JPS63284122A - 所定の溶解速度を持つ水溶性ガラス組成物の用途 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ガラス組成物の用途とりわけ水もしくは他の
極性溶剤に可溶性のガラス組成物の用途に関する。

所定の速度で水に溶解する物質の製造を可能にするのに
有用な事情はいろいろである。こうした目的に於いて化
学量論的化合物は、適合する化合物は限られた数だけが
わずかに存在すること、そして、所与の化学系では予め
選択した溶解速度を持つ化合物を調製することは可能で
はなく、せいぜい、存在する特別の化合物に対応する僅
かな速度が達成されるという事実のためにその使用が制
約されている。

本発明においては、ガラス形成酸化物として５６〜７０
モルパーセントの五酸化燐、主たるガラス修飾酸化物と
して１〜２０モルパーセントの酸化ナトリウムまたは酸
化カリウム、１〜３０モルバーセントノ酸化カルシウム
、および５モルパーセントまでのアルミナを含む、水溶
性のガラス組成物であって、前記ガラス酸化物のモル分
率の上記規定範囲内における調整を通じてその組成物の
水系溶解時間がコントロールされることを特徴とするガ
ラス組成物を用いる。

第１（ａ）図及び第１（ｂ）図に於ける縦軸は、絶対溶
解速度（３０℃に於ける単位時間当りのガラスの単位面
積当りの脱イオン水へのガラスの溶解りの逆数に比例す
る実用のパラメーターである。

これは粒子粒５００〜７１０μのガラス粉からなり比表
面積約４０ｃｄ／ｇを持ち３０℃に於いて脱イオン水２
００−で振盪したガラス試料０．１ｇの７５％を溶解さ
せるのに要する分単位の時間の対数である。このパラメ
ータを以下溶解時間：ｔｌ、と称する。

第２図に於ける縦軸は、前記特定ガラス０．１　ｇが２
００−の脱イオン水に全部溶解した場合に最終的に到達
する３０℃に於けるｐＨである。

第３図はあらゆるガラスの溶解速度に於いてガラスにＡ
ｌ２Ｏ２を含有させることの効果を説明するための図で
ある。縦軸は、特定モル％のＡｌ２Ｏ２を含有している
あらゆるガラスの溶解時間のＡ　１２（１１３を全く含
有せず代りに同じモル％のＰ２Ｏ５及びＣａＯを含有し
ている同等ガラスの溶解時間に対する比率の対数を表わ
している。

調節しかつ予め選択した溶解速度を持つ物質の応用は大
きく３項目にまとめることができる。

（ｉ）水溶液に於ける「タイマー」としてのこうした物
質の使用； （ｉｉ）水性環境へ主成分を調節した速度で放出する手
段としてのこうした物質の使用； （ｉｉｉ）かなり少量の物質を組み込んだ宿主（ホスト
）物質としてのこうした物質の使用。

（ｉ）の場合、不変の水性環境に於いて一定の速度で溶
解しかつ従って物質の液体に接触後の経過時間を測定し
ろる物質を製造することの可能性が示されている。溶解
速度が例えば水性環境のｐＨや温度の関数であるという
ことから、 〔式中ｔは時間、Ｔは温度を表わす〕の測定が可能にな
る。こうして、溶解速度の温度に対する機構的依存が化
学反応又は生化学的プロセスのそれと同じ又はほぼ同じ
であるとすれば、この場合、この反応又はプロセスの進
行はモニター物質の溶解量によって理解される。モニタ
ー物質が一定の所定量まで溶解した場合に指示が現われ
るように配合することによって、その反応又はプロセス
の終点又は「危険点」を指示させることが可能である。

（ｉｉ）の場合は、医学に用いられまた外科用補助薬で
ある生理食塩若しくはグルコース滴注又は、例えば、人
間の消化管に精確に調節された速度でナトリウム及び（
又は）カリウムイオンを放出するものを提供することの
容易さとして例示できる。

