JP7454158B2 - Fired body and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、焼成体及びその製造方法に関し、詳しくは、層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイトを含む組成物を焼成してなることを特徴とする焼成体及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a sintered body and a method for producing the same, and more specifically to a sintered body and a method for producing the same, which are characterized by being produced by sintering a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite.
古来から、層状ケイ酸塩鉱物などの粘土を捏ねて、成形してから高温で焼成して得られる陶磁器が生産され、食器、照明器具、調度品を始めとして様々な製品に利用されている。また、陶磁器の技術はファインセラミック製品として、工業的にも応用され、ベアリング、歯科、電子部品、セラミック磁性体、センサー、燃料電池の部材など、利用分野が大きく広がりつつある。 Since ancient times, ceramics have been produced by kneading clay such as layered silicate minerals, shaping them, and firing them at high temperatures, and are used in a variety of products including tableware, lighting equipment, and furniture. Ceramic technology is also being applied industrially as fine ceramic products, and the fields of use are expanding significantly, including bearings, dentistry, electronic components, ceramic magnetic materials, sensors, and fuel cell components.
陶磁器は、釉薬の有無や焼成温度等によって、土器、せっ器(石器、ストーンウェア)、陶器及び磁器といったものに分類されるが、これらは、層状ケイ酸塩鉱物を主成分とする粘土を捏ねて、成形し、数百℃以上の高温で焼成して得られるという点で共通する。 Ceramics are classified into earthenware, stoneware, pottery, and porcelain, depending on the presence or absence of glaze and firing temperature. The common feature is that they are obtained by molding, molding, and firing at a high temperature of several hundred degrees Celsius or higher.
上記のように、陶磁器やセラミックス製品はその利用分野を広げつつあり、多様な用途に対応できるように新たな材料や製造方法が求められている。 As mentioned above, the fields of use of ceramics and ceramic products are expanding, and new materials and manufacturing methods are required to accommodate a variety of uses.
本発明者らは、鋭意検討した結果、層状ケイ酸塩鉱物に対してハイドロキシアパタイトを配合し、焼成することにより、好ましくは500~1500℃で焼成することにより、新たなセラミックス焼成体が得られることを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive studies, the present inventors found that a new ceramic fired body can be obtained by blending hydroxyapatite with layered silicate minerals and firing the mixture, preferably at 500 to 1500°C. This discovery led to the completion of the present invention.
本発明は、以下の[1]~[11]のとおりである。
[1]層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイトを含む組成物を焼成してなることを特徴とする焼成体。
[2]層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイトを含む組成物を500~1500℃で焼成してなることを特徴とする焼成体。
[3]前記層状ケイ酸塩鉱物がカオリンである[1]または[2]の焼成体。
[4]前記組成物がさらに、長石を含む[1]~[3]のいずれかの焼成体。
[5]前記組成物中、ハイドロキシアパタイトの含有量が1~40質量%である[1]~[4]のいずれかの焼成体。
[6]透光性焼成体である[1]~[5]のいずれかの焼成体。
[7]多孔質焼成体である[1]~[5]のいずれかの焼成体。
[8]前記ハイドロキシアパタイトが、線源としてCuKα線を用いたX線回折において、2θ=31.5~32.5°におけるピークから算出した結晶子サイズが10~200Åであるハイドロキシアパタイトである[1]~[7]のいずれかの焼成体。
[9]前記ハイドロキシアパタイトが、生物由来のカルシウム分を原料として得られるハイドロキシアパタイトである[1]~[8]のいずれかの焼成体。
[10]層状ケイ酸塩鉱物とハイドロキシアパタイトとを混合し、組成物を得て、該組成物を成形した後に焼成する工程を有することを特徴とする焼成体の製造方法。
[11]層状ケイ酸塩鉱物とハイドロキシアパタイトとを混合し、組成物を得て、該組成物を成形した後に500~1500℃で焼成する工程を有することを特徴とする焼成体の製造方法。
The present invention is as follows [1] to [11].
[1] A fired body produced by firing a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite.
[2] A fired body produced by firing a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite at a temperature of 500 to 1500°C.
[3] The fired body of [1] or [2], wherein the layered silicate mineral is kaolin.
[4] The fired body according to any one of [1] to [3], wherein the composition further contains feldspar.
[5] The fired body according to any one of [1] to [4], wherein the content of hydroxyapatite in the composition is 1 to 40% by mass.
[6] The fired body of any one of [1] to [5], which is a translucent fired body.
[7] The fired body of any one of [1] to [5], which is a porous fired body.
[8] The hydroxyapatite is a hydroxyapatite with a crystallite size of 10 to 200 Å calculated from a peak at 2θ = 31.5 to 32.5° in X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source [ 1] to [7].
[9] The fired body according to any one of [1] to [8], wherein the hydroxyapatite is a hydroxyapatite obtained using biologically derived calcium as a raw material.
[10] A method for producing a fired body, comprising the steps of mixing a layered silicate mineral and hydroxyapatite to obtain a composition, molding the composition, and then firing it.
[11] A method for producing a fired body, which comprises the steps of mixing a layered silicate mineral and hydroxyapatite to obtain a composition, molding the composition, and then firing it at 500 to 1500°C.
