JP2563187B2 - リン酸カルシウム系硬化体の製造方法 - Google Patents

リン酸カルシウム系硬化体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 「技術分野」 本発明は、例えば医科用あるいは歯科用セメントの材
料又は骨補填材として用いられるリン酸カルシウム系硬
化体の製造方法に関する。
「従来技術及びその問題点」 近年、種々のリン酸カルシウム系化合物、特にハイド
ロキシアパタイトは、生体適合性に優れた材料として注
目されている。ハイドロキシアパタイトが骨及び歯質を
構成する無機成分であることは周知のことであり、生体
材料としてこれらのリン酸カルシウム系化合物の使用が
種々検討されている。
ところで、アパタイト以外のリン酸カルシウムは、加
水分解によりハイドロキシアパタイトに転化すると言わ
れているが、ある特定の条件下においては生成したハイ
ドロキシアパタイトを硬化させることができることが見
出され、この性質を利用して歯科用あるいは医科用セメ
ントとしてリン酸カルシウム粉末を用いることが盛んに
研究されている(例えば特開昭62-12705号、特開昭61-1
61206号、特開昭59-182263号、特開昭59-88351号公報
等)。
現在、このようなリン酸カルシウム系硬化体の原料と
なる活性なリン酸カルシウムとしては、α−リン酸三カ
ルシウム〔Ca3(PO4)2〕、リン酸四カルシウム〔Ca4(P
O4)2O〕及びこれらの2種の混合物が知られている。そ
の製法としては、α−リン酸三カルシウムについては、
炭酸カルシウムとピロリン酸カルシウムを混合して1250
℃で焼成する方法、リン酸四カルシウムについては、炭
酸カルシウムとピロリン酸カルシウムを摩砕混合し、15
00℃で焼成する方法、また、これらの混合物について
は、上記方法で製造された二者を摩砕混合する方法が採
られている。
しかしながら、これらの製法は、いずれも固相反応で
あるために、得られる粉剤の組成は均一性を欠くもので
あった。このため、硬化時において反応が均一に進行せ
ず、硬化体の強度を低下させる原因の一つとなってい
た。また、焼成温度が高いために、得られる粉剤の活性
を低いものとしてしまい、硬化時間の長時間化や不完全
硬化による硬化体強度の低下を招くものとなっていた。
また、このようにして得られたリン酸カルシウムより
なる粉剤と混練される硬化液としては、混練物のpHを低
下させ、中性領域において硬化反応を進行させることが
生体組織への為害性をなくす面から望まれることであ
り、従来はこのような点からクエン酸水溶液が最良のも
のとされてきた。しかし、この硬化液についても、なお
改良の余地が残っている。殊に、従来、広範に用いられ
ていたアクリルセメント等と比べると、練和時に混練物
の展延性がなく、成形性が悪いという欠点があった。
「発明の目的」 本発明の目的は、硬化反応を中性領域において均一か
つ充分に進行させ、練和時に優れた成形性を示し、硬化
後は、高い強度を有し、生体組織為害性のない硬化体を
得るリン酸カルシウム系硬化体の製造方法を提供するこ
とにある。
「発明の構成」 本発明によるリン酸カルシウム系硬化体の製造方法
は、Ca/P比が1.5を超え、1.8以下であるハイドロキシア
パタイトを1150〜1450℃の温度で減圧条件下で焼成して
得られたα−リン酸三カルシウムとリン酸四カルシウム
の混合物よりなる粉剤と、グリセリン、糖及び糖アルコ
ールのうち1種以上を添加してなるクエン酸水溶液に多
糖類を溶解させてなる液剤とを混練することによって硬
化させることを特徴とするものである。
本明細書において、糖とは、単糖類及び少糖類を意味
するものとする。
このように本発明の製造方法においては、湿式法によ
り容易に合成できるCa/P比が1.5を超え、1.8以下である
ハイドロキシアパタイト原料組成物を1150〜1450℃の温
度で減圧下で焼成し、ハイドロキシアパタイトを熱分解
させてα−リン酸三カルシウムとリン酸四カルシウムを
生成させることにより得られたα−リン酸三カルシウム
とリン酸四カルシウムの混合物を粉剤として用いるもの
であるから、得られる混合物における組成は均一とな
り、また、従来のリン酸カルシウムの製法と比較して焼
成温度が1150〜1450℃と比較的低いために、得られる粉
剤の活性をより高いものとすることができる。
従って、このようにして得られたα−リン酸三カルシ
ウムとリン酸四カルシウムの混合物を粉剤として用いれ
ば、硬化反応を均一かつ充分に進行させ、硬化強度の高
い硬化体が得られることが予想される。
ところが、このような粉剤に対する硬化液として従来
好適に用いられるクエン酸水溶液を用いて粉剤と混練
し、硬化反応を進行させたところ、上記のように本発明
に係る粉剤は高い活性を有するため、反応の進行が激し
すぎ、発熱、硬化時間の早さが問題となり、また、硬化
体にクラックがはいりやすく、強度低下が起こることが
明らかとなった。
