WO2021080348A1 - 휘트록카이트의 제조 방법 및 휘트록카이트 결정의 입자 크기의 제어 방법 - Google Patents

휘트록카이트의 제조 방법 및 휘트록카이트 결정의 입자 크기의 제어 방법 Download PDF

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WO2021080348A1
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phosphate
ions
whitlockite
mixed
solution containing
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심정희
김유하
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주식회사 오스펌
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    • C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
    • C01B25/26—Phosphates
    • C01B25/32—Phosphates of magnesium, calcium, strontium, or barium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
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    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
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    • C01P2004/03—Particle morphology depicted by an image obtained by SEM

Definitions

  • a method of preparing a calcium phosphate compound is disclosed. More specifically, a method of producing whitlockite is disclosed. Also disclosed is a manufacturing method for controlling the particle size of whitlockite crystals.
  • calcium phosphate compounds are widely used as biocompatible inorganic materials.
  • the calcium phosphate compound is used as a raw material for products such as artificial bone inserted into the body for regeneration or treatment of human tissues, dental restorations, bone cement, oral compositions, and fillers.
  • Representative calcium phosphate compounds include hydroxy apatite (HAp, Ca10(PO4)6(OH)2) and ⁇ -tricalcium phosphate (TCP, Ca3(PO4)2).
  • the artificially synthesized HAp is excellent in biocompatibility and has almost the same chemical properties as bone, but has a disadvantage in that it cannot be replaced by natural bone because it is not degraded in vivo because it has too large crystallinity.
  • ⁇ -TCP is decomposed in vivo and induces natural bone growth
  • many studies on a single phase ⁇ -TCP or a mixture of ⁇ -TCP and HAp (biphasic calcium phosphate) have been conducted.
  • HAp biphasic calcium phosphate
  • whitlockite (WH, Ca18X2(HPO4)2(WH, Ca18X2(HPO4)2), which is a calcium phosphate compound similar to HAp and ⁇ -TCP, is a different calcium phosphate material with different chemical structures, components and crystal structures. PO4)12) is being studied.
  • Whitlockite one of the most abundant biomaterials in hard tissue, is present in high proportions in the body at a young age and in the early stages of biomineralization. This indirectly indicates that whitlockite plays an important role in the development of hard tissue.
  • magnesium contained in whitlockite plays a role in promoting bone formation of surrounding bone tissues in the human body.
  • Whitlock is a biocompatible inorganic material that replaces existing hydroxyapatite and beta-tricalciumphosphate ( ⁇ -TCP).
  • ⁇ -TCP beta-tricalciumphosphate
  • the conventional method for manufacturing whitlockite takes a long manufacturing time and requires a lot of manufacturing cost.
  • the pH of the aqueous solution is precisely adjusted to form a target intermediate product and form high-purity whitlockite.
  • the manufacturing method is complicated because it must be controlled.
  • whitlockite which is a biocompatible inorganic material, as artificial bone, dental restoration, bone cement, etc.
  • a process of molding raw whitlockite is required.
  • the particle size of the raw whitlockite material has a great influence on the properties of the final ceramic product. Therefore, there is a need for research on a method capable of controlling the particle size of whitlockite crystals.
  • the present application provides a process of reacting calcium ions and phosphate ions and a process of reacting phosphate ions other than calcium ions constituting whitlockite with phosphate ions.
  • the present application provides a method of manufacturing whitlockite, which can easily control process conditions while reducing manufacturing time compared to a conventional method for manufacturing whitlockite.
  • a method of manufacturing whitlockite by spatial separation is disclosed.
  • a method of manufacturing whitlockite by temporal separation is disclosed.
  • the present application provides a manufacturing method capable of controlling the particle size of whitlockite.
  • a first solution containing calcium ions (first cation) and phosphate ions are mixed for a first time in a first container so that a solid first phosphate material is formed.
  • a second mixed solution is prepared by mixing and reacting a third solution containing a cation (second cation) other than calcium and a fourth solution containing phosphate ions for a second time in a second container to form a second phosphate material.
  • the second process A third process of combining the first mixed solution in the first container and the second mixed solution in the second container into a third mixed solution; And a fourth step of mixing and aging a fifth solution containing phosphate ions in the third mixed solution for a third time.
  • the amount of phosphate ions included in the second solution is a first amount
  • the amount of phosphate ions included in the fourth solution is a second amount
  • the first amount and the second amount are different
  • the first The initial reaction pH of the vessel and the initial reaction pH of the second vessel may be different from each other.
  • At least a part of the first time and at least a part of the second time may overlap.
  • the ratio of the amount of phosphate ions contained in the fifth solution to the sum of the amount of phosphate ions contained in the second solution and the fourth solution is It may be in the range of 0.3 or more and 0.55 or less.
  • the phosphate ion is selected from phosphoric acid, diammonium hydrogen phosphate, ammonium phosphate, and phosphate. It may be supplied by a phosphate ion supply material comprising one or more.
  • the calcium ion is selected from among calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium nitrate, and calcium acetate. It may be supplied by a calcium ion supply material including one or more selected.
  • cations other than calcium are magnesium ions
  • the magnesium ions are magnesium hydroxide, magnesium carbonate, and magnesium nitrate. nitrate) and magnesium acetate.
  • the first solution and the second solution are mixed for a fourth hour and reacted for a fifth hour, At least a portion and at least a portion of the fifth time overlap, and in the second process, the third solution and the fourth solution are mixed for a sixth time and reacted for a seventh time, but at least a portion of the sixth time And at least a portion of the seventh time overlap, and in the fourth process, the fifth solution is mixed with the third mixed solution for an eighth hour, and aged for a ninth hour, but at least a portion of the eighth time and At least a portion of the ninth time may overlap.
  • a fifth process of mixing an oxidizing agent for a tenth time is further included, wherein the initial point of the tenth time is the first time or the second time. It may be located at a point in time prior to the initial point, or may overlap with at least a portion of the first to ninth times.
  • the oxidizing agent may be hydrogen peroxide.
  • cations other than calcium are magnesium ions, and are included in the second solution with respect to the amount of calcium ions contained in the first solution of the first process.
  • the ratio of the amount of phosphate ions is in the range of 0.6 or more and 1.4 or less, and the ratio of the amount of phosphate ions contained in the fourth solution to the amount of magnesium ions contained in the third solution in the second process is 0.6 It may be in the range of 5 or more.
  • the initial point at which the third process starts is located at a later point than the terminal point of the fourth time and the terminal point of the sixth time, and the first 3
  • the initial point at which the process starts may be located at a later point than the terminal point of the fifth time.
  • the terminal point of the fifth time is located at a later point than the terminal point of the fourth time
  • the terminal point of the seventh time is the sixth time
  • the terminal point of is located at a later point in time
  • the terminal point of the ninth time may be located at a later point than the terminal point of the eighth time.
  • the first mixed solution contains a first phosphate material
  • the second mixed solution contains a second phosphate material
  • the third mixed solution is It is formed after the first mixed solution or the second mixed solution is prepared, and a mixed solution including the first phosphate material and the second phosphate material may be formed by the third process.
  • the first phosphate material is hydroxyapatite, dicalcium phosphate dehydrate (DCPD), brushite, and monetite. (Monetite) or a material including a combination thereof.
  • the second phosphate material is monomagnesium phosphate, dimagnesium phosphate, Newberyite, and trimagnesium phosphate. phosphate) and combinations thereof.
  • At least one or more processes in the first process, the second process, the third process, and the fourth process may be performed at 50°C or more and 95°C or less. have.
  • the size of the whitlockite crystal to be produced is determined; Based on the determined size of the crystal, a first amount of cations other than calcium ions are determined-In this case, when the size of the determined whitlockite crystal is the first size, the first amount is determined as a first value, and the When the determined size of the whitlockite crystal is a second size larger than the first size, the first amount is determined as a second value -; In order to prepare the first phosphate crystal, calcium ions and phosphate ions are mixed, wherein cations other than calcium ions in the determined first amount are mixed together; In order to prepare the second phosphate crystal, cation and phosphate ions other than calcium ions are mixed; And aging a solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal, wherein the first value may be greater than the
  • mixing an oxidizing agent may be further included, and the oxidizing agent may be hydrogen peroxide.
  • a method for producing a whitlockite crystal includes determining the size of the whitlockite crystal to be prepared; Based on the determined crystal size, at least one of a first temperature, a second temperature, and a third temperature is determined-In this case, when the determined size of the whitlockite crystal is the first size, the first When at least one of the temperature, the second temperature, and the third temperature is determined as a third value, and the size of the determined whitlockite crystal is a second size larger than the first size, the first temperature and the second temperature And at least one of the third temperatures is determined as a fourth value.
  • first phosphate crystal calcium ions and phosphate ions are mixed at the first temperature, and at this time, cations other than calcium ions in the first amount are mixed together;
  • second phosphate crystal a second amount of cation and phosphate ions other than calcium ions are mixed at the second temperature; And aging a solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal at the third temperature, wherein the fourth value may be greater than the third value.
  • the third value or/and the fourth value may be a value of more than 50°C and less than or equal to 100°C.
  • a first phosphate crystal in order to prepare a first phosphate crystal, calcium ions and phosphate ions are mixed at a first temperature, and at this time, a first cation other than calcium ions is used.
  • the whitlockite crystal may be controlled so that the particle size of the kite crystal gradually decreases.
  • At least one of the first temperature, the second temperature, and the third temperature is a fourth value that is a higher value from the third value.
  • the particle size of the whitlockite crystal may be controlled so that the particle size of the whitlockite crystal gradually increases.
  • the third value or/and the fourth value may be a value greater than 50°C and less than or equal to 100°C.
  • a fourth process of adding an oxidizing agent comprising a fourth process of adding an oxidizing agent, wherein the fourth process is performed before the first process, or the first process to It may be characterized in that it overlaps on the time axis with at least a part of the third process.
  • a method of manufacturing whitlockite can be provided that significantly shortens the manufacturing time.
  • a method of manufacturing whitlockite which can significantly reduce the cost of operating a process, can be provided.
  • a manufacturing method capable of manufacturing whitlockite can be provided simply and intuitively.
  • a manufacturing method capable of manufacturing high purity whitlockite may be provided.
  • a manufacturing method capable of controlling the particle size of whitlockite may be provided.
  • FIG. 1 is a flow chart schematically showing a method for manufacturing whitlockite in the related art.
  • FIG. 2 is a timeline schematically showing steps of a conventional method for manufacturing whitlockite on a time axis.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically showing an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by spatial separation disclosed in the present application.
  • FIG. 4 is a flow chart showing a subdivided step (S10) of forming a mixed solution containing the first phosphate material of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a flow chart showing a subdivided step (S20) of forming a mixed solution containing the second phosphate material of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a flow chart showing a subdivided process (S40) of aging a mixed solution including a first phosphate material and a second phosphate material of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a timeline schematically showing an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by spatial separation disclosed in the present application on a time axis.
  • FIG. 8 is a timeline schematically showing time and time points at which each process of FIG. 7 proceeds.
  • FIG. 9 is SEM data of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by spatial separation disclosed in the present application.
  • FIG. 10 is a graph showing a result of XRD DATA of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by spatial separation disclosed in the present application.
  • FIG. 11 is a flowchart schematically showing an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • FIG. 12 is a flow chart showing a subdivided step (S100) of forming a mixed solution containing the first phosphate material of FIG. 11.
  • FIG. 13 is a flow chart showing a subdivided process (S200) of forming a mixed solution containing a second phosphate material of FIG. 11.
  • FIG. 14 is a flow chart showing a subdivided process (S300) of aging a mixed solution including a first phosphate material and a second phosphate material of FIG. 11.
  • 15 is a timeline schematically showing an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application on a time axis.
  • 16 is a timeline schematically showing time and time points at which each process of FIG. 15 proceeds.
  • 17 is SEM data of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • FIG. 18 is a graph showing a result of XRD DATA of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • 20 is an XRD DATA of a result formed according to a second experiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • 21 is a graph showing a result of XRD DATA of a result formed according to a second experiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • FIG. 23 is a graph showing a result of XRD DATA of a result formed according to a third experiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • 25 is an XRD DATA of a result formed according to a fourth experiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • 26 is a graph showing a result of XRD DATA of a result formed according to a fourth experiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed in the present application.
  • FIG. 27 is a flow chart schematically showing an embodiment of a method for manufacturing whitlockite capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 28 is a flow chart schematically showing another embodiment of a method for manufacturing whitlockite capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • 29 is a circle graph showing a result of XRD DATA of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by spatial separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 30 is SEM data of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by spatial separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 31 is a graph showing an average particle size of a whitlockite crystal formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by spatial separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 32 is a circle graph showing the result of XRD DATA of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 34 is a graph showing an average particle size of a whitlockite crystal formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 35 is a circle graph showing the result of XRD DATA of a result formed according to an experimental example of a method for producing whitlockite by temporal separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 36 is SEM data of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 37 is SEM data of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite by temporal separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 38 is a graph showing an average particle size of a whitlockite crystal formed according to an embodiment of a method for producing whitlockite by temporal separation capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • 39 is a flow chart schematically showing an embodiment of a method for manufacturing whitlockite based on a temperature variable capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 40 is a circle graph showing a result of XRD DATA of a result formed according to an embodiment of a method for producing whitlockite by a temperature variable capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • 41 is SEM data of a result formed according to an embodiment of a method for manufacturing whitlockite based on a temperature variable capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • FIG. 42 is a graph showing an average particle size of a whitlockite crystal formed according to an embodiment of a method for producing whitlockite based on a temperature variable capable of controlling the particle size of a whitlockite crystal disclosed in the present application.
  • the conventional method for manufacturing whitlockite adds a calcium ion supplying material and a cation supplying material to water to form an aqueous cation solution.
  • Forming (S1) adding a phosphoric acid supply material to the cation aqueous solution (Dropwise method) and aging (S2), and drying the aged aqueous solution to form whitlockite powder (S3).
  • the conventional method for manufacturing whitlockite has a fatal disadvantage in that the manufacturing time is long.
  • the reason is first, in the step of forming an aqueous cation solution by adding a calcium ion supplying material and a cation supplying material to water (S1), a calcium ion supplying material and a cation supplying material other than calcium are added to the water'simultaneously'. It is in the ship. Although the first reaction conditions required for calcium ions to react with phosphate ions and the second reaction conditions required for cation other than calcium to react with phosphate ions are different, a calcium ion supplying material and a cation supplying material other than calcium are used. By adding'at the same time', the first reaction condition and the second reaction condition cannot be provided differently, thereby increasing the manufacturing time.
  • the second reason is that the phosphoric acid feed material is slowly added dropwise.
  • the phosphoric acid supply material is added (S21) in a dropwise manner before aging (S22). Therefore, it takes a long time to add all of the phosphate ions required to form whitlockite, which leads to a longer manufacturing time.
  • the conventional method for manufacturing whitlockite has a problem that the manufacturing method is complicated.
  • the pH of the first phosphate and the second phosphate depends on the thermodynamic stability according to the pH to form whitlockite, so the pH must be precisely controlled to form the whitlockite.
  • the phosphoric acid feed material was added dropwise, and there was a problem that the manufacturing method was complicated because the addition rate and the amount of the phosphoric acid feed material according to the dropping method had to be accurately set.
  • the method of manufacturing whitlockite includes a process of making a mixed solution containing a first phosphate material (S1100), a process of making a mixed solution containing a second phosphate material ( S1200), a process of combining into one mixed solution to make a mixed solution containing both the first phosphate substance and the second phosphate substance (S1300), aging the mixed solution containing both the first phosphate substance and the second phosphate substance It includes a step (S1400).
  • the process of making a mixed solution containing the first phosphate material (S1100) and the process of making a mixed solution containing the second phosphate material (S1200) are performed in separate containers. I can.
  • the process of making the mixed solution containing the first phosphate material is performed in the first container, the process of making the mixed solution containing the second phosphate material is performed in a second container separate from the first container. I can.
  • mixing and reaction may be performed in the same container, but the mixing and reaction do not necessarily have to be performed in the same container.
  • the mixed solution containing the first phosphate material is made in a first container, and the mixed solution containing the second phosphate material is made in a second container separate from the first container
  • the purpose of the application can be achieved.
  • the process of making a mixed solution containing the first phosphate material (S1100) and the process of making a mixed solution containing the second phosphate material (S1200) may be partially overlapped on the time axis. That is, the time during which the process of making the mixed solution containing the first phosphate material (S1100) proceeds and the time during which the process of making the mixed solution containing the second phosphate material (S1200) proceeds partially overlapped (partially overlapped) Can be.
  • the process of making the mixed solution containing the first phosphate material (S1100) and the process of making the mixed solution containing the second phosphate material (S1200) may be performed simultaneously. Through spatial separation, the two processes can be carried out at the same time, which can significantly shorten the total manufacturing time for making whitlockite.
  • the first phosphate material and the second phosphate material are In order to prepare a mixed solution including all of the included materials, a step (S1300) of combining the first phosphate material and the second phosphate material included in each container into one mixed solution may be included.
  • a mixed solution including both the first phosphate material and the second phosphate material may be formed through the process of combining the first phosphate material and the second phosphate material into one mixed solution (S1300).
  • the aging process (S1400) is performed.
  • a solution containing phosphate ions may be additionally added.
  • phosphate ions were added dropwise throughout the entire process to finely adjust the pH to gradually change the pH condition from the basic condition to the acidic condition.
  • phosphate ions are added dropwise, there is a fatal disadvantage that it takes a long time to manufacture.
  • a first pH condition required for preparing stabilized calcium phosphate by reacting calcium ions and phosphate ions with each other and a second required for preparing stabilized magnesium phosphate by reacting magnesium ions and phosphate ions with each other.
  • the pH conditions may be different, and according to the dropping method, an inevitable time is required to change from the first pH condition to the second pH condition.
  • the inevitable time required to change the pH condition acts as one of the reasons for prolonging the manufacturing time of whitlockite.
  • the method for manufacturing whitlockite disclosed by the present application has the following advantages compared to the conventional method for manufacturing whitlockite.
  • the method for preparing whitlockite includes a first reaction condition for reacting calcium ions with phosphate ions through spatial separation and a second reaction condition for cation other than calcium to react with phosphate ions.
  • the reaction conditions can be provided differently, and the manufacturing time can be shortened because the method of adding the phosphate ion supply material to the required amount at a time (Pouring method) is adopted instead of dropwise.
  • the reaction conditions can be provided in consideration of the pH or the amount of phosphoric acid.
  • a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions are mixed and reacted to form a solid first phosphate material in a first container for a first time. Includes telling.
  • the first phosphate material is a phosphate material containing calcium ions. That is, it is a calcium phosphate substance.
  • it may be a material containing a calcium phosphate substance such as hydroxyapatite, dicalcium phosphate dehydrate (DCPD), brushite, monetite, or a combination thereof. have.
  • DCPD dicalcium phosphate dehydrate
  • brushite monetite
  • monetite or a combination thereof.
  • it is not limited to the exemplified material, and a material in which calcium ions and phosphate ions are combined may be regarded as a calcium phosphate material.
  • the first phosphate material may be hydroxyapatite.
  • the first time refers to a time from a time point when a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions are started to be mixed and a time when a reaction in which the first phosphate material is formed is completed. However, if the reaction in which the first phosphate material is formed is not completely completed before the process of combining into one mixed solution (S1300) starts, the first time is to mix the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions. It may be a time from the start of the following to the start of the process of combining into one mixed solution (S1300) to be described later.
  • a solution containing calcium ions can be prepared by dissolving a substance that contains calcium atoms and is well ionized when dissolved in water. That is, the solution containing calcium ions may be prepared by dissolving a calcium ion providing material (or a calcium ion supplying material) in water.
  • the calcium ion providing material may be calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium nitrate, calcium acetate, or the like.
  • the process of forming a mixed solution containing the first phosphate material was described as mixing a solution containing phosphate ions and a solution containing calcium ions with each other. If a solution that coexists within can be prepared, the calcium ion providing material is directly mixed with the phosphate ion supplying material (or phosphate ion providing material) to be described later, or the phosphate ion supplying material and the calcium ion providing material are all at once in water. It could also be done in a mixed way.
  • the first time is from the time when calcium ions and phosphate ions begin to coexist, and calcium ions and phosphoric acid coexist in the aqueous solution by mixing the calcium ion supplying material and the phosphate ion supplying material. It may mean until the time when the reaction of ions is completed.
  • a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions are mixed and reacted for a first time.
  • a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions are mixed for a second time (S1120), The solution and the solution containing phosphate ions are reacted to form a mixed solution containing the first phosphate material (S1140).
  • the second time is, more specifically, the solution containing calcium ions and the phosphate ions from the point when the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions begin to be mixed. It means the time until the mixing of the containing solution is completed.
  • the third time is the earlier of the time from the time when calcium ions and phosphate ions start to react to generate the first phosphate, the time when the reaction is completed, or the time when the process of combining into one mixed solution (S1300) starts. It means the time until.
  • the first time is the sum of the second time and the third time, but refers to a time excluding the overlapping time.
  • At least a portion of the second time and at least a portion of the third time may overlap on the time axis. That is, at least a portion of the mixing process (S1120) and at least a portion of the reaction (S1140) may occur at the same time.
  • the first time may have the same value as the time of the third time.
  • the time when the'mixing' process (S1120) of the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions is completed that is, at the terminal point of the second time, calcium ions and phosphate ions are added to the solution.
  • a calcium phosphate material which is a first phosphate material, may be further included at the terminal point of the second time.
  • a calcium phosphate material which is a solid first phosphate material formed by reacting calcium ions and phosphate ions, may be included in the mixed solution. Therefore, when the reaction process S1140 is completed, that is, at the terminal point of the third time, a solid calcium phosphate material may be included in the mixed solution.
  • the process of reacting at least the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions may be performed at 50°C or more and 100°C or less.
  • the process of mixing a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions (S1120) may also be performed at 50°C or more and 100°C or less, but the reaction process for forming the first phosphate (S1140) is 50°C or more and 100°C or less. If it proceeds in, the object of the present application can be achieved.
  • a mixed solution containing a second phosphate material (S1200) is performed in a second container to form a solid second phosphate material for a fourth time.
  • a solution containing cations) and a solution containing phosphate ions are mixed and reacted.
  • the second cation is a cation other than a calcium ion, for example, at least one of Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, and K It may be in the form of ions.
  • the second cation may be a magnesium ion.
  • the fourth time refers to a time from the time when the solution containing the cation other than the calcium ion and the solution containing the phosphate ion is started to be mixed, and the time from the time when the reaction in which the second phosphate material is formed is completed.
  • the fourth time includes a solution containing a cation other than calcium ions and phosphate ions. It may be a time from a time point in which a solution to be mixed is started to a time point in which a process (S1300) of combining into one mixed solution to be described later starts.
  • the second phosphate material is a phosphate material containing the second cation. That is, the second phosphate material may be regarded as a material in which the second cation and phosphate ion are combined.
  • the second phosphate material is a magnesium phosphate material, and monomagnesium phosphate (Mg(H2PO4)2), dimagnesium phosphate (MgHPO4), Newberry I It may be a material including Newberyite, trimagnesium phosphate (Mg3(PO4)2), or a combination thereof.
  • a material in which magnesium ions and phosphate ions are combined may be regarded as a magnesium phosphate material.
  • the second phosphate material may be cobalt(II) phosphate hydrate (Co3(PO4)2*H20).
  • the second phosphate material is iron (III) phosphate dihydrate (Iron (III) phosphate dihydrate, FePO 4 * 2 (H20)), iron (III) phosphate tetrahydrate (Iron ( III) phosphate tetrahydrate, FePO4*4 (H20)), or a material containing a combination thereof.
  • the second phosphate material may be sodium phosphate (Na3PO4).
  • the second phosphate material may be potassium phosphate tribasic (K3PO4).
  • the second phosphate material may be strontium phosphate (Sr3(PO4)2).
  • the second phosphate material may be barium phosphate (Ba3(PO4)2).
  • the second phosphate material is not limited to the exemplified material, and any material that can exist in an aqueous solution by combining the above-described second cation and phosphate ions may be regarded as the second phosphate material.
  • the solution containing the second cation may be prepared by dissolving in water a material that contains the atomic form (X) of the second cation and is well ionized when dissolved in water. That is, the solution containing the second cation may be prepared by dissolving the second cation providing material (or the second cation supplying material) in water.
  • the second cation-providing material may be X hydroxide, X carbonate, X nitrate, and X acetate.
  • the solution containing the second cation dissolves magnesium hydroxide or magnesium carbonate, magnesium nitrate, magnesium acetate, etc. containing the magnesium atom form as a magnesium ion supply material in water. It can be produced by
  • the process of forming a mixed solution containing the second phosphate material has been described as mixing a solution containing a phosphate ion and a solution containing a second cation. 2 If a solution in which cations coexist in the solution can be prepared, the second cation-providing material is directly mixed with the phosphate ion-providing material, or the phosphate ion-providing material and the second cation-providing material are mixed in water at once. It could also be done with.
  • a solution containing the second cation may be prepared by dissolving solid magnesium hydroxide in water, and this may be mixed with a solution containing phosphate ions.
  • it may be performed by directly mixing a solid magnesium hydroxide material into a solution containing phosphate ions, or by mixing a phosphoric acid-providing material and magnesium hydroxide in water at once.
  • the fourth time is from the time when the second cations and phosphate ions begin to coexist, and the second cation supply material and the phosphate ion supply material are mixed to coexist in the aqueous solution. It may mean until the reaction between the second cation and phosphate ion is completed.
  • a solution containing a second cation which is a cation other than calcium ions, and a solution containing phosphate ions are added to the fourth. Mix and react for hours.
  • a solution containing a second cation which is a cation other than calcium ions
  • a solution containing phosphate ions are added to the fourth. Mix and react for hours.
  • a solution containing a second cation and a solution containing phosphate ions are mixed for a fifth time (S1220).
  • a process of forming a mixed solution containing a second phosphate material by reacting a solution containing a second cation and a solution containing phosphate ions for a sixth time period (S1240).
  • the fifth time is, more specifically, the solution containing the second cation from the point when the solution containing the second cation and the solution containing the phosphate ion start to be mixed. It means the time until the mixing of the solution containing the phosphate ions is completed.
  • the sixth time period is from the time when the reaction of the second cation and the phosphate ion to generate the second phosphate starts, the time when the reaction is completed, or the time when the process of combining into one mixed solution (S1300) starts, whichever is earlier. It means the time to the point in time.
  • the fourth time is the sum of the fifth time and the sixth time, but refers to the time excluding the overlapping time.
  • At least a part of the fifth time and at least a part of the sixth time may overlap on a time axis. That is, at least a portion of the mixing process (S1220) and at least a portion of the reaction process (S1240) may occur at the same time.
  • the fourth time may be substantially the same as the value of the sixth time.
  • the'mixing' process (S1220) of a solution containing a cation other than a calcium ion, which is a second cation, and a solution containing phosphate ions is completed, that is, the terminal at the fifth time
  • the second cations and phosphate ions may be included in the aqueous solution.
  • a second phosphate material for example, a magnesium phosphate material may be further included at the terminal point of the fifth time.
  • the process of making the mixed solution containing the second phosphate material (S1200) is performed in a separate container from the process of making the mixed solution containing the first phosphate material (S1100), and mixing at the terminal point of the fifth time
  • the solution may not contain a solid calcium phosphate material.
  • a mixed solution containing a solid second phosphate material formed by reacting the second cation and phosphate ions may be formed. Therefore, at the time when the reaction process S1240 is completed, that is, at the terminal point of the sixth time, the solid second phosphate material may be included in the mixed solution.
  • a process (S1240) of reacting at least a solution containing a cation other than the calcium ion and a solution containing a phosphate ion may be performed at 50°C or more and 100°C or less.
  • the process of mixing a solution containing a cation other than calcium ions and a solution containing phosphate ions (S1220) may also be performed at 50°C or more and 100°C or less, but the reaction process of forming the second phosphate (S1240) is 50°C. If it proceeds at more than 100 °C can achieve the object of the present application.
  • the initial point and the terminal point of the second time may be independently located independently of the initial point and the terminal point of the fourth and fifth time.
  • the initial point and the terminal point of the third time may be independently located irrespective of the initial point and the terminal point of the fourth and fifth time.
  • the process of making the mixed solution containing the first phosphate material (S1100) and the process of making the mixed solution containing the second phosphate material (S1200) can be independently performed.
  • a solution containing phosphate ions is added dropwise to a solution containing both calcium ions and a second cation in one container to prepare the first phosphate material. Sequentially forms the material of the second phosphate. Thereafter, the pH is gradually lowered to form an acidic condition, and some atoms of the first phosphate material are replaced with some atoms of the second phosphate material or ions contained in the aqueous solution to change the crystal structure to form whitlockite.
  • the conventional method for manufacturing whitlockite has a problem in that the manufacturing time is long in that the second phosphate material is formed'after' the formation of the first phosphate material, and phosphate ions are added through a dropwise method. .
  • a first phosphate material and a second phosphate material may be simultaneously formed through spatial separation, and reaction conditions such as phosphoric acid in each container to form a target intermediate product from the beginning.
  • reaction conditions such as phosphoric acid
  • the amount and pH of can be appropriately provided, and in order to create a different reaction environment in each container, the amount and pH of the phosphate ions to be added can be provided differently.
  • the first reaction conditions required to form the first phosphate material and the second reaction conditions required to form the second phosphate material may be different from each other.
  • the first reaction condition and the second reaction condition cannot be provided at the same time, and the first reaction condition is given to the reaction vessel at the first time point, and the reaction proceeds. Accordingly, at the second time point, the second reaction condition was designed to be given to the reaction vessel, so that the process time could not be shortened.
  • the first reaction condition can be directly applied to the first container while the second reaction condition can be directly applied to the second container. It is possible to allow the first phosphate material to be produced immediately, while at the same time allowing the second phosphate material to be produced in the second container.
  • the reaction conditions of each container can be set differently from the beginning so that the reaction proceeding in the first container and the second container proceed at the same time. Can be shortened considerably.
  • phosphate ions can be added by pouring instead of dropwise also contributes to significantly shortening the manufacturing time of whitlockite.
  • the pouring method will be described in detail later. As the manufacturing time is shortened, there is also an effect that the operating cost of the process can be reduced.
  • the first phosphate material included in the first container and the second phosphate material included in the second container are one A process (S1300) of combining into a mixed solution of may be included.
  • the mixed solution may be combined into one of the first container or the second container, or may be combined into a third container.
  • the first phosphate material and the second phosphate material are combined by a process (S1300) in which a mixed solution containing a first phosphate material and a mixed solution containing a second phosphate material are combined into one mixed solution.
  • a mixed solution containing all of the phosphate substances is formed.
  • the result of this process (S1300) may include both hydroxyapatite and dimagnesium phosphate.
  • the starting initial point may be located at a later point than the terminal point of the second time or the terminal point of the fifth time.
  • the present process S1300 may be started after the time when the mixing process S1120 of the process of making a mixed solution containing the first phosphate material is completed (terminal point of the second time).
  • the present process (S1300) may be started after the time when the mixing process (S1220) of the process of making a mixed solution containing the second phosphate material is completed (terminal point of the fifth time).
  • the initial point of the process (S1300) of combining the mixed solution of the first container containing the first phosphate material and the mixed solution of the second container containing the second phosphate material into one mixed solution (S1300) is the terminal of the third time. It can be located at a later point rather than at a point.
  • the step of combining into one mixed solution ( S1300) does not have to be started, but preferably this process (S1300) may be started after the reaction process (S1140) of the process of making a mixed solution containing the first phosphate material is completed.
  • a process of mixing and aging the solution containing phosphate ions for a seventh time (S1400) is performed.
  • conditions for sufficient transformation may be provided so that whitlockite is formed from the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material.
  • the process of aging the mixed solution containing both the first phosphate material and the second phosphate material is a mixture containing the first phosphate material and the second phosphate material for an eighth hour.
  • Including a process of mixing a solution containing phosphate ions in the solution (S1420) and a process of aging for the 9th hour to change the crystal structure of the first phosphate material in which some atoms are substituted with different atoms to form whitlockite (S1440). can do.
  • the eighth time period is from the time when the mixing of the solution containing phosphate ions and the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material starts to the time when the mixing is completed. It's time.
  • the ninth time refers to a time from the start of aging of the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material to the completion of aging to form whitlockite.
  • the seventh time is the sum of the eighth time and the ninth time, but refers to the time excluding the overlapping time.
  • At least a part of the eighth time and at least a part of the ninth time may overlap on a time axis. That is, the mixing process (S1420) and the aging process (S1440) of the solution containing phosphate ions and the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material may occur simultaneously.
  • the mixed solution containing hydroxyapatite and magnesium phosphate may be aged.
  • the seventh time may be a value substantially the same as the value of the ninth time.
  • the time point when the'mixing' process (S1420) of the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material and the solution containing phosphate ions is completed that is, the terminal point of the eighth time
  • the first phosphate material, the second phosphate material, and phosphate ions may be included in the mixed solution.
  • the mixing process (S1420) and the aging process (S1440) to be described later may partially occur at the same time, whitlockite may be further included at the terminal point of the eighth time.
  • the mixed solution containing the first phosphate material, the second phosphate material, and phosphate ions
  • aging is performed for the ninth hour, and the crystal structure of the first phosphate material is changed to form whitlockite.
  • the mixed solution may contain solid whitlockite.
  • the'aging' process (S1440) of a mixed solution containing a first phosphate material, a second phosphate material, and a phosphate ion may be performed at 50°C or more and 100°C or less.
  • The'mixing' process (S1420) of the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material and the solution containing phosphate ions may also be performed at 50°C or more and 100°C or less, but the first phosphate material and the second phosphate material
  • the object of the present application may be achieved.
  • step S1400 a solution containing phosphate ions is mixed.
  • the phosphate ion may include all forms of phosphoric acid that may exist according to pH in an aqueous solution.
  • phosphate ion may be considered to mean PO4 ⁇ 3-, but is not limited thereto, and all forms in which phosphoric acid may exist in an aqueous solution may be included.
  • phosphate ion (PO4 ⁇ 3-), hydrogen phosphate ion (HPO4 ⁇ 2-, hydrogen phosphate ion), dihydrogen phosphate ion (H2PO4 ⁇ -, dihydrogen phosphate ion), phosphoric acid (H3PO4, phosphoric acid) are all described above. It can be seen as a phosphate ion.
  • the phosphate ion may be supplied by a phosphate ion supply material including at least one selected from phosphoric acid, diammonium hydrogen phosphate, ammonium phosphate, and phosphate, It may preferably be supplied by phosphoric acid.
  • the solution containing phosphate ions may be prepared by dissolving a phosphate ion-providing material (eg, diammonium phosphate, ammonium phosphate, phosphate) present as a solid at room temperature in water or an aqueous solution.
  • a phosphate ion-providing material such as phosphoric acid may contain phosphate ions in the phosphate ion-providing material itself because water is present as a solvent.
  • a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions are mixed in the process of forming a mixed solution containing a first phosphate material (S1100)
  • an aqueous solution obtained by dissolving solid diammonium phosphate in water A solution containing calcium ions may be mixed with a solution containing calcium ions, or an aqueous phosphate solution containing water as a solvent in the phosphate ion-providing material itself may be mixed with a solution containing calcium ions.
  • a process of forming a mixed solution containing a first phosphate material (S1100), a process of forming a mixed solution containing a second phosphate material (S1200), and a first phosphate material and a second
  • a solution containing a phosphate material (S1400)
  • the pouring method is a method different from the dropwise method, and refers to a method of adding substantially all of the volume of the solution to be added within a very short time at once.
  • a solution containing phosphate ions was continuously mixed in a dropwise manner at a volume flow rate of 12.5 ml/min.
  • a solution containing phosphate ions can be mixed at a time at a volume flow rate of 2 ml/sec (120 ml/min) to 130 ml/sec (7800 ml/min). .
  • the time for mixing the solution containing phosphate ions may be shortened, and thus the time for manufacturing whitlockite may be shortened.
