DE102008045333B4

DE102008045333B4 - Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit

Info

Publication number: DE102008045333B4
Application number: DE102008045333.1A
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Ishikawa; Yoshiyuki Ogawara; Tomohiko Yoshitake; Yukiko MURAKAMI
Original assignee: Hoya Corp
Current assignee: Hoya Corp
Priority date: 2007-08-30
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2023-05-17
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: GB2452823B; FR2920320A1; GB0815850D0; JP5458230B2; US8609055B2; FR2930177A1; US20090060814A1; GB2452823A; JP2009057228A; DE102008045333A1; FR2920320B1

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit unter Verwendung einer calciumbasierten Verbindung, von Hydrogenfluorid und von Phosphorsäure, wobei das Verfahren umfasst:Zubereiten einer ersten Flüssigkeit, die die calciumbasierte Verbindung enthält, einer zweiten Flüssigkeit, die das Hydrogenfluorid enthält, und einer dritten Flüssigkeit, die die Phosphorsäure enthält,Erzeugen eines ersten Gemischs durch Mischen der ersten Flüssigkeit, der zweiten Flüssigkeit und der dritten Flüssigkeit, wobei das Mischen der ersten Flüssigkeit, der zweiten Flüssigkeit und der dritten Flüssigkeit dadurch ausgeführt wird, dass die zweite Flüssigkeit mit der dritten Flüssigkeit gemischt wird, um ein zweites Gemisch zu erzeugen, und danach die erste Flüssigkeit mit dem zweiten Gemisch dadurch gemischt wird, dass das zweite Gemisch der ersten Flüssigkeit tropfenweise zugegeben wird, undReagieren der calciumbasierten Verbindung, des Hydrogenfluorids und der Phosphorsäure in dem ersten Gemisch, um dadurch den Fluorapatit zu gewinnen,wobei die Geschwindigkeit, mit der das zweite Gemisch in die erste Flüssigkeit getropft wird, im Bereich von 1 bis 100 L/Stunde liegt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Fluorapatit hat nahezu die gleiche kristalline Struktur wie Hydroxylapatit und zeigt daher nahezu die gleichen Adsorptionseigenschaften (Adsorptionsvermögen) für Proteine wie Hydroxylapatit.
Ferner ist Fluorapatit eine Substanz, die durch ihr Fluoratom stabiler als Hydroxylapatit ist und daher eine hohe Säurebeständigkeit hat. Aus diesen Gründen hat Fluorapatit Vorteile darin, dass er eine hohe Beständigkeit gegenüber Säurelösungen hat und daher in der Lage ist, ein Protein in einer Säurelösung zu separieren.
Solcher Fluorapatit wird gewöhnlich durch Beigabe (Mischen) von Ammoniumfluorid als Fluorquelle zu (mit) einer Hydroxylapatit enthaltenden Schlämme synthetisiert ( JP 2004-330113 A ist ein Beispiel einschlägiger Technik.).
Bei dem durch ein derartiges Verfahren synthetisierten Fluorapatit jedoch wird während des Synthetisierprozesses aus dem Ammoniumfluorid stammendes Ammoniak als Verunreinigung daran adsorbiert. Apatite wie Fluorapatit haben ein hohes Adsorptionsvermögen für Ammoniak, und daher bleibt, wenn eine synthetisierten Fluorapatit enthaltende Schlämme zwecks Teilchenerzeugung sprühgetrocknet (granuliert) wird, Ammoniak in den Teilchen (Fluorapatitteilchen). Es ist also sehr schwierig, Ammoniak von den Fluorapatitteilchen zu entfernen.
Daher ist die Menge des in den so synthetisierten Fluorapatitteilchen verbleibenden Ammoniaks von Charge zu Charge unterschiedlich, was das Erzeugen von Fluorapatitteilchen mit gleichmäßigen Eigenschaften erschwert.
Ferner behindert das an Hydroxylapatitteilchen adsorbierte Ammoniak die Substitution von Hydroxylgruppen von Hydroxylapatit durch Fluoratome von Ammoniumfluoridmolekülen, und daher bestehen auch Probleme darin, dass die Substitutionsrate von Hydroxylgruppen von Hydroxylapatit durch Fluoratome nur in einem bestimmten Maß erhöht werden kann, weswegen eine weitere Verbesserung der Säurebeständigkeit des synthetisierten Fluorapatits nicht zu erwarten ist.
Da Fluorapatit häufig zum Separieren eines Proteins in einer Säurelösung verwendet wird, zieht man es ferner vor, dass die Menge des an dem Fluorapatit zu adsorbierenden Proteins groß ist, so dass eine große Menge des Proteins aus einer Probe (d.h. der das Protein enthaltenden Säurelösung) separiert werden kann. Unter diesem Aspekt wird vorzugsweise Fluorapatit mit einer großen spezifischen Oberfläche verwendet.
Aus diesen Gründen kann Fluorapatit, der eine Verunreinigung wie Ammoniak zu einem geringen Grad enthält und eine höhere Säurebeständigkeit sowie eine große spezifische Oberfläche hat, vorzugsweise zum Separieren eines Proteins (insbesondere eines in einer Säurelösungen enthaltenen Proteins) verwendet werden. Ein Verfahren zum Herstellen von derartigem Fluorapatit ist jedoch bisher nicht entwickelt worden.
Aus der DE 21 31 666 A ist ein Verfahren zur Herstellung von Fluorapatit bekannt, bei dem eine Lösung mit einem Gemisch aus gleichen Raumteilen Phosphorsäure und Fluorwasserstoffsäure versetzt und daraus eine zähflüssige Lösung gebildet wird. Aus dieser zähflüssigen Lösung bildet sich ein Gel, dem dann eine Nährlösung, die eine calciumbasierte Verbindung enthält, so zugegeben wird, dass die Nährlösung auf der Oberfläche des Gels schwimmt, worauf ein Niederschlag unter der Grenzfläche zwischen dem Gel und der Nährlösung auftritt. Aus dem Niederschlag bildet sich dann ein kristallines Flächengebilde, das als Calciumphosphat mit einem Fluorgehalt von weniger als 100 ppm identifiziert wird.
In der DE 39 12 379 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem Fluorapatit dadurch hergestellt wird, dass eine wässrige Phosphorsäurelösung mit einer Aufschlämmung aus Ammoniumhydrogenflurid und Calciumhydroxid gemischt wird.
Aus den Druckschriften US 6 306 297 B1 und US 4 048 300 A ist Fluorapatit bekannt, der aus Hydroxylapatit mit Hydroxylgruppen und Hydrogenfluoridmolekülen, die jeweils ein Fluoratom haben, erzeugt ist, wobei ein Teil der Hydroxylgruppen durch Fluoratome substituiert ist.
Aus der US 2006/0207940 A1 ist eine Adsorptionsvorrichtung bekannt, die ein Adsorptionsmittel aus getrockneten Teilchen enthält, die durch Granulieren von Fluorapatit erzeugt sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit anzugeben, der durch Reduzieren einer Verunreinigung, wie Ammoniak, aus einem Rohmaterial auf einen geringen oder sehr geringen Wert eine verbesserte Säurebeständigkeit hat und aufgrund seiner großen spezifischen Oberfläche in der Lage ist, eine große Menge eines Proteins zu separieren.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.

(1) Ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit unter Verwendung einer calciumbasierten Verbindung, von Hydrogenfluorid und von Phosphorsäure umfasst die im Anspruch 1 definierten Schritte.

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ist es möglich, Fluorapatit zu erzeugen, in dem keine Verunreinigung oder eine Verunreinigung zu einem sehr geringen Grad enthalten ist, da als Fluorquelle Hydrogenfluorid anstelle von Ammoniumfluorid verwendet wird. Daher ist es möglich, Fluorapatit mit hoher Kristallinität zu erzeugen, der dank seiner hohen Kristallinität eine bessere Säurebeständigkeit hat. Ferner kann der so gewonnene Fluorapatit aufgrund seiner großen spezifischen Oberfläche eine große Menge eines Proteins aus einer Probe (das Protein enthaltende Säurelösung) separieren.

