

进一步，据推测微小径开气孔是通过纤维素纤维单体因烧结而消失、陶瓷原料的相互固着化所形成的，药剂、组织液侵入、固定于该微小径开气孔，有助于多孔质陶瓷的自身骨化。

发明的效果

根据本发明，能够形成适应骨填补材料等需要的多孔质陶瓷。

附图说明

图1是β-TCP的SEM像。

图2是纤维素纳米纤维的SEM像。

图3是多孔体的XRD图案。

图4是多孔体的FT-IR光谱。

图5是多孔体的SEM像。

图6是多孔体的SEM像。

图7是多孔体的SEM像。

图8是多孔体的SEM像。

图9是表示气泡力试验的图。

图10是表示气泡力试验的图。

图11是干燥体的SEM图像。

图12是多孔体的SEM像。

图13是多孔体的SEM像。

图14是多孔体的SEM像。

图15是多孔体的SEM像。

图16是气孔的示意图。

具体实施方式

接下来，对本具体实施方式进行说明。需要说明的是，本实施方式是本发明的一例。本发明的范围不限于本实施方式的范围。

(制造方法)

本方式的多孔质陶瓷的制造方法中，首先将陶瓷原料和气泡助剂混合。

作为陶瓷原料，可以选择使用例如氧化铝、氧化锆、莫来石、堇青石、二氧化钛、赛隆(sialon)、碳、碳化硅、氮化硅、尖晶石、铝酸镍、钛酸铝、磷酸钙等之中的1种或2种以上。其中，将本方式的多孔质陶瓷用作骨填补材料的情况下，优选使用磷酸钙。

作为磷酸钙，可以选择使用例如羟基磷灰石、磷酸三钙、磷酸氢钙、磷酸四钙、磷酸八钙、磷酸钙系玻璃等之中的1种或2种以上。其中，特别优选使用β型磷酸三钙(β-Ca₃(PO₄)₂)(以下，也简称为“β-TCP”)。

陶瓷原料优选为平均粒径1μm以下的粉末状，更优选为平均粒径0.3～0.5μm的粉末状。

β-TCP的粉末优选用下述方法制造。

首先，向碳酸钙(CaCO₃)和磷酸氢钙二水合物(CaHPO₄·2H₂O)加入纯水，使用球磨机、捏合机等混合机等进行混合。该混合优选进行例如24～48小时。另外，纯水优选根据需要加热到70～90℃。

接下来，对通过该混合所得到的混合物进行干燥。该干燥优选在例如60～70℃下进行。另外，该干燥优选进行24～48小时。

先将通过该干燥所得到的干燥体粉碎。该粉碎优选进行至平均粒径达到例如0.3～0.5μm。该粉碎可以使用例如玛瑙研钵、自动研钵、捣磨机、干式球磨机、锤击式粉碎机等粉碎器具进行。

接下来，对通过该粉碎而得到的粉碎物进行煅烧。该煅烧优选在例如700～800℃进行。此时，升温速度可以设定为例如3℃/分钟。该煅烧优选进行8～24小时。

将通过该煅烧所得到的煅烧体再次粉碎。该粉碎优选进行至平均粒径达到例如0.3～0.5μm。该粉碎也优选使用上述的粉碎器具进行。

按以上的方式，可得到粉末状的β-TCP。

另一方面，作为与陶瓷原料的混合的气泡助剂，可以使用例如纤维宽度不同的2种以上的纤维素纤维，或者纤维素纤维和纤维素纤维的凝聚物。需要说明的是，纤维素纤维具有热分解性，具有一旦加热则发生气化等而消失的特性。

此处，对“纤维宽度不同的2种以上的纤维素纤维”的意思进行说明。本方式中纤维宽度不同的2种以上的纤维素纤维是指：将平均纤维宽度在规定的范围内的纤维素纤维计为一种、将平均纤维宽度在与此不同的范围内的纤维素纤维计为另外一种，在这样的前提下，纤维素纤维为2种以上的情况。

