DE4132331C2 - Hydraulisches Calciumphosphat-Zementpulver sowie Zementzusammensetzung, die eine Härterflüssigkeit enthält - Google Patents
Hydraulisches Calciumphosphat-Zementpulver sowie Zementzusammensetzung, die eine Härterflüssigkeit enthältInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Calciumphosphat-
Zementpulver, sowie eine Zementzusammensetzung,
die eine Härterflüssigkeit enthält, welche als Füllstoff
oder zur Füllung eines defekten oder hohlen Teils eines
Knochens oder eines Zahnwurzelkanals geeignet ist.
Es ist bekannt, daß hydraulische Calciumphosphat-Zement
zusammensetzungen als Reparaturmaterialien für Zähne und
Knochen im lebenden Körper geeignet sind, da die calcium
phosphathaltige Zementzusammensetzung in Verbindungen um
gewandelt wird, die bei der Alterung und Aushärtung
Hauptbestandteilen der Zähne und Knochen ähneln, und fer
ner als Absorbentien für Polymere von lebendem Gewebe und
für organische Substanzen oder anorganische Ionen, die
schädlich für den lebenden Körper sind, geeignet sind.
Die JP 59 088 351 A beschreibt eine hydraulische Calcium
phosphat-Zementzusammensetzung unter Verwendung einer
Härterflüssigkeit, die Salze und verdünnte Säuren in Kom
bination enthält. Weiterhin beschreibt die JP 60 253 454 A
eine Calciumphosphat-Zementzusammensetzung, die von
einer Säurelösung Gebrauch macht, die ein Polymer einer
ungesättigten Carbonsäure enthält.
Die herkömmlichen hydraulischen Calciumphosphat-Zementzu
sammensetzungen sind jedoch dadurch nachteilig, daß das
Körpergewebe bis zur Beendigung des Aushärtens des Ze
ments erheblich gereizt wird, da die Härterflüssigkeit
stark sauer ist. Weiterhin wird selbst nach der Aushär
tung der Zementzusammensetzung mit der Härterflüssigkeit
unreagierte Säure in die Körperflüssigkeit eluiert, wo
durch der pH-Wert erniedrigt wird, was zur Reizung des
Körpergewebes führt.
Um diese Probleme zu lösen, wurde ein hydrauli
sches Calciumphosphat-Zementpulver entwickelt,
das mit Wasser aushärtet (beispielsweise "FC REPORT", Bd.
6, 1988, S. 475-480, "Hydraulic Apatite as Bioceramics").
Im einzelnen wird in der JP 64 037 445 A eine hydraulische
Calciumphosphat-Zementzusammensetzung vorgeschlagen, die
durch Mischen und Kneten allein mit Wasser bei 37°C über
zehn Minuten härtbar wird. Da diese Zementzusammensetzung
einen nahezu neutralen pH-Wert hat, reizt sie das
Körpergewebe in geringerem Maße und vermeidet dadurch die
mit herkömmlichen hydraulischen Calciumphosphat-
Zusammensetzungen verbundenen Nachteile.
Andererseits hat diese Zementzusammensetzung einen ande
ren Nachteil dadurch, daß ein sehr hohes Zersetzungs- und
Degradierungsrisiko im Körper besteht, weil die
Zementzusammensetzung tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ
und sekundäres Calciumphosphat-Dihydrat in einem molaren
Verhältnis von Ca/P von 1,20 bis 1,47 enthält, wodurch
sich die Zementzusammensetzung, wenn sie über längere
Zeit in Wasser belassen wird, sehr stark zersetzt und zu
Zerstörungen im lebenden Körper führt.
Die Verwendung von Mischungen aus tertiärem Calciumphosphat vom
α-Typ und vom β-Typ sowie sekundärem Calciumphosphat als
Füllmaterial zum Überdecken der Zahnpulpa und als Wurzelkanalfüllmaterial
geht aus US 3 913 229 hervor. Ferner sind Mischungen
aus tertiärem Calciumphosphat vom α-Typ und β-Typ sowie sekundärem
Calciumphosphat zum Füllen von Zähnen aus Derwent Abstract
Nr. 84-396625 bekannt. In EP 0 219 087 A1 wird ein Calciumphosphatzement
mit einem molaren Ca-P-Verhältnis von 1,4 bis 1,6
beschrieben.
