DE102008036280A1

DE102008036280A1 - Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit, Fluorapatit und Adsorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008036280A1
Application number: DE102008036280A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Ishikawa; Yoshiyuki Ogawara; Tomohiko Yoshitake; Yukiko Murakami
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2008-08-04
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2028-08-05
Also published as: FR2944275A1; US20100130353A1; FR2944275B1; GB2452134B; DE102008036280B4; JP5458229B2; FR2923822A1; GB2452134A; GB0814203D0; JP2009035464A; US20090148376A1; US7740820B2

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Erzeugen von Fluorapatit vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Zubereiten einer Schlämme mit einem Hydroxylapatit, das mindestens eine Hydroxylgruppe hat, das Zubereiten einer Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung, die ein Hydrogenfluorid enthält, das Mischen der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit der Schlämme, um eine Mischung zu erhalten, wobei der pH-Wert der Mischung im Bereich von 2,5 bis 5 eingestellt wird, und die Reaktion des Hydroxylapatits mit dem Hydrogenfluorid in der Mischung in einem Zustand, bei dem der pH-Wert der Mischung in dem vorstehend genannten Bereich eingestellt ist, um dabei das Fluorapatit durch Substitution der mindestens einen Hydroxylgruppe des Hydroxylapatits mit Fluoratomen des Hydrogenfluorits zu erhalten. Das Verfahren kann das Fluorapatit mit verbesserter Säurebeständigkeit durch Verringern einer Verunreinigung wie Ammoniak, abgeleitet von einem Rohmaterial, auf geringe oder sehr geringe Werte erzeugen. Ferner ist auch ein Fluorapatit mit hoher Säurebeständigkeit vorgesehen. Außerdem ist eine Adsorptionsvorrichtung zum Verwenden eines solchen Fluorapatits vorgesehen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit, Fluorapatit und eine Adsorptionsvorrichtung, und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit, nach diesem Verfahren herstellbares Fluorapatit und eine dieses Fluorapatit benutzende Adsorptionsvorrichtung.
Technisches Gebiet
Fluorapatit hat fast dieselbe kristalline Struktur wie Hydroxylapatit und zeigt daher fast dieselben Adsorptionseigenschaften (Adsorptionsvermögen) für ein Protein wie Hydroxylapatit.
Ferner ist Fluorapatit eine Substanz, die stabiler als Hydroxylapatit ist, und hat deshalb eine hohe Säurebeständigkeit. Aus diesen Gründen hat Fluorapatit Vorteile darin, dass es einen hohen Widerstand gegen Säurelösungen hat und deshalb das Separieren von Proteinen in einer Säurelösung ermöglicht.
Solches Fluorapatit wird allgemein synthetisiert durch Beigabe (Mischen) von Ammoniumhydrogenfluorid als eine Quelle für Fluor in (mit) einer Schlämme, die Hydroxylapatit enthält ( JP A-2004-330113 ist ein Beispiel einschlägiger Technik).
Das nach einem solchen Verfahren synthetisierte Fluorapatit enthält jedoch als Verunreinigung an ihm adsorbiertes Ammoniak. Apatite wie Fluorapatit haben ein hohes Adsorptionsvermögen für Ammoniak, und deshalb verbleibt Ammoniak in Teilchen (Fluorapatitteilchen), wenn eine das synthetisierte Fluorapatit enthaltende Schlämme zum Erzielen von Teilchen sprühgetrocknet (granuliert) wird, denn es ist sehr schwierig das Ammoniak aus den Teilchen zu entfernen.
Deshalb ist der Ammoniakanteil in den so erzeugten Teilchen von Charge zu Charge unterschiedlich, so dass es schwierig ist, Teilchen mit gleichmäßigen Eigenschaften zu erzielen.
Ferner behindert das in dem Fluorapatit (Teilchen) verbleibende Ammoniak die Substitution von Hydroxylgruppen durch Fluoratome, und deshalb bestehen auch Probleme darin, dass die Substitutionsrate von Hydroxylgruppen durch Fluoratome nur in einem bestimmten Maß erhöht werden kann, und deshalb ist nicht zu erwarten, dass die Säurebeständigkeit von Fluorapatit weiter verbessert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgaben der vorliegenden Erfindung bestehen darin, ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit mit verbesserter Säurebeständigkeit durch Verringern von Verunreinigungen wie z. B. Ammoniak, abgeleitet von einem Rohmaterial, auf einen geringen oder sehr geringen Wert anzugeben, Fluorapatit mit hoher Säurebeständigkeit zu erzeugen und eine Adsorptionsvorrichtung anzugeben, die ein solches Fluorapatit verwendet.
Diese Aufgaben werden durch die vorliegenden Erfindungen (1) bis (12) gelöst, die im Folgenden beschrieben werden.

(1) Verfahren zum Herstellen eines Fluorapatits, umfassend: Zubereiten einer Schlämme, die Hydroxylapatit mit mindestens einer Hydroxylgruppe enthält; Zubereiten einer Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung, die ein Hydrogenfluorid enthält; Mischen der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit der Schlämme, um eine Mischung zu erhalten und dabei den pH-Wert der Mischung im Bereich von 2,5 bis 5 einzustellen; und Reaktion des Hydroxylapatits mit dem Hydrogenfluorid in der Mischung in einem Zustand, bei dem der pH-Wert der Mischung im vorstehend genannten Bereich eingestellt ist, um dabei das Fluorapatit durch Substitution der mindestens einen Hydroxylgruppe des Hydroxylapatits mit Fluoratom des Hydrogenfluorids zu erhalten. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, durch das Verwenden von Hydrogenfluorid als Fluorquelle Fluorapatit ohne Verunreinigungen oder mit nur sehr geringen Verunreinigungen zu erhalten. Deshalb ist es möglich, das Fluorapatit mit hoher Kristallinität zu erhalten. Ferner wird das vorstehend beschriebene Verfahren in einem Bereich niedriger pH-Werte durchgeführt. Deshalb wird das Fluorapatit rekristallisiert, wenn es zur Auflösung neigt. Dadurch ist es möglich, das Fluorapatit mit hoher Kristallinität zu erhalten. Da ferner bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren das erzeugte Fluorapatit einen geringen Anteil an Verunreinigungen wie Ammoniak hat, ist es möglich, die Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome zu erhöhen. Aus diesen Gründen ist es möglich, die Säurebeständigkeit des erzeugten Fluorapatits zu verbessern.
(2) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Mischen der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit der Schlämme durch tropfenweises Eingeben der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme ausgeführt wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, das Hydroxylapatit mit dem Hydrogenfluorid durch ein relativ einfaches Verfahren reagieren zu lassen. Ferner ist es auch möglich, den pH-Wert der Schlämme in dem vorstehenden Bereich einfach und zuverlässig einzustellen. Aus diesen Gründen kann ein Zerfall und eine Auflösung des Hydroxylapatits selbst verhindert werden. Deshalb ist es möglich, die primären Fluorapatitteilchen mit hoher Reinheit und hoher Ausbeute zu erhalten.
(3) Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Eintropfrate der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme im Bereich von 1 bis 20 L/h liegt. Dies macht es möglich, das Hydroxylapatit mit dem Wasserstofffluorid unter milden Bedingungen zur Reaktion zu bringen.
(4) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil des Hydrogenfluorids in der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung im Bereich von 1 bis 60 Gewichtsprozent liegt. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann beim Reagieren des Hydroxylapatits mit dem Hydrogenfluorid der pH-Wert der Schlämme leicht auf einen gewünschten Bereich eingestellt werden. Da ferner der pH-Wert der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung nicht extrem niedrig ist, kann diese Lösung sicher gehandhabt (behandelt) werden.
(5) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil des Hydroxylapatits in der Schlämme im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent liegt. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, beim Reagieren des Hydroxylapatits mit dem Hydrogenfluorid die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome zu substituieren. Ferner kann die Schlämme ausreichend mit relativ geringer Energie gerührt werden. Deshalb ist es möglich, die Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome in den Hydroxylapatiten zu vergleichmäßigen.
