專利名稱：一種生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷酸鈣的制備方法，特別是一種以動(dòng)物骨粉為原料制備生物陶瓷 用磷酸鈣的方法。
背景技術(shù)：
磷酸鈣類化合物是脊椎動(dòng)物骨和齒的主要無機(jī)質(zhì)成分，具有優(yōu)良的生物效應(yīng)和 引導(dǎo)骨組織生長作用，因此磷酸鈣類的生物陶瓷材料，包括羥基磷灰石(hydroxyapatite， HAP)，磷酸三鈣(包括a，0兩種晶型)以及磷酸四鈣(Ca4(P04)20，TTCP)等，在生物骨修 復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。由于這類材料成分與人體骨頭的無機(jī)成分非常接近，因此表現(xiàn) 出優(yōu)異的生物相容性。同時(shí)，與羥基磷灰石相比，a-, 磷酸三鈣又具有很好的生物降解 性能。因此，在醫(yī)學(xué)上，磷酸三鈣和磷酸四鈣可直接用于人體骨組織缺損填充材料，骨組織 替代材料，骨組織工程支架材料，骨水泥材料，藥物釋放載體等等；也可間接用于各類人體 植入材料的表面噴涂，提高這些材料與人體組織之間的相容性。它們不僅可以單獨(dú)用于制 備骨支架材料，也可用于調(diào)節(jié)其它生物材料的降解性，因此，隨著各種骨修復(fù)材料的開發(fā)完 善，磷酸三鈣和磷酸四鈣的應(yīng)用將越來越廣。磷酸三鈣陶瓷可單獨(dú)使用，用于制備骨替代材料或磷酸鈣骨組織工程支架，由于 它們的降解速率是羥基磷灰石的10 20倍，在開發(fā)生物可降解材料過程中應(yīng)用很廣泛。另 外，磷酸三鈣與羥基磷灰石一起配合使用，可在一定范圍里調(diào)節(jié)羥基磷灰石的生物降解性， 由此開發(fā)出了一類重要的雙相磷酸鈣陶瓷材料(Biophasic calcium phosphate, BCP) 0磷 酸三鈣還可與其他生物活性陶瓷一起制備復(fù)合生物骨修復(fù)材料。在制備磷酸鈣骨水泥(Calcium Phosphate Cement,CPC)方面，磷酸鈣材料也得到 廣泛的應(yīng)用。CPC的主要固相成份有磷酸四鈣(Ca4 (P04) 20，TTCP)和磷酸三鈣(Ca3 (P04) 2， a -TCP和0 -TCP)等。這些磷酸鈣鹽在有水的環(huán)境中與水反應(yīng)，生成羥基磷灰石，與高溫產(chǎn) 生成的羥基磷灰石相比，其晶體結(jié)構(gòu)更接近于天然骨骼，因此具有一定的骨傳導(dǎo)性。因此， 制備高純的磷酸四鈣和磷酸三鈣是發(fā)展CPC材料的關(guān)鍵步驟之一。目前磷酸三鈣和磷酸四鈣陶瓷粉末主要有三類制備方法固相反應(yīng)法，溶膠-凝 膠法和沉淀法。固相法通常采用磷酸鹽或磷酸鹽與碳酸鈣的混合粉末在1200 1400°C下 煅燒，由于鈣磷比的不同，急冷可分別獲得單斜a相磷酸三鈣晶體或磷酸四鈣晶體。采用 該方法制備磷酸鈣粉末，往往在高溫下反應(yīng)不充分，產(chǎn)物的純度較低，成本較高。溶膠_凝 膠法是將醋類化合物或金屬醇鹽溶于有機(jī)溶劑中，形成均勻的溶液，然后加入其他組分，在 一定溫度下形成凝膠，最后干燥煅燒制成粉末。該方法得到的粉末粒徑分布較小，但成本 高，工藝也相對(duì)復(fù)雜。沉淀法是目前最常用的一種制備磷酸鈣陶瓷粉末的方法。它通常是 在溶液狀態(tài)下將不同化學(xué)成分的物質(zhì)混合，得到不同鈣磷比的樣品，然后在混合溶液中加 入適當(dāng)?shù)某恋韯┲苽淝膀?qū)提沉淀物，再將沉淀物干燥或煅燒，從而制得相應(yīng)的粉末顆粒。該 方法成本較低，所得粉末性能良好，但在沉淀過程中對(duì)PH值的控制比較關(guān)鍵，對(duì)不同的反 應(yīng)物需要不同的PH值，沉淀工業(yè)麻煩，不容易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)；且該方法要使用多種工業(yè)化學(xué)藥品，價(jià)格較高導(dǎo)致成本高；另外，沉淀法得到的產(chǎn)物往往同時(shí)含有a-TCP和3-TCP， 而實(shí)際應(yīng)用中常常要求產(chǎn)品成分單一。此外，以上幾類制備方法中采用的原料均為化學(xué)合 成物，因此不可避免的存在一定量的對(duì)人體有害的成分(如重金屬離子等)，同時(shí)，天然存 在的骨質(zhì)材料其骨質(zhì)礦物的組成經(jīng)常具有非化學(xué)計(jì)量的組成，這種非化學(xué)計(jì)量的組成是由 于其他的陰離子和陽離子的引入，例如碳酸根、磷酸氫根、鈉離子、鉀離子或鎂離子的引入， 因此采用以上幾類方法制備出的磷酸鈣缺乏天然骨質(zhì)材料中的微量元素離子。