作为纤维宽度不同的2种以上的纤维素纤维的例子，可以例示出例如平均纤维宽度为10～50μm的纸浆等纤维素纤维、使用匀浆机等而使平均纤维宽度为0.5～50μm、优选为0.5～2.0μm的纤维素纤维、和进一步使用高压均质机等而使平均纤维宽度为0.1μm以下的纤维素纳米纤维(CNF)的混合物。

作为包括纤维素纳米纤维的纤维素纤维的原料，可以选择使用以阔叶树、针叶树等作为原料的木材浆料；以稻秸、甘蔗渣等作为原料的非木材浆料；以回收旧纸、损纸等作为原料的旧纸纸浆(DIP)等之中的1种或2种以上。

其中，为了尽可能地避免杂质的混入，优选使用木材浆料。作为木材浆料，可以选择使用例如阔叶树硫酸盐法纸浆(LKP)、针叶树硫酸盐法纸浆(NKP)等化学纸浆；机械纸浆(TMP)等之中的1种或2种以上。需要说明的是，阔叶树硫酸盐法纸浆可以是阔叶树漂白硫酸盐法纸浆，可以是阔叶树未漂白硫酸盐法纸浆，也可以是阔叶树半漂白硫酸盐法纸浆。同样地，针叶树硫酸盐法纸浆可以是针叶树漂白硫酸盐法纸浆，可以是针叶树未漂白硫酸盐法纸浆，也可以是针叶树半漂白硫酸盐法纸浆。另外，作为机械纸浆，可以选择使用例如磨石磨纸浆(SGP)、压力磨石磨纸浆(PGW)、木片磨纸浆(RGP)、化学磨纸浆(CGP)、热磨纸浆(TGP)、磨纸浆(GP)、热磨机械浆(TMP)、化学热磨机械浆(CTMP)、盘磨机械纸浆(RMP)、漂白热磨机械浆(BTMP)等之中的1种或2种以上。

纤维素纳米纤维可以通过将以上的原料微细化(解纤)而得。在该解纤之前，也可以利用化学方法进行预处理。作为利用化学方法的预处理，可以例示出例如利用酸对多糖的水解(酸处理)，利用酶对多糖的水解(酶处理)，利用碱对多糖的溶胀(碱处理)，利用氧化剂对多糖的氧化(氧化处理)，利用还原剂对多糖的还原(还原处理)等。

若在解纤之前进行碱处理，则纸浆所具有的半纤维素、纤维素的羟基部分解离，由于分子阴离子化而分子内和分子间氢键变弱，促进解纤中纤维素纤维的分散。

作为碱处理所使用的碱，可以使用例如氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、氨水溶液、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、苄基三甲基氢氧化铵等有机碱等。其中，从制造成本的方面出发，优选使用氢氧化钠。

若在解纤之前进行酶处理或酸处理、氧化处理，则能够使纤维素纳米纤维的保水度降低、结晶度提高，且提高均质性。关于该点，纤维素纳米纤维的保水度低时，易于干燥，容易防止在干燥陶瓷原料和纤维素纳米纤维的混合物时陶瓷原料产生龟裂等。从这样的角度考虑，纤维素纳米纤维的保水度优选为500％以下，更优选为300～480％。需要说明的是，保水度可以通过原料的选定、预处理、解纤等任意调整。

另一方面，若利用酶处理或酸处理、氧化处理，则纸浆所具有的半纤维素、纤维素的非晶区域被分解，结果是能降低微细化处理的能量，提高纤维的均匀性、分散性。纤维的均匀性与气孔的均匀性直接关联。另外，通过以上的预处理，结晶区域在纤维整体中所占比例提高，因此纤维素纳米纤维的分散性提高。但是，由于预处理使纤维素纳米纤维的长径比降低，因此优选避免过度的预处理。

原料的解纤可以通过使用例如磨浆机、高压均质机、均质机、研磨机、磨碎机等石臼式摩擦机，单轴混炼机、多轴混练机、捏合机、匀浆机、气流粉碎机等对原料进行打浆来进行。其中，优选使用匀浆机或气流粉碎机进行解纤。