本発明の焼成体は、優れた透光性や吸水性を有する。また、ハイドロキシアパタイトを含むことにより、ハイドロキシアパタイトが有する様々な物質に対する吸着性も有する。さらに、本発明の焼成体の製造方法により、人工合成可能なハイドロキシアパタイトを使用しつつ、粘土鉱物であり生産地が限られる層状ケイ酸塩鉱物の使用量を低減することができる。 The fired body of the present invention has excellent translucency and water absorption. Furthermore, by containing hydroxyapatite, it also has adsorption properties for various substances that hydroxyapatite has. Further, according to the method for producing a fired body of the present invention, it is possible to use hydroxyapatite, which can be artificially synthesized, while reducing the amount of layered silicate mineral, which is a clay mineral and whose production areas are limited.
[層状ケイ酸塩鉱物]
本発明の層状ケイ酸塩鉱物は、粘土に含まれる層状ケイ酸塩鉱物であれば特に限定なく用いることができる。層状ケイ酸塩鉱物は、Si-O四面体が平面的につながっている構造が基本となっており、この四面体からなる単位構造に加えて、八面体シートなどの他の構造が含まれることによりバリエーションが生じている。本発明の層状ケイ酸塩鉱物としては、蛇紋石、カオリン(カオリナイト)、タルク、パイロフィライト、スメクタイト、バーミキュライト、雲母(マイカ)、緑泥石、モンモリロナイト、珪石、硅石などが挙げられる。好ましくは、カオリン、モンモリロナイトであり、カオリンが最も好ましい。
また、層状ケイ酸塩鉱物は、他の粘土鉱物と併用することも可能であり、粘土の形でハイドロキシアパタイトと混合し、用いることも可能である。
層状ケイ酸塩鉱物の平均粒径は特に限定されないが、好ましくは、5μm以下である。平均粒径は、レーザー回折分散法により測定することができる。
層状ケイ酸塩鉱物の配合量は、好ましくは、組成物中、20~90質量%、より好ましくは、30~80質量%である。
[Layered silicate mineral]
The layered silicate mineral of the present invention can be used without particular limitation as long as it is a layered silicate mineral contained in clay. Layered silicate minerals have a basic structure in which Si-O tetrahedra are connected in a planar manner, and in addition to this unit structure consisting of tetrahedra, other structures such as octahedral sheets may be included. There are variations due to. Examples of the layered silicate minerals of the present invention include serpentine, kaolinite, talc, pyrophyllite, smectite, vermiculite, mica, chlorite, montmorillonite, silica, and silica. Preferred are kaolin and montmorillonite, with kaolin being most preferred.
Furthermore, the layered silicate mineral can be used in combination with other clay minerals, and can also be mixed with hydroxyapatite in the form of clay and used.
Although the average particle size of the layered silicate mineral is not particularly limited, it is preferably 5 μm or less. The average particle size can be measured by laser diffraction dispersion method.
The amount of the layered silicate mineral in the composition is preferably 20 to 90% by mass, more preferably 30 to 80% by mass.
[他の粘土鉱物]
他の粘土鉱物としては、アロフェン、含水アルミニウムケイ酸塩、イモゴライト、ヒシンゲライト、フェリハイドライト、オパール、ゼオライト、カーロスターナイト等が挙げられる。
[Other clay minerals]
Other clay minerals include allophane, hydrated aluminum silicate, imogolite, hisingerite, ferrihydrite, opal, zeolite, carlosternite, and the like.
[ハイドロキシアパタイト]
本発明のハイドロキシアパタイトは、例えば、Ca10(PO4)6(OH)2で表されるカルシウム-リン複合体であり、市販されているものを適宜使用することができる。また、酸化カルシウムや水酸化カルシウムとリン酸とを滴下・混合することによりハイドロキシアパタイトを製造することもできる。
[Hydroxyapatite]
The hydroxyapatite of the present invention is, for example, a calcium-phosphorus complex represented by Ca10(PO 4 ) 6 (OH) 2 , and commercially available products can be used as appropriate. Hydroxyapatite can also be produced by dropping and mixing calcium oxide or calcium hydroxide with phosphoric acid.
