JPS6229366B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は粗製リン酸より直接に高純度のヒド
ロキシアパタイトを製造する方法に関するもので
ある。 最近においては、医学の進歩により、骨の病気
交通事故その他の原因により切除した骨或は歯の
治療等により損なわれた歯根などの補綴物として
ヒドロキシアパタイトCa₁₀（PO₄）₆（OH）₂を成
分とする人工骨や人工歯根等が用いられるように
なつて来た。これはこのヒドロキシアパタイトが
生体内に埋入された場合、安全かつ化学的に安定
でありしかもそれが生体内で拒否反応を起すこと
なく、自然骨と結合し治癒しやすいからである。 しかしこのように生体内で人工骨等が安定かつ
安全であるためには、それらを構成するヒドロキ
シアパタイトの純度が高くなければならない。た
とえば鉄やニツケル、亜鉛などが或程度以上含ま
れていれば、これらのイオンが生体内で溶出する
ことがあるから不安定かつ有害である。またヒド
ロキシアパタイトの別の用途として高級な磁器の
一種である骨灰磁器いわゆるボーンチヤイナの原
料としても高純度のものが必要とされる。ところ
がヒドロキシアパタイトを製造するための従来法
としての第一は粗製リン酸と石灰等を混合してヒ
ドロキシアパタイトを製造する方法であるが、こ
の方法の生産物は不純物が非常に多いので前記高
純度のヒドロキシアパタイトを必要とする諸目的
を達し得ないという欠点を有している。 そこで従来法としての第二は高純度ヒドロキシ
アパタイトを製造するために不純物の可及的少な
い精製したリン酸と石灰等を混合するものである
が、これは精製リン酸の多岐に亘る精製工程を含
んでいるため経済的にもまた工程の複雑さの面か
らも実用上極めて不利であるという欠点を有して
いる。その結果これを原料としなければ製造し得
ないすぐれた人工骨を得る従来方法もまた実用上
非常に不利なものとならざるを得ない。 従つて折角の最新医術も現状においては未だ実
験的段階に止まり、或は限られた極く少数の人だ
けがその恩恵を受け得るのみである。 本発明者等は上記従来技術の欠点を除去し、材
料としての高純度ヒドロキシアパタイトを関係各
界が従前よりも格段に有利に入手することを可能
ならしめ、ひいては人工骨等による治療法等を庶
民のものとするため更には高級磁器類を従来より
遥かに有利に製造しうるようにするため種々深く
研究の末、極めて能率のよい高純度ヒドロキシア
パタイトの製造方法の発明を完成し、こゝに提供
するものである。 即ち本発明方法としては、高純度のヒドロキシ
アパタイトの材料として直接に粗製リン酸と消石
灰を用いる。この場合に用いる粗製リン酸は10％
位までの不純物を含む通常市販の容易に入手し、
得るもので充分であり、純度について従来方法に
おけるような厳しい制限は全く不要である。石灰
類については内国産の石灰原料は高純度のものが
容易かつ豊富に入手し得るもので、これから作ら
れる消石灰も通常高純度のものが多いから、粘土
分や苦土分などが多い特に粗悪のものを除けば通
常簡単に入手し得る市販のものでよい。 しかしてその粗製リン酸を溶解槽に入れ均一に
かきまぜる。その濃度は任意とし広範囲に適用し
うる。温度は０℃から95℃の範囲とするが、40℃
以下10℃位までが最も適している。次に別の溶解
槽に消石灰または生石灰と水より均一な石灰乳を
つくり、此の石灰乳を前記粗製リン酸溶液中に
徐々に注加し、そのPHを1.9乃至3.0の範囲に調節
する。 此のPHの範囲ではリン酸の一部がリン酸カルシ
ウムとなつて沈殿するが、通常、全体のリン酸分
に対して沈殿が５乃至20％出るところが最適のPH
の範囲でそれは2.0乃至2.5程度である。この第一
段の操作で粗製リン酸に加える石灰は前記石灰乳
の他炭酸石灰、消石灰、生石灰の粉末でも可能で
あるが、PHを調節しやすくするためには前記石灰
乳が最適である。 次いで此の液を過器などによつて別し、前
記沈殿を除去した後、その液を前記と別の石灰
乳中に注加しかきまぜる。しかして此の石灰乳の
PHは最初約12であるが、前記液を注加するに従
いPHは次第に下る。これは前記第一段の操作でPH
2.0乃至2.5の範囲ではリン酸分の95乃至80％が
液中に存在しているからである。そしてそのPHが
8.7まで下つたとき、その石灰乳中の石灰分は殆
んどヒドロキシアパタイトに変るので、その時点
で液の注加を止め、その沈殿を過洗浄すれば