硬化反応を遅延させるため、本発明者らは、クエン酸
のみではなく、グリセリン、糖及び糖アルコールのうち
1種以上を添加してなるクエン酸水溶液を硬化液として
用いることを提案した(特願昭62-172446号明細書)。
グリセリン、糖及び糖アルコールのうち1種以上を添加
してなるクエン酸水溶液を硬化液として用いると、反応
が温和に進行し、発熱が少なく、硬化体にクラックが入
りにくくなるため強度が向上し、更にこのような硬化液
を用いた場合も、クエン酸のみを硬化液として用いたと
きと同様に硬化反応は中性領域で進行する。
しかし、この硬化液を用いた場合にも混練物は展延性
がなく、成形性が悪いので、混練物に成形性を付与する
ため鋭意研究を進めた。その結果、グリセリン、糖及び
糖アルコールのうち1種以上を添加してなるクエン酸水
溶液に多糖類を溶解させたものを液剤として用いると、
練和時に混練物が展延性のあるガム状となり、硬化前に
容易に任意の形状に成形が可能となることを見出した。
本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであ
る。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明のリン酸カルシウム系硬化体の製造方法におい
て用いられる粉剤は、Ca/P比が1.5を超え、1.8以下であ
るハイドロキシアパタイトを、1150〜1450℃の温度で減
圧条件下に焼成して得られる。
この粉剤の調製において原料として用いられるハイド
ロキシアパタイトは、リン酸水溶液と水酸化カルシウム
懸濁液とを公知方法によって反応させる湿式法により容
易に合成できるが、そのCa/P比は1.5を超え、1.8以下で
ある範囲にあることが必要であり、より好ましくは1.6
〜1.8の範囲にあるものとされる。すなわち、Ca/P比が
1.5では、目的とする化合物の一つであるα−リン酸三
カルシウムそのものとなってしまい、Ca/P比が1.8を超
えるものであると、焼成時に生体に対して悪影響を及ぼ
す酸化カルシウムが生成し、好ましくないためである。
原料とするハイドロキシアパタイトのCa/P比は、製造
工程において反応させる水酸化カルシウムとリン酸との
比率を変えることによって変化させることができる。そ
して、原料とするハイドロキシアパタイトのCa/P比を変
化させることにより、最終的に生成するα−リン酸三カ
ルシウムとリン酸四カルシウムの比率を所望のものに変
化させることができる。
また、原料とするハイドロキシアパタイトは、例えば
湿式法により合成した後、過、遠心分離、噴霧乾燥等
の手段により粉末化することが望ましく、更には、後の
工程で焼成して熱分解する前に500〜700℃程度の温度で
仮焼するなどして充分に乾燥させ、水分をできるだけ除
去することが望ましい。
本発明の製造方法においては、上記のようなハイドロ
キシアパタイトを原料とし、1150〜1450℃の温度で減圧
条件下で焼成する。これは、1150℃未満の温度では圧力
を下げても、分解反応が起こらず、一方、1450℃の温度
を超えると、得られるα−リン酸三カルシウムとリン酸
四カルシウムの混合物の活性を低下させてしまうためで
あり、また、減圧条件下とするのは、これにより焼成温
度を低下させることが可能となるため、生成物の活性を
高くすることができ、更に工程の簡略化及び製造コスト
の低下を図ることができるためである。なお、減圧条件
は、10Pa以下であるのが好ましくは、更には10-2Pa以下
であるのが好ましい。
このようにして調製されたα−リン酸三カルシウムと
リン酸四カルシウムの混合物は、必要に応じて機械的粉
砕等の手段により粉剤とされる。
一方、本発明の製造方法において上記のようにして調
製された粉剤を硬化させるために用いられる液剤として
は、グリセリン、糖及び糖アルコールのうち1種以上を
添加してなるクエン酸水溶液に多糖類を溶解させたもの
が用いられる。
本発明に用いる液剤に添加する糖としては、例えば、
グルコース、フルクトース等の単糖類及びサッカロー
ス、マルトース、ラクトース、ラフィノース等の少糖類
が挙げられ、これらのうちの1種以上を使用することが
できる。また、糖アルコールとしては、ソルビトール、
マンニトール、キシリトール等が挙げられ、これらのう
ちの1種以上を使用することができる。
本発明に用いるクエン酸水溶液には、グリセリン、糖
及び糖アルコールをそれぞれ単独で用いてもよく、ま
た、複数種を組み合わせて用いてもよい。本発明におい
ては、前記のようなクエン酸水溶液に更に多糖類を溶解
させて用いる。多糖類としては、クエン酸に可溶性でか
つ生体組織為害性のないものであれば、任意のものであ
ってよく、例えばキトサン、デンプン等が挙げられ、特
にキトサンが好ましい。
この液剤においてクエン酸濃度は、好ましくは30重量
%以上、より好ましくは40〜55重量%であり、また、グ
リセリン、少糖類又は糖アルコールの濃度は、好ましく
