Способ получения порошка гидроксиапатита

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКА ГИДРОКСИАПАТИТА(71) Заявитель Институт общей и неорганической химии АН Беларуси, Научноисследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством(73) Патентообладатель Институт общей и неорганической химии АН Беларуси, Научноисследовательский институт порошковой металлургии с опытным производством(57) Способ получения порошка гидроксиапатита путем взаимодействия водных растворов соли кальция и соли фосфорной кислоты, последующего обезвоживания, обработки органическим растворителем и сушки,отличающийся тем, что перед обезвоживанием полученную суспензию выдерживают в течение 1-14 суток под маточным раствором, промывают дистиллированной водой, а последующую обработку проводят водопоглощающим органическим растворителем при объемном соотношении влажного продукта и растворителя 1 (1,9-2,1) в течение 20-24 часов при температуре 15-30 С.(56) 1. Выложенная заявка Японии 62-230607, МПК 0125/32, 1987. 2. Патент РФ 2050317, МПК 0125/32, 1995. 3. Выложенная заявка Японии 62-265108, МПК 0125/32, 1987. Изобретение относится к способу получения порошка гидроксиапатита (ГА), используемого в качестве медицинской керамики в стоматологии и травматологии, а также для нанесения биотолерантных покрытий на металлические протезы. Известен способ получения порошка гидроксиапатита, в котором водную суспензию, полученную смешением соединений кальция и фосфата, пульверизируют в поток воздуха при 100-200 С и получают порошок с дальнейшей его сушкой 1. Недостатком способа является невысокая чистота порошка ГА, т.к. он содержит до 30-40 Са 3(Р 4)2, а также необходимость использования крупногабаритного оборудования в виде распылительной сушилки и необходимость дополнительных энергетических затрат, связанных с сушкой больших объемов водных растворов. Известен способ получения порошка гидроксиапатита, заключающийся в криоосаждении растворов солей кальция (2, Са(3)2, Са(СН 3 СОО)2) и фосфорной кислоты, многостадийной сублимационной сушке замороженной суспензии и последующей термической обработке при 600-1200 2. Недостатками способа являются невысокая чистота продукта (20-40 примесей), т.к. в данном способе отсутствует стадия промывки получаемой суспензии от посторонних ионов, а также использование сложного и дорогого оборудования для криоосаждения и сублимационной сушки, сложность и многостадийность процесса сублимации суспензии ГА. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ получения порошка ГА, согласно которому суспензию порошка, полученную синтезом между солями кальция и фосфорной кислоты, подвергают обезвожива-нию, смачиванию органическим раствором, сушке, предварительному обжигу, диспергированию в органическом растворителе, обработке ультразвуком (УЗ) и последующей сушке 3. 2302 1 Недостатком данного способа является получение ГА, содержащего до 30 примесей Са 3(РО 4)2, многостадийность процесса, а также использование для диспергирования ГА ультразвуковой установки (сложного и дорогого оборудования) и повышение дефектности структуры ГА в результате ультразвуковой обработки. Задача, решаемая данным изобретением, состоит в том, что в предлагаемом способе после операции синтеза взаимодействием соли кальция и фосфорной кислоты проводили операцию выдерживания полученной суспензии ГА под маточным раствором в течение 1-14 суток, операцию промывки и обезвоживания до получения влажной суспензии ГА. Далее проводили операцию выдержки полученной влажной суспензии в органическом растворителе в течение 20-24 часов при объемном соотношении влажной суспензии ГА и органического растворителя 1 (1,9-2,1) и температуре 15-30 С и последующей сушки. Операций смачивания органическим раствором, сушки, обжига, диспергирования в органическом растворителе, обработки ультразвуком и последующей сушки не проводили. Установлено, что совокупность и последовательность вышеуказанных операций позволяет получить порошок чистого, однофазного, не содержащего примесей ГА, уменьшить количество стадий проведения процесса с 6 до 2 и исключить необходимость использования дорогостоящего, сложного оборудования (УЗ). Для получения ГА проводили сливание растворов соли кальция (Са(3)2, 2) и двузамещенного фосфата аммония при соотношении Са 243-1,6 - 1,9, близком к стехиометрическому, при рН 11-13,выдерживали образовавшуюся суспензию в течение 1-14 суток под маточным раствором (операция старения), промывали и обезвоживали до образования влажного осадка. Влажную суспензию смешивали с органическим растворителем в объемном соотношении 1(1,9-2,1), выдерживали в течение 20-24 часов при температуре 15-30 С и сушили, после чего получали легко рассыпающийся порошок гидроксиапатита, не требующий дополнительного механического помола. По данным рентгенофазового анализа и ИКспектроскопии полученный порошок представляет собой однофазный ГА без посторонних примесей. Операцию старения суспензии ГА проводили для протекания вторичных процессов формирования структуры ГА. Если соотношение Са 2 Р 43-1,9, т.