(57)【要約】【課題】ハイドロキシアパタイトが有する水酸基の少なくとも一部を、容易にハロゲン基に置換し得るハロゲン置換方法、および、かかるハロゲン置換方法により得られたハロゲンアパタイトを提供すること。【解決手段】本発明のハロゲン置換方法は、ハイドロキシアパタイトが有する水酸基の少なくとも一部を、ハロゲン基に置換する方法であり、ハイドロキシアパタイトとハロゲン化物とを接触させた状態で、熱処理を施すことを特徴とする。この熱処理における温度は、１０００〜１４００℃であるのが好ましく、熱処理における時間は、５〜６０分であるのが好ましい。ハロゲン化物の添加量は、ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、０．１〜２ｍｏｌであるのが好ましい。また、本発明のハロゲン置換方法は、いかなる形態のハイドロキシアパタイトにも適用可能であるが、特に、粉体が好適である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイドロキシアパタイトが有する水酸基の少なくとも一部を、ハロゲン基に置換するハロゲン置換方法であって、
ハイドロキシアパタイトとハロゲン化物とを接触させた状態で、熱処理を施すことを特徴とするハロゲン置換方法。
【請求項２】
前記熱処理における温度は、１０００〜１４００℃である請求項１に記載のハロゲン置換方法。
【請求項３】
前記熱処理における時間は、５〜６０分である請求項１または２に記載のハロゲン置換方法。
【請求項４】
前記ハロゲン化物の添加量は、ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、０．１〜２ｍｏｌである請求項１ないし３のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【請求項５】
前記ハロゲン化物は、常温で固体である請求項１ないし４のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【請求項６】
前記ハロゲン化物は、フッ化物である請求項１ないし５のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【請求項７】
前記ハロゲン化物は、ハロゲン化カルシウムである請求項１ないし６のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【請求項８】
前記ハイドロキシアパタイトは、粉体である請求項１ないし７のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【請求項９】
前記ハイドロキシアパタイト粉体の平均粒径は、０．５〜１００μｍである請求項８に記載のハロゲン置換方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載のハロゲン置換方法により得られることを特徴とするハロゲンアパタイト。
【請求項１１】
前記ハロゲン基の置換率は、３０％以上である請求項１０に記載のハロゲンアパタイト。
【請求項１２】
粉体である請求項１０または１１に記載のハロゲンアパタイト。
【請求項１３】
カラム充填剤として用いられる請求項１２に記載のハロゲンアパタイト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ハロゲン置換方法およびハロゲンアパタイトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リン酸カルシウム系セラミックスの一種であるハイドロキシアパタイトは、骨や歯の主成分であり、優れた生体親和性を有しており、人工骨、人工歯根、医科用あるいは、歯科用充填材（セメント）等の生体材料として利用されている。また、クロマトグラフィーのカラム充填材としての利用も期待される。
【０００３】
しかし、ハイドロキシアパタイトは耐酸性が低く、ｐＨ５以下の環境に置かれると、容易に溶解してしまう。このため、酸性に傾き易い環境に置かれる部材の構成材料として使用するには耐久性に問題がある。
【０００４】
そこで、かかる部材の構成材料として、ハイドロキシアパタイトの物性に近似し、より耐酸性に優れるフッ素アパタイトを用いることが提案されている。