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，TAS AHMET CUNEYT DR在2004年歐洲專利局申 i青的I禾ll ((Method of preparing alpha-and beta-tricalcium phosphate powders)) (IfjlJ 備a-TCP和0-TCP粉末的方法)，專利號(hào)為EP1473273。該專利中提出直接濕化學(xué)法制備 a-TCP和3-TCP粉末，具體為在硝酸鈣的水溶液中加入適量的磷酸氫二氨溶液，反應(yīng)完 成后干燥得到的粉末在800度下空氣中煅燒得到0 -TCP粉末；同樣的粉末在1200度下煅 燒然后快速冷卻得到a-TCP。該方法不足在于1)生產(chǎn)磷酸三鈣要使用大量的磷酸氫二氨 和硝酸鈣，成本很高；2)產(chǎn)品成分對(duì)溫度很敏感，很容易同時(shí)含有兩種晶型的磷酸三鈣；3) 反應(yīng)產(chǎn)量低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種以動(dòng)物骨粉為主要原料 制備a-磷酸三鈣、磷酸三鈣和磷酸四鈣的方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于該方法以磷酸氫二氨或一水磷酸 二氫鈣作為鈣磷比調(diào)節(jié)劑，其具體步驟為a.將磷酸氫二銨或一水磷酸二氫鈣水溶液加入天然動(dòng)物骨粉，并控制鈣和磷的摩 爾比為1.5 1，攪拌混合均勻后干燥；b.將步驟a所得干燥后的混合物磨成粉末，在1200°C 1300°C下煅燒2 10小 時(shí)，冷卻，得到磷酸三鈣；或在1300°C 1500°C煅燒15-24小時(shí)，液氮冷卻得a -磷酸三鈣。上述的天然動(dòng)物骨粉由動(dòng)物骨頭經(jīng)過煅燒去除有機(jī)質(zhì)得到，其主要成分為羥基磷 灰石，其質(zhì)量百分比> 98%。上述的步驟a中的干燥條件為80°C烘箱中干燥三天，去除水分。上述的步驟b中的混合物磨成粉末是指將混合物進(jìn)行研磨，并過40目篩。一種生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于該方法該方法以動(dòng)物骨粉為原 料，以碳酸鈣為鈣磷比調(diào)節(jié)劑，其具體步驟為a.將動(dòng)物骨粉和碳酸鈣粉末按比例混合，使得鈣和磷的摩爾比為2 1，加入去離 子水調(diào)和，形成HAP-CaC03懸浮液，充分?jǐn)嚢?，使兩種粉末混合均勻，然后進(jìn)行烘干、研磨、過 篩，并進(jìn)一步球磨、干燥；b.將步驟a所得粉末進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為1400°C -1500°C，保溫6小時(shí) 15小 時(shí)，然后取出冷卻，得到磷酸四鈣。上述的步驟a中的是指在80°C溫度下的烘干三天。上述的步驟a中的過篩是指過40目篩。
上述的步驟a中的球磨是以乙醇為介質(zhì)進(jìn)行球磨3小時(shí)。上述的天然動(dòng)物骨粉由動(dòng)物骨頭經(jīng)過煅燒去除有機(jī)質(zhì)得到，其主要成分為羥基磷 灰石，其質(zhì)量百分比為>98%。本發(fā)明以天然動(dòng)物骨粉為主要原料，其主要成分為羥基磷灰石(99% )，來源廣 泛，價(jià)格低廉。同時(shí)，天然骨粉中還保留了動(dòng)物骨中的一些微量元素，有利于提高生物陶瓷 材料的生物相容性。其次，采用碳酸鈣作為鈣磷比調(diào)節(jié)劑，可在羥基磷灰石的鈣磷摩爾比 (1. 67)的基礎(chǔ)上調(diào)高鈣磷摩爾比，選擇適當(dāng)?shù)拟}磷比可制備高純度的磷酸四鈣。最后，通過 采用不同的煅燒溫度、煅燒時(shí)間、冷卻方式可得到單一成分、高純度的a “磷酸三鈣、0 -磷 酸三鈣和磷酸四鈣。本發(fā)明具有工藝過程可控性強(qiáng)、成本低、環(huán)保衛(wèi)生、可規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu) 點(diǎn)o
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。實(shí)施例1 具體步驟為1.稱取(NH4)2HP042. 2克，倒入500毫升燒杯中，加入30毫升去離子水，攪拌，溶解
