JPH11290446A - リン酸カルシウムセメント粉体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のものより優れた強度を有し、且つ骨欠
損部等の骨の成長とともに生体内で徐々に吸収され、体
内に硬化体として残留しない骨置換性を有するセメント
を得ることができるリン酸カルシウムセメント粉体を提
供する。 【解決手段】 第一リン酸カルシウム水和物を１００〜
２２０℃、特に１４０〜２００℃の温度範囲で加熱し、
乾燥させることにより得られる無水物を含有するリン酸
カルシウムセメント粉体を得る。また、この第一リン酸
カルシウム無水物とβ型第三リン酸カルシウムとを主成
分とするリン酸カルシウムセメント粉体を得る。リン酸
カルシウムセメント粉体を１００重量部とした場合に、
第一リン酸カルシウム無水物は１０〜５０重量部、特に
２０〜４０重量部とすることが好ましい。更に、第一リ
ン酸カルシウム無水物とβ型第三リン酸カルシウムとの
合計量は４０重量部以上、特に６０重量部以上とするこ
とが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、医科用或いは歯科
用のリン酸カルシウムセメント粉体、特に、従来のもの
より優れた強度を有し、且つ骨置換の作用に優れるセメ
ントを得ることができるリン酸カルシウムセメント粉体
に関する。本発明の粉体を用いたリン酸カルシウムセメ
ントは、生体骨の欠損部に充填した場合に、容易に吸収
され、生体骨に置換される。

【０００２】

【従来の技術】生体に用いられる水硬性リン酸カルシウ
ムセメントとしては、現在までに各種の組成のものが数
多く提案されている。これらのうちで、実用的な強度を
有する硬化体が得られるリン酸カルシウムセメントは、
硬化によってハイドロキシアパタイトが形成されるもの
が多い。これらのリン酸カルシウムセメントを生体骨の
欠損部に充填した場合、硬化体であるハイドロキシアパ
タイトは高い生体親和性を有するため、生体骨に直接強
固に接合される。しかし、このハイドロキシアパタイト
は、水に難溶性のリン酸カルシウム化合物である。その
ため、生体内において体液に溶解して骨欠損部等に吸収
されることがなく、そのまま硬化体として体内に残留す
るとの欠点がある。

【０００３】そこで、このような欠点を補うものとし
て、β型第三リン酸カルシウムと第一リン酸カルシウム
水和物とからなる粉体を含むリン酸カルシウムセメント
が開発された（ＳＩＬＩＣＡＴＥＳ ＩＮＤＵＳＴＲＩ
ＥＳ １９８７／９−１０ ｐ１４１−１４６）。この
セメントの場合、充填後、初期の構成相は、第一リン酸
カルシウム水和物とβ型第三リン酸カルシウムとが反応
して生成する第二リン酸カルシウムと、未反応物である
β型第三リン酸カルシウムとからなる。これらの構成
相、特にβ型第三リン酸カルシウムは、ハイドロキシア
パタイトに比べて水に溶解し易く、生体内で容易に吸収
され、その吸収にともない、生体骨が成長し、骨置換さ
れることが報告されている（整形外科 １９９７，４８
巻８号ｐ１１２２−１１２６）。