【０００５】
従来、このような部材を製造する方法としては、ハイドロキシアパタイトで構成された部材の表面に、フッ化水素を塗布することにより、部材表面のハイドロキシアパタイトが有する水酸基をフルオロ基で置換する方法や、ネイパー（Ｎａｐｐｅｒ）らの方法により、予め合成したフッ素アパタイトを用いて製造する方法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
しかしながら、表面処理に用いられるフッ化水素は、反応性の高いフッ化物であり、取扱いに危険が伴うという問題があり、一方、予めフッ素アパタイトを合成する方法では、合成工程が煩雑であり、製造効率に劣るという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６４−１３４５３号公報（第３頁）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハイドロキシアパタイトが有する水酸基の少なくとも一部を、容易にハロゲン基に置換し得るハロゲン置換方法、および、かかるハロゲン置換方法により得られるハロゲンアパタイトを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記の（１）〜（１３）の本発明により達成される。
【００１０】
（１）  ハイドロキシアパタイトが有する水酸基の少なくとも一部を、ハロゲン基に置換するハロゲン置換方法であって、
ハイドロキシアパタイトとハロゲン化物とを接触させた状態で、熱処理を施すことを特徴とするハロゲン置換方法。
【００１１】
これにより、ハイドロキシアパタイトが有する水酸基の少なくとも一部を、容易にハロゲン基に置換し得る。
【００１２】
（２）  前記熱処理における温度は、１０００〜１４００℃である上記（１）に記載のハロゲン置換方法。
【００１３】
これにより、ハイドロキシアパタイトの熱分解を防止しつつ、水酸化物イオンとハロゲン化物イオンとの置換反応を十分に進行させることができる。
【００１４】
（３）  前記熱処理における時間は、５〜６０分である上記（１）または（２）に記載のハロゲン置換方法。
【００１５】
これにより、水酸化物イオンとハロゲン化物イオンとの置換反応を十分に進行させることができる。
【００１６】
（４）  前記ハロゲン化物の添加量は、ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、０．１〜２ｍｏｌである上記（１）ないし（３）のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【００１７】
これにより、ハイドロキシアパタイトに目的とする特性を確実に付与することができる。
【００１８】
（５）  前記ハロゲン化物は、常温で固体である上記（１）ないし（４）のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【００１９】
常温で固体のハロゲン化物は、その取り扱いが容易であるという点で好ましい。
【００２０】
（６）  前記ハロゲン化物は、フッ化物である上記（１）ないし（５）のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【００２１】
ハロゲン化物としてフッ化物を用いることにより、ハイドロキシアパタイトの耐酸性の向上を図ることができる。
【００２２】
（７）  前記ハロゲン化物は、ハロゲン化カルシウムである上記（１）ないし（６）のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【００２３】
フッ化物としてハロゲン化カルシウムを用いることにより、ハイドロキシアパタイトの強度の向上を図ることもできる。
【００２４】
（８）  前記ハイドロキシアパタイトは、粉体である上記（１）ないし（７）のいずれかに記載のハロゲン置換方法。
【００２５】
これにより、より多くの水酸基をハロゲン基で置換すること、すなわち、ハロゲン置換率を高めることができる。
【００２６】
（９）  前記ハイドロキシアパタイト粉体の平均粒径は、０．５〜１００μｍである上記（８）に記載のハロゲン置換方法。
【００２７】
