(57)【要約】本発明は少くとも次の工程を含む多目的等方性ヒドロキシアパタイト/ゼラチン複合材料の製造方法に関する。ａ)Ｃ1−Ｃ10アルコール、特にエタノール、水混合可能な別の分散剤、水及びその混合物を含む群から選択した液体媒体中に粉末ヒドロキシアパタイトの懸濁液を形成し、ｂ)ゼラチン水溶液を好ましくはゼラチン濃度5-25重量％で懸濁液に加え、ｃ)液体媒体が完全又は部分的に蒸発するまで所定期間、好ましくは1-10時間で、所定温度で混合物を撹拌し、ｄ)任意に、工程ｃで得た生成物を乾燥させる。実施形態で、方法は、工程ｃかｄで得た生成物に別の工程ｅ１で少くとも１種の脂肪族ポリエーテルを更に浸透させる点を特徴とする。別の実施形態で、方法は工程ｃ、ｄ又はｅ１で得た生成物を工程ｅ２でゼラチン鎖架橋用の少くとも１種の薬剤に更に接触させる点を特徴とする。発明の別の態様は方法を用いて製造した複合材料、特に人工象牙としてのその使用に関する。【選択図】図１【特許請求の範囲】
【請求項１】
等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料を製造する方法であって、
ａ） Ｃ1−Ｃ10アルコール、特にエタノール、別の水混和性分散剤、水、およびそれらの混合物を含む群から選択された液体媒体中に粉末状ヒドロキシアパタイトの懸濁液を形成する工程、
ｂ）好ましくは１乃至４０重量％の、より好ましくは５乃至２５重量％の、ゼラチンの濃度の、ゼラチンの水溶液を、前記懸濁液に加える工程、
ｃ） 前記液体媒体が部分的または完全に蒸発するまで、所定の温度で所定の時間期間において、好ましくは１乃至１０時間の範囲で、前記混合物を攪拌する工程、
ｄ） 任意に、工程ｃ）で得られた生成物を乾燥させる工程、
を少なくとも含む方法。
【請求項２】
工程ｃ）は、工程ｂ）の後に得られた水性／有機液体媒体の沸点未満の温度で行われるものであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｃ）またはｄ）で得られた前記生成物に、追加的な工程ｅ１）において、少なくとも１種の脂肪族ポリエーテルをさらに浸透させることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
工程ｃ）、ｄ）またはｅ１）で得られた前記生成物を、工程ｅ２）において、前記ゼラチン鎖を架橋するための少なくとも１種の薬剤にさらに接触させることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１種の架橋剤は、錯体形成金属塩、アルデヒド、ケトン、エポキシド、イソシアナート、カルボジイミドおよび酵素を含む群から選択されるものであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記錯体形成金属塩は、アルミニウム、クロム、鉄、チタン、ジルコニウム、モリブデン、および、特にミョウバン、例えば、カリウムミョウバン、クロムミョウバン、の塩を含む群から選択されるものであることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ｅ１ａ） 請求項１における工程ｃ）またはｄ）で得られた前記生成物を、ポリエーテル／水の混合物を含む媒体に、所定の期間、好ましくは１時間乃至１週間の範囲で、接触させる工程と、
ｅ１ｂ） 次いで、前記媒体を、脂肪族ポリエーテルを含むまたは脂肪族ポリエーテルからなる無水媒体と置換させ、工程ｅ１ａ）の後に得られた前記生成物を無水ポリエーテルに、所定の期間、好ましくは１時間乃至数週間の範囲で、接触させる工程と、
を少なくとも含む、請求項３乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記ポリエーテルに接触させることは、減圧下または真空下で行われるものであることを特徴とする、請求項３または７に記載の方法。
【請求項９】
工程ｃ）、ｄ）またはｅ１）で得られた前記生成物を、所定の期間、好ましくは１時間乃至１週間、架橋剤、特に錯体形成金属塩の溶液、に接触させ、次いで、任意に、前記架橋剤、特に前記金属塩の溶液、を除去し、洗浄した後で前記生成物を乾燥させることを特徴とする、請求項４乃至８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
工程ｃ）、ｄ）またはｅ１）で得られた前記生成物の部分領域のみを、前記架橋剤に接触させ、前記部分領域のみにおいて前記ゼラチンマトリックスを架橋させることを特徴とする、請求項４乃至６または９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記複合材料の表面上に、例えばブラシまたは布を用いて、前記架橋剤を繰り返し塗布するまたは付着させることによって表面接触が行われることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記脂肪族ポリエーテルは、１００乃至１０，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは４００乃至４０００ｇ／ｍｏｌ、の範囲の分子量を有するものであることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか記載の方法。
【請求項１３】
前記脂肪族ポリエーテルがポリエチレングリコールであることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法によって得ることが可能であり、アモルファスゼラチンマトリックスにランダムに埋め込まれたナノメートル領域の寸法を有するヒドロキシアパタイト粒子を含む等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料。