(2) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren ist die calciumbasierte Verbindung Calciumhydroxid.

Dadurch kann verlässlich verhindert werden, dass eine Verunreinigung, die aus der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung stammt, bei dem Reaktionsschritt in den erzeugten Fluorapatit inkorporiert wird.

(3) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren erfolgt das Mischen der ersten Flüssigkeit, der zweiten Flüssigkeit und der dritten Flüssigkeit dadurch, dass die zweite Flüssigkeit mit der dritten Flüssigkeit gemischt wird, um ein zweites Gemisch zu erzeugen, und danach die erste Flüssigkeit mit dem zweiten Gemisch gemischt wird.

Dadurch können die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit gleichmäßig mit der ersten Flüssigkeit gemischt werden, um so den Fluorapatit zu erzeugen. Ferner können die Hydroxylgruppen von Hydroxylapatit gleichmäßig durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert werden. Zudem ist auch möglich, das Erzeugen eines Nebenprodukts, wie z.B. Calciumfluorid, in der ersten Mischung zuverlässig zu verhindern bzw. zu unterdrücken.

(4) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren wird das Mischen der ersten Flüssigkeit mit dem zweiten Gemisch dadurch ausgeführt, dass das zweite Gemisch der ersten Flüssigkeit tropfenweise zugegeben wird.

Dadurch können die calciumbasierte Verbindung als Calciumquelle, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure relativ leicht zur Reaktion gebracht werden. Ferner ist es auch möglich, den pH-Wert des ersten Gemischs innerhalb eines geeigneten Bereichs leicht und zuverlässig einzustellen. Aus diesen Gründen kann der Zerfall bzw. die Auflösung des erzeugten Fluorapatits verhindert werden. Folglich kann Fluorapatit (primäre Fluorapatitteilchen) mit hoher Reinheit und einer großen spezifische Oberfläche mit einem hohen Ertrag erzeugt werden.

(5) Bei dem unter obigem Punkt (4) beschriebenen Verfahren liegt die Geschwindigkeit, mit der das zweite Gemisch in die erste Flüssigkeit getropft wird, im Bereich von 1 bis 100 L/Stunde.

Dadurch können die calciumbasierte Verbindung als Calciumquelle, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure unter milden Bedingungen zur Reaktion gebracht werden.

(6) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren liegt der Anteil des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids im Bereich von 0,5 bis 60 Gewichtsprozent.

Wenn der Anteil des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids innerhalb des oben erwähnten Bereichs liegt, ist es möglich, Fluorapatit zu erzeugen, der eine verbesserte Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch Fluoratome während des Reaktionsschritts aufweist. Ferner kann aufgrund eines solchen Anteils an Hydrogenfluorid der pH-Wert des ersten Gemischs bei der Erzeugung des Fluorapatits auch in einem geeigneten Bereich eingestellt werden. Außerdem hat Hydrogenfluorid einen hohen Säuregrad. Da aber nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung der pH-Wert des zweiten Gemischs aufgrund eines solchen Anteils an Hydrogenfluorid nicht extrem niedrig wird, kann das zweite Gemisch sicher gehandhabt (behandelt) werden.

(7) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren liegt der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure im Bereich von 1 bis 90 Gewichtsprozent.

Wenn der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure in den oben genannten Bereich fällt, kann der Fluorapatit in dem Reaktionsschritt effizient erzeugt werden. Da der pH-Wert des zweiten Gemischs nicht extrem niedrig wird, kann das zweite Gemisch zudem sicher gehandhabt (behandelt) werden.

(8) Bei dem unter obigem Punkt (3) beschriebenen Verfahren liegt der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure im Bereich des 2,0- bis 4,5-fachen der Molmenge bezogen auf die Menge des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids.

Dies ermöglicht es, Fluorapatit mit einer hohen Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch Fluoratome effizient zu erzeugen.

(9) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren liegt der Anteil der in dem ersten Gemisch enthaltenen calciumbasierten Verbindung im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent.

Dies ermöglicht es, Fluorapatit in dem Reaktionsschritt effizienter zu erzeugen. Falls der Fluorapatit dadurch erzeugt wird, dass das erste Gemisch bei dem Reaktionsschritt gerührt wird, kann das erste Gemisch aufgrund eines solchen Anteils der calciumbasierten Verbindung auch mit relativ geringer Leistung zuverlässig gerührt werden. Da das erste Gemisch hinreichend gerührt wird, können zudem Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits gleichmäßig durch Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert werden.

(10) Bei dem unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahren werden während des Reaktionsschritts die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure in dem ersten Gemisch bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 50° C zur Reaktion gebracht.

Nach diesem Verfahren kann der Zerfall bzw. die Auflösung des erzeugten Fluorapatits auch dann verhindert werden, wenn der pH-Wert des ersten Gemischs auf einen relativ niedrigen Wert eingestellt ist. Es ist ferner möglich, das Reaktionsverhältnis zwischen der calciumbasierten Verbindung als Calciumquelle, der Phosphorsäure und dem Hydrogenfluorid durch Wärme zu verbessern.

(11) Fluorapatit, der unter Anwendung des unter obigem Punkt (1) beschriebenen Verfahrens hergestellt wird.

Gemäß dem oben beschriebenen Fluorapatit ist es möglich, die Säurebeständigkeit zu verbessern und eine große spezifische Oberfläche zu erhalten.

(12) Fluorapatit, der aus Hydroxylapatit mit Hydroxylgruppen und Hydrogenfluoridmolekülen, die jeweils ein Fluoratom haben, erzeugt ist, wobei zumindest ein Teil der Hydroxylgruppen durch die Fluoratome substituiert wird, wobei, wenn der Fluorapatit zwecks Gewinnung von getrockneten Teilchen granuliert wird und die getrockneten Teilchen dann zwecks Erzeugens von gesinterten Teilchen gesintert werden, die spezifische Oberfläche der getrockneten Teilchen oder die spezifische Oberfläche der gesinterten Teilchen 30 m²/g oder größer ist.

Die getrockneten Teilchen bzw. die gesinterten Teilchen, die eine derartige spezifische Oberfläche haben, können eine große Menge eines Proteins aus einer Probe separieren.

(13) Bei dem unter obigem Punkt (12) beschriebenen Fluorapatit werden, wenn die getrockneten Teilchen, deren mittlere Teilchengröße 40 µm ± 5 µm beträgt, ausgesiebt sind, die klassifizierten getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 400°C oder darunter gesintert, um gesinterte Teilchen zu gewinnen, wird eine Säule mit einem Füllraum mit einem Innendurchmesser von 4 mm und einer Länge von 100 mm bereitgestellt, werden die ausgesiebten getrockneten Teilchen oder die gesinterten Teilchen in den Füllraum der Säule gefüllt, wird ein 10-mM-Natriumphosphatpuffer mit einem pH-Wert von 5 bei Raumtemperatur zubereitet und werden 20 mL des 10-mM-Natriumphosphatpuffers mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 mL/min in den Füllraum geführt, um so die in den Füllraum gefüllten ausgesiebten getrockneten Teilchen oder gesinterten Teilchen ins Gleichgewicht zu bringen, und werden dann 10 mL des 10-mM-Natriumphosphatpuffers erneut in den Füllraum geführt, um 10 mL eines Eluats zu gewinnen, beträgt die Konzentration des in dem so gewonnenen Eluat enthaltenen Ca 8 ppm oder weniger pro 1 g der ausgesiebten getrockneten Teilchen oder der gesinterten Teilchen.

Derartiger Fluorapatit hat eine hohe Säurebeständigkeit.