  • the second time, the fifth time, or the eighth time may be a substantially very short time (eg, within about 1 second). However, even by the pouring method, the second time, the fifth time, or the eighth time may be extended from several seconds to several tens of seconds depending on the volume of the solution containing phosphate ions to be added.
  • the volume of the solution containing phosphate ions mixed in the process of forming a mixed solution containing the first phosphate material (S1100) and the process of forming a mixed solution containing the second phosphate material (S1200) is the purpose, respectively. It can be determined in consideration of the stoichiometric ratio for forming the phosphate material and the pH of the mixed solution.
  • a phosphate ion supply material containing an amount of phosphate ions in consideration of a stoichiometric ratio for forming hydroxyapatite, one of the first phosphate substances, by mixing and reacting with calcium ions is provided.
  • a phosphate ion supply material including phosphate ions may be added in consideration of the pH of the mixed solution for stably forming the first phosphate material and maintaining a stable state.
  • the amount of phosphate ions to stably generate hydroxyapatite and the pH at which hydroxyapatite can be stably maintained are provided.
  • the first volume of phosphoric acid may be mixed in consideration of the amount of hydrogen ions to be used.
  • phosphoric acid as a phosphate ion supply material
  • a substance other than phosphoric acid may be additionally mixed in order to provide (or adjust) a pH at which is stably maintained.
  • the ratio of the amount of phosphate ions to the amount of calcium ions mixed in the process (S1100) of forming a mixed solution containing the first phosphate material (mole) is in the range of 0.6 or more and 1.4 or less. May be applicable. If the ratio is outside this range, substances other than whitlockite may be formed in the resulting product.
  • a phosphate ion supply material containing phosphate ions in consideration of a stoichiometric ratio for mixing and reacting with magnesium ions to form a second phosphate material preferably dimagnesium phosphate (MgHPO4).
  • MgHPO4 dimagnesium phosphate
  • a phosphate ion-providing material including phosphate ions may be mixed in consideration of the pH of the mixed solution.
  • the amount (mole) of phosphate ions for stably producing dimagnesium phosphate from magnesium ions and phosphate ions and the amount of hydrogen ions (mole) to provide a pH at which dimagnesium phosphate can be stably maintained Taking into account a second volume of phosphoric acid can be mixed.
  • dimagnesium phosphate is added after adding the amount of phosphoric acid in consideration of the amount of phosphate ions for stably generating dimagnesium phosphate.
  • a substance other than phosphoric acid may be additionally mixed in order to provide (or adjust) a pH at which is stably maintained.
  • the ratio of the mole of phosphate ions to the mole of magnesium ions to be mixed in the step (S1200) of forming a mixed solution containing the second phosphate material is in the range of 0.6 or more and 5 or less. May be applicable. If the ratio is outside this range, substances other than whitlockite may be formed in the resulting product.
  • the first volume of phosphoric acid and the second volume of phosphoric acid may be the same, but preferably, the first amount and the second amount may be different.
  • the volume of the solution containing phosphate ions mixed in the process of aging the solution containing the first phosphate material and the second phosphate material is obtained from the first phosphate material and the second phosphate material.
  • the pH conditions under which locite can be produced or the desired amount of whitlockite produced can be considered and determined.
  • the amount of the solution containing the phosphate ion may be determined in consideration of a pH condition for preparing whitlockite through ion exchange between the hydroxyapatite and the magnesium phosphate.
  • phosphoric acid is mixed to supply phosphate ions in consideration of the target amount of whitlockite produced, and substances other than phosphoric acid for pH adjustment are additionally mixed. I can.
  • a solution containing hydrogen ions for adjusting the pH may be additionally added.
  • a solution containing hydrogen ions may be additionally added so that the mixed solution is aged at a pH for stably generating kite.
  • the volume of the solution containing phosphate ions mixed in the process of aging the solution containing the first phosphate material and the second phosphate material is the total amount of cations mixed to form whitlockite. It can be mixed in consideration of the ratio of the total sum of and anions.
  • the volume of the phosphoric acid solution containing phosphate ions required to form a certain amount of phosphate ions is the third amount, and mixing in the process of forming a mixed solution containing the first phosphate material (S1100)
  • the volume of the phosphoric acid solution is the first amount
  • the volume of the phosphoric acid solution mixed in the process (S1200) of forming a mixed solution containing the second phosphate material is the second amount
  • the amount of the phosphoric acid solution mixed in the process (S1400) of aging the mixed solution containing all of the second phosphate material (S1400) can be viewed as the amount obtained by subtracting the sum of the first amount and the second amount from the third amount. have.
  • the ratio of the amount of the phosphoric acid solution mixed in the process (S1400) of aging a mixed solution containing both the first phosphate material and the second phosphate material to the sum of the first amount and the second amount is 0.3 or more It may be in the range of 0.55 or less. If the ratio is outside this range, substances other than whitlockite may be formed in the resulting product.
  • the terminal point of the third time may be located at a later point than the terminal point of the second time.
  • the mixing process (S1120) of the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions is completed before the time when the reaction for forming the first phosphate material is completed (the terminal point of the third time). For example, if a solution containing phosphate ions and a solution containing calcium ions are mixed within a short period of time within 1 second by the Pouring method, the first phosphate material is also mixed after the completion of mixing (terminal point of the second time). The resulting reaction can proceed.
  • the terminal point of the sixth time may be located later than the terminal point of the fifth time.
  • the mixing process (S1220) of the solution containing the second cation and the solution containing the phosphate ion is completed before the time point when the reaction for forming the second phosphate material is completed (terminal point of the sixth time).
  • the second phosphate material is generated even after the time when the mixing is completed (terminal point of the fifth time). The reaction can proceed.
  • the terminal point of the ninth time may be located at a later point than the terminal point of the eighth time.
  • the mixing process of the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material and the solution containing phosphate ions (S1420) completes the process of aging to form whitlockite (terminal point of the ninth hour) It can be done earlier. For example, when a solution containing phosphate ions is mixed within 1 second by a Pouring method in a mixed solution containing a first phosphate substance and a second phosphate substance, the time when mixing is completed (terminal point of the eighth hour) Even after that, a process of aging to form whitlockite may proceed.
  • a process of forming a mixed solution containing a first phosphate material (S1100), a process of forming a mixed solution containing a second phosphate material (S1200), and a first phosphate material And a solution containing phosphate ions is mixed in the process of aging the solution containing the second phosphate material (S1400).
  • the solution containing phosphate ion ions may be mixed three times at a predetermined time interval.
  • the initial point of the eighth time may be located later than the terminal point of the second time and the terminal point of the fifth time.
  • the first phosphate material and the second A process (S1420) of mixing a solution containing a phosphate material and a solution containing a phosphate ion may be started.
  • the first phosphate material and the second phosphate A process (S1420) of mixing a solution containing a substance and a solution containing phosphate ions may be started.
  • the process of mixing the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions (S1120) and the process of mixing the solution containing the second cation and the solution containing phosphate ions (S1220) are performed simultaneously on the time axis. Therefore, the terminal point of the second time and the terminal point of the fifth time may be completely the same on the time axis, regardless of their precedence and succession, on the time axis.
  • the second cation contained in the liquid phase of the mixed solution or the second cation derived from the solid second phosphate material is the first phosphate material.
  • Some atoms of is substituted with and bonded in an atomic form, and some of the atoms substituted in the first phosphate material may be in the form of ions in a liquid phase.
  • the crystal structure changes through phase shift to form whitlockite.
  • the crystal structure of hydroxyapatite before some calcium atoms of hydroxyapatite are substituted in the form of magnesium atoms is a hexagonal structure.
  • the structure of hydroxyapatite is changed to a rhombohedral structure, so that whitlockite may be formed.
  • hydroxyapatite has a hexagonal structure
  • whitlockite has a different structure with a rhombohedral structure
  • a crystal structure through phase shift as hydroxyapatite in which some calcium atoms are substituted with magnesium atoms is aged.
  • whitlockite can be formed.
  • At least one of the process (S1300) and the process of aging a solution including the first phosphate material and the second phosphate material (S1400) may be performed at 50°C or more and 95°C or less.
  • the method of manufacturing whitlockite is the process of forming a mixed solution containing the first phosphate material (S1100), forming a mixed solution containing the second phosphate material.
  • an oxidizing agent is additionally added ( Or mixed).
  • an oxidizing agent may be added together in the process of mixing a solution containing a first cation and a solution containing phosphate ions (S1120). have.
  • the oxidizing agent may be added before the initial point of the first time, which is the start point of the process (S1100) of forming the mixed solution containing the first phosphate material.
  • an oxidizing agent may be added to the first container.
  • the oxidizing agent may be added at a point earlier than the initial point of the fourth time, which is the start point of the process (S1200) of forming the mixed solution containing the second phosphate material.
  • the oxidizing agent may be added to the second container.
  • the method of manufacturing whitlockite by spatial separation further includes a fifth process of mixing an oxidizing agent for a tenth time, wherein the initial point of the tenth time is the first time or the fourth time. It may be positioned at a time point prior to the initial point, or may overlap at least a portion of the first to ninth times on a time axis.
  • the oxidizing agent may be hydrogen peroxide.
  • Whitlockite made according to the present manufacturing method can be used as a raw material for products such as artificial bone inserted into the body for regeneration or treatment of human tissues, dental restorations, bone cement, oral compositions, and fillers.
  • the content of magnesium ions was set to about 26 mol% with respect to the total cations, and the molar ratio of the total phosphate ions to the total cations was about It was set as 1, and it aged at 80 degreeC, and synthesize
  • the number of moles of magnesium ions is 26 mole% of the total number of moles of cations, which is the sum of the number of moles of magnesium ions and calcium ions.
  • the amount (mole) of phosphate ions or the amount of phosphate solution containing phosphate ions mixed in the first container and the second container was differently mixed at a ratio of 1.7:1.
  • the mixed solution of the first container and the mixed solution of the second container were combined into one mixed solution to form a mixed solution containing a calcium phosphate material and a magnesium phosphate material.
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • the synthesized powder was analyzed through SEM and XRD, and referring to FIGS. 9 and 10, it can be seen that high purity whitlockite having a variety of shapes and fine size was synthesized through this experiment.
  • the SEM data of FIG. 9 is the data obtained by magnifying the prepared crystal by 50000 times.
  • the method of manufacturing whitlockite is a process of making a mixed solution containing a first phosphate material (S2100), a process of making a mixed solution containing a second phosphate material ( S2200), a process of aging a mixed solution including all of the first phosphate material and the second phosphate material (S2300) may be included.
  • the manufacturing method of whitlockite according to an embodiment of the present application is different from the above-described method of manufacturing whitlockite by spatial separation, in which a mixed solution containing a first phosphate material is prepared.
  • the process (S2100) and the process (S2200) of making a mixed solution containing the second phosphate material are performed in the same container.
  • the present embodiment can shorten the manufacturing time of whitlockite through temporal separation.
  • the process of preparing a mixed solution containing a first phosphate material is a process of mixing a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions for a first time (hereinafter, The first step, S2120, and a step of forming a mixed solution by reacting the result of the first step for a second time so that the first phosphate material is formed (hereinafter, the second step S2140) may be included.
  • a process of making a mixed solution containing the second phosphate material (S2200) may be sequentially performed.
  • the process of preparing a mixed solution containing a second phosphate material is a process of mixing a solution containing phosphate ions and other cations other than calcium ions, which is a second cation, for a third time.
  • a third process, S2220 and a process in which the result of the third process is reacted for a fourth time so that a second phosphate material is formed to form a mixed solution
  • a fourth process, S2240 may be included.
  • the mixing of the first step (S2120) and the reaction of the second step (S2140) may be preferably carried out in the same container, but must be the same. It doesn't have to be done out of courage.
  • the mixing of the third process (S2220) and the reaction of the fourth process (S2240) may preferably be performed in the same container, but do not necessarily have to be performed in the same container.
  • the object of the present application can be sufficiently achieved. There will be.
  • the process of making a mixed solution containing the first phosphate material in one container (S2100) and the process of making a mixed solution containing the second phosphate material (S2200) are sequentially performed. Because it may occur, the mixed solution of the resultant of the fourth process may contain both a first phosphate material and a second phosphate material.
  • a mixed solution including both the first phosphate material and the second phosphate material can be formed without the process of combining into one mixed solution (Fig. 3, S1300), There is a difference.
  • a process of aging the mixed solution including both the first phosphate material and the second phosphate material may be sequentially performed.
  • the process of aging the mixed solution containing both the first phosphate material and the second phosphate material includes both the first phosphate material and the second phosphate material as a result of the fourth process.
  • Including the process of mixing a solution containing phosphate ions in the mixed solution for a fifth time (hereinafter, step 5, S2320) and a process of aging the result of the fifth process for a sixth time (hereinafter, step 6, S2340). can do.
  • a process of forming a mixed solution including a first phosphate material (S2100) and a process of forming a mixed solution including a second phosphate material (S2200) may be temporally separated.
  • the meaning of separating in time means that after applying the first reaction conditions to make a mixed solution containing the first phosphate material, and after a predetermined time interval elapses, the second reaction to make a mixed solution containing the second phosphate material. It can mean applying conditions.
  • a solution containing calcium ions and a solution containing a first amount of phosphate ions are mixed and reacted to generate the first phosphate material.
  • I can.
  • a solution containing a second phosphate material S2200
  • a solution containing a second cation and a solution containing a second amount of phosphate ions are prepared to generate a second phosphate material. It can be mixed and reacted.
  • the phosphate ion supply material can be added in a pouring method rather than a dropwise method, so that the manufacturing time of whitlockite can be considerably shortened.
  • a method of manufacturing whitlockite having a short manufacturing time, a simple manufacturing method, and an intuitive high purity may be provided.
  • the process of preparing a mixed solution containing a first phosphate material is a process of mixing a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions for a first time (first process , S2120) and a process of forming a mixed solution by reacting the result of the first process for a second time so that the first phosphate material is formed (second process, S2140).
  • the first phosphate material may be a phosphate material containing calcium ions. That is, it may be a calcium phosphate material.
  • it may be a material containing a calcium phosphate substance such as hydroxyapatite, dicalcium phosphate dehydrate (DCPD), brushite, monetite, or a combination thereof. have.
  • DCPD dicalcium phosphate dehydrate
  • brushite monetite
  • monetite or a combination thereof.
  • the first phosphate material may be hydroxyapatite, and may exist in a solid state in the mixed solution.
  • the solution containing calcium ions may be prepared by dissolving in water a material that contains calcium atoms and is well ionized when dissolved in water. That is, the solution containing the first cation may be prepared by dissolving a calcium ion-providing material in water.
  • the calcium ion-providing material may be calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium nitrate, calcium acetate, or the like.
  • the process of forming a mixed solution containing the first phosphate material includes mixing a solution containing phosphate ions and a solution containing calcium ions with each other, but phosphate ions and calcium If a solution in which ions coexist in the solution can be prepared, the calcium ion providing material is directly mixed with the phosphate ion providing material, or the phosphate ion providing material and the calcium ion providing material are mixed with water at once. could be done.
  • the first time refers to a time from the time when the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions are started to be mixed, and the time from the time when the mixing is completed, and the second time Denotes the time from the time when the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions start to react to the time when the reaction is completed.
  • At least a part of the first time and at least a part of the second time may overlap on a time axis. That is, the mixing process (S2120) of the first process may proceed, and the reaction (S2140) of generating the first phosphate material of the second process may proceed. For example, as soon as mixing of a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions is started, a reaction to generate the first phosphate material may occur.
  • calcium ions and phosphate ions are aqueous solutions.
  • a calcium phosphate material which is a first phosphate material, may be further included at the terminal point of the first time.
  • a mixed solution containing a calcium phosphate material which is a solid first phosphate material formed by reacting calcium ions and phosphate ions, may be formed. Therefore, when the second process is completed, that is, at the terminal point of the second time, a solid calcium phosphate material may be included in the mixed solution.
  • the process of reacting at least the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions may be performed at 50°C or more and 100°C or less.
  • the process of mixing a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions (S2120) may also be performed at 50°C or more and 100°C or less, but the reaction process for forming the first phosphate (S2140) is 50°C or more and 100°C or less. If it proceeds in, the object of the present application can be achieved.
  • the process of making a mixed solution containing the first phosphate material (S2100) is performed, the process of making a mixed solution containing the second phosphate material (S2200) is sequentially performed.
  • a solution containing a second cation (or a cation other than calcium ions) and a solution containing phosphate ions are mixed with the result of the second process for a third time.
  • a process of mixing during (3rd process, S2220) and a process of forming a mixed solution by reacting the result of the 3rd process for a fourth time so that the second phosphate material is formed (4th process, S2240) may be included.
  • the second cation is a cation other than a calcium ion, for example, at least one of Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, and K It may be in the form of ions.
  • the second cation may be a magnesium ion.
  • the second phosphate material is a phosphate material containing the second cation. That is, the second phosphate material may be regarded as a material in which the second cation and phosphate ion are combined.
  • the second phosphate material is a magnesium phosphate material, and monomagnesium phosphate, dimagnesium phosphate, Newberyite, trimagnesium phosphate (Trimagnesium phosphate) or a combination thereof.
  • a material in which magnesium ions and phosphate ions are combined may be regarded as a magnesium phosphate material.
  • the second phosphate material may be cobalt(II) phosphate hydrate.
  • the second phosphate material may be iron (III) phosphate dihydrate, iron (III) phosphate tetrahydrate, or these It may be a material comprising a combination of.
  • the second phosphate material may be sodium phosphate.
  • the second phosphate material may be potassium phosphate tribasic.
  • the second phosphate material may be strontium phosphate.
  • the second phosphate material may be barium phosphate.
  • the second phosphate material is not limited to the exemplified material, and any material that can exist in an aqueous solution by combining the above-described second cation and phosphate ions may be regarded as the second phosphate material.
  • the solution containing the second cation may be prepared by dissolving in water a material that contains the atomic form (X) of the second cation and is well ionized when dissolved in water. That is, the solution containing the second cation may be prepared by dissolving the second cation-providing material in water.
  • the second cation-providing material may be X hydroxide, X carbonate, X nitrate, and X acetate.
  • magnesium ions including at least one selected from magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium nitrate, and magnesium acetate It may be supplied by a feed material and preferably, may be supplied by magnesium hydroxide.
  • the process of forming a mixed solution containing a second phosphate material has been described as mixing a solution containing a phosphate ion and a solution containing a second cation with the result of the second process, If a solution in which a phosphate ion and a second cation can coexist in a mixed solution can be prepared, the second cation providing material is directly mixed with the phosphate ion providing material and mixed with the result of the second process, or the It may be performed by mixing the phosphate ion providing material and the second cation providing material together in the result of the second process.
  • a solution containing the second cation may be prepared by dissolving solid magnesium hydroxide in water, and the result of the second process and a solution containing phosphate ions Can be mixed.
  • it may be carried out by directly mixing the solid magnesium hydroxide material with the phosphate ion providing material and then mixing it with the result of the second process, or by mixing the phosphate ion providing material and magnesium hydroxide in the result of the second process at once.
  • the third time refers to a time from the start of the mixing of the third process (S2220) to the time when the mixing is completed
  • the fourth time is the fourth process ( S2240) refers to the time from the start of the reaction to the time the reaction is completed.
  • At least a part of the third time and at least a part of the fourth time may overlap on a time axis. That is, the mixing process (S2220) of the third process may proceed, and the reaction (S2240) of generating the second phosphate material of the fourth process may proceed. For example, as soon as mixing between a solution containing magnesium ions and a solution containing phosphate ions and a result of the second process is started, a reaction to form a second phosphate material may proceed.
  • the mixed solution of the resultant of the second process contains a solid calcium phosphate material
  • a solution containing a cation other than calcium ions, which is the second cation, and phosphate ions are included.
  • a calcium phosphate material, a second cation, and a phosphate ion may be included in the mixed solution.
  • the second phosphate material may be further included at the terminal point of the third time.
  • a mixed solution including a solid second phosphate material generated by reacting a second cation and a phosphate ion may be formed. Therefore, when the fourth process is completed, that is, at the terminal point of the fourth time, the mixed solution may contain a solid second phosphate material.
  • the mixed solution at the terminal point at the time when the fourth process is completed may further contain the first phosphate material.
  • the mixed solution at the terminal point of the fourth time may contain the first phosphate and the second phosphate material.
  • the process (S2240) of reacting at least a solution containing a cation other than the calcium ion and a solution containing a phosphate ion may be performed at 50°C or more and 100°C or less.
  • the process of mixing a solution containing a cation other than calcium ions and a solution containing phosphate ions (S2220) may also be performed at 50°C or more and 100°C or less, but the reaction process of forming the second phosphate (S2240) is 50°C. If it proceeds at more than 100 °C can achieve the object of the present application.
  • the fourth process (S2240) in which the second phosphate material is formed is performed. It is characterized in that a mixed solution containing both a solid calcium phosphate material and a solid second phosphate material can be formed only from the initial point of the fourth process.
  • the process of aging the mixed solution including both the first phosphate material and the second phosphate material proceeds. do.
  • conditions for sufficient transformation may be provided so that whitlockite is formed from the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material.
  • the process of aging the mixed solution containing both the first phosphate material and the second phosphate material comprises a first phosphate material and a second phosphate material as a result of the fourth process.
  • Including the process of mixing a solution containing phosphate ions in the all-inclusive mixed solution for a fifth time (step 5, S2320) and a process of aging the result of the fifth process for a sixth time (step 6, S2340) can do.
  • the fifth time period is from the time when the mixing of the solution containing phosphate ions and the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material starts to the time when the mixing is completed. Means time.
  • the sixth time refers to a time from the start of aging of the mixed solution including the first phosphate material and the second phosphate material to the completion of aging to form whitlockite.
  • At least a portion of the fifth time and at least a portion of the sixth time may overlap on a time axis on a time axis. That is, the mixing process of the fifth process (S2320) may be performed, and the aging process of the sixth process (S2340) may be performed.
  • the aging of the mixed solution containing hydroxyapatite and dimagnesium phosphate may proceed.
  • the time when the mixing process (the fifth step, S2320) of the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material and the solution containing phosphate ions is completed that is, of the fifth time.
  • the first phosphate material, the second phosphate material, and phosphate ions may be included in the mixed solution.
  • the fifth process and the aging process (sixth process, S2340) to be described later may partially occur at the same time, whitlockite may be further included at the terminal point of the fifth time.
  • the aging process is performed for a sixth time. It goes on.
  • the second cation contained in the liquid phase of the mixed solution or the second cation derived from the solid second phosphate material is substituted with some atoms of the first phosphate material and bonded in an atomic form. Some of the atoms substituted in the phosphate material can be in the form of ions in the liquid phase.
  • the crystal structure changes through phase shift to form whitlockite.
  • the crystal structure of hydroxyapatite before some calcium atoms of hydroxyapatite are substituted in the form of magnesium atoms is a hexagonal structure.
  • the structure of hydroxyapatite is changed to a rhombohedral structure, so that whitlockite may be formed.
  • calcium phosphate material preferably hydroxyapatite
  • whitlockite has a different structure with a rhombohedral structure
  • hydroxyapatite in which some calcium atoms are substituted with magnesium atoms is aged. Accordingly, whitlockite may be formed while the crystal structure changes through phase shift.
  • the mixed solution at the terminal point of the sixth time may contain solid whitlockite.
  • the'aging' process (S2340) of the mixed solution containing the first phosphate material, the second phosphate material, and phosphate ions may be performed at 50°C or more and 100°C or less.
  • The'mixing' process (S2320) of the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material and the solution containing phosphate ions may also be performed at 50°C or more and 100°C or less, but the first phosphate material and the second phosphate material
  • the object of the present application may be achieved.
  • a process of forming a mixed solution containing a first phosphate material (S2100), a process of forming a mixed solution containing a second phosphate material (S2200), and a first phosphate material and a first 2
  • a solution containing phosphate ions is mixed.
  • the phosphate ion may include all forms of phosphoric acid that may exist according to pH in an aqueous solution.
  • phosphate ion may be considered to mean PO4 ⁇ 3-, but is not limited thereto, and all forms in which phosphoric acid may exist in an aqueous solution may be included.
  • phosphate ion (PO4 ⁇ 3-), hydrogen phosphate ion (HPO4 ⁇ 2-, hydrogen phosphate ion), dihydrogen phosphate ion (H2PO4 ⁇ -, dihydrogen phosphate ion), phosphoric acid (H3PO4, phosphoric acid) are all described above. It can be seen as a phosphate ion.
  • the phosphate ion may be supplied by a phosphoric acid supply material containing at least one selected from phosphoric acid, diammonium hydrogen phosphate, ammonium phosphate, and phosphate, preferably It can be supplied by phosphoric acid.
  • the solution containing phosphate ions may be prepared by dissolving a phosphate ion-providing material (eg, diammonium phosphate, ammonium phosphate, phosphate) present as a solid at room temperature in water or an aqueous solution.
  • a phosphate ion-providing material such as phosphoric acid may contain phosphate ions in the phosphate ion-providing material itself because water is present as a solvent.
  • a solution containing calcium ions and a solution containing phosphate ions are mixed in the process of forming a mixed solution containing a first phosphate material (S100)
  • an aqueous solution obtained by dissolving a solid diammonium phosphate in water A solution containing calcium ions may be mixed with a solution containing calcium ions, or an aqueous phosphate solution containing water as a solvent in the phosphate ion providing material itself may be mixed with a solution containing calcium ions.
  • a process of forming a mixed solution containing a first phosphate material from a solution containing phosphate ions (S2100)
  • a process of forming a mixed solution containing a second phosphate material (S2200), a first phosphate material and a second
  • a pouring method is a method different from the dropwise method, and refers to a method of adding all the solutions to be added in a substantially very short time at once.
  • a solution containing phosphate ions was continuously mixed in a dropwise manner at a volume flow rate of 12.5 ml/min.
  • a solution containing phosphate ions can be mixed at a time at a volume flow rate of 2 ml/sec (120 ml/min) to 130 ml/sec (7800 ml/min). .
  • the time for mixing the solution containing phosphate ions may be shortened, and thus the time for manufacturing whitlockite may be shortened.
  • the first time, the third time, or the fifth time may be a substantially very short time (eg, within about 1 second).
  • the first time, the third time, or the fifth time may be extended from several seconds to several tens of seconds depending on the volume of the solution containing phosphate ions added.
  • the amount (Volumne) of the solution containing phosphate ions mixed in the process of forming a mixed solution containing the first phosphate material (S2100) and the process of forming a mixed solution containing the second phosphate material (S2200) is the desired It can be determined in consideration of the stoichiometric ratio for forming the phosphate material and the pH of the mixed solution.
  • a stoichiometric ratio for forming a first phosphate material and hydroxyapatite by mixing and reacting with calcium ions is considered. It is possible to mix a phosphate ion supply material containing a mole of one phosphate ion.
  • a phosphate ion supply material including phosphate ions may be added.
  • the amount of phosphate ions to stably produce hydroxyapatite, and to provide a pH condition in which hydroxyapatite can be stably produced and maintained may be mixed in consideration of the amount of hydrogen ions for.
  • phosphoric acid as a phosphate ion supply material
  • a substance other than phosphoric acid may be additionally mixed in order to provide (or adjust) a pH at which is stably maintained.
  • the ratio of the amount of phosphate ions to the amount of calcium ions mixed in the process (S2100) of forming a mixed solution containing the first phosphate material (mole) is in the range of 0.6 or more and 1.4 or less. May be applicable. If the ratio is outside this range, substances other than whitlockite may be formed in the resulting product.
  • a stoichiometric method for forming a second phosphate material preferably dimagnesium phosphate (MgHPO4) by mixing and reacting with magnesium ions. It is possible to add a phosphate ion supply material containing the moles of phosphate ions taking into account the ratio.
  • a phosphate ion supply material including phosphate ions may be mixed in consideration of the pH of the mixed solution.
  • phosphoric acid in consideration of the amount of phosphate ions to stably produce dimagnesium phosphate from magnesium ions and phosphate ions, and the amount of hydrogen ions to provide a pH condition in which dimagnesium phosphate can be stably produced and maintained, phosphoric acid
  • the second volume of can be mixed.
  • dimagnesium phosphate is added after adding the amount of phosphoric acid in consideration of the amount of phosphate ions for stably generating dimagnesium phosphate.
  • a substance other than phosphoric acid may be additionally mixed in order to provide (or adjust) a pH at which is stably maintained.
  • the ratio of the amount of phosphate ions to the amount of magnesium ions mixed in the process (S2200) of forming a mixed solution containing the second phosphate material may fall within the range of 0.6 or more and 5 or less. have. If the ratio is outside this range, substances other than whitlockite may be formed in the resulting product.
  • the volume of the solution containing phosphate ions mixed in the process of aging the solution containing the first phosphate material and the second phosphate material is obtained from the first phosphate material and the second phosphate material.
  • the pH conditions in which locite can be produced or a target amount of whitlockite produced can be considered and determined.
  • the volume of the phosphoric acid solution containing phosphate ions may be determined in consideration of the pH condition for preparing whitlockite through ion exchange between the hydroxyapatite and the magnesium phosphate.
  • substances other than phosphoric acid to adjust the pH may be mixed. Therefore, phosphoric acid is mixed to supply phosphate ions in consideration of the target amount of whitlockite produced, and the pH Substances other than phosphoric acid for control may be further mixed.
  • a solution containing hydrogen ions for adjusting the pH may be additionally added.
  • a solution containing hydrogen ions for adjusting the pH may be additionally added.
  • Whitlock A solution containing hydrogen ions may be additionally added so that the mixed solution is aged at a pH at which kite can be stably generated.
  • the volume of the solution containing phosphate ions mixed in the process of aging the solution containing the first phosphate material and the second phosphate material is the total amount of cations mixed to form whitlockite. It can be determined by taking into account the ratio of the total sum of and anions.
  • the amount of phosphoric acid solution required to form a certain amount of whitrockite is the third volume
  • the amount of phosphoric acid solution mixed in the process (S2100) of forming a mixed solution containing the first phosphate material is the second volume
  • the volume of the phosphoric acid solution mixed in the process of aging the mixed solution containing all substances (S2300) may be viewed as an amount obtained by subtracting the sum of the first amount and the second amount from the third amount.
  • the amount of the phosphoric acid solution mixed in the process (S2300) of aging a mixed solution containing both the first phosphate material and the second phosphate material with respect to the sum of the first amount and the second amount is 0.3 or more and 0.55 or less. It can be a range. If the ratio is outside this range, substances other than whitlockite may be formed in the resulting product.
  • the ratio of the first amount, the second amount, and the third amount may be 0.44 ( ⁇ 0.05): 0.26 ( ⁇ 0.05): 0.30 ( ⁇ 0.05).
  • the first amount may be a ratio within a range of 0.39 or more and 0.49 or less.
  • the second amount may be a ratio within the range of 0.21 or more and 0.31 or less.
  • the third amount may be a ratio within the range of 0.25 or more and 0.35 or less.
  • the conventional method for preparing whitlockite since it is possible to prepare whitlockite by adding a predetermined amount of a solution containing phosphate ions three times without the need to finely control the pH, the conventional method for preparing whitlockite It has the advantage of being able to manufacture whitlockite in a much simpler, more intuitive, and clearer way.
  • the terminal point of the second time may be located at a later point than the terminal point of the first time.
  • the mixing process (S2120) of the solution containing calcium ions and the solution containing phosphate ions is completed before the time when the reaction for forming the first phosphate material is completed (terminal point of the second time).
  • the reaction to generate the first phosphate material even after the time when the mixing is completed (terminal point of the first time) This can be done.
  • the terminal point of the fourth time may be located later than the terminal point of the third time.
  • the mixing process (S2220) of the solution including the second cation and the solution including phosphate ions may be completed before the time point when the reaction for forming the second phosphate material is completed (the terminal point of the fourth time).
  • the second phosphate material is generated even after the time when the mixing is completed (terminal point of the third time). The reaction can proceed.
  • the terminal point of the sixth time may be located later than the terminal point of the fifth time.
  • the mixing process of the mixed solution containing the first phosphate material and the second phosphate material and the solution containing phosphate ions (S2320) completes the process of aging to form whitlockite (terminal point of the sixth time) It can be done earlier.
  • a solution containing phosphate ions is mixed within 1 second by a Pouring method in a mixed solution containing a first phosphate substance and a second phosphate substance, the time when mixing is completed (terminal point of the fifth time) Even after that, a process of aging to form whitlockite may proceed.
  • a process of forming a mixed solution containing a first phosphate material (S2100), a process of forming a mixed solution containing a second phosphate material (S2200), and a first phosphate material
  • the solution containing phosphate ions may be mixed three times in total.
  • the solution containing phosphate ion ions may be mixed three times at a predetermined time interval.
  • the initial point of the fifth time may be located later than the terminal point of the first time and the terminal point of the third time.
  • the initial point of the third time may be located later than the terminal point of the first time.
  • a process (S2220) of mixing a solution containing phosphate ions with a solution containing a cation other than calcium ions and a mixed solution containing a first phosphate material may be started.
  • the first phosphate material and the second phosphate A process (S2320) of mixing a solution containing a substance and a solution containing phosphate ions may be started.
  • the initial point of the fifth time may be located later than the terminal point of the third time, and the terminal point of the third time may be located later than the terminal point of the first time.
  • the solution containing phosphate ions may be mixed three times at a predetermined time interval.
  • At least one or more processes in the first to sixth processes may be performed at 50° C. or more and 95° C. or less.
  • the method of manufacturing whitlockite is the process of forming a mixed solution containing the first phosphate material (S2100), forming a mixed solution containing the second phosphate material
  • an oxidizing agent may be additionally added (or mixed).
  • an oxidizing agent may be added together in the process of mixing a solution containing a first cation and a solution containing phosphate ions (S2120). I can.
  • the oxidizing agent may be added before the initial point of the first time, which is the starting point of the process (S2100) of forming the mixed solution containing the first phosphate material.
  • an oxidizing agent may be added before the process of forming a mixed solution including the first phosphate material (S2100) is started.
  • the method for manufacturing whitlockite by temporal separation disclosed by the present application further includes a seventh process of mixing an oxidizing agent for a seventh time, wherein the initial point of the seventh time is the initial point of the first time It may be positioned at an earlier point in time, or may overlap on a time axis with at least a portion of the first to sixth times.
  • the oxidizing agent may be hydrogen peroxide.
  • Whitlockite made according to the present manufacturing method can be used as a raw material for products such as artificial bone inserted into the body for regeneration or treatment of human tissues, dental restorations, bone cement, oral compositions, and fillers.
  • the content of magnesium ions was set to 26 mol% with respect to the total cations, and the molar ratio of the total phosphate ions to the total cation was set to about 1 at 80°C. It was aged in to synthesize whitlockite.
  • a 30% aqueous hydrogen peroxide solution (25 ml) and solid calcium hydroxide were dissolved in 6.85 g (approximately 0.0924 mol) in distilled water (112.5 ml) to prepare a solution containing calcium ions (0.74 M calcium hydroxide aqueous solution 125 mL), and containing phosphate ions. It was mixed with 3.81 mL of an 85% phosphoric acid solution (107.19 mL DW, that is, 111 mL of a 0.5M phosphoric acid aqueous solution). Thereafter, the mixture was stirred at 80° C. for the first reaction time to form a calcium phosphate material. In the first experiment, the first reaction time was 1 h.
  • the ratio of the amounts of phosphate ions added three times or the ratio of the phosphate solutions containing phosphate ions was mixed at a ratio of 0.444:0.260:0.296.
  • the mixed solution was aged for 5 h, the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • the synthesized powder was analyzed through SEM and XRD, and referring to FIGS. 17 and 18, it was confirmed that various shapes and high purity whitlockite were synthesized through this first experiment.
  • the SEM data of FIG. 17 is the data obtained by magnifying the prepared crystal by 5000 times.
  • the third aging time was fixed to 5 hours, and then the experiment was conducted using the first reaction time as a variable.
  • the experiment was performed while changing the first reaction time to 5min, 15min, 30min, and 60min, and other experimental conditions were carried out in the same manner as in the first experiment to prepare whitlockite powder.
  • the synthesized powder was confirmed through SEM and XRD, and referring to FIGS. 19 to 21, it was confirmed that the production time was significantly shortened to within 7 hours through the second experiment to synthesize high purity whitlockite.