【請求項１５】
前記ヒドロキシアパタイト粒子は、ナノメートル領域の、典型的には約１０×５０ｎｍの、寸法を有するヒドロキシアパタイト針を表すまたは含むことを特徴とする、請求項１４に記載の複合材料。
【請求項１６】
請求項１乃至１３のいずれかに記載の方法によって得ることが可能であり、ヒドロキシアパタイト／ゼラチンマトリックスに埋め込まれた脂肪族ポリエーテル、および／または、架橋されたゼラチン鎖、特に金属錯体を介して架橋された前記ゼラチン鎖における前記アミノ酸の酸基、を含む等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料。
【請求項１７】
前記脂肪族ポリエーテルは、１００乃至１０，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは４００乃至４０００ｇ／ｍｏｌ、の範囲のモル質量を有するものであることを特徴とする、請求項１６に記載の複合材料。
【請求項１８】
前記脂肪族ポリエーテルがポリエチレングリコールであることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の複合材料。
【請求項１９】
１：１乃至１０：１、好ましくは２：１乃至４：１、特に約３：１、のヒドロキシアパタイト／ゼラチン比を有する５０乃至１００重量％のヒドロキシアパタイト／ゼラチンマトリックス、
０乃至３０重量％、好ましくは１乃至１０重量％、の残留液体媒体、および
任意に、０．５乃至５０重量％、好ましくは１乃至２５重量％、のポリエーテル
からなる組成を有する、請求項１４乃至１８のいずれかに記載の複合材料。
【請求項２０】
さらに、１種以上の添加剤、特に、顔料、染料および蛍光体、物質マーキング用の材料、塩、金属粒子、ポリマー、例えばポリエチレングリコールの誘導体、特に紫外線硬化性誘導体、ガラス、繊維、例えば、セルロース繊維、麻繊維、ポリプロピレン繊維、炭素繊維、中空ガラス繊維、ＺｎＯナノファイバ、または、抗菌成分、例えば、ＴｉＯ2、Ａｇナノ粒子、を含む群から選択される１種以上の添加剤、を含む、請求項１４乃至１９のいずれかに記載の複合材料。
【請求項２１】
象牙色である、請求項１４乃至２０のいずれかに記載の複合材料。
【請求項２２】
人工象牙としての、請求項１４乃至２１のいずれかに記載の複合材料の使用。
【請求項２３】
鍵盤用の鍵被覆を製造するための、ハンドル／グリップ挿入物を製造するための、例えば、スポーツ用品、工具およびナイフ、時計、模型部品、玩具、事務用品、筆記用具、食器、台所用品、装身具、衛生用品、医薬品、電子部品、建築材料、建設材料、ランプ、自動車用インテリア若しくは宝石類用のハンドル／グリップ挿入物を製造するための、または、例えばインテリア家具若しくは眼鏡フレーム用の、例えば木材および他の材料上の、例えばガラス若しくはプラスチック若しくは金属上の、被覆を作製するための、または、水分調整材料としておよびプラスチック代替品としての、請求項１４乃至２１のいずれかに記載の複合材料の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料、および特に人工象牙としてのその複合材料の使用、およびその複合材料を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
象牙またはアイボリの主成分は、象牙質であり、即ち有機マトリックスおよび無機鉱物（ミネラル）からなる石化組織である。象牙質は、６０〜７０％の炭酸塩（カーボナート）含有ヒドロキシアパタイト（鉱物）、２０％のコラーゲン（マトリックス）、および１０〜２０％の水で構成されている。歯の成長期間中、コラーゲン原線維とヒドロキシアパタイト結晶の間に特別な構造が形成される。さらに、その象牙質は依然としてマイクロチャネルまたは微小流路（細管）と交差している。一方、象牙質の構造的組成または構築は、徹底的に調査され解明された（V. Jantou-Morris, M.A. Horton, D.W. McComb, Biomaterials 31 (2010), 5275-5286）。象牙質および類似の複合材料の核形成および成長も研究された（Y. Wang, T. Azais, M. Robin, A. Vallee, C. Catania, P. Legriel, G. Pehau-Arnaudet, F. Babonneau, MM Giraud-Guille, N. Nassif, Nature Mater. 11 (2012), 724-733; K. Bleek, A. Taubert, Acta Biomater. 9 (2013), 6283-6321）。
【０００３】
象牙の主な供給源は象の牙である。さらに、例えば、マンモス、セイウチ、マッコウクジラ、イッカクまたはカバのような哺乳類の牙は、小さい役割しか果たしていない。とりわけ、象牙は美術品の製作用の原材料または開始材料として、また鍵盤楽器の白鍵用の被覆（カバー）として使用される。例えば象牙の色（象牙色）および象牙の軽い加工性のような材料特性は、非常に重要である。種の保護のために、１９８９年以来、国際的な象牙取引が禁止されている（ＣＩＴＥＳ協定）。それにもかかわらず、象はその牙のために密猟によって毎日殺され、象牙が違法に販売されている。
【０００４】
このような状況にあるため、特に楽器の鍵またはキー（白鍵）用の、適した代替的材料が既に求められてきた。様々な有機ポリマー（プラスチック）、その一部は無機フィラー（充填剤）を含むもの（米国特許第４３４６６３９号、１９８１年；欧州特許出願公開第０３７１９３９号、１９８８年；欧州特許出願公開第４５７６１９号、１９９０年を参照）、およびセラミック（例えば、独国特許出願公開第１９６３２４０９号、１９９６年）、およびカゼイン系の材料（例えば、米国特許第４４４７２６８号、１９８０年）が、代替的材料として記載された。