(14) Eine mit einem Adsorptionsmittel versehene Adsorptionsvorrichtung, bei der das Adsorptionsmittel aus getrockneten Teilchen, die durch Granulieren des unter obigem Punkt (12) beschriebenen Fluorapatits erzeugt wurden, oder aus gesinterten Teilchen besteht, die durch Sintern der getrockneten Teilchen erzeugt wurden.

Dies ermöglicht es, eine Adsorptionsvorrichtung bereitzustellen, die mit einem Adsorptionsmittel versehen ist, das hohe Säurebeständigkeit und eine große spezifische Oberfläche aufweist.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es möglich, Fluorapatit zu erzeugen, bei dem keine Verunreinigung oder eine Verunreinigung zu einem sehr niedrigen Grad enthalten ist, da Hydrogenfluorid als Fluorquelle verwendet wird. Daher ist es möglich, Fluorapatit mit hoher Kristallinität zu erzeugen. Deswegen hat der so erzeugte Fluorapatit eine hohe Säurebeständigkeit.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann, da durch Reagieren einer calciumbasierten Verbindung, des Hydrogenfluorids und der Phosphorsäure Fluorapatit mit einer großen spezifischen Oberfläche erzeugt werden kann, derartiger Fluorapatit ferner eine große Menge eines Proteins aus einer Probe separieren.
BESTMÖGLICHE AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Allgemein hat Hydrogenfluorid einen hohen Säuregehalt. Deswegen wurde bisher Ammoniumfluorid für die Herstellung von Fluorapatit verwendet.
Die Erfinder vorliegender Erfindung haben sich jedoch der Untersuchung der oben beschriebenen Probleme gewidmet. Als Ergebnis fanden die Erfinder heraus, dass Fluorapatit, bei dem keine Verunreinigung vorhanden ist, oder bei dem eine Verunreinigung in sehr geringem Maße vorhanden ist, unter Verwendung von Hydrogenfluorid als Fluorquelle hergestellt werden kann.
Die Erfinder haben diesen Ansatz weiter untersucht. Die Erfinder kamen zu dem Ergebnis, dass Fluorapatit mit einer großen spezifischen Oberfläche hergestellt werden kann, indem eine erste Flüssigkeit, die eine calciumbasierte Verbindung enthält, eine zweite Flüssigkeit, die Hydrogenfluorid enthält, und eine dritte Flüssigkeit, die Phosphorsäure enthält, zu einem ersten Gemisch gemischt werden, und dann die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure in dem ersten Gemisch zur Reaktion gebracht werden. Die Erfinder haben die vorliegende Erfindung wie oben beschrieben ausgeführt.
Im Folgenden werden ein Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit, Fluorapatit (nicht erfindungsgemäß) und eine Adsorptionsvorrichtung (nicht erfindungsgemäß) unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben.
Zunächst wird das Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit nach der vorliegenden Erfindung enthält einen Flüssigkeitszubereitungsschritt (S 1), in dem die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Flüssigkeiten zubereitet werden, und einen Fluorapatit-Herstellungsschritt (S2), in dem der Fluorapatit durch Mischen der zubereiteten Flüssigkeiten miteinander hergestellt wird. Nachfolgend werden diese Schritte in dieser Reihenfolge beschrieben.
<S1> Flüssigkeitszubereitungsschritt (Erster Schritt)
<S 1-1> Schritt des Zubereitens der ersten Flüssigkeit (Lösung mit einer calciumbasierten Verbindung als Calciumquelle)
Zuerst wird eine erste Flüssigkeit mit einer calciumbasierten Verbindung, die Calcium als Calciumquelle enthält, zubereitet.
Zu den Beispielen für die calciumbasierte Verbindung (Calciumquelle), die in der ersten Flüssigkeit enthalten sein soll, gehören Calciumhydroxid, Calciumoxid, Calciumnitrat und dergleichen, ohne darauf beschränkt zu sein. Diese Verbindungen können einzeln oder als Kombination aus zwei oder mehreren davon eingesetzt werden. Von diesen Beispielen ist Calciumhydroxid als Calciumquelle besonders bevorzugt. Dies ermöglicht das zuverlässige Herstellen von Fluorapatit, bei dem eine Verunreinigung in sehr geringem Maße enthalten ist, in dem Fluorapatit-Herstellungsschritt (S2), der später ausführlich beschrieben wird.
Eine Lösung oder Suspension, die die calciumbasierte Verbindung als Calciumquelle enthält, kann als die erste Flüssigkeit verwendet werden. Falls die verwendete calciumbasierte Verbindung Calciumhydroxid ist, wird vorzugsweise eine Calciumhydroxidsuspension verwendet, bei der das Calciumhydroxid in Wasser suspendiert ist. Wenn Fluorapatit unter Verwendung einer solchen Calciumhydroxidsuspension in dem Fluorapatit-Herstellungsschritt (S2) hergestellt wird, ist es möglich, feine primäre Fluorapatitteilchen zu erzeugen. Ferner sind, auch wenn Aggregate (sekundäre Teilchen) gewonnen werden, in denen die feinen primären Fluorapatitteilchen agglutiniert sind, die Aggregate in einer solchen Calciumhydroxidsuspension gleichmäßig dispergiert.
Der Anteil der in der ersten Flüssigkeit als Calciumquelle enthaltenen calciumbasierten Verbindung liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1 bis 20 Gewichtsprozent, insbesondere im Bereich von ungefähr 5 bis 12 Gewichtsprozent. Dies ermöglicht es, den Fluorapatit in Schritt S2 effizienter herzustellen. Ferner ist es möglich, die erste Flüssigkeit (Lösung oder Suspension) mit relativ geringer Leistung in Schritt S2 hinreichend zu rühren. Da die erste Mischung hinreichend gerührt werden kann, können zudem Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits gleichmäßig durch Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert werden.
<S 1-2> Schritt des Zubereitens der zweiten Flüssigkeit (Lösung mit Hydrogenfluorid)
Als nächstes wird eine zweite Flüssigkeit zubereitet, die Hydrogenfluorid enthält (Lösung mit Hydrogenfluorid)
Ein Lösungsmittel zum Lösen des Hydrogenfluorids unterliegt keinen besonderen Einschränkungen und jedes beliebige Lösungsmittel kann verwendet werden, solange es eine in Schritt S2 auszuführende Reaktion nicht behindert.
Zu den Beispielen für ein solches Lösungsmittel gehören Wasser, ein Alkohol wie Methanol oder Ethanol und dergleichen. Diese Lösungsmittel können als Kombination aus zwei oder mehreren davon verwendet werden. Von diesen Beispielen ist jedoch Wasser besonders bevorzugt. Durch die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel kann das Behindern der in Schritt S2 auszuführenden Reaktion zuverlässiger verhindert werden.
<S 1-3> Schritt des Zubereitens der dritten Lösung (Lösung mit Phosphorsäure)
Als nächstes wird eine dritte Lösung zubereitet, die Phosphorsäure enthält (Lösung mit Phosphorsäure)
Das Lösungsmittel zum Lösen von Phosphorsäure unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. Jedes Lösungsmittel kann verwendet werden, solange es die in Schritt S2 auszuführende Reaktion nicht behindert. Es kann das gleiche Lösungsmittel verwendet werden wie das Lösungsmittel zum Lösen des Hydrogenfluorids im oben beschriebenen Schritt S 1-2.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Lösungsmittel zum Lösen des Hydrogenfluorids und das Lösungsmittel zum Lösen der Phosphorsäure vorzugsweise beide die gleiche Art von Lösungsmittel oder das gleiche Lösungsmittel sind. Dies ermöglicht es, die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit gleichmäßig zu der ersten Flüssigkeit in dem bei dem später zu beschreibenden Schritt S2 erzeugten ersten Gemisch zu mischen. Als Ergebnis ist es möglich, Fluorapatit zu erzeugen, der eine gleichmäßige Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle hat.
Ein erstes Gemisch wird erzeugt, indem die erste, die zweite und die dritte Flüssigkeit, die wie oben beschrieben zubereitet wurden, gemischt werden, wobei die Reihenfolge des Mischens nicht eingeschränkt ist, solange die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure gleichzeitig in einem ersten Gemisch vorhanden sein können, in der die erste, die zweite und die dritte Flüssigkeit in Schritt S2 gemischt werden. Es ist jedoch vorzuziehen, dass die zweite Flüssigkeit mit der dritten Flüssigkeit gemischt wird, um ein zweites Gemisch zu erzeugen, und dann das zweite Gemisch der ersten Flüssigkeit zugegeben wird, um das erste Gemisch zu erhalten. Durch Mischen der ersten, der zweiten und der dritten Flüssigkeit in dieser Reihenfolge können die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit gleichmäßig mit der ersten Flüssigkeit gemischt werden. Ferner können die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits gleichmä-ßig durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert werden. Außerdem ist es möglich, das Erzeugen eines Nebenprodukts wie Calciumfluorid zuverlässig zu verhindern oder zu unterdrücken.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass Beispiele für ein Verfahren zum Erzeugen des ersten Gemischs, die von dem oben beschriebenen Verfahren abweichen, unter anderem sind: ein Verfahren, bei dem die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit der ersten Flüssigkeit im Wesentlichen gleichzeitig beigemischt werden; ein Verfahren, bei dem die erste Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit der zweiten Flüssigkeit im Wesentlichen gleichzeitig beigemischt werden; und ein Verfahren, bei die erste Flüssigkeit und die zweite Flüssigkeit der dritten Flüssigkeit im Wesentlichen gleichzeitig beigemischt werden.
Die folgende Beschreibung beschreibt repräsentativ den Fall, bei dem nach Zubereiten des zweiten Gemischs, das zweite Gemisch mit der ersten Flüssigkeit gemischt wird, um das erste Gemisch zu erzeugen, wodurch der Fluorapatit erzeugt wird.
<S1-4> Schritt des Zubereitens des zweiten Gemischs
Als nächstes werden die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit, die in Schritt S 1-2 bzw. in Schritt S 1-3 zubereitet werden, miteinander gemischt, um das zweite Gemisch zu erzeugen.
Der Anteil des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,5 bis 60 Gewichtsprozent, insbesondere im Bereich von ungefähr 1,0 bis 10 Gewichtsprozent. Durch Einstellen des Anteils des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids auf einen Wert innerhalb des obigen Bereichs ist es möglich, die Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle bei der Herstellung des Fluorapatits in Schritt S2 zu verbessern. Ferner kann aufgrund eines solchen Anteils des Hydrogenfluorids auch der pH-Wert des ersten Gemischs bei der Herstellung des Fluorapatits innerhalb eines geeigneten Bereichs eingestellt werden. Außerdem hat Hydrogenfluorid einen hohen Säuregrad. Da jedoch der pH-Wert des zweiten Gemischs aufgrund eines solchen Anteils an Hydrogenfluorid nicht extrem niedrig wird, kann das zweite Gemisch sicher gehandhabt (behandelt) werden.
Der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 1,0 bis 90 Gewichtsprozent, insbesondere im Bereich von ungefähr 5,0 bis 20 Gewichtsprozent. Durch Einstellen des Anteils der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure auf einen Wert innerhalb des obigen Bereichs kann der Fluorapatit in Schritt S2 effizient hergestellt werden. Da der pH-Wert des zweiten Gemischs aufgrund eines solchen Anteils an Phosphorsäure nicht extrem niedrig wird, kann das zweite Gemisch zudem sicher gehandhabt (behandelt) werden.
Der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr dem 2,0- bis 4,5-fachen der Molmenge, und insbesondere im Bereich von ungefähr dem 2,8- bis 4,0-fachen der Molmenge bezogen auf das Hydrogenfluorid, das als Molmenge in dem zweiten Gemisch enthalten ist. Dies ermöglicht das effiziente Erzeugen von Fluorapatit, der eine hohe Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle hat.
<S2> Fluorapatit-Herstellungsschritt
Als nächstes wird die in dem oben beschriebenen Schritt S 1-1 zubereitete erste Flüssigkeit (Lösung mit der calciumbasierten Verbindung) mit dem in dem oben beschriebenen Schritt S 1-4 gewonnenen zweiten Gemisch gemischt, um das erste Gemisch zu erhalten. Dann wird die als Calciumquelle dienende calciumbasierte Verbindung mit Hydrogenfluorid und Phosphorsäure in dem ersten Gemisch zur Reaktion gebracht, um dadurch primäre Fluorapatitteilchen zu erzeugen.
