DE3339232A1 - Verfahren zur herstellung eines calcium-phosphor-apatits - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines calcium-phosphor-apatits

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Description

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DII1L CIIKM. I)K. UKSULA SCHOHKL-HoI1K
DIPL.-I1HYS. DR. RÜTGEK SCHULZ
AUCH RECHTSANWALT HEI IJEN LANDGERICHTEN MÜNCHEN I UND II
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TELEFON (089) 223911 TELEX 5 214036 SSSM D TELECOPIER [089) 223915
DEA-13 846
Verfahren zur Herstellung eines Calcium-Phosphor-Apatits
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Apatit und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Calcium-Phosphor-Apatit.
Apatit ist eine allgemeine Bezeichnung für eine breite Vielfalt von Verbindungen, dargestellt durch die allgemeine Formel M2+ 1Q(ZO4")6Y~ , in der M ein Metallatom, beispielsweise Ca, Pb, Ba, Sr, Mg, Ni, Na, K, Fe oder Al, ZO. einen Säurerest, beispielsweise PO4, AsO4, VO4, SO4, SiO. oder CO-. und Y ein Atom in Form eines Anions oder eine anionische Gruppe, beispielsweise F, OH, Cl, Br, 0 oder CO3 bedeuten.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens herzustellende Verbindungen sind Verbindungen der vorstehenden allgemeinen Formel, in der M im wesentlichen für Ca und ZO4 im wesentlichen für. PO4 stehen. Für die Zwecke der Erfindung werden diese Verbindungen daher als "Calcium-
_ 5 —
Phosphor-Apatit" bezeichnet und diese Bezeichnung '■ wird nachstehend häufig auch als "Ap" abgekürzt.
In der nachstehenden Beschreibung wird darüber hinaus Calcium-Phosphor-Apatit (Ap), in dem Y im wesentlichen für OH steht, als "Hydroxylapatit" bezeichnet und häufig als "HAp" abgekürzt, und Ap, in dem die Gruppe ZO- und/oder Y teilweise durch =C03 ersetzt ist, als "carbonathaltiger Hydroxylapatit" bezeichnet, der nachstehend auch als "COAp" abgekürzt wird.
Calcium-Phosphor-Apatit hat in jüngerer Zeit spezielle Aufmerksamkeit als Ausgangsmaterial für medizinische Keramik (Biokeramik) auf sich gezogen und seine Anwendung für künstliche Knochen und Zähne wurde untersucht. Darüber hinaus betrachtet man als erfolgversprechend seine Anwendung als Lasermaterial, als Katalysator für die Dehydratisierung von Alkoholen, als Fluoreszenzmaterial, Material in der Elektronik, als anorganischer Ionenaustauscher und auch als Packungsmaterial zur Chromatographie für die Trennung von polymeren natürlichen Substanzen, wie Proteinen, Nucleinsäuren, Enzymen und Viren unter Ausnutzung der hohen biologischen Verträglichkeit von Ap.
Es ist insbesondere eine gut bekannte Tatsache und in zahlreichen Lxteraturstellen beschrieben, daß natürliehe Zähne und natürliche Knochen zusammengesetzte Materialien aus etwa 70 % HAp und etwa 30 % .organischen Substanzen, wie Collagen, darstellen. Von hohem Interesse ist die Tatsache, daß der als Bestandteil der natürlichen Zähne und natürlichen Knochen vorliegende HAp einige Prozent Carbonatgruppen enthält. Synthetischer HAp, der so hergestellt wird, daß er einige Prozent an Carbonatgruppen enthält, d.h. COAp, findet beträchtliche Aufmerksamkeit als Ausgangsmaterial für
medizinische Keramik. Man erwartet viele Vorteile durch die Verwendung von COAp als Implantationsmaterial, wegen seiner chemischen Strukturähnlichkeit mit natürlichen Zähnen oder natürlichen Knochen, beispielsweise verbesserte biologische Verträglichkeit, raschere Anpassung an die natürlichen Zähne oder die natürlichen Knochen und verminderte Abstoßungsreaktionen.