【０００５】
しかし、有機ポリマーは、楽器の象牙鍵（キー）の技術的要件（表面品質、吸湿性、熱伝導率）を満たしていない。セラミック製の鍵被覆（カバー）を使用すると、細孔サイズおよび熱伝導率を或る限度内に設定できるが、その被覆は、より重く、所望の吸湿性を示さない。
【０００６】
そのため、象牙は依然として楽器の鍵（白鍵）として充分に代替可能なものではなく（代わり得るものがない）、適切な代替材料に対するニーズ（需要）が依然として存在する。
【０００７】
最近、抗菌性の鍵被覆にも関心が持たれている。この追加的な要件は、人工被覆によってのみ満たすこともできるが、上述の欠点を有するアクリル樹脂からなるそのような材料は、例えば独国特許第１９６８０９７７号（２００４年）および中国特許出願公開第１０３４８３７５４号（２０１２年）に開示されている。
【０００８】
種の保護のためには、それに応じて他の全ての象牙製品を代替することも求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４３４６６３９号
【特許文献２】欧州特許出願公開第０３７１９３９号
【特許文献３】欧州特許出願公開第４５７６１９号
【特許文献４】独国特許出願公開第１９６３２４０９号
【特許文献５】米国特許第４４４７２６８号
【特許文献６】独国特許第１９６８０９７７号
【特許文献７】中国特許出願公開第１０３４８３７５４号
【発明の開示】
【００１０】
従って、この背景に対して、本発明の主な目的は、特に天然象牙の代替品として使用できるが他の適用分野での新しい用途をも提供する新しい合成複合材料を実現することである。
【００１１】
発明の概要
本発明によれば、この目的は、請求項１に記載の製造方法、および、その方法によって得られる請求項１４に記載の等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料によって、達成される。本発明の有利な実施形態および適用例が他の請求項に記載されており、以下の説明でより詳細に説明される。
【００１２】
発明の説明
天然象牙の複数の成分が、本発明による合成手法（アプローチ）において使用される。ヒドロキシアパタイト（Ｃａ5［ＰＯ4］3ＯＨ）およびゼラチンを、溶媒中で直接反応させ、攪拌しながら濃縮する。ゼラチンはコラーゲンの熱加水分解の生成物であり、従ってコラーゲンに非常に類似しているが、化学的に実現（生成）するのがより容易である。この合成では、膨潤性ゼラチンマトリックスが形成され、これ（マトリックス）はヒドロキシアパタイトによって安定化され、その特性を調整することができる。
【００１３】
より具体的には、請求項１に記載の製造方法は、少なくとも次の工程（ステップ）を含んでいる。
ａ）Ｃ1−Ｃ10アルコール、特にエタノール、別の水混和性分散剤、水、およびそれらの混合物を含む群から選択される（好ましくは極性の）液体媒体中に粉末状ヒドロキシアパタイトの懸濁液（Suspension：サスペンション）を形成（作成）または供給する工程；
ｂ）好ましくは１乃至４０重量％の、より好ましくは５乃至２５重量％の、ゼラチンの濃度の、ゼラチンの水溶液を、その懸濁液に加える工程；
ｃ）その液状媒体が部分的または完全に蒸発するまで、所定の温度で所定の時間期間において、典型的には１０分乃至２４時間（好ましくは１乃至１０時間）の範囲で、その混合物を攪拌する工程；
ｄ）任意に、工程ｃ）で得られた生成物を乾燥させる工程。
【００１４】
その（極性）液状媒体は、好ましくは水ではなく、水混和性分散剤、好ましくはＣ1−Ｃ10アルコール、特にエタノール、またはそのような分散剤と水の混合物である。特に好ましい実施形態では、これは共沸混合物（azeotropes Gemisch）である。
【００１５】
工程ｂ）で加えられるゼラチンの水溶液は、好ましくは１乃至４０％、より好ましくは５乃至２５％、特に好ましくは約１５％、のゼラチン濃度を含んでいる。
【００１６】
原則として、本発明によって使用されるゼラチンの選択は、特に制限されない。しかし、ゼラチンは、典型的には５０乃至３５０の範囲の、好ましくは２００乃至３５０の範囲の、高いブルーム値（Bloomzahl：ブルーム強度）と、典型的には１乃至５００（ｍｐｓ）の範囲にある、好ましくは１０乃至１５０ｍｐｓの範囲にある、粘度と、典型的には３乃至９の範囲にある、好ましくは４乃至７の範囲にある、ｐＨ値と、を有することが、好ましい。
【００１７】
工程ｂ）において、（典型的には４０乃至７０℃の温度範囲にある）加熱されたゼラチン溶液が、（典型的には４０乃至７０℃の温度範囲にある）加熱されたヒドロキシアパタイト懸濁液に加えられることが、好ましい。
【００１８】
工程ｃ）において、反応混合物は、典型的には、１０分乃至２４時間の期間、好ましくは２乃至１０時間の期間において、４０乃至２００℃、好ましくは５０乃至６０℃、の温度で、攪拌される。
【００１９】
このプロセスの特定の実施形態では、工程ｃ）は、工程ｂ）の後に得られる水性／有機液状媒体の沸点より低い温度で（適用可能な場合は、共沸混合物の沸点よりも低い温度でも）行われる。
【００２０】
工程ｄ）における乾燥は、材料の量に加えて、温度、水蒸気含有量および周囲の圧力の影響を受ける。それは、空気中（１バール）で、２５℃で、相対湿度約４５％で、好ましく行われた。真空（減圧）乾燥も可能である。
【００２１】
工程ｄ）における乾燥は、完全に（標準条件下（１ｂａｒ、２５℃、相対大気湿度４５％）で、更なる重量減少なしで）または部分的にのみ、行うことができる。例えば、その生成物をさらに処理する場合、例えば生成物に浸透処理を行う（infiltriert）場合、部分乾燥が有利であり得る。