(6) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem Mischschritt die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung mit der Schlämme so gemischt wird, dass der Anteil des Fluoratoms des Hydrogenfluorids im Bereich von 0,65 bis 1,25 des Anteils der Hydroxylgruppe des Hydroxylapatits liegt. Bei dem vorstehenden Verfahren ist es möglich, die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome zuverlässiger zu substituieren.
(7) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Reaktionsschritt das Hydroxylapatit mit dem Hydrogenfluorid in der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 50°C zur Reaktion gebracht wird. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann der Zerfall des Hydroxylapatits verhindert werden, auch wenn der pH-Wert der Schlämme auf einen niedrigen Wert eingestellt ist. Ferner ist es möglich, das Reaktionsverhältnis zwischen dem Hydroxylapait und dem Hydrogenfluorid zu verbessern. Außerdem wird die Rekristallisation des erzeugten Fluorapatits wirksam ausgelöst.
(8) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem Mischschritt die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung in die Schlämme für eine Zeit von 30 Minuten bis 16 Stunden eingegeben wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist es möglich, die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome ausreichend zu substituieren.
(9) Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Hydroxylapatit primäre Teilchen sind, die in einem Feuchtsyntheseverfahren synthetisiert sind, bei dem eine Calciumquelle und eine Phosphorsäurequelle verwendet werden, wobei mindestens die Calciumquelle oder die Phosphorsäurequelle in Form einer Lösung verwendet wird. Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden feine primäre Hydroxylapatitteilchen erzeugt, und es ergibt sich eine Schlämme, in der die feinen primären Hydroxylapatitteilchen gleichmäßig verteilt sind. Ferner kann die Schlämme leicht und effizient zubereitet werden. Außerdem benötigt ein solches Feuchtsyntheseverfahren keine kostspieligen Herstelleinrichtungen (Anlagen) und macht es möglich, das Hydroxylapatit einfach und effizient zu produzieren.
(10) Ein Fluorapatit, hergestellt nach dem Verfahren, das oben unter (1) beschrieben ist. Bei dem vorstehenden Fluorapatit sind Verunreinigungen mit einem geringen oder sehr geringen Anteil vorhanden, und daher ist es möglich, die Säurebeständigkeit zu verbessern.
(11) Fluorapatit, erhalten durch Reaktion eines Hydroxylapatits mit mindestens einer Hydroxylgruppe mit einem Hydrogenfluorid mit einem Fluoratom, wobei die mindestens eine Hydroxylgruppe mit dem Fluoratom substituiert ist, bei dem bei Granulierung des Fluorapatits zu getrockneten Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 40 μm ± 5 μm die getrockneten Teilchen gesintert sind, um gesinterte Teilchen zu erhalten, eine Säule mit einem Füllraum bereit gestellt wird, die gesinterten Teilchen in den Füllraum eingefüllt werden, eine Pufferlösung mit einem pH-Wert 5 bei Raumtemperatur zubereitet wird, die Pufferlösung in den Füllraum eingeführt wird, um ein Ca enthaltendes Eluat zu erhalten, 50 CV des Eluats aus dem Füllraum der Säule mit einer Rate von 1,0 mL/min ausgegeben werden und 1 mL des Eluats erhalten wird, wobei die Konzentration von Ca in dem Eluat 12 ppm oder geringer ist. Das so erzeugte Fluorapatit hat eine noch bessere Säurebeständigkeit.
(12) Adsorptionsvorrichtung mit getrockneten Teilchen, erhalten durch Granulation des Fluorapatits nach Anspruch 10 oder mit gesinterten Teilchen, erhalten durch Sintern der getrockneten Teilchen als ein Adsorptionsmittel. Mit der vorstehend beschriebenen Adsorptionsvorrichtung ist ein Adsorptionsmittel vorgesehen, das eine hohe Säurebeständigkeit hat.

Da bei der vorliegenden Erfindung das Hydrogenfluorid als Fluorquelle verwendet wird, ist es möglich, das Fluorapatit ohne Verunreinigungen oder mit nur sehr geringen Verunreinigungen zu erhalten. Deshalb ist es möglich, das Fluorapatit mit hoher Kristallinität zu erhalten. Außerdem wird das vorstehend beschriebene Verfahren in einem Bereich geringer pH-Werte durchgeführt (Sauerbereich). Daher ist es möglich, die Säurebeständigkeit des erzeugten Fluorapatits zu verbessern.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt Pulver-Röntgenbeugungsmuster gesinterter Fluorapatitteilchen 1 der Beispiele 1 und 2 sowie des Vergleichsbeispiels 2.
2 zeigt eine graphische Darstellung der Änderung der Proteinseparationseigenschaften in einer in Beispiel 1 mit bei einer Temperatur von 400°C gesinterten Fluorapatitteilchen gefüllten Säule.
3 zeigt eine graphische Darstellung der Änderung der Proteinseparationseigenschaften in einer in Beispiel 2 mit bei einer Temperatur von 400°C gesinterten Fluorapatitteilchen gefüllten Säule.
4 zeigt eine graphische Darstellung der Änderung der Proteinseparationseigenschaften in einer in Vergleichsbeispiel 2 mit bei einer Temperatur von 400°C gesinterten Fluorapatitteilchen gefüllten Säule.
5 zeigt eine graphische Darstellung des Zusammenhangs des pH-Wertes einer Salpetersäurelösung und einer Menge von eluiertem Fe in der Salpetersäurelösung.
Bestmögliche Ausführung der Erfindung
Im Folgenden werden ein Verfahren zum Erzeugen von Fluorapatit, ein Fluorapatit und eine Adsorptionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eingehend unter Bezugnahme auf ihre vorzugsweisen Ausführungsformen beschrieben.
Zunächst wird das Verfahren zum Erzeugen von Fluorapatit gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Verfahren zum Erzeugen von Fluorapatit gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Schlämmezubereitungsschritt (S1), einen Zubereitungsschritt (S2) für eine Hydrogenfluorid enthaltende Lösung und einen Syntheseschritt (S3) für Fluorapatit. Im Folgenden werden diese Schritte nacheinander beschrieben.
<S1> Schlämmezubereitungsschritt
Zunächst wird eine Schlämme zubereitet, die Hydroxylapatit enthält.
Im Folgenden werden ein Verfahren zum Erzeugen primärer Hydroxylapatitteilchen und einer Schlämme beschrieben, in der Aggregate der primären Hydroxylapatitteilchen dispergiert sind.
Die primären Hydroxylapatitteilchen können nach verschiedenen Syntheseverfahren erhalten werden, vorzugsweise werden sie durch eine Feuchtsynthese synthetisiert, bei der mindestens eine Calciumquelle (Calciumverbindung) oder Phosphorsäurequelle (Phosphorsäureverbindung) in Form einer Lösung verwendet wird. Durch Anwenden eines Feuchtsyntheseverfahrens ist es möglich, feine primäre Hydroxylapatitteilchen zu bilden und dadurch die Schlämme zu erhalten, in der die Aggregate der primären Hydroxylapatitteilchen gleichmäßig dispergiert sind.
Ferner erfordert ein solches Feuchtsyntheseverfahren keine kostspieligen Produktionseinrichtungen und ermöglicht das einfache Zubereiten einer Schlämme sowie das effiziente Synthetisieren von Hydroxylapatit, um die primären Hydroxylapatitteilchen zu erzeugen.
Ferner haben die so erzeugten primären Hydroxylapatitteilchen eine geringe Größe und sind deshalb sehr stark reaktionsfähig mit dem Hydrogenfluorid in dem Schritt S3, der später beschrieben wird. Als Ergebnis erhält man die primären Fluorapatitteilchen mit einer hohen Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch Fluoratome.