生命体の器官ではナトリウム／カリウムイオンの平衡が
精確に保持されていなければならずまたこれが少しでも
かたよった場合には医学的措置で調整すべきであること
は公知である。例えば、多くの利尿患者はカリウム含有
光剤をのまなければならないが、消化管にそのカリウム
の全含有量が突然に放出されるべきでないということが
重要である。口に入れられてから患者の体内を通過する
までの間カリウムを着実に放出する放出調整カリウム母
物質を投与すれば明らかにこの危険を回避できる。正確
な比率のナトリウムとカリウムを所望速度で放出するよ
うに設計した同様なタイプの物質は、明らかに、滴注供
給液または静脈注射用溶液に一緒に使用して所望イオン
を周期的に中断することなくかつ従って感染の危険を増
大させることなく供給することを可能にする。同様に、
ガラス組成物は、細菌、菌類若しくは他の微生物単位の
培養のための水性栄養素媒体に添加せしめられ、そして
添加された場合に栄養素イオンを予め定められた速度で
放出しかつ培養基に最適量の１種若しくは１種以上の栄
養素イオンを供給することもできる。同様に、ガラス組
成物は、魚養殖槽又は容器に給水と一緒に添加又は混入
することもできる。

（ｉｉｉ　）の場合も先行の例と同様な例を参照して説
明できる。長時間滴注をされる入院患者は極く少量の亜
鉛及び銅のような痕跡性元素を与えなければならないこ
とは公知である。この微少量の痕跡性元素を精確に調節
された量で投与することは現在に於いては非常に困難で
ある。その用量を調製するには化学の研究室で相当熟練
した人の手を借りる必要がある。容易に沈殿し又は容器
の壁によって吸収されるのでこうした微少量を保存する
ことは不可能である。熟練した医学スタッフが滴注供給
液への用量の注入を監督しなければならない。そして投
与するために滴注供給系の密封を「破る」ことは感染の
危険を増加させる。先行例から次のことが明らかであろ
う。即ち、前記痕跡性元素の微少量をナトリウム及び（
又は）カリウムを放出させる宿主物質に組み込んで、そ
して放出調整物質に存在する量と同じ割合で、アルカリ
金属と一緒に、痕跡性元素を放出させることが可能であ
る。もう１つの例として、水系に調整された速度で放射
性原子又は「標識」同位体を放出することを望む場合を
挙げることができる。この場合、すべての先行側同様、
一定でない放出／時間比を与えることが望ましいことが
ある。例えば、放出速度が時間とともに増加し若しくは
減少すること、又は非常に遅い放出の間隔に続く急激な
放出期間を持つパルス状の放出をすることが望ましい。

こうした場合は、例えば同心状又は平行な層であるが異
なる溶解速度を持つよう組織された層をもつ同一基本物
質からなる物体によって実現することが可能である。

前に参照した図面を参照して本発明の態様を以下に説明
するが、第１〜３図は、ガラスの溶解速度とガラス組成
との相関関係を説明するものである。

ガラス物質の主成分は五酸化燐、酸化ナトリウムまたは
酸化カリウム、および酸化カルシウムである。加えて、
第１Ｂ族元素の酸化物が溶解速度を調節する手段として
存在してもよい。他の酸化物は全量で１０モル％より少
ない微量成分として存在してもよい。

同様に、ガラス物質の陰イオン部分は、全量で全陰イオ
ン成分の１０％より多くない例えば硼酸塩、珪酸塩、ゲ
ルマニウム酸塩、硫酸塩又はノ＼ロゲン化物の各陰イオ
ンを少量部分含むこともできる。

成分は予め混合し、普通は７００〜１２００℃の温度で
全部を溶融せしめて一様な溶融体を形成し、室温まで冷
却するとガラスに或る。酸化物以外の物質のバッチ、即
ち、酸化物プレカーサを用いて最終的ガラスの組成（特
性）が変わらないようにすることは、ガラス製造業の当
業者には明らかである。例えば、金属酸化物の１部又は
全部を等モル量のそれぞれの金属の炭酸塩又は水酸化物
によって置換することができる。