【００２２】
溶液からのリン酸カルシウム／ゼラチン複合材料の合成は、文献に記載されている（例えば、T. Kollmann, P. Simon, W. Carrillo-Cabrera, C. Braunbarth, T. Poth, E.V. Rosseeva, R. Kniep, Chem. Mater. 22 (2010), 5137-5153； M. Chul Chang, W.H. Douglas, J. Tanaka, J. Mater. Sci.：Mater. Med. 17 (2006), 387-396）。
【００２３】
しかし、発明者たちに既知の全ての刊行物において、象牙の代替品としてのリン酸カルシウム／ゼラチン複合体の使用は知られていない。
【００２４】
その理由は、おそらく、既知の複合材料が、通常、骨代替材料（人工骨材料）として意図されているからである。骨の細胞外マトリックスおよび天然象牙は、同様の主成分、即ちヒドロキシアパタイトおよびコラーゲンを有するが、それらの構造的組成または構築（struktureller Aufbau）、従って基本的な物理的特性が、互いに大きく異なる。例えば、細胞外マトリックスの空間的配置は、骨のそれぞれの機能に適合化され、機能的な骨細胞を埋め込むこともできる。この構造またはこれらの特性を有する人工材料は、通常、異方性があり、象牙代替材料としての商業的利用には殆どまたは全く適していない。
【００２５】
さらに、本発明者にとって既知の全ての刊行物では、リン酸カルシウム成分はその場で（in situ）生成される。Ｃａ溶液はリン酸塩溶液と反応し、ゼラチンは無機化または鉱化される（mineralisiert：石化される）。それとは対照的に、本発明によれば、粉末状ヒドロキシアパタイトが直接使用される。実施することがより簡単であることに加えて、粉末状ヒドロキシアパタイトを使用すると、他のカルシウム相に対する副反応がなく、各成分は比較的可変で交換可能または置換可能であり、追加的な成分が容易に組み込まれる、という利点が得られる。中国特許第１０１２３９２０２号は、ここに示されたものと類似した反応手順を示しているが、層状構造（laminare Struktur）（骨代替材料）を生成するために層状ヒドロキシアパタイトが使用される（明示的に生成される）。しかし、本発明による手法はその反対方向を目指すものである。生成物中の各成分のランダムな配置は、意図的に形成される。
【００２６】
その合成の目的は、等方性の特性を有する適切な強度を有する均一な複合材料であって、とりわけその膨潤性が調整可能である均一な複合材料、を生成または製造することである。これは、一般的に、本発明による方法によって達成することができる。以下の態様または観点は、合成にとって特に重要である。
【００２７】
一方では、その特性は成分比による影響を受ける可能性があり、他方では、高いブルーム値（これはゲル中での高い機械的強度に対応する）を有するゼラチンおよび高濃度のゼラチン溶液を使用すると、生成物のその強度が増大する。さらに、ゼラチン分子の鎖の長さは、持続時間／温度の増加とともに加水分解によってますます減少するので、化学反応の持続時間または温度を短くまたは低く保つことが有利である。さらに、ｐＨは、好ましくは中性点付近（ｐＨ＝６〜７）とするべきであろう。
【００２８】
これは、例えば共沸混合物を使用することによって、行うことができる。例えば、水（４．４％）とエタノール（９５．６％）の混合物は、７８．１℃で共沸する。従って、例えば、水に懸濁したヒドロキシアパタイトの代わりに、エタノールに懸濁したヒドロキシアパタイトを、ゼラチン溶液と反応させた場合、その懸濁液の濃縮をより低い温度でより速く行うことができる。さらに、ゼラチンはさらに希釈されることはない（エタノールに不溶）が、含水量（水含有量）は連続的に減少する。少ない含水量、高いブルーム値、低温での迅速な反応によって、より長いゼラチン分子鎖が維持され、従って生成物がより安定的なものになる。ヒドロキシアパタイト結晶は、ゼラチンマトリックスに、好ましい方向なしで埋め込まれ、それによって等方性の生成物の特性が得られる。
【００２９】
請求項１に記載の方法によって合成された生成物は、天然象牙と比較して増大した吸水率を示す。これは、幾つかの適用例では望ましくない。その膨潤性は熱処理によって低下し得るが、それと同時に、ゼラチンマトリックスも分解し、それによって１５０℃より高い温度で既に生成物が茶色になる。
【００３０】
従って、本発明による合成プロセスの好ましい実施形態は、生成物の水分吸収（率）が低減されるまたは既に吸収された水が再び除去されるような別の処理工程を含んでいる。
【００３１】
これの１つの可能性は、脂肪族ポリエーテル、好ましくはポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、による浸透である。ＰＥＧ（ＨＯ（ＣＨ2ＣＨ2Ｏ）n−Ｈ）は、広範な様々な分子量のものが入手でき、水溶性で無毒であり、抗菌作用を有する。
【００３２】
本発明による粗生成物（未加工品、粗製品）は、ＰＥＧ／水混合物またはＰＥＧを容易に浸透させることができる。その材料は、最初に水を貯蔵し、次にそれ（水分）がＰＥＧで置換され（と交換され）、従って耐久性のある含浸された生成物または製品になる。
また、この浸透を用いて、使用されるＰＥＧポリマーの様々な分子量によって吸水率を調整することができる。
【００３３】
この目的のために、完全に（標準条件下で更なる重量の減少なしで）または不完全に乾燥しただけの材料を使用することができる。その際、浸透によって、同時にその材料が固化もする。