本発明で用いられるハイドロキシアパタイトは、好ましくは、X線構造解析において、2θが31.500~32.500°に現れるピークの結晶子サイズが10~200Å、より好ましくは30~150Å、さらに好ましくは50~120Åのハイドロキシアパタイトである(以下、説明のために「特定ハイドロキシアパタイト」とも称する。)。特定ハイドロキシアパタイトのX線構造回折の一例を図1に表す。結晶子サイズとは、結晶粒の大きさを表し、結晶性を表す目安となる数値である。結晶子サイズの数値が大きいほど、測定対象である物質の結晶性が高いことを意味する。結晶子サイズが前記範囲にあるハイドロキシアパタイトは、結晶化していない(非結晶型)ハイドロキシアパタイトのみ又は非結晶型ハイドロキシアパタイトと結晶化の程度が低い(低結晶型)ハイドロキシアパタイトとが混合されたものを意味する。ここで、本発明における「非結晶型ハイドロキシアパタイト」とは、X線解析によって、図4のようなチャートが得られる物質を意味する。また、本発明における「低結晶型ハイドロキシアパタイト」とは、X線解析によって得られるチャートが、結晶型ハイドロキシアパタイトのX線解析によって得られるチャート(例えば、図2のチャート参照)と比較してピークの分離の程度が比較的低い(図3のようなチャートが得られる)物質である。
結晶子サイズは、例えば、株式会社リガク社製のX線解析装置 型番:RINT2200V/PCにより測定できる。
The hydroxyapatite used in the present invention preferably has a crystallite size of a peak appearing at 2θ of 31.500 to 32.500° in X-ray structural analysis of 10 to 200 Å, more preferably 30 to 150 Å, and even more preferably It is a hydroxyapatite with a thickness of 50 to 120 Å (hereinafter also referred to as "specific hydroxyapatite" for the sake of explanation). An example of X-ray structural diffraction of specific hydroxyapatite is shown in FIG. The crystallite size represents the size of crystal grains and is a numerical value that serves as a guideline for crystallinity. The larger the value of the crystallite size, the higher the crystallinity of the substance to be measured. Hydroxyapatite with a crystallite size within the above range is a mixture of non-crystalline (non-crystalline) hydroxyapatite alone or amorphous hydroxyapatite and less crystallized (low-crystalline) hydroxyapatite. means. Here, "non-crystalline hydroxyapatite" in the present invention means a substance that can obtain a chart as shown in FIG. 4 by X-ray analysis. In addition, "low-crystalline hydroxyapatite" in the present invention means that a chart obtained by X-ray analysis has a peak when compared with a chart obtained by X-ray analysis of crystalline hydroxyapatite (for example, see the chart in FIG. 2). It is a substance with a relatively low degree of separation (a chart like the one shown in FIG. 3 is obtained).
The crystallite size can be measured, for example, using an X-ray analyzer model number: RINT2200V/PC manufactured by Rigaku Co., Ltd.
本発明で用いるハイドロキシアパタイトは、生物由来、好ましくは、化石サンゴ、貝殻または卵殻由来のハイドロキシアパタイトであることが好ましい。生物由来のハイドロキシアパタイトとは、貝殻や卵殻などの生物材料から得られるカルシウム分を原料にして得られたハイドロキシアパタイトのことをいう。 The hydroxyapatite used in the present invention is preferably hydroxyapatite derived from living organisms, preferably fossil corals, shells, or eggshells. Biologically derived hydroxyapatite refers to hydroxyapatite obtained from calcium obtained from biological materials such as shells and eggshells.
本発明のハイドロキシアパタイトは、平均粒子径が1~130μmであることが好ましく、より好ましくは1~20μm、さらに好ましくは1~10μmである。平均粒子径は、レーザー光散乱回折法で測定することができる。 The hydroxyapatite of the present invention preferably has an average particle diameter of 1 to 130 μm, more preferably 1 to 20 μm, and still more preferably 1 to 10 μm. The average particle diameter can be measured by laser light scattering diffraction method.
ハイドロキシアパタイトの配合量は、組成物中、1~60質量%が好ましく、5~50質量%がより好ましい。 The content of hydroxyapatite in the composition is preferably 1 to 60% by mass, more preferably 5 to 50% by mass.
[特定ハイドロキシアパタイトの製造方法の例]
本発明において好適に用いられる特定ハイドロキシアパタイトの製造方法の例を説明する。
この製造方法は、酸化カルシウム懸濁液または水酸化カルシウム懸濁液(被添加液)にリン酸溶液(添加液)を添加し又はリン酸溶液(被添加液)に酸化カルシウム懸濁液(添加液)を添加して、前記ハイドロキシアパタイト分散液を得るというものである。
添加液を被添加液に添加する際には、通常のいかなる添加方法も使用可能である。具体的な方法は、例えば、容器に被添加液を入れて、前記容器に滴下ロート等の器具を用いて添加液を滴下する方法が挙げられる。なお、酸化カルシウム懸濁液を添加液として使用する場合には、滴下ロート等に入れた酸化カルシウム懸濁液(または水酸化カルシウム懸濁液)を攪拌しながら滴下することが好ましい。
添加液の添加速度は、例えば、被添加液中に含まれる酸化カルシウム(水酸化カルシウム)又はリン酸1モルに対して、添加液中に含まれる酸化カルシウム(水酸化カルシウム)又はリン酸換算で0.01~8.0モル/hであることが好ましく、0.05~5.0モル/hであることがより好ましく、0.1~2.0モル/hであることがさらに好ましい。添加速度を前記数値範囲とすることで、ハイドロキシアパタイト以外のリン酸カルシウム化合物の生成を抑制できる。
[Example of manufacturing method for specific hydroxyapatite]
An example of a method for producing a specific hydroxyapatite suitably used in the present invention will be explained.
This manufacturing method involves adding a phosphoric acid solution (additive liquid) to a calcium oxide suspension or calcium hydroxide suspension (additive liquid), or adding a calcium oxide suspension (additive liquid) to a phosphoric acid solution (additive liquid). liquid) to obtain the hydroxyapatite dispersion.