纤维素纳米纤维结晶度优选为50％以上，更优选为55％以上。另外，纤维素纳米纤维的结晶度优选为90％以下，更优选为86％以下。若纤维素纳米纤维的结晶度在以上的范围内，则纤维素纳米纤维适合用作气泡助剂。需要说明的是，结晶度可以通过例如原料的选定、预处理、解纤等而任意调整。

另外，纤维素纳米纤维的纸浆粘度优选为1.5cps以上，更优选为2.0cps以上。若纸浆粘度在以上的范围内，则纤维素纳米纤维适合用作气泡助剂。

将纤维素纳米纤维分散于水中所得的浆料(浓度1％)的B型粘度优选为1～100000cps，更优选为5～80000cps，特别优选为100～10000cps。若将纤维素纳米纤维浆料的B型粘度设定在以上的范围内，则与陶瓷原料的混合、混合物的干燥、成型加工等变得容易。

另一方面，为了形成大径气孔(大气孔)，可以考虑使用例如气泡剂，也可以考虑进一步控制分散剂等添加剂的量而使开气孔的径变大。另外，为了形成更大径的气孔，也可考虑使用纤维素纤维的凝聚物。其中，相较于使用纤维素纤维的凝聚物，优选使用气泡剂。使用气泡剂时，易于形成开气孔，另外，径的尺寸也易于均匀化。大径开气孔的孔径可设定为20～600μm，优选为50～400μm。若小于20μm，则难以成为细胞伸展的良好的立足处。若大于600μm，则细胞伸展时可能产生死角。

需要说明的是，大气孔是包括大径开气孔和大径闭气孔的概念，小气孔是包括小径开气孔和小径闭气孔的概念，微小气孔是包括微小径开气孔和微小径闭气孔的概念。

气泡剂的使用(发泡法)具有存在多个经验法则的优点。作为使用的气泡剂(发泡剂)，可以选择使用非离子型表面活性剂，具体地说，例如聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基烯丙基醚、聚氧乙烯烷基胺、聚乙二醇脂肪酸酯、烷醇酰胺、聚乙二醇-聚丙二醇共聚物等之中的1种或2种以上。另外，形成气泡剂时也可以向这些非离子型表面活性剂添加环氧乙烷。

关于上述气泡剂之中的非离子型表面活性剂，一般用HLB值作为表示其疏水性和亲水性的指标，优选HLB值高于10。若HLB值小于8，则该非离子型表面活性剂的疏水性强，在水浆料系难以发泡，无法获得具备所期望的气孔率的多孔质陶瓷。

气孔率可为40～90％，优选为55～80％，更优选为65～80％。若气孔率大于该范围，则多孔质陶瓷的压缩强度弱，利用该多孔质陶瓷作为骨填补材料是有问题的。另外，若气孔率小于该范围，在利用该多孔质陶瓷作为骨填补材料时，可能细胞的伸展不能良好地进行。

特别是聚氧乙烯烷基醚，其毒性非常弱，并且基于弱起泡性可以产生多个适度尺寸的泡，因此多孔质陶瓷的大气孔的孔径不会过大，可以优选使用。

通常，混合陶瓷原料、气泡助剂，并混合分散剂等之后，使用机械手搅拌机(handblender)或多棍搅拌机(multi-stick blender)等混合机等进行混合。该混合优选进行例如5～10分钟。需要说明的是，在该混合的同时，若向混合物照射超声波则可以更均匀地进行混合，所以是优选的。

可以向β-TCP等陶瓷原料和气泡助剂的混合物添加上述分散剂，或者在混合陶瓷原料和气泡助剂时添加上述分散剂。

作为分散剂，可以选择使用水溶性高分子化合物，例如聚丙烯酸、聚丙烯酸铵盐等聚丙烯酸衍生物、聚羧酸铵等之中的1种或2种以上。

其中，作为分散剂，优选使用具有纤维素纤维的分散功能，且具有陶瓷原料的分散功能的分散剂。作为这样的分散剂，优选使用聚丙烯酸铵(PAA)。在为了形成气孔而使用气泡剂的情况下，PAA用作陶瓷原料的反絮凝剂，但发现在使用纤维素纤维作为气泡助剂的情况下PAA也是有用的。