  • FIG. 19 is the data obtained by magnifying the prepared crystal by 10000 times, and FIG. 19(a) shows the first reaction time of 5 min, (b) the first reaction time of 15 min, and (c) 1 reaction time is 30min, (d) is SEM data when the first reaction time is 60min.
  • the first reaction time is 5min
  • (b) is the first reaction time is 15min
  • (c) is the first reaction time is 30min
  • (d) is the first reaction time is 60min.
  • the first reaction time was fixed at 60 min, and the experiment was conducted with the third aging time as a variable.
  • the experiment was performed while changing the third aging time to 5h and 10h, and other experimental conditions were carried out in the same manner as in the first experiment to prepare whitlockite powder.
  • the SEM data of FIG. 22 is the data obtained by magnifying the prepared crystal by 50000 times.
  • (A) of FIG. 22 is SEM data when the third aging time is 5h and (b) is the third aging time is 10h.
  • the first reaction time was fixed at 15 min, and the experiment was conducted with the third aging time as a variable.
  • the experiment was performed while changing the third aging time to 30min, 1h, 3h, and 5h, and other experimental conditions were carried out in the same manner as in the first experiment to prepare whitlockite powder.
  • the SEM data of Fig. 24 is the data obtained by magnifying the prepared crystal by 10000 times, and Fig. 24(a) shows the third aging time is 5h, (b) is the third aging time is 3h, and (c) is 3 The aging time is 1h, (d) is SEM data when the third aging time is 30min.
  • Figure 25 (a) shows the third aging time is 5h, (b) is the third aging time is 3h, (c) is the third aging time is 1h, (d) is the third aging time is 30min This is XRD Data in the case of.
  • the particle size of the whitlockite crystal according to the present embodiment may control the size of the crystal of the whitlockite particle by adding a part of cations other than calcium ions to the process of manufacturing the first phosphate crystal.
  • the particle size of the whitlockite crystal controls the reaction temperature for generating the first phosphate crystal or the second phosphate crystal, or the temperature at which the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal is aged. By doing so, it is possible to control the size of the crystals of the whitlockite particles.
  • the size of the whitlockite crystal to be produced is determined by a method of producing a whitlockite crystal (S3100), and based on the determined size of the crystal, the preparation of a cation other than calcium ions is determined. 1 Determine the amount (S3200).
  • the first amount is determined as a first value
  • the first amount is 2 It is determined by the value.
  • the first value may be a value greater than the second value.
  • a first phosphate crystal preferably a calcium phosphate crystal
  • calcium ions and phosphate ions are mixed, and at this time, cations other than the determined first amount of calcium ions are mixed together (S3300);
  • cation and phosphate ions other than calcium ions are mixed (S3400);
  • it may include aging (S3500) a solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal.
  • S3500 aging
  • the first amount of cations other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal and the second amount of cation other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal are Can be determined independently. Therefore, the amount of cations other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal and the amount of cation other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal may be determined to be the same value or different values.
  • the first amount is different from the second amount in order to control the size of the whitlockite crystal to be prepared. It can be determined independently regardless. In other words, in order to make the size of the whitlockite crystal in a second size larger than the first size, the first amount is less than the first value, which is the first amount determined when the first size is irrespective of the value of the second amount. It can be determined as a small second value.
  • the second amount may be independently determined regardless of the first amount.
  • the second amount of cations other than calcium ions to be mixed to prepare the second phosphate crystal may be determined in consideration of the amount of whitlockite crystals to be prepared, irrespective of the first amount.
  • the amount of cations other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal (the first amount) is determined to be a small value, The size of kite crystals can be made large.
  • cations other than calcium ions added in the S3100 process and cations other than calcium ions added in the S3200 process may be independently determined from each other. That is, cations other than calcium ions added in the S3100 process and cations other than calcium ions added in the S3200 process may be the same type of cation or different types of cation.
  • the first amount may be determined in consideration of a relationship with the second amount in order to control the size of the whitlockite crystal to be manufactured.
  • the first amount and the second amount have a constant relationship with each other. Even if it is determined while having, it is possible to manufacture the required amount of whitlockite, and at the same time control the size of the crystals of the produced whitlockite.
  • the sum of the first amount and the second amount may be determined in consideration of the amount of whitlockite to be manufactured (in the above-described embodiment, the whitlock to be manufactured) may be determined. It was determined by considering the amount of kite). Thereafter, as described above, the first amount may be determined in consideration of the crystal size of whitlockite to be produced. Accordingly, the second amount can be determined naturally.
  • the sum of the first and second amounts mixed to produce the first size of the crystals of whitlockite and the first and second amounts mixed to produce a second size can be equal.
  • the particle size of the whitlockite crystal can be controlled to be smaller as the value of the first amount increases, when the sum of the first amount and the second amount is constant, the particles of the whitlockite crystal
  • the size may be controlled according to a ratio between the value of the second quantity and the value of the first quantity.
  • the value of M1+M2 may be a constant value even if the grain size of the whitlockite crystal changes.
  • the M1 value (M1/M2) relative to the M2 value may increase.
  • the M1/M2 value increases as the M1 value is increased, and accordingly, the particle size of the whitlockite crystal is controlled so that the particle size of the whitlockite crystal gradually decreases. I can.
  • the sum of the first amount and the second amount may be determined in consideration of the amount of whitlockite to be manufactured, so the sum of the two amounts may be 1.
  • the second amount can be determined in consideration of the amount of whitlockite to be manufactured, and in this case, the second amount may be 1.
  • a first amount eg 0.1
  • the total of the first amount and the second amount exceeds 1 in order to control the particle size while producing a certain amount of whitlockite crystals.
  • calcium ions and phosphate ions are mixed to prepare a first phosphate crystal, wherein cations other than calcium ions of the determined first amount are mixed together;
  • cation and phosphate ions other than calcium ions are mixed; And it may include aging the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal.
  • the first phosphate may be a phosphate containing calcium ions.
  • it is a crystal of calcium phosphate material.
  • it may be a material containing a calcium phosphate substance such as hydroxyapatite, dicalcium phosphate dehydrate (DCPD), brushite, monetite, or a combination thereof. have.
  • DCPD dicalcium phosphate dehydrate
  • brushite monetite
  • a combination thereof a combination thereof.
  • it is not limited to the exemplified material, and a material in which calcium ions and phosphate ions are combined may be regarded as a calcium phosphate material.
  • the second phosphate may be a phosphate material containing cations other than calcium ions. That is, the second phosphate material may be regarded as a material in which cation and phosphate ions other than calcium ions are combined. For example, if the cation other than the calcium ion is a magnesium ion, the second phosphate material is a magnesium phosphate material, and monomagnesium phosphate, dimagnesium phosphate, Newberyite, It can be seen as a material containing trimagnesium phosphate or a combination thereof. However, it is not limited to the exemplified material, and a material in which magnesium ions and phosphate ions are combined may be regarded as a magnesium phosphate material.
  • the second phosphate material may be cobalt(II) phosphate hydrate.
  • the second phosphate material is iron (III) phosphate dihydrate, iron (III) phosphate tetrahydrate, or these It may be a material comprising a combination of.
  • the second phosphate material may be sodium phosphate.
  • the second phosphate material may be potassium phosphate tribasic.
  • the second phosphate material may be strontium phosphate.
  • the second phosphate material may be barium phosphate.
  • the second phosphate material is not limited to the exemplified material, and any material that can exist in an aqueous solution by combining the above-described second cation and phosphate ions may be regarded as the second phosphate material.
  • the calcium ions may be supplied by a calcium ion supply material including at least one selected from calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium nitrate, and calcium acetate. , Preferably, it may be supplied by calcium hydroxide.
  • the present invention is not limited thereto and may include all cases in which phosphate ions and calcium ions are mixed to coexist in a solution.
  • Cations other than the calcium ion may be in the form of at least one of Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, and K, for example. .
  • the cation other than the calcium ion (ionic form of the X atom) includes at least one selected from X hydroxide, X carbonate, X nitrate, and X acetate. It can be supplied by a cation supply material.
  • the magnesium ion when a cation other than the calcium ion is a magnesium ion, the magnesium ion may include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium nitrate, and magnesium acetate. It can be supplied by a magnesium supply material.
  • an aqueous solution of solid magnesium hydroxide dissolved in water is mixed with phosphate ions to contain magnesium ions, or solid magnesium hydroxide is mixed with an aqueous solution containing phosphate ions so that phosphate ions and magnesium ions coexist in the solution.
  • the present invention is not limited thereto and may include all cases in which phosphate ions and magnesium ions are mixed so as to coexist in a solution.
  • Cations other than the calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal may play a role of inhibiting the formation and growth of calcium phosphate crystals by reacting calcium ions and phosphate ions.
  • a cation other than calcium ions mixed to prepare a first phosphate crystal is magnesium ions
  • the magnesium ions are formed of calcium ions and phosphate ions. It is possible to suppress the formation and growth of calcium phosphate crystals by reducing the collision frequency for the reaction.
  • the collision frequency between calcium ions and phosphate ions may be relatively high, and thus the frequency of the reaction to generate calcium phosphate may be high.
  • magnesium ions when magnesium ions are mixed together, since phosphate ions may collide with magnesium ions in addition to calcium ions, the collision frequency between phosphate ions and calcium ions may be relatively reduced compared to when magnesium ions are not mixed. Accordingly, the frequency of the reaction in which the calcium phosphate crystal is generated is also reduced, so that the growth of the calcium phosphate crystal can be suppressed. That is, magnesium ions may be involved in inhibiting the growth of calcium phosphate crystals.
  • Cations other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal and cations other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal may be the same.
  • a cation other than a calcium ion mixed to prepare a first phosphate crystal and a cation other than a calcium ion mixed to prepare a second phosphate crystal may all be magnesium ions.
  • a cation other than the calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal can play a role of inhibiting the growth of the first phosphate crystal
  • Cations other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal and cations other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal may be different.
  • a cation other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal is magnesium ions, but a cation other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal may interfere with the growth of the first phosphate crystal. It may be a cation other than calcium ions other than magnesium having similar physical characteristics (eg, size of ions) and chemical properties (eg, amount of charge) with magnesium ions.
  • the phosphate ion may include all forms of phosphoric acid that may exist according to pH in an aqueous solution.
  • phosphate ion may be considered to mean PO4 ⁇ 3-, but is not limited thereto, and all forms in which phosphoric acid may exist in an aqueous solution may be included.
  • phosphate ion (PO4 ⁇ 3-), hydrogen phosphate ion (HPO4 ⁇ 2-, hydrogen phosphate ion), dihydrogen phosphate ion (H2PO4 ⁇ -, dihydrogen phosphate ion), phosphoric acid (H3PO4, phosphoric acid) are all described above. It can be seen as a phosphate ion.
  • the phosphate ion is a phosphate ion supply material (or a phosphate ion providing material) comprising at least one selected from phosphoric acid, diammonium hydrogen phosphate, ammonium phosphate, and phosphate. It can be supplied by, preferably by phosphoric acid.
  • a solid phosphate ion-providing material eg, diammonium hydrogen phosphate, ammonium phosphate, etc.
  • a solid phosphate ion-providing material may be dissolved in water or an aqueous solution to mix a solution containing phosphate ions.
  • the phosphate ion-providing material eg, phosphoric acid
  • the phosphate ion-providing material contains water as a solvent, so that the phosphate ion-providing material itself contains phosphate ions, and the phosphate ion-providing material may be mixed with calcium ions.
  • phosphate ions when phosphate ions are mixed with calcium ions or cations other than calcium ions, they may be mixed by a dropwise method, but may be mixed by a pouring method.
  • the pouring method is a method different from the dropwise method, and refers to a method of adding all solutions to be added in a substantially very short time (for example, within about 1 second) at once.
  • a solution containing phosphate ions was continuously mixed in a dropwise manner at a volume flow rate of 12.5 ml/min.
  • a solution containing phosphate ions is 2ml/sec (120ml/min) to 130ml/sec (7800ml/min) It can be mixed at once with the volume flow rate of.
  • the time for mixing may increase from several seconds to several tens of seconds depending on the volume of the solution containing phosphate ions to be mixed.
  • the phosphate ions to be mixed may be mixed several times at a predetermined time interval.
  • phosphate ions mixed to prepare a first phosphate crystal and phosphate ions mixed to prepare a second phosphate crystal may be mixed at a predetermined time interval.
  • the predetermined time interval may be determined in consideration of the reaction time for forming the first phosphate crystal.
  • phosphate ions may be mixed, and the phosphate ions mixed at this time are phosphate ions or second phosphate crystals mixed to prepare the first phosphate crystal.
  • Phosphate ions to be mixed and may be added at a predetermined time interval in order to prepare.
  • a process of mixing a phosphate ion and a cation other than the first amount of calcium ion to prepare a first phosphate crystal, and a phosphate ion and a calcium ion to prepare a second phosphate crystal may be performed in the same container or may be performed in a separate container.
  • calcium ions and phosphate ions are mixed to prepare a first phosphate crystal, preferably a calcium phosphate crystal, and at this time, a cation other than the determined first amount of calcium ions is mixed together.
  • Mixing (S3300) and mixing (S3400) of cations other than the phosphate ions and the second amount of calcium ions to prepare the second phosphate crystal may be performed in separate containers. That is, in the first container, calcium ions, phosphate ions, and cations other than the first amount of calcium ions may be mixed, and in the second container, phosphate ions and other cations other than the second amount of calcium ions may be mixed.
  • reaction conditions can be provided through spatial separation.
  • the first reaction condition for producing the first phosphate crystal may be applied in the first container, and at the same time, the second reaction condition for producing the second phosphate crystal may be applied in the second container.
  • the reaction conditions may be determined in consideration of pH, amount of phosphoric acid, and the like.
  • a second phosphate material may be produced in the first vessel, but preferably a first phosphate crystal is produced in the first vessel. In the second vessel, second phosphate crystals are produced.
  • the mixed solution including the first phosphate crystal and the second phosphate crystal may be formed through a process of combining the mixed solution of the first container and the second container into one container.
  • calcium ions and phosphate ions are mixed to prepare a first phosphate crystal, preferably a calcium phosphate crystal, and at this time, a cation other than the determined first amount of calcium ions is mixed together.
  • Mixing (S4300) and mixing cation other than the second amount of calcium ions and phosphate ions to prepare the second phosphate crystal (S4400) may be performed in the same container.
  • the first mixed solution preferably means a mixed solution containing calcium phosphate crystals formed by reacting calcium ions and phosphate ions.
  • Phosphate crystals formed by reacting a cation other than calcium ions and phosphate ions may also be included, but the purpose of this application is sufficient even if the phosphate crystals formed by reacting a cation other than calcium ions and phosphate ions are not included in the first mixed solution. Can be achieved.
  • cations other than phosphate ions and calcium ions may be additionally mixed and reacted with the first mixed solution of the first container to produce a material of the second phosphate crystal.
  • a first phosphate crystal calcium ions and phosphate ions are mixed, and at this time, calcium phosphate crystals that are the result of the process (S4300) of mixing cation other than calcium ions as much as the determined first amount together
  • a second phosphate crystal formed in the step (S4400) of mixing a phosphate ion and a cation other than a second amount of calcium ions is added to the first phosphate crystal and the second phosphate.
  • a mixed solution containing all of the phosphate crystals may be formed.
  • the mixed solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal is aged (S4500) to prepare a whitlockite crystal having a determined size.
  • mixing and reaction are performed in one container, but mixing and reaction may be sequentially performed through temporal separation.
  • the meaning of separating in time may mean applying the first reaction condition for making the first phosphate crystal, and then applying the second reaction condition for making the second phosphate crystal after a predetermined time interval elapses.
  • the first reaction conditions may be applied in consideration of the amount of phosphate ions and calcium ions for preparing the first phosphate crystal, and the pH condition of the mixed solution.
  • the second reaction condition may be applied in consideration of the amount of cation other than the phosphate ions and calcium ions for producing the second phosphate crystal, and the pH condition of the mixed solution.
  • the phosphate ion supply material can be added in a pouring method rather than a dropwise method, so that the manufacturing time of whitlockite can be considerably shortened.
  • the method of manufacturing a whitlockite crystal is to determine the size of the whitlockite crystal to be manufactured (S3100), and based on the size of the determined crystal, 1 Determine the amount (S3200).
  • the determined size of the whitlockite crystal is a first size
  • the first amount is determined as a first value
  • the determined size of the whitlockite crystal is a second size larger than the first size
  • the first amount is second It is determined by the value.
  • a first phosphate crystal preferably a calcium phosphate crystal
  • calcium ions and phosphate ions are mixed, wherein cations other than the determined first amount of calcium ions are mixed together (S3300);
  • a second phosphate crystal cation and phosphate ions other than calcium ions are mixed (S3400); And aging a solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal (S3500), wherein the first value is greater than the second value.
  • a process of mixing an oxidizing agent may be further included.
  • the oxidizing agent may be mixed in at least one of the process of mixing other cations and phosphate ions (S3400), and the process of aging a solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal (S3500).
  • the process of mixing the oxidizing agent may be performed prior to the process (S3300) of mixing together calcium ions, phosphate ions, and cations other than the first amount of calcium ions in order to prepare the first phosphate crystal.
  • Hydrogen peroxide may preferably be used as an oxidizing agent.
  • filtering, washing, oven drying, ball milling, and sieving processes may be further included in order to prepare whitlockite crystals.
  • the first experiment (hereinafter, referred to as the first experiment) by spatial separation related to this example, calcium ions and phosphate ions were mixed in a first container, but a first amount of magnesium ions were mixed together.
  • 6.85 g (about 0.0924 mol) of solid calcium hydroxide was dissolved in distilled water to prepare a solution containing calcium ions, and the solution containing calcium ions was 3.81 mL (107.19 ml DW, 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions). That is, it was mixed with 111 mL of 0.5M phosphoric acid aqueous solution).
  • magnesium ions and phosphate ions were mixed.
  • solid magnesium hydroxide Y g was dissolved in distilled water (125 * (Y/1.9) ml) to prepare a solution containing magnesium ions, and an 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions 2.23 mL (62.77 ml DW, That is, it was mixed with 0.5M phosphoric acid aqueous solution 65mL). Thereafter, the mixture was stirred at 80° C. for 1 hour to form a magnesium phosphate material.
  • the amount of solid magnesium hydroxide (Xg, Yg) mixed in the first container and the second container is (0.19g, 1.9g), (0.38g, 1.52g), (0.63g, 1.27g), The experiment was conducted while changing to (1.27g, 0.63g).
  • the mixed solution in the first container and the mixed solution in the second container were combined into one mixed solution to form a mixed solution containing a calcium phosphate material and a magnesium phosphate material.
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • the synthesized powder was analyzed through SEM and XRD, and referring to FIG. 29, it was confirmed that, through the first experiment, when magnesium ions were added to the first container together, high purity whitlockite was formed.
  • FIGS. 30 and 31 it was confirmed that as the amount of magnesium hydroxide mixed in the first container (in proportion to the amount of magnesium ions) increased, the particle size of the whitlockite crystal gradually decreased.
  • 30A shows the amount of solid magnesium hydroxide (Xg, Yg) mixed in the first container and the second container as (0.19g, 1.9g), and (b) is (0.38g, 0.52g) ), (c) is (0.63g, 1.27g), (d) is the SEM data tested with (1.27g, 0.63g), and the prepared crystal is magnified 10000 times.
  • the total amount of magnesium ions to be mixed was set to 26 mol% with respect to the total amount of mixed cations, and total phosphate ions to all cations It was aged at 80°C with a molar ratio of about 1 to synthesize whitlockite.
  • solid magnesium hydroxide Y g was dissolved in distilled water (125 * (Y/1.9) ml) to prepare a solution containing magnesium ions, and then 2.23 mL (62.77 ml DW, 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions) was prepared. That is, 0.5M phosphoric acid aqueous solution (65 mL) was mixed in the mixed solution containing the calcium phosphate material. Thereafter, the mixture was stirred at 80° C. for 1 hour to form a magnesium phosphate material.
  • the amount of the mixed solid magnesium hydroxide (Xg, Yg) is (0.38g, 1.52g), (0.63g, 1.27g), (0.95g, 0.95g), (1.27g, 0.63g), (1.52) g, 0.38g).
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • the synthesized powder was analyzed through SEM and XRD.
  • FIG. 32 through this second experiment, when calcium ions, phosphate ions, and magnesium ions are added together to prepare a first phosphate crystal, high purity It was confirmed that uniform whitlockite was formed.
  • FIGS. 33 and 34 it was confirmed that as the amount of magnesium hydroxide (in proportion to the amount of magnesium ions) increased to prepare the first phosphate crystal, the particle size of the whitlockite crystal gradually decreased.
  • the amount of magnesium hydroxide in proportion to the amount of magnesium ions
  • Figure 33 shows the amount of the mixed solid magnesium hydroxide (Xg, Yg) as (0.38g, 1.52g), (b) as (0.63g, 1.27g), (c) as (0.95g) , 0.95g), (d) is (1.27g, 0.63g), (e) is the SEM data of the experiment with (1.52g, 0.38g), and the prepared crystal is enlarged by 10000 times.
  • the third experiment In the second experiment by temporal separation related to this example (hereinafter, the third experiment), most of the experimental conditions of the second experiment were maintained the same, but the reaction temperature and the aging temperature were performed at 60°C instead of 80°C. . After fixing the reaction temperature and the aging temperature at 60°C, the experiment was conducted while changing the first amount (X g) and the second amount (Y g). Other experimental conditions are the same as in the second experiment.
  • a solid magnesium hydroxide Y g was sequentially dissolved in distilled water to prepare a solution containing magnesium ions, and the above was added together with 2.23 mL of an 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions (62.77 mL DW, ie, 65 mL of 0.5 M phosphoric acid aqueous solution). It was mixed in a mixed solution containing calcium phosphate material. Then, the reaction was performed to form a magnesium phosphate material by stirring at 60° C. for 1 hour.
  • the synthesized powder was analyzed through XRD, and referring to FIG. 35, reaction temperature and aging when calcium ions, phosphate ions, and magnesium ions are added together to prepare the first phosphate crystal through this third experiment. If the temperature was proceeded to 60 °C, it could be confirmed that whitlockite was not formed. Therefore, it can be inferred that the amount of magnesium ions to be mixed to prepare the first phosphate crystal should be used as a variable, and that it should preferably proceed at a temperature of more than 60°C in order to control the size of the whitlockite crystal.
  • the total amount of magnesium ions to be mixed was 26 mol% with respect to the total amount of mixed cations, and the total phosphate ions to all cations It was aged at 80°C with a molar ratio of about 1 to synthesize whitlockite.
  • Solid magnesium hydroxide Y g was dissolved in distilled water to prepare a solution containing magnesium ions, together with 44.61 mL (1.25539 L DW, that is, 1.3 L of 0.5 M phosphoric acid aqueous solution) containing 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions. It was mixed with the mixed solution containing the calcium phosphate material. Thereafter, the mixture was stirred at 80° C. for 1 hour (second reaction time) to form a magnesium phosphate material.
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • the size of the synthesized powder was analyzed through SEM, and referring to FIGS. 36 and 37, when calcium ions, phosphate ions, and magnesium ions were added together to prepare the first phosphate crystal through the fourth experiment. , It was confirmed that high purity uniform whitlockite was formed. In addition, referring to FIG. 38, it was confirmed that as the amount of magnesium hydroxide mixed to prepare the first phosphate crystal (in proportion to the amount of magnesium ions) increased, the particle size of the whitlockite crystal gradually decreased.
  • 36 is SEM data obtained by experimenting with the amount of magnesium hydroxide (Xg, Yg) in the mixed solid (18.95g, 18.95g), and data obtained by magnifying the prepared crystals by 50000 times.
  • 37 is SEM data obtained by experimenting with the amount of mixed solid magnesium hydroxide (Xg, Yg) (30.32g, 7.58g), and data obtained by magnifying the prepared crystals by 50000 times.
  • an oxidizing agent may be added in the fourth experiment, and the oxidizing agent may shorten the manufacturing time of whitlockite.
  • the oxidizing agent may be hydrogen peroxide.
  • 137.05 g (about 1.8514 mol) of solid calcium hydroxide may be dissolved in distilled water and hydrogen peroxide serving as an oxidizing agent.
  • the first reaction time in the fourth experiment may be shortened to about 10 to 15 minutes.
  • the second reaction time of the fourth experiment may be shortened to about 10 to 15 minutes.
  • the aging time of the fourth experiment may be shortened to 3 hours.
  • whitlockite is prepared according to the following experimental example, and the particle size of the whitlockite crystal may be adjusted. .
  • Solid magnesium hydroxide Y g was dissolved in distilled water to prepare a solution containing magnesium ions, together with 44.61 mL (1.25539 L DW, that is, 1.3 L of 0.5 M phosphoric acid aqueous solution) containing 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions. It was mixed with the mixed solution containing the calcium phosphate material. Thereafter, the mixture was stirred at 80° C. for 10 to 15 minutes to form a magnesium phosphate material.
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • the total amount of magnesium ions to be mixed was 26 mol% with respect to the total amount of mixed cations, and the total amount of phosphate ions to all cations It was aged at 80°C with a molar ratio of about 1 to synthesize whitlockite. Compared with the fourth experiment, a relatively large amount of whitlockite was synthesized in the fifth experiment.
  • a solution containing magnesium ions was prepared by sequentially dissolving solid magnesium hydroxide Y g in distilled water, with 223.2 mL of an 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions (6.2768 L DW, that is, 6.50 L of a 0.5 M aqueous phosphoric acid solution). It was mixed with the mixed solution containing the calcium phosphate material. Thereafter, the mixture was stirred at 80° C. for 1 hour (second reaction time) to form a magnesium phosphate material.
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • an oxidizing agent may be added in the fifth experiment, and the oxidizing agent may shorten the manufacturing time of whitlockite.
  • the oxidizing agent may be hydrogen peroxide.
  • the first reaction time in the fifth experiment may be shortened to about 15 minutes.
  • the second reaction time of the fifth experiment may be shortened to about 15 minutes.
  • the aging time of the fifth experiment may be shortened to 3 hours.
  • whitlockite is prepared according to the following experimental example, and the particle size of the whitlockite crystal may be adjusted. .
  • a solution containing magnesium ions was prepared by sequentially dissolving solid magnesium hydroxide Y g in distilled water, with 223.2 mL of an 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions (6.2768 L DW, that is, 6.50 L of a 0.5 M aqueous phosphoric acid solution). It was mixed with the mixed solution containing the calcium phosphate material. Thereafter, the mixture was stirred at 80° C. for 15 minutes to form a magnesium phosphate material.
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • Calcium phosphate crystals are substances that phase shift to whitlockite crystals in the aging stage. Therefore, it is reasonable to assume that the size of the calcium phosphate crystals already formed is related to the size of the whitlockite crystals. In addition, it can be seen that the size of the calcium phosphate crystal has a positive correlation with the degree of reaction between calcium ions and phosphate ions.
  • magnesium ions can inhibit the formation and growth of calcium phosphate crystals by reacting with calcium ions and phosphate ions, and thus, the size of calcium phosphate crystals cannot be largely grown. Therefore, as the amount of magnesium ions mixed to prepare the first phosphate crystal increases, the size of the whitlockite crystal appears to decrease.
  • magnesium ions chemically reduces the collision frequency for the reaction of calcium ions and phosphate ions.
  • phosphate ions may more advantageously collide with calcium ions, and thus the frequency of occurrence of a reaction in which calcium phosphate is generated may be higher than that in the case where magnesium ions are present.
  • phosphate ions may collide with magnesium ions, which are competitors in addition to calcium ions, so that the collision frequency between phosphate ions and calcium ions is relatively reduced compared to when magnesium ions are not mixed. I can.
  • a size of a whitlockite crystal to be manufactured is determined (S5100), and a first temperature, a second temperature, and a second temperature are determined based on the determined size of the crystal.
  • the first temperature and the second temperature may be different from each other, or may be the same temperature.
  • the first temperature and the third temperature may be determined to be different from each other, or may be determined to be the same temperature.
  • the second temperature and the third temperature may also be determined at different temperatures, or may be determined at the same temperature.
  • phosphate ions and cations other than a second amount of calcium ions are mixed at the second temperature (S5400);
  • the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal may include aging the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal at a third temperature (S5500).
  • the fourth value may be greater than the third value. Further, preferably, the third value and the fourth value may be in a range of more than 50°C and less than or equal to 100°C.
  • the process of manufacturing a first phosphate crystal (S5300), a process of manufacturing a second phosphate crystal (S5400), and the first phosphate crystal and the The first temperature to the third temperature in the process of aging the solution containing the second phosphate crystal (S5500) may be determined to be a third value of 60°C.
  • the first temperature to the third temperature may be determined to be 80°C, which is a fourth value greater than the third value. That is, as the value of the first temperature to the third temperature is determined to be higher, the particle size of the whitlockite crystal can be gradually increased.
  • the variable that can be considered in order to control the size of the crystals of the produced whitlockite is the process of preparing the first phosphate (Fig. 27). It may be a first amount of cations other than calcium ions added to S3300 or S5300 of FIG. 39).
  • the first temperature, the second temperature, and the third It may be any one or more of the temperature.
  • the two embodiments described above do not have to be implemented independently, but may be used in combination with each other.
  • the above-described two embodiments are mixed and used, in order to control the crystal size of the produced whitlockite, compared to controlling the size of the whitlockite by any one of the above-described embodiments, the following They can have the same advantages.
  • the temperature range that can be selected is not large. Therefore, when the size of the whitlockite is controlled by controlling only the temperature, the range of the size of the whitlockite may be relatively limited. At this time, by controlling the first amount in the S3300 process (or S5300 in FIG. 39), the controllable range of the size of the manufactured whitlockite is wider.
  • the first amount (an amount of cations other than calcium ions added) in the S3300 process is also a material consumed in the production of the second phosphate, and the second phosphate production process and the whitlockite production process Since it is a substance that directly affects the first amount, the upper limit of the first amount will inevitably be limited. Therefore, the lower limit of the size of the whitlockite crystal through the control of the first amount is also limited. In this case, by controlling any one or more of the first temperature, the second temperature, and the third temperature, the minimum value of the size of the whitlockite crystal limited by the upper limit of the first amount is more than by controlling the temperature. It could be possible to be lower.
  • a process of mixing phosphate ions and calcium ions at a first temperature to prepare the first phosphate crystal, but mixing cation other than the first amount of calcium ions (S5300) And a process (S5400) of mixing cations other than phosphate ions and calcium ions at a second temperature to prepare the second phosphate crystal (S5400) may be performed in the same container, but may preferably be performed in a separate container.
  • calcium ions, phosphate ions, and cations other than the first amount of calcium ions are mixed in the first container, and phosphate ions and cations other than calcium ions may be mixed in the second container.
  • the first reaction condition for producing the first phosphate crystal may be applied in the first container, and at the same time, the second reaction condition for producing the second phosphate crystal may be applied in the second container.
  • the reaction conditions may be determined in consideration of pH, amount of phosphoric acid, temperature, and the like.
  • a first reaction condition including that the first temperature is a third value is applied in a first container, and at the same time, the second temperature is controlled in a second container.
  • a second reaction condition including that of a value of 4 may be applied.
  • Each of the first phosphate crystals and the second phosphate crystals are prepared in separate containers, and the temperature, which is one variable controlling the size of the whitlockite crystals, can be provided to each container differently.
  • the effect of widening the controllable range may occur.
  • some manufacturing processes may overlap on the time axis, and at least overlapping The temperature at which the first phosphate crystal and the second phosphate crystal are prepared cannot be provided differently in the time phase.
  • the process of producing the first phosphate crystal and the process of producing the second phosphate crystal are carried out in separate containers, different temperatures may be applied to each container, and the temperature may also be adjusted according to the degree of reaction progress in each container. Because it can be adjusted, the effect of being able to select variously the reaction temperature as a controllable variable of the whitlockite size can occur.
  • the second phosphate material may be produced in the first container, but preferably the first phosphate crystal is produced in the first container.
  • second phosphate crystals may be prepared.
  • the mixed solution including the first phosphate crystal and the second phosphate crystal may be formed through a process of combining the mixed solution of the first container and the second container into one container.
  • whitlockite crystals having a determined size may be prepared.
  • a size of a whitlockite crystal to be manufactured is determined (S5100), and a first temperature, a second temperature, and a second temperature are determined based on the determined size of the crystal.
  • phosphate ions and cations other than a second amount of calcium ions are mixed at the second temperature (S5400);
  • the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal may include aging the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal at a third temperature (S5500).
  • the fourth value may be greater than the third value.
  • the first phosphate may be a phosphate containing calcium ions.
  • it is a crystal of calcium phosphate material.
  • it may be a material containing a calcium phosphate substance such as hydroxyapatite, dicalcium phosphate dehydrate (DCPD), brushite, monetite, or a combination thereof. have.
  • DCPD dicalcium phosphate dehydrate
  • brushite monetite
  • a combination thereof a combination thereof.
  • it is not limited to the exemplified material, and a material in which calcium ions and phosphate ions are combined may be regarded as a calcium phosphate material.
  • the second phosphate may be a phosphate material containing cations other than calcium ions. That is, the second phosphate material may be regarded as a material in which cation and phosphate ions other than calcium ions are combined. For example, if the cation other than the calcium ion is a magnesium ion, the second phosphate material is a magnesium phosphate material, and monomagnesium phosphate, dimagnesium phosphate, Newberyite, It can be seen as a material containing trimagnesium phosphate or a combination thereof. However, it is not limited to the exemplified material, and a material in which magnesium ions and phosphate ions are combined may be regarded as a magnesium phosphate material.
  • the second phosphate material may be cobalt(II) phosphate hydrate.
  • the second phosphate material may be iron (III) phosphate dihydrate, iron (III) phosphate tetrahydrate, or these It may be a material comprising a combination of.
  • the second phosphate material may be sodium phosphate.
  • the second phosphate material may be potassium phosphate tribasic.
  • the second phosphate material may be strontium phosphate.
  • the second phosphate material may be barium phosphate.
  • the second phosphate material is not limited to the exemplified material, and any material that can exist in an aqueous solution by combining the above-described second cation and phosphate ions may be regarded as the second phosphate material.
  • the calcium ions may be supplied by a calcium ion supply material including at least one selected from calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium nitrate, and calcium acetate. , Preferably, it may be supplied by calcium hydroxide.
  • Calcium ions may be provided by mixing so as to be.
  • the present invention is not limited thereto and may include all cases in which phosphate ions and calcium ions are mixed to coexist in a solution.
  • Cations other than the calcium ion may be in the form of at least one of Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, and K, for example. .
  • the cation other than the calcium ion (ionic form of the X atom) includes at least one selected from X hydroxide, X carbonate, X nitrate, and X acetate. It can be supplied by a cation supply material.
  • the magnesium ion when a cation other than the calcium ion is a magnesium ion, the magnesium ion may include magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium nitrate, and magnesium acetate. It can be supplied by a magnesium supply material.
  • an aqueous solution of solid magnesium hydroxide dissolved in water is mixed with phosphate ions to contain magnesium ions, or solid magnesium hydroxide is mixed with an aqueous solution containing phosphate ions so that phosphate ions and magnesium ions coexist in the solution.
  • Magnesium ions may be provided by mixing.
  • the present invention is not limited thereto and may include all cases in which phosphate ions and magnesium ions are mixed so as to coexist in a solution.
  • Cations other than the calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal may play a role of inhibiting the formation and growth of calcium phosphate crystals by calcium ions and phosphate ions.
  • a cation other than calcium ions mixed to prepare a first phosphate crystal is magnesium ions
  • the magnesium ions are formed of calcium ions and phosphate ions. It is possible to suppress the formation and growth of calcium phosphate crystals by reducing the collision frequency for the reaction.
  • magnesium ions when magnesium ions are not mixed, calcium ions and phosphate ions may only collide, and thus the frequency of the reaction for generating calcium phosphate may be high.
  • magnesium ions when magnesium ions are mixed together, since phosphate ions may collide with magnesium ions in addition to calcium ions, the collision frequency between phosphate ions and calcium ions may be relatively reduced compared to when magnesium ions are not mixed. Accordingly, the frequency of the reaction in which the calcium phosphate crystal is generated is also reduced, so that the growth of the calcium phosphate crystal can be suppressed. That is, magnesium ions may be involved in inhibiting the growth of calcium phosphate crystals.