完全；2.稱取動(dòng)物骨粉25. 1克，加入到上述溶液中，攪拌均勻，放入80°C烘箱中烘干；3.三日后取出，球磨兩小時(shí)，干燥后放入氧化鋁坩堝中。將坩堝放入燒結(jié)爐中，以 4. 5°C /分鐘的升溫速率升至1400°C，保溫20小時(shí)后用液氮急冷。所得產(chǎn)物經(jīng)XRD分析為 純度為98%的a-TCP。實(shí)施例2 具體步驟如下1.稱取(NH4)2HP04 4. 0克，倒入500毫升燒杯中，加入50毫升去離子水，攪拌，溶
解完全；2.稱取動(dòng)物骨粉45. 9克，加入到上述溶液中，攪拌均勻，放入80°C烘箱中烘干；3.三日后取出，球磨兩小時(shí)，干燥后放入氧化鋁坩堝中。將坩堝放入燒結(jié)爐中，以 4. 5°C /分鐘的升溫速率升至1500°C，保溫15小時(shí)將反應(yīng)產(chǎn)物用液氮急冷。所得產(chǎn)物為純 度為 100% 的 a -TCP。實(shí)施例3 具體步驟如下1.稱取(NH4)2HP041. 75克，倒入100毫升的燒杯中，加入25毫升的去離子水，攪
拌，溶解完全；2.稱取動(dòng)物骨粉20克，加入到上述溶液中，攪拌均勻，放入80°C烘箱中烘干；3.三日后取出，研磨，過40目篩后放入氧化鋁坩堝中。將坩堝放入燒結(jié)爐中，以 10°c /分鐘的升溫速率升至1300°C，保溫24小時(shí)，之后用液氮急冷。4.將所得粉體平均放入研缽中，加入乙醇。之后球磨12小時(shí)，正反轉(zhuǎn)交替相間0.5 小時(shí)，400轉(zhuǎn)/分，磨完后，烘干得到純度為96%的a -TCP粉末。實(shí)施例4 具體步驟如下1.稱取(NH4)2HP046 . 0克，倒入100毫升的燒杯中，加入50毫升的去離子水，攪拌，溶解完全；2.稱取動(dòng)物骨粉40克，加入到上述溶液中，攪拌均勻，放入80°C烘箱中烘干；3.三日后取出，研磨，過40目篩后放入氧化鋁坩堝中。將坩堝放入燒結(jié)爐中，以 10°c /分的升溫速率升至1200°C，保溫10小時(shí)，之后在空氣中冷卻。4.將所得粉體平均放入研缽中，加入乙醇。之后球磨12小時(shí)，正反轉(zhuǎn)交替相間0.5 小時(shí)，400轉(zhuǎn)/分，磨完后，烘干得到純度為100%的0 -TCP粉末，體積平均粒徑為1. 5微米。實(shí)施例5 具體步驟如下1.稱取Ca(H2P04)2 -H2011. 15克，倒入500毫升的燒杯中，加入100毫升的去離子 水，攪拌，溶解完全；2.稱取動(dòng)物骨粉50克，加入上述溶液中，攪拌均勻，放入80°C烘箱中烘干；3.三日后取出，研磨，過40目篩后放入氧化鋁坩堝中。將坩堝放入燒結(jié)爐中，以 10°c /分的升溫速率升至1300°C，保溫2小時(shí)，之后在空氣中冷卻。4.將所得粉體平均放入研缽中，加入乙醇。之后球磨12小時(shí)，正反轉(zhuǎn)交替相間0.5 小時(shí)，400轉(zhuǎn)/分，磨完后，烘干，得到純度為100%的0-TCP粉末。實(shí)施例6 具體步驟如下1.稱取動(dòng)物骨粉13. 4克，碳酸鈣2. 7克，倒入100毫升燒杯中，加入20毫升去離 子水，攪拌3小時(shí)混合調(diào)勻；放入80°C烘箱中烘干。三日后取出，研磨，過40目篩后，放入 氧化鋁坩堝中。2.將坩堝放入燒結(jié)爐中，以4. 5°C /分鐘的升溫速率升至1400°C，保溫6小時(shí)后將 反應(yīng)產(chǎn)物取出于空氣中冷卻，于干燥處保存，得到純度為99% TTCP產(chǎn)品。實(shí)施例7 具體步驟如下1.稱取動(dòng)物骨粉112克天然骨粉，碳酸鈣22克，倒入500毫升燒杯中，加入100毫 升去離子水，攪拌3小時(shí)混合調(diào)勻；放入80°C烘箱中烘干。三日后取出，研磨，過40目篩后， 放入氧化鋁坩堝中。2.將坩堝放入燒結(jié)爐中，以4. 5°C /分鐘的升溫速率升至1500°C，保溫15小時(shí)后 將反應(yīng)產(chǎn)物取出于空氣中急冷，于干燥處保存，得到純度為100%的TTCP產(chǎn)品。實(shí)施例8 稱取動(dòng)物骨粉16. 8克天然骨粉，碳酸鈣3. 3克，倒入100毫升燒杯中， 加入30毫升去離子水，攪拌3小時(shí)混合調(diào)勻；放入80°C烘箱中烘干。三日后取出，研磨，過 40目篩，放入球磨罐中，乙醇作介質(zhì)球磨3小時(shí)，干燥后，放入氧化鋁坩堝中。將坩堝放入燒 結(jié)爐中，以10°C /分鐘的升溫速率升至1500°C，保溫10小時(shí)后將反應(yīng)產(chǎn)物取出于空氣中急 冷，于干燥處保存，得到100%的TTCP產(chǎn)品。