上記のガラスを形成する一様な溶融体はここから幾種か
の異なる手法で最終製品に変換することが可能である。

特別の応用上の必要に応じて特別の手法を選択する。例
えば、溶融体からガラスのロッドを引抜き、次いで上述
の滴注供給液に一緒に混入するのに適した長さに切断す
ることができる。選択的に、溶融体からガラス管の形状
にガラスを引き抜いて、水系液体を輸送しかつ同時に成
分イオンを所定の速度で液体中へ放出するために使用す
ることができる。もう１つの例として、ガラスを薄いシ
ート状に成形し、次いで破壊し、磨砕し、そして篩分け
して所与の粒子径かつ従って所与の単位重量当りの比表
面積のフラクションに分離する。さらにまた、ガラスを
型に注入して、小円板を製造し、前に大略を述べた化学
的タイマー系に使用することができる。

上記の例のいずれかの形状あるいは他の応用のために適
合する形状、例えばガラス繊維として、ガラスを経済的
に製造する方法の詳細は、ガラス製造業者には容易に明
らかなものである。同様に、ある場合、例えば、最終製
品がモノリスなブロックである場合には、冷却時に粉砕
するのを除けるために徐冷することが必要になることが
容易にわかるであろうし、またこうした徐冷にふける温
度時間サイクルも当業者には容易に理解されるものであ
る。

ガラスの溶融に用いる坩堝は溶融温度及び燐酸溶融体に
よって破損しない材料から選択する。市販のタイプのプ
ラチナ及びプラチナ合金坩堝は本発明のガラスを調製す
るのに完全に適していることが判明した。しかしながら
、場合によってはガラスを溶融させるのに安価な材料を
使用することが望ましいことがある。一般的に使用され
ている坩堝材料は純アルミナ又は安定化アルミナである
が、こうした材料の場合、例えば坩堝壁を冷却すること
によって、坩堝から溶解したＡ　ｊ！　２０３によって
ガラス製品が汚染されるのを防ぐように予防措置を取っ
て、これを使用するかどうかが重要である。米国特許Ｎ
α３２７２５８８に開示されている４６〜５０モル％の
Ｐ２Ｏ５を含有しているＮａ、口：　Ｃａｎ　：　Ｐ２
ｎｓ’Ｍ２Ｏ３ガラスの特別のケースを除いて、燐酸ガ
ラス（燐酸塩ベース）の溶解速度に於ける非常に少量、
即ち、５モル％以下のＡ　Ｒ２０ｓの影響について従来
評価がなされたことはない。本発明者らは、ガラス製品
に於けるＡ１゜０３の濃度が精確に調節されるべきであ
り、そして、予め選択した溶解速度をもつガラスを製造
するためには、Ａｌ２Ｏ，を含むいろいろな成分が所定
の比率でガラス材料中に存在していなければならないと
いうことを見い出した。

本発明のガラスは、主要ガラス形成酸化物としてＰ２Ｏ
６、主要ガラス修飾酸化物として酸化ナトリウムまたは
酸化カリウム、そして酸化カルシウムを包含しており、
これらの成分の比率は添付図表によって選択する。この
ガラスは、ガラス形成酸化物Ｐ２Ｏ５と酸化ナトリウム
または酸化カリウムと酸化カルシウムとだけから或るほ
か、その他のアルカリ金属、アルカリ土類金属酸化物若
しくは周期表の第１［ＩＢ族の金属の酸化物を小比率で
含むことができる。好ましいアルカリ土類金属酸化物は
ＣａＯであり、好ましい第１ＩＩＢ族金属酸化物はＡ　
Ｉｔ　２０．であり、そしてこれらの比率は添付図表に
従って選択する。全Ｃａｎ量の１部分を他のアルカリ土
類金属酸化物で置換することが可能であるけれども、こ
の場合それに応じて予め選択した溶解速度を得るのに必
要な正確な比率が調整されなければならないことが理解
されよう。同様にして、例えばＧａ、Ｏ，でＡ　ｊｌ！
　２０３の１部又は全部を置換できる。Ａ　Ｉｔ　２０
３　と置換するのに適していることが見い出された他の
三価金属酸化物はＦｅ、［１３でであり、これは勿論周
期表の第１ＩＩＢ族に属してはいない。主要成分と少量
成分（存在する場合）を有するガラスに、同様に、ガラ
スの溶解速度を実質的に変えない少量の他の金属酸化物
を含めることができる。このような金属酸化物には、例
えば、ガラスが溶解する場合に溶解するガラスの全量に
関してもとのガラスに存在している比率と等しい割合で
溶液中に放出される１種又は１種以上の遷移金属酸化物
がある。