Genauer gesagt: Wenn Calciumhydroxid als Calciumquelle verwendet wird, ist es möglich, die primären Fluorapatitteilchen wie in der folgenden Formel (I) gezeigt zu gewinnen, indem das Calciumhydroxid mit Hydrogenfluorid und Phosphorsäure in Kontakt gebracht wird. 10Ca(OH)₂ + 6H₃(PO₄) + 2HF → Ca₁₀(PO₄)₆(OH)_2-2x F_2x + 18H₂O + 2(H₂O)_X + 2HF_1-x (I) (1) (wobei 0 < x ≤ 1)
Wie oben beschrieben, können die primären Fluorapatitteilchen zuverlässig hergestellt werden, indem Hydrogenfluorid und Phosphorsäure mit der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung (Calciumhydroxid) in Kontakt gebracht und dann das Hydrogenfluorid, die Phosphorsäure und die calciumbasierte Verbindung zur Reaktion gebracht werden, und zwar mit der einfachen Vorgehensweise, dass die erste Flüssigkeit mit dem zweiten Gemisch gemischt wird.
Das Fluorapatit, das durch die Reaktion wie in der obigen Formel (I) gezeigt hergestellt wird, hat eine große spezifische Oberfläche.
Die unter Anwendung eines solchen Verfahrens gewonnenen primären Fluorapatitteilchen werden granuliert, um getrocknete Teilchen zu erhalten. Die getrockneten Teilchen werden gesintert, um gesinterte Teilchen zu erhalten. Die spezifische Oberfläche jeder der getrockneten Teilchen und der gesinterten Teilchen beträgt jeweils vorzugsweise 30,0 mg²/g oder darüber, insbesondere 43,0 m²/g oder darüber und am besten 45,0 m²/g oder darüber. Die getrockneten Teilchen und die gesinterten Teilchen, die jeweils eine derartige spezifische Oberfläche haben, können dank ihrer großen spezifischen Oberfläche eine große Menge eines Proteins separieren.
Die spezifische Oberfläche der gesinterten Teilchen wird durch das Einstellen einer hohen Sintertemperatur und einer langen Sinterzeit bei der Gewinnung der gesinterten Teilchen normalerweise eher klein. Da jedoch die spezifische Oberfläche der getrockneten Teilchen oder der gesinterten Teilchen wie oben beschrieben groß ist, hat die vorliegende Erfindung einen Vorteil darin, dass gesinterte Teilchen mit einer vorbestimmten spezifischen Oberfläche erzeugt werden können, indem die Sinterbedingungen, wie Sintertemperatur und Sinterzeit, bei der Erzeugung der gesinterten Teilchen aus den getrockneten Teilchen eingestellt werden, oder indem die gesinterten Teilchen einer weiteren Behandlung, wie z.B. Sintern, unerzogen werden.
Wie in der obigen Formel (I) gezeigt, wird angenommen, dass der Fluorapatit erzeugt wird, indem die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert werden, während gleichzeitig primäre Hydroxylapatitteilchen erzeugt werden. Daher ist es möglich, eine hohe Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle zu erreichen.
Da bei der vorliegenden Erfindung Hydrogenfluorid (HF) als Fluorquelle verwendet wird, wird ferner kein Nebenprodukt gebildet, bzw. die Menge eines Nebenprodukts ist extrem klein, verglichen mit dem Fall, in dem Ammoniumfluorid (NH₄F), Lithiumfluorid (LiF), Natriumfluorid (NaF), Kalimfluorid (KF), Magnesiumflourid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂) oder dergleichen als Fluorquelle verwendet wird. Daher kann die Menge des in den primären Fluorapatitteilchen enthaltenen Nebenprodukts (Verunreinigung) klein gehalten werden, so dass die Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen verbessert wird. Es sei darauf hingewiesen, dass der hier verwendete Begriff „Verunreinigung“ sich auf Ammoniak, Lithium, Calciumfluorid oder dergleichen bezieht, das aus einem Rohmaterial des Fluorapatits stammt.
Genauer gesagt ist der Verunreinigungsgehalt des Fluorapatits vorzugsweise so gering wie möglich. Beispielsweise liegt er vorzugsweise bei 300 ppm oder darunter, insbesondere bei 100 ppm oder darunter. Dies ermöglicht es, die Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen dank ihres geringen Verunreinigungsgehalts weiter zu verbessern.
Nach vorliegender Erfindung ist es möglich, den Verunreinigungsgehalt in den primären Fluorapatitteilchen innerhalb des obigen Bereichs zu halten, indem die Bedingungen (z.B. pH-Wert, Temperatur, Zeit) der Reaktion zwischen der calciumbasierten Verbindung (Calciumquelle), Hydrogenfluorid und Phosphorsäure eingestellt werden.
Die erste Flüssigkeit und das zweite Gemisch können auf einmal miteinander gemischt werden, um das erste Gemisch zu erhalten, sie werden jedoch vorzugsweise durch tropfenweises Zugeben (Eintropfen) des zweiten Gemischs in die erste Flüssigkeit gemischt. Durch Eintropfen des zweiten Gemischs in die erste Flüssigkeit ist es möglich, die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure relativ leicht zur Reaktion zu bringen und den pH-Wert des ersten Gemisch leichter und zuverlässiger auf einen Wert innerhalb eines geeigneten Bereichs einzustellen. Aus diesen Gründen kann der Zerfall oder das Auflösen des erzeugten Fluorapatits verhindert werden. Als Ergebnis ist es möglich, Fluorapatit (primäre Fluorapatitteilchen) mit hoher Reinheit und großer spezifischer Oberfläche mit hohem Ertrag zu gewinnen.
Die Geschwindigkeit, mit der das zweite Gemisch in die erste Flüssigkeit getropft wird, liegt im Bereich von ungefähr 1 bis 100 L/Stunde, insbesondere im Bereich von ungefähr 10 bis 100 L/Stunde. Durch Mischen (Zugeben) des zweiten Gemischs mit (zu) der ersten Flüssigkeit mit einer solchen Tropfgeschwindigkeit ist es möglich, die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure unter milderen Bedingungen zur Reaktion zu bringen.
Ferner wird die Reaktion zwischen der calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure vorzugsweise unter Rühren des ersten Gemischs ausgeführt. Durch Rühren des ersten Gemischs ist es möglich, die calciumbasierte Verbindung gleichmäßig mit dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure in Kontakt zu bringen und dadurch das effiziente Fortschreiten der Reaktion zwischen der calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure zu ermöglichen. Zudem werden die Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits gleichmäßig durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert. Durch Verwenden derartiger primärer Fluorapatitteilchen ist es möglich, beispielsweise ein Adsorptionsmittel (getrocknete Teilchen oder gesinterte Teilchen) mit weniger Eigenschaftsschwankungen und hoher Zuverlässigkeit herzustellen.
In diesem Fall liegt die Rührleistung zum Rühren des ersten Gemischs (Schlämme) vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,5 bis 3 W, insbesondere im Bereich von ungefähr 0,9 bis 1,8 W pro 1 Liter der Schlämme. Durch Einstellen der Rührleistung auf einen Wert innerhalb dieses Bereichs ist es möglich, die Effizienz der Reaktion zwischen der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure weiter zu verbessern.
Die Temperatur der Reaktion zwischen der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure unterliegt keinen besonderen Einschränkungen, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von ungefähr 5 bis 50°C, insbesondere im Bereich von ungefähr 20 bis 40°C. Durch Einstellen der Temperatur auf einen Wert innerhalb des obigen Bereichs ist es möglich, den Zerfall oder das Auflösen des erzeugten Fluroapatits auch dann zu verhindern, wenn der pH-Wert des ersten Gemischs auf einen zu niedrigen Wert eingestellt ist. Es ist ferner auch möglich, das Reaktionsverhältnis zwischen der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure zu verbessern.
Auf die oben beschriebene Weise werden die als Calciumquelle dienende calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure so zur Reaktion gebracht, dass Fluorapatit gewonnen wird.
Der Fluorapatit ist nicht auf reinen Fluorapatit, wie durch die oben beschriebene Formel (I) gezeigt, beschränkt, bei der ein als x angegebener Grad der Halogenierung 1 ist (d.h. Fluorapatit, der durch Substituieren aller Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome erzeugt wurde). Der Fluorapatit umfasst auch einen Fluorapatit, der gewonnen wurde, indem nur ein Teil der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert wurde.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es ferner möglich, Fluorapatit herzustellen, der dadurch erzeugt wird, dass die Hydroxylgruppen der primären Hydroxylapatitteilchen, die nicht nur in der Oberfläche, sondern auch im Inneren der primären Hydroxylapatitteilchen vorhanden sind, durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle substituiert werden. Genauer gesagt ist es möglich, 75% oder mehr der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle zu substituieren. Durch geeignetes Einstellen der Reaktionsbedingungen (z.B. pH-Wert, Temperatur, Zeit, die jeweilige Menge der zu mischenden Komponenten Hydrogenfluorid und Phosphorsäure) der Reaktion zwischen der als Calciumquelle dienenden calciumbasierten Verbindung, dem Hydrogenfluorid und der Phosphorsäure ist es zudem auch möglich, ungefähr 100% der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle zu substituieren. Es sei darauf hingewiesen, dass der Fluorapatit bevorzugt wird, der durch Subsituieren von 50% oder mehr der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle erzeugt wurde, da er dank der Fluoratome eine besonders herausragende Säurebeständigkeit hat.
Ferner enthalten derartige primäre Fluorapatitteilchen eine sehr geringe Menge an Verunreinigungen und sind daher stabil und haben eine exzellente Säurebeständigkeit.
Der Grad der Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen kann zum Beispiel durch folgendes Verfahren bestimmt werden.
Genauer gesagt kann der Grad der Säurebeständigkeit der primären Fluorapatitteilchen dadurch bestimmt werden, dass die primären Fluorapatitteilchen oder die gesinterten Teilchen, die durch Sintern getrockneter Teilchen erzeugt werden, die ihrerseits durch Granulieren der primären Fluorapatitteilchen erzeugt werden, mit einer Säurelösung in Kontakt gebracht werden und dann ein Gehalt des Ca gemessen wird, das aus den primären Fluorapatitteilchen oder den gesinterten Teilchen eluiert ist.
Beispielsweise werden getrocknete Teilchen, die eine mittlere Teilchengröße von 40 µm ± 5 µm haben, in den getrockneten Teilchen, die unter Verwendung des Fluorapatits granuliert werden, ausgesiebt, und dann werden die ausgesiebten getrockneten Teilchen oder die gesinterten Teilchen, die durch Sintern der ausgesiebten getrockneten Teilchen bei einer Temperatur von 400°C oder darunter erzeugt werden, in einen Füllraum einer Säule gefüllt. Dann werden 20 mL einer 10-mM-Phosphoatpufferlösung mit einem pH-Wert von 5 (bei Raumtemperatur) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 mL/min durch den Füllraum der Säule (4 mm x 100 mm) geführt, um so die ausgesiebten getrockneten Teilchen bzw. die gesinterten Teilchen in dem Füllraum ins Gleichgewicht zu bringen. Danach werden 10 mL der 10-mM-Phosphatpufferlösung nochmals durch den Füllraum der Säule geführt, um 10 mL eines Ca enthaltenden Eluats zu gewinnen. Dann wird die Konzentration des in dem so gewonnenen Eluat enthaltenen Ca gemessen. Als nächstes wird die Konzentration des Ca in eine Elutionskonzentration pro 1 g eines Adsorptionsmittels (ausgesiebte getrocknete Teilchen bzw. gesinterte Teilchen) umgewandelt, um so den Grad der Säurebeständigkeit der getrockneten Teilchen bzw. der gesinterten Teilchen zu bestimmen.
Die Ca-Konzentration, die in die Elutionskonzentration pro 1 g des Adsorptionsmittels unter den oben beschriebenen Bedingungen umgewandelt wurde, ist vorzugsweise so niedrig wie möglich, d.h. so nahe wie möglich bei „0 ppm“. Genauer gesagt beträgt die Ca-Konzentration vorzugsweise 8 ppm oder darunter und insbesondere 5 ppm oder darunter. Wenn die Konzentration des aus den gesinterten Teilchen (Fluorapatitteilchen) eluierten Ca niedrig ist, kann darauf geschlossen werden, dass die Fluorapatitteilchen eine extrem hohe Säurebeständigkeit haben.
Beispiele für eine andere Pufferlösung als die Natriumphosphatpufferlösung zur Verwendung beim Bestimmen des Grads der Säurebeständigkeit sind unter anderem Phosphat-, Acetat-, Citrat-, Carbonat-, Succinat- und Glycinpuffer.