其中，优选PAA的浓度高，优选10容量％以上，更优选25～45容量％，特别优选30～40容量％。也可以不提高浓度而通过添加量调整分散性。

例如，相对于陶瓷原料100质量份(g)，添加30～40容量％的分散剂50～300ml。若小于50ml，则无法获得所期望的分散性。若大于300ml，则接下来进行的干燥的负荷上升，需要延长干燥时间或升高干燥温度。然而，若如此应对，则陶瓷原料易于收缩，成为产生龟裂的原因。

另一方面，若PAA的浓度过高，则所得到的多孔质陶瓷易碎。

以上，向混合陶瓷原料、气泡助剂、以及分散剂而得的混合物，混合气泡剂，使用机械手搅拌机(hand blender)、多棍搅拌机(multi-stick blender)等混合机等进行混合。该混合优选进行例如5～10分钟。需要说明的是，在该混合的同时，若向混合物照射超声波则可以更均匀地混合，因此是优选的。通过该混合，形成气泡形成体。所形成的气泡的示意图示于图16(a)。气泡内包气体而成为近球形，形成气泡的曲面包含疏水性部分的气泡剂30，该气泡剂30的亲水性部分附着有气泡助剂20和陶瓷原料10。

接下来，关于通过该混合而得到的气泡形成体，为了去除异常大地发泡的气孔，进行轻拍之后，在低温下干燥。干燥温度为例如35～70℃，优选为40～60℃。另外，干燥时间为例如2～5日，优选为3日。关于该点，本方式中能够通过使用纤维素纳米纤维形成微小孔径开气孔的规格，平稳的干燥是合适的。需要说明的是，若急剧地进行该干燥，则成为陶瓷原料的龟裂的原因。

此处，对于在不使用气泡助剂的情况下将陶瓷原料、气泡剂(非离子表面活性剂)以及分散剂混合而得的气泡形成体进行干燥时，气孔的分布产生不均。即，大气孔多数分布于混合物的上部，少数分布于下部。关于该现象，可按如下考虑：若存在于上述混合物中的气泡的气液界面是由非离子型表面活性剂构成的，则气泡外表面为亲水性。在该混合物的干燥期间，亲水性的气泡在该混合物(水浆料系混合体)中上浮，进而破泡。

另一方面，关于进一步混合气泡助剂而得的混合物，通过气泡助剂，气泡的上浮得到抑制、破泡(气泡的形状得以维持)得到抑制，促进了大气泡的形成。这可以认为是气泡助剂所具有的亲水性与气泡剂(非离子表面活性剂)的亲水性的相互作用产生的影响。

另外，通过改变气泡助剂的添加量，能够控制大气孔的孔径。据认为，通过增加亲水性的气泡助剂的添加量，亲水性的气孔表面的表面积增加，生成的气孔径变小。

关于气泡助剂的添加量，相对于陶瓷原料100质量份，可混合1～200质量份，优选10～150质量份，更优选20～100质量份气泡助剂。若少于1质量份，则缺乏抑制破泡的效果。若大于200质量份，则混合物中气泡助剂的分散性变差。

对通过干燥所得到的干燥体进行烧结。该烧结优选通过二级以上的多级(阶段)进行，更优选进行四级。进行四级烧结的情况下，优选在第1温度150～200℃(优选160～180℃)下烧结2～6小时，紧接此后在第2温度250～350℃(优选280～320℃)下烧结2～6小时，在接下来的第3温度350～450℃(优选380～420℃)下烧结2～6小时，其后，在第4温度950～1100℃(优选1000～1050℃)下烧结0.5～24小时。根据该方式，第1温度～第3温度的烧结中主要是纤维素纤维等气泡助剂被气化除去，第4温度的烧结中陶瓷原料被烧结。通过阶段升温除去气泡助剂等后，陶瓷原料逐渐烧毁，因此确实地形成了大径气孔、小径气孔。

假设不阶段升温烧结，而是在高温下一次性除去气泡助剂，则会成为陶瓷原料发生龟裂等的原因。需要说明的是，升温速度可以设定为例如1～5℃/分钟。

(多孔质陶瓷)

