WO2002068358A1

WO2002068358A1 - Ciment a base de phosphate de calcium

Info

Publication number: WO2002068358A1
Application number: PCT/JP2001/004998
Authority: WO
Inventors: Masahiro Hirano; Hiroyasu Takeuchi; Nobuyuki Asaoka
Original assignee: Mitsubishi Materials Corporation
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-09-06
Also published as: EP1364925A4; EP1364925A1; TW539656B

Description

明細書リン酸カルシウムセメント技術分野

本発明は、例えば、口腔外科を含む医科の分野で生体骨補強治療に用いることができ、高強度硬化体の形成が可能なリン酸カルシウムセメントに関する。背景技術

一般に、生体骨補強治療用セメントには、

( 1 ) 硬化用水溶液を加えてスラリー化したスラリーが凝固する凝結性、

( 2 ) 凝固体が水分の存在下で硬化する硬化性、

( 3 ) 治療補強骨の運動を可能ならしめるに十分な硬化体強度、

( 4 ) 硬化体が生体骨に再生する吸収置換性、

などの特性が要求され、これらの特性を具備するセメントとして、従来から各種の生体骨補強治療用セメントが提案されている。

一方、生体にとって硬化体は異物であるから、できるだけ少ない硬化体使用量で、治療補強骨に必要な強度が得られるのが望ましいが、従来提案されている生体骨補強治療用セメントでは、硬化体に十分な高強度が得られていない。

このため、治療補強骨としての硬化体の使用量の低減化を満足に図ることができず、硬化体の一段の強度向上が可能な生体骨補強治療用セメントの開発が強く求められている。発明の開示

本発明者らは、硬化体の強度向上が可能なリン酸カルシウムセメントを開発すベく研究を行った結果、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜2重量⁰ /。；および第 2 リン酸カルシウム 3〜3 5重量％を含み、残部が、第 2リン酸カルシウムと _α型第 3リン酸カルシウムの水和反応生成物、第 4リン酸カルシウム、および型第 3リン酸カルシウムから選択される少なくとも 1種と不可避不純物である混合組成物を見いだした。そして、この混合組成物を、リン酸カルシウムセメントとして用いた場合、これに硬化性水溶液を加えて形成したペーストの流動性が前記ピ口リン酸ナトリウムの作用で一段と向上し、気泡の巻き込みが著しく低減され、緻密な硬化体の形成が可能となり、形成された硬化体の強度が著しく向上できるとの研究結果を得た。

本発明のより好ましい第 1の態様に係るリン酸カルシウムセメントは、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜0 . 5重量⁰ /。；第 2リン酸カルシウム 3〜1 0重量⁰ /₀；および第 4リン酸カルシウム 1 0〜 2 5重量。/。を含み、残部が、 "型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。

本発明のより好ましい第 2の態様に係るリン酸カルシウムセメ.ントは、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜1 . 5重量⁰/。；および第 2リン酸カルシウム 3〜 2 5 重量％を含み、残部が、 α型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。本発明のより好ましい第 3の態様に係るリン酸カルシウムセメントは、ピロリン酸ナトリゥム 0 . 0 3〜2重量％；およぴ第 2リン酸カルシウム 5〜3 5重量⁰ /₀ を含み、残部が、第 4リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。

本発明のより好ましい第 4の態様に係るリン酸カルシウムセメントは、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜2 . 0重量％；第 2リン酸カルシウムと α型第 3リン酸カルシウムの水和反応生成物 2〜 1 0重量％；第 2リン酸カルシウム 3〜1 0 重量％、および第 4リン酸カルシウム 1 0〜2 5重量％を含み、残部が、 α型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。発明を実施するための最良の形態

本発明のリン酸カルシウムセメントの基本組成は、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜2重量％；および第 2リン酸カルシウム 3〜 3 5重量％を含み、残部が、第 2リン酸カルシウムとひ型第 3リン酸カルシウムの水和反応生成物、第 4リン酸カルシウム、およびひ型第 3 リン酸カルシウムから選択される少なくとも 1種と不可避不純物である。配合組成を前記の通りに限定した理由を説明する。

( a ) ピロリン酸ナトリゥム

ピロリン酸ナトリゥムは、セメントに硬化性水溶液を加えて形成したペーストの流動性を高め、気泡の卷き込みを抑制して、緻密な硬化体の形成を可能にし、その結果、硬化体の強度を向上する作用を果たす。この作用を十分に高めるためには、リン酸カルシウムセメントを製造する際に、ピロリン酸ナトリウムをまず第 2リン酸カルシウムと予め混練した状態で、残りの他の成分、すなわち、第 2 リン酸カルシウムと α型第 3リン酸カルシウムの水和反応生成物、第 4リン酸カルシゥム、およびひ型第 3リン酸カルシウムから選択される少なくとも 1種と混合することが望ましい。