Beispiele der in der Feuchtsynthese der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Calciumquelle sind Calciumhydroxid, Calciumoxid, Calciumnitrat u. ä.. Beispiele der bei der Feuchtsynthese nach der vorliegenden Erfindung zu verwendenden Phosphorsäurequelle sind Phosphorsäure, Ammoniumphosphat u. ä.. Darunter werden als Calciumquelle eine solche, die hauptsächlich das Calciumhydroxid oder das Calciumoxid enthält, und als Phosphorsäurequelle eine solche, die hauptsächlich die Phosphorsäure enthält, besonders vorzugsweise verwendet.
Durch Nutzen einer solchen Calciumquelle und Phosphorsäurequelle ist es möglich, die primären Hydroxylapatitteilchen effizienter und preiswert zu produzieren. Ferner kann auch, die Schlämme, in der die primären Hydroxylapatitteilchen oder ihre Aggregate dispergiert sind, leicht erhalten werden.
Genauer gesagt, können solche primären Hydroxylapatitteilchen und die Schlämme erhalten werden durch Eintropfen einer Phosphorsäure-(H₃PO₄)-Lösung in eine Suspension von Calciumhydroxid (Ca(OH)₂) oder von Calciumoxid (CaO) in einem Behälter und durch Vermischen mittels Rühren erhalten werden.
Die mittlere Teilchengröße der Aggregate solcher primärer Hydroxylapatitteilchen liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 1 bis 20 µm, insbesondere im Bereich von ca. 5 bis 12 µm. Dies vermeidet, ein erschwertes Handhaben der Aggregate wegen der kleinen Größe. Die mittlere Teilchengröße dieser Aggregate ist eine geeignete Größe, und deshalb können sie leicht mit dem Hydrogenfluorid in Kontakt gebracht werden, so dass die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits effizienter durch die Fluoratome substituiert werden.
Die Menge der in der Schlämme enthaltenen primären Hydroxylapatitteilchen liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 1 bis 20 Gewichtsprozent, insbesondere im Bereich von ca. 5 bis 12 Gewichtsprozent. Dies ermög licht ein effizienteres Substituieren der Hydroxylgruppen an dem Hydroxylapatit durch die Fluoratome in dem noch zu beschreibenden Schritt S3. Zusätzlich ist es auch möglich, die Schlämme mit relativ geringer Energie in dem noch zu beschreibenden Schritt S3 ausreichend zu rühren und dadurch eine gleichmäßige Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome in den primären Hydroxylapatitteilchen zu erreichen.
<S2> Zubereiten der Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung
Eine Hydrogenfluorid enthaltende Lösung wird separat zu der das Hydroxylapatit enthaltenden Schlämme zubereitet.
Ein Lösungsmittel zum Auflösen des Hydrogenfluorids ist nicht besonders eingeschränkt, jedes Lösungsmittel kann verwendet werden, solange es die in dem noch zu beschreibenden Schritt S3 auszuführende Reaktion nicht behindert.
Beispiele eines solchen Lösungsmittels sind Wasser, ein Alkohol wie Methanol und Ethanol u. ä.. Diese Lösungsmittel können in Kombination von zweien oder mehreren verwendet werden. Besonders vorzugsweise wird Wasser verwendet. Durch Anwenden von Wasser als Lösungsmittel kann das Behindern der in dem noch zu beschreibenden Schritt S3 auszuführenden Reaktion zuverlässiger vermieden werden.
Die Menge des in der Lösung enthaltenen Hydrogenfluorids liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 1 bis 60 Gewichtsprozent, insbesondere im Bereich von ca. 2,5 bis 10 Gewichtsprozent. Durch Einstellen der Menge des Hydrogenfluorids in der Lösung auf einen Wert in dem obigen Bereich kann der pH-Wert der Schlämme, in die die Hydrogenfluoridlösung eingegeben wird, auf einen Wert in einem gewünschten Bereich in dem noch zu beschreibenden Schritt S3 leicht eingestellt werden. Außerdem ist es auch möglich, einen extrem geringen pH-Wert der Hydrogenfluoridlösung zu vermeiden und dadurch diese Lösung sicher zu handhaben.
<S3> Fluorapatitsynthese
Dann werden die in Schritt S1 zubereitete Schlämme und die in Schritt S2 zubereitete Hydrogenfluoridlösung miteinander gemischt, um die primären Hydroxylapatitteilchen mit dem Hydrogenfluorid in der die Hydrogenfluoridlösung enthaltenden Schlämme zur Reaktion zu bringen, um primäre Fluorapatitteilchen zu erhalten.
Genauer gesagt und wie die folgende Formel (I) zeigt, ist es möglich, durch Zusammenbringen der primären Hydroxylapatitteilchen und des Hydrogenfluorids zumindest einen Teil der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch das Fluoratom des Hydrogenfluorids zu substituieren und das Hydroxylapatit in Fluorapatit umzuwandeln, wobei sich die primären Fluorapatitteilchen ergeben. Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ → Ca₁₀(PO₄)₆(OH)_2-2xF_2x (I)(wobei 0 < x ≤ 1)
Wie vorstehend beschrieben, können die primären Fluorapatitteilchen leicht erzeugt werden, indem die primären Hydroxylapatitteilchen mit dem Hydrogenfluorid in der Schlämme, die die primären Hydroxylapatitteilchen enthält, zur Reaktion gebracht werden.
Da ferner die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome während der Stufe der primären Hydroxylapatitteilchen substituiert werden, haben die erhaltenen primären Fluorapatitteilchen eine besonders hohe Substitutionsrate der Hydroxylgruppen durch die Fluoratome.
Da Hydrogenfluorid (HF) als Fluorquelle verwendet wird, wird kein Nebenprodukt erzeugt oder die Menge eines erzeugten Nebenprodukts ist extrem gering, verglichen mit der Verwendung von Ammoniumhydrogenfluorid (NH₄F), Lithiumfluorid (LiF), Natriumfluorid (NaF), Kaliumfluorid (KF), Magnesiumfluorid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂) o. ä. als Fluorquelle. Deshalb kann die Menge einer Verunreinigung (Nebenprodukt) in den primären Fluorapatitteilchen klein gehalten werden, so dass die Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen verbessert ist. Es sei bemerkt, dass die Bezeichnung „Verunreinigung" Ammoniak, Lithium o. ä. betrifft, abgeleitet von einem Rohmaterial des Fluorapatits.
Genauer gesagt, ist der Verunreinigungsanteil des Fluorapatits vorzugsweise möglichst klein. Beispielsweise liegt er vorzugsweise bei 300 ppm oder weniger, insbesondere bei 100 ppm oder weniger. Dies ermöglicht eine weitere Verbesserung der Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen infolge ihres geringen Verunreinigungsanteils.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, durch Einstellen der Reaktionsbedingungen (d. h. pH-Wert, Temperatur, Zeit) der Reaktion des Hydroxylapatits (primäre Teilchen) und des Hydrogenfluorids den Verunreinigungsanteil in den primären Fluorapatitteilchen in dem obigen Bereich zu halten.
Insbesondere wird gemäß der vorliegenden Erfindung der pH-Wert der Schlämme so eingestellt, dass er in den Bereich von 2,5 bis 5 fällt, indem die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung mit der Schlämme gemischt wird, und in diesem Zustand reagiert das Hydroxylapatit (primäre Teilchen) mit dem Hydrogenfluorid. In dieser Hinsicht ist zu bemerken, dass in dieser Beschreibung der pH-Wert der Schlämme einen pH-Wert zu dem Zeitpunkt meint, wenn die gesamte Menge der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit der Schlämme gemischt wird.
Wenn der pH-Wert der Schlämme auf weniger als 2,5 eingestellt ist, tritt eine Tendenz auf, dass sich das Hydroxylapatit selbst auflöst. Deshalb wird es schwierig, das Hydroxylapatit in das Fluorapatit umzusetzen, um primäre Fluorapatitteilchen zu erhalten. Ferner tritt hierbei auch ein Problem auf, dass die Bestandteile einer Vorrichtung zum Mischen der primären Hydroxylapatitteilchen mit der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme eluiert werden, so dass primäre Fluorapatitteilchen geringer Reinheit erhalten werden. Ferner ist es technisch sehr schwierig, den pH-Wert der Schlämme bei Verwendung der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung auf einen niedrigen Wert unter 2,5 einzustellen.