When adding the additive liquid to the liquid to be added, any conventional addition method can be used. A specific method includes, for example, a method in which a liquid to be added is placed in a container and the liquid to be added is dropped into the container using a device such as a dropping funnel. In addition, when using a calcium oxide suspension as an additive liquid, it is preferable to drip the calcium oxide suspension (or calcium hydroxide suspension) placed in a dropping funnel or the like while stirring.
The addition rate of the additive liquid is, for example, calculated in terms of calcium oxide (calcium hydroxide) or phosphoric acid contained in the additive liquid per 1 mole of calcium oxide (calcium hydroxide) or phosphoric acid contained in the liquid to be added. The amount is preferably 0.01 to 8.0 mol/h, more preferably 0.05 to 5.0 mol/h, and even more preferably 0.1 to 2.0 mol/h. By setting the addition rate within the above numerical range, it is possible to suppress the production of calcium phosphate compounds other than hydroxyapatite.
特定ハイドロキシアパタイトの製造方法において、添加液を被添加液に添加する際にはpH調整のための水酸化ナトリウム等のアルカリ剤添加をしなくともよい。
酸化カルシウム懸濁液中の酸化カルシウムの総量と、リン酸溶液中のリン酸の総量の比率は、例えば、モル比でカルシウムイオン:リン酸イオンが10:6~9:6となるようにすることが好ましい。勿論、反応条件等によって、前記比率を変更することも可能である。前記モル比率の調整は、添加液及び被添加液の濃度及び量を調整することにより調整できる。
In the method for producing specific hydroxyapatite, when adding the additive liquid to the liquid to be added, it is not necessary to add an alkaline agent such as sodium hydroxide for pH adjustment.
The ratio of the total amount of calcium oxide in the calcium oxide suspension to the total amount of phosphoric acid in the phosphoric acid solution is, for example, such that the molar ratio of calcium ions:phosphate ions is 10:6 to 9:6. It is preferable. Of course, it is also possible to change the above ratio depending on the reaction conditions and the like. The molar ratio can be adjusted by adjusting the concentrations and amounts of the additive liquid and the liquid to be added.
酸化カルシウムなどのカルシウム塩にリン酸を添加する際、或いは、リン酸に対してカルシウム塩を添加する際の温度条件は、90℃以下とする。この場合、添加液及び被添加液の双方を90℃以下にしておくことが好ましい。さらに好ましくは、添加液及び被添加液の温度を5~90℃の範囲とすることが好ましく、20~80℃の範囲とすることがより好ましく、40~70℃の範囲とすることがさらに好ましい。添加液及び被添加液の温度を前記範囲とすることにより、ハイドロキシアパタイトの結晶化を抑制し、かつハイドロキシアパタイトを得るための反応をスムーズに進行させるという効果が得られる。
被添加液を攪拌しながら添加液を添加することも可能である。
The temperature condition when adding phosphoric acid to calcium salt such as calcium oxide or when adding calcium salt to phosphoric acid is 90° C. or lower. In this case, it is preferable to keep both the additive liquid and the liquid to be added at 90° C. or lower. More preferably, the temperature of the additive liquid and the liquid to be added is in the range of 5 to 90°C, more preferably in the range of 20 to 80°C, even more preferably in the range of 40 to 70°C. . By controlling the temperature of the additive liquid and the liquid to be added within the above range, it is possible to suppress the crystallization of hydroxyapatite and to smoothly proceed the reaction for obtaining hydroxyapatite.
It is also possible to add the additive liquid while stirring the liquid to be added.
上記温度条件のもとで被添加液に添加液を添加することにより、X線構造解析において、2θが31.500~32.500°に現れるピークの結晶子サイズが10~200Å、好ましくは30~150Å、より好ましくは50~120Åであるハイドロキシアパタイトの微細な粒子が分散された分散液(反応液)が得られる。この分散液をそのまま焼成前の組成物に配合しても良いし、水等の溶媒を用いて希釈し又は溶媒を蒸発させて濃縮することにより、濃度を調整してから組成物に配合してもよいが、分散液(反応液)を80℃以上に加熱して、乾燥させることが好ましい。乾燥温度は80~500℃がより好ましく、120~400℃がさらに好ましい。乾燥させることにより、特定ハイドロキシアパタイト粉末が得られ、溶媒の量を気にせずに、特定ハイドロキシアパタイトを組成物に配合することができる。 By adding the additive liquid to the liquid to be added under the above temperature conditions, in X-ray structure analysis, the crystallite size of the peak appearing at 2θ of 31.500° to 32.500° is 10 to 200 Å, preferably 30 Å. A dispersion liquid (reaction liquid) in which fine particles of hydroxyapatite having a diameter of ~150 Å, more preferably 50 ~ 120 Å are dispersed is obtained. This dispersion may be blended into the composition before firing as it is, or it may be blended into the composition after adjusting the concentration by diluting it with a solvent such as water or concentrating by evaporating the solvent. However, it is preferable to heat the dispersion liquid (reaction liquid) to 80° C. or higher and dry it. The drying temperature is more preferably 80 to 500°C, even more preferably 120 to 400°C. By drying, a specific hydroxyapatite powder is obtained, and the specific hydroxyapatite can be incorporated into a composition without worrying about the amount of solvent.