ピロリン酸ナトリゥムの配合割合が 0 . 0 3重量％未満では前記作用が低下し、 2重量％より多いと、硬化体の硬化に要する時間が伸びる傾向が現われる。よつて、 0 . 0 3〜2重量⁰ /₀が好ましレ、。

( b ) 第 2リン酸カノレシゥム

第 2リン酸カルシウムは、ペーストの硬化体への凝結を促進する作用がある。配合割合が 3重量％未満では凝結促進作用が低下し、 3 5重量％を越えるとぺーストの硬化時間が短くなりすぎて作業性が低下する。よって、 3〜 3 5重量％が好ましい。

なお、本発明のリン酸カルシウムセメントに混合してこれを硬化させるための硬化性水溶液としては、例えば、コハク酸 2ナトリウム、コンドロイチン硫酸ナトリゥム、乳酸ナトリウム、リン酸ナトリゥム、塩化ナトリゥム、亜硫酸水素ナトリゥム、およびピロ亜硫酸ナトリゥムなどから選択される 1種または 2種以上を 4 0重量。 /₀以下の濃度で溶解した水溶液、あるいは蒸留水を使用できる。

次に、より好ましい実施例毎に、組成をより詳しく説明する。第 1実施例

本発明のより好ましい第 1実施例に係るリン酸カルシウムセメントは、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜0 . 5重量％;第 2リン酸カルシウム 3〜1 0重量⁰ /₀；および第 4リン酸カルシウム 1 0〜2 5重量％を含み、残部が、 α型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。

第 1実施例では、ピロリン酸ナトリゥムの割合が 0 . 0 3〜 0 . 5重量％であることが望ましく、より好ましくは 0 . 1〜0 . 3重量。 /₀である。第 2リン酸力ルシゥムの割合は 3〜1 0重量⁰ /₀であることが望ましく、より好ましくは 4〜8 重量％である。理由は前述したものと同じである。

第 4リン酸カルシウムは、硬化体が生体骨へ再生する吸収置換性を促進する作用がある。しかし、その割合が 1 0重量％未満では前記作用が乏しくなり、 2 5 重量％を越えると硬化体の強度が低下する。したがって、 1 0〜2 5重量％でぁることが好ましく、より好ましくは 1 2〜 2 0重量％である。第 2実施例

本発明のより好ましい第 2の態様に係るリン酸カルシウムセメントは、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜1 . 5重量⁰/。；および第 2リン酸カルシウム 3〜2 5 重量％を含み、残部が、 α型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。第 2実施例では、ピロリン酸ナトリウムの割合が 0 . 0 3重量⁰/。未満では前記作用が低下し、 1 . 5重量％を越えると硬化体の硬化に要する時間が長くなることから、その割合は 0 . 0 3〜1 . 5重量％であることが望ましく、より好ましくは 0 . 1〜1 . 0重量％である。

第 2リン酸カルシウムの割合が 3重量％未満では所望の凝結促進作用を確保することができず、一方その割合が 2 5重量％を越えると、硬化が著しく促進されるようになり、作業性が低下するから、その割合は 3〜 2 5重量％であることが望ましく、より好ましくは 6〜2 0重量％である。第 3実施例

本発明のより好ましい第 3の態様に係るリン酸カルシウムセメントは、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜2重量。/。；および第 2リン酸カルシウム 5〜3 5重量⁰ /₀ を含み、残部が、第 4リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。

第 3実施例では、ピロリン酸ナトリウムの割合が 0 . 0 3重量％未満では前記作用が低下し、一方その割合が 2重量％を越えると硬化体の硬化時間が長くなることから、その割合は 0 . 0 3〜2重量％であることが望ましく、より好ましくは 0 . 3〜： L . 5重量％である。

第 2リン酸カルシウムの割合は、 5重量％未満では所望の凝結促進作用を確保することができず、一方その割合が 3 5重量％を越えると、硬化時間が短くなり過ぎて作業性が低下することから、その割合は 5〜3 5重量％であることが望ましく、より好ましくは 1 0〜3 0重量％である。第 4実施例

本発明のより好ましい第 4の態様に係るリン酸カルシウムセメントは、ピロリン酸ナトリウム 0 . 0 3〜2 . 0重量％；第 2リン酸カルシウムと α型第 3リン酸カルシウムの水和反応生成物 2〜1 0重量％；第 2リン酸カルシウム 3〜1 0 重量％、およぴ第 4リン酸カルシウム 1 0〜2 5重量％を含み、残部が、ひ型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。