按以上的方式制造的本方式的多孔质陶瓷具有多个气孔。所制造的多孔质陶瓷中的气孔的示意图示于图16(b)。气孔的外周面由陶瓷11形成。通过烧结，气泡助剂和气泡剂消失。所制造的多孔质陶瓷在整体上是大气孔(大径开气孔、大径闭气孔中的至少任意一者)实质性均匀地分布的形态。作为该气孔，存在开气孔和闭气孔。需要说明的是，上述的专利文献2中存在烧结品没有闭气孔全部是开气孔的记载。但是，本发明人发现，根据使用气泡剂作为气泡助剂的以往的方法(发泡法)，闭气孔率达30％左右。

另一方面，本方式的多孔质陶瓷中，气孔中开气孔所占的比例为80％以上(优选为90％以上)，气孔中闭气孔所占的比例被抑制为20％以下(优选为10％以下，更优选为5％以下)。像这样通过提高开气孔的比例，能够不极度提高气孔率(全部气孔的容积/多孔质陶瓷的容积×100(％))，而使开气孔率(开气孔的容积/多孔质陶瓷的容积×100(％))为和以往相同的程度或者其以上的程度。因此，多孔质陶瓷的强度不会降低。关于该点，例如，骨填补材料的情况下，骨填补材料填补至骨缺损部，在直到该骨缺损部被修复的初期阶段中对骨缺损部进行增强，在骨缺损部的修复后被生物体骨吸收。因此，骨填补材料的强度极为重要。另外，若能够像这样提高开气孔率，则像接下来说明的那样，可并存微开气孔和大开气孔。

本方式的多孔质陶瓷中，作为开气孔，并存孔径在规定的范围内的大径开气孔、与大径开气孔相比孔径为小径的微小径开气孔。像这样通过使大径开气孔和微小径开气孔并存，例如，利用本方式的多孔质陶瓷作为骨填补材料的情况下，其成为与“血管、细胞等”和“营养成分、蛋白质等”两者相对应的多孔质陶瓷。需要说明的是，微小径开气孔的孔径为1μm以下，优选为0.5μm以下。

本方式的多孔质陶瓷的开气孔率优选为55％以上，更优选为65％以上。本方式的陶瓷原料因为如上述那样闭气孔的比例抑制在低水平，因此即使设定为这样高的开气孔率，在强度的方面产生问题的可能性也极小。

本方式的多孔质陶瓷更优选大径开气孔和微小径开气孔的中间的范围的小径开气孔与大径开气孔并存作为开气孔。该方式中，有微小径开气孔、小径开气孔以及大径开气孔这3种，例如，利用本方式的多孔质陶瓷作为骨填补材料的情况下，这是更适应需求的。小径开气孔的孔径优选为大于1.0～10.0μm，更优选为大于1.0～2.0μm。

本方式的多孔质陶瓷可以以立方体(例如，一边1cm。)、长方体(3～4×3～4×2cm)等六面体、球体等方式提供。在制备该尺寸的多孔质陶瓷时，例如，可以制造大的多孔质陶瓷，并切出为适宜的尺寸。制造成大的，切出为小的时，多孔质陶瓷更均质化。

(用途)

本方式的多孔质陶瓷优选用作骨填补材料。但是，除了骨填补材料等生物材料以外，还可以用作例如过滤器、燃料电池或气体-湿度传感器等的电极、催化剂载体、绝热材料、口服药物、加工食品、饮料、各种吸附柱材、化妆料、牙膏、除臭剂、脱臭剂、入浴剂、洗面剂、洗发水、厕所用品等的添加剂等。

(其他)

本说明书中开气孔是指从多孔质陶瓷的表面连通的气孔。另一方面，闭气孔是存在于多孔质陶瓷的内部的气孔，指的是不与多孔质陶瓷的表面连通的气孔。因此，利用本方式的多孔质陶瓷作为骨填补材料的情况下，开气孔发挥重要的作用。

本说明书中开气孔率是用阿基米德法测定的值。另外，闭气孔率((闭气孔的容积/多孔质陶瓷的容积)×100(％))是气孔率减去开气孔率的值，气孔率是使用阿基米德法求出的体积密度和计算密度(理论密度)而计算的值。