[酸化カルシウム懸濁液または水酸化カルシウム懸濁液]
本発明において、前記特定ハイドロキシアパタイトを得る際の出発物質として、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムを用いることができる。本発明においては、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムを溶媒に添加して得られる懸濁液の状態で使用することが好ましい。上記特定ハイドロキシアパタイトの製造方法では、酸化カルシウムまたは水酸化カルシウムを溶解させるため及び/又はpH調整のために酸性又はアルカリ性物質を添加する必要が無く、工程を大幅に省略できる。
酸化カルシウム懸濁液を調製する際に使用する酸化カルシウムは、市販されている酸化カルシウムを用いることが出来る。水酸化カルシウム懸濁液についても同様に、市販の水酸化カルシウムを用いることができる。酸化カルシウム(水酸化カルシウム)懸濁液は、酸化カルシウムを溶媒に添加して得られる。酸化カルシウム(水酸化カルシウム)の添加量は、例えば、溶媒1リットルに対して0.2~9.0モル添加することが好ましく、1.0~5.0モル添加することがより好ましく、1.5~4.0モル添加することがさらに好ましい。溶媒は、メタノール又はエタノール等のアルコール溶媒及び水から選択される溶媒を使用できる。生産効率及び作業上の安全性の観点から、溶媒として水を使用することが好ましい。
[Calcium oxide suspension or calcium hydroxide suspension]
In the present invention, calcium oxide or calcium hydroxide can be used as a starting material when obtaining the specific hydroxyapatite. In the present invention, it is preferable to use calcium oxide or calcium hydroxide in the form of a suspension obtained by adding it to a solvent. In the above method for producing specific hydroxyapatite, there is no need to add an acidic or alkaline substance to dissolve calcium oxide or calcium hydroxide and/or to adjust the pH, and many steps can be omitted.
As the calcium oxide used when preparing the calcium oxide suspension, commercially available calcium oxide can be used. Similarly, commercially available calcium hydroxide can be used for the calcium hydroxide suspension. Calcium oxide (calcium hydroxide) suspensions are obtained by adding calcium oxide to a solvent. The amount of calcium oxide (calcium hydroxide) to be added is, for example, preferably 0.2 to 9.0 mol, more preferably 1.0 to 5.0 mol, and 1 mol to 1 liter of solvent. It is more preferable to add .5 to 4.0 mol. As the solvent, a solvent selected from alcohol solvents such as methanol or ethanol, and water can be used. From the viewpoint of production efficiency and operational safety, it is preferable to use water as the solvent.
また、生物の外殻、鱗及び/又は骨、特に貝殻や卵殻を焼成して得られた粉末を前記溶媒に添加することにより、酸化カルシウム懸濁液を調製することが好ましい。このように調製された酸化カルシウム懸濁液は、生物由来の原料を使用することにより、人体に悪影響を及ぼす不純物が含まれていないため、より好ましい。生物の外殻として、化石サンゴや、ホタテやアコヤガイ等の貝殻が例示できる。生物の鱗として、魚類又はは虫類の鱗が例示できる。生物の骨として、ほ乳類、魚類、は虫類又は両生類の骨が例示できる。卵殻として、鶏の卵殻を例示できる。入手及び加工が容易であることから、生物の外殻、例えばホタテ又はアコヤガイの貝殻または卵殻を使用することがより好ましい。
前記粉末は、貝殻や卵殻を、例えば、800~1050℃の温度で、1~96時間、好ましくは5~72時間焼成することにより調製できる。焼成前に貝殻や卵殻を粉末化しても良いし、焼成後に粉末化しても良い。
前記粉末を水に添加して酸化カルシウム懸濁液を調製する場合には、前記粉末の添加量を、前記溶媒1リットルに対して、酸化カルシウム換算で0.2~9.0モル添加することが好ましく、1.0~5.0モル添加することがより好ましく、1.5~4.0モル添加することがさらに好ましい。前記粉末に含まれる酸化カルシウムの量は、塩酸滴定等通常の方法により確認できる。
Further, it is preferable to prepare a calcium oxide suspension by adding to the solvent a powder obtained by firing the outer shell, scales and/or bones of an organism, particularly shells and eggshells. The calcium oxide suspension prepared in this manner is more preferable because it does not contain impurities that have an adverse effect on the human body due to the use of biologically derived raw materials. Examples of the outer shell of living things include fossil corals and shells of scallops, pearl oysters, and the like. Examples of biological scales include scales of fish and reptiles. Examples of bones of living organisms include bones of mammals, fish, reptiles, and amphibians. An example of the eggshell is a chicken eggshell. It is more preferable to use the outer shell of an organism, such as a scallop or pearl oyster shell or eggshell, because it is easy to obtain and process.
The powder can be prepared by baking shells or eggshells, for example, at a temperature of 800 to 1050°C for 1 to 96 hours, preferably 5 to 72 hours. Shells and eggshells may be powdered before firing, or may be powdered after firing.
When adding the powder to water to prepare a calcium oxide suspension, the amount of the powder to be added is 0.2 to 9.0 mol in terms of calcium oxide per 1 liter of the solvent. It is preferable to add 1.0 to 5.0 mol, more preferably 1.5 to 4.0 mol. The amount of calcium oxide contained in the powder can be confirmed by a conventional method such as hydrochloric acid titration.