第 4実施例では、ピロリン酸ナトリウムの割合が 0 . 0 3重量％未満では前記作用が低下し、一方その割合が 2重量％を越えると硬化体の硬化時間が長くなることから、その割合は 0 . 0 3 ~ 2重量％であることが望ましく、より好ましくは 0 . 1〜： 1 . 0重量％である。

第 2リン酸カルシウムの割合は、 3重量％未満では所望の凝結促進作用を確保することができず、一方その割合が 1 0重量％を越えると、硬化時間が短くなり過ぎて作業性が低下することから、その割合は 3〜1 0重量％であることが望ましく、より好ましくは 4〜 7重量％である。

前記水和反応生成物の割合は、 2重量％未満では所望の強度向上効果が得られない傾向にあり、 1 0重量％を越えるとスラリーの流動性が低下して作業性が失われるために、 2〜1 0重量％であることが望ましく、より好ましくは 3〜7重量％である。この水和反応生成物は、第 2リン酸カルシウムと _α型第 3リン酸力 /レシゥムとを質量比で 1 ： 5〜1 ： 3 0、より好ましくは 1 ： 1 0〜1 ： 2 0の配合割合で混合し、得られた混合物に水を質量比で 1 : 0 . 2〜： 1 : 0 . 5、より好ましくは 1 ： 0 . 3〜1 ： 0 . 4の割合で加え、水和反応させた上、粒径 1 〜3 0 0 ja m程度に粉碎することにより調製できる。実験例

以下、本発明に係るリン酸カルシウムセメントの好適な実験例について説明する。ただし、本発明は以下の各実験例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲において様々な変形が可能である。第 1実施例

α型第 3リン酸カルシウムおよぴ第 4リン酸カルシウムを以下の通りに調整した。ピロリン酸ナトリウムおよび第 2リン酸カルシウムは市販のものを使用した。

( 1 ) α型第 3リン酸カルシウム

水酸化カルシウム： 3モルを水： 1 0リツトルに懸濁させ、これにリン酸： 2 モルを水で希釈してなる 4 0重量％リン酸水溶液を攪拌しながらゆっくり滴下し、滴下終了後、室温に 1日間放置した。ついで乾燥機を用い、 1 1 0 °Cに 2 4時間保持の条件で乾燥して凝集体とし、前記凝集体を 1 4 0 0 °Cに 3時間保持して焼成し、焼成生成物を粉碎し、篩分にて篩目で 8 8 μ πι以下（平均粒径： 6 . 5 μ m) とすることにより純度： 9 9 . 9重量⁰ /₀の _α型第 3リン酸カルシウムを製造した。

( 2 ) 第 4リン酸カルシウム

水酸化カルシウム： 4モルを水： 1 0リツトルに懸濁させ、これにリン酸： 2 モルを水で希釈してなる 4 0重量％リン酸水溶液を攪拌しながらゆつくり滴下し、滴下終了後、室温に 1日間放置した。ついで乾燥機を用い、 1 1 0 に2 4時間保挎の条件で乾燥して凝集体とし、この凝集体を、まず 9 0 0 °Cに 3時間保持の条件で仮焼結し、引き続いて均一に粉砕した状態で、 1 4 0 0 °Cに 3時間保持の条件で焼成し、焼成生成物を粉砕し、篩分にて篩目で 8 8 m以下（平均粒径： 6 . 5 μ πι) とすることにより、第 4リン酸カルシウムの含有割合が 9 0 . 5重量％で、残りが実質的に不可避不純物としての水酸ァパタイトからなる混合生成物を製造した。なお、この実施例では前記混合生成物を第 4リン酸カルシウムとして使用した。

つぎに、原料粉末として前記方法で得られた α型第 3リン酸カルシウム、および第 4リン酸カルシウム、さらに市販のピロリン酸ナトリゥムおよび第 2リン酸カルシウムを用い、これら原料粉末のうちのピロリン酸ナトリゥムと第 2リン酸カルシウムを、予め表 1に示される割合で混練機で 3 0分間混練しておき、この混練粉末とその他の原料粉末を表 1に示される配合割合で混合することにより実験例 A1〜A15を製造した。一方、ピロリン酸ナトリウムを配合していない比較例 A1〜A11をそれぞれ製造した。