【００３４】
ＰＥＧ／水の混合物を浸透させたとき、同時に水分吸収率が大幅に減少するので、その材料の寸法安定性も維持される。一方、純水を浸透させると、柔らかいプラスチック（柔らかいゴム状の）生成物が得られる。
【００３５】
原則として、使用される脂肪族ポリエーテル、特にＰＥＧ、は、１００乃至１０，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは４００乃至４０００ｇ／ｍｏｌ、の範囲のモル質量を有する。
【００３６】
本発明による浸透処理は、典型的には、次のような複数の工程の中の少なくとも１つの工程を含んでいる。
請求項１の工程ｃ）またはｄ）で得られた生成物を、ポリエーテル／水の混合物を含む媒体に、所定の期間、好ましくは１時間乃至１週間の範囲で、接触させ、また、任意にその後で乾燥させる工程；または
請求項１の工程ｃ）またはｄ）で得られた生成物を、脂肪族ポリエーテルを含むまたは脂肪族ポリエーテルからなる無水媒体に、所定の期間、好ましくは１時間乃至数週間の範囲で、接触させる。
【００３７】
特定のプロセス（処理）の変形例は、ポリエーテルとの接触が減圧下または真空下で行われることを特徴とする。特定のプロセス条件は、特に重要ではなく、定期的なまたは定型的な試験（テスト）で専門家によって簡単に最適化できる。例えば、その接触は、圧力１０〜５００ｍｂａｒまたは２０〜２００ｍｂａｒで、期間１乃至４８時間、好ましくは１〜２４時間で、行うことができる。
【００３８】
この方法の好ましい実施形態は、少なくとも次のような各工程を含んでいる。
ｅ１ａ） 請求項１の工程ｃ）またはｄ）で得られた生成物を、ポリエーテル／水の混合物を含む媒体に、所定の時間期間、好ましくは１時間乃至１週間の範囲で、接触させる工程；および
ｅ１ｂ） 次いで、その媒体を、脂肪族ポリエーテルを含むまたは脂肪族ポリエーテルからなる無水媒体と置換させ、工程ｅ１ａ）の後に得られた生成物を無水ポリエーテルに、所定の期間、好ましくは１時間乃至数週間の範囲で、接触させる工程。
【００３９】
浸透処理の過程で、生成物の色も白色から象牙色に変わり、それぞれの色の強さは、使用材料および持続時間または期間に応じて決まる。従って、この処理によって、本発明による人工象牙は、ピアノ鍵（白鍵）被覆（キー・カバー）として特に有利になる。
【００４０】
本発明により得られた粗生成物の後処理の別の可能性は、ゼラチン鎖を架橋する（硬化させる）ための少なくとも１種の薬剤（Mittel：化学物質、媒体）と接触させることである。吸水量または吸水率を、このような方法で減らすこともできる。
【００４１】
この少なくとも１種の架橋剤は、錯体形成金属塩（komplexbildendes Metallsalz）、アルデヒド、ケトン、エポキシド、イソシアナート、カルボジイミドおよび酵素を含む群から選択されることが好ましく、錯体形成金属塩であることが特に好ましい。
【００４２】
錯体形成金属塩は、一般的には特に限定されない。しかし、それは、好ましくは、アルミニウム、クロム、鉄、チタン、ジルコニウム、モリブデン、の各種の塩、および特にミョウバン（の塩）、例えば、カリウムミョウバン、クロムミョウバン、を含む群から選択される。
【００４３】
ゼラチン鎖におけるアミノ酸の酸基（酸性基）は、錯体形成金属塩で処理することによって、金属錯体を形成することによって架橋することができ、従って、膨潤性および吸水性（率）も低減または調節することができる。
【００４４】
その架橋は、上述の浸透処理と組み合わせることもできる。
【００４５】
従って、本発明による方法の特定の実施形態は、上述の工程ｃ）、ｄ）またはｅ１）で得られた生成物を、さらに、工程ｅ２）においてゼラチン鎖を架橋するための少なくとも１種の薬剤に接触させること、を特徴とする。
【００４６】
典型的な実施形態では、工程ｃ）、ｄ）またはｅ１）で得られた生成物を、所定の期間、好ましくは１時間乃至１週間、架橋剤、好ましくは錯体形成金属塩の溶液、に接触させ、次いで、任意に、その架橋剤、例えばその金属塩溶液、を除去し洗浄した後で、その生成物を乾燥させる。
【００４７】
本発明による方法の別の特定の実施形態は、工程ｃ）、ｄ）またはｅ１）で得られた生成物の部分領域のみをその架橋剤に接触させ、ゼラチンマトリックスがこの部分領域のみにおいて架橋されること、を特徴とする。
【００４８】
これは、例えば、複合材料の表面上に、例えばブラシまたは布を用いて、架橋剤を繰り返し塗布するまたは付着させることによって表面接触を行わせることによって達成され得る。
【００４９】
本発明による方法の別の特定の実施形態は、本発明による粗生成物が、１つの工程で、浸透され架橋剤と接触させられることを、特徴とする。この変形例では、工程ｅ１）およびｅ２）が同時にまたは並行して行われる。好ましいプロセスの変形例では、その生成物は、ＰＥＧ／（好ましくは約１％の）カリウムミョウバン水溶液で処理される。
【００５０】
本発明の別の態様は、本発明によるプロセスによって得ることができる生成物、即ち等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料、に関する。
【００５１】
上述の本発明によるプロセスの工程ａ）〜ｄ）の後、白い固形生成物が最初に生成され、これは、破壊耐性、吸湿性があり、機械加工可能であり、耐熱性があり、或る条件下では可撓性または柔軟性もある。象牙と同じ成分を使用することによって、この生成物は天然物に非常に近く、また、例えば組込み／埋込みまたは化学反応によって所望の材料特性を最適化するために、合成手順を変えるオプション（任意選択性）もある。
【００５２】
