SU1730034A1

SU1730034A1 - Method of producing calcium hydroxylapatite

Info

Publication number: SU1730034A1
Application number: SU894680393A
Authority: SU
Inventors: Иван Владимирович Тананаев; Владимир Петрович Орловский; Галина Васильевна Родичева; Жанна Алексеевна Ежова; Галина Евгеньевна Суханова; Елена Михайловна Коваль; Наталья Михайловна Романова; Евгений Яковлевич Малорян; Владимир Юрьевич Прокушев; Юрий Федорович Надысев
Original assignee: Институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова
Priority date: 1989-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1992-04-30

Abstract

Изобретение относитс к получению кристаллического гидроксиапатита кальци , который может быть использован в медицине. Целью изобретени вл етс упрощение и интенсификаци процесса. Гидроксиапатит кальци получают прокаливанием оксида кальци , охлаждением, смешением с твердым двуз- амещенным фосфатом аммони в массовом соотношении 1: (1.389-1.413). добавлением дистиллированной воды в массовом соотношении водаюксид кальци , равном (5-7): 1, высушивании реакционной смеси досуха и прокаливании. Указанные отличи позвол ют сократить продолжительнсоть процесса до 13- 15ч. 1 табл,This invention relates to the preparation of crystalline calcium hydroxyapatite, which can be used in medicine. The aim of the invention is to simplify and intensify the process. Calcium hydroxyapatite is obtained by calcining calcium oxide, cooling, mixing with solid disubstituted ammonium phosphate in a weight ratio of 1: (1.389-1.413). by adding distilled water in a mass ratio of calcium water-oxide equal to (5-7): 1, drying the reaction mixture to dryness and calcining. These differences can shorten the process to 13-15 hours. 1 tabl,

Description

Изобретение относитс к получению кристаллического гидроксиапатита кальци , который может быть использован преимущественно в медицине в качестве биосовместимого материала дл внутрико- стной имплантации.The invention relates to the preparation of crystalline calcium hydroxyapatite, which can be used primarily in medicine as a biocompatible material for intra-bone implantation.

Цель изобретени - упрощение и интенсификаци процесса.The purpose of the invention is to simplify and intensify the process.

П р и м е р 1. Оксид кальци марки чда прокаливают в муфельной печи при 1000°С в течение 0,5 ч и охлаждают в эксикаторе в сухой атмосфере до 25°С в течение 0,5 ч. Взвешивают 30 г прокаленного оксида кальци и 42,39 г двузамещенного фосфата аммони марки хч. Весовое соотношение СаО:(МН4)2НР04 1:1,413. Сухие реагенты помещают в фарфоровую чашку, перемешивают их и добавл ют при интенсивном перемешиваний 150мл дистиллированной воды. - Весовое соотношение Н20:СаО 5,0:1. Врем приготовлени реакционной смеси 0,5 ч. Перемешивание смеси продолжают в течение 0,25 ч. Наблюдаетс разогревание реак- ционной смеси, выделение аммиака. Полученную массу высушивают досуха при температуре до 160°С в течение 8 ч, растирают (0,5 ч), прокаливают при 1100°С в течение 2 ч и охлаждают (0,5 ч).PRI me R 1. Calcium oxide grade calcined in a muffle furnace at 1000 ° C for 0.5 h and cooled in a desiccator in a dry atmosphere to 25 ° C for 0.5 h. Weigh 30 g of calcined calcium oxide and 42.39 g of disubstituted ammonium phosphate brand hch. The weight ratio of CaO: (MH4) 2HP04 1: 1,413. The dry reagents are placed in a porcelain dish, mixed, and 150 ml of distilled water is added with vigorous stirring. - The weight ratio of H20: CaO 5.0: 1. Preparation time of the reaction mixture is 0.5 hours. Stirring of the mixture is continued for 0.25 hours. Heating of the reaction mixture is observed, the release of ammonia is observed. The resulting mass is dried to dryness at a temperature of up to 160 ° C for 8 h, triturated (0.5 h), calcined at 1100 ° C for 2 h and cooled (0.5 h).

Общее врем процесса получени гидроксиапатита - 12,75 ч, сокращение времени по сравнению с прототипом 13,75 - 136,25 ч. По данным химического анализа в полученном гидроксиапатите кальци мол рное отношение Са:Р 1,666:1. Плотность порошка 3,19 г/см3. Размер частиц 1-5 мкм.The total time of the process for producing hydroxyapatite is 12.75 hours, the reduction in time compared with the prototype is 13.75–136.25 hours. According to the chemical analysis, the resulting hydroxyapatite has a calcium ratio of Ca: P of 1.666: 1. Powder density 3.19 g / cm3. The particle size is 1-5 microns.