Andererseits muss zum Einstellen des pH-Wertes der Schlämme auf über 5 bei Anwenden der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung eine große Menge Wasser in die Schlämme eingegeben werden. In diesem Fall wird die Gesamtmenge der Schlämme extrem groß, und als Ergebnis zeigt sich eine geringere Ausbeute der primären Fluorapatitteilchen, bezogen auf die Gesamtmenge der Schlämme. Dies ist industriell nachteilig.
Entgegen den vorstehenden beiden Fällen neigt das bei einem pH-Wert der Schlämme im Bereich von 2,5 bis 5 durch die Reaktion erzeugte Fluo rapatit (primäre Teilchen) zum Auflösen und wird dann rekristallisiert. Deshalb erhält man primäre Fluorapatitteilchen mit hoher Kristallinität.
Es sei bemerkt, dass, wie oben beschrieben, der pH-Wert der Schlämme so eingestellt sein sollte, dass er in den Bereich von 2,5 bis 5 fällt, vorzugsweise wird er jedoch so eingestellt, dass er im Bereich von ca. 2,5 bis 4,5 liegt, insbesondere im Bereich von ca. 2,7 bis 4. Durch Einstellen des pH-Wertes der Schlämme auf einen Wert in diesem Bereich ist es möglich, die primären Fluorapatitteilchen mit hoher Kristallinität und guter Ausbeute leichter zu erhalten.
Die Schlämme und die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung können gleichzeitig miteinander gemischt werden, vorzugsweise werden sie aber durch tropfenweise Zugabe (Eintropfen) der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme gemischt. Durch Eintropfen der Lösung in die Schlämme ist es möglich, die primären Hydroxylapatitteilchen relativ leicht mit dem Hydrogenfluorid zur Reaktion zu bringen und leichter und zuverlässiger den pH-Wert der Schlämme auf einen Wert in dem obigen Bereich einzustellen. Deshalb kann das Zerfallen oder die Auflösung des Hydroxylapatits selbst verhindert und dadurch primäre Fluorapatitteilchen hoher Reinheit in guter Ausbeute erhalten werden.
Die Tropfrate der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 1 bis 20 L/h, insbesondere im Bereich von ca. 3 bis 10 L/h. Durch Mischen (Zugabe) der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit (in) der Schlämme mit einer solchen Tropfrate ist es möglich, die primären Hydroxylapatitteilchen unter milderen Bedingungen mit dem Hydrogenfluorid zur Reaktion zu bringen.
Ferner wird die Reaktion der primären Hydroxylapatitteilchen und des Hydrogenfluorids vorzugsweise unter Rühren der Schlämme ausgeführt. Durch Rühren der Schlämme ist es möglich, die primären Hydroxylapatitteilchen in gleichmäßigen Kontakt mit dem Hydrogenfluorid zu bringen und dadurch die Reaktion zwischen den primären Hydroxylapatitteilchen und dem Hydrogenfluorid effizient zu gestalten. Zusätzlich ist es auch möglich, die primären Fluorapatitteilchen gleichmäßiger in der Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome zu erhalten. Durch Verwenden solcher primärer Fluorapatitteilchen ist es möglich, z. B. ein Adsorptionsmittel (getrocknete oder gesinterte Teilchen) mit geringeren charakteristischen Unterschieden und hoher Zuverlässigkeit zu erzeugen.
In diesem Fall liegt die Rührleistung für die Schlämme vorzugsweise im Bereich von ca. 1 bis 10 kW, insbesondere im Bereich von 1 bis 5 kW pro Liter Schlämme. Durch Einstellen der Rührleistung auf einen Wert in diesem Bereich ist es möglich, die Effizienz der Reaktion zwischen den primären Hydroxylapatitteilchen und dem Hydrogenfluorid weiter zu verbessern.
Die Menge des zu mischenden Hydrogenfluorids wird so bestimmt, dass ein Anteil der Fluoratome vorzugsweise im Bereich von 0,65 bis 1,25, insbesondere im Bereich von ca. 0,75 bis 1,15 der Menge der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits liegt. Dies ermöglicht eine effizientere Substitution der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome.
Die Temperatur der Reaktion zwischen den primären Hydroxylapatitteilchen und dem Hydrogenfluorid ist nicht besonders begrenzt, vorzugsweise liegt sie im Bereich von ca. 5 bis 50°C, insbesondere im Bereich von ca. 20 bis 40°C. Durch Einstellen der Temperatur auf einen Wert in diesem Bereich ist es möglich, den Zerfall oder die Auflösung des Hydroxylapatits (primäre Teilchen) auch dann zu verhindern, wenn der pH-Wert der Schlämme niedrig eingestellt ist. Ferner ist es auch möglich, die Reaktionsrate zwischen den primären Hydroxylapatitteilchen und dem Hydrogenfluorid zu verbessern. Außerdem ist es auch möglich, die Rekristallisation des erzeugten Fluorapatits effizient zu unterstützen und dabei primäre Fluorapatitteilchen zu erhalten.
In diesem Fall wird das Hydrogenfluorid vorzugsweise in die Schlämme, die die primären Hydroxylapatitteilchen enthält für eine Zeit von ca. 30 Minuten bis 16 Stunden eingetropft (eingegeben), insbesondere für eine Zeit von ca. 1 bis 8 Stunden. Durch Eintropfen des Hydrogenfluorids in die die primären Hydroxylapatitteilchen enthaltende Schlämme in einer solchen Zeit zum Reagieren der primären Hydroxylapatitteilchen mit dem Hydrogenfluorid ist es möglich, die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatis durch die Fluoratome ausreichend zu substituieren. Es sei bemerkt, dass auch wenn die Zeit zum Eintropfen des Hydrogenfluorids in die Schlämme verlängert wird, um den oberen Grenzwert zu überschreiten, eine weitere Reaktion zwischen den primären Hydroxylapatitteilchen und dem Hydrogenfluorid nicht zu erwarten ist.
In oben beschriebener Weise wird mindestens ein Teil der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome substituiert, so dass sich Fluorapatit ergibt.
Das Fluorapatit ist nicht auf reines Fluorapatit beschränkt, wie es die oben genannte Formel (I) angibt, bei der der Grad x der Halogenierung den Wert 1 hat (d. h. Fluorapatit, erhalten durch Substitution aller Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome). Es ist auch Fluorapatit vorhanden, das sich durch Substitution nur eines Teils der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome ergibt.
Ferner ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits nicht nur an der Oberfläche, sondern auch im Inneren der primären Hydroxylapatitteilchen durch die Fluoratome zu substituieren. Genauer gesagt, ist es möglich, 75% oder mehr der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome zu substituieren. Durch geeignetes Regulieren der Reaktionsbedingungen (d. h. pH-Wert, Temperatur, Zeit, Menge des zu mischenden Hydrogenfluorids) der Reaktion zwischen den primären Hydroxylapatitteilchen und dem Hydrogenfluorid ist es ferner möglich, 95% oder mehr der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome zu substituieren. Es sei bemerkt, dass das durch Substitution von 50% oder mehr der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome erhaltene Fluorapatit vorzuziehen ist, da es eine besonders ausgezeichnete Säurebeständigkeit hat.
Ferner enthalten solche primären Fluorapatitteilchen einen sehr geringen Verunreinigungsanteil und haben daher eine stabile und ausgezeichnete Säurebeständigkeit.
Der Grad der Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen kann z. B. nach folgendem Verfahren bestimmt werden.
Der Grad der Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen kann dadurch bestimmt werden, dass die primären Fluorapatitteilchen oder gesinterte Teilchen, die sich durch Sintern getrockneter Teilchen nach Granulieren der primären Fluorapatitteilchen ergeben, mit einer Säurelösung in Kontakt gebracht werden und dann der Anteil Ca gemessen wird, der aus den primären Fluorapatitteilchen oder den gesinterten Teilchen eluiert wird.