Ferner ist die Salzkonzentration der Pufferlösung wie oben beschrieben 10 mM, liegt jedoch vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 1 bis 500 mM und insbesondere im Bereich von ungefähr 5 bis 500 mM.
Die getrockneten Teilchen des Fluorapatit können durch Trocknen oder Granulieren des ersten Gemischs (Schlämme) gewonnen werden, die die primären Fluorapatitteilchen enthält, die wie oben beschrieben hergestellt werden, und die getrockneten Teilchen können noch gesintert werden, um gesinterte Teilchen zu erhalten.
Die getrockneten Teilchen und die gesinterten Teilchen sind als Adsorptionsmittel verwendbar. In diesem Fall zieht man die gesinterten Teilchen unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit vor. Wenn jedoch eine auf das Adsorptionsmittel anzuwendende Last sehr leicht ist, können auch die getrockneten Teilchen als Adsorptionsmittel verwendet werden. Durch Verwenden eines derartigen Adsorptionsmittels als stationäre Phase einer bei der Chromatographie verwendeten Adsorptionsvorrichtung ist es möglich, den Umfang der möglichen Bedingungen für die Separation oder Adsorption eines zu testenden Objekts (z.B. eines Proteins) auszudehnen und dadurch eine solche bei der Chromatographie verwendete Adsorptionsvorrichtung in einem breiteren Bereich von Feldern (Gebieten) einzusetzen.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Verfahren zum Trocknen oder Granulieren der die primären Fluorapatitteilchen enthaltenden Schlämme keinen besonderen Einschränkungen unterliegt. Ein Beispiel für ein solches Verfahren enthält das Sprühtrocknen unter Verwendung einer Sprühtrockenvorrichtung und dergleichen.
Die Sintertemperatur der getrockneten Teilchen liegt vorzugsweise im Bereich von ungefähr 200 bis 800°C und insbesondere im Bereich von ungefähr 400 bis 700°C. Durch Einstellen der Sintertemperatur auf einen Wert innerhalb des oben genannten Bereichs ist es möglich, ein Adsorptionsmittel mit exzellenter mechanischer Festigkeit zu gewinnen, während Lücken (Poren) in den primären Fluorapatitteilchen oder zwischen den aneinander grenzenden primären Fluorapatitteilchen (Aggregaten) verbleiben dürfen.
Wenn die getrockneten Teilchen gesintert werden, wird die spezifische Oberfläche der gesinterten Teilchen aufgrund der Sinterbedingungen normalerweise eher klein. Wird die Sintertemperatur jedoch geeignet eingestellt, so dass sie in dem oben erwähnten Bereich liegt, ist es möglich, gesinterte Teilchen mit einer vorbestimmten spezifischen Oberfläche zu erzeugen.
Die Anwendungsmöglichkeiten des Fluorapatits beschränken sich nicht auf ein solches Adsorptionsmittel. Beispielsweise können die getrockneten Fluorapatitteilchen geformt und dann gesintert werden, um einen Sinterkörper zu erzeugen. Der so erzeugte Sinterkörper kann als künstlicher Knochen oder als Zahnwurzel verwendet werden.
Zwar wurden das Verfahren zum Herstellen des Fluorapatits, der Fluorapatit (nicht erfindungsgemäß) und die Adsorptionsvorrichtung (nicht erfindungsgemäß) vorstehend unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit zusätzlich einen, zwei oder mehr Schritte für jeden beliebigen Zweck umfassen.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf tatsächliche Beispiele beschrieben.
1. Herstellung von Fluorapatit
(Beispiel 1)
Zuerst wurden 3,5 kg Calciumhydroxid als Calciumquelle zubereitet. Dann wurde das Calciumhydroxid in 30 L reinen Wassers suspendiert, um so eine erste Flüssigkeit zuzubereiten.
Als nächstes wurden 4,5 kg einer wässrigen Hydrogenfluoridlösung mit einer Konzentration von 4,2 Gewichtsprozent (zweite Flüssigkeit) und 3,27 kg einer wässrigen Phosphorsäurelösung mit einer Konzentration von 85 Gewichtsprozent (dritte Flüssigkeit) zubereitet. Dann wurden die wässrige Hydrogenfluoridlösung und die wässrige Phosphorsäurelösung mit 10 L reinen Wassers gemischt, um so ein zweites Gemisch zuzubereiten.
Dann wurde das zweite Gemisch mit einer Geschwindigkeit von 5 L/Stunde in die erste Flüssigkeit eingetropft, wobei die erste Flüssigkeit mit einer Rührleistung von 1 W gerührt wurde, um eine Schlämme zu erzeugen.
Es sei darauf hingewiesen, das der pH-Wert der Schlämme beim Beenden des Eintropfens des zweiten Gemischs 3,4 betrug.
Ferner wurde die Schlämme mit einer Rührleistung von 1 W bei 30°C für 24 Stunden gerührt, um das Calciumhydroxid, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure in der Schlämme zur Reaktion zu bringen. Als Ergebnis erhielt man eine primäre Fluorapatitteilchen enthaltende Schlämme.
Es sei darauf hingewiesen, dass durch eine Pulver-Röntgenbeugungsmessung festgestellt wurde, dass es sich bei dem in der Schlämme enthaltenen Reaktionsprodukt um Fluorapatit handelt. Die Pulver-Röntgenbeugungsmessung der primären Fluorapatitteilchen ergab ferner, dass die Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle ungefähr 100% betrug.
Als Ergebnis der Pulver-Röntgenbeugungsmessung von getrockneten Fluorapatitteilchen (siehe spätere Beschreibung) wurden keine anderen Produkte als der Fluorapatit nachgewiesen.
Dann wurde die die primären Fluorapatitteilchen enthaltende Schlämme unter Verwendung einer Sprühtrockenvorrichtung (hergestellt von OHKAWARA KAKOHKI Co., Ltd., unter der Handelsbezeichnung „OC-20“) bei 150°C sprühgetrocknet, um stückige getrocknete Teilchen zu erzeugen (im Folgenden als „getrocknete Fluorapatitteilchen“ bezeichnet).
Dann wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen ausgesiebt, um getrocknete Fluorapatitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von ungefähr 40 µm zu erhalten. Dann wurden die getrockneten Fluorapatitteilchen in einem Elektroofen gesintert, und zwar jeweils unter den folgenden Bedingungen: bei 200°C für 4 Stunden, bei 300°C für 4 Stunden, bei 400°C für 4 Stunden, bei 500°C für 4 Stunden, bei 600°C für 4 Stunden, bei 700°C für 4 Stunden und bei 800°C für 4 Stunden, um gesinterte Teilchen 1 bis 7 zu erhalten (im Folgenden als gesinterte Fluorapatitteilchen bezeichnet).
Es sei darauf hingewiesen, dass jede der sieben Arten von gesinterten Fluorapatitteilchen 1 bis 7 (Adsorptionsmittel) eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 40 µm hatte.
(Vergleichsbeispiel)
Zuerst wurde Calciumhydroxid in reinem Wasser suspendiert, um eine Calciumhydroxidsuspension zu erhalten. Dann wurde eine wässrige Phosphorsäurelösung in die Calciumhydroxidsuspension eingetropft, während die Calciumhydroxidsuspension hinreichend gerührt wurde. Als Ergebnis wurden 500 L einer 10 Gewichtsprozent primäre Hydroxylapatitteilchen enthaltenden Schlämme gewonnen.
Es sei darauf hingewiesen, dass durch eine Pulver-Röntgenbeugungsmessung festgestellt wurde, dass es sich bei dem so gewonnenen Reaktionsprodukt um Hydroxylapatit handelt.
Andererseits wurde Hydrogenfluorid in reinem Wasser so gelöst, so dass der Hydrogenfluoridanteil 5 Gewichtsprozent betrug, um eine Hydrogenfluorid enthaltende Lösung zuzubereiten.
Dann wurden 41,48 L der Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung mit einer Geschwindigkeit von 5 L/Stunde in die Schlämme eingetropft, während die Schlämme mit einer Rührleistung von 1 W gerührt wurde.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Schlämme zu dem Zeitpunkt, an dem das Eintropfen der Hydrogenfluorid enthaltenden Lösung beendet war, einen pH-Wert von 3,00 hatte. Die Menge des mit der Schlämme zu mischenden Hydrogenfluorids wurde so bestimmt, dass die Menge an Fluoratomen ungefähr das 1,05-fache bezogen auf die Menge der Hydroxylgruppen des Hydroxylapatits betrug.
Ferner wurde die Schlämme mit einer Rührleistung von 1 W bei 30°C für 24 gerührt, um die primären Hydroxylapatitteilchen mit Hydrogenfluorid zur Reaktion zu bringen. Als Ergebnis erhielt man eine Schlämme, die primäre Fluorapatitteilchen enthielt.
Es sei darauf hingewiesen, dass durch eine Pulver-Röntgenbeugungsmessung festgestellt wurde, dass es sich bei dem in der Schlämme enthaltenen Reaktionsprodukt um Fluorapatit handelt. Ferner ergab die Pulver-Röntgenbeugungsmessung des Fluorapatits (der primären Fluorapatitteilchen), dass der Substitutionsgrad der Hydoxylgruppen des Hydroxylapatits durch die Fluoratome der Hydrogenfluoridmoleküle ungefähr 100% betrug.
Als ein weiteres Ergebnis der Pulver-Röntgenbeugungsmessung von später beschriebenen getrockneten Fluorapatitteilchen wurden keine anderen Produkte als Fluorapatit nachgewiesen.
Dann wurde die die primären Fluorapatitteilchen enthaltende Schlämme unter Verwendung einer Sprühtrockenvorrichtung (hergestellt von OHKAWARA KAKOHKI Co., Ltd. unter der Handelsbezeichnung „OC-20“) bei 150°C sprühgetrocknet, um stückige getrocknete Teilchen zu erhalten (im Folgenden als „getrocknete Fluorapatitteilchen“ bezeichnet).
Dann wurde ein Teil der getrockneten Fluorapatitteilchen ausgesiebt, um die getrockneten Fluorapatitteilchen mit einer mittleren Teilchengröße von ungefähr 40 µm zu gewinnen, und dann wurden die getrockneten Fluorapatitteilchen in einem Elektroofen gesintert, und zwar jeweils unter den folgenden Bedingungen: 200° für 4 Stunden, 300°C für 4 Stunden, 400°C für 4 Stunden, 500°C für 4 Stunden, 600°C für 4 Stunden, 700°C für 4 Stunden und 800°C für 4 Stunden, um gesinterte Teilchen (im Folgenden als „gesinterte Fluorapatitteilchen“ bezeichnet) 1 bis 7 zu erhalten.
Es sei darauf hingewiesen, dass jede der sieben Arten von gesinterten Fluorapatitteilchen 1 bis 7 (Adsorptionsmittel) eine mittlere Teilchengröße von ungefähr 40 µm hatte.
2. Messung der spezifischen Oberfläche und der Menge der Ca-Elution
2-1. Messung der spezifischen Oberfläche
Die getrockneten Fluorapatitteilchen und die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 bis 7, die bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel erzeugt wurden, wurden jeweils einem automatischen Analysiergerät zum Bestimmen der spezifischen Oberfläche ausgesetzt („Macedel Modell 1201“, hergestellt von Mountech Co., Ltd.), um die spezifische Oberfläche zu erhalten.
2-2. Messung des Anteils der Ca-Elution
Die getrockneten Fluorapatitteilchen und die gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6, die bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel erzeugt wurden, wurden jeweils in einen Füllraum einer Säule („LCI-1116WF - 4mm x 100 mm PL-PEEK, Sugiyama Shoji Co., Ltd., Innendurchmesser: 4,0 mm, Länge: 100 mm) gefüllt, so dass der Füllraum der Säule mit den getrockneten Fluorapatitteilchen bzw. den gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 jeweils nahezu vollkommen gefüllt war. Auf diese Weise wurden die, die mit den getrockneten Fluorapatitteilchen und den gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel bzw. aus dem Vergleichbeispiel gefüllten Säulen vorbereitet.
Es sei darauf hingewiesen, dass das Fassungsvermögen des Füllraums jeder Säule 1,256 mL betrug.
Dann wurden 20 mL eines 10-mM-Natriumphosphatpuffers mit einem pH-Wert von 5 (bei 25°) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1,0 mL/min jeweils durch den Füllraum der Säulen geführt, um so die getrockneten Fluorapatitteilchen und die gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel bzw. aus dem Vergleichsbeispiel ins Gleichgewicht zu bringen. Danach ließ man 10 mL des Natriumphosphatpuffers erneut durch den Füllraum strömen, um 10 mL eines Eluats zu gewinnen.
Die Ca-Konzentration in den Eluaten, die von den Säulen abgegeben wurden, die jeweils mit den getrockneten Fluorapatitteilchen und den gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiels bzw. aus dem Vergleichsbeispiel gefüllt werden, wurde mittels ICP-Ausrüstung (Inductive Coupled Plasma) (sequentielles Plasmaspektrometer) gemessen (hergestellt von Shimadzu Corporation unter der Handelsbezeichnung „ICPS-7500). Dann wurden die Ca-Konzentrationen in Elutionskonzentrationen pro 1 g der Adsorptionsmittel (der getrockneten Fluorapatitteilchen und der gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel und aus dem Vergleichsbeispiel) umgewandelt.
3. Auswertung

