JPH0415165B2 - - Google Patents

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JPH0415165B2
JPH0415165B2 JP26527084A JP26527084A JPH0415165B2 JP H0415165 B2 JPH0415165 B2 JP H0415165B2 JP 26527084 A JP26527084 A JP 26527084A JP 26527084 A JP26527084 A JP 26527084A JP H0415165 B2 JPH0415165 B2 JP H0415165B2
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JP
Japan
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calcium
phosphorus
apatite
water
raw material
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Application number
JP26527084A
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Japanese (ja)
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JPS61146704A (en
Inventor
Senya Inoe
Akira Ono
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Kanto Chemical Co Inc
Original Assignee
Kanto Chemical Co Inc
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Publication date
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Priority to DE86900255T priority patent/DE3587573T2/en
Priority to DE1986900255 priority patent/DE205622T1/en
Priority to US06/893,324 priority patent/US4711769A/en
Priority to EP86900255A priority patent/EP0205622B1/en
Priority to PCT/JP1985/000693 priority patent/WO1986003733A1/en
Publication of JPS61146704A publication Critical patent/JPS61146704A/en
Priority to US07/095,222 priority patent/US4836994A/en
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【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、カルシウム−リン系アパタイトの製
造法に関するものである。 カルシウム−リン系アパタイトは、生体高分
子、ふつ素イオン、重金属イオンなどの吸着剤と
して独特の性能を有しており、近年は、その生体
親和性を利用してタンパク質や酵素などの分離の
ためのクロマトグラフイー用充填剤としても有用
視され、また人工骨や人工歯などのバイオセラミ
ツクス材料としても注目されている物質である。 従来、このアパタイトの製造法に関しては、古
くから数多くの方法が知られているが、大別すれ
ば、次の様な方法が例示される。 (1) 乾式合成法と称せられる固体拡散反応による
方法。 (2) 水熱合成法と称せられる高圧下での反応によ
る方法。この方法は、主に、大きな結晶を得る
目的で行なわれる。 (3) 湿式合成法と称せられる、水溶液イオンによ
つて直接沈殿させる方法。 しかしながら、(1)の乾式合成法は高温で長時間
反応させる必要があるために、多くのエネルギー
を消費することや団体−団体反応であるため組成
の均一性が得にくいことに難点がある。また(2)の
水熱合成法は高圧での反応を行なわせるために装
置が高価であり、操作が複雑であるなどの問題が
ある。(3)の湿式合成法では、反応により生成した
アパタイトの沈殿物を別、洗浄及び乾燥などの
操作を行わなければならず、多くの工程が必要で
あり、操作が煩雑であるなどの欠点を有してい
る。 本発明者らは、上述の従来技術の欠点を解消
し、しかも工程数が少なく、簡便な操作によつて
カルシウム−リン系アパタイトを製造する方法に
ついて、種々研究を重ねた結果、本発明を完成す
るに至つた。 即ち、本発明は、カルシウム−リン系アパタイ
イトの新規な製造方法を提供するものである。本
発明方法においては、出発原料として、原子、分
子レベルでの原料の均一な混合を実現するため
に、水と相溶性の可燃性有機溶媒又は水と相溶性
の可燃性有機溶媒と水の混合溶媒に溶解させた均
一な組成の原料溶液を用いるものであつて、混合
による沈殿物を生じさせないことが一特徴となつ
ている。 これまでに、アパタイトに関する数多くの湿式
合成法が提案されているが、それら従来技術にお
ける湿式合成法に共通する考え方は、例えば、カ
ルシウム塩水溶液とリン化合物水溶液とを90〜
100℃でPHを8付近に保持しながら、脱炭酸雰囲
気中で混合し、沈澱を生成させる方法の例などに
見られるように、アパタイトを沈殿物として直接
的に生成せしめ、水溶液から過などの操作によ
つて分離回収することを基本としている。このた
め、従来の湿式合成法において使用されているカ
ルシウム化合物及びリン化合物としては、例え
ば、Ca(NO32、CaCl2、Ca(OH)2、CaF2
H3PO4、CaHPO4・2H2O、(NH42HPO4
NH4H2PO4、KH2PO4、Na2HPO4などカルシウ
ム及びリンの無機化合物が使用されている。 ところで、このような従来方法によると、カル
シウム塩の水溶液とリン化合物水溶液を混合し、
イオンの直線的反応によつて沈殿を生成させアパ
タイトへ結晶化させるという過程は、原料塩の種
類や濃度、混合手順と混合速度、PH調節など非常
に多くの因子によつて、様々な結果を生ずるの
で、配合比通りの組成の沈殿を得ることが困難で
あり、カルシウムとリンのモル比Ca/Pや生成
粉体の物理化学的特性を再現性よくコントロール
することは極めて困難であつた。また、沈殿物の
過洗浄、乾燥、粉砕など多工程並びに多くの装
置を必要とし、その操作も熟練を必要とするなど
の数々の難点があつた。 かかる従来法に対し、本発明方法の技術的一特
徴は、従来技術の湿式合成法における沈殿生成と
結晶化過程における難点を解決するために、水と
相溶性の可燃性有機溶媒又は水と相溶性の可燃性
有機溶媒と水との混合溶媒を用いて、これら溶媒
に可溶性のカルシウムの無機化合物及びリンの有
機化合物を溶解して、沈殿が生じない均一な組成
の溶液を調製し、これを原料溶液とすることにあ