е. превышает стехиометрическое 1,67, время старения уменьшается до 1 суток, поскольку процессы протекают быстрее. Если соотношение меньше стехиометрического - 1,6,то время старения увеличивается до 14 суток, т.к. формирование структуры ГА при меньшей концентрации протекает медленнее. При проведении операции старения менее 1 суток вторичные процессы формирования структуры ГА еще не закончены, и происходит загрязнение осадка трикальцийфосфатом, а при проведении операции более 14 суток происходит усложнение фосфатных анионов за счет межмолекулярного выделения воды из концевых Р-ОН групп (поликонденсация), что также загрязняет продукт примесями. Операцию промывки суспензии дистиллированной водой проводили до отсутствия в промывных водах посторонних ионов, загрязняющих ГА (4 , 3-, С-). В качестве органического растворителя использовали этиловый спирт и ацетон, т.е. такие растворители,которые хорошо смешиваются с водой и являются водоотнимающими агентами. Выдержку в органическом растворителе проводили для разрушения ассоциатов молекул воды вокруг фосфатных анионов и разупорядочения гидрофильных полимерных структур. При проведении выдержки менее 20 часов, при количестве органического растворителя менее объемного соотношения 11,9 и температуре менее 15 С полного разрушения ассоциированных связей между молекулами воды и молекулами фосфата не происходит и продукт получается в виде крупных комков, требующих помола, а не в виде порошка. Выдержка более 24 часов при объемном соотношении 12,1 и температуре выше 30 приводит к загрязнению образца продуктами поликонденсации фосфатных групп и получается продукт низкой степени чистоты. Установлено, что приведенная выше совокупность и последовательность операций позволяет получить чистый порошок ГА без посторонних примесей, уменьшить количество стадий от 6 до 2 и упростить процесс за счет исключения дополнительного, дорогостоящего оборудования. Пример 1. 790 г азотнокислого кальция растворяли в дистиллированной воде, раствором аммиака доводили рН до 12 и разбавляли до 6 л водой (раствор 1). 264 г двузамещенного фосфата аммония растворяли и также доводили рН до 12, а затем разбавляли дистиллированной водой до 8 л (раствор 2). К раствору 1 постепенно при перемешивании добавляли раствор 2. В сливаемых растворах соотношение ионов Са 243 соответствует стехиометрическому 1,67. После выдерживания образовавшейся суспензии в течение 6 суток под маточным раствором ее промывали, обезвоживали на фильтре, затем влажную суспензию смешивали с органическим растворителем, например этиловым спиртом, в объемном соотношении 12,0 и выдерживали в течение 22 часов при 20 С, после чего высушивали. Получали продукт в виде рассыпчатого порошка, не требующего дополнительного помола, который по данным ИК и рентгенофазового анализа содержал 100 гидроксиапатита. Примесей не обнаружено. Выход продукта 320 г. Пример 2. Готовили и смешивали растворы хлористого кальция и двузамещенного фосфата аммония, как в примере 1, до соотношения Са 2 Р 43-1,67. После выдерживания образовавшейся суспензии в течение 6 суток под маточным раствором ее промывали, обезвоживали на фильтре, затем влажную суспензию смешивали с ацетоном в объемном соотношении 12,0 и выдерживали в течение 22 часов при 20 С, после чего высушивали. Получали продукт в виде рассыпчатого порошка, не требующего дополнительного помола, который по данным ИК и 2 2302 1 рентгенофазового анализа содержал 100 гидроксиапатита. Других примесей не обнаружено. Выход продукта 320 г. Последующие варианты синтеза представлены в таблице. Порошок гидроксиапатита находит применение для получения медицинских протезов, поскольку ГА является синтетическим аналогом костной ткани и имеет с ней одинаковую рентгенограмму. Кроме того, порошок ГА является сыпучим продуктом, который может использоваться для плазменного напыления биокерамических покрытий на зубные и эндопротезы из титана, стали или сплавов. Преимуществом предлагаемого способа является получение ГА высокой степени чистоты в виде порошка, не требующего помола, причем более простым, по сравнению с прототипом, способом, содержащим меньшее число стадий и не требующим дополнительного оборудования. Условия синтеза ГА Время выМольное держисоотнования в машение точном 243 растворе,сут. Объемное соотношение суспензии и органического растворителя 1,67 6 12,0 22 20 100 0 порошок 1,60 14 12,0 22 20 100 0 порошок 1,90 1 12,0 22 20 100 0 порошок 1,67 6 11,9 20 15 100 0 порошок 1,67 6 12,1 24 30 100 0 порошок 1,67 0,5 12,0 22 20 80 20 порошок 1,67 15 12,0 22 20 90 10 порошок 1,67 6 11,8 22 20 100 0 комки 1,67 6 12,2 22 20 90 10 порошок 1,67 6 12,0 19 20 100 0 комки 1,67 6 12,0 25 20 90 10 порошок 1,67 6 12,0 22 14 100 0 комки 1,67 6 12,0 22 31 90 10 порошок Прототип 1,67 0,15 20 70 30 порошок- запредельные опыты, - образуется продукт в виде твердых комков размерами 0,5 - 1,0 см, требующих помола, - кроме этой операции, еще проводятся операции прокаливания, смешения с органическим растворителем и обработки ультразвуком. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.