[リン酸溶液]
本発明で使用するリン酸溶液は、市販のリン酸をエタノール又はメタノール等のアルコール溶媒及び水から選択される溶媒に溶解させて調製できる。生産効率及び作業上の安全性の観点から、溶媒として水を使用することが好ましい。リン酸溶液の濃度は、基材のより良好な生産効率を達成する観点から、例えば、0.5~10.0Mにすることが好ましく、1.0~7.0Mにすることがより好ましく、2.0~5.0Mにすることがさらに好ましい。
[Phosphoric acid solution]
The phosphoric acid solution used in the present invention can be prepared by dissolving commercially available phosphoric acid in a solvent selected from an alcoholic solvent such as ethanol or methanol, and water. From the viewpoint of production efficiency and operational safety, it is preferable to use water as the solvent. From the viewpoint of achieving better production efficiency of the base material, the concentration of the phosphoric acid solution is, for example, preferably 0.5 to 10.0 M, more preferably 1.0 to 7.0 M, It is more preferable to set it to 2.0 to 5.0M.
[長石]
本発明の焼成体は、焼成前の組成物が長石を含むことが好ましい。長石は、アルカリ金属、アルカリ土類金属などのアルミノケイ酸塩を主成分とする三次元構造のテクトケイ酸塩の一種である。本発明においては、アルカリ長石が好ましい。長石の配合量は、焼成前の組成物中、1~40質量%であることが好ましい。
[Feldspar]
In the fired body of the present invention, the composition before firing preferably contains feldspar. Feldspar is a type of tectosilicate with a three-dimensional structure whose main component is aluminosilicate of alkali metals, alkaline earth metals, etc. In the present invention, alkali feldspar is preferred. The amount of feldspar contained in the composition before firing is preferably 1 to 40% by mass.
[その他の成分]
本発明の焼成体は、焼成前の組成物に、層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイト以外のその他の成分を含むことができる。その他の成分としては、粘土、石灰石(炭酸カルシウム)、解膠剤、分散剤が挙げられる。解膠剤としては、セルロールナノファイバー、ケイ酸ナトリウムなどが挙げられる。分散剤としてはアクリル酸系分散剤などが挙げられる。
石灰石の配合量は、焼成前の組成物中、1~10質量%が好ましい。解膠剤の配合量は、焼成前の組成物中、1~30質量%が好ましい。分散剤の配合量は、焼成前の組成物中、0.1~30質量%が好ましい。
[Other ingredients]
The fired body of the present invention can contain components other than layered silicate minerals and hydroxyapatite in the composition before firing. Other ingredients include clay, limestone (calcium carbonate), deflocculants, and dispersants. Examples of deflocculants include cellulose nanofibers and sodium silicate. Examples of the dispersant include acrylic acid dispersants.
The amount of limestone blended is preferably 1 to 10% by mass in the composition before firing. The amount of the deflocculant added is preferably 1 to 30% by mass in the composition before firing. The blending amount of the dispersant is preferably 0.1 to 30% by mass in the composition before firing.
[焼成温度]
本発明の焼成体は、層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイトを含む組成物を500~1500℃の温度で焼成することにより得られる。
興味深いことに、焼成温度が1260℃超1500℃以下の範囲では、透光性のある焼成体が得られ、焼成温度が500~1260℃の範囲では、透光性は低い一方で吸水性のある焼成体が得られる。
[Firing temperature]
The fired body of the present invention is obtained by firing a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite at a temperature of 500 to 1500°C.
Interestingly, when the firing temperature is in the range of more than 1,260°C but not more than 1,500°C, a fired product with translucent properties is obtained, while when the firing temperature is in the range of 500 to 1,260°C, the translucent property is low but the product has water absorption properties. A fired body is obtained.
[焼成体の製造方法]
本発明の焼成体の製造方法は、層状ケイ酸塩鉱物とハイドロキシアパタイトとを混合し、組成物を得て、該組成物を成形した後に500~1500℃で焼成する工程を有することを特徴とするものである。そのほかの工程は、一般的な陶磁器(セラミック製品)の製造方法の工程を採用することができる。たとえば、陶磁器の焼成前の成形方法には、押出成形、ろくろ成形(手ろくろ、機械ろくろ、ローラーマシン)、射出成形、プレス成形、泥漿鋳込み成形、排泥鋳込み成形、圧力鋳込み成形、固形鋳込み成形、テープ成形などがあるがいずれも採用することができる。特に、ろくろ成形、泥漿鋳込み成形及び排泥鋳込み成形が好ましい。
[Method for producing fired body]
The method for producing a fired body of the present invention is characterized by having a step of mixing a layered silicate mineral and hydroxyapatite to obtain a composition, molding the composition, and then firing it at 500 to 1500°C. It is something to do. For the other steps, steps in a general method of manufacturing ceramics (ceramic products) can be adopted. For example, the shaping methods for ceramics before firing include extrusion molding, potter's wheel molding (hand potter's wheel, mechanical potter's wheel, roller machine), injection molding, press molding, slurry casting, mud casting, pressure casting, and solid casting. , tape molding, etc., all of which can be used. Particularly preferred are potter's wheel molding, slurry casting, and slurry casting.