本ガラス組成物のもう１つの特徴は、ガラスが溶解して
つくられる溶液のｐＨとガラスが溶解する速度の両方を
それぞれ独立に前辺って定めることの容易さである。例
えば、第１図及び第２図を参照すると、１０００分の溶
解時間が必要であることが知られた場合、組成Ａのガラ
スを選択するとｐＨ２，７８を与え、またガラスＢを選
択するとｐＨ３，４７を与えることが明らかであろう。

同様に、本ガラス状物質の適当に成形した試験体を該試
験体の溶解量を随時測定する手段又は該試験体の全量若
しくは所定量が溶解した時間を測定する手段と結合して
、水性溶媒中に位置するか又はそれと接触状態で使用す
る、化学反応又は生化学的プロセス用のタイマーを製造
することも可能である。

本ガラス組成物のもう１つの特徴は、ガラス網目構造か
ら水の相へ最初に放出されるものとしての燐酸イオンの
状態に関する。燐酸塩の相の性質からして、溶液内の全
部の燐の相対比を、オルト燐酸塩（ｐｏ、’−）　、ピ
ロ燐酸塩（Ｐ２０７’−）　、鎖状及び環状のポリ燐酸
塩を含むいろいろのポリ燐酸塩として存在するものを意
味するものとする。ここでは、ガラス網目構造から溶液
に放出された直後に存在する形態に於ける燐に言及して
いることが理解されよう。すべての燐酸塩形態の物質は
溶液で加水分解して最終製品としてオルト燐酸イオンを
生ずる傾向があることは公知である。本発明に属するガ
ラスの数ある応用のうち燐の態様が重要なものである。

数多くの陽イオンがピロ及び更に複雑な燐酸塩と錯体を
形成することそしてこうした錯体の安定度定数は十分に
大きいので通常は沈殿を生じさせる濃度のＯＨ−又はＣ
Ｏ３２−イオンが存在しても陽イオンが沈殿しないこと
は公知である。

このようにして、アルカリ金属燐酸塩ガラスの少量成分
として含有されている陽イオン及びポリ燐酸塩としての
燐酸塩を同時に放出するこきが容易であることは、ポリ
燐酸塩が不存在であると沈殿するほどｐｆ（が高く又は
Ｃ０２含ｆ量が多い天然の水溶液に放出された、前記陽
イオンの不溶性水酸化物、炭酸塩、又は塩基性炭酸塩が
沈殿するのを防止する。

結論として、使用可能なガラス形成酸化物には、５Ｉ２
０３　、　８２０３　、ＧｅＯ２、ＡＳ２０３　又は５
ｂ２ｏ、　、及びＳＯ４基を有している物質がある。こ
れらはＰ２Ｏ，０１０％以下で置換可能である。