る。 そして、本発明方法においては、この原料溶液
の組成の均一性を生成物に至るまで維持すること
を噴霧熱分解法により溶液中の成分の偏析が起こ
る体積を極めて微細なものとし、溶媒の蒸発、燃
焼を急速に行なつて、液滴内での成分の偏析を極
めて小さくするようにすることにより達成したも
のである。 本発明の方法により、従来技術がアパタイトの
合成に長時間を費やす必要があるのに比し、わず
かに数秒以下の極めて短い時間で合成反応を終了
することができ、しかも過、洗浄、乾燥などの
煩雑な工程を全く必要とせず直線粉体を得ること
ができるという格別の効果が得られる。 さらに、本発明の方法によれば塩素や臭素など
のハロゲンを含んだアパタイトの合成も容易に行
なえるという利点がもたらされる。例えば従来塩
素アパタイトは高温固相反応か加圧水熱反応での
み合成されており、常圧湿式法では合成されてい
なかつたが、本発明の方法において、CaCl2
2H2OやNH4Clの如き塩素を含む原料を用いるこ
とによつて、容易に塩素アパタイトや、塩素アパ
タイトと水酸アパタイの固溶アパタイトを合成す
ることができる。臭素アパタイトや臭素固溶アパ
タイトについてもCaBr2・2H2OやNH4Brなどを
用いて実施することができる。 本発明方法による噴霧熱分解反応により生成す
る粉体は、通常、サブミクロンの粒子が密にある
いは粗く固着・焼結して、全体として中空球状と
なつた微小粉体として得られ、原料化合物の種類
や組合せ、噴霧熱分解条件によつては、非晶質相
のもの、アパタイト結晶質相と非晶質相の両相を
含んでいもの、アパタイトの他に遊離生成した
CaOなどや副生成物を含んでいるものなど、種々
の場合があるが、いずれも、比表面積が大きく、
反応活性に富む粉体である。用途・目的によつて
は、こうした反応活性に富んだ粉体を使用するほ
うが望ましい場合もあり、また反応活性を小さく
したり、結晶化度を高めたり、未反応成分や副生
成物を減少させ、または無くしたりするほうが望
ましい場合もある。その場合には、噴霧熱分解反
応によつて生成した粉体を更に種々な雰囲気中
で、アパタイトが分解せずに安定に存在し得る温
度範囲の所望の温度で、加熱処理することによつ
て、上述の諸物性をコントロールすることができ
る。例えば、水酸アパタイトについては、空気雰
囲気中1400℃以下の所望の温度で加熱処理するこ
とによつて、所望の物性のものが得られる。 また、例えば、塩粗アパタイトに関しては、原
料溶液の調製条件や噴霧熱分解条件を選ぶことに
より、得られる噴霧熱分解生成物を加熱した場合
におよそ500〜1000℃の温度範囲では、塩化リン
酸カルシウム(Ca2PO4Cl)に変化し、1000℃以
上の高温で再び塩素アパタイトに変化するような
生成物を得ることもできる。従つて、この場合に
もさらに、適切な温度条件を選択することにより
加熱処理によつて、塩素アパタイトを得ることが
できる。 なお、塩化リン酸カルシムウに関しては、以上
の如き事実により、次のことが判る。すなわち、
本発明方法の上記原料溶液の調製にあたり、可溶
性のリンの有機化合物と塩化カルシウムとを用
い、それらの溶液中の濃度を適宜選択して、その
原料溶液を前記の噴霧熱分解処理に付し、次いで
500〜1000℃の加熱処理を行うことにより、塩化
リン酸カルシウムを製造することができる。 なお、本発明の方法により生成したアパタイト
中に、遊離生成したCaO等が含まれている場合
に、目的物質の使用上それらを充分に除去するほ
うが望ましい場合には、通常よく知られた方法、
例えば、塩化アンモニウム水溶液などを用いて抽
出除去し、純粋なアパタイトとすることができ
る。 本発明方法をさらに具体的に説明すると以下の
通りである。本発明方法においては、まず、水と
相溶性の可燃性有機溶媒又は水と相溶性の可燃性
有機溶媒と水の混合溶媒に対し、可溶性のリンの
有機化合物と、硝酸カルシウム、塩化カルシウ
ム、臭化カルシウムのうちから選ばれた1種もし
くは2種のカルシウム化合物と、更に、必要に応
じて、塩化アンモニウム、臭化アンモニウムのう
ちから選ばれた1種とを、加えて混合し溶解して
均一な組成の原料溶液を調製するのであるが、こ
れらの原料を混合する順序は、必ずしも特定され
るものではなく、沈殿を生じないような順序でさ
えあれば、いずれの順序で混合してもよい。混合
に要する時間は、選択した原料によつて、異な
る。混合にあたつては、充分均一な溶液が得られ
るまで撹拌するのが好ましい。次いで、このよう
にして調製した溶液を加圧ノズルや回転円板など
による公知の噴霧方法により、ガスバーナーなど
の火炎中あるいはガス炉や電気炉などにより予め
700〜1500℃に加熱された加熱帯域中に噴霧して、
数秒以下の極めて短い時間の間に、通常数10ミク
ロン以下の微細な液滴となつた溶液中の溶媒の蒸
発・燃焼と溶質の固化、熱分解反応を行なわせ
る。生成物は通常サブミクロンの粒子が密にある
いは粗く固着・焼結して、全体として中空球状と
なつた微小粉体であり、サイクロンなどによつて
捕集することができる。更に、必要に応じて、噴
霧熱分解反応によつて生成した粉体を、空気、水
蒸気を加えた空気、不活性雰囲気などの種々の雰
囲気中で、アパタイトが分解しない温度範囲の所
望の温度で、加熱処理することにより、結晶化度
や比表面積などをコントロールしたアパタイトを
得ることができる。 本発明方法において使用される前記のリンの有
機化合物の例としては、(CH3O)3P、
(C2H5O)3P、〔(CH32CHO〕3P、〔CH3
(CH23O〕3P、(C6H53P、(C2H5O)2POH、
(C6H53PO等が挙げられる。可燃性有機溶媒と
しては例えば、メタノール、エタノール、イソプ
ロパノール等のアルコール類やアセトン等が使用
される。これらは、いずれも特に限定されるもの
ではなく、前述の如く、硝酸カルシウム、塩化カ
ルシウム、臭化カルシウムのうちから選ばれた1
種もしくは2種のカルシウム塩と、均一な組成の
溶液を形成し得るリンの有機化合物あるいは有機
溶媒の組合せであればいずれでもよい。硝酸カル
シウム、塩化カルシウム、臭化カルシウムは、通
常、結晶水を含有しているので、水との混合溶媒
を使用しない場合においても、系中には少量の水
が存在することとなる。使用する原料は、目的と
するカルシムウ−リン系アパタイトに応じて選択
すればよく、例えば水酸アパタイトを合成する場
合には、カルシウム塩として、Ca(NO32
4H2Oなどの硝酸カルシウム塩を使用すればよ
い。また、塩素アパタイトを合成する場合には、
CaCl2・2H2O、Ca(NO32・4H2OとCaCl2
2H2Oとの併用、Ca(NO32・4H2OとNH4Clの併
用などによつて、塩素アパタイトあるいは水酸ア
パタイトと塩素アパタイトの固溶アパタイトを得
ることができる。臭素アパタイトについても同じ
ようにCaBr2・2H2O、Ca(NO32・4H2Oと
CaBr2・2H2Oの併用、Ca(NO32・4H2Oと
NH4Brの併用などによつて、臭素アパタイトあ
るいは、臭素アパタイトと水酸アパタイトの固溶
アパタイトを得ることができる。 化学量論組成のカルシウム−リン系アパタイト
のカルシウムとリンのモル比Ca/Pは、5/3
であるが、本発明方法における実際の反応に際し
ては、原料溶液のカルシウムとリンのモル比
Ca/Pが1.25〜1.75の範囲の組成の溶液を用いる