ろくろ成形は、回転する円盤上に杯土(本発明においては、層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイトを含む組成物)を置いて旋回させ、遠心力を利用して成形する方法である。杯土は、層状ケイ酸塩鉱物、ハイドロキシアパタイト及び必要に応じてその他の成分をボールミル等により粉砕混合し、フィルタープレスなどにより脱水したものを、土練機などを用いて混錬することにより得られる。 The potter's wheel molding is a method in which potting clay (in the present invention, a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite) is placed on a rotating disk, swirled, and molded using centrifugal force. Cup soil is obtained by pulverizing and mixing layered silicate minerals, hydroxyapatite, and other ingredients as necessary using a ball mill, etc., dewatering the mixture using a filter press, etc., and then kneading the mixture using a clay kneader. It will be done.
泥漿鋳込み成形は、粉体(本発明においては、層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイトを含む組成物)を水などの液体の中に添加して懸濁させた泥漿を石膏型などの鋳型に流し込み、所望の形状を得る成形法である。
排泥鋳込み成形は、泥漿を鋳型に流し入れ、鋳型の内側表面部分の泥漿が固まった後に、泥漿を排出することで成形体を得る方法である。
泥漿は、粉体(本発明においては、層状ケイ酸塩鉱物及びハイドロキシアパタイトを含む組成物)を水などの液体の中に添加して懸濁させ、フィルタープレスなどを用いて脱水したものに、解膠剤(分散剤)と水を加えることによっても製造することができる。
また、成形後、焼成前に、成形体を乾燥させてもよい。
In slurry casting, powder (in the present invention, a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite) is added and suspended in a liquid such as water, and the slurry is poured into a mold such as a plaster mold. , is a molding method to obtain the desired shape.
Sludge casting is a method of pouring slurry into a mold, solidifying the slurry on the inner surface of the mold, and then discharging the slurry to obtain a molded body.
The slurry is made by adding powder (in the present invention, a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite) to a liquid such as water, suspending it, and dewatering it using a filter press or the like. It can also be produced by adding a deflocculant (dispersing agent) and water.
Further, the molded body may be dried after molding and before firing.
以下、実施例により本開示の内容をさらに詳しく説明する。実施例により、本開示の範囲が限定されないことは言うまでもない。 Hereinafter, the content of the present disclosure will be explained in more detail with reference to Examples. It goes without saying that the scope of the present disclosure is not limited by the examples.
[実施例1]
生物由来合成ハイドロキシアパタイト(ニワトリの卵殻由来の炭酸カルシウムを焼成することにより得られた酸化カルシウムを用いて得られたハイドロキシアパタイトであり、X線構造解析において、2θが31.500~32.500°に現れるピークの結晶子サイズが10~200Åであるハイドロキシアパタイト)40質量%、石灰石5質量%、長石20質量%、カオリンおよび粘土鉱物35質量%(カオリン30質量%、粘土鉱物5質量%)を混合して得られる混合物100質量部に対し、水70質量部、セルロースナノファイバー2質量部、珪酸ナトリウム0.3質量部、アクリル酸系分散剤1質量部を加え、ボールミルにて3時間湿式粉砕をおこない、鋳込み成形用の組成物(泥漿)を得た。ここで得られた泥漿をΦ150×H300mmの石膏型に注型して、着肉後に脱型し、乾燥後、1280℃で焼成することにより透光性磁器を得た。
得られた透光性磁器は、優れた透光性を有し、間接照明用カバーなどの照明器具に有用であった。
[Example 1]
Biologically derived synthetic hydroxyapatite (hydroxyapatite obtained using calcium oxide obtained by calcining calcium carbonate derived from chicken eggshells, with a 2θ of 31.500 to 32.500° in X-ray structural analysis) 40% by mass of hydroxyapatite whose crystallite size of the peak appearing in To 100 parts by mass of the mixture obtained by mixing, 70 parts by mass of water, 2 parts by mass of cellulose nanofibers, 0.3 parts by mass of sodium silicate, and 1 part by mass of acrylic acid dispersant were added, and the mixture was wet-pulverized in a ball mill for 3 hours. A composition (sludge) for casting was obtained. The slurry obtained here was cast into a plaster mold of 150 mm in diameter x 300 mm in height, removed from the mold after being applied, dried, and fired at 1280° C. to obtain translucent porcelain.
The obtained translucent porcelain had excellent translucency and was useful for lighting equipment such as covers for indirect lighting.