  • Cations other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal and cations other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal may be the same.
  • a cation other than a calcium ion mixed to prepare a first phosphate crystal and a cation other than a calcium ion mixed to prepare a second phosphate crystal may all be magnesium ions.
  • Cations other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal and cations other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal may be different.
  • cations other than calcium ions mixed to prepare the second phosphate crystal are magnesium ions
  • cation other than calcium ions mixed to prepare the first phosphate crystal may hinder the growth of the first phosphate crystal. It may be a cation other than calcium ions other than magnesium having similar physical characteristics (eg, size of ions) and chemical properties (eg, amount of charge) to magnesium ions.
  • the phosphate ions may include all forms of phosphate ions that may exist according to pH in an aqueous solution.
  • phosphate ion may be considered to mean PO4 ⁇ 3-, but is not limited thereto, and all forms in which phosphoric acid may exist in an aqueous solution may be included.
  • phosphate ion (PO4 ⁇ 3-), hydrogen phosphate ion (HPO4 ⁇ 2-, hydrogen phosphate ion), dihydrogen phosphate ion (H2PO4 ⁇ -, dihydrogen phosphate ion), phosphoric acid (H3PO4, phosphoric acid) are all described above. It can be seen as a phosphate ion.
  • the phosphate ion is a phosphate ion supply material (or a phosphate ion providing material) comprising at least one selected from phosphoric acid, diammonium hydrogen phosphate, ammonium phosphate, and phosphate. It can be supplied by, preferably by phosphoric acid.
  • a solid phosphate ion-providing material eg, diammonium hydrogen phosphate, ammonium phosphate, etc.
  • a solid phosphate ion-providing material may be dissolved in water or an aqueous solution to mix a solution containing phosphate ions.
  • the phosphate ion-providing material eg, phosphoric acid
  • the phosphate ion-providing material contains water as a solvent, so that the phosphate ion-providing material itself contains phosphate ions, and the phosphate ion-providing material may be mixed with calcium ions.
  • phosphate ions and calcium ions, or cations other than calcium ions may be mixed by a dropwise method, but may be mixed by a pouring method.
  • the pouring method is a method different from the dropwise method, and refers to a method of adding all solutions to be added in a substantially very short time (for example, within about 1 second) at once.
  • a solution containing phosphate ions was continuously mixed in a dropwise manner at a volume flow rate of 12.5 ml/min.
  • a solution containing phosphate ions is 2ml/sec (120ml/min) to 130ml/sec (7800ml/min) It can be mixed at once with the volume flow rate of.
  • the time for mixing may increase from several seconds to several tens of seconds depending on the volume of the solution containing phosphate ions to be mixed.
  • the phosphate ions to be mixed may be mixed several times at a predetermined time interval. For example, when the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal is aged, phosphate ions may be mixed, and the phosphate ions mixed at this time are phosphate ions or agents mixed to prepare the first phosphate crystal. 2 Phosphate may be added at a predetermined time interval with phosphate ions to be mixed to prepare crystals. In this case, the predetermined time interval may be determined in consideration of a reaction time for forming the first phosphate crystal or the second phosphate crystal.
  • a size of a whitlockite crystal to be manufactured is determined (S5100), and a first temperature, a second temperature, and a second temperature are determined based on the determined size of the crystal.
  • phosphate ions and cations other than a second amount of calcium ions are mixed at the second temperature (S5400);
  • the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal may include aging the solution containing the first phosphate crystal and the second phosphate crystal at a third temperature (S5500).
  • the fourth value may be greater than the third value.
  • the method of manufacturing the whitlockite crystal may further include a process of mixing an oxidizing agent.
  • a process of mixing calcium ions and phosphate ions at a first temperature, but at this time, mixing a cation other than the calcium ions of the first amount together S5300
  • a step of mixing a phosphate ion and a cation other than a second amount of calcium ions at a second temperature S5400
  • the oxidizing agent may be mixed in at least one of the processes of aging the included solution at a third temperature (S5500).
  • the first phosphate crystal is mixed with calcium ions and phosphate ions at the first temperature to prepare the first phosphate crystal, but at this time, other cations other than the first amount of calcium ions are mixed together. It may be performed prior to the process (S5300).
  • the process of mixing the oxidizing agent may be performed prior to the process (S5400) of mixing phosphate ions and cations other than the second amount of calcium ions at the second temperature in order to prepare the second phosphate crystal.
  • Hydrogen peroxide may preferably be used as an oxidizing agent.
  • At least one of the first temperature, the second temperature, and the third temperature is 60°C or more and 100°C or less. I can. When the first to third temperatures are lower than 60° C., materials other than whitlockite may be formed.
  • filtering, washing, oven drying, ball milling, and sieving processes may be further included in order to prepare whitlockite crystals.
  • the first experiment (hereinafter, referred to as the first experiment) by spatial separation related to this example, calcium ions and phosphate ions were mixed, but a first amount of magnesium ions were mixed together in a first container.
  • 6.85 g (about 0.0924 mol) of solid calcium hydroxide was dissolved in distilled water to prepare a solution containing calcium ions, and the solution containing calcium ions was 3.81 mL (107.19 ml DW, 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions). That is, it was mixed with 111 mL of 0.5M phosphoric acid aqueous solution).
  • magnesium ions and phosphate ions were mixed.
  • 0.95 g of solid magnesium hydroxide was dissolved in distilled water (62.5 ml) to prepare a solution containing magnesium ions, and an 85% phosphoric acid solution containing phosphate ions 2.23 mL (62.77 ml DW, that is, a 0.5 M aqueous phosphate solution). 65 mL).
  • the reaction was performed to form a magnesium phosphate material by stirring at Z° C. for 1 hour.
  • the mixed solution in the first container and the mixed solution in the second container were combined into one mixed solution to form a mixed solution containing a calcium phosphate material and a magnesium phosphate material.
  • the experiment was conducted while changing Z°C to 40°C, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C, and 90°C.
  • the mixed solution was filtered, washed, oven dried, ball milled, and sieved to prepare a dried powder.
  • FIG. 40 through this first experiment, when a certain amount of magnesium ions is added to the first container and reacted and aged at 60°C or higher, high purity It was confirmed that whitlockite was formed.
  • A) of FIG. 40 is data obtained by experimenting with Z°C at 90°C, (b) at 80°C, (c) at 70°C, (d) at 60°C, (e) at 50°C, (f) is a graph showing the results of the XRD Data experimented at 40°C.
  • FIG. 40 shows the SEM data of the experiment at Z°C to 90°C, (b) to 80°C, (c) to 70°C, and (d) to 60°C, magnifying the prepared crystal by 10000 times It is one data.
  • the crystal structure In order to prepare a whitlockite crystal, it can be inferred that the crystal structure must be changed through a phase shift in the aging step after the calcium phosphate crystal grows to a crystal having a certain size or more. Therefore, it is reasonable to assume that the size of the whitlockite crystal is related to the size of the calcium phosphate crystal that has already been prepared. Also, the process by which calcium phosphate crystals are formed may depend on temperature. This is because the calcium phosphate crystal undergoes a reaction through collisions between calcium ions and phosphate ions, and the collision frequency with calcium ions and phosphate ions may have a positive correlation with temperature.

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Abstract

본 출원의 일 실시예에 따른 휘트록카이트 제조방법은, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정하고; 상기 결정된 결정의 크기에 기초하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온의 제1 양을 결정하고 - 이때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우 상기 제1 양은 제1 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제 2 크기인 경우 상기 제1 양은 제2 값으로 결정됨 -; 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하고; 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하고; 그리고 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 것을 포함하되, 이때, 상기 제1 값은 상기 제2 값보다 큰 값이다.

Description

휘트록카이트의 제조 방법 및 휘트록카이트 결정의 입자 크기의 제어 방법
본 출원(the present application)에 의하면, 칼슘 포스페이트 화합물을 제조하는 방법이 개시된다. 보다 구체적으로, 휘트록카이트를 제조하는 방법이 개시된다. 또한, 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어하는 제조 방법이 개시된다.
현재 생체 적합성 무기 재료로 칼슘 포스페이트 화합물이 널리 사용되고 있다. 상기 칼슘 포스페이트 화합물은 인체 조직의 재생 또는 치료를 위하여 체내에 삽입되는 인공 골, 치과용 수복재, 골 시멘트, 구강 조성물, 필러와 같은 제품의 원재료로 사용되고 있다.
대표적인 칼슘 포스페이트 화합물로 하이드록시아파타이트(hydroxy apatite, HAp, Ca10(PO4)6(OH)2)와 β-트리칼슘 포스페이트(tricalcium phosphate, TCP, Ca3(PO4)2)가 있다.
인공적으로 합성되는 HAp는 생체 적합성이 우수하고, 골과 거의 동일한 화학적 특성을 갖지만, 결정성이 너무 커서 생체 내에서 분해되지 않아 자연 골을 대체할 수 없는 단점이 있다.
β-TCP는 생체 내에서 분해되며, 자연 골이 자라도록 유도하기 때문에 단일상의 β-TCP 또는 β-TCP와 HAp를 혼합한 BCP(biphasic calcium phosphate)에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 그러나, 종래 기술로는 나노 크기의 β-TCP를 대량으로 합성하는데 어려움이 있어 β-TCP를 다양한 분야에 응용하는데 한계가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에 HAp 및 β-TCP와 유사한 칼슘 포스페이트 화합물이지만, 그 화학적 구조 및 성분, 결정 구조가 서로 상이한 다른 칼슘 포스페이트 물질인 휘트록카이트(whitlockite, WH, Ca18X2(HPO4)2(PO4)12)가 연구되고 있다.
경조직(hard tissue)의 가장 풍부한 생체물질 중 하나인 휘트록카이트(WH)는 어린 나이의 몸과 생체미네랄화의 초기 단계에 높은 비율로 존재한다. 이는 휘트록카이트가 경조직의 발달에 중요한 역할을 수행함을 의미한다는 것은 간접적으로 나타낸다. 특히, 휘트록카이트에 포함된 마그네슘이 인체 내에서 주변 골 조직의 골 형성을 촉진하는 역할을 수행한다고 알려져 있다. 이러한 휘트록카이트가 경조직으로의 발달에 있어 중요한 역할을 한다는 점에 기초하여, 기존의 하이드록시아파타이트와 베타-트리칼슘포스페이트(β-tricalciumphosphate, β-TCP)를 대체하는 생체 적합성 무기 재료로서 휘트록카이트에 대한 관심이 증가되고 있는 실정이다. 다만, 하이드록시아파타이트와 베타 트리칼슘포스페이트에 대하여는 활발히 연구되어 왔으나, 휘트록카이트에 대하여는 연구가 많이 이루어지지 않아, 휘트록카이트의 역할, 합성 메커니즘을 규명하기 위한 연구에 대한 필요성이 증대되고 있고 있다.
그러나, 휘트록카이트는 HAp 및 β-TCP에 비하여 생산하는 공정이 까다로워서, 학술적으로 많은 연구가 진행되지도 않았으며, 산업적으로도 응용된 예를 찾기가 힘든 문제가 있었다.
이러한 휘트록카이트 합성이 어렵다는 문제를 해결하기 위하여 종래의 특허(한국 등록특허공보 제10-1423982호(2014.07.22.))에 의해 휘트록카이트 제조방법이 제시되었다.
그러나, 휘트록카이트를 제조하기 위한 종래의 방법은 제조 시간이 길어 제조 비용이 많이 소요되며, 중간과정에서 목표하는 중간생성물을 형성하고, 고순도의 휘트록카이트를 형성하기 위해 수용액의 pH를 정밀하게 제어해야 해서 제조방법이 복잡하다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술에서는, 휘트록카이트의 제조방법만을 기술할 뿐, 휘트록카이트의 입자 크기를 제어하는 방법에 대하여는 기술하고 있지 않다.
생체 적합성 무기 재료인 휘트록카이트를 인공 골, 치과용 수복재, 골 시멘트 등으로 사용하기 위해서 휘트록카이트 원재료를 성형하는 과정이 필요하다. 성형하는 경우, 휘트록카이트 원재료의 입자의 크기는 최종 세라믹 제품의 특성에 큰 영향을 미친다는 점은 세라믹 이론에서 널리 알려진 사실이다. 따라서, 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있는 방법에 대한 연구의 필요성이 존재한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원은 칼슘 이온과 인산 이온을 반응시키는 공정과 휘트록카이트를 구성하는 칼슘 이온 이외의 다른 양이온을 인산 이온과 반응시키는 공정이 서로 독립적으로 진행될 수 있도록 하는 휘트록카이트의 제조방법을 제공한다.
본 출원은 종래의 휘트록카이트 제조방법에 비하여 제조 시간을 줄이면서 공정 조건을 쉽게 제어할 수 있는 휘트록카이트의 제조방법을 제공한다.
본 출원에 의해 제공되는 일 양태에 의하면, 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법이 개시된다.
본 출원에 의해 제공되는 다른 양태에 의하면, 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법이 개시된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원은 휘트록카이트의 입자 크기를 제어할 수 있는 제조방법을 제공한다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 고상의 제1 포스페이트 물질이 형성되도록 제1 용기에서 제1 시간 동안 칼슘 이온(제1 양이온)을 포함하는 제1 용액과 인산 이온을 포함하는 제2 용액을 혼합 및 반응시켜 제1 혼합용액을 만드는 제1 공정; 제2 포스페이트 물질이 형성되도록 제2 용기에서 제2 시간 동안 칼슘 이외의 양이온(제2 양이온)을 포함하는 제3 용액과 인산 이온을 포함하는 제4 용액을 혼합 및 반응시켜 제2 혼합용액을 만드는 제2 공정; 상기 제1 용기의 상기 제1 혼합용액과 상기 제2 용기의 상기 제2 혼합용액을 제3 혼합용액으로 합치는 제3 공정; 및 제3 시간 동안 상기 제3 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 제5 용액을 혼합 및 숙성하는 제4 공정; 을 포함하며, 상기 제2 용액에 포함된 인산 이온의 양은 제1 양이며, 상기 제4 용액에 포함된 인산 이온의 양은 제2 양이며, 상기 제1 양과 상기 제2 양은 상이하며, 상기 제1 용기의 반응 초기 pH와 상기 제2 용기의 반응 초기 pH는 서로 상이할 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 시간의 적어도 일부와 상기 제2 시간의 적어도 일부는 중첩될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 용액 및 상기 제4 용액에 포함된 인산 이온의 양의 합에 대한 상기 제5 용액에 포함된 인산 이온의 양의 비율이 0.3 이상 0.55 이하의 범위일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 인산 이온은 인산(phosphoric acid), 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 인산 이온 공급물질에 의해 공급될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 칼슘 이온은, 수산화 칼슘(Calcium hydroxide), 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 칼슘 나이트레이트(Calcium nitrate) 및 칼슘 아세테이트(Calcium acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 칼슘 이온 공급 물질에 의해 공급될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 칼슘 이외의 양이온은 마그네슘 이온이며, 상기 마그네슘 이온은, 수산화 마그네슘(Magnesium hydroxide), 마그네슘 카보네이트(Magnesium carbonate), 마그네슘 나이트레이트(Magnesium nitrate) 및 마그네슘 아세테이트(Magnesium acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 마그네슘 이온 공급 물질에 의해 공급될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 공정은 상기 제1 용액과 상기 제2 용액을 제4 시간 동안 혼합하며, 제5시간 동안 반응시키되, 상기 제4 시간의 적어도 일부와 상기 제5 시간의 적어도 일부는 중첩되며, 상기 제2 공정은 상기 제3 용액과 상기 제4 용액을 제6 시간 동안 혼합하며, 제7 시간 동안 반응시키되, 상기 제6 시간의 적어도 일부와 상기 제7 시간의 적어도 일부는 중첩되며, 상기 제4 공정은 상기 제3 혼합용액에 상기 제5 용액을 제8 시간 동안 혼합하며, 제9 시간 동안 숙성시키되, 상기 제8 시간의 적어도 일부와 상기 제9 시간의 적어도 일부는 중첩될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 제10 시간 동안 산화제를 혼합하는 제5 공정을 더 포함하되, 상기 제10 시간의 이니셜 포인트는 상기 제1 시간 또는 상기 제2 시간의 이니셜 포인트보다 이전 시점에 위치되거나 상기 제1 시간 내지 상기 제9 시간의 적어도 일부와 중첩될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 산화제는 과산화수소일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 칼슘 이외의 양이온은 마그네슘 이온이며, 상기 제1 공정의 상기 제1 용액에 포함된 칼슘 이온의 양에 대한 상기 제2 용액에 포함된 인산 이온의 양의 비율이 0.6 이상 1.4 이하의 범위이며, 상기 제2 공정에서의 상기 제3 용액에 포함된 마그네슘 이온의 양에 대한 상기 제4 용액에 포함된 인산 이온의 양의 비율이 0.6 이상 5 이하의 범위일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제3 공정이 시작되는 이니셜 포인트는 상기 제4 시간의 터미널 포인트 및 상기 제6 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치하며, 상기 제3 공정이 시작되는 이니셜 포인트는 상기 제5 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제5 시간의 터미널 포인트는 상기 제4 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치되며, 상기 제7 시간의 터미널 포인트는 상기 제6 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치되며, 상기 제9 시간의 터미널 포인트는 상기 제8 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 혼합용액은 제1 포스페이트 물질을 포함하며, 상기 제2 혼합용액은 제2 포스페이트 물질을 포함하며, 상기 제3 혼합용액은 상기 제1 혼합용액 또는 상기 제2 혼합용액이 만들어진 이후에 형성되며, 상기 제3 공정에 의해 상기 제1 포스페이트 물질 및 상기 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액이 형성될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 포스페이트 물질은 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 디칼슘포스페이트 디하이드레이트(Dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), 브루사이트(Brushite) 및 모네타이트(Monetite) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제2 포스페이트 물질은 모노마그네슘 포스페이트(Monomagnesium phosphate), 디마그네슘 포스페이트(Dimagnesium phosphate), 뉴베리아이트(Newberyite), 트리마그네슘 포스페이트(Trimagnesium phosphate) 및 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 공정, 상기 제2 공정, 상기 제3 공정 및 상기 제4 공정에서 적어도 하나 이상의 공정은 50℃ 이상 95℃ 이하에서 진행될 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 일 실시예에 의하면, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정하고; 상기 결정된 결정의 크기에 기초하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온의 제1 양을 결정하고 - 이때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우 상기 제1 양은 제1 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제 2 크기인 경우 상기 제1 양은 제2 값으로 결정됨 -; 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하고; 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하고; 그리고 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 것을 포함하되, 이때, 상기 제1 값은 상기 제2 값보다 큰 값일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 일 실시예에 의하면, 산화제를 혼합하는 것이 더 포함될 수 있으며, 상기 산화제는 과산화수소일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 일 실시예에 의하면, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정함; 상기 결정된 결정의 크기에 기초하여, 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도를 결정함- 이 때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제3 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제2 크기인 경우, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제4 값으로 결정됨; 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제 1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하고; 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제2 온도에서 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하고; 그리고 상기 제3 온도에서 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 것을 포함하되, 이때, 상기 제4 값은 상기 제3 값보다 큰 값일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제3 값 또는/및 제4 값은 50℃ 초과 100℃ 이하의 값일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 일 실시예에 의하면, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 칼슘 이온이 아닌 제1 양이온을 함께 혼합하여 제 1 혼합용액을 만드는 제 1 공정; 제 2 포스페이트 물질을 제조하기 위하여, 제 2 온도에서 칼슘 이온이 아닌 제 2 양이온 및 인산 이온을 혼합하는 제 2 공정; 및 상기 제 1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정을 포함하는 제 2 혼합용액을 숙성시키는 제 3 공정; 을 포함하되, 상기 제 1 공정의 칼슘 이온이 아닌 제1 양이온은 상기 제 1 포스페이트 결정이 성장되는 것을 방지하여, 상기 제2 양이온의 양에 대한 상기 제 1 양이온의 양의 비율이 커질수록 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 감소하도록 상기 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 일 실시예에 의하면, 상기 제1 온도, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도가 제3 값에서 더 높은 값인 제4 값으로 상승할수록 상기 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 증가하도록 상기 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있다. 이 때 상기 제3 값 또는/및 상기 제4 값은 50℃ 초과 100 ℃ 이하의 값일 수 있다.
본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법의 일 실시예에 의하면, 산화제를 첨가하는 제4 공정을 더 포함하되, 상기 제4 공정은 상기 제1 공정 이전에 진행되거나, 상기 제1 공정 내지 상기 제3 공정의 적어도 일부와 시간 축 상에서 중첩되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 출원에 따른 실시예에 의하면, 제조시간을 상당히 단축하는 휘트록카이트 제조방법이 제공될 수 있다.
본 출원에 따른 실시예에 의하면, 공정을 운영하는 비용을 상당히 줄일 수 있는 휘트록카이트 제조방법이 제공될 수 있다.
본 출원에 따른 실시예에 의하면, 간단하면서 직관적으로 휘트록카이트를 제조할 수 있는 제조방법이 제공될 수 있다.
본 출원에 따른 실시예에 의하면, 고순도의 휘트록카이트를 제조할 수 있는 제조방법이 제공될 수 있다.
본 출원에 따른 실시예에 의하면, 휘트록카이트의 입자 크기를 제어할 수 있는 제조방법이 제공될 수 있다.
도 1은 종래의 휘트록카이트 제조방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 종래의 휘트록카이트 제조방법의 단계들을 시간 축 상에 개략적으로 나타낸 타임라인이다.
도 3은 본 출원에서 개시되는 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3의 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S10)을 세분화하여 나타낸 순서도이다.
도 5는 도 3의 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S20)을 세분화하여 나타낸 순서도이다.
도 6은 도 3의 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S40)을 세분화하여 나타낸 순서도이다.
도 7은 본 출원에서 개시되는 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예를 시간 축 상에 개략적으로 나타낸 타임라인이다.
도 8은 도 7의 각 공정들이 진행되는 시간 및 시점들을 개략적으로 나타낸 타임라인이다.
도 9는 본 출원에서 개시되는 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 10은 본 출원에서 개시되는 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 12는 도 11의 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S100)을 세분화하여 나타낸 순서도이다.
도 13은 도 11의 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S200)을 세분화하여 나타낸 순서도이다.
도 14는 도 11의 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S300)을 세분화하여 나타낸 순서도이다.
도 15는 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예를 시간 축 상에 개략적으로 나타낸 타임라인이다.
도 16은 도 15의 각 공정들이 진행되는 시간 및 시점들을 개략적으로 나타낸 타임라인이다.
도 17은 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 18은 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 19는 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제2 실험에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 20은 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제2 실험에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA이다.
도 21은 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제2 실험에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 22는 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제3 실험에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 23은 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제3 실험에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 24는 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제4 실험에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 25는 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제4 실험에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA이다.
도 26은 본 출원에서 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 제4 실험에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 27은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 28는 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 휘트록카이트 제조방법의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 29는 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 원 그래프이다.
도 30은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 31은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 휘트록카이트 결정의 평균 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 32는 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 원 그래프이다.
도 33은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 34는 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 휘트록카이트 결정의 평균 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 35는 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실험예에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 원 그래프이다.
도 36은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 37은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 38은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 휘트록카이트 결정의 평균 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
도 39는 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 온도 변수에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 40은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 온도 변수에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 XRD DATA의 결과를 나타낸 원 그래프이다.
도 41은 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 온도 변수에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 결과물의 SEM DATA이다.
도 42는 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제어할 수 있는 온도 변수에 의한 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 따라 형성된 휘트록카이트 결정의 평균 입자 크기를 나타낸 그래프이다.
1. 휘트록카이트 원재료의 제조방법
(1) 종래의 휘트록카이트의 제조 방법
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래의 휘트록카이트 제조방법(한국 등록특허공보 제10-1423982호(2014.07.22.))은 물에 칼슘 이온 공급 물질과 양이온 공급 물질을 첨가하여 양이온 수용액을 형성하는 단계(S1), 상기 양이온 수용액에 인산 공급 물질을 첨가(Dropwise 방식)하여 숙성시키는 단계(S2) 및 상기 숙성된 수용액을 건조하여 휘트록카이트 분말을 형성하는 단계(S3)를 포함한다.
종래의 휘트록카이트 제조방법은 제조 시간이 길다는 치명적인 단점이 존재한다.
그 이유는 첫 번째로, 물에 칼슘 이온 공급 물질과 양이온 공급 물질을 첨가하여 양이온 수용액을 형성하는 단계(S1)에서 물에 칼슘 이온 공급 물질과 칼슘 이외의 다른 양이온 공급 물질을 '동시'에 첨가함에 있다. 칼슘 이온이 인산 이온과 반응하는 데 필요한 제1 반응조건과 칼슘 이외의 다른 양이온이 인산 이온과 반응하는 데 필요한 제2 반응조건이 상이하나, 칼슘 이온 공급 물질과 칼슘 이외의 다른 양이온 공급 물질을 '동시'에 첨가함에 따라, 제1 반응조건과 제2 반응조건을 상이하게 제공할 수 없게 되어, 제조시간이 늘어나게 된다.
두 번째 이유로는, 인산 공급 물질을 천천히 적하 방식(Dropwise)으로 첨가하기 때문이다. 도 2를 참고하면, 숙성(S22)하기 전까지 적하 방식으로 인산 공급 물질이 첨가(S21)됨을 확인할 수 있다. 따라서, 휘트록카이트를 형성하는 데 필요한 인산 이온을 모두 첨가하는데 시간이 길어져 제조시간이 길어지게 되는 것이다.
또한 휘트록카이트를 제조하기 위한 종래의 방법은 그 제조방법이 복잡하다는 문제가 있다.
종래의 휘트록카이트 제조방법은 제1 포스페이트 및 제2 포스페이트의 pH에 따른 열역학적 안정성에 의존하여 휘트록카이트를 형성하기 때문에 휘트록카이트를 형성하기 위해 pH를 세밀하게 제어하여야 한다. pH를 세밀하게 제어하기 위해 인산 공급 물질을 적하 방식(Dropwise)으로 첨가하였고, 적하 방식에 따른 인산 공급 물질의 첨가 속도 및 첨가 양을 정확하게 설정해야 하기 때문에 제조방법이 복잡하다는 문제가 존재하였다.
이와 같은 문제점들을 해결하기 위해서 보다 간단하고, 제조시간이 단축된 휘트록카이트를 제조하기 위한 방법에 대한 필요성이 증대되고 있는 실정이다.
(2) 공간적 분리에 의한 휘트록카이트의 제조방법
이하에서는, 도 3 내지 도 8을 참고하여, 본 출원의 일 실시예에 따른 휘트록카이트의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 3을 참고하면, 본 출원의 일 실시예에 따른 휘트록카이트의 제조방법은 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1200), 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 만들기 위해 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300), 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S1400)을 포함한다. 이때, 본 출원에 따른 휘트록카이트의 제조방법은 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1200)은 별개의 용기에서 진행될 수 있다.
다시 말해, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액이 만들어지는 공정이 제1 용기에서 진행된다면, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액이 만들어지는 공정은 제1 용기와는 별개의 제2 용기에서 진행될 수 있다.
본 출원에 의해 개시되는 휘트록카이트의 제조방법에 의하면, 바람직하게는 혼합과 반응은 동일한 용기에서 진행될 수 있으나, 혼합과 반응이 반드시 동일한 용기에서 진행되어야 하는 것은 아니다.
다시 말해, 본 출원에 의하면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액이 제1 용기에서 만들어지고, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액은 제1 용기와는 별개의 제2 용기에서 만들어진다면 충분히 본 출원의 목적을 달성할 수 있게 된다.
이러한 공간적 분리를 통하여 바람직하게는, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1200)은 시간축 상에서 일부 중첩되어 진행될 수 있다. 즉, 상기 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1100)이 진행되는 시간과 상기 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1200)이 진행되는 시간은 일부 중첩(partially overlapped)될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 상기 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1200)은 동시에 이루어질 수 있다. 공간적 분리를 통하여, 두 공정을 동시에 진행할 수 있어, 휘트록카이트를 만드는 총 제조시간을 상당히 단축시킬 수 있다.
제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S1200)은 별개의 용기에 진행되기 때문에, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 만들기 위해서는, 각각의 용기에 포함된 제1 포스페이트 물질과 제2 포스페이트 물질을 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)을 포함할 수 있다. 제1 포스페이트 물질과 제2 포스페이트 물질을 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)을 통하여, 제1 포스페이트 물질과 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합용액이 형성될 수 있다.
제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합용액이 형성된 이후, 숙성하는 공정(S1400)이 진행된다.
제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서는 인산 이온이 포함된 용액이 추가로 첨가될 수 있다.
전술한 바와 같이, 종래의 휘트록카이트 제조방법은 인산 이온을 적하 방식(Dropwise)으로 전 공정에 걸쳐 첨가하여 pH를 미세하게 조절하여 pH조건을 염기성 조건에서 점차적으로 산성조건으로 변화하게 하였다. 다만, 인산 이온을 적하 방식으로 첨가하기 때문에, 제조시간이 오래 걸린다는 치명적인 단점이 존재하였다. 예를 들어, 칼슘 이온과 인산 이온을 서로 반응시켜, 안정화된 칼슘 포스페이트를 제조하는 데에 필요한 제1 pH 조건과 마그네슘 이온과 인산 이온을 서로 반응시켜 안정화된 마그네슘 포스페이트를 제조하는 데에 필요한 제2 pH 조건은 서로 다를 수 있는데, 상기 적하 방식에 의하면, 상기 제1 pH 조건에서부터 상기 제2 pH 조건으로 변경되는 데에 필연적인 시간이 필요할 수 밖에 없다. 이러한 pH 조건 변경에 필요한 필연적인 시간이 휘트록카이트의 제조시간을 길게 만드는 하나의 원인으로 작용하게 된다.
또한, pH를 반응 초기부터 숙성하는 과정 내내 세밀하게 제어를 해야 하며, 적하 방식에 따른 인산 이온 공급 물질의 첨가 속도 및 첨가 양을 정확하게 설정해야 하기 때문에 휘트록카이트 제조방법이 복잡하다는 문제점이 존재하였다.
이에 반하여, 본 출원에 의해 개시되는 휘트록카이트 제조방법은 종래의 휘트록카이트 제조방법에 비하여 다음과 같은 장점을 가진다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 휘트록카이트의 제조방법은 공간적 분리를 통해 칼슘 이온이 인산 이온과 반응하는 데 필요한 제1 반응조건과 칼슘 이외의 다른 양이온이 인산 이온과 반응하는 데 필요한 제2 반응조건을 상이하게 제공할 수 있으며, 인산 이온 공급 물질을 적하 방식(Dropwise)이 아니라 필요한 양만큼 '한 번'에 첨가하는 방식(Pouring 방식)을 채택하고 있기 때문에, 제조 시간을 단축시킬 수 있다. 반응조건은 pH 또는 인산의 양을 고려하여 제공할 수 있다.
또한, pH를 복잡하게 조절할 필요 없이, 특정 양의 인산 이온을 첨가하면 되기 때문에, 간단하고, 직관적으로 휘트록카이트를 제조할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 8을 참고하여, 각 공정에 대하여 좀 더 자세히 설명하도록 한다.
제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1100)은 제1 시간 동안 제1 용기에서 고상의 제1 포스페이트 물질이 형성되도록 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합시키고 반응시키는 것을 포함한다.
상기 제1 포스페이트 물질은 칼슘 이온을 포함하는 포스페이트 물질이다. 즉 칼슘 포스페이트 물질이다. 예를 들어, 칼슘 포스페이트 물질인 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 디칼슘포스페이트 디하이드레이트(Dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), 브루사이트(Brushite), 모네타이트(Monetite) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질이 될 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 칼슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 칼슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다. 바람직하게는, 상기 제1 포스페이트 물질은 하이드록시아파타이트일 수 있다.
상기 제1 시간은 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하기 시작하는 시점부터, 제1 포스페이트 물질이 형성되는 반응이 완료된 시점까지의 시간을 의미한다. 다만 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)이 시작되기 전까지 제1 포스페이트 물질이 형성되는 반응이 완전히 완료되지 않는다면, 상기 제1 시간은 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하기 시작하는 시점부터 후술할 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)이 시작되는 시점까지의 시간일 수 있다.
칼슘 이온을 포함하는 용액은 칼슘원자를 포함하고 물에 녹였을 때 이온화가 잘되는 물질을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 즉, 상기 칼슘 이온을 포함하는 용액은 칼슘 이온 제공물질(또는 칼슘 이온 공급물질)을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 칼슘 이온 제공물질은 수산화 칼슘(Calcium hydroxide), 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 칼슘 나이트레이트(Calcium nitrate) 및 칼슘 아세테이트(Calcium acetate) 등 일 수 있다.
전술한 바에 의하면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)은 인산 이온을 포함하는 용액과 칼슘이온을 포함하는 용액을 서로 혼합하는 것으로 기재하였으나, 인산 이온과 칼슘 이온이 용액 내에서 공존하는 용액을 제조할 수 있다면, 후술할 인산이온공급물질(또는 인산이온 제공물질)에 상기 칼슘이온 제공물질을 바로 혼합하거나, 혹은 물에 인산이온공급물질 및 상기 칼슘이온 제공물질을 한꺼번에 혼합하는 방식으로도 수행될 수 있을 것이다.
이 때, 인산 이온을 포함하는 용액과 칼슘이온을 포함하는 용액을 서로 혼합하는 것으로 기재하였으나, 물에 인산이온공급물질 및 상기 칼슘이온 제공물질을 한꺼번에 혼합하는 방식 등으로 인산 이온과 칼슘 이온이 용액 내에서 공존하는 용액을 제조하는 경우에는 상기 제1 시간은 칼슘 이온과 인산 이온이 공존하기 시작하는 시점부터, 칼슘이온 공급물질과 인산이온 공급물질의 혼합에 의해 수용액 내에 공존하게 되는 칼슘 이온과 인산 이온의 반응이 완료된 시점까지를 의미할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 공정(S1100)에서는 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 제1 시간 동안 혼합 및 반응시킨다. 본 출원의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 공정(S1100)에서는, 제2 시간 동안 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합(S1120)하고, 제3 시간 동안 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 반응시켜 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 형성(S1140)한다.
도 7 및 도 8를 참고하면, 상기 제2 시간은, 보다 더 구체적으로, 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액이 혼합되기 시작하는 시점부터 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액의 혼합이 완료되는 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제3 시간은, 칼슘 이온과 인산 이온이 제1 포스페이트를 생성하는 반응을 하기 시작하는 시점부터, 반응이 완료되는 시점 또는 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)이 시작되는 시점 중 빠른 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제1 시간은 제2 시간과 제3 시간의 총합이되, 중첩되는 시간을 제외한 시간을 의미한다.
제2 시간의 적어도 일부와 제3 시간의 적어도 일부는 시간 축 상에서 중첩될 수 있다. 즉 적어도 일부의 혼합공정(S1120)과 적어도 일부의 반응(S1140)이 동시에 일어날 수 있다.
예를 들어, 칼슘 이온이 포함된 용액 및 인산 이온이 포함된 용액이 혼합이 이루어진 즉시, 제1 포스페이트 물질을 형성하는 반응이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제1 시간은 상기 제3 시간의 시간과 동일한 값을 갖게 될 수 있다.
본 출원에 따른 일 실시예에 의하면, 칼슘 이온이 포함된 용액과 인산 이온이 포함된 용액의 '혼합' 공정(S1120)이 완료된 시점, 즉 제2 시간의 터미널 포인트에서는 칼슘 이온과 인산 이온이 용액 내에 포함될 수 있다. 다만, 혼합 공정(S1120)과 후술할 반응 공정(S1140)은 일부 동시에 일어날 수 있기 때문에, 제2 시간의 터미널 포인트에서는 제1 포스페이트 물질인 칼슘 포스페이트 물질을 더 포함할 수 있다.