と、いずれの場合も主成分がアパタイトの生成物
が得られる。条件によつては遊離生成したCaOな
どが残存することがあるが、用途・目的によつて
は、充分に使用できる性能のものであり、そのよ
うな生成物も本発明方法によるカルシウム−リン
系アパタイトの範囲に含まれるものであることは
当然である。また、Ca/Pが1.25以下であるいは
1.75以上の場合であつても原料の組合せにより、
主成分がアパタイトである生成物が得られること
は、本発明者らにより、実験的に確かめられてい
る、 以下に、実施例を挙げ、本末栄を更に詳細に、
具体的に、説明するが、本発明はこれらに限定さ
れるものではない。 実施例 1 Ca(NO32・4H2O36.90gを約200mlのエタノー
ルに溶解し、この溶液に(C2H5O)3P15.58gを加
えて撹拌して混合溶解し、更にエタノールを加え
て、全量が250mlの均一な原料溶液を調製した。
次いでこの原料溶液を毎分10mlの割合並びに圧縮
空気を毎分10の割合で、二流体噴霧ノズルの液
供給側及びガス供給側に供給して、ガスバーナー
の火炎中に噴霧した。微細な液滴となつた原料溶
液は、火炎中で溶媒の蒸発・燃焼によつて瞬間的
に加熱され熱分解反応が起つた。熱分解反応時の
温度は、1050〜1105℃であつた。このようにして
生成した粉体をサイクロン方式によつて捕集し、
電子顕微鏡で観察した結果、0.2〜0.5ミクロンの
粒子が密に焼結した中空球状微小粉体であつた。
次にこの生成粉体のX線回折分析を行つた結果、
得られた粉体は、水酸アパタイトの結晶質相と非
晶質相の両相を含み、未反応成分のCaOが残存し
ていた。 実施例 2 実施例1の方法により得られた粉体を空気雰囲
気中で5℃/minの割合で昇温し、1300℃で1時
間加熱処理を行い、5℃/minの割合で冷却し
た。この加熱処理によつて得られた生成物のX線
回折の測定結果を第1図に示す。第1図から明ら
かなように、本実施例により得られた生成は、結
晶のよく成長した水酸アパタイト(六方晶)であ
り、高温での水酸アパタイトの分解は認められな
かつた。 実施例 3 CaCl2・2H2045.94gを約200mlのエタノールに
溶解し、この溶液に(C2H5O)3P31.16gを加えて
撹拌して混合、溶解し、更にエタノールを加え
て、全量が250mlの均一な原料溶液を調製した。
次いで、この原料溶液を実施例1と同様の方法に
より噴霧熱分解を行つた。この生成粉体のX線回
折の測定結果を第2図に示す。第2図から明らか
なように、この生成粉体は、塩素アパタイトの結
晶質相と非晶質相の両相を含むことが確認され
た。 実施例 4 (a):実施例3の方法により得られた粉体を空気雰
囲気中で5℃/minの割合で昇温し、一定温度
で1時間保持し、5℃/minの割合で冷却する
加熱処理方法において、400、600、800、1000
℃の各温度でそれぞれ実験を行つた。400℃で
加熱処理した生成物のX線回折を測定した結
果、第2図と同様の塩素アパタイトの回折図形
を示し、回折強度はわずかながら大きくなり結
晶子の成長が認められた。ところが600℃及び
800℃で加熱処理した生成物のX線回折測定の
結果は、いずれもASTMカード19−247に記載
の塩化リン酸カルシウム(Ca2PO4Cl)の特性
回折ピークと一致した。800℃で加熱処理した
生成物のX線回折の測定結果を第3図に示す。
1000℃で加熱処理した生成物のX線回折を測定
した結果、塩化リン酸カルシウムによる回折ピ
ークが減少し、塩素アパタイトの生成による回
折線が認められる回折図が瀬られた。この一連
の実験により、塩素アパタイトと非晶質相の両
相を含む粉体(実施例3の方法により得られる
粉体)を加熱処理すると、400℃では塩素アパ
タイトのまま存在するが600〜800℃では塩化リ
ン酸カルシウムに変化し、1000℃より高温にな
ると、再び塩素アパタイトに変化してゆく様子
が確認された。 (b):実施例3の方法により得られた粉体を空気雰
囲気中で5℃/minの割合で昇温し、1200℃で
1時間保持し、5℃/minの割合で冷却した。
この加熱処理によつて、得られた生成物を硝酸
に溶解して硝酸銀溶液による白濁試験を行い、
塩化銀の沈殿が生じるのを確認した。前記の生
成物のX線回折測定を行つた結果を第4図に示
す。第4図から明らかなように、この生成物
は、塩素アパタイトであり、主ピークは、回折
角度2θ=31.4°に(211)の回折ピークと2θ=
32.3°に(112)と(300)の重複した回折ピー
クが測定された。 実施例 5 Ca(NO32・4H2O36.90gを約180mlのエタノー
ルに溶解し、この溶液に(C2H5O)3P15.58gを加
えて撹拌して混合、溶解した。次いで、この溶液
に、NH4Br4.90gを水25mlに溶解して調製した
臭化アンモニウムの水溶液を加えよく混合し、更
にエタノールを追加混合して、全量が250mlの均
一な原料溶液を調製した。それからこの原料溶液
を実施例1と同様の方法により噴霧熱分解を行つ
た。得られた粉体を実施例4と同じ条件で加熱処
理を行つた。得られた生成物のX線回折を測定し
た結果、第1図と同様な水酸アパタイト型(六方
晶)の回折図形を示し、遊離生成したCaOのピー
クが残存していた。また、この生成物を硝酸に溶
解して、硝酸銀溶液を用いて臭素の検出を行つた
ところ、臭化銀の沈殿が生じ、臭素の存在が確認
された。従つて、本実施例により得られた生成物
は水酸アパタイトと臭素アパタイトの固溶アパタ
イトであることが判る。 実施例 6 CaBr2・2H2O36.87gを約180mlのエタノール
に溶解し、この溶液に(C2H5O)3P15.58gを加え
て、撹拌して混合溶解し更に、エタノールを加え
て、全量が250mlの均一な原料溶液を調製した。
次いで、この原料溶液を実施例1と同様の方法に
より噴霧熱分解を行つた。得られた粉体を実施例
4(b)と同じ条件で加熱処理を行つた。得られた生
成物のX線回折を測定した結果、第4図と同じパ
ターンの回折図形を示し、硝酸銀溶液により臭素
の存在が確認された。従つて、上記の生成物は臭
素アパタイトであることが判る。 実施例 7〜18 Ca(NO32・4H2O、CaCl2、CaCl2・2H2O、
CaBr2・・2H2O、NH4Cl、(CH3O)3P、
(C2H5O)3P、〔(CH32CHO〕3P、〔CH3
(CH23O〕3P、(C6H5O)3P、(C6H53PO、
(C2H5O)2POH、メタノール、エタノール、イソ
プロパノール、アセトン、H2Oなどを、原料成
分として用い、第1表に示したそれぞれの原料配
合割合に従つて調製し、第1表に示した以外の条
件については、実施例1と同様な条件により、噴
霧熱分解操作を行い種々のカルシウム−リン系ア
パタイトを合成した。