例えば、上述のように、脂肪族ポリエーテルをその材料に埋め込むことができ、および／または、ゼラチン鎖を架橋することができる。ポリエーテルの組込みおよび／または適切な架橋剤での処理によって、とりわけ、象牙色の生成物または製品の形成が得られる。さらに、ポリエーテルの組込みおよび／または適切な架橋剤での処理によって、その生成物の感触が改善されもする。既に最初に述べたように、これは、或る適用例にとって、特にピアノの鍵（キー）にとって、非常に重要であり、また、この観点で、本発明による生成物または製品は、合成鍵被覆（キー・カバー）の生成のための通常の象牙代替製品よりも明確な利点を与える。
【００５３】
従って、幾つかの特定の実施形態では、本発明による等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料は、ヒドロキシアパタイト／ゼラチンマトリックスに埋め込まれた脂肪族ポリエーテル、特にＰＥＧ、および／または、架橋されたゼラチン鎖、特に金属錯体を介して架橋されたそのゼラチン鎖におけるアミノ酸の酸性基または酸基、を含むこと、を特徴とする。
【００５４】
本発明による材料は、例えばその表面上の、部分領域のみにおいて、架橋するまたはそうでなければ改質する若しくは変性させることもできる。
【００５５】
任意に組み込まれた脂肪族ポリエーテル、特にＰＥＧ、は、典型的には、１００乃至１０，０００，０００ｇ／ｍｏｌ、好ましくは４００乃至４０００ｇ／ｍｏｌ、の範囲のモル質量を有する。
【００５６】
本発明による複合材料は、さらに、１種以上の添加剤、特に、顔料、染料および蛍光体、物質マーキング用の材料（Stoffe：生地、織物）、塩、金属粒子、ポリマー、例えばポリエチレングリコール、およびそれらの誘導体（例えば、ＵＶ（紫外線）硬化可能な誘導体）、ガラス、繊維（セルロース繊維、ポリプロピレン繊維、炭素繊維、中空ガラス繊維、ＺｎＯナノファイバ、麻繊維）、または、抗菌成分、例えば、ＴｉＯ2、Ａｇナノ粒子、を含んでもよい。
【００５７】
典型的な実施形態では、本発明による等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料は、アモルファスゼラチンマトリックスにランダム（無秩序）に埋め込まれた、ナノメートル領域の、典型的には約５乃至１０００ｎｍ、好ましくは１０乃至９００ｎｍ、より好ましくは１０乃至５００ｎｍ、例えば１０乃至１００ｎｍまたは５０乃至５００ｎｍ、の寸法または粒径を有するヒドロキシアパタイト粒子を含むこと、を特徴とする。
【００５８】
好ましい実施形態では、本発明による等方性ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料は、アモルファスゼラチンマトリックスにランダムに埋め込まれたナノメートル領域の、典型的には約１０×５０ｎｍの、寸法のヒドロキシアパタイト針を含むこと、を特徴とする。
【００５９】
特定の実施形態では、本発明による複合材料は、次のような組成を有する。
１：１乃至１０：１、好ましくは２：１乃至４：１、特に約３：１、のヒドロキシアパタイト／ゼラチン比を有する５０乃至１００重量％のヒドロキシアパタイト／ゼラチンマトリックス、
０乃至３０重量％、好ましくは１乃至１０重量％、の残留液体媒体、および
任意に、０．５乃至５０重量％、好ましくは１乃至２５重量％、のポリエーテル。
【００６０】
既に述べたように、本発明による複合材料には、その有利な特性により、特に人工象牙としてだけでなく、他の分野でも、様々な可能性ある用途または使用がある。
【００６１】
また、本発明によれば、黒色顔料を組み込むことによって、象牙の有利な特性をも有する黒鍵被覆を初めて製造することができる。これまでは、例えば黒檀のような暗色の木製の鍵（黒鍵）またはプラスチック鍵がこれに使用されてきた。
【００６２】
従って、本発明の他の態様は、この材料の好ましい使用に関し、例えば、一般的な鍵盤（キーボード）用の鍵被覆（キーカバー）を製造するための、ハンドル／グリップ挿入物（インサート）を製造するための、例えば、スポーツ用品、工具およびナイフ、時計、模型（モデル）部品、玩具、事務（オフィス）用品、筆記用具、食器、台所用品、装身具（衣料品アクセサリ）、衛生用品、医薬品、電子部品、建築材料、建設材料、ランプ、自動車用インテリア若しくは宝石類用のハンドル／グリップ挿入物を製造するための、または、例えばインテリア家具若しくは眼鏡フレーム用の、例えば木材、ガラス、プラスチック若しくは金属上の、被覆（コーティング）を作製（製造）するための、または、より一般的には水分調整材料としておよびプラスチック代替品としての、その材料の使用に関する。
【００６３】
また、或る繊維の埋込みによって、例えば、多孔性、表面粗さおよび安定性のような諸特性を最適化する可能性が、提供される。さらに、或る繊維を、適切な溶媒でその材料から再び除去することもできる。
【００６４】
従って、全種類のプラスチック物品または製品を製造することができ、その製造に石油または可塑剤が必要とされない。
【００６５】
また、多層構造の製品も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本発明による等方性複合材料の写真を示している。図１Ａは、風乾（空気乾燥）後のヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合原材料を示している。図１Ｂは、切断、研磨、ＰＥＧ浸透の後のその材料を示している。
【図２】図２は、ゼラチンマトリックス中にアパタイト結晶を有する材料表面のＳＥＭ画像を示している。
【図３Ａ】図３は、相異なるスケール（縮尺）での複合材料のＴＥＭ画像を示している。図３Ａおよび３Ｂは、埋め込まれたヒドロキシアパタイト針（典型的な寸法は約１０×５０ｎｍ）を示している。
【図３Ｂ】.