칼슘 이온이 포함된 용액과 인산 이온이 포함된 용액의 '반응' 공정(S1140)에서는 칼슘 이온과 인산 이온이 반응하여 형성된 고상의 제1 포스페이트 물질인 칼슘 포스페이트 물질이 혼합 용액에 포함될 수 있다. 따라서 반응 공정(S1140)이 완료된 시점, 즉 제3 시간의 터미널 포인트에서는 고상의 칼슘 포스페이트 물질이 혼합용액 내에 포함될 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 적어도 상기 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 반응시키는 공정(S1140)는 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있다. 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1120) 또한 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있으나, 제1 포스페이트를 형성하는 반응공정(S1140)이 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행된다면 본 출원의 목적을 달성할 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1200)은 제2 용기에서 제4 시간 동안 고상의 제2 포스페이트 물질이 형성되도록 제2 양이온(또는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온)을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합 및 반응시킨다.
상기 제2 양이온은 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이며, 예를 들어 Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, 및 K 중 적어도 하나 이상의 이온형태일 수 있다. 바람직하게는 상기 제2 양이온은 마그네슘 이온일 수 있다.
상기 제4 시간은 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하기 시작하는 시점부터, 제2 포스페이트 물질이 형성되는 반응이 완료된 시점까지의 시간을 의미한다. 다만 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)이 시작되기 전까지 제2 포스페이트 물질이 형성되는 반응이 완전히 완료되지 않는다면, 상기 제4 시간은 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하기 시작하는 시점부터 후술할 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)이 시작되는 시점까지의 시간일 수 있다.
상기 제2 포스페이트 물질은 상기 제2 양이온을 포함하는 포스페이트 물질이다. 즉, 상기 제2 포스페이트 물질은 제2 양이온과 인산 이온이 결합된 물질로 볼 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 양이온이 마그네슘 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 마그네슘 포스페이트 물질이고, 모노마그네슘 포스페이트(Monomagnesium phosphate, Mg(H2PO4)2), 디마그네슘 포스페이트(Dimagnesium phosphate, MgHPO4), 뉴베리아이트(Newberyite), 트리마그네슘 포스페이트(Trimagnesium phosphate, Mg3(PO4)2) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 마그네슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 마그네슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
또한, 상기 제2 양이온이 코발트 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 코발트(II) 포스페이트 하이드레이트(Cobalt(II) phosphate hydrate, Co3(PO4)2*H20)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 철 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 아이언(III) 포스페이트 디하이드레이트(Iron(III) phosphate dihydrate, FePO4*2(H20)), 아이언(III) 포스페이트 테트라하이드레이트(Iron(III) phosphate tetrahydrate, FePO4*4(H20)) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 나트륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 소듐 포스페이트(Sodium phosphate, Na3PO4)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 칼륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 칼륨 포스페이트 트리베이직(Potassium phosphate tribasic, K3PO4)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 스트론튬 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 스트론튬 포스페이트(Strontium phosphate, Sr3(PO4)2)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 바륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 바륨 포스페이트(Barium phosphate, Ba3(PO4)2)일 수 있다.
다만, 제2 포스페이트 물질은 예시된 물질로 제한되지 않으며, 전술한 예시된 제2 양이온과 인산 이온이 결합하여 수용액 상에서 존재할 수 있는 물질이면 상기 제2 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
상기 제2 양이온을 포함하는 용액은 제2 양이온의 원자형태(X)를 포함하고 물에 녹였을 때 이온화가 잘되는 물질을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 즉, 상기 제2 양이온을 포함하는 용액은 제2 양이온 제공 물질(또는 제2 양이온 공급물질)을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 제2 양이온 제공 물질은 수산화 X(X hydroxide), X 카보네이트(X carbonate), X 나이트레이트(X nitrate) 및 X 아세테이트(X acetate) 등 일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 양이온이 마그네슘 이온이라면, 상기 제2 양이온을 포함하는 용액은 마그네슘 이온 공급물질인 마그네슘 원자형태를 포함하는 수산화 마그네슘 또는 마그네슘 카보네이트, 마그네슘 나이트레이트, 마그네슘 아세테이트 등을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다.
다만, 전술한 바에 의하면, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)은 인산 이온을 포함하는 용액과 제2 양이온을 포함하는 용액을 서로 혼합하는 것으로 기재하였으나, 인산 이온과 제2 양이온이 용액 내에서 공존하는 용액을 제조할 수 있다면, 인산이온 제공물질에 상기 제2 양이온 제공물질을 바로 혼합하거나, 혹은 물에 인산이온제공물질 및 상기 제2 양이온 제공물질을 한꺼번에 혼합하는 방식으로도 수행될 수 있을 것이다.
예를 들어, 상기 제2 양이온이 마그네슘 이온이라면, 상기 제2 양이온을 포함하는 용액은 고체 상태의 수산화 마그네슘을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있으며, 이를 인산 이온이 포함된 용액과 혼합할 수 있다. 또한 인산 이온이 포함된 용액에 고체 상태의 수산화 마그네슘 물질을 바로 혼합하거나, 혹은 물에 인산 제공 물질 및 수산화 마그네슘을 한꺼번에 혼합하는 방식으로도 수행될 수 있을 것이다.
이 때, 인산 이온을 포함하는 용액과 제2 양이온을 포함하는 용액을 서로 혼합하는 것으로 기재하였으나, 물에 인산이온공급물질 및 상기 제2 양이온 제공물질을 한꺼번에 혼합하는 방식 등으로 인산 이온과 제2 양이온이 용액 내에서 공존하는 용액을 제조하는 경우에는 상기 제4 시간은 제2 양이온과 인산 이온이 공존하기 시작하는 시점부터, 제2 양이온 공급물질과 인산이온 공급물질의 혼합에 의해 수용액 내에 공존하게 되는 제2 양이온 및 인산 이온 간의 반응이 완료된 시점까지를 의미할 수 있다.
도 3 및 도 5를 참고하면, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)에서는 칼슘 이온 이외의 다른 양이온인 제2 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 제4 시간 동안 혼합 및 반응시킨다. 본 출원의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)은 제5 시간 동안 제2 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합(S1220)하는 공정과 제6 시간 동안 제2 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 반응시켜 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 형성(S1240)하는 공정을 포함할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 상기 제5 시간은, 보다 더 구체적으로, 상기 제2 양이온을 포함하는 용액과 상기 인산 이온을 포함한 용액이 혼합되기 시작하는 시점부터 상기 제2 양이온을 포함하는 용액과 상기 인산 이온을 포함한 용액의 혼합이 완료되는 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제6 시간은, 제2 양이온과 인산 이온이 제2 포스페이트를 생성하는 반응을 하기 시작하는 시점부터, 반응이 완료되는 시점 또는 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)이 시작되는 시점 중 빠른 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제4 시간은 제5 시간과 제6 시간의 총합이되, 중첩되는 시간을 제외한 시간을 의미한다.
상기 제5 시간의 적어도 일부와 상기 제6 시간의 적어도 일부는 시간 축 상에서 중첩될 수 있다. 즉 적어도 일부의 혼합공정 (S1220)과 적어도 일부의 반응공정(S1240)이 동시에 일어날 수 있다.
예를 들어, 마그네슘 이온이 포함된 용액 및 인산 이온이 포함된 용액이 혼합이 진행되는 즉시, 제2 포스페이트 물질을 형성하는 반응이 진행될 수 있다. 이때, 상기 제4 시간은 상기 제6 시간의 값과 실질적으로 동일할 수 있다.
또한 본 출원에 따른 일 실시예에 의하면, 제2 양이온인 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 포함된 용액과 인산 이온이 포함된 용액의 ‘혼합’ 공정(S1220)이 완료된 시점, 즉 제5 시간의 터미널 포인트에서는 제2 양이온과 인산 이온이 수용액 내에 포함될 수 있다. 다만, 혼합 공정(S1220)과 후술할 반응 공정(S1240)은 일부 동시에 일어날 수 있기 때문에, 상기 제5 시간의 터미널 포인트에서는 제2 포스페이트 물질, 예를 들어, 마그네슘 포스페이트 물질을 더 포함할 수 있다.
다만, 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1200)은 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 별개의 용기에서 이루어지는 바, 제5 시간의 터미널 포인트에서의 혼합용액에서는 고상의 칼슘 포스페이트 물질을 포함하지 않을 수 있다.
제2 양이온이 포함된 용액과 인산 이온이 포함된 용액의 '반응' 공정(S1240)에서는 제2 양이온과 인산 이온이 반응하여 형성된 고상의 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합 용액이 형성될 수 있다. 따라서 반응 공정(S1240)이 완료된 시점, 즉 제6 시간의 터미널 포인트에서는 고상의 제2 포스페이트 물질이 혼합용액 내에 포함될 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 적어도 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 반응시키는 공정(S1240)는 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있다. 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1220) 또한 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있으나, 제2 포스페이트를 형성하는 반응공정(S1240)이 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행된다면 본 출원의 목적을 달성할 수 있다.
도 7 및 도 8를 참고하면, 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1200)은 별개의 용기에서 진행될 수 있기 때문에, 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1200)이 동시에 진행될 수 있다. 즉 상기 제1 시간의 적어도 일부와 상기 제4 시간의 적어도 일부가 시간 축 상에서 중첩될 수 있다.
또한, 제2 시간의 이니셜 포인트는 및 터미널 포인트는 제4, 5 시간의 이니셜 포인트 및 터미널 포인트와 무관하게 독립적으로 위치될 수 있다.
또한 제3 시간의 이니셜 포인트 및 터미널 포인트는 제4, 5 시간의 이니셜 포인트 및 터미널 포인트와 무관하게 독립적으로 위치될 수 있다.
다시 말해, 공간적으로 분리되기 때문에, 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1100)과 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정(S1200)이 독립적으로 진행될 수 있는 것이다.
종래의 휘트록카이트 제조방법의 경우에는, 하나의 용기에서 칼슘 이온 및 제2 양이온이 모두 포함된 용액에 인산 이온이 포함된 용액을 적하 방식(Dropwise)으로 첨가하여, 제1 포스페이트 물질을 만든 이후 순차적으로 제2 포스페이트의 물질을 형성한다. 이후 점차적으로 pH를 낮추어 산성 조건을 형성하여 제1 포스페이트 물질의 일부 원자를 제2 포스페이트 물질의 일부의 원자 또는 수용액에 포함된 이온으로 치환하여 결정 구조를 변화시켜 휘트록카이트를 형성한다. 이처럼, 종래의 휘트록카이트 제조방법은 제1 포스페이트 물질을 형성한 ‘이후’ 제2 포스페이트 물질을 형성하며, 인산 이온이 적하 방식(Dropwise)을 통해 첨가된다는 점에서 제조시간이 길다는 문제가 있었다.
본 출원에 따른 휘트록카이트 제조방법은, 공간적 분리를 통해 제1 포스페이트 물질과 제2 포스페이트 물질이 동시에 형성될 수 있고, 처음부터 목표하는 중간생성물을 형성하도록 각 용기에 반응 조건, 예를 들면 인산의 양 및 pH를 적절하게 제공할 수 있으며, 각 용기에 상이한 반응 환경을 조성하기 위해, 첨가되는 인산 이온의 양 및 pH가 상이하게 제공될 수 있다. 다시 말해, 제1 포스페이트 물질이 형성되는 데에 필요한 제1 반응 조건과 제2 포스페이트 물질이 형성되는 데에 필요한 제2 반응 조건은 서로 상이할 수 있다.
이때, 종래의 휘트록카이트의 제조방법에 의하면, 제1 반응 조건과 상기 제2 반응 조건은 동시에 제공될 수 없고, 제1 시점에는 제1 반응 조건이 반응용기에 주어졌다가, 반응이 진행됨에 따라 제2 시점에는 제2 반응 조건이 반응용기에 주어질 수 있도록 설계되어 있었기 때문에, 공정시간을 단축할 수 없었다.
그러나, 본 출원에 따른 휘트록카이트 제조방법은 상기 제1 반응조건은 제1 용기에 바로 인가하면서, 동시에 상기 제2 반응 조건은 제2 용기에 바로 인가할 수 있게 됨으로써, 상기 제1 용기에서는 상기 제1 포스페이트 물질이 바로 생성될 수 있도록 하면서, 동시에 상기 제2 용기에서는 상기 제2 포스페이트 물질이 생성될 수 있도록 할 수 있게 되었다. 다시 말해, 공간적 분리를 통하여 제1 용기 및 제2 용기에서 진행되는 반응이 동시에 진행되도록 처음부터 각 용기의 반응 조건을 상이하게 조성할 수 있어 휘트록카이트를 합성하는 데 종래의 제조 방법보다 제조 시간을 상당히 단축시킬 수 있다.
또한 인산 이온을 적하 방식(Dropwise)이 아닌 Pouring 방식으로도 첨가할 수 있다는 점 또한 휘트록카이트의 제조 시간을 상당히 단축시킬 수 있다는 데 기여한다. Pouring 방식에 대해서는 자세히 후술한다. 제조 시간이 단축됨에 따라 공정을 운영비용을 감축할 수 있다는 효과 또한 존재한다.
또 다시 도 3을 참고하면, 제1 포스페이트 물질과 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합 용액을 만들기 위해서는, 제1 용기에 포함된 제1 포스페이트 물질과 제2 용기에 포함된 제2 포스페이트 물질을 하나의 혼합 용액으로 합치는 공정(S1300)을 포함할 수 있다. 하나의 혼합 용액으로 합칠 때, 혼합 용액은 제1 용기 또는 제2 용기 중 하나에 합쳐질 수도 있으며, 제3 용기에 합쳐질 수도 있다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액과 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)에 의해, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합용액이 형성되게 된다. 예를 들어, 본 공정(S1300)의 결과물은 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)와 디마그네슘 포스페이트를 모두 포함할 수 있다.
또 다시 도 7 및 도 8을 참고하면, 제1 포스페이트 물질이 포함된 제1 용기의 혼합용액과 제2 포스페이트 물질이 포함된 제2 용기의 혼합용액을 하나의 혼합용액을 합치는 공정(S1300)이 시작되는 이니셜 포인트는 제2 시간의 터미널 포인트 또는 제5 시간의 터미널 포인트보다는 이후 시점에 위치될 수 있다.
즉, 본 공정(S1300)은 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정의 혼합 공정(S1120)이 완료된 시점(제2 시간의 터미널 포인트) 이후에 시작될 수 있다.
마찬가지로, 본 공정(S1300)은 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정의 혼합 공정(S1220)이 완료된 시점(제5 시간의 터미널 포인트) 이후에 시작될 수 있다.
또한, 제1 포스페이트 물질이 포함된 제1 용기의 혼합용액과 제2 포스페이트 물질이 포함된 제2 용기의 혼합용액을 하나의 혼합용액을 합치는 공정(S1300)의 이니셜 포인트는 제3 시간의 터미널 포인트보다는 이후 시점에 위치될 수 있다. 다시 말해, 본 출원에 의해 개시되는 휘트록카이트의 제조방법에 의하면, 반드시 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정의 반응 공정(S1140)이 완료된 이후에 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300)이 시작되어야 하는 것은 아니나, 바람직하게는 본 공정(S1300)은 제1 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 만드는 공정의 반응 공정(S1140)이 완료된 이후에 시작될 수 있다.
다시 도 3을 참고하면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합용액이 형성된 이후, 제7 시간 동안 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하고 숙성하는 공정(S1400)이 진행된다. 이때, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액으로부터 휘트록카이트가 형성되도록 충분한 상변이(Transform)가 이루어지기 위한 조건이 부여될 수 있다.
도 3 및 도 6을 참고한다. 본 출원의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합용액을 숙성하는 공정(S1400)은 제8 시간 동안 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합(S1420)하는 공정과 일부 원자가 상이한 원자로 치환된 제1 포스페이트 물질의 결정 구조가 변화되도록 제9 시간 동안 숙성하여 휘트록카이트를 형성하는 공정(S1440)을 포함할 수 있다.
다시 도 7 및 도 8을 참고하면, 상기 제8 시간은 인산 이온을 포함하는 용액과 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액과의 혼합이 시작되는 시점부터 혼합이 완료되는 시점까지의 시간이다.
상기 제9 시간은 휘트록카이트를 형성하도록 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 숙성하기 시작하는 시점부터 숙성이 완료된 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제7 시간은 제8 시간과 제9 시간의 총합이되, 중첩되는 시간을 제외한 시간을 의미한다.
상기 제8 시간의 적어도 일부와 상기 제9 시간의 적어도 일부는 시간 축 상에서 중첩될 수 있다. 즉 인산 이온을 포함한 용액과 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액과의 혼합과정(S1420)과 숙성과정(S1440)이 동시에 일어날 수 있다.
예를 들어, 하이드록시아파타이트 및 디마그네슘 포스페이트가 포함된 혼합용액에 인산 이온이 포함된 용액이 혼합이 이루어진 즉시, 하이드록시아파타이트 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액의 숙성이 이루어질 수 있다. 이때, 상기 제7 시간은 상기 제9 시간의 값과 실질적으로 동일한 값일 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 의하면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합 용액과 인산 이온이 포함된 용액의‘혼합’ 공정(S1420)이 완료된 시점, 즉 제8 시간의 터미널 포인트에서는 제1 포스페이트 물질, 제2 포스페이트 물질 및 인산 이온이 혼합용액 내에 포함될 수 있다. 다만, 혼합 공정(S1420)과 후술할 숙성 공정(S1440)은 일부 동시에 일어날 수 있기 때문에, 제8 시간의 터미널 포인트에서는 휘트록카이트를 더 포함할 수 있다.
제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질 및 인산 이온이 포함된 혼합용액의 '숙성' 공정(S1440)에서는 제9 시간 동안 숙성이 이루어져, 제1 포스페이트 물질의 결정 구조가 변화하면서 휘트록카이트가 형성될 수 있다. 따라서, 제9 시간의 터미널 포인트에서 혼합용액은 고상의 휘트록카이트를 포함할 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질 및 인산 이온이 포함된 혼합용액의 '숙성' 공정(S1440)은 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있다. 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합 용액과 인산 이온이 포함된 용액의‘혼합’ 공정(S1420) 또한 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있으나, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질 및 인산 이온이 포함된 혼합용액의 '숙성' 공정(S1440)이 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행된다면 본 출원의 목적을 달성할 수 있다.
제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200) 및 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서는 인산 이온을 포함하는 용액이 혼합된다.
상기 인산 이온은 수용액 상에서 pH에 따라 존재할 수 있는 인산의 형태를 모두 포함할 수 있다. 일반적으로 인산 이온(phosphate ion)이라고 하면, PO4^3- 를 의미한다고 볼 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 수용액 상에서 인산(Phosphoric acid)가 존재할 수 있는 형태를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 인산 이온(PO4^3-), 인산수소이온(HPO4^2-, hydrogen phosphate ion), 인산이수소이온(H2PO4^-, dihydrogen phosphate ion), 인산(H3PO4, phosphoric acid) 모두 상기 인산 이온으로 볼 수 있다.
상기 인산 이온은 인산(phosphoric acid), 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 인산이온 공급물질에 의해 공급될 수 있으며, 바람직하게는 인산(phosphoric acid)에 의해 공급될 수 있다.
상기 인산 이온을 포함하는 용액은 상온에서 고체로 존재하는 인산 이온 제공물질(예, 디암모늄 포스페이트, 암모늄 포스페이트, 인산염)을 물 또는 수용액에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 또는, 인산과 같은 인산 이온 제공물질은 물이 용매로 존재하여 인산 이온 제공물질 자체에 인산 이온이 포함될 수 있다.
예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)에서 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 경우, 고체의 디암모늄 포스페이트를 물에 용해시킨 수용액을 칼슘 이온을 포함하는 용액과 혼합을 하거나, 인산 이온 제공 물질 자체에 물이 용매로 포함되어 있는 인산 수용액을 칼슘 이온을 포함하는 용액과 혼합할 수 있다.
또한, 인산 이온이 포함된 용액이 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200) 및 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서는 인산 이온을 포함하는 용액이 혼합될 때, Pouring 방식에 의해 혼합될 수 있다. 상기 Pouring 방식은 적하 방식(Dropwise)과는 다른 방식으로, 실질적으로 매우 짧은 시간 안에 첨가하여야 하는 용액의 모든 양(volume)을 한꺼번에 첨가하는 방식을 의미한다. 예를 들어, 종래의 휘트록카이트 제조방법은 인산 이온이 포함된 용액을 12.5ml/min의 부피유량으로 지속적으로 적하 방식으로 혼합하였다. 반면 본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 인산 이온이 포함된 용액이 2ml/sec(120ml/min) 내지 130ml/sec(7800ml/min)의 부피유량으로 한꺼번에 혼합될 수 있다. 인산 이온이 포함된 용액이 혼합되는 시간이 단축되어 휘트록카이트 제조시간이 단축될 수 있다.
즉, 상기 제2 시간 또는 상기 제5 시간 또는 상기 제8 시간은 실질적으로 매우 짧은 시간(예를 들어, 약 1초 이내의 시간)일 수 있다. 그러나, pouring 방식에 의하더라도 첨가하는 인산 이온이 포함된 용액의 부피에 따라 상기 제2 시간 또는 제5 시간 또는 8 시간은 수초에서 수십초까지 늘어날 수 있다.
제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)과 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)에서 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 양(Volume)은 각각 목적하는 포스페이트 물질을 형성하기 위한 화학양론적 비율 및 혼합 용액의 pH를 고려하여 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1 용기에서는 칼슘 이온과 혼합 및 반응시켜 제1 포스페이트 물질 중 하나인 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)를 형성하기 위한 화학양론적 비율을 고려한 인산 이온의 양을 포함하는 인산 이온 공급 물질을 혼합할 수 있다. 또한 제1 포스페이트 물질을 안정적으로 형성되고, 안정적인 상태를 유지하기 위한 혼합용액의 pH를 고려하여 인산 이온을 포함하는 인산이온 공급 물질을 첨가할 수 있다. 예를 들어, 인산 이온 공급물질로 인산(Phosphate acid)을 사용하는 경우, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양(mole)과 하이드록시아파타이트가 안정적으로 유지될 수 있는 pH를 제공하기 위한 수소 이온의 양(mole)을 고려하여 인산의 제1 양(Volume)을 혼합할 수 있다. 또는, 인산 이온 공급물질로 인산(Phosphate acid)을 사용하는 경우, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양(mole)을 고려하여 인산의 양(Volume)을 첨가한 후, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 유지될 수 있는 pH를 제공(또는 조절)하기 위한 인산 이외의 다른 물질을 추가적으로 혼합할 수도 있다.
이때, 바람직하게는 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)에서 혼합되는 칼슘 이온의 양(mole)에 대한 인산 이온의 양(mole)의 비율은 0.6 이상 1.4 이하의 범위에 해당될 수 있다. 이 범위 이외의 비율인 경우, 휘트록카이트 이외의 물질이 결과물에 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 용기에서는 마그네슘 이온과 혼합 및 반응시켜 제2 포스페이트 물질, 바람직하게는 디마그네슘 포스페이트(Dimagnesium phosphate, MgHPO4)를 형성하기 위한 화학양론적 비율을 고려하여 인산 이온을 포함하는 인산 이온 공급물질을 첨가할 수 있다. 또한, 제2 포스페이트 물질이 안정적으로 생성되고, 안정적인 상태를 유지하기 혼합용액의 pH를 고려하여 인산 이온을 포함하는 인산이온 제공물질을 혼합할 수 있다. 예를 들어, 마그네슘 이온과 인산 이온으로부터 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양(mole)과 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 유지될 수 있는 pH를 제공하기 위한 수소 이온의 양(mole)을 고려하여 인산의 제2 양(Volume)을 혼합할 수 있다. 또는, 인산 이온 공급물질로 인산(Phosphate acid)을 사용하는 경우, 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양(mole)을 고려하여 인산의 양(Volume)을 첨가한 후, 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 유지될 수 있는 pH를 제공(또는 조절)하기 위한 인산 이외의 다른 물질을 추가적으로 혼합할 수도 있다.
이때, 바람직하게는 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)에서 혼합되는 마그네슘 이온의 양(mole)에 대한 인산 이온의 양(mole)의 비율은 0.6 이상 5 이하의 범위에 해당될 수 있다. 이 범위 이외의 비율인 경우, 휘트록카이트 이외의 물질이 결과물에 형성될 수 있다.
이 때 상기 인산의 제1 양(Volume)과 상기 인산의 제2 양(Volume)은 동일할 수도 있으나, 바람직하게는 상기 제1 양과 상기 제2 양은 상이할 수 있다.
상기 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 양(volume)은 상기 제1 포스페이트 물질과 상기 제2 포스페이트 물질들로부터 휘트록카이트가 제조될 수 있는 pH 조건 또는 목표하는 휘트록카이트 생성 양이 고려되어 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 하이드록시아파타이트와 상기 마그네슘 포스페이트 사이의 이온 교환을 통해 휘트록카이트가 제조되기 위한 pH 조건을 고려하여 상기 인산 이온을 포함하는 용액의 양이 결정될 수 있다. 다만, pH 조절하기 위한 인산 이외의 물질을 혼합할 수도 있으므로, 목표하는 휘트록카이트 생성 양을 고려하여 인산 이온을 공급하기 위해 인산을 혼합하며, pH 조절하기 위한 인산 이외의 물질을 추가로 혼합할 수 있다.
인산 이온 공급 물질로 인산(Phosphoric acid)이 아닌 공급 물질(예, 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate))이 사용되는 경우, 인산 이온이 포함된 용액과 함께, pH 를 조절하기 위한 수소 이온을 포함하는 용액이 추가로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 고체의 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate)를 용해시켜 인산 이온을 포함하는 용액을 만들고, 이를 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액에 첨가하는 경우, 휘트록카이트가 안정적으로 생성되기 위한 pH 에서 혼합용액이 숙성되도록, 수소 이온을 포함하는 용액(또는 pH 조절하기 위한 용액)이 추가로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 양(volume)은 휘트록카이트를 형성하기 위해 혼합되는 양이온의 총합과 음이온의 총합의 비를 고려하여 혼합될 수 있다.
예를 들어, 일정량의 휘트록카이트를 형성하기 위해 필요한 인산 이온을 포함하는 인산 용액의 양(Volume)이 제3 양이고, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)에서 혼합되는 인산 용액의 양(Volume)이 제1 양이고, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)에서 혼합되는 인산 용액의 양(Volume)이 제2 양인 경우, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서 혼합되는 인산 용액의 양(Volume) 은 상기 제3 양에서 상기 제1 양과 상기 제2 양의 합을 뺀 양으로 볼 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 양과 상기 제2 양의 총합에 대한 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서 혼합되는 인산 용액의 양의 비율은 0.3 이상 0.55 이하의 범위일 수 있다. 이 범위 이외의 비율인 경우, 휘트록카이트 이외의 물질이 결과물에 형성될 수 있다.
본 출원에 개시된 일 실시예에 따르면, pH를 미세하게 제어할 필요 없이 세 번에 걸쳐 정해진 양의 인산 이온을 첨가하여 휘트록카이트를 제조할 수 있으므로, 종래의 휘트록카이트 제조방법보다 훨씬 간단하고, 직관적이며, 명확한 방법으로 휘트록카이트를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
또 다시, 도 7 및 도 8을 참고하면, 인산 이온을 포함한 용액이 Pouring 방식에 의해 혼합됨에 따라, 제3 시간의 터미널 포인트는 제2 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치할 수 있다.
다시 말해, 칼슘 이온을 포함한 용액과 인산 이온을 포함한 용액의 혼합 공정(S1120)이 제1 포스페이트 물질을 형성하는 반응이 완료된 시점(제3 시간의 터미널 포인트)보다 먼저 완료되게 된다. 예를 들어, 인산 이온을 포함한 용액과 칼슘 이온을 포함한 용액이 Pouring 방식에 의해 1 초 이내에 짧은 시간 안에 혼합이 완료된 경우에, 혼합이 완료된 시점(제2 시간의 터미널 포인트) 이후에도 제1 포스페이트 물질을 생성하는 반응이 진행될 수 있다.
마찬가지로, 제6 시간의 터미널 포인트는 제5 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치할 수 있다. 다시 말해, 제2 양이온을 포함한 용액과 인산 이온을 포함한 용액의 혼합 공정(S1220)이 제2 포스페이트 물질을 형성하는 반응이 완료된 시점(제6 시간의 터미널 포인트)보다 먼저 완료되게 된다. 예를 들어, 인산 이온을 포함한 용액과 제2 양이온을 포함한 용액이 Pouring 방식에 의해 1 초 이내에 혼합이 완료된 경우에, 혼합이 완료된 시점(제5 시간의 터미널 포인트) 이후에도 제2 포스페이트 물질을 생성하는 반응이 진행될 수 있다.
마찬가지로, 제9 시간의 터미널 포인트는 제8 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치할 수 있다. 다시 말해, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함한 혼합용액과 인산 이온을 포함한 용액의 혼합 공정(S1420)이 휘트록카이트를 형성하기 위해 숙성하는 공정이 완료된 시점(제9 시간의 터미널 포인트)보다 먼저 완료될 수 있다. 예를 들어, 인산 이온을 포함한 용액이 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 Pouring 방식에 의해 1 초 이내에 혼합이 완료된 경우에, 혼합이 완료된 시점(제8 시간의 터미널 포인트) 이후에도 휘트록카이트를 형성하도록 숙성하는 공정이 진행될 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200) 및 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400)에서 인산 이온을 포함하는 용액이 혼합된다.
이때, 인산 이온 이온을 포함하는 용액은 세 번에 걸쳐서 소정의 시간 간격을 가지고 혼합될 수 있다.
다시 말해, 제8 시간의 이니셜 포인트는 제2 시간의 터미널 포인트 및 제5 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치될 수 있다. 예를 들어, 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1120)이 완료된 시점(제2 시간의 터미널 포인트)에서 소정의 시간이 흐른 이후, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1420)이 시작될 수 있다.
또한, 제2 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1220)이 완료된 시점(제5 시간의 터미널 포인트)에서 소정의 시간이 지난 이후, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1420)이 시작될 수 있다.
다만, 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1120)과 제2 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S1220)은 시간 축 상에서 동시에 진행될 수 있기 때문에, 상기 제2 시간의 터미널 포인트와 상기 제5 시간의 터미널 포인트는 시간 축 상에서 그 선후를 불문하며, 시간 축 상에서 완전히 동일할 수도 있다.
제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1440)에서는 혼합용액의 액체 상에 포함된 제2 양이온 또는 고상의 제2 포스페이트 물질에서 유래한 제2 양이온이 제1 포스페이트 물질의 일부 원자와 치환되어 원자 형태로 결합되고, 제1 포스페이트 물질에서 치환된 일부 원자는 액체 상의 이온의 형태가 될 수 있다. 이때 제2 양이온이 일부 치환된 제1 포스페이트 물질이 숙성됨에 따라 상변이를 통해 결정 구조가 변화하면서 휘트록카이트가 형성되는 것이다.
예를 들어, 하이드록시아파타이트의 일부 칼슘 원자가 마그네슘 원자 형태로 치환되기 이전의 하이드록시아파타이트의 결정 구조는 육방 구조(Hexagonal structure)이다. 일부 칼슘 원자가 마그네슘 원자로 치환 및 숙성됨에 따라, 하이드록시아파타이트의 구조가 능면 구조(Rhombohedral structure)로 변화하게 되어, 휘트록카이트가 형성될 수 있다. 다시 말해, 하이드록시아파타이트는 육방 구조(Hexagonal structure)이며, 휘트록카이트는 능면 구조(Rhombohedral structure)로 상이한 구조이며, 일부 칼슘 원자가 마그네슘 원자로 치환된 하이드록시아파타이트를 숙성함에 따라 상변이를 통해 결정 구조가 변화하면서 휘트록카이트가 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200), 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300), 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400) 중 적어도 하나 이상의 공정은 50℃ 이상 95℃ 이하에서 진행될 수 있다.
본 출원에 의해 개시되는 일 실시예에 의하면, 휘트록카이트를 제조하는 방법은 전술한 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200), 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(S1300), 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S1400) 중 적어도 하나 이상의 공정에서, 산화제가 추가적으로 첨가(또는 혼합)될 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)에서, 제1 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합(S1120)하는 과정에서 산화제가 함께 첨가될 수 있다.
또는 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)의 시작 시점인 제1 시간의 이니셜포인트보다 빠른 시점보다 이전에 산화제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1100)이 시작되기 이전에 산화제가 제1 용기에 첨가될 수 있다.
또는 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)의 시작 시점인 제4 시간의 이니셜포인트보다 빠른 시점에 산화제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S1200)이 시작되기 이전에 산화제가 제2 용기에 첨가될 수 있다.
다시 말해, 본 출원에 의한 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법은 제10 시간 동안 산화제를 혼합하는 제5 공정을 더 포함하되, 상기 제10 시간의 이니셜 포인트는 상기 제1 시간 또는 제4 시간의 이니셜 포인트보다 이전 시점에 위치되거나 상기 제1 시간 내지 상기 제9 시간의 적어도 일부와 시간 축 상에서 중첩될 수 있다.
산화제를 첨가함에 따라, 휘트록카이트 결정을 제조하는 데 걸리는 제조시간을 단축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 산화제는 과산화수소일 수 있다.
추가적으로 휘트록카이트를 제조하기 위하여, 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙 공정이 더 포함될 수 있다.
본 제조 방법에 따라 만들어진 휘트록카이트는 인체 조직의 재생 또는 치료를 위하여 체내에 삽입되는 인공 골, 치과용 수복재, 골 시멘트, 구강 조성물, 필러와 같은 제품의 원재료로 사용될 수 있다.
(2)-1 실험예
본 실시예에 따른 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법과 관련된 실험(제1 실험)에서는 마그네슘 이온의 함량을 전체 양이온에 대하여 약 26몰%로 하였으며, 전체 양이온에 대한 총 인산 이온의 몰비를 약 1로 하여 80℃ 에서 숙성시켜 휘트록카이트를 합성하였다.
제1 용기에서는 고체의 수산화칼슘 6.85g(약 0.0924mol)을 증류수(125ml)에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액(0.74M 수산화칼슘 수용액 125mL)을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산 용액 3.81mL(107.19ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 111mL)과 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
제2 용기에서는 고체의 수산화마그네슘 1.90g(약 0.032579mol)을 증류수(125ml)에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액(0.26M 수산화마그네슘 수용액 125mL)을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.23mL(62.77ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 65mL)과 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다. 이 때, 마그네슘 이온의 몰 수는 마그네슘 이온과 칼슘 이온의 몰 수의 합인 전체 양이온의 몰 수의 26몰%이다. 제1 용기와 제2 용기에서 혼합되는 각각의 인산 이온의 양(mole) 또는 인산 이온을 포함하는 인산 용액의 양(Volume)은 1.7:1의 비율로 상이하게 혼합하였다.
그 후 제1 용기의 혼합용액과 제2 용기의 혼합용액을 하나의 혼합용액으로 합쳐, 칼슘 포스페이트 물질과 마그네슘 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하였다.
이후 칼슘 포스페이트 물질과 마그네슘 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.54mL(71.46 ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 74mL)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 23시간 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다. 이 때 인산 이온이 포함된 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
23시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 분석하였으며, 도9 및 도10을 참고하면, 본 실험을 통하여 다양한 형상이며, 크기가 미세한 고순도의 휘트록카이트를 합성한 것을 확인할 수 있다. 도9의 SEM Data는 제조된 결정을 50000배 확대한 Data이다.
(3) 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법
도 11을 참고하면, 본 출원의 일 실시예에 따른 휘트록카이트의 제조방법은 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200), 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S2300)을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 11을 참고하면, 본 출원의 일 실시예에 따른 휘트록카이트의 제조방법은 상술한 공간적 분리에 의한 휘트록카이트의 제조방법과 달리, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2100)과 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200)은 같은 용기에서 진행된다. 다만 공간적 분리를 통해 휘트록카이트 제조시간을 종래보다 상당히 단축한 공간적 분리에 의한 휘트록카이트의 제조방법과 달리, 본 실시예는 시간적 분리를 통해 휘트록카이트 제조시간을 종래보다 단축시킬 수 있다.
도 11 및 도 12를 참고한다. 본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2100)은 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 제1 시간 동안 혼합하는 공정(이하 제1 공정, S2120)과 제1 포스페이트 물질이 형성되도록 제1 공정의 결과물이 제2 시간 동안 반응되어 혼합용액을 형성하는 공정(이하 제2 공정, S2140)을 포함할 수 있다.