ガラスから分散されるべき物質には、Ｌｉ”　、　Ｎａ
”。

に＋　、　［９４″、Ｒｈ”　、　ＰＯ４３−、Ｃａ”
及び＾１３＋イオンを有している物質がある。その他の
適当な物質としてはＣｕ、　Ｚｎ、　Ｍｇ、Ｃｏ及びＭ
ｎがある。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は、ガラスの溶解速度とガラス組成との相関
関係を説明するグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガラス形成酸化物としての五酸化燐（Ｐ＿２Ｏ＿５
   ）５６〜７０モル％、主たるガラス修飾酸化物としての
   酸化ナトリウム（Ｎａ＿２Ｏ）または酸化カリウム（Ｋ
   ＿２Ｏ）１〜２０モル％、酸化カルシウム（ＣａＯ）１
   〜３０モル％、およびアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）５モ
   ル％までを含む酸化物の溶融混合物を含む水溶性ガラス
   組成物（該ガラス組成物の水系溶解時間は前記酸化物の
   モル分率の上記規定範囲内における調整を通じてコント
   ロールされる）の棒または管状物と、生理食塩、グルコ
   ースその他の点滴供給溶液とを含むことを特徴とする点
   滴供給系。 ２、細菌、菌類もしくは他の微生物的単位から選ばれた
   対象を水性栄養素媒体中に入れ；ガラス形成酸化物とし
   ての五酸化燐（Ｐ＿２Ｏ＿５）５６〜７０モル％、主た
   るガラス修飾酸化物としての酸化ナトリウム（Ｎａ＿２
   Ｏ）または酸化カリウム（Ｋ＿２Ｏ）１〜２０モル％、
   酸化カルシウム（ＣａＯ）１〜３０モル％、およびアル
   ミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）５モル％までを含む酸化物の溶
   融混合物を含む水溶性ガラス組成（該水溶性ガラス組成
   物の水系溶解時間は前記酸化物のモル分率の上記規定範
   囲内における調整を通じてコントロールされる）を有し
   かつ栄養素イオンを含有する物質を前記水性栄養素媒体
   中に入れ；該物質を前記水性栄養素媒体中と接触せしめ
   ；前記物質の前記水性栄養素媒体と接触した部分が所定
   の速度で溶解し；そして前記栄養素イオンが所定の速度
   で前記水性栄養素媒体中に放出されることを特徴とする
   、細菌、菌類、もしくはその他の微生物的単位から選ば
   れた対象に栄養素イオンを供給する方法。 ３、魚類を魚類養殖用タンク、池、その他の容器に入れ
   ；該容器に給水管を通して給水し；ガラス形成酸化物と
   しての五酸化燐（Ｐ＿２Ｏ＿５）５６〜７０モル％、主
   たるガラス修飾酸化物としての酸化ナトリウム（Ｎａ＿
   ２Ｏ）または酸化カリウム（Ｋ＿２Ｏ）１〜２０モル％
   、酸化カルシウム（ＣａＯ）１〜３０モル％、およびア
   ルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿３）５モル％までを含む酸化物の
   溶融混合物を含む水溶性ガラス組成（該ガラス組成物の
   水系溶解時間は前記酸化物のモル分率の上記規定範囲内
   における調整を通じてコントロールされる）を有しかつ
   栄養素イオンを含有する物質を前記給水管に導入し；該
   物質を前記給水と接触せしめ；前記物質の前記給水と接
   触する部分を所定の速度で溶解させ；そして前記栄養素
   イオンを所定の速度で前記給水中に放出させることを特
   徴とする、魚類に栄養素イオンを供給する方法。 ４、化学反応または生化学的プロセスが或る可変量に関
   数的に依存し、ガラス形成酸化物としての五酸化燐（Ｐ
   ＿２Ｏ＿５）５６〜７０モル％、主たるガラス修飾酸化
   物としての酸化ナトリウム（Ｎａ＿２Ｏ）または酸化カ
   リウム（Ｋ＿２Ｏ）１〜２０モル％、酸化カルシウム（
   ＣａＯ）１〜３０モル％、およびアルミナ（Ａｌ＿２Ｏ
   ＿３）５モル％までを含む酸化物の溶融混合物を含みか
   つ前記可変量に類似関数的に依存する溶解速度を持つ水
   溶性ガラス組成物（該ガラス組成物の水系溶解時間は前
   記酸化物のモル分率の上記規定範囲内における調整を通
   じてコントロールされる）を選択し、そして、前記化学
   反応または生化学的プロセスの過程を前記ガラス組成物
   の溶解量を測定することによってモニターすることを特
   徴とする方法。