По известному способу гидроксиапатит кальци получают из карбоната кальци и фосфорной кислоты, включа прокаливание карбоната кальци до оксида кальци в инертной атмосфере (азота, гели .или аргоVJ СА) О О СОIn a known manner, calcium hydroxyapatite is obtained from calcium carbonate and phosphoric acid, including calcination of calcium carbonate to calcium oxide in an inert atmosphere (nitrogen, gels or argo VJ CA) O O CO

на) при 800-1300°С в течение 0,5-10 ч. (преимущественно при 950-1200°С в течение 1-5 ч), охлаждение полученного оксида кальци до температуры ниже 500°С (преимущественно до 200°С) в инертной атмос- фере, взаимодействие охлажденного оксида кальци с водой (в количестве 10- 100 весовых частей) при перемешивании в инертной атмосфере в течение 0,5-96 ч (преимущественно 1-24 ч) до получени гид- роксида кальци , смешивание суспензии гидроксида кальци с 1-10 %-ным раствором ортофосфорной кислоты в инертной атмосфере и проведение реакции при энергичном перемешивании в течение 0,5-200 ч (преиму- щественно 5-100 ч) при изменении рН раствора от 13,0 до 8-9, фильтрацию осадка гидроксиапатита кальци промывку его водой , высушивание при 250°С 16 ч и прокаливание при 850-1400°С в течение 0,5-5 ч (преимущественно при 1250-1400°С втече- ние 1-3 ч). Общее врем процесса составл ет 26,5-.150,5 ч.n) at 800-1300 ° C for 0.5-10 hours (mainly at 950-1200 ° C for 1-5 hours), cooling the calcium oxide obtained to a temperature below 500 ° C (mostly up to 200 ° C) in an inert atmosphere, the interaction of the cooled calcium oxide with water (in the amount of 10-100 weight parts) with stirring in an inert atmosphere for 0.5-96 hours (preferably 1-24 hours) to obtain calcium hydroxide, mixing the suspension calcium hydroxide with 1-10% solution of orthophosphoric acid in an inert atmosphere and carrying out the reaction with vigorous stirring in those 0.5–200 h (mostly 5–100 h) with a change in solution pH from 13.0 to 8–9, filtration of calcium hydroxyapatite precipitate, washing it with water, drying at 250 ° C for 16 h, and calcining at 850–1400 ° C for 0.5-5 hours (mostly at 1250-1400 ° C for 1-3 hours). The total process time is 26.5-.150.5 hours.

В таблице приведены данные о вли нии массовых соотношений реагентов на про- должительность процесса и качество продукта .The table shows data on the effect of mass ratios of reagents on the duration of the process and the quality of the product.

Проведение процесса путем смешивани твердых компонентов и прибавлени к смеси дистиллированной воды при переме- шивании всей массы приводит к интенсификации процесса получени гидроксиапатита кальци . При этом одновременно протекает несколько процессов, таких как растворение фосфата аммони , гашение оксида кальци с образованием суспензии высоко- реакционноспособного гидроксида кальци , взаимодействие между гидроксидом кальци и растворенным фосфатом аммони с образованием гидроксиапатита каль- ци и аммиака. Выдел ющийс аммиак в свою очередь усиливает химическую активность гидроксида кальци .Carrying out the process by mixing the solid components and adding distilled water to the mixture while stirring the whole mass leads to an intensification of the process for producing calcium hydroxyapatite. At the same time, several processes take place simultaneously, such as dissolving ammonium phosphate, quenching calcium oxide to form a suspension of highly reactive calcium hydroxide, the interaction between calcium hydroxide and dissolved ammonium phosphate to form calcium hydroxyapatite and ammonia. Released ammonia in turn enhances the chemical activity of calcium hydroxide.

Перемешивание реакционной смеси в водной среде увеличивает степень гомогенизации и способствует протеканию реакций гашени извести и взаимодействию ее с фосфатом аммони с образованием гидроксиапатита .Mixing the reaction mixture in an aqueous medium increases the degree of homogenization and facilitates the lime slaking reaction and its interaction with ammonium phosphate to form hydroxyapatite.