【０００４】即ち、粉体としてβ型第三リン酸カルシウ
ムを含有するリン酸カルシウムセメントを、生体骨の欠
損部に充填した場合、硬化体に含まれる未反応のβ型第
三リン酸カルシウムが溶出し、生体骨に吸収され、生体
骨に置換される。このように、欠損部に生体骨が形成さ
れていない初期の段階では、ある程度の強度を有する硬
化体によって生体骨が補強され、その後、生体骨の形成
とともにβ型第三リン酸カルシウムが吸収され、骨置換
されていく。しかし、第一リン酸カルシウム水和物が硬
化して生成する第二リン酸カルシウムは強度が小さく、
第一リン酸カルシウム水和物とβ型第三リン酸カルシウ
ムとを含むセメントでは、初期の圧縮強度は３０ｋｇ／
ｃｍ²程度である。この程度の強度では、適応症例にも
よるが、実用上、問題となる場合が多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の従来
の問題点を解決するものであり、第一リン酸カルシウム
水和物を加熱し、乾燥して無水物として用いることによ
り、強度の大きな硬化体とすることができるリン酸カル
シウムセメント粉体を提供することを目的とする。ま
た、β型第三リン酸カルシウム粉末を含むリン酸カルシ
ウムセメント粉体を用いることにより、生体内で容易に
吸収され、且つ骨置換の作用に優れるセメントを得るこ
とができるリン酸カルシウムセメント粉体を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１発明のリン酸カルシ
ウムセメント粉体は、第一リン酸カルシウム水和物を１
００〜２２０℃の温度範囲で加熱することにより得られ
る第一リン酸カルシウム無水物の粉末を含有することを
特徴とする。

【０００７】第１発明では、第一リン酸カルシウム水和
物ではなく、その無水物を含むセメント粉体とすること
により、従来のものより優れた強度を有する硬化体が得
られることを特徴とする。また、第２発明では、第二リ
ン酸カルシウムと、ハイドロキシアパタイトに比べて生
体内で吸収され易い、未反応のβ型第三リン酸カルシウ
ムとを構成相とする硬化体が得られることを特徴とす
る。この第一リン酸カルシウム無水物を含むセメント粉
体が硬化してなる第二リン酸カルシウムは、相当に強度
が大きく、生体骨の欠損部が補強される。更に、未反応
のβ型第三リン酸カルシウムは、骨欠損部等に容易に吸
収され、骨置換される。このように、特に、第２発明の
粉体を用いたセメントでは、初期段階では、欠損部の補
強がなされ、且つその後の生体骨の成長とともに骨置換
が容易に進み、欠損部は生体骨のみとなり、骨欠損部は
完治する。

【０００８】上記「第一リン酸カルシウム水和物」を加
熱、乾燥し、上記「第一リン酸カルシウム無水物の粉
末」を得るための温度が１００℃未満では、水和物を十
分に無水物とすることができない。一方、この温度が２
２０℃を越える場合は、水和物が分解し、非晶質のリン
酸カルシウム化合物になってしまう。この加熱、乾燥の
温度は特に１４０〜２００℃、更には１６０〜２００℃
とすることが好ましい。この温度範囲であれば、水和物
のすべてが無水物となり、また、分解して非晶質のリン
酸カルシウム化合物が生ずることもない。尚、加熱、乾
燥の時間は特に限定されず、加熱の温度にもよるが、２
〜２４時間とすることができ、特に５〜２０時間、更に
は１０〜１５時間とすることが好ましい。

【０００９】第１及び第２発明のリン酸カルシウムセメ
ント粉体において、第一リン酸カルシウム無水物の粉末
の含有量は、第３発明のように、リン酸カルシウムセメ
ント粉体を１００重量部とした場合に１０〜５０重量部
とすることが好ましい。第１及び第２発明のリン酸カル
シウムセメント粉体では、酸性の化合物である第一リン
酸カルシウム無水物が先ず水等の混練液に溶解し、混練
体のｐＨが低下することにより、硬化反応が進行する。
そのため、第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量
が１０重量部未満では、セメントは十分に硬化しない。

【００１０】一方、含有量が５０重量部を越える場合
は、この第一リン酸カルシウム無水物が硬化して生成す
る第二リン酸カルシウムからなる硬化体に含まれる未反
応のβ型第三リン酸カルシウムの量比が低くなり、セメ
ント硬化体から骨への置換が十分に行われない。また、
このように第一リン酸カルシウム無水物の粉末の含有量
が多い場合は、非常に短時間で硬化が進み、セメントを
骨欠損部等へ充填する際の作業性などが低下するため好
ましくない。