は5〜40重量%、より好ましくは10〜30重量%とする。
更に、多糖類は、好ましくは0.05重量%以上の濃度でク
エン酸水溶液に溶解させる。すなわち、クエン酸濃度が
30重量%未満であると、硬化体の強度を弱くしてしまう
虞があり、グリセリン、少糖類又は糖アルコールの濃度
が5重量%未満であると、添加効果が認められず、40重
量%を超えると、これらの添加剤がクエン酸水溶液に溶
解しにくくなり、また、多糖類の濃度が0.05重量%未満
であると、添加効果が認められない。
本発明の製造方法においては、上記のようにして調製
された粉剤と液剤とを混練することにより、α−リン酸
三カルシウムとリン酸四カルシウムの加水分解反応を起
こさせてハイドロキシアパタイトを生成させ、硬化体を
得る。その際、粉剤と液剤の混練比は、液剤に対する粉
剤の配合量(P/L)が重量比で0.4〜2.7となるようにす
ることが好ましい。すなわち、この比が0.4未満である
と、固形分が少ないため、得られる硬化体の強度が弱く
なり、一方、2.7を超えると、粉剤と液剤の均一な練和
が困難となるためである。
「発明の実施例」 次に、実施例に基づいて本発明を詳述するが、本発明
はこれに限定されるものではない。
実施例1 リン酸水溶液と水酸化カルシウム懸濁液を公知方法で
反応させ、乾燥させてハイドロキシアパタイトを得た。
得られた生成物の確認は、X線回折によって行った。こ
のX線回折チャートを第1図に示す。また、得られたハ
イドロキシアパタイトのCa/P比は、化学分析によって1.
67と算定された。
このハイドロキシアパタイトを温度1200℃、圧力1.3
×10-4Paで1時間焼成した。得られた生成物を上記と同
様にX線回折により調べたところ、第2図に示すように
α−リン酸三カルシウムのピークaとリン酸四カルシウ
ムのピークbが発現し、ハイドロキシアパタイトの熱分
解によりα−リン酸三カルシウムとリン酸四カルシウム
の混合物が生成したことが確認できた。
このようにして得られたα−リン酸三カルシウムとリ
ン酸四カルシウムの混合物を粉剤とし、この粉剤2gと40
%クエン酸水溶液10gにサッカロース3gとキトサン(商
品名フローナックN:共和油脂工業(株)製)0.1gを溶解
した液剤1gを混練したところ、展延性のあるガム状練和
物となり、続いて約9分後に硬化し、高強度の硬化体と
なった。
比較例1 実施例1において、キトサンを添加しなかった液剤を
用いて粉剤と混練したところ、約2分後に硬化したが、
硬化前の練和物は展延性がなく、成形性が悪かった。
「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば、α−リン酸三カ
ルシウムとリン酸四カルシウムの混合物からなる粉剤を
硬化液と混練したときに、混練物は優れた展延性を示
し、硬化前に任意の形状に容易に成形することができ、
硬化反応は均一かつ充分にしかも適度に温和に進行し、
硬化強度の高く、生体組織為害性のない硬化体を得るこ
とができる。従って、本発明方法は歯科及び医科用セメ
ントの製造のため有用であり、骨欠損部への補填材を製
造するためにも好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例において合成したハイドロキシアパタイ
トのX線回折図、第2図は実施例において得られた本発
明に係る粉剤のX線回折図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 24:06 24:10 24:02 24:38)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ca/P比が1.5を超え、1.8以下であるハイド
    ロキシアパタイトを1150〜1450℃の温度で減圧条件下で
    焼成して得られたα−リン酸三カルシウムとリン酸四カ
    ルシウムの混合物よりなる粉剤と、グリセリン、糖及び
    糖アルコールのうち1種以上を添加してなるクエン酸水
    溶液に多糖類を溶解させてなる液剤とを混練することに
    よって硬化させることを特徴とするリン酸カルシウム系
    硬化体の製造方法。
  2. 【請求項2】液剤に対する粉剤の配合量が重量比で0.4
    〜2.7である特許請求の範囲第1項に記載の製造方法。
  3. 【請求項3】クエン酸水溶液中のクエン酸の濃度が30重
    量%以上であり、グリセリン、糖及び糖アルコールの合
    計濃度が5〜40重量%であり、多糖類の濃度が0.05重量
    %以上である特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の
    製造方法。
  4. 【請求項4】前記の多糖類がキトサンである特許請求の
    範囲第1項〜第3項に記載の製造方法。
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