高純度のヒドロキシアパタイトが得られる。 かくして得られたヒドロキシアパタイトが高純
度であるのは粗製リン酸の中に石灰乳を注加しPH
を1.9乃至3.0の範囲とする第一段の操作において
一部生じたリン酸石灰（ブルシヤイト）
CaHPO₄・2H₂Oがこの酸性溶液中に不純物とし
て存在するFe，Ni，Znその他の重金属イオンな
どを結晶核内に吸収するか、又は沈殿粒子表面に
吸着もしくは収着することにより除去することに
よると考えられる。 更にまたこれらの重金属類イオンとCaがイオ
ン交換により、例えば鉄は難溶性のリン酸鉄
FePO₄などとなつて、重金属類イオンの殆んど全
部が沈殿物中に入ることによるものである。しか
してこのようなリン酸石灰の性質をヒドロキシア
パタイトの製造に利用する方法は従来存在しなか
つたものである。 尚PHの範囲について述べれば不純物が多い原料
の場合には、前記1.9乃至3.0の範囲のうち比較的
高い方を用い、不純物が少ない場合には比較的低
い方のPHに調節する。不純物の含有量とこれを吸
着するブルシヤイトの沈殿の必要量はほぼ正比例
するからである。通常、市販の粗製リン酸は不純
物１乃至５％程度含むから前記第一段操作におけ
る溶液のPHは2.0乃至2.5位の範囲が好ましい。ま
た第一段操作においてPHが1.9に達しない場合に
はブルシヤイトの沈殿は生成せず従つて不純分を
吸着等して除去することはできない。PHが3.0を
超えると粗組リン酸溶液中の全部のリン酸分に対
してブルシヤイトの沈殿が30％以上も生成するの
で、第二段操作で生ずるヒドロキシアパタイトの
純度は多少高くなるけれども液中に残るリン酸
分は少なくなり歩止りが悪くなるから原料として
粗製リン酸を使用する本発明の有利性は失なわれ
る。 次に第二段操作には後記の図に示すような反応
装置を用いる。即ちこの図は第一段操作の液
を、第一段とは別の石灰乳中に注加する装置の１
例であり、液を上部の小タンク１に入れてお
き、温度制御器９とヒーター７で一定温度に保つ
たウオーターバス４が外槽５の中に入れてあり、
内側の槽中に石灰乳３を入れ、かきまぜ機６でか
きまぜながら開閉コツク２を開き液を石灰乳中
に注加する装置の例である。温度は０℃から95℃
位の範囲で可能であるが、通常熱経済と反応時間
の兼ね合いで40℃以下10℃位までが最も適してい
る。圧力は第一段第二段共常圧で充分である。第
一段操作の粗製リン酸、石灰乳、並に第二段操作
の石灰乳の濃度は広範囲に選択することができ
る。そして第二段操作で前記の如くPHが8.7位ま
で下つたとき乳液中の石灰分は殆んどヒドロキシ
アパタイトに変化し、そのときの沈殿物のCa／
Ｐモル比は1.67（重量比2.15）となり、ヒドロキ
シアパタイトCa₁₀（PO₄）₆（OH）₂のCa／Ｐ比の
理論値と等しくなる。そこで液の注加を止め
る。尚Ca／Ｐのモル比が1.67になつたというこ
とは反応の終点近くで沈殿物について分析し、
CaO並にP₂O₅の値によつて確認する。 更に沈殿物を乾燥しＸ線回折を行ない格子定数
により、その沈殿物がヒドロキシアパタイトであ
ることを同定する。ヒドロキシアパタイトの格子
定数はASTMの資料によればａ＝9.42、ｃ＝6.87
であり、これと近似の値が得られればよい。しか
して前記液を石灰乳に注加し、かきまぜ反応さ
せる時間は40℃の場合で２乃至３時間を要し、低
温ならばそれ丈長時間を必要とし、50℃以上の比
較的高温ならば短時間でよい。此の後ヒドロキシ
アパタイトの沈殿を熟成させる期間も温度により
左右されるが通常１時間乃至１週間が必要であ
る。 更に熟成後此の沈殿を過洗浄乾燥すれば高純
度のヒドロキシアパタイトが得られる。この純度
は精製リン酸を使用して得られるヒドロキシアパ
タイトの純度と殆んど変らない。この洗浄操作の
最後に蒸留水を使用すれば純度は一層高くなる。 以上によつて、高純度のヒドロキシアパタイト
は本発明方法によつて製造するならば前記操作に
より粗製リン酸から直接に極めて能率よく、従つ
て従来法よりも遥かに有利に得ることが可能とな
り、その結果として良質の人工骨等、或は高級磁
器類をも従前より格段に有利に供給することが可
能となるのである。 実施例 １ 次表に示す粗製リン酸Ａをリン酸で１モル相当
分98gを1000mlの飲料水に入れかきまぜて均一に
溶解する。この溶解には耐酸性プラスチツクの容
器を用いる。次にCa（OH）₂1モル相当分74gの市