【図３Ｃ】図３Ｃは、埋め込まれた非針状ヒドロキシアパタイト粒子（最大１０００ｎｍのサイズを有するもの）を示している。
【図４】図４は、原材料（１）の、ＰＥＧ−４００／水（２）で処理されたまたはＰＥＧ／カリウムミョウバン（３）で処理された原材料（１）の、各ＩＲ（赤外）スペクトルを示している。
【図５】図５は、原材料（１）の、ＰＥＧ−４００／水（２）で処理されたまたはＰＥＧ／カリウムミョウバン（３）で処理された原材料（１）の、各Ｘ線粉末回折図を示している。
【図６】図６は、天然象牙（１）と本発明による複合材料（２）との比較のラマン・データを示している。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
以下の例は、本発明をより詳しく説明することを意図しているが、本発明をそれぞれの特定のパラメータおよび条件に限定するものではない。
【００６８】
例１
ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料の調整
（７５ｍｌの脱イオンＨ2Ｏ中に１０ｇの）ゼラチン水溶液を、７５ｍｌのエタノールまたは水に懸濁させた３０ｇのヒドロキシアパタイトに加え、ビーカ中で、約５０℃で攪拌しながら、濃縮した。次いで、その量を空気中で完全に乾燥させた。
【００６９】
図１Ａは、空気中で乾燥させた後で上述のようにして得られたヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合原材料を示している。
【００７０】
例２
ＰＥＧが埋め込まれたヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料の調製
２７ｇのゼラチンを２００gの脱イオン水（純水）に入れ、一晩（１６時間）放置した（膨潤させた）。次いで、この量を水槽（水浴）中で５５℃に加熱し、それによってそれが完全に液体になった。別のビーカにおいて、９０ｇのヒドロキシアパタイトを５５℃の２１０ｇのエタノールに懸濁させた。次いで、そのゼラチン水溶液をこの懸濁液に撹拌しながらゆっくりと加え、５５℃で５時間で濃縮させた。白いその量をプラスチック容器中に注ぎ入れ、約３時間風乾し、次いでその容器から取り出した。次いで、その生成物をさらに最初に空気中で乾燥させ（有孔プレートまたは多孔板相互間で５日間）、次いでオーブン内で１００℃で２４時間乾燥させた。得られた材料は機械加工することができる。
【００７１】
次いで、その白い生成物に、最初に、ＰＥＧ−４００／Ｈ2Ｏの混合物（１：１）を２日間で浸透させ、次いで純粋なＰＥＧ−４００を６日間で浸透させた。このようにして得られた象牙色の材料を、次いで、それに応じて切断して研磨した。
【００７２】
図１Ｂは、切断、研磨およびＰＥＧ浸透後の材料を示している。
【００７３】
ＰＥＧの貯蔵または保存のための各処理工程は、原材料の製造または生産とは無関係であり、自由に組み合わせることができる。
【００７４】
また、依然として湿潤な原材料へのＰＥＧ−４００の直接的な浸透によって、安定した生成物が供給された。このプロセス（処理）の変形例には、実現（製造）を高速化できるという利点がある。
【００７５】
例３
架橋剤を用いたヒドロキシアパタイト（ＨＡ）／ゼラチン（Ｇｅｌ）複合材料の処理
架橋剤によるその処理の様々な処理変形例では、（例えば、切断された／研磨または粉砕された（geschliffenes））ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料を、１％のカリウムミョウバン水溶液、ＰＥＧ−４００と１％のカリウムミョウバン水溶液からなる１：１混合物、１％のグリオキサール水溶液、または、ＰＥＧ−４００と１％のグリオキサール水溶液からなる１：１混合物、に２日間入れて、次いで空気中で乾燥させた。
【００７６】
架橋のためのその各処理工程は、原材料の調製または既に行われた浸透とは無関係であり、自由に組み合わせることができる。
【００７７】
例４
有色素のヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料の調製
それぞれの複合材料は、例１または２と同様に生成された。
その手順書（プロトコル）から変更して、０．３ｇの固体ＦｅＣｌ2、０．１ｇのジオキサジンバイオレット（ピグメントバイオレット３７、Ｃ40Ｈ34Ｎ6Ｏ8）、０．４gのフタロシアニングリーン（ヘリオジェングリーンＰＧ７、ＣｕＣ32Ｃｌ16-nＨnＮ8）、１ｇのＨＡＮ−ブルー（ＢａＣｕＳｉ4Ｏ10）、または０．５ｇのナノＡｇ（２０〜４０ｎｍ）、のいずれかを、ヒドロキシアパタイト懸濁液に加えた。
【００７８】
例５
黒色ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料の調製
６０ｇのヒドロキシアパタイトおよび３６ｇのボーンブラック（Kremer顔料、独国）を、約６０℃の１８０ｇのエタノールに懸濁させた。次いで、６０℃に加熱された（２３０ｇの脱イオンＨ2Ｏ中に３０ｇの）ゼラチン水溶液を加え、その混合物を約６０℃で６時間かけて撹拌しながらビーカ内で濃縮させた。黒いその量を流出させ、次いで空気中で完全に乾燥させた。次いで、その生成物を１００℃でさらに１４時間において焼き戻し（getempert：可鍛化し、熱処理し）、次いで必要に応じて処理または加工した。
【００７９】
モールド（型）において濃縮させた後で、相異なる色の各量を一緒に注ぐことによって、着色されたパターン／粒／インレイ（Intarsien）も得られた。
【００８０】
例６
本発明によるヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料の特性評価