The present invention relates to a method for producing calcium-phosphorus apatite. Calcium-phosphorus apatite has unique performance as an adsorbent for biopolymers, fluorine ions, heavy metal ions, etc., and in recent years, it has been used for the separation of proteins, enzymes, etc. using its biocompatibility. It is considered to be useful as a filler for chromatography, and is also attracting attention as a bioceramic material for artificial bones and teeth. Conventionally, many methods have been known for producing apatite, and the following methods are exemplified if broadly classified. (1) A method using solid diffusion reaction called dry synthesis method. (2) A method of reaction under high pressure called hydrothermal synthesis. This method is mainly used for the purpose of obtaining large crystals. (3) Direct precipitation using aqueous ions, called wet synthesis. However, the dry synthesis method (1) requires a reaction at high temperature for a long time, which consumes a lot of energy, and because it is a group-group reaction, it is difficult to obtain uniform composition. In addition, the hydrothermal synthesis method (2) involves problems such as expensive equipment and complicated operations because the reaction is carried out at high pressure. In the wet synthesis method (3), the apatite precipitate produced by the reaction must be separated, washed and dried, and many steps are required, resulting in complicated operations. have. The present inventors have completed the present invention as a result of various research into a method for producing calcium-phosphorus apatite using a simple operation that eliminates the drawbacks of the above-mentioned conventional technology and requires fewer steps. I came to the conclusion. That is, the present invention provides a novel method for producing calcium-phosphorus apatite. In the method of the present invention, as a starting material, a flammable organic solvent that is compatible with water or a flammable organic solvent that is compatible with water is mixed with water in order to achieve uniform mixing of raw materials at the atomic and molecular level. It uses a raw material solution with a uniform composition dissolved in a solvent, and one of its characteristics is that no precipitate is generated due to mixing. So far, many wet synthesis methods for apatite have been proposed, but the common idea among these conventional wet synthesis methods is that, for example, a calcium salt aqueous solution and a phosphorus compound aqueous solution are
As seen in the example of a method in which apatite is formed as a precipitate by mixing in a decarboxylated atmosphere while maintaining the pH around 8 at 100℃, apatite is directly formed as a precipitate, and the filtrate is removed from an aqueous solution. Basically, it is separated and recovered through operations. Therefore, the calcium compounds and phosphorus compounds used in the conventional wet synthesis method include, for example, Ca(NO 3 ) 2 , CaCl 2 , Ca(OH) 2 , CaF 2 ,
H3PO4 , CaHPO4 2H2O , ( NH4 ) 2HPO4 ,
Inorganic compounds of calcium and phosphorus have been used, such as NH 4 H 2 PO 4 , KH 2 PO 4 , Na 2 HPO 4 . By the way, according to such a conventional method, an aqueous solution of a calcium salt and an aqueous solution of a phosphorus compound are mixed,