本说明书中骨填补材料是指作为生物体的植入材料而用于填补骨、牙齿、牙根等的多孔质陶瓷。

本说明书中包含纤维素纳米纤维的纤维素纤维的平均纤维宽度(径)是按接下来的方式测定的值。

首先，用特氟龙(注册商标)制膜过滤器过滤固体成分浓度0.01～0.1质量％的纤维素纤维的水分散液100ml，用乙醇100ml进行1次、叔丁醇20ml进行3次溶剂置换。接下来，进行冷冻干燥，并涂布锇作为试样。对该试样，根据构成的纤维的宽度而用电子显微镜SEM图像在5000倍、10000倍或30000倍的任一倍率进行观察。具体地说，对观察的图像画二条的对角线，任意画三条通过对角线的交点的直线。进一步，目视测量与该三条的直线交叉的合计100根的纤维的宽度。然后，以测量值的中值径作为平均纤维宽度。

本说明书中结晶度是依据JIS-K0131(1996)的“X射线衍射分析通则”，利用X射线衍射法而测定的值。需要说明的是，纤维素纤维具有非晶态部分和结晶质部分，结晶度是指纤维素纤维整体中结晶质部分的比例。

本说明书中纸浆粘度是依据JIS-P8215(1998)测定的。需要说明的是，纸浆粘度越高，意味着纤维素纤维的聚合度越高。

本说明书中纤维素纳米纤维浆料(1％)的B型粘度是依据JIS-Z8803(2011)的“液体的粘度测定方法”测定的值。

本说明书中保水度是利用依据JAPAN TAPPI No.26：2000的保水度的测定方法测定的值。

对于本说明书中气孔的孔径，从SEM图像任意选择100个气孔，以圆形的直径的形式目视测定其气孔径，并取平均的值。

实施例

接下来，对本发明的实施例进行说明。

<实验1>

由β-TCP粉末和纤维素纳米纤维(CNF)制造多孔质陶瓷(多孔体)，并进行测定存在于所得到的多孔体的气孔的平均孔径、开气孔率、闭气孔率以及体积密度的实验。该实验中，改变气泡剂(聚氧乙烯烷基醚(Nikkol Chemicals株式会社NIKKOL BT-7))的添加量。另外，作为对比实验，由β-TCP粉末(不使其与纤维素纳米纤维混合)制造了多孔质陶瓷(多孔体)。详情如下所述。

(β-TCP粉末的合成)

β-TCP粉末是用接下来步骤合成的。

首先，向碳酸钙(0.075mol)和磷酸氢钙二水合物(0.15mol)(Ca/P＝1.50)添加80℃的纯水450ml，使用球磨机和氧化锆制球混合24小时。接下来，将该混合物在70℃下干燥24小时。对所得到的干燥体，使用玛瑙研钵进行粉碎，进一步在750℃下煅烧10小时。升温速度设定为3℃/分钟。将所得到的煅烧体粉碎而制成粉末状(β-TCP粉末)。该粉末的SEM图像在图1示出。

(多孔体的制作)

向按以上的方式得到的β-TCP的粉末30g和纤维素纳米纤维30g进行混合后的物质添加30％聚丙烯酸铵(PAA)水溶液30ml，使用机械手搅拌机(hand blender)(多机械手搅拌机(mult-hand blender))，在超声波照射下混合5分钟，得到第1混合物。接下来，将聚氧乙烯烷基醚(BT-7)添加至该第1混合物，再次使用多机械手搅拌机(multi-hand blender)，在超声波照射下混合5分钟，得到第2混合物(气泡形成体)。此时，BT-7的添加量改变为1.0ml(0.95g)、2.0ml(1.90g)、3.0ml(2.85g)、4.0ml(3.80g)。接着，将该第2混合物(气泡形成体)放入方形坩埚，进行轻拍(试样形状：60mm×60mm×轻拍高度25mm)。通过该轻拍，气泡适度破泡。其后，在40℃下干燥72小时。对该干燥后的物质进行四级烧结。该烧结的工序是，180℃(第1温度)下4小时、接下来300℃(第2温度)下4小时、接下来400℃(第3温度)下4小时、接下来1000℃下40分钟、其后每分钟降温5℃到常温的工序。向各阶段的升温速度均设定为每分钟5℃。需要说明的是，对上述第2混合物(气泡形成体)进行干燥后的物质(表1的实验例4的中间生成物)的SEM图像为图11。