Beispielsweise werden gesinterte Teilchen, die sich durch Sintern von Teilchen (trockene Teilchen) nach Granulieren des Fluorapatits mit einer mittleren Teilchengrösse von 40 μm ± 5 μm ergeben, in den Füllraum einer Säule eingefüllt und dann 50 CV (1 CV = 1,256 mL) einer Pufferlösung mit dem pH-Wert 5 (bei Raumtemperatur) durch den Füllraum der Säule mit einer Geschwindigkeit von 1,0 mL/Minute hindurchgeführt, um ein Eluat zu erhalten. Dann wird 1 mL des Eluats zunächst aus dem Füllraum der Säule ausgegeben, und die Ca-Konzentration des Eluats wird gemessen, um den Grad der Säurebeständigkeit der gesinterten Teilchen zu bestimmten.
Die Ca-Konzentration der vorstehenden Messung ist möglichst gering, d. h. sie sollte möglichst dem Wert „0 ppm" nahe kommen. Genauer gesagt, ist die Ca-Konzentration vorzugsweise 12 ppm oder weniger, insbesondere 10 ppm oder weniger, vorzugsweise 5 ppm oder weniger. Wenn die Konzentration des Ca, das aus dem gesinterten Teilchen (Fluorapatitteilchen) eluiert wurde, gering ist, kann festgestellt werden, dass die Fluorapatitteilchen eine extrem hohe Säurebeständigkeit haben.
Beispiele der zum Bestimmen des Grades der Säurebeständigkeit zu verwendenden Pufferlösung sind ohne Einschränkung ein Natriumphosphat puffer und Phosphat-, Acetat-, Zitrat-, Carbonat-, Succinat-, und Glycinpuffer.
Ferner liegt die Salzkonzentration der Pufferlösung vorzugsweise im Bereich von ca. 100 bis 700 mM, insbesondere im Bereich von ca. 300 bis 500 mM.
Die getrockneten Teilchen des Fluorapatits können durch Trocknen oder Granulieren der die primären Fluorapatitteilchen enthaltenden Schlämme erhalten werden, und die getrockneten Teilchen können ferner gesintert werden, um Sinterteilchen zu erhalten. Wenn das Fluorapatit als Adsorptionsmittel verwendet wird, werden wegen ihrer mechanischen Festigkeit vorzugsweise Sinterteilchen verwendet. Ist die Belastung des Adsorptionsmittels relativ gering, so können auch getrocknete Teilchen verwendet werden. Durch Verwenden eines solchen Adsorptionsmittels als stationäre Phase einer Adsorptionsvorrichtung bei der Chromatographie ist es möglich, den Wahlbereich der Bedingungen zum Separieren oder zur Adsorption eines zu prüfenden Objekts (z. B. Protein) auszudehnen und dadurch eine solche Adsorptionsvorrichtung bei der Chromatographie in einem weiteren Bereich (Felder) einzusetzen.
Es sei bemerkt, dass ein Verfahren zum Trocknen oder Granulieren der Schlämme, die die primären Fluorapatitteilchen enthält, nicht besonders begrenzt ist, und ein Beispiel für ein solches Verfahren ist das Sprühtrocknen mit einem Sprühtrockner u. ä..
Die Sintertemperatur der getrockneten Teilchen liegt vorzugsweise im Bereich von ca. 200 bis 800°C, insbesondere im Bereich von ca. 400 bis 700°C. Durch Einstellen der Sintertemperatur auf einem Wert in diesem Bereich ist es möglich, ein Adsorptionsmittel mit ausgezeichneter mechanischer Festigkeit zu erhalten, wobei Zwischenräume (Poren) in den primären Fluorapatitteilchen oder zwischen benachbarten primären Fluorapatitteilchen (d. h. Aggregate) verbleiben können. Die Verwendung des Fluorapatits ist nicht auf ein solches Adsorptionsmittel beschränkt. Beispielsweise können die getrockneten Fluorapatitteilchen geformt und dann gesintert werden, um einen Sinterkörper zu erhalten. Dieser Sinterkörper kann dann als künstliches Knochenmaterial oder Dental-Wurzelmaterial verwendet werden.
Obwohl das Verfahren zum Erzeugen des Fluorapatits, das Fluorapatit selbst und die Adsorptionsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung vorstehend unter Bezugnahem auf vorzugsweise Ausführungsformen beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung auf diese nicht beschränkt.
Beispielsweise wurden die obigen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf einen representativen Fall beschrieben, in dem das Fluorapatit unter Verwendung einer das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung und der primären Hydroxylapatitteilchen erzeugt wird. Es können aber auch getrocknete Hydroxylapatitteilchen verwendet werden, die sich durch Granulieren der primären Hydroxylapatitteilchen ergeben oder es können gesinterte Hydroxylapatitteilchen anstelle der primären Hydroxylapatitteilchen verwendet werden. Auch in diesem Fall ist es durch Substituieren der Hydroxylgruppen der primären Hydroxylapatitteilchen durch die Fluoratome des Hydrogenfluorids wie bei den vorstehenden Ausführungsformen möglich, die Substitutionsrate der Hydroxylgruppen durch die Fluoratome zu erhöhen und dadurch das Fluorapatit mit ausgezeichneter Säurebeständigkeit zu erhalten.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf tatsächliche Beispiele beschrieben.
1. Erzeugen von Fluorapatit
(Beispiel 1)
Zunächst wurde Calciumhydroxid in reinem Wasser suspendiert, um eine Calciumhydroxid-Suspension zu erhalten, und dann wurde eine wässrige Phosphorsäurelösung in die Calciumhydroxid-Suspension eingetropft, während die Calciumhydroxid-Suspension hinreichend gerührt wurde. Als Ergebnis wurden 500 L einer Schlämme erhalten, die 10 Gewichtsprozent primärer Hydroxylapatitteilchen enthielt.
Es sei bemerkt, dass die so erhaltenen primären Hydroxylapatitteilchen durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung als Hydroxylapatit festgestellt wurden.
Andererseits wurde Hydrogenfluorid in reinem Wasser aufgelöst, so dass sein Anteil 5 Gewichtsprozent betrug, um eine Hydrogenfluorid enthaltende Lösung zuzubereiten.
Dann wurden 41,84 L der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme mit einer Rate von 5 L/h eingeträufelt, während die Schlämme mit einer Rührleistung von 1 kW gerührt wurde.
Es ist zu bemerken, dass die Schlämme den pH-Wert 3,00 hatte, als das Eintropfen der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung beendet wurde. Der Anteil des mit der Schlämme zu mischenden Hydrogenfluorids wurde so bestimmt, dass die Menge der Fluoratome etwa das 1,05-fache der Menge der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits betrug.
Ferner wurde die Schlämme mit einer Rührleistung von 1 kW bei 30°C für 24 Stunden gerührt, um die primären Hydroxylapatitteilchen mit dem Hydrogenfluorid zur Reaktion zu bringen. Daraus ergab sich eine Schlämme, die primäre Fluorapatitteilchen enthielt.
Es ist zu bemerken, dass ein Reaktionsprodukt in der Schlämme, nämlich die primären Fluorapatitteilchen, durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung als Fluorapatit festgestellt wurde. Ferner ergab die Pulver-Röntgenbeugungsmessung der primären Fluorapatitteilchen eine Substitutionsrate der Hydroxylgruppen durch die Fluoratome von etwa 100%.
Ferner ergab die Pulver-Röntgenbeugungsmessung getrockneter Teilchen des Fluorapatits keine Produkte außer dem Fluorapatit.
Dann wurde die die primären Fluorapatitteilchen enthaltende Schlämme bei 150°C sprühgetrocknet unter Verwendung eines Sprühtrockners (hergestellt von OHKAWARA KAKOHKI Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung „OC-20"), um getrocknete Teilchen zu erzeugen (im Folgenden als „getrocknete Fluorapatitteilchen" bezeichnet).