權(quán)利要求
一種生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于該方法以天然動(dòng)物骨粉為原料，以磷酸氫二氨或一水磷酸二氫鈣作為鈣磷比調(diào)節(jié)劑，其具體步驟為a.將磷酸氫二銨或一水磷酸二氫鈣水溶液加入天然動(dòng)物骨粉，并控制鈣和磷的摩爾比為1.5∶1，攪拌混合均勻后干燥；b.將步驟a所得干燥后的混合物磨成粉末，在1200℃～1300℃下煅燒2～10小時(shí)，冷卻，得到β-磷酸三鈣；或在1300℃～1500℃煅燒15-24小時(shí)，液氮冷卻得α-磷酸三鈣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于所述的天然動(dòng) 物骨粉由動(dòng)物骨頭經(jīng)過煅燒去除有機(jī)質(zhì)得到，其主要成分為羥基磷灰石，其質(zhì)量百分比> 98%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于所述的步驟a中 的干燥條件為80°C烘箱中干燥三天，去除水分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于所述的步驟b中 的混合物磨成粉末是指將混合物進(jìn)行研磨，并過40目篩。
5.一種生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于該方法以動(dòng)物骨粉為原料，以碳酸 鈣為鈣磷比調(diào)節(jié)劑，其具體步驟為a.將動(dòng)物骨粉和碳酸鈣粉末按比例混合，使得鈣和磷的摩爾比為2 1，加入去離子水 調(diào)和，形成HAP-CaCO3懸浮液，充分?jǐn)嚢瑁箖煞N粉末混合均勻，然后進(jìn)行烘干、研磨、過篩， 并進(jìn)一步球磨、干燥；b.將步驟a所得粉末進(jìn)行煅燒，煅燒溫度為1400°C-1500°C，保溫6小時(shí) 15小時(shí)，然 后取出冷卻，得到磷酸四鈣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于所述的步驟a中 的是指在80°C溫度下的烘干三天。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于所述的步驟a中 的過篩是指過40目篩。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于所述的步驟a中 的球磨是以乙醇為介質(zhì)進(jìn)行球磨3小時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物陶瓷用磷酸鈣的制備方法，其特征在于所述的天然動(dòng)物 骨粉由動(dòng)物骨頭經(jīng)過煅燒去除有機(jī)質(zhì)得到，其主要成分為羥基磷灰石，其質(zhì)量百分比為> 98%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以動(dòng)物骨粉為原料制備生物陶瓷用磷酸鈣的方法。本發(fā)明采用天然動(dòng)物骨粉(主要成分為hydroxyapatite，HAP)為原料，選用磷酸氫二氨或一水磷酸二氫鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)作為鈣磷比調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)拟}磷比后，均勻混合后在高溫下煅燒，制備到了高純的、成分單一的α-磷酸三鈣(α-TCP)和β-磷酸三鈣(β-TCP)。選用碳酸鈣(CaCO3)為鈣磷調(diào)節(jié)劑，采用相似的工藝，制備到了高純度的磷酸四鈣(Ca4(PO4)2O，TTCP)。本發(fā)明具有工藝過程可控性強(qiáng)、成本低、環(huán)保衛(wèi)生、可規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61L27/12GK101880033SQ201010117598
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者何丹農(nóng), 孫康, 李萬萬, 金彩虹, 陳高祥 申請(qǐng)人:上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司