JP2012148903A - ヒドロキシアパタイトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、貝類、特にアコヤ貝の養殖で発生する貝殻を今までよりも高度に利用することにある。
【解決手段】
以下の製法でハイドロキシアパタイトを製造すると、今までにない、保湿性の高いハイドロキシアパタイトが製造でき、一部しか利用されず、利用されたとしても大部分はカルシウム剤としてという利用程度の低いものであったものを高度に利用できることがわかった。
ＣａＨＰＯ₄および／またはＣａＨＰＯ₄・２Ｈ₂Ｏと、貝殻および／または真珠の粉末を、７０〜９０℃で１〜２４時間加温し反応させ、８０℃以下で３〜７２時間乾燥させることを特徴とするハイドロキシアパタイトの製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、有効性の高いヒドロキシアパタイトの製造方法に関する。

牡蠣、ホタテ、アコヤ貝等、貝を養殖して食品、真珠を得る養殖は盛んに行われている。貝の養殖の際、発生する貝殻は、螺鈿や貝ボタンのような装飾品、牡蛎、石决明のような薬用、貝殻を強熱して微粉砕したものが食品添加物、等々利用されている。
さらには、道路の舗装剤、水質改善のための濾材等にも利用拡大されつつある。
しかしながら、養殖等で発生する貝殻の一部しか利用できていなし、その利用の程度も低い。
一方、ヒドロキシアパタイトは主に以下の３つの方法で合成される。
１．水熱合成法：密閉反応容器（オートクレープ）に無水リン酸一水素カルシウム［ＣａＨＰＯ₄］の水懸濁液をリン酸［Ｈ₃ＰＯ₄］でＰＨ４とし，３５０℃，８８００Ib/in2気圧の条件下で４８時間反応させる）。
２．乾式合成法：難溶性リン酸カルシウムであるピロリン酸カルシウム［Ｃａ₂Ｐ₂０₇］。あるいはリン酸三カルシウム［Ｃａ₃（ＰＯ₄）₂］と炭酸カルシウム［ＣａＣＯ₃］を，水蒸気雰囲気中で９００〜１３００℃，１〜２４時間反応させる。
３．湿式合成法：可溶性リン酸塩あるいはリン酸の水溶液と，可溶性カルシウム塩の水溶液を７０〜１００℃でアルカリ性を保ちながら，２４〜４８時間反応させる。
さらには、湿式合成法のバリエーションとして水に不溶性のリン酸カルシウム塩を水中に懸濁させ、懸濁液に水に不溶性の炭酸カルシウム［ＣａＣＯ₃］を添加し、懸濁液を撹拌下に過熱して反応させる方法も知られている。（特許文献１参照）
また、炭酸カルシウム粉末とリン酸水素カルシウム又はその二水和物の粉末とを、カルシウム原子のリン酸に対する原子比が１．５〜１．６７の範囲になるように割合のスラリーを湿式粉砕機により磨砕混合しながらヒドロキシアパタイトを得る方法も知られている。（特許文献２参照）

特開昭６２−２２３０１０号公報 特開昭６３−１５９２０７号公報

本発明の目的は貝の養殖で発生する貝殻を、より高度に利用することにある。

本発明者は種々検討した結果、貝殻よりヒドロキシアパタイトを作成することである。
この場合に他の起源のヒドロキシアパタイトと比較してより有効性の高いヒドロキシアパタイトが得られるように製造方法を改良した。
その方法は、『ＣａＨＰＯ₄および／またはＣａＨＰＯ₄・２Ｈ₂Ｏと、貝殻および／または真珠の粉末を、７０〜９０℃で１〜２４時間加温し反応させ、８０℃以下で３〜７２時間乾燥させることを特徴とするハイドロキシアパタイトの製造方法。』である。
これらの解決手段をとることによって、炭酸カルシウムがこれら以外の起源の場合に比較して、有効性が向上したことのみならず、予想外にヒドロキシアパタイトの生成する反応がスムーズになることがわかった。
以下に具体的な貝殻および／または真珠の粉末からヒドロキシアパタイトを得る製造方法に関して記載する。

真珠はアコヤ貝、シロチョウガイ、クロチョウガイ、イケチョウガイ等の真珠、貝殻は真珠のとれる貝をはじめ、ホタテ、牡蠣、アサリ、ハマグリ等、特に限定なく使用できるが、本発明の主旨より，養殖で大量に発生する、アコヤ貝、牡蠣、ホタテが利用する価値があり、このなかでも、アコヤ貝が好ましい。
また、アコヤ貝の貝殻が主として真珠層を取り出したものや真珠の脱核したものを利用すれば、貝殻に含まれる成分が、炭酸カルシウムと真珠コンキオリン等の成分により限定され、そのほかの不純物が減少したヒドロキシアパタイトが得られる。