実験例 A 1〜A 15および比較例 A 1〜A 11から形成された硬化体の強度を評価する目的で、これらセメントに、それぞれコンドロイチン硫酸ナトリウム： 5重量⁰ /₀、コノ、ク酸 2ナトリウム ' 6水和物： 15重量⁰ /₀、および亜硫酸水素ナトリゥム： 0. 3重量％を含有し、残りが水からなる硬化用水溶液を、質量比で、セメント：硬化用水溶液 = 3 ： 1の割合で加え、練和してスラリーとした。このスラリーを凝結させて直径： 6mmX高さ： 12 mmの寸法の円柱状凝固体を形成した。この凝固体を、 N a +： 142. OmM、 K+： 5. 0 mM、 Mg2+： 1. 5 mM、 C a ²⁺： 2. 5 mM、 C I" : 148. 8 mM、 HCO³" : 4. 2 mM、 HP04²" : 1. 0 mMを含有する水溶液（疑似体液）中に 5日間浸漬して硬化させ、この 5日間の硬化処理後の硬化体の圧縮強度を測定した。この測定結果を表 1に示す。

配合割合 (重量％) 圧縮強度ピロリン酸ナ第 2リン酸カ第 4リン酸カ _α型第 3リン (MPa) トリウムルシゥムルシゥム酸カルシウム

+不純物

Al 0.03 5 18 残 84

A2 0.1 5 18 残 88

A3 0.2 5 18 残 90

A4 0.3 5 18 残 92

A5 0.4 5 18 残 95

A6 0.5 5 18 残 94 実 A7 0.2 3 18 残 94 験 A8 0.2 4 18 残 90 例 A9 0.2 8 18 残 86

A10 0.2 10 18 残 81

All 0.2 5 10 残 78

A12 0.2 5 12 残 80

A13 0.2 5 15 残 75

A14 0.2 5 20 残 72

A15 0.2 5 25 残 70

Al 一 3 18 残 65

A2 一 4 18 残 63

A3 一 5 18 残 58

A4 一 8 18 残 52

A5 10 18 51

A6 5 10 64 例 A7' 5 12 62

A8 5 15 残 60

A9 5 17 58

A10 5 20 残 55

All 5 25 残 50 表 1に示される結果から、ピロリン酸ナトリゥムを配合した実験例 A 1〜A 1 5より成形された硬化体は、ピロリン酸ナトリゥムが配合されていない比較例 A 1 -A 1 1より形成された硬化体に比して、一段と高い強度をもつことが明らかである。第 2実施例

第 1実施例と同じ方法で得られた α型第 3リン酸カルシウム粉末を用い、ピロリン酸ナトリウムおよび第 2リン酸カルシウムはそれぞれ市販の粉末を使用した。まず、ピロリン酸ナトリウム粉末と第 2リン酸カルシウム粉末を、予め表 2に示される割合で配合し、混練機で 3 0分間混練した。次に、この混練粉末にひ型第 3リン酸カルシウム粉末を表 2に示す割合で配合し、混合して混合組成物とすることにより実験例 Β 1〜： Β 1 5を製造した。一方、リン酸マグネシゥムが配合されていない Β 1〜Β 8をそれぞれ製造した。

さらに、実験例 Β 1〜： Β 1 5および比較例 Β 1〜Β 8力ら形成された硬化体の強度を評価する目的で、これらセメントを用いて、第 1実施例と同じ方法で 6 mm X高さ： 1 2 mmの寸法の円柱状凝固体を形成し、この凝固体を、第 1実施例と同じ疑似体液中に 5日間浸漬して硬化させ、この 5日間の硬化処理後の硬化体の圧縮強度を測定した。この測定結果を同じく表 2に示した。

表 2

表 2から明らかなように、ピロリン酸ナトリゥムを配合した実験例 B 1〜B 1 5を用いて形成された硬化体は、ピロリン酸ナトリゥムが配合されていない比較例 B 1〜B 8より形成された硬化体に比して一段と高い強度を有していた。第 3実施例

第 1実施例と同じ方法により製造した第 4リン酸カルシゥム粉末を使用した。また、ピロリン酸ナトリゥムおよび第 2リン酸カルシウムはそれぞれ市販の粉末を使用した。ピロリン酸ナトリウム粉末と第 2リン酸カルシウム粉末を、予め表 3に示される割合で混練機で 3 0分間混練し、この混練粉末に第 4リン酸カルシゥム粉末を表 3に示される割合で配合し、混合して混合組成物とすることにより実験例 C I〜C 1 4を製造した。また、ピロリン酸ナトリゥムが配合されていなレ、比較例 C 1〜C 7を製造した。