使用的纤维素纳米纤维的SEM图像示于图2。该图所示的纤维素纳米纤维(CF-(4))是如下得到的纤维素纤维素纳米纤维：对于将通常的纸浆用匀浆机处理而得到纤维素纤维，进一步使用气流粉碎机处理3～4次。该纤维素纳米纤维的平均纤维宽度为0.069μm。

所得的多孔体的XRD图案示于图3，FT-IR光谱示于图4。从这些图可知，本实验例的陶瓷是β-TCP，不是羟基磷灰石。

所得到的多孔体的SEM图像示于图5～8，所得到的多孔体(试验例1～6)的物性示于表1。图5(1)示出添加1ml的BT-7的情况。图5(2)示出添加2ml的BT-7的情况。图5(3)示出添加3ml的BT-7的情况。图6(1)示出添加4ml的BT-7的情况。图6(2)示出未添加BT-7的情况。图6(3)示出不混合纤维素纳米纤维而添加4ml的BT-7的情况。

图7(1)～(3)的各SEM图像是试验例1～3的各SEM图像。同样地，图8(1)～(3)的各SEM图像是试验例4～6的各SEM图像。

[表1]

从以上的结果可知，若增加气泡剂(BT-7)的添加量，则气孔的平均孔径变小。因此，可以推定，通过使用纤维素纳米纤维作为气泡助剂、并改变气泡剂的添加量，能够形成孔径不同的2种以上的气孔。需要说明的是，从图11的SEM图像的结果可知，与未添加气泡助剂时相比，添加了纤维素纳米纤维的情况下，干燥体的气孔形成的形状没有大的变化。

<实验2>

接下来，进行气泡高度实验。该实验中，将添加4ml(3.80g)BT-7而得的上述第2混合物(气泡形成体)的全部放入量筒并静置，对时间经过中气泡的高度进行测定。结果示于图9、10。图9(1)和(2)是未混合纤维素纳米纤维的情况，图9(3)和(4)是混合了纤维素纳米纤维的情况。图9(1)和(3)是经过时间为0分钟的情况，图9(2)和(4)是经过时间为60分钟的情况。图10的图中，横轴是经过时间，纵轴是气泡的高度。经过时间为0分钟时，图9(1)和(3)各自的气泡的高度都是168mm。关于混合了纤维素纳米纤维的气泡形成体40，即使经过60分钟，气泡的高度也基本恒定。另一方面，关于未混合纤维素纳米纤维的气泡形成体50，随着时间经过，气泡的泡面高度变低。

从该结果可知，纤维素纳米纤维抑制了破泡，并促进气泡的维持。

<实验3>

由β-TCP粉末和纤维素纳米纤维(CNF)制造多孔质陶瓷(多孔体)，并进行测定存在于所得到的多孔体的开气孔率、闭气孔率以及体积密度的实验。该实验中，改变气泡助剂的添加量。详情如下所述。

(β-TCP粉末的合成)

β-TCP粉末是用和实验1同样的步骤合成的。

(多孔体的制作)

向按以上的方式得到的β-TCP的粉末30g和纤维素纳米纤维进行混合后的物质，添加30％聚丙烯酸铵(PAA)水溶液30ml，使用机械手搅拌机(hand blender)(多机械手搅拌机(mult-hand blender))，在超声波照射下混合5分钟，得到第1混合物。接下来，将4.0ml(3.80g)起泡剂(聚氧乙烯烷基醚)添加至该第1混合物，再次使用多机械手搅拌机(multi-hand blender)，在超声波照射下混合5分钟，得到第2混合物(气泡形成体)。此时，纤维素纳米纤维的量改变为10g、20g、30g、0g。所使用的气泡剂是Nikkol Chemicals株式会社的NIKKOL BT-7。接着，将该第2混合物(气泡形成体)放入方形坩埚，进行轻拍(试样形状：60mm×60mm×轻拍高度25mm)。通过该轻拍，气泡适度破泡。其后，在40℃下干燥72小时。对该干燥后的物质进行四级烧结。该烧结的工序是，180℃(第1温度)下4小时、接下来300℃(第2温度)下4小时、接下来400℃(第3温度)下4小时、接下来1000℃下40分钟、其后每分钟降温5℃到常温的工序。向各阶段的升温速度均设定为每分钟5℃。