ＣａＨＰＯ₄および／またはＣａＨＰＯ₄・２Ｈ₂Ｏと、貝殻および／または真珠の粉末の比率は、カルシウムのリンに対するモル比が１．４５〜１．６７の範囲になるように配合する。しかしながら、１．５５を越えると炭酸が残りやすくなので、１．４５〜１．５５の範囲が最も好ましい。
但し、貝殻にはコンキオリンをはじめとする炭酸カルシウム以外の物質が約５〜１０％含まれているので原料の配合比を決める場合は注意する。
貝殻および／または真珠は水に溶けないので反応を進めるにはある程度の粒度以下にしないと反応時間が係りすぎたり、未反応の炭酸カルシウムが残ったりする。しかしながら、貝殻や真珠は炭酸カルシウムの結晶の隙間にタンパク質が層状にあり、この隙間があることと、タンパク質が反応を進める可能性があり、他の炭酸カルシウムに比較して平均粒度が大きくても反応が進みことがわかった。本発明者らの検討によれば、平均粒度が３０μ以下であれば未反応の炭酸カルシウムが残ることはなく、他の起源の炭酸カルシウムに比較して大きな粒度で未反応物も残らない。

これに水を加える。水の量は、ＣａＨＰＯ₄および／またはＣａＨＰＯ₄・２Ｈ₂Ｏと、貝殻および／または真珠の粉末の合計量（重量）の５倍〜５０倍程度を加える。
撹拌は懸濁状態が保たれる程度の撹拌しつつ反応させる。
これらの反応温度は、７０〜９０℃が適当で、７０℃以下では副生成物（Ｃａ₈Ｈ₂（ＰＯ₄）₆・５Ｈ₂Ｏ）が生じ、９０℃以上では貝殻や真珠に含まれるタンパク質が変性し、出来上がったハイドロキシアパタイトの有効性が低いものしか得られない。
反応時間は、反応温度、原料の粒度等によって大きく異なるが、１〜２４時間が適当である。
反応終了後、濾過或いはデカンテーション等である程度の水分を除去した後、乾燥する。乾燥方法は特に制限はなく、温度は８０℃で行えば問題ない。しかし温度が低いと時間がかかるので、４０℃以上が好ましい。
乾燥時間は、乾燥方法、反応物の粒度、乾燥温度によって異なるが、３〜７２時間が適当である。

上記の製造方法で作成したハイドロキシアパタイトを医薬品、化粧品に利用するが、本発明者らの検討の結果、化粧品の原料として他のハイドロキシアパタイトに比較して有効なことがわかった。
以下に実施例を記載するがこれに限定されることはない。

実施例１
リン酸水素カルシウム２水和物 ４６３ｇ
アコヤ貝貝殻粉末１ １３８ｇ
イオン交換水 ７ｋｇ
製造方法
ビーカ−にイオン交換水を入れ，撹拌機で撹拌しながらリン酸水素カルシウム２水和物とアコヤ貝貝殻粉末１を投入した。
投入後１時間かけて８０℃まで昇温した後，５時間保持した。
ろ過後，ステンバットにうつして７０℃で、４８時間乾燥した。
なお、アコヤ貝貝殻粉末１は、バレル研磨機で貝殻付着物と稜柱層を除いた後、粉砕機で平均粒度２８ミクロンにしたアコヤ貝粉末である。

実施例２
リン酸水素カルシウム無水 ３６６ｇ
アコヤ貝貝殻粉末２ １３８ｇ
イオン交換水 ７ｋｇ
製造方法
ビーカ−にイオン交換水を入れ，撹拌機で撹拌しながらリン酸水素カルシウム無水とアコヤ貝貝殻粉末２を投入した。
投入後１時間かけて７０℃まで昇温した後，１０時間保持した。
ろ過後，ステンバットにうつして４５℃で、６０時間乾燥した。
なお、アコヤ貝貝殻粉末２は、バレル研磨機で貝殻付着物と稜柱層を除いた後、粉砕機で平均粒度８.７ミクロンにしたアコヤ貝粉末である。

実施例３
リン酸水素カルシウム無水 ３６６ｇ
アコヤ貝真珠粉末 １３８ｇ
イオン交換水 ７ｋｇ
製造方法
ビーカ−にイオン交換水を入れ，撹拌機で撹拌しながらリン酸水素カルシウム無水とアコヤ貝真珠粉末を投入した。
投入後１時間かけて７０℃まで昇温した後，１０時間保持した。
ろ過後，ステンバットにうつして８０℃で、６時間乾燥した。
なお、アコヤ貝真珠粉末は、脱核した真珠を粉砕機で平均粒度１４.５ミクロンにしたものである。