販の消石灰を1000mlの飲料水中に入れ均一にかき
まぜ石灰乳とする。第一段操作として、この石灰
乳を前記粗製リン酸の液中に注加しかきまぜつゝ
PHメーターで連続的にPHを測定する。PHが次第に
上り約2.3になつたところで石灰乳の注加を止め
この液を紙を用いて過した。尚前記市販の消
石灰の分析値は次表にＣとして示す通りである。 次いで第二段操作として、末尾の図に示す装置
の内筒に1000mlの水を入れその中にCa（OH）₂0.5
モル相当分37gの消石灰を投入しかきまぜ機６に
よつてかきまぜ石灰乳３とする。次にヒーター７
と温度制御器９によつてウオーターバスの湯４を
外槽５の中において約40℃に保つ。更に小タンク
１中に第一段操作により得られた液を入れ開閉
コツク２を開き、PHメーター８でPHを測定しなが
ら、前記液を石灰乳３中に徐徐に注加し、PHが
8.7まで下つたとき液の注加を止め沈殿物を採
取し洗浄乾燥した後CaはCaOとしてＰはP₂O₅と
して分析し、Ca／Ｐのモル比が約1.67となつて
いるのを確めた。石灰乳中に第一段操作の液を
注加する場合にヒドロキシアパタイトを充分生成
させるためこの操作に要する時間を約2.5時間と
した。 しかして更にヒドロキシアパタイトの熟成期間
として４昼夜放置した後過し洗浄乾燥した。 以上の操作により製造したヒドロキシアパタイ
トの分析結果が次表のＦであり、CaOは51.43
％、P₂O₅は39.05％であつて、これよりCa／Ｐモ
ル比を計算すると1.669となり理論値1.67に一致
し石灰分は殆んど全部がヒドロキシアパタイトに
なつていることがわかる。このことは更にＸ線回
折によつて確認された。そしてこの分析値全体か
ら見て、本発明方法の生産物Ｆは、同じく粗製リ
ン酸Ａを用いて従来方法により製造したヒドロキ
シアパタイトＤよりもFe，Ni，Zn等の有害な不
純物の値が1/10程度に僅少となつていることが認
められる。此の程度に高純度であれば、実用上人
工骨の材料として何等支障がなく、また骨灰磁器
等高級磁器類の原料としても、従来文献に見られ
る基準的原料よりも遥かに高純度である。例えば
従来の文献などに示されている骨灰磁器中の
Fe₂O₃の最低値は0.3％程度であり、また最近の
文献にも高級磁器の原料のFe₂O₃は0.5程度以下
が望ましい旨記載されているが、本発明方法によ
るＦの場合Fe₂O₃は0.04％と、此等の基準よりも
大巾に少なくなつているという結果を得た。 実施例 ２ 次表に示す粗製リン酸Ｂと市販の消石灰Ｃを用
いて実施例１と同じ装置を使用し同様の操作によ
りヒドロキシアパタイトＧを製造した。即ち第一
段操作において粗製リン酸Ｂを実施例１の場合と
同様に調整準備し、その中に石灰乳を注加し、PH
を2.3としてこのときの沈殿物を別し、更に第
二段操作において、前記第一段操作に用いたのと
別の石灰乳に第一段操作の液を注加してPHを
8.7とするなど其の他実施例１同様の操作を行な
つた。かくして得られた生産物Ｇの分析値は次表
に示す通りであり、CaOは51.56％、P₂O₅は39.14
％であるから、これよりCa／Ｐのモル比は1.672
となり、理論値1.67に一致し、石灰分は殆んどヒ
ドロキシアパタイトに変化したことがわかる。こ
のことは更にＸ線回折によつて確認された。また
その他の不純物の分析値を見ても、粗製リン酸Ｂ
を用いて従来方法により製造したヒドロキシアパ
タイトＥよりもはるかに不純物が少なくなつて居
り、実施例１の場合と同様に高純度であるから、
実用上人工骨等の材料として何等差支えなくまた
高級磁器類の原料としても申し分のないものが本
実施例によつても得られたものである。 実施例 ３ 更に第一段操作の石灰分として炭酸石灰の粉末
を用い、粗製リン酸はＡを用いて、第一段操作で
PHを1.95にした場合の実施例について説明する。
炭酸石灰は通常市販のものを用い次表にC′とし
てその成分を示す。使用に当つては少なくとも
CaCO₃1モル相当分100gを予めJIS標準網フルイ
88μで残分が３％程度の粉末にしておき、実施例
１の場合と同様の粗製リン酸Ａの溶液中にPHを測
定しながら徐々に添加し、かきまぜて反応させPH
が1.95になつたとき炭酸石灰の粉末の添加を止
め、其の後約１時間かきまぜ充分に反応させた後
沈殿物を過除去した。此の後の操作は実施例１
の場合と同様であり、この液を石灰乳に注加す
る。その生産物の分析値は次表にＨとして示す通
りである。これによるとCaOは51.37％、P₂O₅は