Die unter obigen Punkten 2-1 und 2-2 gemessene spezifische Oberfläche bzw. die Konzentration der Ca-Elution aus dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel sind in Tabelle 1 aufgezeigt. Tabelle 1

	Substitutionsrate der Hydroxylgruppen des Fluorapatits durch Fluoratome als Fluorquelle	Art der Teilchen	Sintertemperatur der getrockneten Teilchen	Spezifische Oberfläche [m²/g]	Ca-Konzentration [ppm]
Bsp.	100%	Getrocknete Teilchen	Kein Sintern	59,15	7,14
		Gesinterte Teilchen 1	200°C	47,40	-
		Gesinterte Teilchen 2	300°C	46,26	-
		Gesinterte Teilchen 3	400°C	43,72	4,10
		Gesinterte Teilchen 4	500°C	44,60	-
		Gesinterte Teilchen 5	600°C	33,78	-
		Gesinterte Teilchen 6	700°C	18,04	2,57
		Gesinterte Teilchen 7	800°C	9,17	-
Vergl. Bsp.	100%	Getrocknete Teilchen	Kein Sintern	29,21	15,59
		Gesinterte Teilchen 1	200°C	26,24	-
		Gesinterte Teilchen 2	300°C	26,24	-
		Gesinterte Teilchen 3	400°C	25,27	9,41
		Gesinterte Teilchen 4	500°C	25,81	-
		Gesinterte Teilchen 5	600°C	22,08	-
		Gesinterte Teilchen 6	700°C	16,19	2,16
		Gesinterte Teilchen 7	800°C	10,16	-