Ziel der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines
hydraulischen Calciumphosphat-Zementpulvers sowie
einer Zementzusammensetzung, die eine Härterflüssigkeit
enthält, die bei nahezu neutralem pH-Wert rasch aushärtet
und einen ausgehärteten Körper von sehr guter Verträg
lichkeit mit lebendem Gewebe und sehr guter Beständigkeit
gegen Zersetzung über einen langen Zeitraum ergibt.
Dieses und weitere Ziele der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß wird ein hydraulisches Calciumphosphat-
Zementpulver bereitgestellt, das als Hauptbe
standteile ein tertiäres Calciumphosphat und sekundäres
Calciumphosphat in Pulverform bei einem molaren Verhält
nis von Ca/P im Bereich von 1,400 bis 1,498 umfaßt, wobei
tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ mit ter
tiärem Calciumphosphat vom β-Typ in einem Gewichtsverhältnis
von 97 : 3 bis 50 : 50 gemischt vorliegt.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine eine Härter
flüssigkeit enthaltende Zementzusammensetzung bereitge
stellt, die das vorstehend aufgeführte hydraulische
Calciumphosphat-Zementpulver, sowie eine wäßrige
Härterflüssigkeit umfaßt.
Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zusam
mensetzungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße hydraulische Calciumphosphat-Zement
pulver enthält als Hauptbestandteile sekundäres
Calciumphosphat und spezielles tertiäres Calciumphosphat
in einem speziellen Molverhältnis Ca/P.
Das im Pulver der erfindungsgemäßen hydraulischen
Calciumphosphat-Zementzusammensetzung verwandte tertiäre
Calciumphosphat ist eine Mischung, die tertiäres Calcium
phosphat vom α-Typ und vom β-Typ enthält. Wenn Octa
calciumphosphat durch Umsetzung von tertiärem Calcium
phosphat des α-Typs mit sekundärem Calciumphosphat gebil
det und gehärtet wird, führt das tertiäre Calciumphosphat
vom α-Typ zur Bildung einer gehärteten Zementzusammenset
zung mit einer sehr hohen Anfangsfestigkeit. Tertiäres
Calciumphosphat vom β-Typ mit einer stark verzögerten Re
aktionsgeschwindigkeit im Vergleich zum α-Typ reagiert
nur allmählich und ergibt eine gehärtete Zementzusammen
setzung mit einer im Laufe der Zeit sich erhöhenden
Festigkeit. Entsprechend kann durch Verwendung einer Mi
schung von tertiärem Calciumphosphat des α-Typs mit
solchem des β-Typs eine Herabsetzung der Festigkeit der
ausgehärteten Zementzusammensetzung wirksam verhindert
werden.
Erfindungsgemäß wird das tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ mit
dem des β-Typs in einem Gewichtsverhältnis im Bereich von
97 : 3 bis 50 : 50 gemischt. Wenn der Anteil von terti
ärem Calciumphosphat vom β-Typ in der Mischung geringer
als 3 ist, kann ein Festigkeitsverlust nicht verhindert
werden. Bei einem größeren Anteil als 50 ist die
Anfangsfestigkeit zu gering.
Zur Herstellung von tertiärem Calciumphosphat des α-Typs
und des β-Typs wird beispielsweise eine Mischung eines
Moläquivalents Calciumpyrophosphat in fester Phase in
einem Trockenverfahren mit Calciumcarbonat umgesetzt. In
dem Verfahren wird zur Erzielung von tertiärem Calcium
phosphat vom α-Typ eine Sintertemperatur von vorzugsweise
nicht weniger als 1200°C eingesetzt und zur Erzielung
des β-Typs eine Sintertemperatur von vorzugsweise 900°C
bis 1100°C. Alternativ kann ein Naßverfahren verwandt
werden, in dem nach der jeweiligen Herstellung von terti
ärem Calciumphosphat Aufschlämmungen durch tropfenweise
Zugabe von Phosphorsäure zu gelöschtem Kalk getrocknet
wird und tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ und vom β-
Typ durch Sintern in den oben angegebenen jeweiligen
Temperaturbereichen erhalten wird.
