Використання: винахід відноситься до технології отримання неорганічних матеріалів, а саме до способу отримання гідроксиапатиту, використовуваного в медицині як зубопротезного матеріалу, профілактичної присадки для виробництва зубних паст і лікувальних розчинів (еліксирів), кондитерських пастилок і жувальної гумки, сорбенту для лікарських препаратів і різних органічних і неорганічних речовин, матеріалу для стоматології та кісткової хірургії, а також в якості наповнювача або сорбенту для газорідинної хромато рафії. Сутність: спосіб включає взаємодію гідроксиду кальцію з фосфорною кислотою в замкнутому циркуляційному контурі при послідовному проходженні суспензії гідроксиду кальцію через дві зони з безперервною подачею в першу зону фосфорної кислоти в кількості, необхідній для досягнення pH = 10-11, швидкості руху потоку суспензії 0,8 -1,5 м / с, витримкою її 1,0-1,5 с, розведенням суміші в другій зоні суспензією гідроксиду кальцію в 400-500 разів, поверненням отриманої суміші в першу зону при кратності циркуляції 4-5 разів за час 10- 20 хв, з подальшим д полнительную перемішуванням суміші протягом 10-12 хв після припинення подачі кислоти і виведенням готового продукту. При цьому отриману після додаткового переміщення суспензію подають на поетапну обробку з послідовним чергуванням стадій перемішування і фільтрації. 1 табл.
Малюнки до патенту РФ 2122520
Винахід відноситься до технології отримання неорганічних матеріалів, а саме до способу отримання гідрокісіапатіта (ГАП), використовуваного в медицині як зубопротезного матеріалу, профілактичної присадки для виробництва зубних паст і лікувальних розчинів (еліксир), кондитерських пастилок і жувальної гумки, сорбенту для лікарських препаратів і різних органічних і неорганічних речовин, матеріалу для стоматології та кісткової хірургії, а також в якості наповнювача або сорбенту для газорідинної хроматографії.
Області застосування гідркосіапатіта визначили основні вимоги до отриманого продукту - отримання чистого ГАП без присутності в ньому інших фосфатів кальцію, що є досить складним завданням, а також отримання його не тільки у вигляді порошку, але і у вигляді суспензії (пасти) заданого складу.
Відомий спосіб отримання гідроксиапатиту, в основі якого лежить змішання суспензії гідроксиду кальцію з водним розчином фосфорної кислоти при стиранні або продукту реакції, або суміші, отриманої після змішання, що забезпечує механохимічеськую активацію реагентів. Як истирающих пристроїв за цим способом можуть бути використані млини та дробарки різних типів, а в якості стирається середовища - скляне намисто, алюмінієві кулі і т.д. За цим способом отримують переважно крупнокристаллический гідроксиапатит.
Однак цей спосіб не дозволяє отримувати досить чистий ГАП і, крім того, отримання пасти з крупнокристалічного гідроксиапатиту практично неможливо / 1 /.
Найбільш близьким до пропонованого по технічній сутності і досягається результату є інший відомий спосіб отримання гідроксиапатиту, який включає взаємодію суспензії гідроксиду кальцію з фосфорною кислотою в замкнутому циркуляційному контурі при послідовному проходженні суспензії гідроксиду кальцію через дві зони з безперервною подачею в першу зону фосфорної кислоти в кількості, необхідному для досягнення pH = 10 - 11, і швидкості руху потоку суспензії 0,8 - 1,5 м / сек з витримкою її в першій зоні 1,0 - 1,5 сек, розведенні ня суміші в другій зоні суспензією гідроксиду кальцію в 400 - 500 разів, повернення отриманої суміші в першу зону, процес повторюють, забезпечуючи 4-5-кратну циркуляцію повного обсягу суміші за час 10 - 20 хвилин, після цього подачу кислоти припиняють, а суспензію отриманого продукту додатково перемішують протягом 10 - 12 хвилин. В результаті отримують суспензію ГАП концентрацією 4,5 - 5,0%. Суспензію далі направляють або на сушку до отримання твердого ГАП, або на зневоднення методом центрифугування для отримання суспензії з концентрацією 18 - 33% / 2 /.
Спосіб забезпечує отримання чистого продукту заданого складу при збільшенні виходу до 99,5 - 99,8% від теоретичного і підвищує технологічність процесу.
Однак при отриманні концентрованої суспензії з продукту центрифугуванням неможливо отримати суспензію, однорідну по концентрації. При отриманні висококонцентрованих суспензій (> 18%) процес тривалий, вимагає великих обсягів апаратури. Крім того, отримати суспензію концентрацією понад 33% практично неможливо.
Нами була поставлена задача отримання суспензій гідроксиапатиту будь-якої необхідної концентрації (як менш 18%, так і більш 33%) а також паст ГАП рівномірних по концентраційному складу.