상기 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2100)이 진행된 이후 순차적으로, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200)이 진행될 수 있다.
도 11 및 도 13을 참고하면, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200)은 제2 양이온인 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 인산 이온을 포함하는 용액을 제3 시간 동안 혼합하는 공정(이하 제3 공정, S2220)과 제2 포스페이트 물질이 형성되도록 제3 공정의 결과물이 제4 시간 동안 반응되어 혼합용액이 형성되는 공정(이하 제4 공정, S2240)을 포함할 수 있다.
본 출원에 의해 개시되는 휘트록카이트의 제조방법에 의하면, 바람직하게는 상기 제1 공정(S2120)의 혼합과 상기 제2 공정(S2140)의 반응은 바람직하게는 동일한 용기에서 진행될 수 있으나, 반드시 동일한 용기에서 진행되어야 하는 것은 아니다.
마찬가지로, 상기 제3 공정(S2220)의 혼합과 상기 제4 공정(S2240)의 반응은 바람직하게는 동일한 용기에서 진행될 수 있으나, 반드시 동일한 용기에서 진행되어야 하는 것은 아니다.
다시 말해, 본 출원에 의하면 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액이 제1 용기에서 만들어지고, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액 또한 동일한 제1 용기에서 만들어진다면 충분히 본 출원의 목적을 달성할 수 있게 된다.
공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법과 달리, 하나의 용기에서 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2100)과 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200)이 순차적으로 일어날 수 있기 때문에 상기 제4 공정의 결과물의 혼합용액은 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함할 수 있다.
또한, 하나의 혼합용액으로 합치는 공정(도3, S1300) 없이, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액이 형성될 수 있다는 점에서 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법과 차이가 존재한다.
제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200)이 진행된 이후 순차적으로, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S2300)이 진행될 수 있다.
도 11 및 도 14를 참고하면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S2300)은 제4 공정의 결과물인 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 용액을 제5 시간 동안 혼합하는 공정(이하 제5 공정, S2320)과 제5 공정의 결과물을 제6 시간 동안 숙성하는 공정(이하 제6 공정, S2340)을 포함할 수 있다.
종래의 휘트록카이트 제조방법은 칼슘 이온과 제2 양이온이 초기부터 같이 혼합되고, 두 양이온이 함께 존재하는 수용액에 인산 공급 물질을 첨가하는 방식으로 반응이 진행되며, 생성된 제1 포스페이트 및 제2 포스페이트의 pH에 따른 열역학적 안정성에 의존하여 휘트록카이트를 제조하였다.
다만 종래의 휘트록카이트 제조방법은 pH를 세밀하게 제어하기 위해 적하방식(Dropwise)으로 인산 이온을 공급해야 하여, 인산 이온의 공급 속도 및 공급 양을 세밀하게 통제하여야 하기 때문에 휘트록카이트 제조시간이 연장되고, 제조방법이 복잡하다는 문제점이 존재하였다.
본 출원의 바람직한 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100)과 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200)이 시간적으로 분리될 수 있다.
시간적으로 분리된다는 것의 의미는 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만들기 위한 제1 반응조건을 인가한 후, 소정의 시간 간격이 지난 후 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만들기 위한 제2 반응조건을 인가하는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100)에서는 제1 포스페이트 물질을 생성하도록 칼슘 이온을 포함하는 용액과 제1 양의 인산 이온이 포함된 용액을 혼합하여 반응시킬 수 있다. 소정의 시간이 지난 후, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200)에서는 제2 포스페이트 물질을 생성하도록 제2 양이온이 포함된 용액과 제2 양의 인산 이온이 포함된 용액을 혼합하여 반응시킬 수 있다.
이러한 시간적 분리를 통하여 각 공정에서 목적하는 중간생성물을 형성할 수 있으며, 목적하는 중간생성물을 형성하기 위해 pH를 복잡하게 제어하지 않아도 무방하여 간단하고 직관적으로 휘트록카이트를 제조할 수 있다.
또한 pH를 세밀하게 제어하지 않아도 무방한 바, 인산 이온 공급 물질을 적하 방식(Dropwise)이 아닌, Pouring 방식으로 첨가할 수 있어 휘트록카이트의 제조시간을 상당히 단축시킬 수 있다. 다시 말해, 본 출원에서 개시되는 휘트록카이트 제조방법에 의하면, 제조 시간이 짧고, 제조방법이 간단하면서도 직관적인 고순도의 휘트록카이트 제조방법이 제공될 수 있다.
이하에서는 도 11 내지 도 16을 참고하여, 각 공정에 대하여 좀 더 자세히 설명하도록 한다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2100)은 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 제1 시간 동안 혼합하는 공정(제1 공정, S2120)과 제1 포스페이트 물질이 형성되도록 제1 공정의 결과물이 제2 시간 동안 반응되어 혼합용액을 형성하는 공정(제2 공정, S2140)을 포함할 수 있다.
상기 제1 포스페이트 물질은 칼슘 이온을 포함하는 포스페이트 물질일 수 있다. 즉 칼슘 포스페이트 물질일 수 있다. 예를 들어, 칼슘 포스페이트 물질인 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 디칼슘포스페이트 디하이드레이트(Dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), 브루사이트(Brushite), 모네타이트(Monetite) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질이 될 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 칼슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 칼슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다. 바람직하게는 제1 포스페이트 물질은 하이드록시아파타이트일 수 있으며, 혼합용액 내에서 고체의 상태로 존재할 수 있다.
상기 칼슘이온을 포함하는 용액은 칼슘원자를 포함하고 물에 녹였을 때 이온화가 잘되는 물질을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 즉, 상기 제1 양이온을 포함하는 용액은 칼슘 이온 제공 물질을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 칼슘 이온 제공 물질은 수산화 칼슘(Calcium hydroxide), 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 칼슘 나이트레이트(Calcium nitrate) 및 칼슘 아세테이트(Calcium acetate) 등 일 수 있다.
전술한 바에 의하면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100)은 인산 이온을 포함하는 용액과 칼슘이온을 포함하는 용액을 서로 혼합하는 것을 포함하는 것으로 기재하였으나, 인산 이온과 칼슘 이온이 용액 내에서 공존하는 용액을 제조할 수 있다면, 인산 이온 제공 물질에 상기 칼슘이온 제공물질을 바로 혼합하거나, 혹은 물에 상기 인산 이온 제공 물질 및 상기 칼슘이온 제공물질을 한꺼번에 혼합하는 방식으로도 수행될 수 있을 것이다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 상기 제1 시간은 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하기 시작하는 시점부터, 혼합이 완료된 시점까지의 시간을 의미하며, 상기 제2 시간은 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액이 반응하기 시작하는 시점부터 반응이 완료된 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제1 시간의 적어도 일부와 상기 제2 시간의 적어도 일부는 시간 축 상에서 중첩될 수 있다. 즉, 제1 공정의 혼합하는 공정(S2120)이 진행되는 동시에 제2 공정의 제1 포스페이트 물질이 생성되는 반응(S2140)이 진행될 수 있다. 예를 들면, 칼슘 이온이 포함된 용액과 인산 이온이 포함된 용액의 혼합이 시작되는 즉시, 제1 포스페이트 물질을 생성하는 반응이 일어날 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 의하면, 칼슘 이온이 포함된 용액과 인산 이온이 포함된 용액의 혼합 공정(제1 공정)이 완료된 시점, 즉 제1 시간의 터미널 포인트에서는 칼슘 이온과 인산 이온이 수용액 내에 포함될 수 있다. 다만, 제1 공정(S2120)과 후술할 제2 공정(S2140)은 일부 동시에 일어날 수 있기 때문에, 제1 시간의 터미널 포인트에서는 제1 포스페이트 물질인 칼슘 포스페이트 물질을 더 포함할 수 있다.
본 출원의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제2 공정(S2140)에서는 칼슘 이온과 인산 이온이 반응하여 형성된 고상의 제1 포스페이트 물질인 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합 용액이 형성될 수 있다. 따라서 제2 공정이 완료된 시점, 즉 제2 시간의 터미널 포인트에서는 고상의 칼슘 포스페이트 물질이 혼합용액 내에 포함될 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 적어도 상기 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 반응시키는 공정(S2140)은 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있다. 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S2120) 또한 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있으나, 제1 포스페이트를 형성하는 반응공정(S2140)은 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행된다면 본 출원의 목적을 달성할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2100)이 진행된 후 순차적으로 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200)이 진행된다.
제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 만드는 공정(S2200)은 제2 양이온(또는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온)을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 상기 제2 공정의 결과물과 제3 시간 동안 혼합하는 공정(제3 공정, S2220)과 제2 포스페이트 물질이 형성되도록 제3 공정의 결과물이 제4 시간 동안 반응되어 혼합용액이 형성되는 공정(제4 공정, S2240)을 포함할 수 있다.
상기 제2 양이온은 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이며, 예를 들어 Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, 및 K 중 적어도 하나 이상의 이온형태일 수 있다. 바람직하게는 상기 제2 양이온은 마그네슘 이온일 수 있다.
상기 제2 포스페이트 물질은 상기 제2 양이온을 포함하는 포스페이트 물질이다. 즉, 상기 제2 포스페이트 물질은 제2 양이온과 인산 이온이 결합된 물질로 볼 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 양이온이 마그네슘 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 마그네슘 포스페이트 물질이고, 모노마그네슘 포스페이트(Monomagnesium phosphate), 디마그네슘 포스페이트(Dimagnesium phosphate), 뉴베리아이트(Newberyite), 트리마그네슘 포스페이트(Trimagnesium phosphate) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질로 볼 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 마그네슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 마그네슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
또한, 상기 제2 양이온이 코발트 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 코발트(II) 포스페이트 하이드레이트(Cobalt(II) phosphate hydrate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 철 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 아이언(III) 포스페이트 디하이드레이트(Iron(III) phosphate dihydrate), 아이언(III) 포스페이트 테트라하이드레이트(Iron(III) phosphate tetrahydrate) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 나트륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 소듐 포스페이트(Sodium phosphate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 칼륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 칼륨 포스페이트 트리베이직(Potassium phosphate tribasic)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 스트론튬 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 스트론튬 포스페이트(Strontium phosphate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 바륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 바륨 포스페이트(Barium phosphate)일 수 있다.
다만, 제2 포스페이트 물질은 예시된 물질로 제한되지 않으며, 전술한 예시된 제2 양이온과 인산 이온이 결합하여 수용액 상에서 존재할 수 있는 물질이면 상기 제2 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
상기 제2 양이온을 포함하는 용액은 제2 양이온의 원자형태(X)를 포함하고 물에 녹였을 때 이온화가 잘되는 물질을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 즉, 상기 제2 양이온을 포함하는 용액은 제2 양이온 제공 물질을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 상기 제2 양이온 제공 물질은 수산화 X(X hydroxide), X 카보네이트(X carbonate), X 나이트레이트(X nitrate) 및 X 아세테이트(X acetate) 등 일 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 양이온이 마그네슘 이온인 경우 수산화 마그네슘(Magnesium hydroxide), 마그네슘 카보네이트(Magnesium carbonate), 마그네슘 나이트레이트(Magnesium nitrate) 및 마그네슘 아세테이트(Magnesium acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 마그네슘 이온 공급 물질에 의해 공급될 수 있으며 바람직하게는, 수산화 마그네슘(Magnesium hydroxide)에 의해 공급될 수 있다.
전술한 바에 의하면, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200)은 인산 이온을 포함하는 용액과 제2 양이온을 포함하는 용액을 상기 제2 공정의 결과물과 혼합하는 것으로 기재하였으나, 인산 이온과 제2 양이온이 혼합용액 내에서 공존할 수 있는 용액을 제조할 수 있다면, 상기 인산이온 제공물질에 상기 제2 양이온 제공물질을 바로 혼합하여 상기 제2 공정의 결과물과 혼합하거나, 혹은 상기 제2 공정의 결과물에 상기 인산이온 제공물질 및 상기 제2 양이온 제공물질을 한꺼번에 혼합하는 방식으로도 수행될 수 있을 것이다.
예를 들어, 상기 제2 양이온이 마그네슘 이온이라면, 상기 제2 양이온을 포함하는 용액은 고체의 수산화 마그네슘을 물에 용해시킴으로써 제조될 수 있으며, 이를 인산 이온이 포함된 용액 및 제2 공정의 결과물과 혼합할 수 있다. 또는 인산이온 제공물질에 고체 상태의 수산화 마그네슘 물질을 바로 혼합한 후 제2 공정의 결과물과 혼합하거나, 혹은 제2 공정의 결과물에 인산이온 제공물질 및 수산화 마그네슘을 한꺼번에 혼합하는 방식으로도 수행될 수 있을 것이다
도 15 및 도 16을 참고하면, 상기 제3 시간은 상기 제3 공정(S2220)의 혼합이 시작되는 시점부터 혼합이 완료되는 시점까지의 시간을 의미하며, 상기 제4 시간은 상기 제4 공정(S2240)의 반응이 시작되는 시점부터 반응이 완료되는 시점까지의 시간을 의미한다.
본 출원의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제3 시간의 적어도 일부와 상기 제4 시간의 적어도 일부는 시간 축 상에서 중첩될 수 있다. 즉, 제3 공정의 혼합하는 공정(S2220)이 진행되는 동시에 제4 공정의 제2 포스페이트 물질이 생성되는 반응(S2240)이 진행될 수 있다. 예를 들어, 마그네슘 이온이 포함된 용액 및 인산 이온이 포함된 용액과 제2 공정의 결과물 간의 혼합이 시작되는 즉시, 제2 포스페이트 물질을 형성하는 반응이 진행될 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제2 공정의 결과물의 혼합 용액에는 고상의 칼슘 포스페이트 물질이 포함되어 있기 때문에, 제2 양이온인 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 포함된 용액과 인산 이온이 포함된 용액이 제2 공정의 결과물과 혼합이 완료된 시점, 즉 제3 시간의 터미널 포인트에서는 칼슘 포스페이트 물질, 제2 양이온 및 인산 이온이 혼합용액 내에 포함될 수 있다. 다만, 제3 공정(S2220)과 후술할 제4 공정(S2240)은 일부 동시에 일어날 수 있기 때문에, 제3 시간의 터미널 포인트에서는 제2 포스페이트 물질을 더 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시예에 따르면, 제4 공정(S2240)에서는 제2 양이온과 인산 이온이 반응하여 생성된 고상의 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합 용액이 형성될 수 있다. 따라서 제4 공정이 완료된 시점, 즉 제4 시간의 터미널 포인트에서는 혼합용액에는 고상의 제2 포스페이트 물질이 포함될 수 있다.
또한, 제4 공정에서는 제2 공정에서 형성된 고상의 제1 포스페이트 물질이 잔존하고 있기 때문에 제4 공정이 완료된 시점, 즉 제4 시간의 터미널 포인트에서의 혼합용액은 제1 포스페이트 물질을 더 포함할 수 있다. 다시 말해, 제4 시간의 터미널 포인트에서의 혼합용액은 제1 포스페이트 및 제2 포스페이트 물질을 포함할 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 적어도 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 반응시키는 공정(S2240)은 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있다. 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S2220) 또한 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있으나, 제2 포스페이트를 형성하는 반응공정(S2240)은 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행된다면 본 출원의 목적을 달성할 수 있다.
본 출원에 따른 바람직한 일 실시예에 의하면, 고상의 칼슘 포스페이트 물질을 포함하는 혼합 용액이 제2 공정(S2140)에서 우선적으로 형성된 이후, 제2 포스페이트 물질이 형성되는 제4 공정(S2240)이 진행되어 제4 공정의 이니셜 포인트에서부터 비로소 고상의 칼슘 포스페이트 물질과 고상의 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합용액이 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
하나의 혼합용액으로 합치는 공정(도 3, S1300) 없이, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액이 형성된다는 점에서 공간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법과 차이가 존재한다.
제4 공정에 의해 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액이 형성된 이후 순차적으로, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S2300)이 진행된다. 이때, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액으로부터 휘트록카이트가 형성되도록 충분한 상변이(Transform)이 이루어지기 위한 조건이 부여될 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 상기 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액을 숙성하는 공정(S2300)은 제4 공정의 결과물인 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 모두 포함하는 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 용액을 제5 시간 동안 혼합하는 공정(제5 공정, S2320)과 제5 공정의 결과물을 제6 시간 동안 숙성하는 공정(제6 공정, S2340)을 포함할 수 있다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 상기 제5 시간은 인산 이온을 포함하는 용액과 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액과의 혼합이 시작되는 시점부터 혼합이 완료되는 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제6 시간은 휘트록카이트를 형성하도록 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액을 숙성하기 시작하는 시점부터 숙성이 완료된 시점까지의 시간을 의미한다.
상기 제5 시간의 적어도 일부와 상기 제6 시간의 적어도 일부는 시간 축 상에서 시간 축 상에서 중첩될 수 있다. 즉, 제5 공정의 혼합하는 공정(S2320)이 진행되는 동시에 제6 공정의 숙성하는 공정(S2340)이 진행될 수 있다.
예를 들어, 하이드록시아파타이트 및 디마그네슘 포스페이트가 포함된 혼합용액에 인산 이온이 포함된 용액이 혼합되기 시작하는 즉시, 하이드록시아파타이트 및 디마그네슘 포스페이트가 포함된 혼합용액의 숙성이 진행될 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합 용액과 인산 이온이 포함된 용액의 혼합 공정(제5 공정, S2320)이 완료된 시점, 즉 제5 시간의 터미널 포인트에서는 제1 포스페이트 물질, 제2 포스페이트 물질 및 인산 이온이 혼합용액 내에 포함될 수 있다. 다만, 제5 공정과 후술할 숙성 공정(제6 공정, S2340)은 일부 동시에 일어날 수 있기 때문에, 제5 시간의 터미널 포인트에서는 휘트록카이트를 더 포함할 수 있다.
본 출원에 따른 일 실시예에 의하면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액과 인산 이온이 포함된 용액의 ‘숙성’ 공정(제6 공정, S2340)에서는 제6 시간 동안 숙성이 진행된다. 본 공정(S2340)에서는, 혼합용액의 액체 상에 포함된 제2 양이온 또는 고상의 제2 포스페이트 물질에서 유래한 제2 양이온이 제1 포스페이트 물질의 일부 원자와 치환되어 원자 형태로 결합되고, 제1 포스페이트 물질에서 치환된 일부 원자는 액체 상의 이온의 형태가 될 수 있다. 이때 제2 양이온이 일부 치환된 제1 포스페이트 물질이 숙성됨에 따라 상변이를 통해 결정 구조가 변화하면서 휘트록카이트가 형성되는 것이다.
예를 들어, 하이드록시아파타이트의 일부 칼슘 원자가 마그네슘 원자 형태로 치환되기 이전의 하이드록시아파타이트의 결정 구조는 육방 구조(Hexagonal structure)이다. 일부 칼슘 원자가 마그네슘 원자로 치환 또는 숙성됨에 따라, 하이드록시아파타이트의 구조가 능면 구조(Rhombohedral structure)로 변화하게 되어, 휘트록카이트가 형성될 수 있다. 다시 말해, 칼슘 포스페이트 물질, 바람직하게는 하이드록시아파타이트는 육방 구조(Hexagonal structure)이며, 휘트록카이트는 능면 구조(Rhombohedral structure)로 상이한 구조이며, 일부 칼슘 원자가 마그네슘 원자로 치환된 하이드록시아파타이트를 숙성함에 따라 상변이를 통해 결정 구조가 변화하면서 휘트록카이트가 형성될 수 있다.
따라서, 제6 시간의 터미널 포인트에서 혼합용액은 고상의 휘트록카이트를 포함할 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질 및 인산 이온이 포함된 혼합용액의 '숙성' 공정(S2340)은 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있다. 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합 용액과 인산 이온이 포함된 용액의‘혼합’ 공정(S2320) 또한 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행될 수 있으나, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질 및 인산 이온이 포함된 혼합용액의 '숙성' 공정(S2340)이 50℃ 이상 100℃ 이하에서 진행된다면 본 출원의 목적을 달성할 수 있다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200) 및 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S2300)에서는 인산 이온을 포함하는 용액이 혼합된다.
상기 인산 이온은 수용액 상에서 pH에 따라 존재할 수 있는 인산의 형태를 모두 포함할 수 있다. 일반적으로 인산 이온(phosphate ion)이라고 하면, PO4^3-를 의미한다고 볼 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 수용액 상에서 인산(Phosphoric acid)가 존재할 수 있는 형태를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 인산 이온(PO4^3-), 인산수소이온(HPO4^2-, hydrogen phosphate ion), 인산이수소이온(H2PO4^-, dihydrogen phosphate ion), 인산(H3PO4, phosphoric acid) 모두 상기 인산 이온으로 볼 수 있다.
상기 인산 이온은 인산(phosphoric acid), 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 인산공급물질에 의해 공급될 수 있으며, 바람직하게는 인산(phosphoric acid)에 의해 공급될 수 있다.
상기 인산 이온을 포함하는 용액은 상온에서 고체로 존재하는 인산 이온 제공물질(예, 디암모늄 포스페이트, 암모늄 포스페이트, 인산염)을 물 또는 수용액에 용해시킴으로써 제조될 수 있다. 또는, 인산과 같은 인산 이온 제공물질은 물이 용매로 존재하여 인산 이온 제공물질 자체에 인산 이온이 포함될 수 있다.
예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S100)에서 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 경우, 고체의 디암모늄 포스페이트를 물에 용해시킨 수용액을 칼슘 이온을 포함하는 용액과 혼합을 하거나, 인산 이온 제공 물질 자체에 물이 용매로 포함되어 있는 인산 수용액을 칼슘 이온을 포함하는 용액과 혼합할 수 있다.
또한, 인산 이온이 포함된 용액이 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200), 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S2300)에서는 인산 이온을 포함하는 용액이 혼합될 때, pouring 방식에 의해 혼합될 수 있다. 상기 Pouring 방식은 적하 방식(Dropwise)과는 다른 방식으로, 실질적으로 매우 짧은 시간 안에 첨가하여야 하는 모든 용액을 한꺼번에 첨가하는 방식을 의미한다. 예를 들어, 종래의 휘트록카이트 제조방법은 인산 이온이 포함된 용액을 12.5ml/min의 부피유량으로 지속적으로 적하 방식으로 혼합하였다. 반면 본 출원에 개시된 휘트록카이트 제조방법의 일 실시예에 의하면, 인산 이온이 포함된 용액이 2ml/sec(120ml/min) 내지 130ml/sec(7800ml/min)의 부피유량으로 한꺼번에 혼합될 수 있다. 인산 이온이 포함된 용액이 혼합되는 시간이 단축되어 휘트록카이트 제조시간이 단축될 수 있다.
즉, 상기 제1 시간 또는 상기 제3 시간 또는 상기 제5 시간은 실질적으로 매우 짧은 시간(예를 들어, 약 1초 이내의 시간)일 수 있다. 그러나, pouring 방식에 의하더라도 첨가하는 인산 이온이 포함된 용액의 부피에 따라 상기 제1 시간 또는 제3 시간 또는 제5 시간은 수초에서 수십초까지 늘어날 수 있다.
제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200)에서 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 양(Volumne)은 목적하는 포스페이트 물질을 형성하기 위한 화학양론적 비율 및 혼합용액의 pH를 고려하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S100)에서는, 칼슘 이온과 혼합 및 반응시켜 제1 포스페이트 물질, 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite)를 형성하기 위한 화학양론적 비율을 고려 한 인산 이온의 양(mole)을 포함하는 인산이온 공급물질을 혼합할 수 있다. 또한 제1 포스페이트 물질을 안정적으로 형성되고, 안정적인 상태를 유지하기 위한 혼합용액의 pH를 고려하여 인산 이온을 포함하는 인산이온 공급물질을 첨가할 수 있다. 예를 들어, 인산이온 공급물질로 인산(Phosphate acid)를 사용하는 경우, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양과, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 생성 및 유지될 수 있는 pH 조건을 제공하기 위한 수소 이온의 양을 고려하여 인산의 제1 양(Volume)을 혼합할 수 있다. 또는, 인산 이온 공급물질로 인산(Phosphate acid)을 사용하는 경우, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양(mole)을 고려하여 인산의 양(Volume)을 첨가한 후, 하이드록시아파타이트가 안정적으로 유지될 수 있는 pH를 제공(또는 조절)하기 위한 인산 이외의 다른 물질을 추가적으로 혼합할 수도 있다. 이때, 바람직하게는 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100)에서 혼합되는 칼슘 이온의 양(mole)에 대한 인산 이온의 양(mole)의 비율은 0.6 이상 1.4 이하의 범위에 해당될 수 있다. 이 범위 이외의 비율인 경우, 휘트록카이트 이외의 물질이 결과물에 형성될 수 있다.
또한, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200)에서는 마그네슘 이온과 혼합 및 반응시켜 제2 포스페이트 물질, 바람직하게는 디마그네슘 포스페이트(Dimagnesium phosphate, MgHPO4)를 형성하기 위한 화학양론적 비율을 고려한 인산 이온의 양(mole)을 포함하는 인산이온 공급물질을 첨가할 수 있다. 또한, 제2 포스페이트 물질이 안정적으로 생성되고, 안정적인 상태를 유지하기 혼합용액의 pH를 고려하여 인산 이온을 포함하는 인산이온 공급물질을 혼합할 수 있다. 예를 들어, 마그네슘 이온과 인산 이온으로부터 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양과, 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 생성 및 유지될 수 있는 pH 조건을 제공하기 위한 수소 이온의 양을 고려하여 인산의 제2 양(Volume)을 혼합할 수 있다. 또는, 인산 이온 공급물질로 인산(Phosphate acid)을 사용하는 경우, 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 생성되기 위한 인산 이온의 양(mole)을 고려하여 인산의 양(Volume)을 첨가한 후, 디마그네슘 포스페이트가 안정적으로 유지될 수 있는 pH를 제공(또는 조절)하기 위한 인산 이외의 다른 물질을 추가적으로 혼합할 수도 있다.
이때, 바람직하게는 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200)에서 혼합되는 마그네슘 이온의 양(mole)에 대한 인산 이온의 양의 비율은 0.6 이상 5 이하의 범위에 해당될 수 있다. 이 범위 이외의 비율인 경우, 휘트록카이트 이외의 물질이 결과물에 형성될 수 있다.
상기 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S2300)에서 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 양(volume)은 상기 제1 포스페이트 물질과 상기 제2 포스페이트 물질들로부터 휘트록카이트가 제조될 수 있는 pH 조건 또는 목표하는 휘트록카이트 생성양이 고려되어 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 하이드록시아파타이트와 상기 마그네슘 포스페이트 사이의 이온 교환을 통해 휘트록카이트가 제조되기 위한 pH 조건을 고려하여 인산 이온을 포함하는 인산 용액의 양(Volume)이 결정될 수 있다. 다만, pH 조건을 고려하여 인산을 혼합하는 경우라면, pH 조절하기 위한 인산 이외의 물질을 혼합할 수도 있으므로, 목표하는 휘트록카이트 생성 양을 고려하여 인산 이온을 공급하기 위해 인산을 혼합하며, pH 조절하기 위한 인산 이외의 물질을 추가로 혼합할 수 있다.
인산 이온 공급 물질로 인산(Phosphoric acid)이 아닌 공급 물질(예, 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate))이 사용되는 경우, 인산 이온이 포함된 용액과 함께, pH 를 조절하기 위한 수소 이온을 포함하는 용액이 추가로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 고체의 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate)를 용해시켜 인산 이온을 포함하는 용액을 만들고, 이를 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액에 첨가하는 경우, 휘트록카이트가 안정적으로 생성될 수 있는 pH 에서 혼합용액이 숙성되도록, 수소 이온을 포함하는 용액(또는 pH 조절하기 위한 용액)이 추가로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S2300)에서 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 양(volume)은 휘트록카이트를 형성하기 위해 혼합되는 양이온의 총합과 음이온의 총합의 비를 고려하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 일정량의 휘트록카이트를 형성하기 위해 필요한 인산 용액의 양이 제3 양(volume)이고, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100)에서 혼합되는 인산 용액의 양이 제1 양(volume)이고, 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200)에서 혼합되는 인산 용액의 양이 제2 양(Volume)인 경우, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합 용액을 숙성하는 공정(S2300)에서 혼합되는 인산 용액의 양(Volume)은 상기 제3 양에서 상기 제1 양과 상기 제2 양의 합을 뺀 양으로 볼 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 양과 상기 제2 양의 총합에 대한 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 모두 포함된 혼합 용액을 숙성하는 공정(S2300)에서 혼합되는 인산 용액의 양은 0.3 이상 0.55 이하의 범위일 수 있다. 이 범위 이외의 비율인 경우, 휘트록카이트 이외의 물질이 결과물에 형성될 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 제1 양, 상기 제2 양 및 상기 제3 양의 비율이 0.44(±0.05): 0.26(±0.05): 0.30(±0.05) 일 수 있다. 다시 말해, 상기 제1 양은 0.39 이상 0.49 이하의 범위 내의 비율일 수 있다. 또는 상기 제2 양은 0.21 이상 0.31 이하의 범위 내의 비율일 수 있다. 혹은 상기 제3 양은 0.25 이상 0.35 이하의 범위 내의 비율일 수 있다.
본 출원에 개시된 일 실시예에 따르면, pH를 미세하게 제어할 필요 없이 세 번에 걸쳐 인산 이온을 포함하는 정해진 양의 용액을 첨가하여 휘트록카이트를 제조할 수 있으므로, 종래의 휘트록카이트 제조방법보다 훨씬 간단하고, 직관적이며, 명확한 방법으로 휘트록카이트를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
또 다시, 도 15 및 도 16을 참고하면, 인산 이온을 포함한 용액이 Pouring 방식에 의해 혼합됨에 따라, 제2 시간의 터미널 포인트는 제1 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치할 수 있다. 다시 말해, 칼슘 이온을 포함한 용액과 인산 이온을 포함한 용액의 혼합 공정(S2120)이 제1 포스페이트 물질을 형성하는 반응이 완료된 시점(제2 시간의 터미널 포인트)보다 먼저 완료되게 된다. 예를 들어, 인산 이온을 포함한 용액과 칼슘 이온을 포함한 용액이 Pouring 방식에 의해 1 초 이내에 혼합이 완료된 경우에, 혼합이 완료된 시점(제1 시간의 터미널 포인트) 이후에도 제1 포스페이트 물질을 생성하는 반응이 진행될 수 있다.
마찬가지로, 제4 시간의 터미널 포인트는 제3 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치할 수 있다. 다시 말해, 제2 양이온을 포함한 용액과 인산 이온을 포함한 용액의 혼합 공정(S2220)이 제2 포스페이트 물질을 형성하는 반응이 완료된 시점(제4 시간의 터미널 포인트)보다 먼저 완료될 수 있다. 예를 들어, 인산 이온을 포함한 용액과 제2 양이온을 포함한 용액이 Pouring 방식에 의해 1 초 이내에 혼합이 완료된 경우에, 혼합이 완료된 시점(제3 시간의 터미널 포인트) 이후에도 제2 포스페이트 물질을 생성하는 반응이 진행될 수 있다.
마찬가지로, 제6 시간의 터미널 포인트는 제5 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치할 수 있다. 다시 말해, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함한 혼합용액과 인산 이온을 포함한 용액의 혼합 공정(S2320)이 휘트록카이트를 형성하기 위해 숙성하는 공정이 완료된 시점(제6 시간의 터미널 포인트)보다 먼저 완료될 수 있다. 예를 들어, 인산 이온을 포함한 용액이 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 Pouring 방식에 의해 1 초 이내에 혼합이 완료된 경우에, 혼합이 완료된 시점(제5 시간의 터미널 포인트) 이후에도 휘트록카이트를 형성하도록 숙성하는 공정이 진행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 인산 이온이 포함된 용액이 상기 Pouring 방식에 실질적으로 짧은 시간 내에 혼합되면서, 휘트록카이트 제조시간을 상당히 단축시킬 수 있다.
또한, 본 출원에 따른 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200) 및 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S2300)에서 총 세 번에 걸쳐 인산 이온을 포함하는 용액이 혼합될 수 있다.
이때, 인산 이온 이온을 포함하는 용액은 세 번에 걸쳐서 소정의 시간 간격을 가지고 혼합될 수 있다.
다시 말해, 제5 시간의 이니셜 포인트는 제1 시간의 터미널 포인트 및 제3 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치될 수 있다. 또한, 제3 시간의 이니셜 포인트는 제1 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치될 수 있다.
예를 들어, 칼슘 이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S2120)이 완료된 시점(제1 시간의 터미널 포인트)에서 소정의 시간이 흐른 이후, 제2 포스페이트 물질을 형성하도록, 인산 이온을 포함하는 용액을 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 포함하는 용액 및 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액과 혼합하는 공정(S2220)이 시작될 수 있다.
또한, 제2 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S2220)이 완료된 시점(제3 시간의 터미널 포인트)에서 소정의 시간이 지난 이후, 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합하는 공정(S2320)이 시작될 수 있다.
종합하면, 상기 제5 시간의 이니셜 포인트는 상기 제3 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치되며, 상기 제3 시간의 터미널 포인트는 제1 시간의 터미널 포인트보다 이후 시점에 위치될 수 있다. 다시 말해, 인산 이온이 포함된 용액이 소정의 시간 간격을 가지고 세 번에 걸쳐 혼합될 수 있다.
앞서 서술한 바와 같이, 인산 이온이 포함된 용액이 특정 양으로 세 번에 걸쳐 혼합됨에 따라 pH를 미세하게 제어할 필요 없이 휘트록카이트를 제조할 수 있어, 종래의 휘트록카이트 제조방법보다 훨씬 간단하고, 직관적이며, 명확한 방법으로 휘트록카이트를 제조할 수 있다.
본 출원의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제1 공정 내지 상기 제6 공정에서 적어도 하나 이상의 공정은 50℃ 이상 95℃ 이하에서 진행될 수 있다.
본 출원에 의해 개시되는 일 실시예에 의하면, 휘트록카이트를 제조하는 방법은 전술한 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100), 제2 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2200), 및 제1 포스페이트 물질 및 제2 포스페이트 물질을 포함하는 용액을 숙성하는 공정(S2300) 중 적어도 하나 이상의 공정에서, 산화제가 추가적으로 첨가(또는 혼합)될 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100) 내에서, 제1 양이온을 포함하는 용액과 인산 이온을 포함하는 용액을 혼합(S2120)하는 과정에서 산화제가 함께 첨가될 수 있다.
또는 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100)의 시작 시점인 제1 시간의 이니셜포인트보다 빠른 시점보다 이전에 산화제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하는 공정(S2100)이 시작되기 이전에 산화제가 먼저 첨가될 수 있다.
다시 말해, 본 출원에 의해 개시되는 시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법은 제7 시간 동안 산화제를 혼합하는 제7 공정을 더 포함하되, 상기 제7 시간의 이니셜 포인트는 상기 제1 시간의 이니셜 포인트보다 이전 시점에 위치되거나 상기 제1 시간 내지 상기 제6 시간의 적어도 일부와 시간 축 상에서 중첩될 수 있다.
산화제를 첨가함에 따라, 휘트록카이트 결정을 제조하는 데 걸리는 제조시간을 단축시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 산화제는 과산화수소일 수 있다.
추가적으로 휘트록카이트를 제조하기 위하여, 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙 공정이 더 포함될 수 있다.
본 제조 방법에 따라 만들어진 휘트록카이트는 인체 조직의 재생 또는 치료를 위하여 체내에 삽입되는 인공 골, 치과용 수복재, 골 시멘트, 구강 조성물, 필러와 같은 제품의 원재료로 사용될 수 있다.
(3)-1 실험예
시간적 분리에 의한 휘트록카이트 제조방법과 관련된 실험(이하 제1 실험)에서는 마그네슘 이온의 함량을 전체 양이온에 대하여 26몰%로 하였으며, 전체 양이온에 대한 총 인산 이온의 몰비를 약 1로 하여 80℃에서 숙성시켜 휘트록카이트를 합성하였다.