平均粒径が前記範囲のハイドロキシアパタイト粉体を用いることにより、ハロゲン置換率をより高めることができる。
【００２８】
（１０）  上記（１）ないし（９）のいずれかに記載のハロゲン置換方法により得られることを特徴とするハロゲンアパタイト。
【００２９】
これにより、ハイドロキシアパタイトに対して、容易に目的とする特性を付与することができる。
【００３０】
（１１）  前記ハロゲン基の置換率は、３０％以上である上記（１０）に記載のハロゲンアパタイト。
【００３１】
これにより、ハイドロキシアパタイトに耐酸性を付与する場合には、より高い耐酸性を有するものとなる。
【００３２】
（１２）  粉体である上記（１０）または（１１）に記載のハロゲンアパタイト。
【００３３】
（１３）  カラム充填剤として用いられる上記（１２）に記載のハロゲンアパタイト。
【００３４】
これにより、ハイドロキシアパタイト粉体で構成されるカラム充填剤と同様の分離特性を得ることができるとともに、ハイドロキシアパタイト粉体で構成されるカラム充填剤で使用困難な酸性の溶液も使用可能となるという利点がある。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のハロゲン置換方法およびハロゲンアパタイトの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００３６】
本発明者は、上記問題点に鑑み、種々の検討を重ねた結果、ハイドロキシアパタイトとハロゲン化物とを接触させた状態で、熱処理を行うことにより、容易にハイドロキシアパタイトが有する水酸基がハロゲン基に置換されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００３７】
すなわち、本発明のハロゲン置換方法（ハロゲン化方法）は、ハイドロキシアパタイトとハロゲン化物とを接触させた状態で、熱処理を施すものである。これにより、ハイドロキシアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２）が有する水酸基の少なくとも一部を、ハロゲン基に置換して、ハロゲンアパタイト（Ｃａ１０（ＰＯ４）６（ＯＨ）２−２ＸＡ２Ｘ、ただし、０＜ｘ≦１であり、Ａはハロゲン元素を示す。）を得る。
【００３８】
本発明によれば、ハイドロキシアパタイトが有する水酸基を、容易にハロゲン基に置換し得る。特に、本発明では、加熱下に水酸化物イオンとハロゲン化物イオンとを置換させるので、比較的反応性の低いハロゲン化物を用いた場合でも、これらの置換が効率よく進行する。したがって、本発明によれば、反応性の高いハロゲン化物（これらは、一般に劇物である）を用いる必要がないという利点がある。
【００３９】
また、本発明のハロゲン置換方法は、ハイドロキシアパタイトの形態を選ばず、例えば、粉体、ブロック体（緻密質焼結体、多孔質焼結体）等のいかなるものにも適用することができるという利点もある。
【００４０】
なお、以下では、ハイドロキシアパタイトとして、粉体を用いる場合を代表に説明する。本発明のハロゲン置換方法をハイドロキシアパタイト粉体に適用することにより、より多くの水酸基をハロゲン基で置換すること、すなわち、ハロゲン置換率を高めることができる。
【００４１】
このハイドロキシアパタイト粉体の平均粒径は、０．５〜１００μｍ程度であるのが好ましく、１〜２０μｍ程度であるのがより好ましい。平均粒径が前記範囲のハイドロキシアパタイト粉体を用いることにより、ハロゲン置換率をより高めることができる。
【００４２】
本発明で用いられるハロゲン化物としては、ハロゲン原子（ハロゲン元素）と、他の原子（元素）との各種化合物が使用可能であるが、常温で固体である化合物が好ましい。常温で固体のハロゲン化物は、その取り扱いが容易であるという点で好ましい。
【００４３】
ハロゲン化物は、例えば、ハイドロキシアパタイト粉体に付与したい特性等に応じて適宜選択される。
【００４４】
例えば、ハイドロキシアパタイト粉体に耐酸性を付与する場合には、ハロゲン化物としてフッ化物が選択される。フッ化物イオンは、他のハロゲン化物イオンと比較して電気陰性度が高いため、カルシウムイオンやリン酸イオンとの間に強固なイオン結合を形成することができる。このため、ハイドロキシアパタイトが有する水酸基に代わり、フルオロ基が導入されることにより、結晶学的に安定なかたちとなり、その結果、酸に対する溶解性も低下することになる。