■ Zur Herstellung von Ap mit den vorstehend erläuterten Vorteilen wurden bereits in der Literatur und Patentliteratur verschiedene Verfahren beschrieben. Zu diesen bekannten Verfahren gehören folgende wichtigste Verfahren :
(1) Ein hydrothermales Verfahren, bei dem wasserfreies Calciumhydrogenphosphat mit Phosphorsäure in einem Autoklaven bei 100 bis 5000C unter 1 bis 500 bar während etwa 48 Stunden umgesetzt wird.
(2) Ein trockenes Verfahren, bei dem Tricalciumphosphat mit Calciumoxid bei hoher Temperatur von 900 bis 13000C unter einem Stickstoffstrom während etwa 3 Stunden umgesetzt wird.
(3) Ein Naßverfahren, bei dem ein wasserlösliches Phosphat mit einem wasserlöslichen Calciumsalz in einer wässrigen Lösung bei 370C und bei einem pH-Wert von 7 bis 8 während mindestens 20 Tagen umgesetzt wird und Ap mit einem etwa stöchiometrischen Verhältnis gebildet wird.
Bei den vorstehend beschriebenen Verfahren (1) und (2) werden jedoch die Reaktionen bei hohen Temperaturen und hohen Drücken durchgeführt, so daß es unvermeidbar ist, teure Vorrichtungen für die Synthese anzuwenden. Darüber hinaus ist der Betrieb der Vorrichtungen kompliziert und der Energiebedarf sehr hoch. Bei dem vorstehend
unter (3) beschriebenen Verfahren wird selbst durch geringe Abweichungen der Reaktionsbedingungen die Zusammensetzung des gebildeten Produkts stark beeinflußt und darüber hinaus ist zur Herstellung von Ap mit stöchiometrischer Zusammensetzung eine äußerst lange Reaktionsdauer von 20 Tagen erforderlich, die für ein industriell durchgeführtes Verfahren untragbar ist. Die Handhabung der Materialien und der Betrieb der Vorrichtung sind daher kompliziert und die Reproduzierbarkeit der Ergeb-TO nisse ist schlecht.
Wegen dieser Nachteile war es bei Anwendung der üblichen Verfahren sehr schwierig, Ap mit guter Qualität quantitativ in praktisch geeigneten Mengen herzustellen, und wegen dieser Schwierigkeiten bei der Herstellung von Ap wurde das resultierende Produkt stark verteuert und seine Anwendung ist äußerst beschränkt, obwohl die überlegenen Eigenschaften von Ap bekannt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erläuterten Nachteile der üblichen Verfahren auszuschalten und ein einfach durchführbares Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die Herstellung von Calcium-Phosphor-Apatit guter Qualität in großen Mengen ermöglicht.
Die vorstehend erläuterte Aufgabe der Erfindung wird gelöst,indem bei der Umsetzung einer Calciumverbindung und einer Phosphorverbindung zur Herstellung von Calcium-Phosphor-Apatit ein Reaktionsmedium angewendet wird, das mindestens ein organisches Lösungsmittel enthält.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Ap mit guter Reproduzierbarkeit bei relativ niederer Temperatur unter Atmosphärendruck und in kurzer Zeit herzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen beschrieben.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens eine Calciumverbindung und mindestens eine Phosphorverbindung zuerst in dem gewünschten Ca/P-Atomverhältnis in ein Reaktionsgefäß gegeben und durch Zugabe einer geeigneten Wassermenge suspendiert. Dann wird mindestens ein organisches Lösungsmittel zugesetzt und das Gemisch unter Rückfluß erhitzt. Eine Rückflußdauer von etwa 2 Stunden ist ausreichend. Die Zeit des Rückflussens unter Erhitzen und die Reihenfolge der Zuführung der Ausgangsmaterialien einschließlich eines organischen Lösungsmittels in das Reaktionsgefäß entsprechen normalerweise der vorstehenden Beschreibung, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Nach dem Erhitzen enthält das Reaktionsprodukt eine suspendierte bzw. aufgeschlämmte Fällung des gebildeten Ap7 so daß diese Aufschlämmung abgetrennt werden kann. Der suspendierte Niederschlag bzw. die suspendierte Fällung kann, wie üblicherweise angewendet, durch einfache Filtration abgetrennt werden, oder die Abtrennung kann erfolgen, indem zuerst das Wasser zusammen mit dem organischen Lösungsmittel verdampft und schließlich Ap abfiltriert wird. Bei der zuletzt angegebenen Methode erfolgt die Dehydratisierung, während ein organisches Lösungsmittel in einer Menge zugegeben wird, die dem Gesamtvolumen des verdampften Wassers und des verdampften organischen Lösungsmittels entspricht, und nach Beendigung der Dehydratisierung wird Ap durch Filtration aus dem organischen Lösungsmittel abgetrennt. Die zuletzt genannte Methode wird bevorzugt, weil die Dehydratisierung vollständig durchgeführt werden kann.