Das durch das Naßverfahren hergestellte tertiäre Calcium
phosphat hat im Vergleich zu dem nach dem Trockenverfah
ren hergestellten eine höhere Hydratationsaktivität, eine
kürzere Aushärtungszeit und eine höhere Festigkeit der
ausgehärteten Zementzusammensetzung, so daß das Naßver
fahren bevorzugt ist. In solchem Fall kann sowohl das
tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ, wie auch das vom β-
Typ nach dem Naßverfahren hergestellt werden. Um die
vorgenannten Wirkungen zu erzielen, ist es jedoch bevor
zugt, daß wenigstens das tertiäre Calciumphosphat vom α-
Typ nach dem Naßverfahren hergestellt ist.
Als Pulver in der Erfindung verwandtes sekundäres Calci
umphosphat unterliegt keinen besonderen Beschränkungen.
Vorzugsweise wird ein auf dem Markt erhältliches sekun
däres Calciumphosphat-Dihydrat verwandt.
Weiterhin wird ein molares Verhältnis von Ca/P von 1,400
bis 1,498 benötigt, wenn das tertiäre und das sekundäre
Calciumphosphat gemischt werden. Falls das molare Ca/P-
Verhältnis kleiner als 1,400 ist, verbleibt unreagiertes
sekundäres Calciumphosphat nach dem Mischen und Kneten in
großen Mengen zurück, was die Festigkeit der ausgehärte
ten Zementzusammensetzung erniedrigt. Bei einem molaren
Ca/P-Verhältnis von mehr als 1,498 nimmt die Aushärtung
eine zu lange Zeit in Anspruch.
Zur Erhöhung der Verträglichkeit mit lebendem Gewebe und
Verbesserung der Aushärtungseigenschaften des erfindungs
gemäßen hydraulischen Calciumphosphat-Zementpulvers
können dem tertiäres und sekundäres Calciumphosphat
enthaltenden Pulver weitere keramische Pulver zugesetzt
werden, wie quaternäres Calciumphosphat, Hydroxyapatit
oder Aluminiumoxid.
Erfindungsgemäß kann der hydraulischen Calciumphosphat-
Zementzusammensetzung wäßrige Härterflüssigkeit zu
gesetzt werden, um eine Härterflüssigkeit enthaltende Ze
mentzusammensetzung zu erhalten. Als wäßrige Här
terflüssigkeit kann Wasser allein ausreichen, jedoch kann
ein wasserlösliches Natriumsalz zur Verkürzung der Här
tungszeit und zur Verbesserung der Festigkeit der Zement
zusammensetzung darin enthalten sein. Als wasserlösliches
Natriumsalz können Natriumsuccinat, Natriumlactat, Natri
umacetat und Natriumchlorid genannt werden. Sie kön
nen allein oder als Mischung verwandt werden. Es ist be
sonders bevorzugt, Natriumsuccinat und Natriumlactat ein
zusetzen, da sie eine bemerkenswerte Härtung ergeben und
die Umwandlung zu Apatit im lebenden Körper beschleuni
gen. Am meisten bevorzugt wird Natriumsuccinat einge
setzt, da es die Festigkeit der ausgehärteten
Zementzusammensetzung im Vergleich zu Fällen, in denen
andere wasserlösliche Natriumsalze oder keine Salze ver
wandt werden, erhöhen kann.
Der Härtungseffekt des wasserlöslichen Natriumsalzes
nimmt mit der zugegebenen Menge zu und erreicht bei einer
bestimmten Menge einen Sättigungspunkt. Da die zugefügten
Mengen an wasserlöslichen Natriumsalzen in Abhängigkeit
vom Mischungsverhältnis des tertiären Calciumphosphats
vom α-Typ mit dem β-Typ und dem sekundären Calcium
phosphat und der Art der Salze variieren, unterliegt die
zugefügte Menge keinen besonderen Beschränkungen. Gleich
wohl ist eine Menge von nicht mehr als 30 Gew-%, bezogen
auf die gesamte Härterflüssigkeit, bevorzugt. Beispiels
weise härtet die Zementzusammensetzung in etwa 10
Minuten, wenn eine 20 Gew.-% Natriumsuccinat enthaltene
Härterflüssigkeit zur hydraulischen Calciumphosphat-
Zementzusammensetzung zugegeben wird, die tertiäres
Calciumphosphat und sekundäres Calciumphosphat in Pulver
form in einem molaren Ca/P-Verhältnis von 1,48 enthält,
wobei das tertiäre Calciumphosphat nach dem Naßverfahren
hergestellt ist und tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ
und vom β-Typ in einem Gewichtsverhältnis von 80 : 20
enthält.