【００１１】尚、第一リン酸カルシウム無水物の粉末の
含有量が１０重量部である場合、初期の硬化体の濡れ圧
縮強度は３５ｋｇ／ｃｍ²程度と、水和物を用いた場合
に比べてそれほど優れているとはいえない。しかし、第
一リン酸カルシウム無水物の粉末が少量であるため、骨
欠損部に吸収され易く、骨置換が十分に進むβ型第三リ
ン酸カルシウム粉末の量比を相対的に高くすることがで
きる。そのため、このように第一リン酸カルシウム無水
物が少量であっても、水和物を用いた場合に比べて骨置
換の作用に優れるリン酸カルシウムセメントを得ること
ができる。

【００１２】また、第一リン酸カルシウム無水物の粉末
の含有量は、特に１５〜４５重量部、更には２０〜４５
重量部とすることが好ましい。この範囲の含有量であれ
ば、リン酸カルシウムセメント粉体を１００重量部とし
た場合に、３０重量部の水を添加して混練し、ＪＩＳ
Ｔ ６６０２に定められた方法によって硬化させた場合
に、得られる硬化体の濡れ圧縮強度が９０ｋｇ／ｃｍ²
以上と、従来のものより優れた強度を有する硬化体を得
ることができる。この濡れ圧縮強度は、９０〜３２０ｋ
ｇ／ｃｍ²、特に１２０〜３２０ｋｇ／ｃｍ²、更には１
５０〜３２０ｋｇ／ｃｍ²とすることができる。

【００１３】更に、第１発明において、第一リン酸カル
シウム無水物を除く粉体成分としては、β型第三リン酸
カルシウムの他、第四リン酸カルシウム、リン酸水素カ
ルシウム、水酸アパタイト及びα型第三リン酸カルシウ
ム等の粉末を使用することができる。これらの粉末は１
種のみを用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。
これらの粉体成分としては、β型第三リン酸カルシウム
等の、骨置換の性能に優れたものが特に好ましい。ま
た、第２発明において、主成分とは、リン酸カルシウム
セメント粉体を１００重量部とした場合に、第一リン酸
カルシウム無水物の粉末とβ型第三リン酸カルシウム粉
末との合計量が４０重量部以上、特に６０重量部以上で
あることを意味する。

【００１４】無水物の生成に用いられる第一リン酸カル
シウム水和物は、どのような方法によって製造されたも
のであってもよく、市販品をそのまま使用することがで
きる。また、β型第三リン酸カルシウムとしては、炭酸
カルシウムと第二リン酸カルシウムとの混合物を９００
〜１１５０℃で焼成したものを用いることができるが、
これに限定されるものではない。

【００１５】本発明のリン酸カルシウムセメント粉体
は、純水、蒸留水等を混練液として混練体とし、この混
練体を生体骨の欠損部等に充填することによって使用す
ることができる。純水、蒸留水等は、粉体を１００重量
部とした場合に、１５〜７０重量部、特に２０〜５０重
量部程度添加することが好ましい。また、混練体の操作
性、及び生体内での崩壊性等を考慮して、ポリビニルア
ルコール、ポリアクリルアミド、多糖類等の水溶性高分
子の水溶液を混練液として使用することもできる。更
に、この粉体を用いたセメントは、このセメントのみを
骨欠損部等に充填して骨置換させる等の用途に用いるこ
とができる他、混練時に、骨形成因子、抗ガン剤及び抗
生物質等を添加し、薬物徐放のための担体として利用す
ることができる。また、この粉体には、硫酸バリウム、
次炭酸ビスマス等のＸ線造影剤を配合することもでき
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、実施例によって本発明を具
体的に説明する。 （１）第一リン酸カルシウム水和物の加熱温度の検討 実験例１ 第一リン酸カルシウム水和物（和光純薬工業株式会社
製）を、表１に記載の温度に設定された乾燥器に入れ、
２時間、加熱し、乾燥した。得られた乾燥粉末をアルミ
ナ乳鉢によって粉砕し、より微細な粉末とした後、Ｘ線
回折装置を用いて生成物の同定を行った。結果を表１及
び図１に示す。

【００１７】比較実験例１及び２ 比較実験例１では、加熱、乾燥の温度を９０℃とし、時
間を２４時間とした。また、比較実験例２では、加熱、
乾燥の温度を２４０℃とした。その他は実験例１と同様
にして微粉末とし、同様にして生成物の同定を行った。
結果を表１及び図１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１の結果によれば、加熱、乾燥の温度が
１００〜２２０℃である実験例１では、生成物は、加
熱、乾燥の温度にかかわりなく第一リン酸カルシウム無
水物（ＭＣＰＡ）のみとなっている。一方、加熱、乾燥
の温度が第１発明の下限を下回っている比較実験例１で
は、ＭＣＰＡが生成してはいるが、図１において明らか
なとおり、実験例１の加熱、乾燥の温度が１８０℃の場
合に比べて、その回折ピークは著しく小さくなってい
る。また、実験例１の加熱、乾燥の温度が１８０℃の場
合にはまったく表れていない水和物（ＭＣＰＭ）の大き
な回折ピークが表れており、加熱、乾燥の時間が非常に
長いにもかかわらず、水和物の多くが無水物にならずに
そのまま残っていることが分かる。

【００２０】更に、加熱、乾燥の温度が第１発明の上限
を上回っている比較実験例２でも、ＭＣＰＡが生成して
はいるが、図１において明らかなとおり、実験例１の加
熱、乾燥の温度が１８０℃の場合に比べて、その回折ピ
ークは非常に小さくなっている。また、この微粉末に
は、非晶質のリン酸カルシウム化合物が相当量含まれて
いることがＸ線回折によって確認された。

【００２１】（２）第一リン酸カルシウム水和物の加熱
温度と濡れ圧縮強度との相関 実験例２ 第一リン酸カルシウム水和物を、表２に記載の温度に設
定された乾燥器に入れ、１０時間、加熱し、乾燥した。
得られた乾燥粉末を実験例１と同様にして粉砕し、微粉
末とした。その後、これらの第一リン酸カルシウム無水
物の粉末３０重量部と、β型第三リン酸カルシウム粉末
７０重量部とを混合し、混合粉末を得た。次いで、これ
らの混合粉末１００重量部に対して３０重量部の純水を
加え、混練した後、ＪＩＳ Ｔ ６６０２に定められた
方法によって硬化させた。得られた硬化体の濡れ圧縮強
度をオートグラフを用いて測定した。また、硬化体の構
成相をＸ線回折装置を用いて同定した。結果を表２に示
す。

【００２２】比較実験例３、４及び５ 比較実験例３では、第一リン酸カルシウム水和物を加
熱、乾燥せず、水和物のまま用いた。また、比較実験例
４では、加熱、乾燥の温度を９０℃とし、時間を２４時
間とした。更に、比較実験例５では、加熱、乾燥の温度
を２４０℃とした。得られた乾燥粉末を実験例１と同様
にして粉砕し、微粉末とした。その後、実験例２と同様
にして硬化体を得、この硬化体の濡れ圧縮強度を測定
し、また、その構成相を同定した。結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】表２の結果によれば、加熱、乾燥の温度が
１００〜２２０℃である実験例２では、濡れ圧縮強度は
１０２〜３０５ｋｇ／ｃｍ²と、従来のものより優れた
強度を有する硬化体が得られていることが分かる。ま
た、その構成相は、反応生成物である第二リン酸カルシ
ウム（ＤＣＰ）と、未反応のβ型第三リン酸カルシウム
（β型ＴＣＰ）であることが確認された。一方、第一リ
ン酸カルシウム水和物をそのまま用いた比較実験例３、
及び加熱、乾燥の温度が第１発明の下限を下回っている
比較実験例４では、構成相は実験例２と同様であった
が、その濡れ圧縮強度は相当に小さいことが分かる。更
に、加熱、乾燥の温度が第１発明の上限を上回っている
比較実験例５では、硬化体が得られなかった。