【００４５】
また、ハロゲン化物には、例えば、カルシウム、ベリリウム、マグネシウム、バリウム等の各種金属元素のハロゲン化物を単独または組み合わせて用いることができる。これらのものは、常温で固体であり、かつ、劇物でないため、その取り扱いが極めて容易である。
【００４６】
これらの中でも、ハロゲン化物としては、ハロゲン化カルシウムが好適である。ハロゲン化カルシウムまたはその反応生成物である酸化カルシウム（ＣａＯ）が含有するカルシウムは、得られるハロゲンアパタイトの構成元素の１種であり、ハロゲンアパタイトと混在しても、その特性に影響し難いことから好ましい。また、前記酸化カルシウムは、各種アパタイト（ハイドロキシアパタイトやハロゲンアパタイト等）の緻密化を促進する性質を有するため、ハロゲン化物としてハロゲン化カルシウムを用いると、ハイドロキシアパタイト粉体の表面を緻密かつ高強度とすることができる。これにより、ハイドロキシアパタイト粉体の耐久性を向上させることもできる。
【００４７】
したがって、ハイドロキシアパタイト粉体の耐酸性向上を目的とした場合には、ハロゲン化物として、特に、フッ化カルシウムを用いるのが好適である。
【００４８】
このようなハロゲン化物の添加量は、ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、０．１〜２ｍｏｌ程度であるのが好ましく、０．５〜１ｍｏｌ程度であるのがより好ましい。ハロゲン化物をハイドロキシアパタイト粉末に対して前記範囲で添加することにより、ハイドロキシアパタイト粉末に目的とする特性を確実に付与することができる。
【００４９】
また、ハロゲン化物とハイドロキシアパタイト粉体とを接触させる方法は、特に限定されないが、例えば、固体のハロゲン化物を用いる場合には、ハイドロキシアパタイト粉体とハロゲン化物とを混合する方法、また、ハロゲン化物を液状（溶液または分散液）として用いる場合には、ハイドロキシアパタイト粉体の表面に、液状のハロゲン化物を接触させた後、乾燥により析出させる方法等が挙げられる。
【００５０】
このようにして、ハイドロキシアパタイト粉体とハロゲン化物とを接触させた状態で、熱処理を施す。
【００５１】
この熱処理における温度（加熱温度）は、特に限定されないが、１０００〜１４００℃程度であるのが好ましく、１０５０〜１２００℃程度であるのがより好ましい。加熱温度が低過ぎると、ハロゲン化物の種類等によっては、水酸化物イオンとハロゲン化物イオンとの置換反応が十分に進行しないおそれがあり、一方、加熱温度が高過ぎると、ハイドロキシアパタイトが熱分解してしまうおそれがある。
【００５２】
熱処理における時間（加熱時間）も、特に限定されず、加熱温度を前記範囲とする場合、５〜６０分程度であるのが好ましく、１０〜３０分程度であるのがより好ましい。加熱時間が短過ぎると、ハロゲン化物の種類等によっては、水酸化物イオンとハロゲン化物イオンとの置換反応が十分に進行しないおそれがあり、一方、加熱時間を前記上限値を超えて長くしても、水酸化物イオンとハロゲン化物イオンとの置換反応のそれ以上の進行が期待できない。
【００５３】
また、熱処理における雰囲気は、特に限定されず、例えば、大気、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスのような不活性ガス、減圧（真空）下等とすることができる。
【００５４】
この熱処理により、ハイドロキシアパタイトは、その水酸基の少なくとも一部がハロゲン基に置換され、本発明のハロゲンアパタイト（ハロゲン化アパタイト）が得られる。
【００５５】
本発明によれば、種々の条件を適宜設定することにより、ハロゲン基の置換率（ハロゲン置換率）を所望のものにコントロールすることができる。
【００５６】
前記条件としては、例えば、ハイドロキシアパタイトの形態（形状）、サイズ、熱処理における温度、時間、雰囲気、ハロゲン化物の添加量、組成（種類）等が挙げられる。
【００５７】
前述したように、ハイドロキシアパタイト粉末に耐酸性を付与する場合には、フルオロ基（ハロゲン基）の置換率は、できるだけ高い方が好ましく、この場合のフルオロ基の置換率は、３０％以上であるのが好ましく、６０％以上であるのがより好ましい。