Wie aus den in Tabelle 1 aufgezeigten Ca-Konzentrationen hervorgeht, wurde das Freisetzten von Ca aus den getrockneten Fluorapatitteilchen und den gesinterten Fluorapatitteilchen 3 und 6 aus dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel in die Eluate richtig unterdrückt. Mit anderen Worten: Das Freisetzen von Ca aus dem unter Verwendung von Hydrogenfluorid als Fluorquelle hergestellten Fluorapatit in das Eluat wurde richtig unterdrückt.
Aus den Ergebnissen ist zu schließen, dass die getrockneten Fluorapatitteilchen und die gesinterten Fluorapatitteilchen 1 bis 7 aus dem Beispiel und aus dem Vergleichsbeispiel eine hohe Säurebeständigkeit haben.
Wie den in Tabelle 1 angegebenen Werten der spezifischen Oberfläche zu entnehmen ist, war die spezifische Oberfläche der getrockneten Fluorapatitteilchen aus dem Beispiel ungefähr 30 m²/g größer als die spezifische Oberfläche der getrockneten Fluorapatitteilchen aus dem Vergleichsbeispiel.
Dagegen war die spezifische Oberfläche der gesinterten Fluorapatitteilchen 7 aus dem Beispiel genau so groß wie die spezifische Oberfläche der gesinterten Fluorapatitteilchen 7 aus dem Vergleichsbeispiel.
Wie oben beschrieben, wurden die getrockneten Fluorapatitteilchen mit der großen spezifischen Oberfläche in dem Beispiel erzeugt. Durch geeignetes Einstellen der Sinterbedingungen der getrockneten Fluorapatitteilchen können die gesinterten Fluorapatitteilchen mit einer spezifischen Oberfläche einer vorbestimmten Größe erzeugt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass Fluorapatit durch ein anderes Verfahren als das des Beispiels erzeugt wird. Das Verfahren wurde folgendermaßen ausgeführt. Zuerst wurden eine erste Flüssigkeit, eine zweite Flüssigkeit und eine dritte Flüssigkeit wie oben beschrieben zubereitet. Danach wurden die erste Flüssigkeit, die zweite Flüssigkeit und die dritte Flüssigkeit virtuell gleichzeitig gemischt, um ein erstes Gemisch zu erzeugen. Danach wurden eine calciumbasierte Verbindung, Hydrogenfluorid und Phosphorsäure in dem ersten Gemisch zur Reaktion gebracht, um Fluorapatit herzustellen. Dann wurde die spezifische Oberfläche des so erzeugten Fluorapatits wie oben beschrieben gemessen Dann wurde unter Verwendung des hergestellten Fluorapatits eine Säule vorbereitet, ein Natriumphosphatpuffer wurde durch einen Füllraum der Säule geführt, um ein Eluat zu gewinnen und die Ca-Konzentration in dem Eluat wurde wie oben beschrieben gemessen. In diesem Fall wurde das Freisetzen von Ca aus dem hergestellten Fluorapatit in das Eluat wie oben beschrieben richtig unterdrückt. Auch wurde Fluorapatit mit einer spezifischen Oberfläche wie oben beschrieben erzeugt.
Ferner wird auch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung mit dem Gegenstand der japanischen Patentanmeldung JP 2007-224009 A (eingereicht am 30. August 2007) in Beziehung steht, die hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit ausdrücklich inkorporiert ist.
Sofern nicht anders angegeben, schließt ein Hinweis auf eine Verbindung oder eine Komponente die Verbindung oder die Komponente allein sowie in Verbindung mit anderen Verbindungen oder Komponenten, wie z.B. Mischungen von Verbindungen ein.
Die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“, wie sie hier verwendet werden, schließen den Verweis auf den jeweiligen Plural ein, sofern der Kontext nicht ausdrücklich anderes angibt.
Wenn nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, die in der Beschreibung und in den Ansprüchen Quantitäten von Bestandteilen, Reaktionsbedingungen und so weiter ausdrücken, in allen Fällen als durch den Begriff „ungefähr“ modifiziert zu verstehen. Solange nichts Gegenteiliges angegeben ist, sind die in der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen angegebenen numerischen Parameter also Näherungen, die in Abhängigkeit der gewünschten Eigenschaften variieren können, die durch die vorliegende Erfindung erhalten werden sollen. Schließlich, und dies sei nicht als Versuch verstanden, die Anwendung der Äquivalenzlehre auf den Umfang der Ansprüche zu begrenzen, ist jeder numerische Parameter angesichts der Zahl der maßgeblichen Stellen und gewöhnlicher Rundungsregeln auszulegen.
Zudem ist die Angabe von Zahlenbereichen innerhalb dieser Beschreibung als Offenbarung aller numerischen Werte und Bereiche innerhalb dieses Bereichs zu verstehen. Ist beispielsweise ein Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr 50 angegeben, so soll er z.B. 1, 7, 34, 46.1, 23.7 oder jeglichen anderen Wert oder Bereich innerhalb des Bereichs einschließen.