【００２５】（３）第一リン酸カルシウム無水物の粉末
の含有量と濡れ圧縮強度との相関 実験例３ 第一リン酸カルシウム水和物を、１８０℃で１０時間、
加熱し、乾燥し、得られた乾燥粉末を実験例１と同様に
して粉砕し、微粉末とした。その後、この第一リン酸カ
ルシウム無水物の粉末が表３の量比となるように、β型
第三リン酸カルシウム粉末を混合し、混合粉末を得た。
次いで、これらの混合粉末を用いて実験例２と同様にし
て混練し、硬化させ、得られた硬化体の濡れ圧縮強度を
測定し、また、構成相を同定した。結果を表３に示す。

【００２６】比較実験例６及び７ 比較実験例６では、β型第三リン酸カルシウム粉末のみ
を用いて実験例２と同様にして混練した。また、比較実
験例７では、６０重量部の第一リン酸カルシウム無水物
の粉末と４０重量部のβ型第三リン酸カルシウム粉末と
の混合粉末を得、実験例２と同様にして混練した。そし
て、比較実験例６では、実験例２と同様にして混練体の
濡れ圧縮強度を測定し、その構成相を同定した。比較実
験例７では、実験例２と同様にして硬化体の構成相を同
定した。

【００２７】

【表３】

【００２８】表３の結果によれば、実験例３では、ＭＣ
ＰＡの粉末の含有量が２０〜５０重量部であれば、その
濡れ圧縮強度は１６２〜３０５ｋｇ／ｃｍ²と、従来の
ものより優れた強度を有する硬化体が得られていること
が分かる。また、その構成相は、ＤＣＰと、未反応のβ
型ＴＣＰであることが確認された。尚、ＭＣＰＡの粉末
の含有量が第３発明の下限の１０重量部である場合は、
濡れ圧縮強度は必ずしも十分であるとはいえないが、β
型ＴＣＰが多量に含まれているため、骨置換の作用には
優れたセメントであると思われる。一方、β型ＴＣＰの
みである比較実験例６では、硬化が進まず、濡れ圧縮強
度は０である。更に、ＭＣＰＡの粉末の含有量が第３発
明の上限を越えた６０重量部である比較実験例７の場合
は、短時間で硬化が完了してしまうため、濡れ圧縮強度
を測定するための試料を調製することができなかった。
また、その構成相はＤＣＰのみであり、β型ＴＣＰの回
折ピークはみられなかった。

【００２９】

【発明の効果】第１発明によれば、第一リン酸カルシウ
ム水和物を加熱し、乾燥して無水物とし、これに純水等
を添加して混練することにより、従来のものより優れた
強度を有する硬化体とすることができる。また、第２発
明のように、この無水物の粉末とβ型第三リン酸カルシ
ウム粉末とを主成分とする粉体を用いることにより、骨
置換の作用に優れるセメントを得ることができる。更
に、第３発明のように、特定量の第一リン酸カルシウム
無水物の粉末を含有する粉体を含むセメントとすること
により、容易に十分な強度と優れた骨置換の作用とを併
せ有するリン酸カルシウムセメントとすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一リン酸カルシウム水和物の加熱、乾燥の温
度を変化させた場合の、生成物のＸ線回折の結果を比較
して示すチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 雅彦 名古屋市瑞穂区高辻町14番18号 日本特殊 陶業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一リン酸カルシウム水和物を１００〜
   ２２０℃の温度範囲で加熱することにより得られる第一
   リン酸カルシウム無水物の粉末を含有することを特徴と
   するリン酸カルシウムセメント粉体。
2. 【請求項２】 上記第一リン酸カルシウム無水物の粉末
   とβ型第三リン酸カルシウム粉末とを主成分とする請求
   項１記載のリン酸カルシウムセメント粉体。
3. 【請求項３】 上記リン酸カルシウムセメント粉体を１
   ００重量部とした場合に、上記第一リン酸カルシウム無
   水物の粉末が１０〜５０重量部である請求項１又は２記
   載のリン酸カルシウムセメント粉体。