【００５８】
このようにして得られたハロゲンアパタイト粉体（ハロゲン置換されたハイドロキシアパタイト粉体）は、そのまま、クロマトグラフィー用のカラム充填剤、マスク等に使用する吸着剤（例えば、細菌、ウィルス、花粉等の吸着剤）、抗菌剤の担体等として用いることができる。
【００５９】
ハロゲンアパタイト粉体で構成されるカラム充填剤では、ハイドロキシアパタイト粉体で構成されるカラム充填剤と同様の分離特性（分離パターン）を得ることができるとともに、ハイドロキシアパタイト粉体で構成されるカラム充填剤で使用困難な酸性の溶液（溶出溶媒）も使用可能となるという利点がある。
【００６０】
また、かかる粉体を用いて成形体を成形した後、焼成（焼結）することにより、焼結体（ブロック体）を得、かかる焼結体を、各種物質を分離または除去するフィルタ部材（濾材）、人工骨、人工歯根等の生体材料として用いてもよい。
【００６１】
なお、前記実施形態では、粉体の全体がハイドロキシアパタイトで構成されているものとして説明したが、粉体の構成は、これに限定されず、例えば、ハイドロキシアパタイト以外の材料で構成された粒状基材の表面を、ハイドロキシアパタイトで被覆したもの等であってもよい。
【００６２】
また、前記実施形態では、ハイドロキシアパタイトとして、粉体を用いる場合を代表にして説明したが、本発明では、前述したように、ハイドロキシアパタイトとして、ブロック体を用いることもでき、この場合においても、前述したのと同様の効果が得られる。
【００６３】
以上、本発明のハロゲン置換方法およびハイドロキシアパタイトについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００６４】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【００６５】
１．ハイドロキシアパタイトのハロゲン置換
（実施例１）
公知の湿式合成法によりハイドロキシアパタイトを合成し、ハイドロキシアパタイトスラリーを得た。
【００６６】
このハイドロキシアパタイトスラリーを噴霧乾燥して、平均粒径１５μｍの粉体を得た。その後、この粉体を、大気中、７００℃×２時間で仮焼成した後、汎用粉砕装置を使用し、平均粒径１２μｍに粉砕した。
【００６７】
ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、フッ化カルシウムが１．４ｍｏｌとなるように、ハイドロキシアパタイト粉体とフッ化カルシウムとを混合した。
【００６８】
次に、この混合物に対して、大気中、１２００℃×１５分で熱処理を施した。
次に、開口径１０μｍの篩を用いて、熱処理後のハイドロキシアパタイト粉体を回収した。
【００６９】
（実施例２）
ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、フッ化カルシウムが１ｍｏｌとなるように、ハイドロキシアパタイト粉体とフッ化カルシウムとを混合した以外は、前記実施例１と同様にした。
【００７０】
（実施例３）
ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、フッ化カルシウムが０．６ｍｏｌとなるように、ハイドロキシアパタイト粉体とフッ化カルシウムとを混合した以外は、前記実施例１と同様にした。
【００７１】
（実施例４）
ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して、フッ化カルシウムが０．２ｍｏｌとなるように、ハイドロキシアパタイト粉体とフッ化カルシウムとを混合した以外は、前記実施例１と同様にした。
【００７２】
（実施例５）
熱処理の条件を、大気中、１３５０℃×１０分とした以外は、前記実施例１と同様にした。
【００７３】
（実施例６）
熱処理の条件を、大気中、１０００℃×２０分とした以外は、前記実施例１と同様にした。
【００７４】
（実施例７）
熱処理の条件を、アルゴンガス中、１２００℃×１５分とした以外は、前記実施例１と同様にした。
【００７５】
（比較例１）
ネイパーらの方法を用いて合成して造粒したフッ素アパタイトの粉体（平均粒径：１２μｍ）を用意した。
【００７６】
（比較例２）