Zu Beispielen für die als Ausgangsmaterialien für die r Zwecke der Erfindung geeignete Calciuraverbindung und Phosphorverbindung gehören H3PO4, HPO3, H4P3O7, P2O5, PCl3, PCl5, Ca (H2PO4) 2-H2O, Ca(PO3J2, CaHPO4, CaHPO4'2H2O, Ca2P3O7, Ca3(PO4J2, Ca8H3(PO4) ß-5H3O, CaO, CaCl2, Ca(OH)2, CaCO3, CaF3, Ca (NO3)3 und Ca(COO)3, die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf die Verwendung dieser Ausgangsmaterialien beschränkt. Vorzugsweise werden zwei oder mehrere dieser Verbindüngen ausgewählt und miteinander vermischt, so daß ein Calcium/Phosphor (Ca/P)-Atomverhältnis von 1,30 bis 1,90 erreicht wird. Die Auswahl der Ausgangsverbindungen erfolgt in Abhängigkeit von dem Anwendungsgebiet und dem Anwendungszweck. Wenn beispielsweise fluorhaltiger Ca-P-Apatit hergestellt werden soll, kann CaF2 verwendet werden und zur Herstellung eines Chlor enthaltenden Ap - kann CaCl2 eingesetzt werden. Es ist außerdem möglich, HAp oder COAp ohne Verwendung dieser Halogenverbindungen herzustellen.
Zur Herstellung von COAp, der die vorstehend beschriebenen vorteilhaften Eigenschaften besitzt, können als Ausgangsmaterialien eine Phosphorsäure und/oder ein Calciumsalz einer Phosphorsäure und Calciumcarbonat verwendet werden.
Vorteilhaft besitzen die als Ausgangsmaterial eingesetzten Calciumverbindungen und Phosphorverbindungen höhere Reinheit, weil es auf diese Weise einfacher ist, ein Produkt mit hoher Reinheit zu erhalten. Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die erfindungsgemäß verwendeten Ausgangsverbindungen eine speziell hohe Reinheit besitzen, sondern es existiert ein Spielraum für die Auswahl von Ausgangsverbindungen mit geeigneter Reinheit in Abhängigkeit von der für das gebildete Produkt geforderten Reinheit.Wenn das herzustellende Produkt
als biologisches Material bzw. medizinisches Material verwendet werden soll/ ist es wünschenswert/ Ausgangsverbindungen einzusetzen, die einen niederen Gehalt an Verunreinigungen, wie Fe, Ni und Zn sowie an Schwermetallen und anderen biologischen Schadstoffen aufweisen. Normalerweise sind jedoch sogar Ausgangsverbindungen mit technischer bzw. industrieller Reinheit verwendbar.
Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Umsetzung werden die Calciumverbindung und die Phosphorverbindung in einem Ca/P-Atomverhältnis im Bereich von 1,30 bis 1,90, vorzugsweise 1,45 bis 1,75, eingesetzt. Dies hat den Vorteil, daß der gebildete Calcium-Phosphor-Apatit gute Kristallinität besitzt und wenig nicht umgesetzte Bestandteile enthält. Da das gewünschte Atomverhältnis (Ca/P) des Ap theoretisch 5/3 beträgt, sollte auch das optimale Atomverhältnis bei der Reaktion der Calcium- und der Phosphorverbindung 5/3 betragen; bei der tatsächlichen Durchführung der Umsetzung kann jedoch jeder gewünschte Ap erhalten werden, wenn das Atomverhältnis innerhalb des vorstehend definierten Bereiches liegt. Es wurde außerdem bestätigt, daß selbst dann, wenn das Atomverhältnis Ca/P niedriger als 1,30 oder höher als 1,90 ist, Ap erhalten wird, der für gewisse Anwendungszwecke zufriedenstellende Eigenschaften besitzt, beispielsweise zur Wasseraufbereitung oder als Ionenaustauscher.
Erfindungsgemäß ist es wesentlich, daß ein Reaktionsmedium verwendet wird, welches ein organisches Lösungsmittel enthält. Zu diesem Zweck kann jedes beliebige organische Lösungsmittel verwendet werden, vorausgesetzt, daß es mit Wasser zwei Phasen ausbildet oder daß es mit Wasser verträglich ist und eine homogene Phase bildet. Wenn das organische Lösungsmittel unter Atmosphärendruck einen Siedepunkt von nicht weniger als 30°C besitzt, ist es sehr gut
geeignet. Wenn der Siedepunkt des verwendeten organischen Lösungsmittels unter 300C liegt, ist eine längere Dauer für die Umsetzung der Calciumverbindung und der Phosphorverbindung erforderlich, so daß das Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Reaktion in relativ kurzer Zeit vervollständigt werden kann, verloren geht.
Das Kriterium zur Beurteilung der Eignung des zu verwendenden organischen Lösungsmittels kann sich in Abhängigkeit von der Wahl der Zustandsvariablen unterscheiden; im allgemeinen lassen sich jedoch die nachfolgenden Verbindungen als geeignete Beispiele für das erfindungsgemäß einzusetzende organische Lösungsmittel nennen : aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Toluol, Xylol, Pentan, Heptan, Octan, Decan, verschiedene Schwerbenzine (Petrolnaphthas) und technische Benzine; Alkohole, wie n-Propylalkohol, Isopropylalkohol, Isobutylalkohol, tert.-Butylalkohol, η-Amylalkohol, Ethylenglycol, Diethylenglycol und Triethylenglycol; Ether, wie Diethylether, Ethylbutylether; Cellosolve, wie Methylcellosolve und Butylcellosolve,und Carbitole, wie Methylcarbitol und Diethylcarbitol; Ketone, wie Methyl-ethyl-keton, Methylisobutyl-keton, Diacetonalkohol und Acetylaceton; Amine, wie Triethylamin, Tributylamin und Pyridin; Ester, wie Methylcellosolve-acetat, Methylcarbitol-acetat und Carbitol-acetat; organische Säuren, wie Essigsäure/ Propionsäure, Buttersäure und Milchsäure, sowie aprotische Lösungsmittel, wie Dimethylformamid, Acetonitril und Dimethylsulfoxid. Die vorstehend genannten Lösungsmittel sind lediglich Beispiele für das erfindungsgemäß geeignete organische Lösungsmittel, ohne daß dieses auf die genannten Beispiele beschränkt sein soll.
Die geeignete Menge des verwendeten organischen Lösungsmittels schwankt in Abhängigkeit von der Art des eingesetzten organischen Lösungsmittels, der Art der Calcium-
verbindung und der Art der Phosphorverbindung, die in die Reaktion eingesetzt werden, von den Rührbedingungen bei der Umsetzung u.s.w.;unter allen Bedingungen wird jedoch bevorzugt, daß das organische Lösungsmittel in einer Menge zugesetzt wird, welche 50 %, angegeben als Konzentration der Suspension, nicht überschreitet. Gewöhnlich ist es zu bevorzugen, das organische Lösungsmittel in einer Menge anzuwenden, die das 1-fache bis 10-fache des Gewichts der Ausgangsverbindungen beträgt. Die verwendete Wassermenge unterliegt ebenfalls keiner speziellen Begrenzung. Wasser kann beispielsweise ineiner Menge entsprechend dem 0,2- bis 1-fachen des Gewichts der Ausgangsverbindungen verwendet werden.