В реакции получени гидроксиапатита кальци на одну весовую часть оксида кальци можно вз ть несколько меньше двузамещенного фосфата аммони , чем 1,413 весовых частей.In the reaction of calcium hydroxyapatite, one part by weight of calcium oxide can be slightly smaller than disubstituted ammonium phosphate than 1.413 parts by weight.

Загр знение получающегос гидроксиапатита кальци вз тым в избытке оксидом кальци в определенных пределах не фиксируетс . Если на одну весовую часть СаО приходитс меньше, чем 1,389 весовых частей (NH4bHP04, то количество не прореагировавшего СаО превышает 1 %.The contamination of calcium hydroxyapatite produced with calcium oxide in excess is not fixed within certain limits. If one weight part of CaO is less than 1.398 weight parts (NH4bHP04, then the amount of unreacted CaO exceeds 1%.

При недостатке оксида кальци по отношению к стехиометрии, т.е. когда на одну весовую часть СаО вз то больше, чем 1,413 весовых частей (МНйЬНРОз, в полученном гидроксиапатите кальци содержитс в качестве примеси трикальций фосфат Саз(Р04)2.With a lack of calcium oxide with respect to stoichiometry, i.e. when one part by weight of CaO is larger than 1.413 parts by weight (HHP, the hydroxyapatite calcium in the resulting calcium hydroxide contains impurities of tricalcium phosphate Caz (PO4) 2.

Определенное опытным путем необходимое количество дистиллированной воды определ етс соотношением Н20:СаО (5- 7):1. Это количество воды превышает требуемое дл реакции гашени извести и растворени фосфата аммони и вл етс оптимальным дл перемешивани и получени однородной смеси.The amount of distilled water determined experimentally is determined by the ratio H20: CaO (5-7): 1. This amount of water is greater than that required for the quenching reaction of lime and dissolving ammonium phosphate and is optimal for mixing and obtaining a homogeneous mixture.

При меньшем относительном содержании воды затруднено перемешивание образующейс густой массы. В увеличении количества воды выше указанного предела (больше 7) нет необходимости. Кроме того, последующее удаление избытка воды требует увеличени времени высушивани .With a lower relative water content, mixing of the resulting thick mass is difficult. Increasing the amount of water above the specified limit (more than 7) is not necessary. In addition, the subsequent removal of excess water requires an increase in drying time.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Оксид кальци прокаливают при 950- 1000°С, охлаждают в сухой атмосфере до 25-30°С, взвешивают и помещают в аппарат дл проведени реакции. Затем в аппарат загружают необходимое количество двузамещенного фосфата аммони (на одну весовую часть СаО берут 1,389-1,413 весовых частей (NH4)2HP04, смесь перемешивают , добавл ют дистиллированную воду при интенсивном перемешивании в течение 10- 15 мин, полученную массу высушивают досуха при 140-160°С. Врем высушивани 8-10 ч. Высушенный порошок растирают и прокаливают при 1000-1200°С в течение 1,5-2 ч.Calcium oxide is calcined at 950-1000 ° C, cooled in a dry atmosphere to 25-30 ° C, weighed and placed in a reaction apparatus. Then, the required amount of disubstituted ammonium phosphate is loaded into the apparatus (for one weight part of CaO, 1.39-1.413 parts by weight (NH4) 2HP04 are taken, the mixture is stirred, distilled water is added with vigorous stirring for 10-15 minutes, the resulting mass is dried to dryness at 140- 160 ° C. The drying time is 8-10 hours. The dried powder is ground and calcined at 1000-1200 ° C for 1.5-2 hours.

П р и м е р 2. Оксид кальци марки чда предварительно прокаливают в печи при 950°С в течение 1 ч, охлаждают (0,5 ч) в эксикаторе в сухой атмосфере до 30°С. 32,23 г прокаленного оксида кальци перенос т в фарфоровую чашку, добавл ют45,19 г двузамещенного фосфата аммони марки хч. Весовое соотношение СаО:(МН4)2НР04 1:1,402. Твердые фазы перемешивают, добавл ют при интенсивном перемешивании 225,6 мл дистиллированной воды. Весовое соотношение Н20:СаО 7,0:1. Перемешивание продолжают в течение 0,25 ч. Образовавшуюс массу высушивают досуха в течение 9 ч при температуре до 160°С, растирают и прокаливают 1,5 ч при 1150°С. Общее врем процесса 13,75 ч. Сокращение времени по сравнению с прототипом 12-.75 - 136,75 ч. Продукт по данным ренгенофазового анализа представл ет гидроксиапатит кальци . Химический анализ показывает мол рное отношение Са:Р 1,68:1.PRI mme R 2. Calcium oxide grade calcium oxide is preliminarily calcined in a furnace at 950 ° C for 1 h, cooled (0.5 h) in a desiccator in a dry atmosphere to 30 ° C. 32.23 g of calcined calcium oxide are transferred to a porcelain dish, 45.19 g of disubstituted ammonium phosphate brand xch is added. The weight ratio of CaO: (MH4) 2HP04 1: 1,402. The solids are stirred, and 225.6 ml of distilled water are added with vigorous stirring. The weight ratio of H20: Cao 7.0: 1. Stirring is continued for 0.25 hours. The resulting mass is dried to dryness for 9 hours at a temperature of up to 160 ° C, triturated and calcined for 1.5 hours at 1150 ° C. The total process time is 13.75 hours. The reduction in time compared with prototype 12-.75 is 136.75 hours. The product according to X-ray phase analysis is calcium hydroxyapatite. Chemical analysis shows the molar ratio Ca: P 1.68: 1.