30% 과산화수소 수용액(25ml) 및 고체의 수산화칼슘을 6.85g(약 0.0924mol)을 증류수(112.5ml)에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액(0.74M 수산화칼슘 수용액 125mL)을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 3.81mL(107.19ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 111mL)과 혼합하였다. 이후 80℃에서 제1 반응시간 동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다. 제1 실험에서는 상기 제1 반응시간은 1h로 실험하였다.
순차적으로 고체의 수산화마그네슘 1.90g(약 0.032579mol)을 증류수(112.5ml)에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액(0.26M 수산화마그네슘 수용액 125mL)을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산 용액 2.23mL(62.77ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 65mL)과 함께 상기 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 혼합하였다. 이후 80℃에서 제2 반응시간 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다. 제1 실험에서는 상기 제2 반응시간은 1h로 진행하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.54mL(71.46 ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 74mL)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 제3 숙성시간 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다. 제1 실험에서는 상기 제3 숙성시간은 5h로 진행하였다.
이 때 인산 이온이 포함된 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
세 번에 걸쳐 첨가되는 인산 이온의 양(mole)들의 비율 또는 인산 이온을 포함하는 인산 용액의 양(Volume)들의 비율은 0.444:0.260:0.296의 비율로 혼합하였다.
5h 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 분석하였으며, 도 17 및 도 18을 참고하면, 본 제1 실험을 통하여 다양한 형상이며, 고순도의 휘트록카이트를 합성한 것을 확인할 수 있었다. 도 17의 SEM Data는 제조된 결정을 5000배 확대한 Data이다.
제1 실험의 첫 번째 변형실험(이하 제2 실험, 또는 제1 변형예)에서는 상기 제3 숙성시간을 5시간으로 고정한 후, 상기 제1 반응시간을 변수로 하여 실험을 진행하였다. 상기 제1 반응시간을 5min, 15min, 30min, 60min으로 변화시키며 실험하였으며, 그 외의 실험 조건은 제1 실험과 동일하게 진행하여 휘트록카이트 분말을 제조하였다. 이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 확인하였으며, 도 19 내지 도 21을 참고하면, 제2 실험을 통하여 제조시간을 7시간 이내로 상당히 단축하여 고순도의 휘트록카이트를 합성한 것을 확인할 수 있었다. 도19의 SEM Data는 제조된 결정을 10000배 확대한 Data이며, 도 19의 (a)는 상기 제1 반응시간이 5min, (b)는 상기 제1 반응시간이 15min, (c)는 상기 제1 반응시간이 30min, (d)는 상기 제1 반응시간이 60min 인 경우의 SEM Data이다. 도20의 (a)는 상기 제1 반응시간이 5min, (b)는 상기 제1 반응시간이 15min, (c)는 상기 제1 반응시간이 30min, (d)는 상기 제1 반응시간이 60min 인 경우의 XRD Data이다.
제1 실험의 두 번째 변형실험(이하 제3 실험, 또는 제2 변형예)에서는 상기 제1 반응시간을 60min으로 고정하고, 상기 제3 숙성시간을 변수로 하여 실험을 진행하였다. 상기 제3 숙성시간을 5h, 10h으로 변화시키며 실험하였으며, 그 외의 실험 조건은 제1 실험과 동일하게 진행하여 휘트록카이트 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 분석하였으며, 도 22 및 도 23을 참고하면, 제3 실험을 통하여 제조시간을 12시간 이내로 상당히 단축하여 고순도의 휘트록카이트를 합성한 것을 확인할 수 있었다. 도22의 SEM Data는 제조된 결정을 50000배 확대한 Data이다. 도22의 (a)는 상기 제3 숙성시간이 5h, (b)는 상기 제3 숙성시간이 10h 인 경우의 SEM Data이다.
제1 실험의 세 번째 변형실험(이하 제4 실험, 또는 제3 변형예)에서는 제1 반응시간을 15min으로 고정하고, 제3 숙성시간을 변수로 하여 실험을 진행하였다. 제3 숙성시간을 30min, 1h, 3h, 5h으로 변화시키며 실험하였으며, 그 외의 실험 조건은 제1 실험과 동일하게 진행하여 휘트록카이트 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 분석하였으며, 도 24 내지 도 26을 참고하면, 제4 실험을 통하여 제조시간을 6시간 이내, 특히 2 시간 이내로도 고순도의 휘트록카이트를 합성한 것을 확인할 수 있어, 휘트록카이트의 제조시간을 상당히 단축한 것을 확인할 수 있었다. 도 24의 SEM Data는 제조된 결정을 10000배 확대한 Data이며, 도24의 (a)는 상기 제3 숙성시간이 5h, (b)는 상기 제3 숙성시간이 3h, (c)는 상기 제3 숙성시간이 1h, (d)는 상기 제3 숙성시간이 30min 인 경우의 SEM Data이다. 도25의 (a)는 상기 제3 숙성시간이 5h, (b)는 상기 제3 숙성시간이 3h, (c)는 상기 제3 숙성시간이 1h, (d)는 상기 제3 숙성시간이 30min 인 경우의 XRD Data이다.
이하에서는, 본 출원의 다른 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 입자 크기 제어 방법에 대하여 서술한다. 상술한 휘트록카이트 제조방법의 내용들이 유사하게 적용될 수 있으며, 이하에서는 휘트록카이트 제조방법의 내용에 추가적인 내용들을 중심으로 서술하기로 한다.
본 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 입자 크기는 제1 포스페이트 결정을 제조하는 공정에 칼슘 이온 이외의 다른 양이온을 일부 함께 첨가함으로써, 휘트록카이트 입자의 결정의 크기를 제어할 수 있다.
혹은 본 실시예에 따른 휘트록카이트 결정의 입자 크기는 제1 포스페이트 결정 혹은 제2 포스페이트 결정을 생성하는 반응 온도, 또는 제 1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성하는 온도를 조절함으로써 휘트록카이트 입자의 결정의 크기를 제어할 수 있다.
2. 휘트록카이트 결정의 입자 크기 제어 방법
(1) 휘트록카이트 결정의 입자 크기 제어 방법의 제1 실시예
도 27을 참고한다. 본 출원에 따른 일 실시예에 의하면, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정(S3100)하고, 결정된 결정의 크기에 기초하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온의 제1 양을 결정(S3200)한다.
이 때, 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우, 상기 제1 양은 제1 값으로 결정되고 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제 2 크기인 경우 제 1 양은 2 값으로 결정된다. 이때, 상기 제1 값은 상기 제2 값보다 큰 값일 수 있다.
제 1 포스페이트 결정, 바람직하게는 칼슘 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합(S3300)하고; 제 2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합(S3400)하고; 그리고 제 1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성(S3500)시키는 것을 포함할 수 있다. 다시 말해, 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우보다 상대적으로 큰 제2 크기인 결정의 크기를 제조하기 위하여, 상기 제1 포스페이트 결정을 제조하도록 칼슘 이온 및 인산 이온과 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 양의 값을 작게 결정할 수 있다는 의미이다.
본 출원에 따른 일 실시예에 의하면, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합하는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 제1 양과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합하는 칼슘이온이 아닌 다른 양이온의 제2 양은 독립적으로 결정될 수 있다. 따라서, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 양과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 양은 동일한 값이거나 상이한 값으로 결정되어도 무방하다.
예를 들면 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합하는 칼슘이온이 아닌 다른 양이온의 양을 제2 양이라 할 때, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 제어하기 위해 상기 제1 양은 상기 제2 양과는 무관하게 독립적으로 결정될 수 있다. 다시 말해, 휘트록카이트 결정의 크기를 제1 크기보다 큰 제2 크기로 제조하기 위하여, 상기 제1 양은 상기 제2 양의 값과는 무관하게 제1 크기일 때 결정된 제1 양인 제1 값보다 작은 제2 값으로 결정될 수 있다.
또한, 예를 들면 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 제어하기 위해 상기 제2 양은 상기 제1 양과는 무관하게 독립적으로 결정될 수 있다. 바람직하게는 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위해 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 상기 제2 양은 상기 제1 양과 무관하게, 제조될 휘트록카이트 결정의 양을 고려하여 결정될 수 있다.
즉, 본 출원에 따른 바람직한 실시예에 따르면, 제2 양과는 무관하게 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 양(제1 양)을 적은 값으로 결정하여, 휘트록카이트 결정의 크기를 크게 제조할 수 있다.
또한, 상기 S3100 공정에서 첨가되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 상기 S3200 공정에서 첨가되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온은 서로 독립적으로 결정될 수 있다. 즉, 상기 S3100 공정에서 첨가되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 상기 S3200 공정에서 첨가되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온은 서로 동일한 종류의 양이온일 수도 있고, 서로 다른 종류의 양이온일 수도 있다.
이와 달리, 본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 제어하기 위해 상기 제1 양은 상기 제2 양과의 관계를 고려하여 결정될 수도 있다.
예를 들어, 전술한 S3100 공정에서 첨가되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 전술한 S3200 공정에서 첨가되는 칼슘이온이 아닌 다른 양이온이 동일한 종류의 양이온인 경우, 상기 제1 양과 상기 제2 양은 서로 일정한 관계를 가지면서 결정되어도 필요한 양만큼의 휘트록카이트를 제조하는 동시에 제조되는 휘트록카이트의 결정의 크기를 제어할 수 있다.
이때, 전술한 실시예에서와 달리, 상기 제1 양과 상기 제2 양의 합은 제조할 휘트록카이트의 양을 고려하여 결정될 수 있다(전술한 실시예에서는, 상기 제2 양을 제조할 휘트록카이트의 양을 고려하여 결정하였음). 이후, 전술한 바와 같이, 제조할 휘트록카이트의 결정 크기를 고려하여 상기 제1 양을 결정할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 양은 자연스럽게 결정될 수 있다.
동일한 양의 휘트록카이트를 제조한다고 가정하는 경우, 휘트록카이트의 결정의 제1 크기를 제조하기 위해 혼합되는 제1 양과 제2 양의 합과 제2 크기를 제조하기 위해 혼합되는 제1 양과 제2 양의 합은 동일할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 양의 값이 커질수록 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 작게 제어할 수 있다는 실시예를 고려한다면, 제1 양과 제2 양의 합은 일정할 때, 휘트록카이트 결정의 입자 크기는 상기 제2 양의 값과 제1 양의 값의 비율에 따라 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 양의 값을 M1이라고 하고, 상기 제2 양의 값을 M2라 할 때, M1+M2의 값은 휘트록카이트 결정의 입자크기가 변화되더라도 일정한 값일 수 있고, 휘트록카이트 결정의 입자크기가 상대적으로 큰 제2 크기에서 상대적으로 작은 제1 크기로 변화할 때, 상기 M1 값이 증가함에 따라, 상기 M2 값에 대한 상기 M1 값(M1/M2)이 증가할 수 있다. 즉 M1+M2의 값이 일정할 때, M1 값을 증가시킴에 따라 M1/M2 값이 커지고, 이에 따라 휘트록카이트 결정의 입자크기가 점차적으로 감소하도록 상기 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 제1 양과 상기 제2 양의 합이 일정한 경우가 상기 제1 양이 상기 제2 양이 무관하게 결정되는 경우보다 원재료를 절감할 수 있다는 장점이 존재할 수 있다.
예를 들어, 동일한 양의 휘트록카이트를 제조하는 경우, 필요한 칼슘 이온 이외의 양이온(이때, S3100에 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온과 S3200에 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 동일하다고 가정하자.)의 총 양을 1이라고 가정한다.
제1 양과 제2 양의 합이 일정한 경우, 제1 양과 제2 양의 합은 제조할 휘트록카이트의 양을 고려하여 결정할 수 있으므로 두 양이 총합이 1일 수 있다.
다만 상기 제1 양이 상기 제2 양과는 무관하게 결정되는 경우, 제2 양은 제조할 휘트록카이트의 양을 고려하여 결정할 수 있으므로, 이 경우에 제2 양은 1일 수 있으며, 휘트록카이트 결정의 크기를 제어하기 위해서는 제1 양(예 0.1)이 추가적으로 필요하게 될 수 있다. 따라서, 이 경우에는 일정한 양의 휘트록카이트 결정을 제조하면서, 입자크기까지 제어하기 위해서는 제1 양과 제2 양의 총합이 1을 초과하게 된다.
따라서, 제1 양과 제2 양의 합이 일정한 경우에, 제1 양과 제2 양이 독립적으로 결정되는 경우보다 칼슘 이외의 다른 양이온의 원재료를 절감할 수 있다는 효과가 존재할 수 있다.
본 출원에 따른 일 실시예에 의하면, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하고; 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하고; 그리고 제 1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 것이 포함될 수 있다.
상기 제1 포스페이트는 칼슘 이온을 포함하는 포스페이트일 수 있다. 즉 칼슘 포스페이트 물질의 결정이다. 예를 들어, 칼슘 포스페이트 물질인 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 디칼슘포스페이트 디하이드레이트(Dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), 브루사이트(Brushite), 모네타이트(Monetite) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질이 될 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 칼슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 칼슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
상기 제2 포스페이트는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 포함된 포스페이트 물질일 수 있다. 즉, 상기 제 2 포스페이트 물질은 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 인산 이온이 결합된 물질로 볼 수 있다. 예를 들어, 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 마그네슘 이온이라면, 상기 제 2 포스페이트 물질은 마그네슘 포스페이트 물질이고, 모노마그네슘 포스페이트(Monomagnesium phosphate), 디마그네슘 포스페이트(Dimagnesium phosphate), 뉴베리아이트(Newberyite), 트리마그네슘 포스페이트(Trimagnesium phosphate) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질로 볼 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 마그네슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 마그네슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
또한, 상기 제2 양이온이 코발트 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 코발트(II) 포스페이트 하이드레이트(Cobalt(II) phosphate hydrate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 철 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 아이언(III) 포스페이트 디하이드레이트(Iron(III) phosphate dihydrate), 아이언(III) 포스페이트 테트라하이드레이트(Iron(III) phosphate tetrahydrate) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 나트륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 소듐 포스페이트(Sodium phosphate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 칼륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 칼륨 포스페이트 트리베이직(Potassium phosphate tribasic)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 스트론튬 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 스트론튬 포스페이트(Strontium phosphate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 바륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 바륨 포스페이트(Barium phosphate)일 수 있다.
다만, 제2 포스페이트 물질은 예시된 물질로 제한되지 않으며, 전술한 예시된 제2 양이온과 인산 이온이 결합하여 수용액 상에서 존재할 수 있는 물질이라면 상기 제2 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
상기 칼슘 이온은, 수산화 칼슘(Calcium hydroxide), 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 칼슘 나이트레이트(Calcium nitrate) 및 칼슘 아세테이트(Calcium acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 칼슘 이온 공급 물질에 의해 공급될 수 있으며, 바람직하게는, 수산화칼슘(Calcium hydroxide)에 의해 공급될 수 있다.
예를 들어, 칼슘 이온이 포함되도록 고체 상태의 수산화칼슘을 물에 녹인 수용액을 인산 이온과 혼합하거나, 인산 이온을 포함하는 수용액에 고체 상태의 수산화칼슘을 혼합하여, 인산 이온과 칼슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 인산 이온과 칼슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합되는 경우를 모두 포함할 수 있다.
상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온은 예를 들어 Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, 및 K 중 적어도 하나 이상의 이온형태일 수 있다.
또한 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온(X원자의 이온형태)은 수산화 X(X hydroxide), X 카보네이트(X carbonate), X 나이트레이트(X nitrate) 및 X 아세테이트(X acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 양이온 공급 물질에 의해 공급될 수 있다.
예를 들어, 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 마그네슘 이온인 경우, 마그네슘 이온은 수산화 마그네슘(Magnesium hydroxide), 마그네슘 카보네이트 (Magnesium carbonate), 마그네슘 나이트레이트(Magnesium nitrate) 및 마그네슘 아세테이트(Magnesium acetate) 등의 마그네슘 공급 물질에 의해 공급될 수 있다.
이때 마그네슘 이온이 포함되도록 고체 상태의 수산화마그네슘을 물에 녹인 수용액을 인산 이온과 혼합하거나, 인산 이온을 포함하는 수용액에 고체 상태의 수산화마그네슘을 혼합하여, 인산 이온과 마그네슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 인산 이온과 마그네슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합되는 경우를 모두 포함할 수 있다.
제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온은 칼슘 이온과 인산 이온이 반응하여 칼슘 포스페이트 결정을 형성 및 성장하는 것을 억제하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 마그네슘 이온인 경우, 칼슘 포스페이트가 형성되도록 칼슘 이온과 인산 이온이 반응될 때, 마그네슘 이온이 칼슘 이온과 인산 이온의 반응을 위한 충돌빈도를 감소시켜 칼슘 포스페이트 결정이 형성 및 성장하는 것을 억제할 수 있다. 다시 말해, 마그네슘 이온이 혼합되지 않는 경우에는 칼슘 이온과 인산 이온 간의 충돌빈도가 상대적으로 높을 수 있기 때문에, 칼슘 포스페이트를 생성하는 반응이 이루어지는 빈도가 높을 수 있다. 다만, 마그네슘 이온이 함께 혼합되는 경우, 인산 이온이 칼슘 이온 이외에 마그네슘 이온과도 충돌할 수 있기 때문에, 마그네슘 이온이 혼합되지 않은 경우보다 인산 이온과 칼슘 이온 간의 충돌빈도가 상대적으로 감소할 수 있다. 이에 따라, 칼슘 포스페이트 결정이 생성되는 반응의 빈도 또한 감소하여, 칼슘 포스페이트 결정의 성장이 억제될 수 있다. 즉, 칼슘 포스페이트 결정이 성장하는 것을 억제하는 데 마그네슘 이온이 관여할 수 있다.
제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온이 모두 마그네슘 이온일 수 있다.
다만, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 제1 포스페이트 결정의 성장을 억제하는 역할을 수행할 수 있다면, 그 역할을 수행할 수 있는 양이온이 혼합될 수 있기 때문에, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 상이해질 수 있다. 예를 들어, 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 마그네슘 이온이나, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 제1 포스페이트 결정의 성장을 방해할 수 있는, 마그네슘 이온과 물리적 특징(예, 이온의 크기) 및 화학적 특성(예, 전하량)이 유사한 마그네슘 이외의 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온일 수 있다.
상기 인산 이온은 수용액 상에서 pH에 따라 존재할 수 있는 인산의 형태를 모두 포함할 수 있다. 일반적으로 인산 이온(phosphate ion)이라고 하면, PO4^3- 를 의미한다고 볼 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 수용액 상에서 인산(Phosphoric acid)가 존재할 수 있는 형태를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 인산 이온(PO4^3-), 인산수소이온(HPO4^2-, hydrogen phosphate ion), 인산이수소이온(H2PO4^-, dihydrogen phosphate ion), 인산(H3PO4, phosphoric acid) 모두 상기 인산 이온으로 볼 수 있다.
상기 인산 이온은 인산(phosphoric acid), 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 인산이온공급물질(또는 인산이온 제공물질)에 의해 공급될 수 있으며, 바람직하게는 인산(phosphoric acid)에 의해 공급될 수 있다. 예를 들어, 고체의 인산 이온 제공 물질(예, 디암모늄 하이드로겐 포스페이트, 암모늄 포스페이트 등)을 물 또는 수용액에 용해시켜 인산 이온이 포함된 용액을 혼합할 수 있다. 또는, 인산이온 제공 물질(예, 인산)에 물이 용매로 존재하여 인산이온 제공 물질 자체에 인산 이온이 포함되어, 인산이온 제공 물질을 칼슘 이온과 혼합할 수 있다.
또한, 인산 이온이 칼슘 이온, 또는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 혼합될 때 적하 방식(Dropwise)에 의해 혼합될 수도 있으나, Pouring 방식에 의해 혼합될 수 있다. 상기 Pouring 방식은 적하 방식(Dropwise)과는 다른 방식으로, 실질적으로 매우 짧은 시간(예를 들어, 약 1초 이내의 시간) 안에 첨가하여야 하는 모든 용액을 한꺼번에 첨가하는 방식을 의미한다. 예를 들어, 종래의 휘트록카이트 제조방법은 인산 이온이 포함된 용액을 12.5ml/min의 부피유량으로 지속적으로 적하 방식으로 혼합하였다. 반면 본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있는 제조방법의 일 실시예에 의하면, 인산 이온이 포함된 용액이 2ml/sec(120ml/min) 내지 130ml/sec(7800ml/min)의 부피유량으로 한꺼번에 혼합될 수 있다. 그러나, Pouring 방식에 의하더라도 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 부피에 따라 혼합이 진행되는 시간이 수초에서 수십초까지 늘어날 수 있다.
또한, 혼합되는 인산 이온은 여러 번에 걸쳐 소정의 시간 간격을 가지고 혼합될 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 인산 이온과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 인산 이온은 소정의 시간 간격을 가지고 혼합될 수 있다. 이 때 소정의 시간 간격은 제1 포스페이트 결정을 형성하기 위한 반응시간을 고려하여 결정할 수 있다.
또한 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 경우에도 인산 이온이 혼합될 수 있는데, 이때 혼합되는 인산 이온은 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 인산 이온 또는 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 인산 이온과 소정의 시간 간격을 가지고 첨가될 수 있다.
도 27 및 도 28을 참고한다.
본 출원에 의한 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 인산 이온과 제1 양의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 공정과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위해 인산 이온과 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 공정은 같은 용기에서 진행될 수도 있으며, 별개의 용기에서 진행될 수 있다.
도 27을 참고한다. 본 출원에 따른 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 결정, 바람직하게는 칼슘 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 것(S3300)과, 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 인산 이온 및 제2 양의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 것(S3400)은 별개의 용기에서 이루어질 수 있다. 즉 제1 용기에서 칼슘 이온, 인산 이온 및 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온이 혼합되며, 제2 용기에서 인산 이온 및 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온이 혼합될 수 있다.
공간적 분리를 통해 상이한 반응조건이 제공될 수 있다. 다시 말해, 제1 용기에서는 제1 포스페이트 결정이 제조되기 위한 제1 반응조건이 인가되면서 동시에 제2 용기에서는 제2 포스페이트 결정이 제조되기 위한 제2 반응조건이 인가될 수 있다. 이 때, 반응조건은 pH, 인산의 양 등을 고려하여 결정될 수 있다.
제1 용기에서 제2 포스페이트 물질이 생성될 수도 있으나, 바람직하게는 제1 용기에서는 제1 포스페이트 결정이 제조된다. 제2 용기에서는 제2 포스페이트 결정이 제조된다.
따라서, 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정이 포함된 혼합용액은 제1 용기 및 제2 용기의 혼합용액을 하나의 용기로 합치는 공정을 통해 형성될 수 있다.
순차적으로 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 혼합용액으로부터 휘트록카이트가 형성되도록 충분한 상변이(Phase transformations)가 이루어지기 위한 조건을 부여하여, 결정한 크기의 휘트록카이트 결정이 제조될 수 있다.
도 28을 참고한다. 본 출원에 따른 일 실시예에 따르면, 제1 포스페이트 결정, 바람직하게는 칼슘 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 것(S4300)과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 인산 이온 및 제2 양의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 것(S4400)은 동일한 용기에서 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 용기에서 칼슘 이온, 인산 이온 및 제1 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온이 혼합 및 반응되어 제1 혼합용액이 형성될 수 있다. 이때, 상기 제1 혼합용액은 바람직하게는 칼슘 이온과 인산 이온이 반응하여 형성된 칼슘 포스페이트 결정이 포함된 혼합용액을 의미한다. 칼슘이온이 아닌 다른 양이온과 인산 이온이 반응하여 형성된 포스페이트 결정도 포함될 수 있으나, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온과 인산 이온이 반응하여 형성된 포스페이트 결정이 상기 제1 혼합용액에 포함되지 않더라도 충분히 본 출원의 목적을 달성할 수 있다.
순차적으로, 인산 이온 및 칼슘이온이 아닌 다른 양이온이 제1 용기의 상기 제1 혼합용액에 추가적으로 혼합 및 반응하여 제2 포스페이트 결정의 물질이 생성될 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 공정(S4300)의 결과물인 칼슘 포스페이트 결정이 포함된 혼합용액에 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 인산 이온 및 제2 양의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 공정(S4400)에서 형성된 제2 포스페이트 결정이 추가되어 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정이 모두 포함된 혼합용액이 형성될 수 있다.
순차적으로, 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 혼합용액을 숙성(S4500)시켜, 결정한 크기의 휘트록카이트 결정을 제조할 수 있다.
즉 하나의 용기에서 혼합 및 반응을 진행하되, 시간적 분리를 통하여 순차적으로 혼합 및 반응이 진행될 수 있다.
시간적으로 분리된다는 것의 의미는 제1 포스페이트 결정을 만들기 위한 제1 반응조건을 인가한 후, 소정의 시간 간격이 지난 후 제2 포스페이트 결정을 만들기 위한 제2 반응조건을 인가하는 것을 의미할 수 있다.
예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하는 공정(S4300)에서는 제1 포스페이트 결정이 제조되도록 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 제1 양의 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 혼합할 수 있다. 이때, 제1 포스페이트 결정이 제조되기 위한 인산 이온과 칼슘 이온의 양 및 혼합용액의 pH 조건 등을 고려하여 제1 반응조건을 인가할 수 있다. 소정의 시간이 지난 후, 제2 포스페이트 결정을 제조하는 공정(S4400)에서는 제2 포스페이트 물질이 생성되도록 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합할 수 있다. 이때, 제2 포스페이트 결정이 제조되기 위한 인산 이온과 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 양 및 혼합용액의 pH 조건 등을 고려하여 제2 반응조건을 인가할 수 있다.
이러한 시간적 분리를 통하여 각 공정에서 목적하는 중간생성물을 형성할 수 있으며, 목적하는 중간생성물을 형성하기 위해 pH를 복잡하게 제어하지 않아도 무방하여 간단하고 직관적으로 휘트록카이트를 제조할 수 있다.
또한 pH를 세밀하게 제어하지 않아도 무방한 바, 인산 이온 공급 물질을 적하 방식(Dropwise)이 아닌, Pouring 방식으로 첨가할 수 있어 휘트록카이트의 제조시간을 상당히 단축시킬 수 있다.
도 27 및 도 28을 참고한다. 본 출원에 따른 일 실시예에 의하면, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법은 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정(S3100)하고, 결정된 결정의 크기에 기초하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온의 제 1 양을 결정(S3200)한다. 이 때, 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제 1 크기인 경우, 상기 제1 양은 제1 값으로 결정되고 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 큰 제2 크기인 경우 제1 양은 제2 값으로 결정된다.
제 1 포스페이트 결정, 바람직하게는 칼슘 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하고(S3300); 제 2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하고(S3400); 그리고 제 1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 것(S3500)을 포함하되, 이때, 상기 제1 값은 상기 제2 값보다 큰 값인 것을 일 특징으로 한다.
이 때 산화제를 혼합하는 공정을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온, 인산 이온 및 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 공정(S3300), 제 2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하는 공정(S3400), 및 제 1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 공정(S3500) 중 적어도 하나 이상의 공정에서 산화제를 혼합할 수 있다.
또는, 산화제를 혼합하는 공정은, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘 이온, 인산 이온 및 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 공정(S3300)보다 먼저 진행될 수 있다.
또는 제 2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하는 공정(S3400)보다 먼저 진행될 수 있다.
산화제를 첨가함에 따라, 휘트록카이트 결정을 제조하는 데 걸리는 제조시간을 단축시킬 수 있다. 바람직하게는 과산화수소가 산화제로 사용될 수 있다.
추가적으로 휘트록카이트 결정을 제조하기 위하여, 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙 공정이 더 포함될 수 있다.
(1)-1 실험예
본 실시예와 관련된 실험은 크게 두 가지 형태로 진행하였다. 첫 번째 형태는 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 공정과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하는 공정이 별개의 용기에서 진행되는 형태이다. 즉 공간적 분리를 통해 휘트록카이트를 제조하였다.
두 번째 형태는 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 공정과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하는 공정이 동일한 용기에서 진행되는 형태이다. 즉 시간적 분리를 통해 휘트록카이트를 제조하였다.
(1)-1-1 공간적 분리
본 실시예와 관련된 공간적 분리에 의한 첫 번째 실험(이하, 제1 실험)에서는 칼슘 이온 및 인산 이온을 제1 용기에서 혼합하되, 제1 양의 마그네슘 이온을 함께 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화칼슘 6.85g(약 0.0924mol)을 증류수에 용해시켜 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하였으며, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 3.81mL(107.19ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 111mL)과 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 X g을 상기 증류수(125*(1+(X/1.9))ml)에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
제2 용기에는 마그네슘 이온 및 인산 이온과 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 Y g을 증류수(125*(Y/1.9)ml)에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.23mL(62.77ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 65mL)과 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이때, 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기에 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (0.19g, 1.9g), (0.38g, 1.52g), (0.63g, 1.27g), (1.27g, 0.63g)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
이후 제1 용기의 혼합용액과 제2 용기의 혼합용액을 하나의 혼합용액으로 합쳐, 칼슘 포스페이트 물질과 마그네슘 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질과 마그네슘 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.54mL(71.46 ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 74mL)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 23시간 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
인산 이온이 포함된 인산 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
23시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 분석하였으며, 도 29를 참고하면, 본 제1 실험을 통하여, 제1 용기에 마그네슘 이온을 함께 첨가한 경우, 고순도의 휘트록카이트를 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 30 및 도 31을 참고하면, 제1 용기에 혼합되는 수산화마그네슘의 양(마그네슘 이온의 양과 비례)이 증가할수록, 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 도 30의 (a)는 상기 제1 용기 및 상기 제2 용기에 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (0.19g, 1.9g)으로, (b)는 (0.38g, 0.52g)으로, (c)는 (0.63g, 1.27g)으로, (d)는 (1.27g, 0.63g)으로 실험한 SEM Data이며, 제조된 결정을 10000배 확대한 Data이다.
(1)-1-2 시간적 분리
본 실시예와 관련된 시간적 분리에 의한 첫 번째 실험(이하 제2 실험)에서는, 혼합되는 마그네슘 이온의 총 양을 혼합되는 전체 양이온의 총 양에 대하여 26몰%로 하였으며, 전체 양이온에 대한 총 인산 이온의 몰비를 약 1로 하여 80℃에서 숙성시켜 휘트록카이트를 합성하였다.
고체의 수산화칼슘을 6.85g(약 0.0924mol)을 증류수에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 3.81mL(107.19ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 111mL)과 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 X g을 상기 증류수(125*(1+(X/1.9))ml)에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 80℃에서 1h동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
순차적으로 고체의 수산화마그네슘 Y g을 증류수(125*(Y/1.9)ml)에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.23mL(62.77ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 65mL)과 함께 상기 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이때, 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (0.38g, 1.52g), (0.63g, 1.27g), (0.95g, 0.95g), (1.27g, 0.63g), (1.52g, 0.38g)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.54mL(71.46 ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 74mL)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 23h 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
인산 이온이 포함된 인산 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
23시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 분석하였으며, 도 32를 참고하면, 본 제2 실험을 통하여, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 칼슘 이온 및 인산 이온과 마그네슘 이온을 함께 첨가한 경우, 고순도의 균일한 휘트록카이트가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 33 및 도 34를 참고하면, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 혼합되는 수산화마그네슘의 양(마그네슘 이온의 양과 비례)이 증가할수록, 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 도 33의 (a)는 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (0.38g, 1.52g)으로, (b)는 (0.63g, 1.27g)으로, (c)는 (0.95g, 0.95g)으로, (d)는 (1.27g, 0.63g)으로, (e)는 (1.52g, 0.38g)으로 실험한 SEM Data이며, 제조된 결정을 10000배 확대한 Data이다.
본 실시예와 관련된 시간적 분리에 의한 두 번째 실험(이하 제3 실험)에서는, 상기 제2 실험의 대부분의 실험조건은 동일하게 유지하되, 반응온도 및 숙성온도를 80℃가 아닌 60℃로 진행하였다. 반응 온도 및 숙성 온도를 60℃로 고정시킨 후, 제1 양(X g)과 제2 양(Y g)을 변화시키면서 실험을 진행하였다. 이외의 실험 조건은 상기 제2 실험과 동일하다.
정리하면, 제3 실험은 다음과 같이 진행된다.
고체의 수산화칼슘을 6.85g(약 0.0924mol)을 증류수에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 3.81mL(107.19ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 111mL)과 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 X g을 상기 증류수에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 60℃에서 15min 동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
순차적으로 고체의 수산화마그네슘 Y g을 증류수에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.23mL(62.77ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 65mL)과 함께 상기 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 혼합하였다. 이후 60℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이때, 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (0.63g, 1.27g), (0.95g, 0.95g)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.54mL(71.46 ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 74mL)을 혼합하였다. 이후 60℃에서 23h 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
이외의 실험 과정은 제2 실험과 동일하다.
이후 합성된 분말을 XRD를 통하여 분석하였으며, 도 35를 참고하면, 본 제3 실험을 통하여, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 칼슘 이온 및 인산 이온과 마그네슘 이온을 함께 첨가한 경우에 반응온도 및 숙성온도를 60℃로 진행한다면, 휘트록카이트가 형성되지 않는다는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 혼합되는 마그네슘 이온의 양을 변수로 하면서 휘트록카이트 결정의 크기를 제어하기 위해서는 바람직하게는 60℃ 초과의 온도에서 진행하여야 한다는 점을 추론할 수 있다.
이하에서는 대량으로 휘트록카이트를 제조하면서 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어하는 실험에 대하여 구체적으로 서술한다.
본 실시예와 관련된 시간적 분리에 의한 세 번째 실험(이하 제4 실험)에서는, 혼합되는 마그네슘 이온의 총 양을 혼합되는 전체 양이온의 총 양에 대하여 26몰%로 하였으며, 전체 양이온에 대한 총 인산 이온의 몰비를 약 1로 하여 80℃에서 숙성시켜 휘트록카이트를 합성하였다.
고체의 수산화칼슘을 137.05g(약 1.8514mol)을 증류수에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 75.49mL(2.12451L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 2.2L)와 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 X g을 상기 증류수에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 80℃에서 1h 동안(제1 반응시간) 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
순차적으로 고체의 수산화마그네슘 Y g을 증류수에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 44.61mL(1.25539L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 1.3L)와 함께 상기 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안(제2 반응시간) 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이때, 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (18.95g, 18.95g), (30.32g, 7.58g)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 51.47mL(1.44853L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 1.5L)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 23h 동안(숙성시간) 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
인산 이온이 포함된 인산 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
23시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말의 크기를 SEM을 통하여 분석하였으며, 도 36 및 도 37을 참고하면, 본 제4 실험을 통하여, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 칼슘 이온 및 인산 이온과 마그네슘 이온을 함께 첨가한 경우, 고순도의 균일한 휘트록카이트가 형성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 38을 참고하면, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 혼합되는 수산화마그네슘의 양(마그네슘 이온의 양과 비례)이 증가할수록, 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 도 36은 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (18.95g, 18.95g)으로 실험한 SEM 데이터이며, 제조된 결정을 50000배 확대한 Data이다. 도 37은 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (30.32g, 7.58g)으로 실험한 SEM 데이터이며, 제조된 결정을 50000배 확대한 Data이다.
이때, 상기 제4 실험에서 산화제가 첨가될 수 있으며, 산화제는 휘트록카이트 제조시간을 단축시킬 수 있다. 구체적으로 산화제는 과산화수소일 수 있다.
구체적으로 제4 실험에서 고체의 수산화칼슘을 137.05g(약 1.8514mol)을 증류수 및 산화제의 역할을 하는 과산화수소에 용해시킬 수 있다.
이때, 과산화수소를 산화제로 사용함에 따라, 상기 제4 실험의 상기 제1 반응시간이 약 10 내지 15분으로 단축될 수 있다. 또한 상기 제4 실험의 상기 제2 반응시간이 약 10 내지 15분으로 단축될 수 있다. 또한 상기 제4 실험의 상기 숙성시간이 3 시간으로 단축될 수 있다. 다시 말해, 산화제가 첨가되는 상기 제4 실험과 관련된 실험예는 아래와 같은 실험예에 따라 휘트록카이트가 제조되며 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 조절될 수 있다. .