Da die Umsetzung gewöhnlich unter Rückfluß durchgeführt wird, schwankt die Reaktionstemperatur in Abhängigkeit von dem verwendeten Lösungsmittel, sie liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von 30 bis 2000C.
Wie vorstehend vermerkt, erfordert das übliche Verfahren zur Herstellung von Ap eine hohe Temperatur, hohen Druck, eine lange Reaktionsdauer und die Einstellung eines optimalen pH-Werts und ist infolgedessen mit einem hohen Energieverbrauch verbunden und erfordert eine komplizierte Verfahrensweise und eine teure Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt dagegen nur eine Umsetzung bei niederer Temperatur in Gegenwart des organischen Lösungsmittels und die nachfolgende Filtration und das Trocknen der gebildeten Kristalle. Infolgedessen ist erfindungsgemäß die Menge der verbrauchten Wärmeenergie sehr gering und es kann eine weniger aufwendige Herstellungsvorrichtung mit einfacherer Konstruktion angewendet werden, die aus Glas oder rostfreiem Stahl bestehen kann.
Mit Hilfe des erfindungsgeinäßen Verfahrens kann, wie vorstehend erläutert wurde, Calcium-Phosphor-Apatit, dessen einfache Herstellung bisher schwierig war, quantitativ und mit geringerem Aufwand, jedoch mit guter Reproduzierbarkeit, hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher von großem technischen Wert.
Nachstehend werden zur weiteren Veranschaulichung der Erfindung Ausführungsbeispiele gegeben, ohne daß die Erfindung auf diese beschränkt sein soll.
Beispiel 1
103,20 g Calciumhydrogenphosphat-dihydrat (Dicalciumphosphat-dihydrat), 28,12 g Calciumhydroxid, 60 g Wasser und 400 g n-Pentan wurden in einen 1 1-Kolben gegeben und die Temperatur wurde unter Rühren erhöht.
Nach dem Erhitzen während 2 Stunden auf eine Temperatur, die nicht höher war als die Rückflußtemperatur (350C) wurden das Wasser und n-Pentan in dem Reaktionssystem verdampft, während n-Pentan in einer Menge zu dem System zugefügt wurde, die dem Gesamtvolumen des verdampften n-Pentans und Wassers entsprach. Mit fortschreitender Dehydratisierung erhöhte sich die Innentemperatur und das Erhitzen wurde unterbrochen, als die Innentemperatur 360C überschritt. Nach dem anschließenden Kühlen wurde das als Niederschlag erhaltene Produkt durch Filtration aus dem Lösungsmittel abgetrennt und danach getrocknet, wobei ein weißes Pulver erhalten wurde. Dieses Pulver zeigte ein Röntgen-Beugungsbild mit Hauptbanden bei Beugungswinkeln von 2 Q = 31,7, 32,2 und 32,8, die mit den charakteristischen Beugungslinien von HAp übereinstimmen, die in der ASTM-Vorschrift 9-432 beschrieben sind.
Beispiele 2 bis 8
Calcium-hydrogenphasphat-dihydrat, wasserfreies Calciumhydrogenphosphat, wasserfreies Tricalciumphosphat, CaI-ciumcarbonat, Calciumhydroxid/ Wasser und organische Lösungsmittel wurden unter den in Tabelle 1 beschriebenen Bedingungen eingesetzt. Die übrigen, nicht in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1. Wie aus den in der gleichen Tabelle aufgeführten Ergebnissen ersichtlich ist, wurden Calcium-Phosphor-Apatite bei relativ niederen Temperaturen unter 200°C und in kurzer Zeit quantitativ mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahren erhalten.
Das in Tabelle 1 angegebene Lösungsmittel "Solvesso 150" ist ein aromatisches Lösungsmittel der Esso Standard Sekiyu K.K.