Claims

Verfahren zum Herstellen von Fluorapatit unter Verwendung einer calciumbasierten Verbindung, von Hydrogenfluorid und von Phosphorsäure, wobei das Verfahren umfasst: Zubereiten einer ersten Flüssigkeit, die die calciumbasierte Verbindung enthält, einer zweiten Flüssigkeit, die das Hydrogenfluorid enthält, und einer dritten Flüssigkeit, die die Phosphorsäure enthält, Erzeugen eines ersten Gemischs durch Mischen der ersten Flüssigkeit, der zweiten Flüssigkeit und der dritten Flüssigkeit, wobei das Mischen der ersten Flüssigkeit, der zweiten Flüssigkeit und der dritten Flüssigkeit dadurch ausgeführt wird, dass die zweite Flüssigkeit mit der dritten Flüssigkeit gemischt wird, um ein zweites Gemisch zu erzeugen, und danach die erste Flüssigkeit mit dem zweiten Gemisch dadurch gemischt wird, dass das zweite Gemisch der ersten Flüssigkeit tropfenweise zugegeben wird, und Reagieren der calciumbasierten Verbindung, des Hydrogenfluorids und der Phosphorsäure in dem ersten Gemisch, um dadurch den Fluorapatit zu gewinnen, wobei die Geschwindigkeit, mit der das zweite Gemisch in die erste Flüssigkeit getropft wird, im Bereich von 1 bis 100 L/Stunde liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die calciumbasierte Verbindung Calciumhydroxid ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids im Bereich von 0,5 bis 60 Gewichtsprozent liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure im Bereich von 1 bis 90 Gewichtsprozent liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil der in dem zweiten Gemisch enthaltenen Phosphorsäure im Bereich des 2,0- bis 4,5-fachen der Molmenge bezogen auf die Menge des in dem zweiten Gemisch enthaltenen Hydrogenfluorids liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Anteil der in dem ersten Gemisch enthaltenen calciumbasierten Verbindung im Bereich von 1 bis 20 Gewichtsprozent liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während des Reaktionsschritts die calciumbasierte Verbindung, das Hydrogenfluorid und die Phosphorsäure in dem ersten Gemisch bei einer Temperatur im Bereich von 5 bis 50° C reagiert werden.