使制作的多孔体本身不旋转，在高度方向上区分(切断)为3等分，从上起依次为多孔体上部、多孔体中部、多孔体下部。

实验3所使用的纤维素纳米纤维采用与实验1同样的物质。

所得到的多孔体的SEM图像示于图12～15，所得到的多孔体(试验例7～10)的物性示于表2。图12是试验例7、也即混合了10g纤维素纳米纤维的图像。图12(1)是多孔体上部的SEM图像、图12(2)是多孔体中部的SEM图像、图12(3)是多孔体下部的SEM图像。

[表2]

图13是试验例8、也即混合了20g纤维素纳米纤维的图像。图13(1)是多孔体上部的SEM图像、图13(2)是多孔体中部的SEM图像、图13(3)是多孔体下部的SEM图像。

图14是试验例9、也即混合了30g纤维素纳米纤维的图像。图14(1)是多孔体上部的SEM图像、图14(2)是多孔体中部的SEM图像、图14(3)是多孔体下部的SEM图像。

在试验例7的多孔体上部、多孔体中部以及多孔体下部各处，气孔(特别是相对大径的气孔，即大气孔)是实质性均匀分布的。而且可知，试验例7的多孔体下部与多孔体上部相比，或者，多孔体下部与多孔体中部相比，气孔(特别是相对大径的气孔，即大气孔)的数量不会极端地少。试验例8和试验例9各自的多孔体上部、多孔体中部以及多孔体下部各处也是与试验例7同样。

另外，对试验例7和试验例9进行比较，关于试验例7中可见的相对大径的气孔，在试验例9中所见没有试验例7那么多。

工业实用性

本发明可以作为可用于骨填补材料等的多孔质陶瓷而利用。

Claims

1.一种多孔质陶瓷，其是作为骨填补材料使用的、具有气孔的陶瓷，其特征在于，

作为所述气孔，具有开气孔和闭气孔，

作为所述开气孔，分别具有多个孔径在20μm～600μm的范围内的大径开气孔，和孔径在1.0μm以下的范围内的微小径开气孔，

所述大径开气孔在整个所述陶瓷上实质上均匀地分布，

气孔率为55％～80％，并且所述开气孔在所述气孔中所占的比例为90％以上，

所述多孔质陶瓷包含β-TCP。

2.根据权利要求1所述的多孔质陶瓷，其中，所述闭气孔在所述气孔中所占的比例为5％以下。

3.根据权利要求1所述的多孔质陶瓷，其中，作为所述气孔，进一步具有多个孔径在大于1.0μm且为10.0μm以下的范围内的小径开气孔。

4.一种作为骨填补材料使用的多孔质陶瓷的制造方法，其特征在于，所述制造方法具有下述工序：

混合陶瓷原料和气泡助剂而得到混合物的工序，

向所述混合物添加气泡剂而形成气泡形成体的工序，和

对所述气泡形成体进行烧结，得到具有多个开气孔的陶瓷的工序，

所述陶瓷的气孔率为55％～80％，并且所述开气孔在所述陶瓷的气孔中所占的比例为90％以上，

作为所述陶瓷原料，包含β-TCP。

5.根据权利要求4所述的多孔质陶瓷的制造方法，其中，所述混合物是将所述陶瓷原料100质量份和所述气泡助剂1质量份～200质量份混合而得的。

6.根据权利要求4所述的多孔质陶瓷的制造方法，其中，所述气泡助剂为纤维素纳米纤维以及平均纤维宽度0.5μm～50μm的纤维素纤维中的至少任意一者。