前記実施例１と同様のハイドロキシアパタイト粉体を用意したが、ハロゲン置換は省略した。
【００７７】
２．評価
２−１．粉体表面のＸ線回折
各実施例および各比較例の粉体の表面を、Ｘ線回折法により回折スペクトルを観測し、結晶のａ軸長を測定した。なお、このＸ線回折法は、Ｘ線回折装置（リガク社製、「ＲＩＮＴ２２００Ｖ」）を用いて行った。
【００７８】
２−２．粉体の元素分析
各実施例および各比較例の粉体の元素分析を行い、フッ素含有量を測定した。なお、この元素分析は、元素分析装置（島津製作所社製、「イオンクロマトＨＩＣ−ＳＰ」）を用いて行った。
【００７９】
２−３．耐酸性評価
各実施例および各比較例の粉体を、それぞれ１ｇずつ取り出し、ｐＨ５のリン酸緩衝液１００ｍＬを加えて十分に攪拌した。その後、５時間静置した後、上清を所定量採取した。
【００８０】
そして、採取した各上清中に含まれるカルシウム濃度を、それぞれ、原子吸光法により測定した。なお、この原子吸光法は、原子吸光装置（島津製作所社製、「ＡＡ−６２００」）を用いて行った。
【００８１】
２−４．圧縮強度評価
各実施例および各比較例の粉体の圧縮強度を測定した。なお、この圧縮強度は、粉体微少圧縮試験機（島津製作所社製、「ＭＣＴ−５００」）を用いて行った。
【００８２】
２−１〜２−４の結果を、それぞれ、以下の表１に示す。
なお、圧縮強度評価の結果は、比較例２の圧縮強度を１としたときの、各実施例および比較例１の圧縮強度を相対値として示した。
【００８３】
【表１】
2004331439.tif 000002
【００８４】
表１に示すように、各実施例では、フッ化カルシウムの添加量の増大に伴って、ａ軸長の減少が認められ、ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して１ｍｏｌ以上のフッ化カルシウムを添加した実施例１、２および５〜７では、フッ素アパタイトのａ軸長とほぼ等しくなった。
【００８５】
これと同様に、各実施例では、フッ化カルシウムの添加量（モル比）に対応して、粉体中のフッ素含有量が増大し、ハイドロキシアパタイト１ｍｏｌに対して１ｍｏｌ以上のフッ化カルシウムを添加した実施例１、２および５〜７では、フッ素含有量がいずれも約３．８ｗｔ％であり、化学量論的にほぼ全てのハイドロキシアパタイトがフッ素アパタイトに転化したことが確認された。
【００８６】
これらの結果は、本発明を用いることにより、ハイドロキシアパタイトが有する水酸基がフルオロ基に効率よく置換され得ることを示唆するものである。
【００８７】
また、表１に示すように、各実施例の粉体は、いずれも、フッ素置換を省略した比較例２の粉体に対して、耐酸性および圧縮強度に優れるものであり、また、これらの耐酸性および圧縮強度は、ハイドロキシアパタイトのフッ素置換率に応じて向上することも確認された。
【００８８】
また、各実施例および比較例２の粉体を、それぞれ、直径７．５ｍｍ、長さ１００ｍｍのステンレスカラムに充填し、試料溶液を、各カラムを取り付けた液体クロマトグラフィー（島津製作所社製、「ＬＣ−６Ａ」）に、流速１ｍＬ／ｍｉｎで流し、クロマトグラムを得たところ、同様の分離パターンが確認できた。
【００８９】
なお、試料溶液には、濃度４００ｍＭのリン酸緩衝液（ｐＨ６．９）に、ウシ血清アルブミン１０μｇ／μＬ、リゾチーム１．２５μｇ／μＬ、チトクローム５μｇ／μＬとなるように溶解したものを用いた。
【００９０】
また、フッ化カルシウムに代えて、塩化カルシウムを用いて前記実施例と同様にしてハロゲン置換を行った結果、前記と同様に、効率よくハイドロキシアパタイトの塩素置換がなされることが確認された。
【００９１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ハイドロキシアパタイトの水酸基を、危険な試薬を用いることなく、かつ、簡易な方法で、容易にハロゲン基に置換することができる。
【００９２】
また、本発明によれば、各種条件を適宜設定するだけで、ハロゲン置換率のコントロールを容易に行うことができる。
【００９３】
また、ハロゲン化物の種類（組成）を適宜選択することにより、ハイドロキシアパタイトに目的とする特性を付与することができる。例えば、ハロゲン化物としてフッ化物を選択することにより、ハイドロキシアパタイトの耐酸性を向上させることができる。