Dann wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen klassiert, um Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 40 μm zu erhalten, und dann wurden diese Teilchen in einem Elektroofen bei 400°C für 4 Stunden gesintert, um gesinterte Fluorapatitteilchen 1 zu erhalten. Ferner wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen klassiert, um Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von ca. 40 μm zu erhalten, und dann wurden diese Teilchen in einem Elektroofen bei 700°C für 4 Stunden gesintert, um gesinterte Fluorapatitteilchen 2 zu erhalten.
Es ist zu bemerken, dass jede der beiden Arten der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 (Adsorptionsmittel) eine mittlere Teilchengröße von ca. 40 μm hatte.
(Beispiel 2)
Primäre Fluorapatitteilchen, getrocknete Fluorapatitteilchen und gesinterte Fluorapatitteilchen 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 erzeugt mit dem Unterschied, dass der pH-Wert der Schlämme bei Ende des Eintropfens der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung auf 3,36 eingestellt wurde, indem reines Wasser in die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung eingegeben wurde.
Es ist zu bemerken, dass die primären Fluorapatitteilchen eine Substitutionsrate der Hydroxylgruppen durch Fluoratome von etwa 75% hatten. Ferner ergab sich durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung der getrockneten Fluorapatitteilchen, dass keine anderen Produkte als das Fluorapatit vorhanden waren.
Es ist auch zu bemerken, dass die getrockneten Fluorapatitteilchen eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 μm hatten, und dass jede der beiden Arten der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 (Adsorptionsmittel) gleichfalls eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 μm hatten.
(Beispiel 3)
Primäre Fluorapatitteilchen, getrocknete Fluorapatitteilchen und gesinterte Fluorapatitteilchen 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 erzeugt mit dem Unterschied, dass der pH-Wert der Schlämme bei Ende des Eintropfens der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung auf 3,96 eingestellt wurde, indem reines Wasser in die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung eingegeben wurde.
Es ist zu bemerken, dass die primären Fluorapatitteilichen eine Substitutionsrate der Hydroxylgruppen durch Fluoratome von etwa 50% hatten. Ferner ergab sich durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung der getrockneten Fluorapatitteilchen, dass keine anderen Produkte als das Fluorapatit und das Hydroxylapatit erfasst wurden.
Es ist auch zu bemerken, dass die getrockneten Fluorapatitteilchen eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 µm hatten, und dass jede der beiden Arten der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 (Adsorptionsmittel) gleichfalls eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 µm hatten.
(Vergleichsbeispiel 1)
Primäre Fluorapatitteilchen, getrocknete Fluorapatitteilchen und gesinterte Fluorapatitteilchen 1 und 2 wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 erzeugt mit dem Unterschied, das der pH-Wert der Schlämme bei Ende des Eintropfens der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung auf 6,03 eingestellt wurde, indem reines Wasser in die das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung eingegeben wurde.
Es ist zu bemerken, dass die primären Fluorapatitteilchen eine Substitutionsrate der Hydroxylgruppen durch Fluoratome von etwa 25% hatten, also weniger als diejenigen der Beispiele 1 bis 3.
Ferner ergab sich durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung der getrockneten Fluorapatitteilchen, dass keine anderen Produkte als das Fluorapatit und das Hydroxylapatit erfasst wurden.
Die getrockneten Fluorapatitteilchen hatten eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 μm, und jede der beiden Arten der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 (Adsorptionsmittel) hatten gleichfalls eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 μm.
Im Fall des Vergleichsbeispiels 1 betrug der Anteil des in der die primären Fluorapatitteilchen enthaltenden Schlämme vorhandenen Fluorapatits vor der Sprühtrocknung 0,14 Gewichtsprozent, also das etwa 1,6 × 10^–2-fache des Fluorapatits in der Schlämme des Beispiels 1 (9,0 Gewichtsprozent). Deshalb muss, um denselben Anteil getrockneter Fluorapatitteilchen wie in Beispiel 1 zu erhalten, die Schlämme mit einer Menge zubereitet werden, die das etwa 64-fache der Schlämme in Beispiel 1 ist. Das Sprühtrocknen einer solch großen Menge der Schlämme ist also zeit- und arbeitsaufwendig. Aus diesem Grund wird es als schwierig angesehen, das in dem Vergleichsbeispiel 1 beschriebene Verfahren bei der industriellen Produktion anzuwenden.
(Vergleichsbeispiel 2)
Zunächst wurde eine Schlämme mit 10 Gewichtsprozent primärer Hydroxylapatitteilchen in derselben Weise wie in Beispiel 1 zubereitet.
Dann wurden 4,5 L einer wässrigen 6M-Ammoniumhydrogenfluoridlösung in 20 L der Schlämme mit einer Rate von 1,2 L/h eingetropft, während die Schlämme mit einer Rührleistung von 1 kW gerührt wurde.
Es ist zu bemerken, dass die Schlämme bei Abschluss des Eintropfens der wässrigen Ammoniumhydrogenfluoridlösung den pH-Wert 7,00 hatte.
Ferner wurde die Schlämme mit einer Rührleistung von 1 kW bei 30°C für 24 Stunden gerührt, um die primären Hydroxylapatitteilchen und das Ammoniumhydrogenfluorid zur Reaktion zu bringen. Es ergab sich eine Schlämme mit primären Fluorapatitteilchen.
Es ist zu bemerken, dass ein Reaktionsprodukt in der Schlämme, nämlich die primären Fluorapatitteilchen durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung als Fluorapatit festegestellt wurde. Ferner ergab sich durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung der primären Fluorapatitteilchen eine Substitutionsrate der Hydroxylgruppen durch die Fluoratome von etwa 70%.
Dann wurde die Schlämme mit den primären Fluorapatitteilchen bei 150°C unter Verwendung desselben Sprühtrockners wie in Beispiel 1 sprühgetrocknet, um teilchenförmige getrocknete Teilchen zu erhalten (im Folgenden als „getrocknete Fluorapatitteilchen" bezeichnet).
Dann wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen klassiert, um Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 40 μm zu erhalten, und diese Teilchen wurden in einem Elektroofen bei 400°C für 4 Stunden gesintert, um gesinterte Fluorapatitteilchen 1 zu erhalten. Ferner wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen klassiert, um Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 40 μm zu erhalten, und dann, wurden diese Teilchen in einem Elektroofen bei 700°C für 4 Stunden gesintert, um gesinterte Fluorapatitteilchen 2 zu erhalten.
Es sei bemerkt, dass jede der beiden Arten gesinterter Fluorapatitteilchen 1 und 2 (Adsorptionsmittel) eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 μm hatte.
Ferner wurde jede der beiden Arten der Fluorapatitteilchen (d. h. die durch Sprühtrocknen nach Synthese des Fluorapatits erhaltenen getrockneten Fluorapatitteilchen und die durch Sintern der getrockneten Fluorapatitteilchen bei 400°C erhaltenen gesinterten Fluorapatitteilchen 1) mit reinem Wasser dreimal gewaschen und dann für einen Tag stehen gelassen, um einen Überstand zu erhalten. Dann wurde Nessler-Reagens den so erhaltenen zwei Arten von Überständen hinzugefügt, und als Ergebnis färbten sie sich braun. Aus den Ergebnissen ist festzustellen, dass ein Teil des Ammoniaks aus dem primären Fluorapatitteilchen frei gesetzt wurde. Ferner wurden die drei Arten getrockneter Fluorapatitteilchen und die drei Arten gesinterter Fluorapatitteilchen 1, die sich durch die Beispiele 1 bis 3 ergaben, gleichfalls in derselben Weise wie oben beschrieben behandelt, um Überstände zu erhalten, und dann wurde Nessler-Reagens den Überständen hinzugefügt, jedoch färbte sich keiner von ihnen braun.