TABELLE
^"~~"~---^_^^ Beispiel CaHPO4-2H2O 1 2 3 4
CaHPO^ 103,20 - 103,20 -
Ca3(PO4)2 - 81,60 - -
CaCQ3 - - - 93,00
Ca(OH)2 - 38,0 - 9/ 50
H2O 28,12 - 28,12 -
Mischungs
verhältnis
n-Pentan 60 60 60 60
(g) n-Hexan 400 - - -
Benzol - 350 - -
iso-Butanol - - 350 -
Methyl-iso-
butyl-keton
- - - 400
Xylol - - - -
Petroleum
solvent
- - - -
Solvesso
150
- - - -
Rückflußtemperatür
(0C)
- - - -
Dehydratisierungs-
Endtemperatur (0C)
3 5 6 3 93 91
Ausbeute (g) 3 b 0 9 80 104
1 10 121 113 1 18
Beispiel 9
103,20 g Calciumhydrogenphosphat-dihydrat (Dicalciumphosphat-dihydrat) 28,12 g Calciumhydroxid, 120 g Wasser und 400 g tert.-Butanol wurden in einen 1 1-Kolben gegeben und die Temperatur wurde unter Rühren erhöht.
Nach dem Erhitzen auf eine Temperatur nicht oberhalb der Rückflußtemperatur (810C) während etwa 2 Stunden wurden das Wasser und tert.-Butanol in dem Reaktionssystem verdampft, während tert.-Butanol in einer Menge entsprechend dem Gesamtvolumen des verdampften tert.-Butanols und Wasser zu dem System zugefügt wurde. Im Verlauf der Dehydratisierung erhöhte sich die Innentemperatur und als die Innentemperatur 830C überschritt, wurde das Erhitzen unterbrochen. Nach dem anschließenden Kühlen wurde das als Niederschlag erhaltene Produkt durch Filtration aus dem Lösungsmittel abgetrennt und dann getrocknet, wobei ein weißes Pulver erhalten wurde. Es zeigte sich, daß dieses Pulver ein Röntgenbeugungs-Muster mit Haupt-Linien bei Beugungswinkeln von 2 θ = 31,7, 32,2 und 32,8 aufwies, die mit den charakteristischen Beugungslinien von HAp übereinstimmen, die in der ASTM-Vorschrift 9-432 beschrieben sind.
Beispiele 10 bis 12
Calciumhydrogenphosphat-dihydrat, wasserfreies Calciumhydrogenphosphat, Calciumcarbonat, Calciumhydroxid, Wasser und organische Lösungsmittel wurden unter den in Tabelle 2 beschriebenen Bedingungen eingesetzt. Die nicht in Tabelle 2 gezeigten Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 9. Wie aus den in der gleichen Tabelle aufgeführten Ergebnissen hervorgeht, wurden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Calcium-Phosphor-Apatite quantitativ und bei relativ niederen Temperaturen
TABELLE 1 (Fortsetzung)
-»-^Bei spiel CaHPO4-2H2O 5 .6 7 8
CaHPO4 103,20 - - -
Ca3(PO4)2. ' - 81 ,60 81, 60 -
5 CaCO3. - .- - 93 ,00
Ca(OH)2 '-· 38,0 - -
H2O 28, 12 "- 28, 12 7,03
Mischungs n-Pentan 60 60
I
60 60
verhältnis n-Hexan - - - -
10 (g) Benzol - - - -
iso-Butanol - - - -
Methyl-iso-
butyl~keton
- - - -
Xylol 400 - - -
Petroleum-
solvent
- 400 - -
15 Solvesso
150
- - 400 -
Rückflußtemperatur
(0C)
- - - 400
Denydratisierungs-End-
temperatur (0C)
90 97 101 104
Ausbeute (g) 115 140 167 192
M 2 120 110 112
unterhalb von 2000C in kurzer Zeit erhalten,
TABELLE
Beispiel Ca (H2PO4)2'H 9 10 11 12
CaHPO4-2H2O - 75,6 - -
CaHPO4 103,2 - - 103, 2
Ca(OH)2 - - 81, 6 -
Mischungs CaCO3 28 ,1 - 28,1 -
verhältnis H2O - 38,0 - 38, 0
(g) tert-BuOH 120 120 120 120
Pyridin 400 - - -
Acetylaceton - 400 - -
Butyl-
cellosolve
- - 400 -
Rückflußtemperatur (0C) - " - - 400