39.08％であり、これよりCa／Ｐのモル比は16.67
となり、理論値1.67に一致し殆んど全部がヒドロ
キシアパタイトになつていることがわかる。この
ことは更にＸ線回折によつて確認された。たゞ本
実施例の場合は第一段操作のPHが1.95になつたと
き石灰分を加えるのを止めているので、このとき
生じたブルシヤイトの沈殿量は少なく、従つて不
純物の吸着量もやゝ少ないため、生産物Ｈの不純
物は、従来方法によるものよりははるかに僅少で
はあるが、PHをより高くしたものよりも不純物含
量がやゝ多いという傾向がみられる。 実施例 ４ この実施例は第一段操作の石灰分として生石灰
の粉末を用い粗製リン酸はＡを用いて、第一段操
作でPHを3.0にした場合である。生石灰は通常市
販のものを用い次表にC″としてその成分を示
す。使用に当つては少なくともCaO1モル相当分
56gを予めJIS標準網フイル88μで残分が３％程
度の粉末にしておく。粗製リン酸Ａは1.5モル相
当分を実施例１と同様の濃度の溶液としPHを測定
しながらその中に前記生石灰の粉末を添加したの
であるが、特にこの場合は発熱を伴う激しい反応
であるから、その添加の速度は極めて小とし、
徐々に操作した。PHが3.0になつたとき生石灰の
添加を止め、そのときの沈殿物を過除去した
が、此の量は溶液中のリン酸分の約1/3に相当す
る程度であつた。此の後の操作は実施例１と同様
であり、前記の液を第二段操作の石灰乳に注加
する。この生産物の分析値は次表にＩとして示し
た通りである。これによるとCaOは51.52％、
P₂O₅は39.16％で、Ca／Ｐモル比は1.667となり、
理論値1.67に一致し、殆んど全部がヒドロキシア
パタイトであることがわかる。このことは更にＸ
線回折によつて確認された。またその他の不純物
の分析値を見ても、此の場合はＦよりも一層高純
度になつていることが認められるが、第一段操作
で生ずる沈殿の割合が多いので、PHを３以上とし
た場合には製品の歩止りが悪くなり、粗製リン酸
を用いるという本発明の有利性が失なわれるであ
ろうということが充分推測される。また第一段操
作にはこのように生石灰を使用することも可能で
あるが、反応が激しいものであるから取扱は不便
である。

【表】 以上４つの実施例により、本発明方法によつて
粗製リン酸から製造したヒドロキシアパタイト
は、同じ原料を用いて従来方法によつて製造した
ヒドロキシアパタイトよりも不純物は非常に少な
く、特に生体に有害と考えられるFe₂O₃，NiO等
重金属類は僅少となることが認められる。従つて
これを使用する人工骨等は実用上有害物含有量が
極めて少なく生体材料として安全、好適であると
いゝ得る。 而も本発明方法によるものは粗製リン酸から直
接に得られるものであるから、精製リン酸を用い
る従来方法に比し格段に有利となり、従つて本発
明方法によるヒドロキシアパタイトを使用する人
工骨等も高品質のものを有利に得ることができ、
ひいてはこの種の新規医術を庶民のものとするこ
とも可能である。 また高級磁器類の原料としても、本発明方法に
よるものは、前記の如く従来方法により粗製リン
酸から製造したものより、ずつと高純度のもので
あり、精製リン酸を用いて製造したものと同等の
品質である。更にまた粗製リン酸から直接に製造
するので従来品よりも遥かに有利に高級磁器類の
原料として使用し得るものであるから、此の分野
の産業上の利用価値は絶大なるものがあり、特に
輸出産業などにも多大の利益をもたらすことは確
実といゝ得るのである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の第二操作を行うのに好適な装
置の説明図であり、図中の符号は下記のものを示
す。 １は第一段操作の液を入れる小タンク、２は
開閉コツク、３は石灰乳、４はウオーターバスの
湯、５は装置の外槽、６はかきまぜ機、７はヒー
ター、８はPHメーター、９は温度制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 粗製リン酸溶液に、温度が０℃から95℃の範
   囲において、石灰乳を加えてPHを1.9乃至3.0の範
   囲とすることにより生じた沈殿を濾過除去し、そ
   の濾過液を石灰乳に加えPHが8.7まで下つたと
   き、該濾過液の注加を止め、その沈殿を濾過洗浄
   することを特徴とするヒドロキシアパタイトの製
   造方法。