(Bezugsbeispiel)
Eine Schlämme mit primären Hydroxylapatitteilchen wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 erhalten.
Dann wurde die die primären Hydroxylapatitteilchen enthaltende Schlämme bei 150°C mit demselben Sprühtrockner wie in Beispiel 1 sprühgetrocknet, um teilchenförmige getrocknete Teilchen zu erhalten (im Folgenden als „getrocknete Hydroxylapatitteilchen" bezeichnet).
Dann wurde ein Teil der getrockneten Hydroxylapatitteilchen klassiert, um Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 40 μm zu erhalten, und diese Teilchen wurden in einem Elektroofen bei 400°C für 4 Stunden gesintert, um gesinterte Hydroxylapatitteilchen 1 zu erhalten. Ferner wurde ein Teil der getrockneten Hydroxylapatitteilchen klassiert, um Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 40 μm zu erhalten, und dann wurden diese Teilchen in einem Elektroofen bei 700°C für 4 Stunden gesintert, um gesinterte Hydroxylapatitteilchen 2 zu erhalten.
Es ist zu bemerken, dass jede dieser beiden Arten gesinterter Hydroxylapatitteilchen 1 und 2 (Adsorptionsmittel) eine mittlere Teilchengröße von etwa 40 μm hatte.
2. Auswertung
2-1. Auswertung der Kristallinität durch Pulver-Röntgenbeugungsmessung
Jede Art der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurde der Pulver-Röntgenbeugungsmessung unterzogen, um ein Muster mit Spitzen und einer Hauptspitze zu erhalten.
Als ein Ergebnis aus der Anzahl Zählungen in der Hauptspitze usw. hat sich gezeigt, dass die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 der Beispiele 1 bis 3 eine hohe Kristallinität haben, während die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 der Vergleichsbeispiele 1 und 2 eine geringe Kristallinität haben.
Die Pulver-Röntgenbeugungsmuster der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 der Beispiele 1 und 2 und des Verlgeichsbeispiel 2 sind in 1 representativ dargestellt.
2-2. Auswertung der Kristallinität durch Ca-Elution
Jede der vier Arten gesinterter Fluorapatitteilchen (d. h. die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Beispiels 1 und des Beispiels 2, gesintert bei 400°C, und die gesinterten Fluorapatitteilchen 2 des Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2, gesintert bei 700°C) wurde in den Füllraum einer Säule („LCI-1116WF-4,0 × 100-2 PL-PEEK", Sugiyama Shoji Co., Ltd., Innendurchmesser: 4,0 mm, Länge: 100 mm) eingefüllt, so dass der Füllraum der Säule praktisch vollständig mit jeder Art der gesinterten Fluorapatitteilchen gefüllt war. Auf diese Weise ergaben sich Säulen, gefüllt mit den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Beispiels 1, den gesinterten Fluorapatitteilchen 2 des Beispiels 1, den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Vergleichsbeispiels 2 und den gesinterten Fluorapatitteilchen 2 des Vergleichsbeispiels 2.
Es ist zu bemerken dass die Kapazität des Füllraums einer jeden Säule 1,256 mL betrug.
Dann wurden 50 CV (1 CV = 1,256 mL) eines Natriumphosphatpuffers mit 400 mM (pH-Wert 5 und 25°C) durch jeden Füllraum der Säulen mit einer Rate von 1,0 mL/min geführt, und dann wurde 1 mL eines Eluats erhalten, das anfangs aus dem Füllraum der Säule ausgegeben wurde.
Die Ca-Konzentrationen der Eluate aus den mit den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Beispiels 1, den gesinterten Fluorapatitteilchen 2 des Beispiels 1, den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Vergleichsbeispiels 2 und den gesinterten Fluorapatitteilchen 2 des Vergleichsbeispiels 2 gefüllten Säulen sind in Tabelle 1 aufgeführt.
TABELLE 1
Wie aus den Ca-Konzentrationen der Tabelle 1 hervorgeht, wurde die Freisetzung von Ca aus den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 des Beispiels 1 in das Eluat richtig unterdrückt, verglichen mit dem Fall der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 des Vergleichsbeispiels 2.
Aus den Ergebnissen kann entnommen werden, dass die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 des Beispiels 1 eine höhere Säurebeständigkeit als die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und 2 des Vergleichsbeispiels 2 haben. Ferner wurden eine Säule, gefüllt mit gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Beispiels 2, gesintert bei 400°C, und eine Säule, gefüllt mit den gesinterten Hydroxylapatitteilchen 1 des Bezugsbeispiels, gesintert bei 400°C, hergestellt, und die Ca-Konzentrationen der Eluate wurden in derselben Weise wie oben beschrieben gemessen. Als ein Ergebnis, darge stellt in Tabelle 1, betrug die Ca-Konzentration des Eluats aus der mit den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Beispiels 2 gefüllten Säule 6,37 ppm, und die Ca-Konzentration des Eluats aus der mit den gesinterten Hydroxylapatitteilchen 1 des Bezugsbeispiels gefüllten Säule 70,60 ppm.
2-3. Auswertung der Änderung der Protein-Adsorptionsfähigkeit
Jede der sechs Arten gesinterter Teilchen (d. h. die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 der Beispiele 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und die gesinterten Hydroxylapatitteilchen 1 des Bezugsbeispiels) wurden in den Füllraum einer Säule („LCI-116WF-4,0 × 100-2 PL-PEEK", Sugiyama Shoji Co., Ltd., Innendurchmesser: 4.0 mm, Länge: 100 mm) eingefüllt, so dass der Füllraum fasst vollständig mit den gesinterten Teilchen gefüllt war. Auf diese Weise ergaben sich Säulen, gefüllt mit den sechs Arten gesinterter Teilchen 1 der Beispiele 1 bis 3, der Vergleichsbeispiele 1 und 2 und des Bezugsbeispiels.
Es ist zu bemerken, dass die Kapazität des Füllraums einer jeden Säule 1,256 mL betrug.
Dann wurden 125,6 mL eines 400 mM Natriumphosphatpuffers (pH-Wert 5 und 25°C) durch jede der Säulen mit einer Rate von 1,0 mL/min hindurchgeführt.
Dann wurde eine Probe durch Auflösen von Myoglobin, Ovalbumin, α-Chymotrypsinogen A und Cytochrome C in einem 1 mM-Natriumphosphatpuffer (pH 6,8) zubereitet, so dass die Konzentrationen jeweils 5 mg/mL, 10 mg/mL, 5 mg/mL und 5 mg/mL betrugen, und 50 μl der Probe wurden in jeden der Füllräume der Säulen eingegeben.
Dann wurde ein Phosphatpuffer (pH 6,8) in jeden Füllraum der Säulen eingegeben. Der eingegebene Phosphatpuffer wurde mit einer Rate von 1 mL/min für 22 Minuten hindurchgeführt, und dann wurde jeweils das Adsorptionsvermögen von Myoglobin, Ovalbumin, α-Chymotrypsinogen A und Cytochrome C in dem aus der Säule ausgegebenen Phosphatpuffer bei einer Wellenlänge von 280 nm gemessen.
Es ist zu bemerken, dass der Phosphatpuffer (pH 6,8) in jede der Säulen derart eingegeben wurden, dass ein Mischungsverhältnis eines 400 mM-Phosphatpuffers mit einem 10 mM-Phosphatpuffer während einer Zeit von 1 bis 16 Minuten von 0 bis 75% erhöht wurde und dann nach der 16. Minute für 5 Minuten auf 100% gehalten wurde.
Es ist zu bemerken, dass auch vor dem Durchlaufen des Natriumphosphatpuffers mit pH-Wert 5 durch die Säulen in vorstehend beschriebener Weise die Separation von Myoglobin, Ovalbumin, α-Chymotrypsinogen A und Cytochrome C in jeder der Säulen unter den selben Bedingungen wie oben beschrieben ausgeführt wurde.