고체의 수산화칼슘을 137.05g(약 1.8514mol)을 증류수 및 "과산화수소"에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 75.49mL(2.12451L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 2.2L)와 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 X g을 상기 증류수에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 80℃에서 10분 내지 15분 동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
순차적으로 고체의 수산화마그네슘 Y g을 증류수에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 44.61mL(1.25539L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 1.3L)와 함께 상기 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 혼합하였다. 이후 80℃에서 10분 내지 15분 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이때, 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (18.95g, 18.95g), (30.32g, 7.58g)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 51.47mL(1.44853L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 1.5L)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 3시간 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
인산 이온이 포함된 인산 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
3시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
본 실시예와 관련된 시간적 분리에 의한 네 번째 실험(이하 제5 실험)에서는, 혼합되는 마그네슘 이온의 총 양을 혼합되는 전체 양이온의 총 양에 대하여 26몰%로 하였으며, 전체 양이온에 대한 총 인산 이온의 몰비를 약 1로 하여 80℃에서 숙성시켜 휘트록카이트를 합성하였다. 제4 실험과 비교하여 제5 실험에서 상대적으로 대량의 휘트록카이트가 합성되었다.
고체의 수산화칼슘을 685.25g(약 9.2163mol)을 증류수에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 377.45mL(10.62255L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 11.00L)와 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 X g을 상기 증류수에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안(제1 반응시간) 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
순차적으로 고체의 수산화마그네슘 Y g을 증류수에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 223.2mL(6.2768L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 6.50L)와 함께 상기 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 혼합하였다. 이후 80℃에서 1시간 동안(제2 반응시간) 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이때, 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (94.75g, 94.75g), (151.60g, 37.90g)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 257.35mL(7.24265L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 7.5L)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 23시간 동안(숙성시간) 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
인산 이온이 포함된 인산 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
23시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
이때, 상기 제5 실험에서 산화제가 첨가될 수 있으며, 산화제는 휘트록카이트의 제조시간을 단축시킬 수 있다. 구체적으로 산화제는 과산화수소일 수 있다.
구체적으로 제5 실험에서 고체의 수산화칼슘을 685.25g(약 9.2163mol)을 증류수 및 산화제의 역할을 하는 과산화수소에 용해시킬 수 있다.
이때, 과산화수소를 산화제로 사용함에 따라, 상기 제5 실험의 상기 제1 반응시간이 약 15분으로 단축될 수 있다. 또한 상기 제5 실험의 상기 제2 반응시간이 약 15분으로 단축될 수 있다. 또한 상기 제5 실험의 상기 숙성시간이 3 시간으로 단축될 수 있다. 다시 말해, 산화제가 첨가되는 상기 제5 실험과 관련된 실험예는 아래와 같은 실험예에 따라 휘트록카이트가 제조되며 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 조절될 수 있다. .
고체의 수산화칼슘을 685.25g(약 9.2163mol)을 증류수 및 "과산화수소"에 용해시켜, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하고, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 377.45mL(10.62255L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 11.00L)와 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 X g을 상기 증류수에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 80℃에서 약 15분 동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
순차적으로 고체의 수산화마그네슘 Y g을 증류수에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 223.2mL(6.2768L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 6.50L)와 함께 상기 칼슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 혼합하였다. 이후 80℃에서 15분 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이때, 혼합되는 고체의 수산화마그네슘 (Xg, Yg)의 양을 (94.75g, 94.75g), (151.60g, 37.90g)으로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
순차적으로 칼슘 포스페이트 물질 및 마그네슘 포스페이트 물질이 포함된 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 257.35mL(7.24265L DW, 즉 0.5M 인산 수용액 7.5L)을 혼합하였다. 이후 80℃에서 3시간 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
인산 이온이 포함된 인산 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
3시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
제1 실험 내지 제5 실험을 통하여, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온인 마그네슘 이온의 양이 증가될수록 제조되는 휘트록카이트 결정의 크기가 점차적으로 감소한다는 점을 확인할 수 있었다.
칼슘 포스페이트 결정은 숙성단계에서 휘트록카이트 결정으로 상변이되는 물질이다. 따라서, 이미 형성된 칼슘 포스페이트 결정의 크기는 휘트록카이트 결정의 크기와 연관성이 있다고 봄이 합리적이다. 또한, 칼슘 포스페이트 결정의 크기는 칼슘 이온과 인산 이온 간의 반응 정도와 양의 상관관계가 존재한다고 볼 수 있다.
이 경우, 마그네슘 이온의 역할을 추측하여 본다면, 칼슘 이온과 인산 이온이 반응하여 칼슘 포스페이트 결정을 형성 및 성장하는 것을 마그네슘 이온이 억제할 수 있고, 그로 인해 칼슘 포스페이트 결정의 크기가 크게 성장하지 못하기 때문에 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 마그네슘 이온의 양이 증가될수록 휘트록카이트 결정의 크기가 감소되는 것으로 보인다.
그 이유로는, 화학통계적으로 마그네슘 이온이 존재함으로써, 칼슘 이온과 인산 이온의 반응을 위한 충돌빈도를 감소시키는 것으로 추측할 수 있다. 예를 들면, 마그네슘 이온이 혼합되지 않는 경우에는, 인산 이온은 보다 유리하게 칼슘 이온과 충돌할 수 있기 때문에, 칼슘 포스페이트가 생성되는 반응의 발생빈도가 마그네슘 이온이 존재하는 경우보다 높을 수 있다. 다만, 마그네슘 이온이 함께 혼합되는 경우, 인산 이온이 칼슘 이온 이외에 경쟁인자인 마그네슘 이온과도 충돌할 수 있기 때문에, 마그네슘 이온이 혼합되지 않은 경우보다 인산 이온과 칼슘 이온 간의 충돌빈도가 상대적으로 감소할 수 있다. 이에 따라, 칼슘 포스페이트 결정이 생성되는 반응의 빈도 또한 감소하여, 칼슘 포스페이트 결정의 형성 및 성장이 억제될 수 있다. 이러한 점을 종합해보면, 칼슘 포스페이트 결정이 형성 및 성장되는 것을 억제하는 데 마그네슘 이온이 관여한다는 점을 추론할 수 있는 것이다.
(2) 휘트록카이트 결정의 입자 크기 제어 방법의 제2 실시예
도 39를 참고한다. 본 출원에 따른 일 실시예에 따르면, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정(S5100)하고, 결정된 결정의 크기에 기초하여 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도를 결정(S5200)함; -이 때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제3 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제2 크기인 경우, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제4 값으로 결정될 수 있다.
상기 제1 온도와 상기 제2 온도는 서로 다른 온도로 결정될 수 있으며, 같은 온도로 결정될 수도 있다. 또한 상기 제1 온도와 상기 제3 온도도 서로 다른 온도로 결정될 수 있으며, 같은 온도로 결정될 수도 있다. 마찬가지로 상기 제2 온도와 상기 제3 온도 또한 서로 다른 온도로 결정될 수 있으며, 같은 온도로 결정될 수도 있다.
추가적으로 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합(S5300)하고;
제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제2 온도에서 인산 이온 및 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합(S5400) 하고;
그리고 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 제3 온도에서 숙성시키는 것(S5500)을 포함할 수 있다.
이 때 상기 제4 값은 상기 제3 값보다 큰 값일 수 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 제3 값과 상기 제4 값은 50℃ 초과 100℃ 이하의 범위의 값일 수 있다.
예를 들어, 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제1 크기로 제조하기 위해서는 제1 포스페이트 결정을 제조하는 공정(S5300), 제2 포스페이트 결정을 제조하는 공정(S5400) 및 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성하는 공정(S5500)의 상기 제1 온도 내지 상기 제3 온도는 제3 값인 60℃로 결정될 수 있다. 이때, 휘트록카이트 결정의 입자크기를 제1 크기보다 큰 제2 크기로 제조하기 위해서는 상기 제1 온도 내지 상기 제3 온도는 제3 값보다 더 큰 제4 값인 80℃로 결정될 수 있다. 즉 상기 제1 온도 내지 상기 제3 온도의 값을 높게 결정할수록 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 점차적으로 크게 제조할 수 있다.
정리하자면, 본 출원에 의해 개시되는 휘트록카이트의 결정 크기 제어 방법에 의하면, 제조된 휘트록카이트의 결정의 크기를 제어하기 위하여 고려할 수 있는 변수는, 제1 포스페이트를 제조하는 과정(도 27의 S3300 또는 도 39의 S5300)에 첨가되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 제1 양일 수 있다.
나아가, 본 출원에 의해 개시되는 휘트록카이트의 제조방법에 의하면, 제조된 휘트록카이트의 결정의 크기를 제어하기 위하여 고려할 수 있는 또 다른 변수는, 전술한 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 어느 하나 이상일 수 있다.
즉, 본 출원에 의해 개시되는 휘트록카이트의 결정 크기 제어방법에 의하면, 제조하고자 하는 휘트록카이트의 결정의 크기가 결정이 된 후, 전술한 제1 포스페이트를 제조하는 과정에서 첨가되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 제1 양과 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 어느 하나 이상의 온도를 선택하여 전술한 공정들을 진행시킴으로써 원하는 휘트록카이트의 결정을 제조할 수 있게 될 수 있다.
즉, 전술한 두 가지의 실시예는 독립적으로 실시되어야만 하는 것은 아니고, 함께 조합되어 사용될 수 있을 것이다. 이렇게 전술한 두 가지 실시예가 혼합되어 사용되는 경우, 제조되는 휘트록카이트의 결정 크기를 제어하기 위하여, 전술한 실시예들 중 어느 하나의 방법에 의해 휘트록카이트의 크기를 제어하는 것에 비하여 다음과 같은 장점을 가지게 될 수 있다.
상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도는 각각 제1 포스페이트의 제조, 제2 포스페이트의 제조 및 휘트록카이트의 제조에 요구되는 반응 조건의 일부이기 때문에 기본적으로 선택할 수 있는 온도 범위가 크지 않기 때문에, 온도만을 제어하여 휘트록카이트의 크기를 제어하는 경우, 휘트록카이트 크기의 범위도 상대적으로 제한될 수 있다. 이때, 상기 S3300 공정(또는 도 39의 S5300)에서의 제1 양을 제어함으로써, 제조되는 휘트록카이트의 크기의 제어가능 범위가 보다 더 넓어지게 되는 효과가 발생한다.
이와 유사하게, S3300 공정에서의 상기 제1 양(칼슘 이온 이외의 양이온의 첨가되는 양) 또한 상기 제2 포스페이트의 제조에 소비되는 물질로써, 상기 제2 포스페이트의 제조공정 및 휘트록카이트의 제조 공정에 직접적으로 영향을 미치는 물질이기 때문에, 상기 제1 양의 상한은 제한될 수 밖에 없을 것이다. 그렇기 때문에, 제1 양의 제어를 통한 휘트록카이트 결정의 크기의 하한 역시 제한될 수 밖에 없다. 이러한 때에, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 어느 하나 이상의 온도를 제어함으로써, 상기 제1 양의 상한에 의해 제한되는 휘트록카이트 결정의 크기의 최소값은 상기 온도의 조절에 의해 보다 더 낮아질 수 있게 될 수 있을 것이다.
다시 도 39를 참고한다. 본 출원에 의한 바람직한 일 실시예에 의하면, 상기 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위해 제1 온도에서 인산 이온 및 칼슘이온을 혼합하되, 제1 양의 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 공정(S5300)과 상기 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위해 제2 온도에서 인산 이온 및 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 공정(S5400)은 동일한 용기에서 진행될 수도 있으나, 바람직하게는 별개의 용기에서 진행될 수 있다. 다시 말해, 제1 용기에서 칼슘 이온, 인산 이온 및 제1 양만큼의 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 혼합되며, 제2 용기에서 인산 이온 및 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 혼합될 수 있다.
공간적 분리를 통하여 상이한 반응조건이 제공될 수 있다. 다시 말해, 제1 용기에서는 제1 포스페이트 결정이 제조되기 위한 제1 반응조건이 인가되면서 동시에 제2 용기에서는 제2 포스페이트 결정이 제조되기 위한 제2 반응조건이 인가될 수 있다. 이 때, 반응조건은 pH, 인산의 양, 온도 등을 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 결정된 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제조하기 위해서, 제1 용기에서는 상기 제1 온도가 제3 값인 것을 포함하는 제1 반응조건이 인가되면서 동시에 제2 용기에서는 상기 제2 온도가 제4 값인 것을 포함하는 제2 반응조건이 인가될 수 있다. 별개의 용기에서 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정을 각각 제조하며, 휘트록카이트 결정의 크기를 제어하는 하나의 변수인 온도를 각 용기에 상이하게 제공할 수 있기 때문에, 휘트록카이트의 크기의 제어가능 범위가 보다 넓어지는 효과가 발생할 수 있다. 예를 들어, 하나의 용기에서 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정을 제조하는 경우에는, 시간적으로 분리하여 각 포스페이트 결정을 제조한다고 하더라도, 일부 제조과정이 시간 축 상에서 중첩될 수 있으며, 적어도 중첩된 시간 상에서는 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정을 제조하는 온도를 상이하게 제공할 수 없다. 다만 제1 포스페이트 결정을 제조하는 공정과 제2 포스페이트 결정을 제조하는 공정을 별개의 용기에서 진행하는 경우에는, 상이한 온도를 각각의 용기에 인가할 수 있고, 각 용기에서도 반응 진행 정도에 따라 온도를 조절할 수 있기 때문에 휘트록카이트 크기의 제어가능 변수로써의 반응온도를 다양하게 선택할 수 있는 효과가 발생할 수 있는 것이다.
본 출원에 의한 일 실시예에 의하면, 제1 용기에서 제2 포스페이트 물질이 생성될 수도 있으나, 바람직하게는 제1 용기에서는 제 1 포스페이트 결정이 제조된다. 제2 용기에서는 제2 포스페이트 결정이 제조될 수 있다.
따라서, 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정이 포함된 혼합용액은 제1 용기 및 제2 용기의 혼합용액을 하나의 용기로 합치는 공정을 통해 형성될 수 있다.
순차적으로 제 1 포스페이트 결정 및 상기 제 2 포스페이트 결정이 포함된 혼합용액을 숙성(S5500)시켜, 결정한 크기의 휘트록카이트 결정이 제조될 수 있다.
도 39를 다시 참고한다. 본 출원에 따른 일 실시예에 따르면, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정(S5100)하고, 결정된 결정의 크기에 기초하여 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도를 결정(S5200)함; -이 때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제3 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제2 크기인 경우, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제4 값으로 결정될 수 있다.
제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합(S5300)하고;
제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제2 온도에서 인산 이온 및 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합(S5400) 하고;
그리고 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 제3 온도에서 숙성시키는 것(S5500)을 포함할 수 있다.
이 때 상기 제4 값은 상기 제3 값보다 큰 값일 수 있다.
상기 제1 포스페이트는 칼슘 이온을 포함하는 포스페이트일 수 있다. 즉 칼슘 포스페이트 물질의 결정이다. 예를 들어, 칼슘 포스페이트 물질인 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite), 디칼슘 포스페이트 디하이드레이트(Dicalcium phosphate dehydrate, DCPD), 브루사이트(Brushite), 모네타이트(Monetite) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질이 될 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 칼슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 칼슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
상기 제2 포스페이트는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 포함된 포스페이트 물질일 수 있다. 즉, 상기 제2 포스페이트 물질은 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 인산 이온이 결합된 물질로 볼 수 있다. 예를 들어, 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 마그네슘 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 마그네슘 포스페이트 물질이고, 모노마그네슘 포스페이트(Monomagnesium phosphate), 디마그네슘 포스페이트(Dimagnesium phosphate), 뉴베리아이트(Newberyite), 트리마그네슘 포스페이트(Trimagnesium phosphate) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질로 볼 수 있다. 다만, 예시된 물질로 제한되지 않으며, 마그네슘 이온과 인산 이온이 결합된 물질이라면 마그네슘 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
또한, 상기 제2 양이온이 코발트 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 코발트(II) 포스페이트 하이드레이트(Cobalt(II) phosphate hydrate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 철 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 아이언(III) 포스페이트 디하이드레이트(Iron(III) phosphate dihydrate), 아이언(III) 포스페이트 테트라하이드레이트(Iron(III) phosphate tetrahydrate) 또는 이들의 조합을 포함하는 물질일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 나트륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 소듐 포스페이트(Sodium phosphate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 칼륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 칼륨 포스페이트 트리베이직(Potassium phosphate tribasic)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 스트론튬 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 스트론튬 포스페이트(Strontium phosphate)일 수 있다.
또한, 상기 제2 양이온이 바륨 이온이라면, 상기 제2 포스페이트 물질은 바륨 포스페이트(Barium phosphate)일 수 있다.
다만, 제2 포스페이트 물질은 예시된 물질로 제한되지 않으며, 전술한 예시된 제2 양이온과 인산 이온이 결합하여 수용액 상에서 존재할 수 있는 물질이면 상기 제2 포스페이트 물질로 볼 수 있을 것이다.
상기 칼슘 이온은, 수산화 칼슘(Calcium hydroxide), 칼슘 카보네이트(Calcium carbonate), 칼슘 나이트레이트(Calcium nitrate) 및 칼슘 아세테이트(Calcium acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 칼슘 이온 공급 물질에 의해 공급될 수 있으며, 바람직하게는, 수산화칼슘(Calcium hydroxide)에 의해 공급될 수 있다.
예를 들어, 칼슘 이온이 포함되도록 고체 상태의 수산화칼슘을 물에 녹인 수용액을 인산 이온과 혼합하거나, 인산 이온을 포함하는 수용액에 고체 상태의 수산화칼슘을 혼합하여, 인산 이온과 칼슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합하여 칼슘 이온이 제공될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 인산 이온과 칼슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합되는 경우를 모두 포함할 수 있다.
상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온은 예를 들어 Mg, Co, Sb, Fe, Mn, Y, Eu, Cd, Nd, Na, La, Sr, Pb, Ba, 및 K 중 적어도 하나 이상의 이온형태일 수 있다.
또한 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온(X 원자의 이온형태)은 수산화 X(X hydroxide), X 카보네이트(X carbonate), X 나이트레이트(X nitrate) 및 X 아세테이트(X acetate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 양이온 공급 물질에 의해 공급될 수 있다.
예를 들어, 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 마그네슘 이온인 경우, 마그네슘 이온은 수산화 마그네슘(Magnesium hydroxide), 마그네슘 카보네이트 (Magnesium carbonate), 마그네슘 나이트레이트(Magnesium nitrate) 및 마그네슘 아세테이트(Magnesium acetate) 등의 마그네슘 공급 물질에 의해 공급될 수 있다.
이때 마그네슘 이온이 포함되도록 고체 상태의 수산화마그네슘을 물에 녹인 수용액을 인산 이온과 혼합하거나, 인산 이온을 포함하는 수용액에 고체 상태의 수산화마그네슘을 혼합하여, 인산 이온과 마그네슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합하여 마그네슘 이온이 제공될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 인산 이온과 마그네슘 이온이 용액 내에서 공존하도록 혼합되는 경우를 모두 포함할 수 있다.
제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 상기 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온은 칼슘 이온과 인산 이온이 칼슘 포스페이트 결정을 형성 및 성장하는 것을 억제하는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 마그네슘 이온인 경우, 칼슘 포스페이트가 형성되도록 칼슘 이온과 인산 이온이 반응될 때, 마그네슘 이온이 칼슘 이온과 인산 이온의 반응을 위한 충돌빈도를 감소시켜 칼슘 포스페이트 결정이 형성 및 성장하는 것을 억제할 수 있다. 다시 말해, 마그네슘 이온이 혼합되지 않는 경우에는 칼슘 이온과 인산 이온이 오로지 충돌할 수 있기 때문에, 칼슘 포스페이트를 생성하는 반응의 이루어지는 빈도가 높을 수 있다. 다만, 마그네슘 이온이 함께 혼합되는 경우, 인산 이온이 칼슘 이온 이외에 마그네슘 이온과도 충돌할 수 있기 때문에, 마그네슘 이온이 혼합되지 않은 경우보다 인산 이온과 칼슘 이온 간의 충돌빈도가 상대적으로 감소할 수 있다. 이에 따라, 칼슘 포스페이트 결정이 생성되는 반응의 빈도 또한 감소하여, 칼슘 포스페이트 결정의 성장이 억제될 수 있다. 즉, 칼슘 포스페이트 결정이 성장하는 것을 억제하는 데 마그네슘 이온이 관여할 수 있다.
제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 동일할 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온이 모두 마그네슘 이온일 수 있다.
다만, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온이 제1 포스페이트 결정의 성장을 억제하는 역할을 수행할 수 있다면, 그 역할을 수행할 수 있는 양이온이 혼합될 수 있기 때문에, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온과 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 상이해질 수 있다. 예를 들어, 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 마그네슘 이온인 반면, 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 양이온은 제1 포스페이트 결정의 성장을 방해할 수 있는, 마그네슘 이온과 물리적 특징(예, 이온의 크기) 및 화학적 특성(예, 전하량)이 유사한 마그네슘 이외의 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온일 수 있다.
상기 인산 이온은 수용액 상에서 pH에 따라 존재할 수 있는 인산 이온의 형태를 모두 포함할 수 있다. 일반적으로 인산 이온(phosphate ion)이라고 하면, PO4^3- 를 의미한다고 볼 수 있으나, 이에 제한되지는 않으며, 수용액 상에서 인산(Phosphoric acid)가 존재할 수 있는 형태를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 인산 이온(PO4^3-), 인산수소이온(HPO4^2-, hydrogen phosphate ion), 인산이수소이온(H2PO4^-, dihydrogen phosphate ion), 인산(H3PO4, phosphoric acid) 모두 상기 인산 이온으로 볼 수 있다.
상기 인산 이온은 인산(phosphoric acid), 디암모늄 하이드로겐 포스페이트(diammonium hydrogen phosphate), 암모늄 포스페이트(ammonium phosphate) 및 인산염(phosphate) 중에서 선택된 하나 이상을 포함하는 인산이온공급물질(또는 인산이온 제공물질)에 의해 공급될 수 있으며, 바람직하게는 인산(phosphoric acid)에 의해 공급될 수 있다. 예를 들어, 고체의 인산 이온 제공 물질(예, 디암모늄 하이드로겐 포스페이트, 암모늄 포스페이트 등)을 물 또는 수용액에 용해시켜 인산 이온이 포함된 용액을 혼합할 수 있다. 또는, 인산이온 제공 물질(예, 인산)에 물이 용매로 존재하여 인산이온 제공 물질 자체에 인산 이온이 포함되어, 인산이온 제공 물질을 칼슘 이온과 혼합할 수 있다.
또한, 인산 이온과 칼슘 이온, 또는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온과 혼합될 때 적하 방식(Dropwise)에 의해 혼합될 수도 있으나, Pouring 방식에 의해 혼합될 수 있다. 상기 Pouring 방식은 적하 방식(Dropwise)과는 다른 방식으로, 실질적으로 매우 짧은 시간(예를 들어, 약 1초 이내의 시간) 안에 첨가하여야 하는 모든 용액을 한꺼번에 첨가하는 방식을 의미한다. 예를 들어, 종래의 휘트록카이트 제조방법은 인산 이온이 포함된 용액을 12.5ml/min의 부피유량으로 지속적으로 적하 방식으로 혼합하였다. 반면 본 출원에 개시된 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있는 제조방법의 일 실시예에 의하면, 인산 이온이 포함된 용액이 2ml/sec(120ml/min) 내지 130ml/sec(7800ml/min)의 부피유량으로 한꺼번에 혼합될 수 있다. 그러나, Pouring 방식에 의하더라도 혼합되는 인산 이온이 포함된 용액의 부피에 따라 혼합이 진행되는 시간이 수초에서 수십초까지 늘어날 수 있다.
또한, 혼합되는 인산 이온은 여러 번에 걸쳐 소정의 시간 간격을 가지고 혼합될 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정 및 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 경우에도 인산 이온이 혼합될 수 있는데, 이때 혼합되는 인산 이온은 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 인산 이온 또는 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여 혼합되는 인산 이온과 소정의 시간 간격을 가지고 첨가될 수 있다. 이때, 소정의 시간 간격은 제1 포스페이트 결정 또는 제2 포스페이트 결정을 형성하기 위한 반응시간을 고려하여 결정할 수 있다.
도 39를 다시 참고한다. 본 출원에 따른 일 실시예에 따르면, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로, 제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정(S5100)하고, 결정된 결정의 크기에 기초하여 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도를 결정(S5200)함; -이 때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제3 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제2 크기인 경우, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제4 값으로 결정될 수 있다.
제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합(S5300)하고;
제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제2 온도에서 인산 이온 및 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합(S5400) 하고;
그리고 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 제3 온도에서 숙성시키는 것(S5500)을 포함할 수 있다.
이 때 상기 제4 값은 상기 제3 값보다 큰 값일 수 있다.
이 때, 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법은 산화제가 혼합되는 공정을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 포스페이트 결정을 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 공정(S5300), 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 제2 온도에서 인산 이온 및 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 공정(S5400), 및 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 제3 온도에서 숙성시키는 공정(S5500) 중 적어도 하나 이상의 공정에서 산화제를 혼합할 수 있다.
또는, 산화제를 혼합하는 공정은 제1 포스페이트 결정을 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하는 공정(S5300)보다 먼저 진행될 수 있다.
또는, 산화제를 혼합하는 공정은 제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 제2 온도에서 인산 이온 및 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 혼합하는 공정(S5400)보다 먼저 진행될 수 있다.
산화제를 첨가함에 따라, 휘트록카이트 결정을 제조하는 데 걸리는 제조시간을 단축시킬 수 있다. 바람직하게는 과산화수소가 산화제로 사용될 수 있다.
또한, 본 출원의 바람직한 실시예에 따르면, 휘트록카이트 결정을 형성하고, 입자크기를 제어하기 위해서는 상기 제1 온도, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도 중 적어도 하나 이상이 60℃ 이상 100℃이하일 수 있다. 상기 제1 온도 내지 상기 제3 온도가 60℃보다 낮아지는 경우, 휘트록카이트 이외의 물질이 형성될 수 있다.
추가적으로 휘트록카이트 결정을 제조하기 위하여, 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙 공정이 더 포함될 수 있다.
(2)-1 실험예
본 실시예와 관련된 공간적 분리에 의한 첫 번째 실험(이하, 제1 실험)에서는 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 제1 양의 마그네슘 이온을 함께 제1 용기에 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화칼슘 6.85g(약 0.0924mol)을 증류수에 용해시켜 칼슘 이온을 포함하는 용액을 제조하였으며, 칼슘 이온을 포함하는 용액을 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 3.81mL(107.19ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 111mL)과 혼합하였다. 이때, 고체의 수산화마그네슘 0.95g을 상기 증류수(187.5ml)에 칼슘 이온과 함께 용해시켜 혼합하였다. 이후 Z℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 칼슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다. 여기서, 본 실험에서는 반응 온도 또는 숙성 온도를 변수로 하여 휘트록카이트 결정의 입자크기가 어떻게 변화하는지를 관찰하기 위해, 인산 이온과 칼슘 이온과 혼합되는 마그네슘 이온의 양을 고정하여 실험하였다.
제2 용기에는 마그네슘 이온 및 인산 이온과 혼합하였다. 이 때, 고체의 수산화마그네슘 0.95g을 증류수(62.5ml)에 용해시켜, 마그네슘 이온을 포함하는 용액을 제조하여, 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.23mL(62.77ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 65mL)과 혼합하였다. 이후 Z℃에서 1시간 동안 스터링(stirring)하여 마그네슘 포스페이트 물질을 형성하도록 반응시켰다.
이후 제1 용기의 혼합용액과 제2 용기의 혼합용액을 하나의 혼합용액으로 합쳐, 칼슘 포스페이트 물질과 마그네슘 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액을 형성하였다.
이후 칼슘 포스페이트 물질과 마그네슘 포스페이트 물질을 포함하는 혼합용액에 인산 이온을 포함하는 85% 인산용액 2.54mL(71.46 ml DW, 즉 0.5M 인산 수용액 74mL)을 혼합하였다. 이후 Z℃에서 23시간 동안 스터링(stirring)하여 숙성시켰다.
이 때, 본 실시예와 관련된 제1 실험에서는 Z℃를 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃로 변화시키면서 실험을 진행하였다.
또한, 인산 이온이 포함된 인산 용액이 첨가될 때, 적하 방식(Dropwise)이 아니라 세 번에 걸쳐 각각 해당하는 양의 인산을 한꺼번에 첨가하는 Pouring 방식을 이용하여 첨가하였다.
23시간 동안 혼합용액을 숙성시킨 후, 혼합용액을 필터링, 세척, 오븐 건조, 볼 밀링, 시빙하여 건조된 분말을 제조하였다.
이후 합성된 분말을 SEM과 XRD를 통하여 분석하였으며, 도 40을 참고하면, 본 제1 실험을 통하여, 제1 용기에 마그네슘 이온의 일정량을 함께 첨가하고, 60℃이상에서 반응 및 숙성시킨 경우, 고순도의 휘트록카이트를 형성된 것을 확인할 수 있었다. 도 40의 (a)는 Z℃를 90℃로 실험한 데이터이며, (b)는 80℃으로, (c)는 70℃으로, (d)는 60℃으로, (e)는 50℃으로, (f)는 40℃으로 실험한 XRD Data의 결과값을 나타낸 그래프이다.
또한, 도 41 및 도 42를 참고하면, 반응 및 숙성온도가 증가할수록, 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
도 40의 (a)는 Z℃를 90℃로, (b)는 80℃으로, (c)는 70℃으로, (d)는 60℃으로 실험한 SEM Data이며, 제조된 결정을 10000배 확대한 Data이다.
다만, 도 40의 (e), (f)를 참고하면, 50℃ 이하에서 반응 및 숙성을 진행한 경우에는 휘트록카이트가 제조되지 않은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 제1 포스페이트 결정을 제조하는 과정에 혼합되는 칼슘 이온이 아닌 다른 양이온의 양을 고정하고, 반응 및 숙성 온도를 변수로 휘트록카이트 결정의 크기를 제어하기 위해서는, 바람직하게는 50℃ 초과 100℃ 이하의 온도에서 반응 및 숙성이 진행되어야 한다는 점을 추론할 수 있다.
휘트록카이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 포스페이트 결정이 일정한 크기 이상의 결정으로 성장한 후 숙성 단계에서 상변이를 통해 결정 구조가 변화되어야 한다고 추측할 수 있다. 따라서, 휘트록카이트 결정의 크기는 이미 제조된 칼슘 포스페이트 결정의 크기와 연관성이 있다고 보는 것이 합리적이다. 또한 칼슘 포스페이트 결정이 생성되는 과정은 온도에 의존할 수 있다. 칼슘 포스페이트 결정은 칼슘 이온 및 인산 이온 간의 충돌을 통해 반응이 진행되게 되며, 칼슘 이온 및 인산 이온과의 충돌빈도는 온도와 양의 상관관계를 가질 수 있기 때문이다. 다시 말해, 온도가 칼슘 포스페이트 결정을 형성 및 성장시키는 데 큰 요인 중 하나라고 볼 수 있다. 실험결과로 추론해볼 때, 반응온도 및 숙성온도가 50℃ 이하의 범위에서는 휘트록카이트로 결정 구조가 변화될 수 있는 종류의 칼슘 포스페이트 물질이나 충분한 크기의 칼슘 포스페이트 결정이 제조되지 않은 것으로 보인다. 이는 온도가 낮아지게 되면, 칼슘 이온과 인산 이온 간의 충돌빈도가 낮아지게 되고, 이로 인해 휘트록카이트 결정으로 전환 가능한 종류나 충분한 크기의 칼슘 포스페이트 결정이 형성되지 않았기 때문이라 추측할 수 있다.
다만, 50℃ 초과 100℃ 이하의 온도 범위에서는, 휘트록카이트 결정으로 전환될 수 있는 정도의 크기의 칼슘 포스페이트 결정 혹은 휘트록카이트 결정으로 전환 가능한 칼슘 포스페이트 종류가 형성된 것으로 보인다. 이는, 온도가 증가함에 따라, 칼슘 이온 및 인산 이온간의 충돌빈도가 상승할 수 있고, 그로 인해 충분히 휘트록카이트로 전환되기 위한 문턱(Threshold)를 넘은 것으로 추측된다. 또한, 온도가 상승함에 따라, 칼슘 이온 및 인산 이온간의 충돌빈도가 증가하게 되어 칼슘 포스페이트 결정을 형성 및 성장이 좀 더 잘 이루질 수 있어, 제조되는 칼슘 포스페이트 결정의 크기가 증가되고, 칼슘 포스페이트 결정이 휘트록카이트 결정으로 전환되면서 최종 휘트록카이트 결정의 입자크기 또한 증가한 것으로 추측된다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예 및 도면을 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

Claims (12)

  1. 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로,
    제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정하고;
    상기 결정된 결정의 크기에 기초하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온의 제1 양을 결정하고 - 이때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우 상기 제1 양은 제1 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제2 크기인 경우 상기 제1 양은 제2 값으로 결정됨 -;
    제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 상기 결정된 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하고;
    제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하고; 그리고
    상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 것을 포함하되,
    이때, 상기 제1 값은 상기 제2 값보다 큰 값인 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    산화제를 혼합하는 것을 더 포함하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 산화제는 과산화수소인,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  4. 휘트록카이트 결정을 제조하는 방법으로,
    제조할 휘트록카이트 결정의 크기를 결정함;
    상기 결정된 결정의 크기에 기초하여, 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도를 결정함- 이때, 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기인 경우, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제3 값으로 결정되고 상기 결정된 휘트록카이트 결정의 크기가 제1 크기보다 더 큰 제2 크기인 경우, 상기 제1 온도, 제2 온도 및 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도는 제4 값으로 결정됨;
    제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 제1 양 만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온을 함께 혼합하고;
    제2 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 상기 제2 온도에서 제2 양만큼의 칼슘이온이 아닌 다른 양이온 및 인산 이온을 혼합하고; 그리고
    상기 제3 온도에서 상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정이 포함된 용액을 숙성시키는 것을 포함하되,
    이때, 상기 제4 값은 상기 제3 값보다 큰 값인 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제3 값 또는/및 제4 값은 50℃ 초과 100℃ 이하의 값인 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  6. 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화제를 혼합하는 것을 더 포함하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 산화제는 과산화수소인,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  8. 제1 포스페이트 결정을 제조하기 위하여, 제1 온도에서 칼슘 이온 및 인산 이온을 혼합하되, 이때 칼슘 이온이 아닌 제1 양이온을 함께 혼합하여 제1 혼합용액을 만드는 제 1 공정;
    제2 포스페이트 물질을 제조하기 위하여, 제2 온도에서 칼슘 이온이 아닌 제2 양이온 및 인산 이온을 혼합하는 제2 공정; 및
    상기 제1 포스페이트 결정 및 상기 제2 포스페이트 결정을 포함하는 제2 혼합용액을 숙성시키는 제3 공정; 을 포함하되,
    상기 제1 공정의 칼슘 이온이 아닌 제1 양이온은 상기 제1 포스페이트 결정이 성장되는 것을 방지하여, 상기 제2 양이온의 양에 대한 상기 제1 양이온의 양의 비율이 커질수록 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 감소하도록 상기 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 온도, 상기 제2 온도 및 상기 제3 온도 중 적어도 하나 이상의 온도가 제3 값에서 더 높은 값인 제4 값으로 상승할수록 상기 휘트록카이트 결정의 입자 크기가 점차적으로 증가하도록 상기 휘트록카이트 결정의 입자 크기를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제3 값 또는/및 상기 제4 값은 50℃ 초과 100 ℃ 이하의 값인 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  11. 제9 항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화제를 첨가하는 제4 공정을 더 포함하되,
    상기 제4 공정은 상기 제1 공정 이전에 진행되거나, 상기 제1 공정 내지 상기 제3 공정의 적어도 일부와 시간 축 상에서 중첩되는 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 산화제는 과산화수소인 것을 특징으로 하는,
    휘트록카이트 결정을 제조하는 방법.
PCT/KR2020/014497 2019-10-22 2020-10-22 휘트록카이트의 제조 방법 및 휘트록카이트 결정의 입자 크기의 제어 방법 WO2021080348A1 (ko)

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