The process of forming a precipitate through a linear reaction of ions and crystallizing it into apatite has various results depending on a large number of factors such as the type and concentration of raw salt, mixing procedure and mixing speed, and pH adjustment. As a result, it is difficult to obtain a precipitate with a composition that matches the blending ratio, and it is extremely difficult to control the molar ratio Ca/P of calcium and phosphorus and the physicochemical properties of the resulting powder with good reproducibility. In addition, it required multiple steps such as excessive cleaning, drying, and pulverization of the precipitate, as well as many devices, and its operation required skill. In contrast to such conventional methods, one technical feature of the method of the present invention is that, in order to solve the difficulties in the precipitation formation and crystallization process in the wet synthesis method of the conventional technology, a flammable organic solvent that is compatible with water or a water-compatible combustible organic solvent is used. Using a mixed solvent of a soluble flammable organic solvent and water, a soluble inorganic calcium compound and an organic phosphorus compound are dissolved in these solvents to prepare a solution with a uniform composition that does not cause precipitation. The purpose is to make it into a raw material solution. In the method of the present invention, in order to maintain the uniformity of the composition of this raw material solution all the way to the product, the volume in which the components in the solution are segregated is made extremely fine by the spray pyrolysis method, and the solvent evaporates. This was achieved by performing combustion rapidly and minimizing the segregation of components within the droplets. By the method of the present invention, the synthesis reaction can be completed in an extremely short time of just a few seconds or less, compared to the conventional technology that requires a long time to synthesize apatite. A special effect is obtained in that linear powder can be obtained without any complicated process. Furthermore, the method of the present invention has the advantage that apatite containing halogens such as chlorine and bromine can be easily synthesized. For example, in the past, chlorapatite was synthesized only by high-temperature solid phase reaction or pressurized hydrothermal reaction, and not by normal pressure wet method, but in the method of the present invention, CaCl 2 .
By using raw materials containing chlorine such as 2H 2 O and NH 4 Cl, chlorapatite and solid solution apatite of chlorapatite and hydroxyapatite can be easily synthesized. Bromine apatite and bromine solid solution apatite can also be tested using CaBr 2 2H 2 O, NH 4 Br, or the like. The powder produced by the spray pyrolysis reaction according to the method of the present invention is usually obtained as a fine powder in which submicron particles are densely or coarsely fixed and sintered to form a hollow spherical shape as a whole. Depending on the type, combination, and spray pyrolysis conditions, some may be amorphous, some may contain both apatite crystalline phase and amorphous phase, and some may contain free forms in addition to apatite.