[実施例2]
生物由来合成ハイドロキシアパタイト(実施例1と同様)40質量%、石灰石5質量%、長石20質量%、カオリンおよび粘土鉱物35質量%(カオリン30質量%、粘土鉱物5質量%)を混合して得られる混合物100質量部に対し、水70質量部、セルロースナノファイバー2質量部、珪酸ナトリウム0.3質量部、アクリル酸系分散剤1質量部を加え、ボールミルにて3時間湿式粉砕をおこない、鋳込み成形用の組成物(泥漿)を得た。ここで得られた泥漿をΦ150×H300mmの石膏型に注型して、着肉後に脱型し、乾燥後、1100℃で焼成することにより焼成体(多孔質陶器)を得た。
得られた多孔質陶器は、吸水性を有していた。
[Example 2]
Obtained by mixing 40% by mass of biologically derived synthetic hydroxyapatite (same as in Example 1), 5% by mass of limestone, 20% by mass of feldspar, 35% by mass of kaolin and clay minerals (30% by mass of kaolin, 5% by mass of clay minerals). To 100 parts by mass of the mixture, 70 parts by mass of water, 2 parts by mass of cellulose nanofibers, 0.3 parts by mass of sodium silicate, and 1 part by mass of an acrylic acid dispersant were added, wet milled in a ball mill for 3 hours, and cast. A composition for molding (sludge) was obtained. The slurry obtained here was cast into a plaster mold of 150 mm in diameter x 300 mm in height, removed from the mold after being inked, dried, and fired at 1100° C. to obtain a fired body (porous pottery).
The obtained porous pottery had water absorption properties.
[実施例3]
生物由来合成ハイドロキシアパタイト(実施例1と同様)40質量%、石灰石5質量%、長石20質量%、カオリンおよび粘土鉱物35質量%(カオリン20質量%、粘土鉱物15質量%)からなる混合物100質量部に対し、水45質量部、セルロースナノファイバー5質量部を混錬し、組成物(坏土)を得た。ここで得られた坏土をろくろを用いてΦ100×H100mmの碗状に成形し、削り加工をし、乾燥後、1280℃で焼成することにより焼成体(透光性磁器)を得た。
得られた透光性磁器は、優れた透光性を有し、間接照明用カバーなどの照明器具に有用であった。
[Example 3]
100% by mass of a mixture consisting of 40% by mass of biologically derived synthetic hydroxyapatite (same as in Example 1), 5% by mass of limestone, 20% by mass of feldspar, 35% by mass of kaolin and clay minerals (20% by mass of kaolin, 15% by mass of clay minerals) 45 parts by mass of water and 5 parts by mass of cellulose nanofibers were kneaded to obtain a composition (clay). The clay obtained here was formed into a bowl shape of Φ100 x H100 mm using a potter's wheel, shaved, dried, and fired at 1280°C to obtain a fired body (translucent porcelain).
The obtained translucent porcelain had excellent translucency and was useful for lighting equipment such as covers for indirect lighting.
[実施例4]
生物由来合成ハイドロキシアパタイト(実施例1と同様)40質量%、石灰石5質量%、長石20質量%、カオリンおよび粘土鉱物(カオリン20質量%、粘土鉱物15質量%)からなる混合物100質量部に対し、水45質量部、セルロースナノファイバー5質量部を混錬し、坏土を得た。ここで得られた坏土をろくろ用いてΦ100×H100mmの碗状に成形し、削り加工をし、乾燥後、1100℃で焼成することにより焼成体(多孔質陶器)を得た。
得られた多孔質陶器は、吸水性を有していた。
[Example 4]
Based on 100 parts by mass of a mixture consisting of 40% by mass of biologically derived synthetic hydroxyapatite (same as Example 1), 5% by mass of limestone, 20% by mass of feldspar, kaolin and clay minerals (20% by mass of kaolin, 15% by mass of clay minerals). , 45 parts by mass of water, and 5 parts by mass of cellulose nanofibers were kneaded to obtain clay. The clay obtained here was formed into a bowl shape of Φ100 x H100 mm using a potter's wheel, shaved, dried, and fired at 1100°C to obtain a fired body (porous pottery).
The obtained porous pottery had water absorption properties.
上記のように、本発明の焼成体は、透光性磁器、多孔質陶器として、食器、照明器具などの用途に有用である。また、ハイドロキシアパタイトが配合されていることから、耐熱性、耐アルカリ性に優れており、耐熱性や耐アルカリ性が求められる用途にも好適である。
As described above, the fired body of the present invention is useful as translucent porcelain or porous ceramic for use in tableware, lighting equipment, and the like. Furthermore, since it contains hydroxyapatite, it has excellent heat resistance and alkali resistance, and is suitable for applications that require heat resistance and alkali resistance.
Claims (2)
前記ハイドロキシアパタイトが、線源としてCuKα線を用いたX線回折において、2θ=31.5~32.5°におけるピークから算出した結晶子サイズが10~200Åであるハイドロキシアパタイトである透光性焼成体の製造方法。 A method for producing a translucent fired body, the method comprising firing a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite ,
The hydroxyapatite is hydroxyapatite having a crystallite size of 10 to 200 Å calculated from the peak at 2θ = 31.5 to 32.5° in X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. How the body is manufactured .
前記ハイドロキシアパタイトが、線源としてCuKα線を用いたX線回折において、2θ=31.5~32.5°におけるピークから算出した結晶子サイズが10~200Åであるハイドロキシアパタイトである多孔質焼成体の製造方法。 A method for producing a porous fired body, the method comprising firing a composition containing a layered silicate mineral and hydroxyapatite ,
A porous fired body in which the hydroxyapatite is hydroxyapatite having a crystallite size of 10 to 200 Å calculated from a peak at 2θ = 31.5 to 32.5° in X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source. manufacturing method .
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