Eine Änderung der Protein-Separationseigenschaften (d. h. Myoglobin, Ovalbumin, α-Chymotrypsinogen A und Cytochrome C) der gesinterten Teilchen vor und nach dem Zuführen des Natriumphosphatpuffers mit pH-Wert 5 in den Füllraum einer jeden Säule wurde jeweils geprüft.
Als ein Ergebnis wurde keine Änderung der Protein-Separationseigenschaften in allen Fällen festgestellt, in denen die mit den drei Arten gesinterter Fluorapatitteilchen 1 der Beispiele 1 bis 3 gefüllten Säulen verwendet wurden.
Andererseits neigte in allen Fällen, in denen die mit den beiden Arten der gesinterten Fluorapatitteilchen 1 des Vergleichsbeispiels 1 und 2 jeweils gefüllten Säulen und die mit den gesinterten Hydroxylapatitteilchen 1 des Bezugsbeispiels gefüllte Säule verwendet wurden, jedes Myoglobin zur früheren Elution, wenn die Proteinseparation nach dem Zuführen des Natriumphosphatpuffers mit pH-Wert 5 in den Füllraum einer jeden Säule ausgeführt wurde.
Der Grund dafür kann folgendermaßen gesehen werden. Calcium wurde aus den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und den gesinterten Hydroxylapatitteilchen 1 eluiert, und deshalb wurde es schwierig, Myoglobin zu adsorbieren, das ein neutrales Protein ist, das an Ca, an den gesinterten Fluorapatitteilchen 1 und an den gesinterten Hydroxylapatitteilchen 1 adsorbierbar ist.
Es sei bemerkt, dass graphische Darstellungen, die eine Änderung der Protein-Separationseigenschaften in den drei Säulen mit jeder der drei Arten gesinterter Fluorapatitteilchen 1 der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels 2 zeigen, in 2 bis 4 repräsentativ gezeigt sind.
2-4. Auswertung des Effekts der pH-Änderung auf die Löslichkeit von Edelstahl
Eine Vorrichtung zum Eintropfen einer Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung und eine Vorrichtung zum Rühren einer Schlämme werden der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung ausgesetzt, und wenn diese Vorrichtungen eine geringe Säurebeständigkeit haben, tritt das Problem auf, dass Materialanteile der Vorrichtungen eluiert werden, so dass sich dann primäre Fluorapatitteilchen geringer Reinheit ergeben. Deshalb wurde ein Test zum Prüfen der Löslichkeit von SUS304 durchgeführt, das sich als Hauptmaterial für diese Vorrichtungen eignet. Es ist zu bemerken, dass zum Auswerten der Löslichkeit des SUS304 kostspielige Glaswerkzeuge verwendet werden müssen, jedoch eine Hydrogenfluorid enthaltende Lösung die Glaswerkzeuge korrodiert. Deshalb wurde an Stelle der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung eine Salpetersäurelösung verwendet, da die Aufgabe dieses Tests erfüllt wird, solange die Löslichkeit des SUS304 in Säure ausgewertet wird.
Zunächst wurden drei Ringe aus SUS304 mit einem Innendurchmesser von 6 mm und einem Außendurchmesser von 16 mm als Muster für einen Löslichkeitstest hergestellt.
Dann wurden Salpetersäurelösungen mit pH 4,0, 3,0 und 2,0 jeweils mit einer Menge von 25 mL zubereitet. Dann wurden die drei SUS304-Ringe in diese drei Salpetersäurelösungen (jeweils 25 mL) mit unterschiedlichem pH-Wert für 1 Stunde jeweils eingetaucht. Es ist zu bemerken, dass jede Salpetersäurelösung mit einem Rührer während des Eintauchens des SUS304-Ringes gerührt wurde.
Dann wurde 1 mL jeder Salpetersäurelösung (Überstand) mit unterschiedlichem pH-Wert geprüft, und ein Anteil von Fe (Eisen), der in den Salpetersäurelösungen elutiert war, wurde mit ICP-(Inductive Coupled Plasma)Gerät (sequentielles Plasmaspektrometer) (hergestellt von Shimadzu Corporation unter der Bezeichnung „ICPS-7500") geprüft.
5 ist eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang des pH-Wertes der Salpetersäurelösung und des Anteils von Fe darstellt, der in jeder Salpetersäurelösung eluiert wurde.
Wie 5 zeigt, steigt der Anteil von Fe, eluiert in der Salpetersäurelösung, mit abnehmenden pH-Wert der Salpetersäurelösung exponentiell an. Aus den Ergebnissen hat sich gezeigt, dass der pH-Wert der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung, die in die Schlämme einzutropfen ist, vorzugsweise 2,0 oder höher ist, um primäre Fluorapatitteilchen mit verbesserter Reinheit zu erhalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2004-330113 A [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Fluorapatits, umfassend: Zubereiten einer Schlämme, die Hydroxylapatit mit mindestens einer Hydroxylgruppe enthält; Zubereiten einer Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung, die ein Hydrogenfluorid enthält; Mischen der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit der Schlämme, um eine Mischung zu erhalten und dabei den pH-Wert der Mischung im Bereich von 2,5 bis 5 einzustellen; und Reaktion des Hydroxylapatits mit dem Hydrogenfluorid in der Mischung in einem Zustand, bei dem der pH-Wert der Mischung im vorstehend genannten Bereich eingestellt ist, um dabei das Fluorapatit durch Substitution der mindestens einen Hydroxylgruppe des Hydroxylapatits mit Fluoratom des Hydrogenfluorids zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Mischen der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit der Schlämme durch tropfenweises Eingeben der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Eintropfrate der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung in die Schlämme im Bereich von 1 bis 20 L/h liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil des Hydrogenfluorids in der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung im Bereich von 1 bis 60 Gewichtsprozent liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil des Hydroxylapatits in der Schlämme im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem Mischschritt die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung mit der Schlämme so gemischt wird, dass der Anteil des Fluoratoms des Hydrogenfluorids im Bereich von 0,65 bis 1,25 des Anteils der Hydroxylgruppe des Hydroxylapatits liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Reaktionsschritt das Hydroxylapatit mit dem Hydrogenfluorid in der das Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 50°C zur Reaktion gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem Mischschritt die das Hydrogenfluorid enthaltende Lösung in die Schlämme für eine Zeit von 30 Minuten bis 16 Stunden eingegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Hydroxylapatit primäre Teilchen sind, die in einem Feuchtsyntheseverfahren synthetisiert sind, bei dem eine Calciumquelle und eine Phosphorsäurequelle verwendet werden, wobei mindestens die Calciumquelle oder die Phosphorsäurequelle in Form einer Lösung verwendet wird.
Fluorapatit, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.
Fluorapatit, erhalten durch Reaktion eines Hydroxylapatits mit mindestens einer Hydroxylgruppe mit einem Hydrogenfluorid mit einem Fluoratom, wobei die mindestens eine Hydroxylgruppe mit dem Fluoratom substituiert ist, bei dem bei Granulierung des Fluorapatits zu getrockneten Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße von 40 µm ± 5 µm die getrockneten Teilchen gesintert sind, um gesinterte Teilchen zu erhalten, eine Säule mit einem Füllraum bereit gestellt wird, die gesinterten Teilchen in den Füllraum eingefüllt werden, eine Pufferlösung mit einem pH-Wert 5 bei Raumtemperatur zubereitet wird, die Pufferlösung in den Füllraum eingeführt wird, um ein Ca enthaltendes Eluat zu erhalten, 50 CV des Eluats aus dem Füllraum der Säule mit einer Rate von 1,0 mL/min ausgegeben werden und 1 mL des Eluats erhalten wird, wobei die Konzentration von Ca in dem Eluat 12 ppm oder geringer ist.
Adsorptionsvorrichtung mit getrockneten Teilchen, erhalten durch Granulation des Fluorapatits nach Anspruch 10 oder mit gesinterten Teilchen, erhalten durch Sintern der getrockneten Teilchen als ein Adsorptionsmittel.