There are various cases such as those containing CaO and by-products, but all have a large specific surface area and
It is a powder rich in reaction activity. Depending on the application and purpose, it may be desirable to use powders with high reaction activity, or powders with high reaction activity may be used to reduce reaction activity, increase crystallinity, or reduce unreacted components and by-products. , or it may be desirable to eliminate it. In that case, the powder produced by the spray pyrolysis reaction is further heat-treated in various atmospheres at a desired temperature within the temperature range in which apatite can stably exist without decomposing. , the above-mentioned physical properties can be controlled. For example, desired physical properties can be obtained from hydroxyapatite by heat-treating it at a desired temperature of 1400° C. or lower in an air atmosphere. For example, regarding salt crude apatite, by selecting the preparation conditions of the raw material solution and the spray pyrolysis conditions, calcium chloride phosphate ( It is also possible to obtain a product that changes into chlorapatite (Ca 2 PO 4 Cl) and then changes back to chlorapatite at high temperatures of 1000°C or higher. Therefore, in this case as well, chloroapatite can be obtained by heat treatment by selecting appropriate temperature conditions. Regarding calcium chloride phosphate, the following facts can be found from the above facts. That is,
In preparing the above-mentioned raw material solution of the method of the present invention, a soluble phosphorus organic compound and calcium chloride are used, their concentrations in the solution are appropriately selected, and the raw material solution is subjected to the above-mentioned spray pyrolysis treatment, then
Calcium chloride phosphate can be produced by heat treatment at 500 to 1000°C. In addition, when the apatite produced by the method of the present invention contains free produced CaO, etc., if it is desirable to sufficiently remove them for the use of the target substance, a well-known method,
For example, pure apatite can be obtained by extraction and removal using an aqueous ammonium chloride solution. A more specific explanation of the method of the present invention is as follows. In the method of the present invention, first, a soluble phosphorus organic compound, calcium nitrate, calcium chloride, and One or two calcium compounds selected from calcium chloride and, if necessary, one selected from ammonium chloride and ammonium bromide are added, mixed, and dissolved to produce a homogeneous solution. A raw material solution with a specific composition is prepared, but the order in which these raw materials are mixed is not necessarily specified, and may be mixed in any order as long as it does not cause precipitation. . The time required for mixing will vary depending on the raw materials selected. When mixing, it is preferable to stir until a sufficiently uniform solution is obtained. Next, the solution prepared in this way is sprayed in advance in a flame such as a gas burner or in a gas furnace or electric furnace by a known spraying method using a pressurized nozzle or a rotating disk.
By spraying into a heating zone heated to 700-1500℃,
In an extremely short period of time of several seconds or less, the solvent in the solution is evaporated and burned, the solute is solidified, and the thermal decomposition reaction takes place, usually in the form of fine droplets of several tens of microns or less. The product is usually a fine powder in which submicron particles are tightly or coarsely fixed and sintered to form a hollow spherical shape as a whole, and can be collected using a cyclone or the like. Furthermore, if necessary, the powder produced by the spray pyrolysis reaction is heated in various atmospheres such as air, air with water vapor added, and an inert atmosphere at a desired temperature within the temperature range in which apatite does not decompose. By heat treatment, apatite with controlled crystallinity, specific surface area, etc. can be obtained. Examples of the above-mentioned phosphorus organic compounds used in the method of the invention include (CH 3 O) 3 P,
(C 2 H 5 O) 3 P, [(CH 3 ) 2 CHO] 3 P, [CH 3
(CH 2 ) 3 O〕 3 P, (C 6 H 5 ) 3 P, (C 2 H 5 O) 2 POH,
Examples include (C 6 H 5 ) 3 PO. Examples of the flammable organic solvent used include alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol, and acetone. None of these are particularly limited, and as mentioned above, one selected from calcium nitrate, calcium chloride, and calcium bromide.
Any combination of a species or two types of calcium salts and an organic compound of phosphorus or an organic solvent that can form a solution with a uniform composition may be used. Calcium nitrate, calcium chloride, and calcium bromide usually contain water of crystallization, so even if a mixed solvent with water is not used, a small amount of water will be present in the system. The raw materials to be used may be selected depending on the desired calcium urin apatite. For example, when synthesizing hydroxyapatite, Ca(NO 3 ) 2 .
Calcium nitrate salts such as 4H 2 O may be used. In addition, when synthesizing chlorapatite,
CaCl22H2O , Ca( NO3 ) 24H2O and CaCl2
Chloroapatite or solid solution apatite of hydroxyapatite and chlorapatite can be obtained by combined use with 2H 2 O, Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O and NH 4 Cl, etc. Similarly, for bromine apatite, CaBr 2 2H 2 O, Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O
Combination of CaBr 2 2H 2 O, Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O
By using NH 4 Br in combination, brominated apatite or solid solution apatite of brominated apatite and hydroxyapatite can be obtained. The molar ratio Ca/P of calcium and phosphorus in calcium-phosphorus apatite with stoichiometric composition is 5/3.
However, in the actual reaction in the method of the present invention, the molar ratio of calcium to phosphorus in the raw material solution is
When a solution with a composition in the Ca/P range of 1.25 to 1.75 is used, in each case a product is obtained in which the main component is apatite. Depending on the conditions, free generated CaO may remain, but depending on the application and purpose, the performance is sufficient to use it, and such products can also be treated with the calcium-phosphorus based method of the present invention. Naturally, it is included in the range of apatite. Also, if Ca/P is less than 1.25 or
Even if it is 1.75 or more, depending on the combination of raw materials,
It has been experimentally confirmed by the present inventors that a product whose main component is apatite can be obtained.
Although specifically explained, the present invention is not limited thereto. Example 1 Dissolve 36.90 g of Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O in approximately 200 ml of ethanol, add 15.58 g of (C 2 H 5 O) 3 P to this solution, stir, mix and dissolve, and then add ethanol was added to prepare a uniform raw material solution with a total volume of 250 ml.