ПримерЗ. Прокаливают СаО и охлаждают в эксикаторе в сухой атмосфере, как описано в примере 1.47,53 г прокаленного оксида кальци помещают в фарфоровую чашку, добавл ют 66,02 г двузамещенного фосфата аммони марки хч. Весовое соотношение СаО:(МН4)аНР04 1:1,389. Компоненты смешивают и добавл ют 261,4 мл дистиллированной воды. Весовое соотношение Н20:СаО 5,5:1. Смесь интенсивно перемешивают в течение 0,25 ч. Реакционную смесь высушивают досуха при 140°С в течение 10ч, растирают и прокаливают при 1000°С в течение 2ч. Общее врем процесса 14,75 ч. Сокращение времени по сравнению с прототипом 11,75 - 135,75 ч. Рентгенофа0Example CaO is calcined and cooled in a desiccator in a dry atmosphere, as described in Example 1.47.53 g of calcined calcium oxide is placed in a porcelain dish, 66.02 g of disubstituted ammonium phosphate, brand xch, is added. The weight ratio of CaO: (MH4) ANP04 1: 1,389. The components are mixed and 261.4 ml of distilled water is added. The weight ratio of H20: CaO 5.5: 1. The mixture was vigorously stirred for 0.25 h. The reaction mixture was dried to dryness at 140 ° C for 10 hours, triturated and calcined at 1000 ° C for 2 hours. The total process time of 14.75 hours. Reduction of time compared with the prototype of 11.75 - 135.75 hours. Roentgenof0

5five

зовый анализ показал образование гидро- ксиапатита кальци , по данным химического анализа мол рное отношение Са:Р 1,695.A primary analysis showed the formation of calcium hydroxyapatite, according to chemical analysis, the molar ratio Ca: P 1.695.

Claims

The invention of the method for producing calcium hydroxyapatite, including calcining calcium oxide, cooling it, mixing it with water and a phosphate-containing reagent, drying and calcining the product. As a phosphate, it can be used to simplify and intensify the process. - The reagent is taken as disubstituted ammonium phosphate, which is mixed with calcium hydroxide in a mass ratio of 1.389-1.413: 1, and distilled water in a mass ratio of water: calcium oxide 5-7: 1 is added to the mixture while stirring.

Average at max 5: 2,98-1,68: 11: 1,4027,0: 1

non water content

The minimum with an average of 5: 2,95-1,695: 11: 1,3895,5: 1

water content

Less than the minimum at 5: 3,012-1,66: 11: 1,419 5,2: 1

average water content

Large maximum at 5: 2,, 7: 11: 1,3855,64: 1

average water content

Average with a content of 5: 2,99,67: 11: 1,4107,2: 1

water more than maximum

quantities

The average when the content 5: 2, 67: 11: 1,4104,6: 1

water is less than the minimum ..

quantities

45.19 225.6 13.75

66.02 261.4 14.75

41.15

44.21

70.50

49,10

150,813,25

18014.75

36020.25 160

The resulting calcium hydroxyapatite CaO calculated by the reaction is 0.4

In the resulting calcium hydroxyapatite, the CaO content calculated by the reaction is 0.9

After drying and calcination, calcium hydroxyapatite is admixed with Ca. e (Р04) g

After drying and calcining, calcium hydroxyapatite is admixed with CaO. The amount of CaO calculated by the reaction is 1.1%.

The drying time increases to 16 hours (instead of 8-10 hours). After drying and calcination, pure calcium hydroxyapatite is formed.

After adding water the thick mass is difficult to mix.