Falls nötig, kann zur Verbesserung der Handhabungs
eigenschaften beim Mischen, Kneten und der Benetzbarkeit
des Zementpulvers der wäßrigen Härterflüs
sigkeit ein wasserlösliches Polymer zugesetzt werden. Als
wasserlösliche Polymere werden vorzugsweise
Polysaccharide und polymere oberflächenaktive Mittel ein
gesetzt. Als spezielle Beispiele für Polysaccharide kön
nen Chitin, Chitosan, lösliche Stärke, Glycogen, Gummi
arabicum, Alginsäure, Hyaluronsäure, Chondroitinschwefel
säure und deren Salze genannt werden. Als spezielle Bei
spiele für polymere oberflächenaktive Mittel können Poly
propylenglykol, Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol,
Methylcellulose, Carboxymethylcellulose und
Hydropropylmethylcellulose genannt werden. Sie kön
nen allein oder als Mischung eingesetzt werden. Der Ge
halt an wasserlöslichem Polymer liegt zwischen einem Mi
nimum, das notwendig ist, um die vorgenannten Ziele zu
erreichen und einem Maximum, das die Handhabungseigen
schaften noch nicht durch eine erhöhte Viskosität beein
trächtigt.
Die Härterflüssigkeit enthaltene Zementzusammensetzung
der Erfindung wird zur Erzielung der erwünschten ausge
härteten Zementzusammensetzung gemischt und geknetet.
Dazu werden die hydraulische
Calciumphosphat-Zementzusammensetzung und die wasserhal
tige Härterflüssigkeit in einem Mischverhältnis von 1,0
bis 2,5 : 1,0 nach Gewicht gemischt. Falls das
Mischverhältnis der hydraulischen Calciumphosphat-
Zementzusammensetzung kleiner als 1,0 ist, ist die
Härtungszeit lang und ergibt sich eine geringere Festig
keit. Falls das Verhältnis größer als 2,5 ist, werden die
Handhabungseigenschaften beim Mischen und Kneten schwie
rig, da die Mischung zu sehr aushärtet.
Das hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver
und die Härterflüssigkeit enthaltende Zement
zusammensetzung gemäß der Erfindung haben die Vorteile,
daß die Zementzusammensetzung bei einem pH-Wert im neu
tralen Bereich und in einem praktischen Zeitraum aushär
tet, die ausgehärtete Zementzusammensetzung eine hohe Fe
stigkeit hat, die über einen langen Zeitraum nicht ab
nimmt, und daß sie eine größere Verträglichkeit mit le
bendem Gewebe aufweist.
Wenn in dem tertiären Calciumphosphat wenigstens das ter
tiäre Calciumphosphat vom α-Typ nach dem Naßverfahren
hergestellt ist, härtet die Zementzusammensetzung schnel
ler aus und hat die ausgehärtete Zementzusammensetzung
eine höhere Festigkeit.
Das hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver
und die Härterflüssigkeit enthaltene Zement
zusammensetzung gemäß der Erfindung sind als Füller oder
zur Füllung eines Defekts oder eines hohlen Teils eines
Knochens oder eines Zahnwurzelkanals brauchbar.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele und
Vergleichsbeispiele näher erläutert.
Nach dem Naßverfahren aus gelöschtem Kalk und Phos
phorsäure hergestelltes tertiäres Calciumphosphat vom α-
Typ und nach dem Trockenverfahren aus Calciumpyrophosphat
und Calciumcarbonat hergestelltes tertiäres
Calciumphosphat vom β-Typ wurden zur Herstellung von ter
tiärem Calciumphosphat in einem Gewichtsverhältnis von 80 : 20
gemischt. Danach wurde das so hergestellte tertiäre
Calciumphosphat mit sekundärem Calciumphosphat
zur
Herstellung von hydraulischen Calciumphosphat-
Zementpulvern mit molaren Ca/P-Verhältnissen
von 1,40, 1,45, 1,48 und 1,498 gemischt. Zu 200 Gewichts
teilen jedes der so erhaltenen hydraulischen Calcium
zementpulver wurden 100 Gewichtsteile Härter
flüssigkeit oder Wasser hinzugefügt und die Masse zwecks
Erhalt einer ausgehärteten Zementzusammensetzung gemischt
und geknetet. Die Härtungszeit der Mischung wurde im
allgemeinen gemäß JIS T6604 gemessen. Danach wurden die
ausgehärteten Zementzusammensetzungen einen Tag in einer
künstlichen Körperflüssigkeit gehalten, die ausgehärteten
Zementstücke (Durchmesser 7 mm, Länge 14 mm) aus der
Flüssigkeit herausgenommen und hinsichtlich der Kompres
sionsfestigkeit unter Naßbedingungen und unter mit einer
Rate von 1 mm/min zunehmender Kompression unter Verwen
dung eines Instron Universal Tester "Model 1125" gemes
sen. Die gemessenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 wieder
gegeben.
Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurde gemäß Beispiel 1
erhaltenes tertiäres Calciumphosphat und sekundäres Cal
ciumphosphat-Dihydrat zur Herstellung von hydraulischen
Calciumphosphat-Zementpulvern mit jeweils mola
ren Ca/P-Verhältnissen von 1,35 und 1,499 gemischt. Da
nach wurde jedes der Zementpulver ausgehärtet
und jeweils die Härtungszeit und die Kompressionsfestig
keit gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1
wiedergegeben.
Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, außer daß
tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ aus Calciumpyro
phosphat und Calciumcarbonat nach dem Trockenverfahren
hergestellt wurde. Danach wurden ähnlich zu Beispiel 1
hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver her
gestellt und ausgehärtet und die Härtungszeit und die
Kompressionsfestigkeit gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
In tertiären Calciumphosphatmischungen, die den α-Typ
und den β-Typ, die beide aus gelöschtem Kalk und
Phosphorsäure nach dem Naßverfahren hergestellt, enthielten,
wurde der Gehalt an tertiärem Calciumphosphat vom ß-Typ
geändert, wobei sich die in Tabelle 2 wiedergegebenen
verschiedenen Anteile ergaben. Das
vorstehend genannte tertiäre Calciumphosphat und sekun
däres Calciumphosphat wurden zur Herstellung von hydrau
lischen Calciumphosphat-Zementpulvern mit mola
ren Ca/P-Verhältnissen von 1,48 gemischt. Danach wurden
zu jeweils 100 Gewichtsteilen eines jeden erhaltenen Zem
entpulvers 60 Gewichtsteile einer 20 Gew.-%igen
wäßrigen Natriumsuccinat-Hexahydratlösung
als
Härterflüssigkeit zugegeben und die Masse gemischt und
geknetet. Die Härtezeit einer jeden Mischung wurde im
allgemeinen gemäß JIS T6604 gemessen. Weiterhin wurde ge
mäß Beispiel 1 die Kompressionsfestigkeit der ausgehärte
ten Zementstücke gemessen, nachdem die Stücke einen Tag,
drei Tage, sieben Tage, dreißig Tage, sechzig Tage und
neunzig Tage in künstlicher Körperflüssigkeit belassen
worden waren.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Unter Verwendung von tertiärem Calciumphosphat, das kein
tertiäres Calciumphosphat vom β-Typ enthielt, wurden
hydraulische Calciumphosphat-Zementzusammensetzungen her
gestellt und ausgehärtet und die Härtungszeit und die
Kompressionsfestigkeit der erhaltenen Stücke gemäß Bei
spiel 3 gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Claims (5)
1. Hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver mit tertiärem
Calciumphosphat und sekundärem Calciumphosphat als Hauptbestandteil,
das tertiäres Calciumphosphat vom α-Typ und
tertiäres Calciumphosphat vom β-Typ enthält, dadurch gekennzeichnet,
daß das molare Verhältnis Ca/P 1,400 bis
1,498 beträgt und es das tertiäre Calciumphosphat vom α-Typ
und das vom β-Typ in einem Gewichtsverhältnis von 97 : 3
bis 50 : 50 miteinander vermischt enthält.
2. Hydraulisches Calciumphosphat-Zementpulver nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das tertiäre
Calciumphosphat vom α-Typ nach einem Naßverfahren hergestellt
ist.
3. Zementzusammensetzung, dadurch gekennzeichnet, daß sie das
hydraulische Calciumphosphat-Zementpulver nach Anspruch 1
oder 2 und eine wäßrige Härterflüssigkeit in einem Gewichtsverhältnis
von 1,0 bis 2,5 : 1,0 gemischt enthält.
4. Zementzusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die wäßrige Härterflüssigkeit weiterhin ein wasserlösliches Natriumsalz
enthält.
5. Zementzusammensetzung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die wäßrige Härterflüssigkeit weiterhin
ein wasserlösliches Polymer enthält.
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