実験例 C 1〜C 1 4および比較例 C 1〜C 7を用レ、、第 1実施例と同じ方法により、直径： 6 mm X高さ： 1 2 mmの寸法の円柱状凝固体を得た。これら凝固体を、第 1実施例と同じ疑似体液中に 5日間浸漬して硬化させ、この 5日間の硬化処理後の硬化体の圧縮強度を測定した。この測定結果を同じく表 3に示した。表 3

表 3から明らかなように、ピロリン酸ナトリウムを配合した実験例 C 1〜C 1 4より成形された硬化体は、ピロリン酸ナトリゥムが配合されていない比較例 C 1〜C 7より形成された硬化体に比して、一段と高い強度を有していた。第 4実施例

第 1実施例と同じ方法により製造した α型第 3リン酸カルシゥムおよび第 4リン酸カルシウム粉末を使用した。また、ピロリン酸ナトリウムおよび第 2リン酸カルシウムはそれぞれ市販の粉末を使用した。第 2リン酸カルシウムと α型第 3 リン酸カルシウムの水和反応生成物は、以下のようにして調製した。

市販の第 2リン酸カルシウムと、前記方法で調製した α型第 3リン酸カルシゥムとを 1 ： 1 5および 1 ： 3 0の重量比でそれぞれ混合し、これら混合物と水を重量比 3 ： 1で加えて硬化させた後、硬化物を 3 0 0 μ πι以下に粉碎して 2種の水和反応生成物を調製した。 1 ： 1 5の重量比で混合したものを C、 1 ： 3 0の質量比で混合したものを Fとして、表 4中に示す。

ピロリン酸ナトリゥム粉末と第 2リン酸カルシウム粉末を、予め表 4に示される割合で混合した上、混練機で 3 0分間混練し、この混練粉末に残りの原料を表 4に示される割合で配合し、混合して混合糸且成物とすることにより実験例 D 1〜 D 1 5を製造した。また、ピロリン酸ナトリウムが配合されていない比較例 D 1 〜D 5を製造した。

実験例 D 1〜D15および比較例 D1〜D5を用い、第 1実施例と同じ方法により、直径： 6 mm X高さ： 1 2 mmの寸法の円柱状凝園体を得た。これら凝体を、第 1実施例と同じ疑似体液中に 5日間浸漬して硬化させ、この 5日間の硬化処理後の硬化体の圧縮強度を測定した。この測定結果を同じく表 4に示した。

表 4

表 4から明らかなように、ピロリン酸ナトリウムを配合した実験例 D 1 〜D 1 2 より成形された硬化体は、ピロリン酸ナトリゥムが配合されていない比較例 D1 〜D8より形成された硬化体に比して、一段と高い強度を有していた。産業上の利用の可能' I·生

本発明のリン酸カルシウムセメントは、高強度を有する硬化体の成形を可能とするものであり、治療補強骨の強度向上に大いに寄与するほか、硬化体使用量の低減を図ることができ、工業上有用な特性を有する。

Claims

請求の範囲

1. リン酸カルシウムセメントであって、

ピロリン酸ナトリウム 0. 03〜2重量％ ;ぉょぴ

第 2リン酸カルシウム 3〜 3 5重量％を含み、

残部が、第 2リン酸カルシウムと α型第 3リン酸カルシウムの水和反応生成物、第 4リン酸カルシウム、およびひ型第 3リン酸カルシウムから選択される少なくとも 1種と不可避不純物である。

2. 請求項 1のリン酸カルシウムセメントであって、

ピロリン酸ナトリウム 0. 03〜0. 5重量⁰ /₀ ;

第 2リン酸カルシウム 3〜1 0重量⁰ /₀；および

第 4リン酸カルシウム 1 0〜25重量％を含み、

残部が、ひ型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。

3. 請求項 1のリン酸カルシウムセメントであって、

ピロリン酸ナトリウム 0. 0 3〜1. 5重量⁰ /₀ ;および

第 2リン酸カルシウム 3〜 25重量％を含み、

残部が、 α型第 3リン酸カルシゥムおよび不可避不純物である。

4. 請求項 1のリン酸カルシウムセメントであって、

ピロリン酸ナトリウム 0. 03〜2重量⁰ /₀ ;および

第 2リン酸カルシウム 5〜3 5重量％を含み、

残部が、第 4リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。

5. 請求項 1のリン酸カルシウムセメントであって、

ピロリン酸ナトリウム 0. 0 3〜2. 0重量⁰ん；

第 2リン酸カルシウムと型第 3リン酸カルシウムの水和反応生成物 2〜1 0 第 2リン酸カルシウム 3〜； 1 0重量％、および第 4リン酸カルシウム 1 0〜 2 5重量⁰ /₀を含み、

残部が、 α型第 3リン酸カルシウムおよび不可避不純物である。