Dehydratisierungs-End-
temperatur (0C)
81 97 99 104
Ausbeute (α) 8 3 114 140 173
110 118 115 118
BAD ORIGINAL
Beispiel 13
103,20 g Calciumhydrogenphosphat-dihydrat (Dicalciumphosphat-dihydrat), 38,0 g Calciumcarbonat, 60 g Wasser und 400 g n-Pentan wurden in einen 1 1-Kolben gegeben und die Temperatur wurde unter Rühren erhöht. Nach dem Erhitzen auf eine Temperatur nicht oberhalb der Rückflußtemperatur (35°C) während etwa 2 Stunden wurden das Wasser und n-Pentan in dem Reaktionssystem verdampft, während zu dem System n-Pentan in einer Menge zugefügt wurde, die dem Gesamtvolumen des verdampften n-Pentans und Wassers entsprach. Im Verlauf der Dehydratisierung erhöhte sich die Innentemperatur und das Erhitzen wurde unterbrochen, als die Innentemperatur 36°C überschritt. Nach dem nachfolgenden Abkühlen wurde das als Niederschlag erhaltene Produkt durch Filtration von dem Lösungsmittel abgetrennt und getrocknet, wobei ein weißes Pulver erhalten wurde. Es zeigte sich, daß das Pulver ein Röntgenbeugungs-Muster mit Hauptlinien bei Beugungswinkeln von 2 G = 31,7, 32,2 und 32,8 aufwies, das mit den charakteristischen Beugungslinien von HAp übereinstimmte, die in der ASTM-Vorschrift 9-432 beschrieben s ind.
Außerdem weist das Infrarot-Absorptionsspektrum dieses Pulvers in der Nähe von 1400 cm mehrere geteilte Absorptionsbanden auf, die charakteristisch für die in HAp vorliegende Carbonatgruppe sind. Dadurch war nachgewiesen, daß der vorstehend hergestellte HAp Carbonatgruppen enthält.
Beispiele 14 bis 16
Wasserfreies Dicalciumphosphat, Monocalciumphosphatmonohydrat, wasserfreies Tricalciumphosphat, Calciumcar-
bonat, Wasser und organische Lösungsmittel wurden unter den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen eingesetzt. Die nicht in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 13. Die in der Tabelle, die auch Beispiel 13 umfaßt, aufgeführten Bedingungen·zeigen, daß Carbonatgruppen enthaltende Calcium-Phosphat-Apatite (COAp) quantitativ und bei relativ niederen Temperaturen unter 2000C sowie in kurzer Zeit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten wurden, wobei der Gehalt an Carbonatgruppen kontrolliert wurde.
TABELLE
Beispiel 13 CaIlPO. -2H2O 103,2 CaO (%.) - 14 15 - 16
Mischungs
verhältnis
(g)
CaHPO4 P2O5 U) - - - -
Ca3(PO4J2, CO., U) 38,0 81,60 93, 0 -
Ca (H2PO4)2·Η2Ο 60 - - -
CaCO3 400 - 9,5 75,6
H2O - 38,0 60 67,5
n-Pentan - 60 - 60
Methyl-iso-
butyl-keton
- - - -
Xylol 35 400 400 -
Butyl-
cellosolve
36 - - -
Rückflußtemperatur (0C) 122 - 97 400
Dehydratisierungs-End-
temperatur (0C)
52 ,9 88 139 104
Ausbeute (g) 40 ,2 117 99 174
chemische
Analyse
4,50 120 55,7 122
52,5 42,4 52, 0
40,0 1, 00 39, 6
4,90 6,00
BAD
Ein Versuch wurde durchgeführt, um die Anwesenheit von Carbonatgruppen durch Messung der Gitterkonstanten nachzuweisen. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der chemischen Analyse und der Messung der Gitterkonstanten vor und nach dem Kalzinieren des gemäß Beispiel 13 hergestellten COAp.