Next, this raw material solution was supplied at a rate of 10 ml per minute and compressed air at a rate of 10 per minute to the liquid supply side and the gas supply side of the two-fluid spray nozzle, and sprayed into the flame of the gas burner. The raw material solution, which had become fine droplets, was instantaneously heated by evaporation and combustion of the solvent in the flame, causing a thermal decomposition reaction. The temperature during the thermal decomposition reaction was 1050-1105°C. The powder thus generated is collected using a cyclone method,
As a result of observation with an electron microscope, it was found to be a hollow spherical fine powder consisting of densely sintered particles of 0.2 to 0.5 microns.
Next, as a result of X-ray diffraction analysis of this produced powder,
The obtained powder contained both a crystalline phase and an amorphous phase of hydroxyapatite, and the unreacted component CaO remained. Example 2 The powder obtained by the method of Example 1 was heated at a rate of 5°C/min in an air atmosphere, heat-treated at 1300°C for 1 hour, and cooled at a rate of 5°C/min. The results of X-ray diffraction measurements of the product obtained by this heat treatment are shown in FIG. As is clear from FIG. 1, the product obtained in this example was hydroxyapatite (hexagonal crystal) with well-grown crystals, and no decomposition of hydroxyapatite was observed at high temperatures. Example 3 Dissolve 045.94 g of CaCl 2 2H 2 in approximately 200 ml of ethanol, add 31.16 g of (C 2 H 5 O) 3 P to this solution, stir to mix and dissolve, and further add ethanol. A uniform raw material solution with a total volume of 250 ml was prepared.
Next, this raw material solution was subjected to spray pyrolysis in the same manner as in Example 1. The results of X-ray diffraction measurements of this produced powder are shown in FIG. As is clear from FIG. 2, it was confirmed that the produced powder contained both a crystalline phase and an amorphous phase of chlorapatite. Example 4 (a): The powder obtained by the method of Example 3 was heated at a rate of 5°C/min in an air atmosphere, held at a constant temperature for 1 hour, and cooled at a rate of 5°C/min. In the heat treatment method, 400, 600, 800, 1000
Experiments were conducted at each temperature of °C. As a result of measuring X-ray diffraction of the product heat-treated at 400°C, it showed a diffraction pattern of chlorapatite similar to that shown in Fig. 2, and the diffraction intensity increased slightly, indicating the growth of crystallites. However, at 600℃ and
The results of X-ray diffraction measurements of the product heat-treated at 800°C all agreed with the characteristic diffraction peak of calcium chloride phosphate (Ca 2 PO 4 Cl) described in ASTM Card 19-247. Figure 3 shows the results of X-ray diffraction measurements of the product heat-treated at 800°C.
As a result of measuring X-ray diffraction of the product heat-treated at 1000°C, the diffraction peak due to calcium chloride phosphate decreased, and the diffraction pattern showing the diffraction line due to the formation of chlorapatite disappeared. Through this series of experiments, it was found that when a powder containing both chlorapatite and an amorphous phase (powder obtained by the method of Example 3) was heat-treated, it remained as chlorapatite at 400°C, but It was confirmed that it changes to calcium chloride phosphate at temperatures above 1000°C, and then changes back to chlorapatite at temperatures above 1000°C. (b): The powder obtained by the method of Example 3 was heated in an air atmosphere at a rate of 5°C/min, held at 1200°C for 1 hour, and cooled at a rate of 5°C/min.
By this heat treatment, the obtained product was dissolved in nitric acid and a cloudiness test was performed using a silver nitrate solution.
It was confirmed that silver chloride was precipitated. The results of X-ray diffraction measurement of the above product are shown in FIG. As is clear from Figure 4, this product is chlorapatite, and the main peaks are the (211) diffraction peak at the diffraction angle 2θ = 31.4° and the diffraction peak at 2θ = 31.4°.
Overlapping diffraction peaks of (112) and (300) were measured at 32.3°. Example 5 36.90 g of Ca(NO 3 ) 2.4H 2 O was dissolved in about 180 ml of ethanol, and 15.58 g of (C 2 H 5 O) 3 P was added to this solution and mixed and dissolved with stirring. Next, an aqueous solution of ammonium bromide prepared by dissolving 4.90 g of NH 4 Br in 25 ml of water was added to this solution and mixed well, and ethanol was further mixed to prepare a uniform raw material solution with a total volume of 250 ml. . Then, this raw material solution was subjected to spray pyrolysis in the same manner as in Example 1. The obtained powder was heat treated under the same conditions as in Example 4. As a result of measuring X-ray diffraction of the obtained product, it showed a hydroxyapatite-type (hexagonal) diffraction pattern similar to that shown in FIG. 1, and the peak of freely generated CaO remained. When this product was dissolved in nitric acid and bromine was detected using a silver nitrate solution, silver bromide precipitated, confirming the presence of bromine. Therefore, it can be seen that the product obtained in this example is a solid solution apatite of hydroxyapatite and bromine apatite. Example 6 Dissolve 36.87 g of CaBr 2 2H 2 O in approximately 180 ml of ethanol, add 15.58 g of (C 2 H 5 O) 3 P to this solution, stir to mix and dissolve, and then add ethanol. A uniform raw material solution with a total volume of 250 ml was prepared.