例１、２または３によって得られたヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合材料が、種々の顕微鏡および分光学的検査方法を使用してより詳細に特性評価された。
【００８１】
Ａ．走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）
走査電子顕微鏡の画像は、高真空（二次電子検出器、２４，５００倍の拡大率、目盛（スケール）を参照）においてツァイス（Zeiss）（独国）製のＤＳＭ９８２ジェミニ（ Gemini）顕微鏡を使用して、その複合材料の平坦な試料上で撮影された。
【００８２】
図２は、原材料の材料表面のＳＥＭ画像を示している。そのゼラチンマトリックス中のアパタイト結晶が見える。
【００８３】
Ｂ．透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）
高解像度透過型電子顕微鏡の画像は、高真空中で、冷電界放出銃およびＣＥＴＯＲ画像補正（ＣＥＯＳ社（CEOS Co. Ltd.）製）を備えた２００ｋＶのＪＥＯＬデバイスＡＲＭ２００Ｆ（日本電子株式会社（JEOL Co. Ltd）製）を使用して、超音波で薄く削がれまたは間引かれた（ausgeduennten）その複合材料の試料上で撮影された。長さ目盛（スケール）が各画像に付されている。
【００８４】
図３は、原材料の各部分を異なる倍率で示すＴＥＭ画像を示している。アパタイト結晶がアモルファスゼラチンマトリックスに等方的に埋め込まれた状態で見える。図３Ａおよび３Ｂは、埋め込まれたヒドロキシアパタイト針（典型的な寸法は約１０×５０ｎｍ）を示しており、図３Ｃは、最大１０００ｎｍのサイズ（粒径、粒度）を有する非針状のヒドロキシアパタイト粒子を示している。
【００８５】
Ｃ．赤外分光法（ＩＲ）
赤外線（ＩＲ）スペクトルは、ＡＴＲユニット（スミス検出デュラ−サンプルＩＩＲダイヤモンド（Smith Detection Dura-Sample IIR diamond）を備えたパーキンエルマー（Perkin Elmer）社（米国）製のパーキンエルマー（Perkin Elmer）分光計ＢＸ ＩＩ ＦＴ−ＩＲを使用して、その複合材料の平坦な試料上で記録された。４００乃至４０００ｃｍ-1の波数の範囲の透過スペクトルは、１ｃｍ-1の分解能を有し、それらのスペクトルの強度は縮尺（スケーリング、拡大縮小）された。
【００８６】
図４は、原材料（１）の、ＰＥＧ−４００／水（２）で処理されたまたはＰＥＧ／カリウムミョウバン（３）で処理された原材料（１）の、各ＩＲスペクトルを示している。原材料の複数のバンド（バンドスペクトル）、および対応する複数の浸透成分の複数のバンドが、全ての事例（場合）において見られる。
【００８７】
Ｄ．粉末Ｘ線回折法
Ｘ線粉末回折図は、パナリティカル社（PANalytical）（蘭国）製のＰＩＸｃｅｌ ３Ｄ検出器を用いた反射におけるブラッグ・ブレンターノ（Bragg-Brentano）幾何学（Ｃｕ−Ｋα放射）の回折計を用いて、複合材料の平坦な試料上で記録された。それらの回折図は、２θにおける１０乃至９０°の回折角範囲で測定され、それらの強度が拡大縮小（スケーリング）された。
【００８８】
図５は、原材料（１）の、ＰＥＧ−４００／水（２）で処理されたまたはＰＥＧ／カリウムミョウバン（３）で処理された原材料（１）の、各Ｘ線粉末回折図を示している。全ての事例（場合）において、ヒドロキシアパタイトの各反射が見られ、また、試料３についてはカリウムミョウバンの各反射も見られる。
【００８９】
Ｅ．ラマン分光法
ラマンスペクトルは、共焦点幾何学的配置（Geometrie）のホリバ（HORIBA）（独国）製のレーザ顕微鏡ラマン分光計（ｉＨＲ５５０分光計、ＢＸＦＭ顕微鏡）を用いて記録された。レーザ・ビーム（波長５３２ｎｍ、パワー（出力）：１０ｍＷ）は、対物レンズ（１００倍）を使用して平坦な試料上に空気中で集束されまたは焦点が合わされた。
【００９０】
図６は、対応するラマン・データを示している。下の曲線は：天然象牙（１）、上の曲線は：原材料ヒドロキシアパタイト／ゼラチン複合体（２）。
【００９１】
この比較によって、両方の材料のラマンスペクトルがほぼ同じであることが示される。
【００９２】
本出願に記載された本発明の各好ましい実施形態および各特徴は、互いに組み合わせることができる。
【００９３】
特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行い、均等手段を代替物として使用できることは、当業者には明らかであろう。
【００９４】
従って、本発明は、開示された例示的な実施形態に限定されることを意図するものではなく、特許請求の範囲内に該当する全ての例示的な実施形態を含むよう意図されている。特に、本発明は、引用された請求項とは関係なく、従属請求項の構成および特徴の保護をも請求するものである。
【図１】
2020528469.tif 000002
【図２】
2020528469.tif 000003
【図３Ａ】
2020528469.tif 000004
【図３Ｂ】
2020528469.tif 000005
【図３Ｃ】
2020528469.tif 000006
【図４】
2020528469.tif 000007
【図５】
2020528469.tif 000008
【図６】
2020528469.tif 000009
【国際調査報告】
2020528469.tif 000010
2020528469.tif 000011
2020528469.tif 000012
2020528469.tif 000013
2020528469.tif 000014
2020528469.tif 000015
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