Die Bestimmung der Carbonatgruppen erfolgte mit Hilfe der Kohlendioxid-Bestimmungsmethode, die in der Analysemethode für Phosphorerze definiert ist (aufgestellt durch das Technical Expert Committee, Japan Chemical Fertilizer Association) für einen Gehalt von mehr als 2 % und unter Anwendung der Conway-Mikrodiffusions-Analysevorrichtung für einen Gehalt von weniger als 2 %.
TABELLE 4
vor dem CaO 9 P2 °5 CO 2 Gitterkonstan
te
Achse c-Achse
nach dem
*
(%) 1 (% > (% ) a- 446 6,890
Beispiel 13,
Kalzinieren
52, 40 ,2 4, 50 9 r416 6,881
Beispiel 13,
Kalzinieren
56, 42 O, 05 9 ,418 6,884
ASTM 9-432 - - - 9
* Kalzinieren an der Luft bei 1300°C während 1 Stunde.
Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, daß das gemäß Beispiel 13 hergestellte COAp etwa 4 % Carbonatgruppen vor dem Kalzinieren enthält. Der Gehalt an Carbonatgruppen nach dem Kalzinieren ist durch das Austreiben (scattering) von Carbonat-
resten mit dem Wachstum der COAp-Kristalle vermindert. Diese Tatsache ist auch an den Gitterkonstanten zu erkennen, die durch Pulver-Röntgenbeugung erhalten werden. Es wird angenommen, daß vor dem Kalzinieren die Carbonatgruppen in dem Gitter von COAp eingeschlossen sind, wodurch eine Gitter-Asymmetrie verursacht wird und größere Gitterkonstanten erhalten werden, als die gemäß ASTM 9-432, sowohl für die "a"-, als auch die "c"-Achse,und daß nach dem Kalzinieren durch TO Austreiben der Carbonatgruppen aus dem Gitter etwa die gleichen Werte der Gitterkonstanten wie gemäß ASTM 9-432 erreicht werden, wodurch die Gitter-Asymmetrie beseitigt wird.

Claims (11)

PATENTANS PRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines Calcium-Phosphor-Apatits durch Umsetzung mindestens einer Calciumverbindung mit mindestens einer Phosphorverbindung, dadurch gekennzeichnet , daß die Umsetzung in einem Reaktionsmedium durchgeführt wird, das mindestens ein organisches Lösungsmittel enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein Reaktionsmedium angewendet wird, das überwiegend aus dem organischen Lösungsmittel und Wasser besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das im Reaktionsmedium vorliegende organische Lösungsmittel mit Wasser zur Ausbildung von zwei Phasen führt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das im Reaktionsmedium vorliegende organische Lösungsmittel beim Vermischen mit Wasser eine homogene Phase ausbildet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Calciumverbindung und die Phosphorverbindung in einem Verhältnis im Bereich von 1,30 bis 1,90, angegeben als Atomverhältnis Ca/P, umgesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Calciumverbindung und die Phosphorverbindung in einem Verhältnis im Bereich von 1,45 bis 1,75, angegeben als Atomverhältnis Ca/P, umgesetzt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß als Ausgangsverbindungen mindestens zwei Verbindungen aus der Gruppe der Phosphorsäuren, Phosphate, Calciumoxid, Calciumhydroxid und Calciumsalze gewählt und in einem solchen Verhältnis miteinander umgesetzt werden, daß ein Atomverhältnis Ca/P von 1,30 bis 1.90 eingehalten wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsverbindüngen eine Phosphorsäure und/oder ein Calciumsalz einer Phosphorsäure und Calciumcarbonat verwendet werden und ein Calcium-Phosphor-Apatit mit einer Carbonatgruppe gebildet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 2000C durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß ein organisches Lösungsmittel verwendet wird, dessen Siedepunkt nicht unter
30°C liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das organische Lösungsmittel mindestens eine Verbindung aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Ether, Ketone, organischen Amine, Ester, organischen Säuren und der aprotischen Lösungsmittel ist.
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