Нами пропонується спосіб отримання суспензій гідроксиапатиту, що включає взаємодію суспензії гідроксиду кальцію з фосфорною кислотою в замкнутому циркуляційному контурі при послідовному проходженні суспензії гідроксиду кальцію через дві зони з безперервною подачею в першу зону фосфорної кислоти в кількості, необхідній для підтримки постійного pH = 10 - 11, і швидкості руху потоку суспензії 0,8 - 1,5 м / сек з подальшою подачею суспензії через 1,0-1,5 сек в другу зону, де її розбавляють в 400-500 разів, повертають отриману суміш в п ервую зону з повторенням отриманої 4-5 разів за час 10-20 хв з подальшим додатковим перемішуванням суміші протягом 10-12 хвилин після припинення подачі кислоти і виведенням готового продукту, в якому отриману після додаткового перемішування суспензію подають на поетапну переробку з послідовним чергуванням стадій перемішування і фільтрації, причому перемішування ведуть зі швидкістю 0,8 - 3,0 м / сек протягом 5-25 хвилин з отриманням суспензій з концентрацією 7-20% на першому етапі, на другому - 21-34%, на третьому 35- 45%, на четвертому 46-62%, на пя тому 63-75%, а висновок готового продукту здійснюють з будь-якого етапу при досягненні необхідної концентрації.
Істотною відмінністю даного способу є поетапне зневоднення суспензії ГАП з чергуванням стадій перемішування і фільтрації, яке дозволяє отримати суспензію (пасту) широкого концентраційного складу зі збереженням розміру і морфології одиничних кристалів ГАП і їх властивостей.
Фізико-хімічна сутність способу полягає у використанні структурно-механічних тиксотропних властивостей дисперсної системи гідроксиапатиту, яке полягає в примусовій організації оборотних переходів золь -> гель, що протікають при механічному впливі.
Слід зазначити, що зміна структурно-механічних властивостей дисперсних систем залежить від розміру і форми частинок. Для грубодисперсних систем (з розміром часток> 1 мкм) число коагуляційних контактів недостатньо, щоб утворити золь і організувати за рахунок механічних впливів переходи по типу золь -> гель. Тому механічна обробка суспензій з розміром частини> 1 мкм практично не призводить до зміни їх реологічних властивостей. Розмір частинок отриманого нами в синтезі ГАП становить 0,01 - 0,02 мкм в ширину і 0,05 - 0,1 мкм в довжину, що дозволило використовувати тиксотропні властивості синтезованої суспензії ГАП і розробити метод її концентрування. Зазначені розміри і форма частинок вихідного ГАП сприяють утворенню коагуляційних структур шляхом зчеплення частинок вандерваальсовимі силами в ланки, ланцюжки, просторові сітки - каркаси з первинних частинок, їх ланцюжків і агрегатів. Центри точкових контактів виникають на кінцях часток. Тому сприятливою умовою для утворення структур є анізометріческая форма частинок, особливо палочкообразной. Цій вимозі відповідає вказане вище співвідношення довжини і ширини частинок вихідного ГАП. Такі системи мають здатність до оборотного утворення і руйнування структури.
При перемішуванні отриманої суспензії з концентрацією 4,0 - 5,0% в залежності від інтенсивності і тривалості перемішування, відбувається часткове або повне руйнування його структури з переходом золю в гель. Подальша фільтрація гідрогелю призводить до часткового відділення розчинника (води), концентрування дисперсної системи до 7-20% і переходу гелю в золь, який володіє просторовою структурою та стійкістю утворюється за рахунок зчеплення і агрегування частинок дисперсної фази, що перешкоджає її подальшої фільтрації та концентрування.
При подальшому перемішуванні утворилася стійка просторова структура знову частково або повністю руйнується (в залежності від інтенсивності і тривалості перемішування) з утворенням гелю. Подальша фільтрація гідрогелю призводить до часткового (регульованим) відділенню води, концентрування дисперсної системи до концентрації 21-34% і переходу гелю в просторово структурований і стійкий золь, що практично перешкоджає її подальшої фільтрації та концентрування. Ті ж процеси відбуваються на всіх наступних етапах концентрування суспензії. Кількість етапів варіюється в залежності від необхідності отримання суспензії певної необхідної концентрації.
Як видно зі сказаного, визначальним є концентрація суспензії на кожній стадії. Для того, щоб її отримати, в кожному конкретному випадку необхідно створити певні умови на стадіях перемішування (швидкість і час), що в свою чергу залежить від виду застосовуваної апаратури (бак з мішалкою, вібраційні млини, вібратори зі змінною частотою і амплітудою і т. д.), його обсягу. Ці параметри підбираються в кожному окремому випадку при отриманні суспензії необхідної концентрації.