実施例４
リン酸水素カルシウム２水和物 ４６３ｇ
アコヤ貝貝殻粉末１ １８０ｇ
イオン交換水 ７ｋｇ
製造方法
ビーカ−にイオン交換水を入れ，撹拌機で撹拌しながらリン酸水素カルシウム２水和物とアコヤ貝貝殻粉末１を投入した。
投入後１時間かけて８０℃まで昇温した後，５時間保持した。
ろ過後，ステンバットにうつして７０℃で、４８時間乾燥した。
なお、アコヤ貝貝殻粉末１は、バレル研磨機で貝殻付着物と稜柱層を除いた後、粉砕機で平均粒度２８ミクロンにしたアコヤ貝粉末である。

比較例１
（反応温度を６０℃にしたほかは、実施例１と同じ）
リン酸水素カルシウム２水和物 ４６３ｇ
アコヤ貝貝殻粉末１ １３８ｇ
イオン交換水 ７ｋｇ
製造方法
ビーカ−にイオン交換水を入れ，撹拌機で撹拌しながらリン酸水素カルシウム２水和物とアコヤ貝貝殻粉末１を投入した。
投入後１時間かけて６０℃まで昇温した後，５時間保持した。
ろ過後，ステンバットにうつして７０℃で、４８時間乾燥した。
なお、アコヤ貝貝殻粉末１は、バレル研磨機で貝殻付着物と稜柱層を除いた後、粉砕機で平均粒度２８ミクロンにしたアコヤ貝粉末である。

比較例２
リン酸水素カルシウム２水和物 ４６３ｇ
炭酸カルシウム １２８ｇ
イオン交換水 ７ｋｇ
製造方法
ビーカ−にイオン交換水を入れ，撹拌機で撹拌しながらリン酸水素カルシウム２水和物とアコヤ貝貝殻粉末１を投入した。
投入後１時間かけて８０℃まで昇温した後，５時間保持した。
ろ過後，ステンバットにうつして７０℃で、４８時間乾燥した。
なお、炭酸カルシウムは平均粒度５ミクロンのものを用いた。

１．保水力試験
実施例１および比較例２を１０５℃、２時間乾燥させ、放冷後それぞれ約０．５ｇを取り重量を正確に測定し、飽和塩化ナトリウム水溶液を入れ、平衡状態に達したデシケーターに入れ４８時間後重量を測定した。重量増加量は実施例１で４．５１％、比較例２で２．４２％であった。
なお、比較例２には蛋白質は含まれなかったが、実施例１には０．８％の蛋白質が含まれ（ケルダール法にて測定）、これが上記の差をもたらしていると考えられる。

以上のように、大半は廃棄または低度の利用しかされてこなかった貝殻および／または真珠の粉末よりハイドロキシアパタイトを作り出した。さらに驚くべきことに本発明のハイドロキシアパタイトは他の起源のハイドロキシアパタイトに比較して有効性が高く、また、貝殻や真珠が持つ特性がハイドロキシアパタイトの製造において非常に優位なこともわかった。
また、比較例１のように反応温度を６０℃にすると、図２のように２θ＝５゜にＣａ₈Ｈ₂（ＰＯ₄）₆・５Ｈ₂Ｏのピークが大きく出、副生成物ができていることがわかる。
さらに図３に実施例１と実施例４の赤外線分析図を示すが実施例４では１４００〜１５００ｃｍ^-1近辺にピークがあり炭酸が残存していることを示しており、カルシウムのリンに対するモル比が１．４５〜１．６７の範囲で製造できるが１．４５〜１．５５の範囲が特に好ましいことも判明した。

は実施例１で得られたハイドロキシアパタイトのＸ線回析分析図である。 は比較例１で得られたハイドロキシアパタイトのＸ線回析分析図である。 は実施例１と実施例４の赤外線分析図である。

Claims (3)

1. ＣａＨＰＯ₄および／またはＣａＨＰＯ₄・２Ｈ₂Ｏと、貝殻および／または真珠の粉末を、７０〜９０℃で１〜２４時間加温し反応させ、８０℃以下で３〜７２時間乾燥させることを特徴とするハイドロキシアパタイトの製造方法。
2. 貝殻がアコヤ貝の貝殻である請求項１のハイドロキシアパタイトの製造方法。
3. アコヤ貝の貝殻が主として真珠層を取り出したものである請求項２のハイドロキシアパタイトの製造方法。