Next, this raw material solution was subjected to spray pyrolysis in the same manner as in Example 1. The obtained powder was heat treated under the same conditions as in Example 4(b). As a result of measuring X-ray diffraction of the obtained product, it showed the same diffraction pattern as in FIG. 4, and the presence of bromine was confirmed by the silver nitrate solution. Therefore, it can be seen that the above product is brominated apatite. Examples 7 to 18 Ca( NO3 ) 24H2O , CaCl2 , CaCl22H2O ,
CaBr2 ... 2H2O , NH4Cl , ( CH3O ) 3P ,
(C 2 H 5 O) 3 P, [(CH 3 ) 2 CHO] 3 P, [CH 3
(CH 2 ) 3 O〕 3 P, (C 6 H 5 O) 3 P, (C 6 H 5 ) 3 PO,
(C 2 H 5 O) 2 POH, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, H 2 O, etc. were used as raw material components and prepared according to the mixing ratio of each raw material shown in Table 1. With respect to conditions other than those shown, various calcium-phosphorus apatites were synthesized by performing a spray pyrolysis operation under the same conditions as in Example 1.

【表】【table】

【表】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は実施例2において得られた水酸アパタ
イトのX線回折図であり、第2図は、実施例3に
おいて得られた塩素アパタイトのX線回折図であ
る。第3図は、実施例4(a)において、800℃の加
熱処理によつて得られた塩化リン酸カルシウムの
X線回折図であり、第4図は、実施例4(b)におい
て得られた塩素アパタイトのX線回折図である。
FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of hydroxyapatite obtained in Example 2, and FIG. 2 is an X-ray diffraction diagram of chlorapatite obtained in Example 3. Figure 3 is an X-ray diffraction diagram of calcium chloride phosphate obtained by heat treatment at 800°C in Example 4(a), and Figure 4 is an X-ray diffraction diagram of calcium chloride phosphate obtained in Example 4(b). It is an X-ray diffraction diagram of apatite.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 水と相溶性の可燃性有機溶媒又は水と相溶性
の可燃性有機溶媒と水との混合溶媒に対し、硝酸
カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウムの
うちから選ばれた1種もしくは2種のカルシウム
化合物と、上記溶媒に可溶性のリンの有機化合物
とを加え、更に、塩化アンモニウム、臭化アンモ
ニウムのうちから選ばれた1種を加え又は加えず
混合し溶解して均一な組成の原料溶液を調製し、
この原料溶液を火炎中又は加熱帯域中に噴霧して
熱分解反応させることを特徴とするカルシウム−
リン系アパタイトの製造方法。 2 前記のリンの有機化合物として、リンのアル
コキシドを用いることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の方法。 3 前記のリンの有機化合物として、亜リン酸ト
リエチルを用いることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の方法。 4 水と相溶性の可燃性有機溶媒又は水と相溶性
の可燃性有機溶媒と水との混合溶媒に対し、硝酸
カルシウム、塩化カルシウム、臭化カルシウムの
うちから選ばれた1種もしくは2種のカルシウム
化合物と、上記溶媒に可溶性のリンの有機化合物
とを加え、更に、塩化アンモニウム、臭化アンモ
ニウムのうちから選ばれた1種を加え又は加えず
混合し溶解して均一な組成の原料溶液を調製し、
この原料溶液を火炎中又は加熱帯域中に噴霧して
熱分解反応を行なわせ生成する粉体を加熱処理す
ることを特徴とするカルシウム−リン系アパタイ
トの製造方法。 5 前記のリンの有機化合物として、リンのアル
コキシドを用いることを特徴とする特許請求の範
囲第4項記載の方法。 6 前記のリンの有機化合物として、亜リン酸ト
リエチルを用いることを特徴とする特許請求の範
囲第4項記載の方法。
[Claims] 1. Calcium nitrate, calcium chloride, and calcium bromide for a water-compatible flammable organic solvent or a mixed solvent of a water-compatible flammable organic solvent and water. Add one or two types of calcium compounds and an organic compound of phosphorus soluble in the above solvent, and further add or not add one type selected from ammonium chloride and ammonium bromide, mix and dissolve uniformly. Prepare a raw material solution with a composition,
Calcium, which is characterized by spraying this raw material solution into a flame or a heating zone to cause a thermal decomposition reaction.
Method for producing phosphorus apatite. 2. The method according to claim 1, wherein a phosphorus alkoxide is used as the organic phosphorus compound. 3. The method according to claim 1, characterized in that triethyl phosphite is used as the organic compound of phosphorus. 4. One or two selected from calcium nitrate, calcium chloride, and calcium bromide for a water-compatible flammable organic solvent or a mixed solvent of a water-compatible flammable organic solvent and water. A calcium compound and an organic phosphorus compound soluble in the above solvent are added, and one selected from ammonium chloride and ammonium bromide is added or not mixed and dissolved to obtain a raw material solution with a uniform composition. Prepare,
A method for producing calcium-phosphorus apatite, which comprises spraying this raw material solution into a flame or a heating zone to cause a thermal decomposition reaction, and heat-treating the resulting powder. 5. The method according to claim 4, wherein a phosphorus alkoxide is used as the organic phosphorus compound. 6. The method according to claim 4, characterized in that triethyl phosphite is used as the organic compound of phosphorus.
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