Даний спосіб дозволяє отримати суспензії (пасти) гідроксиапатиту, що володіють заданим складом з поліпшеною якістю, що їх диктують областю їх застосування. Відбір продукту на будь-якій стадії дозволяє отримувати пасти в широкому діапазоні концентрацій від 7 до 96%. Отримані пасти однорідні за своїм складом, що значно полегшує умови її застосування.
Спосіб проілюстрований наступними прикладами.
Приклад 1. У реактор, що містить дісціллірованную воду, при кімнатній температурі вносять 554,6 г безводного оксиду кальцію і додають дистильовану воду до отримання співвідношення тверде. рідина - Т. Ж = 1. 35. В окрему ємність починають подавати фосфорну кислоту в кількості, необхідній для досягнення pH = 10,0, і суспензію гідроксиду кальцію. Час перебування суміші в цій ємності складає 1,0 с (перша зона). Потім суміш продуктів реакції подають в другу ємність (друга зона реакції), де їх розбавляють суспензією гідроксиду кальцію в 400 разів. Повний обсяг суміші, що містить гідроксид кальцію і гідркосіапатіт, циркулює в замкнутому циклі, що об'єднує першу і другу зону. Кратність циркуляції становить 4. Після цього подачу фосфорної кислоти в першу зону припиняють і перемішують суспензію протягом 10 хвилин.
В результаті отримують чистий стехиометрический гідроксиапатит без домішок сторонніх речовин у вигляді суспензії з концентрацією 4,0-5-5,0% по гидроксиапатиту. Співвідношення Ca / P в отриманому зразку становить 1,67. Питома поверхня становить 100 м 2 / г. Розмір кристалів ГАП становить 0,01-0,02 мкм завширшки і 0,05-0,1 мкм в довжину.
Отриману суспензію перемішують протягом 7 хвилин зі швидкістю руху потоку суспензії 0,8 м / сек і фільтрують з одержанням суспензії (пасти) з концентрацією 14,8%. Після цього цю пасту перемішують протягом 10 хвилин зі швидкістю руху потоку суспензії 1,2 м / сек і фільтрують з одержанням суспензії (пасти) з концентрацією 26,6%. Потім цю пасту знову ожіжающего шляхом перемішування протягом 10 хвилин зі швидкістю руху потоку суспензії 2 м / сек і фільтрують з одержанням суспензії (пасти) з концентрацією 39,9%. Отримана паста однорідна за своїм складом і властивостями.
Умови отримання суспензій різної концентрації можна проілюструвати таблицею, де t - час обробки суспензії в хвилинах, V - швидкість перемішування в м / сек, C - концентрація суспензії ГАП за змістом твердої фази в%, N - номер прикладу, В.П. - висновок готового продукту з певного етапу обробки суспензії.
Діапазон швидкостей перемішування визначається ступенем агрегування суспензії і її концентрацією. При швидкості перемішування менше 0,8 м / сек практично не відбувається руйнування золю навіть для суспензії вихідної концентрації (4-5% ГАП). При швидкості вище 3,0 м / сек відбувається захоплення бульбашок повітря і аерація суспензії, що вимагає додаткових операцій для їх видалення і погіршує якість продукту.
1. Патент Японії N 62-4324, кл. C 01 B 25/32 (A-7508-4G), 1987.
2. Заявка РФ N 93012609 / 26-011780, пріоритет від 09.03.93, полож. рішення від 05.06.95.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб отримання суспензії гідроксиапатиту, що включає взаємодію гідроксиду кальцію з фосфорною кислотою в замкнутому циркуляційному контурі при послідовному проходженні суспензії гідроксиду кальцію через дві зони з безперервною подачею в першу зону фосфорної кислоти в кількості, необхідній для досягнення pH = 10 - 11, швидкості руху потоку суспензії 0 , 8 - 1,5 м / с, витримкою її 1,0 - 1,5 с, розведенням суміші в другій зоні суспензією гідроксиду кальцію в 400 - 500 разів, поверненням отриманої суміші в першу зону при кратності циркуляції 4 - 5 раз за час 10 - 20 хв, з подальшим додатковим перемішуванням суміші протягом 10 - 12 хв після припинення подачі кислоти і виведенням готового продукту, що відрізняється тим, що отриману після додаткового перемішування суспензію подають на поетапну обробку з послідовним чергуванням стадій перемішування і фільтрації, причому перемішування ведуть зі швидкістю 0,8 - 3,0 м / с протягом 5 - 25 хв з отриманням суспензії з концентрацією 7 - 20% на першому етапі, на другому 21 - 34%, на третьому 35 - 45%, на четвертому 46 - 62%, на п'ятому 63 - 75%, а висновок готового ін одукта здійснюють з будь-якого етапу при досягненні необхідної концентрації.
Патентний пошук по класах МПК-8: