单步制备氟化羟基磷灰石的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种生物材料制备领域的技术，具体涉及一种直接从磷酸氢钙试料单步合成氟化羟基磷灰石的快速简单方法。
【背景技术】
[0002]氟化羟基磷灰石(FHA)是羟基磷灰石(HA)中0H被F部分取代形成的，化学式为:Ca1(](P04)6(0H)2 2xF2x，0 < x < 1。取代后的氟化羟基磷灰石晶体结构更加致密，稳定性提高。氟化羟基磷灰石的溶解度低，生物相容性好，在体液中可以释放氟离子，使其具有更好的骨诱导能力和抗菌效果，因此是一种很好的骨替代材料。研究表明氟元素能够提高HA的物理和生物性能，并且有助于治疗骨质疏松。氟离子的释放含量可以由合成氟化羟基磷灰石的氟化量控制，少量的氟离子可以提高成骨细胞活性。在细菌污染的环境中氟离子可以减少龋齿的形成，氟离子可以促进磷酸钙盐在人体内矿化、结晶，有助于新骨生长。
[0003]氟化羟基磷灰石的制备方法包括两类，直接合成法和分步替换法。直接合成法是以钙磷盐前驱体化合物和氟化物为原料直接合成氟化羟基磷灰石，最常见的是化学沉淀法和固相反应法。分步替换法是指先合成羟基磷灰石，之后加入氟化物使氟离子取代羟基而形成氟化羟基磷灰石。
[0004]目前，直接合成法在工业生产中应用非常广泛，尤其是化学沉淀法，其原理是将不同的钙盐和磷酸盐溶解在水溶液中，通过酸碱反应或者水解反应得到沉淀物FHA。反应过程中需要加入酸或碱调节溶液pH至10?12，控制在一定温度下反应数小时，随后经过一夜陈化而获得。
[0005]经过对现有技术的检索发现，Alessandra Bianco等采用化学沉淀法制备氟化轻基磷灰石，将pH为10±0.1的磷酸氢二钱和氟化钱的混合溶液滴加到pH为10±0.1的硝酸钙溶液中，持续调节反应溶液pH为10±0.1，反应温度为40°C，电磁搅拌，陈化24h得到沉淀。用氨水pH为10的氨水溶液洗涤沉淀数次，60°C烘干，获得氟化羟基磷灰石。这种制备方法原理简单，但需要三种反应原料，加热反应溶液，并且必须严格控制并持续调节pH，工艺比较复杂。
[0006]中国专利文献CN102924074A，公开日20130213，记载了一种合成氟化羟基磷灰石的方法。通过将硝酸钙和磷酸氢二铵分别配成0.2mol/L的均匀溶液，并用氨水分别调节pH为11，然后混合，再将pH为11的氟化铵溶液滴加入混合液中，反应过程中控制pH为11。该技术虽然原理简单，但需要三种化合物水溶液，并且必须严格控制pH，工艺相对复杂。
[0007]上述技术涉及的分步法需要先通过化学沉淀法合成羟基磷灰石，基本反应方程:
[0008]10Ca (N03) 2+14NH40H+6 (NH4) 2HP04— Ca 10 (P04) 6 (OH) 2+12H20+20NH4N03
[0009]实验获得沉淀产物经过充分洗涤后可以去除硝酸盐，得到比较纯净的磷灰石，再对磷灰石进行氟化处理。
[0010]中国专利文献CN101928136A，公开日20101229，采用分步替换法，通过将不同重量百分比的氟化钙和羟基磷灰石在去离子水下，滚球滚动混合24h，之后把混合物烘干，将干燥的粉末在700?1100°C条件下烧结，得到氟化羟基磷灰石。此种方法需要长时间的机械混合，氟化钙极难溶于水，所以很难混合均匀，导致制备产物成分也不均匀，并且使用高温条件烧结，提高了氟化羟基磷灰石的制备成本。
[0011]中国专利文献号CN101361715，公开日2009.02.11，公开了一种可载药的羟基磷灰石微球与骨水泥复合多孔微球制备方法，包括以下过程:纳米羟基磷灰石粉末的制备；α 一磷酸三钙粉末的制备；羟基磷灰石微球的制备；羟基磷灰石微球与骨水泥复合的多孔微球的制备。但该技术采用的反应合成方法选用了较多的原料，不可避免地带来一定数量的副产物。
【发明内容】
[0012]本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种单步制备氟化羟基磷灰石的方法，反应溶液不需要加热和调节溶液pH值，工艺简单，制备成本低、方便推广。
[0013]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0014]本发明通过将二水合磷酸氢钙和二水合氟化钾分别配置成均匀混合的溶液或悬浮液，在室温下将二水合氟化钾溶液滴入二水合磷酸氢钙悬浮液中形成混合液，经静置烘干后得到FHA。
[0015]所述的滴入是指:将氟化钾溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氢钙溶液中。
[0016]所述的均勾混合是指:电磁搅拌超过30min。
[0017]所述的二水合磷酸氢钙悬浮液是指:摩尔浓度为0.lmol/L 二水合磷酸氢钙水溶液，经搅拌形成均匀的悬浮液。
[0018]所述的二水合氟化钾溶液是指:摩尔浓度为0.0333?0.0667molL 二水合氟化钾水溶液，经搅拌形成均匀溶液。
[0019]所述的混合液中，二水合磷酸氢钙与二水合氟化钾摩尔比小于5:1。
[0020]反应过程中反应容器密闭并与空气隔离，以防0)2参与反应，反应后产物置于80°C环境下烘干2?3h。
技术效果
[0021]与现有技术相比，本发明将合成磷灰石和氟化过程合二为一，且不需要调节pH值，在室温条件下单步反应合成得到氟化羟基磷灰石。本发明的工艺流程简单，原料来源方便、价格低廉，反应不需要复杂设备，氟化羟基磷灰石制备成本得以大幅降低。
【附图说明】
[0022]图1为二水合磷酸氢钙的XRD衍射图，以及室温下二水合磷酸氢钙水解产物的XRD衍射图。对比标准卡片分析可知，原料磷酸氢钙衍射谱图对应于卡片H)F-#72-0713 ;直接水解后，出现两种磷酸氢钙产物，分别对应卡片roF-#72-0713和roF-#ll-0293，没有其他生成物。
[0023]图2为二水合磷酸氢钙与氟化钾的摩尔比分别为1:1，5:1，6:1条件下反应，得到产物的XRD衍射图。1:1和5:1条件下，得到的产物是氟化羟基磷灰石roF-#15-0876。6:1条件下得到的产物中除氟化羟基磷灰石外，有少量磷酸氢钙1-0293。
[0024]图3为二水合磷酸氢钙与氟化钾物质的量比例分别为:a.1: 1，b.5:1，c.6:1条件下反应，得到产物的FTIR谱图(与图2的三种产物相对应)。可以看到三种产物在3544cm \3550cm \ 3551cm 1出现0H…F氢键的特征峰，表明产物中包含氟化羟基磷灰石。
【具体实施方式】
实施例1
[0025]本实施例包括以下步骤:将0.02mol 二水合磷酸氢钙溶于200mL超纯水，电磁搅拌30min，形成均勾的悬池液。0.02mol 二水合氟化钾溶于120mL超纯水，玻璃棒搅拌形成均勾溶液。氟化钾溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氢钙溶液中，持续电磁搅拌，将反应容器上口覆盖、封闭，室温下反应4h，静置12h。将沉淀物洗涤、80°C烘干3h，得到氟化羟基磷灰石Ο
实施例2
[0026]本实施例包括以下步骤:将0.02mol 二水合磷酸氢钙溶于200mL超纯水，电磁搅拌30min,形成均勾的悬池液。0.004mol 二水合氟化钾溶于120mL超纯水，玻璃棒搅拌形成均匀溶液。氟化钾溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氢钙溶液中，持续电磁搅拌混合溶液，将反应容器上口覆盖、封闭，室温下反应4h，静置12h。将沉淀物洗涤、80°C烘干，得到氟化羟基磷灰石。
实施例3
[0027]将0.02mol 二水合磷酸氢|丐溶于200mL超纯水，电磁搅拌30min，形成均勾的悬池液。0.0033mol 二水合氟化钾溶于120mL超纯水，玻璃棒搅拌形成均匀溶液。氟化钾溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氢钙溶液中，持续电磁搅拌混合溶液，将反应容器上口覆盖、封闭，室温下反应4h，静置12h。将沉淀物洗涤、80°C烘干，得到氟化羟基磷灰石，以及少量的磷酸氢钙。
[0028]上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
【主权项】
1.一种单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征在于，通过将二水合磷酸氢钙和二水合氟化钾分别配置成均匀混合的溶液或悬浮液，在室温下将二水合氟化钾溶液滴入二水合磷酸氢钙悬浮液中形成混合液，经静置烘干后得到FHA。2.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，所述的滴入是指:将氟化钾溶液以0.05mL/s的速率滴加到磷酸氢钙溶液中。3.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，所述的均匀混合是指:电磁搅拌超过30min。4.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，所述的二水合磷酸氢钙悬浮液是指:摩尔浓度为0.lmol/L 二水合磷酸氢钙水溶液，经搅拌形成均匀的悬浮液。5.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，所述的二水合氟化钾溶液是指:摩尔浓度为0.0333?0.0667molL 二水合氟化钾水溶液，经搅拌形成均匀溶液。6.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，所述的混合液中，二水合磷酸氢钙与二水合氟化钾摩尔比小于5:1。7.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，所述的磷酸氢I丐悬池液，通过将0.02mol 二水合磷酸氢|丐溶于200mL超纯水，电磁搅拌30?40min制成。8.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，所述的氟化钾溶液，通过将0.004?0.02mol 二水合氟化钾溶于120mL超纯水，玻璃棒搅拌均匀制成。9.根据权利要求1所述的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，其特征是，反应过程中反应容器密闭并与空气隔离，以防C02参与反应，反应后产物置于80°C环境下烘干2?3h。
【专利摘要】一种生物材料领域的单步制备氟化羟基磷灰石的方法，通过将二水合磷酸氢钙和二水合氟化钾分别配置成均匀混合的溶液或悬浮液，在室温下将二水合氟化钾溶液滴入二水合磷酸氢钙悬浮液中形成混合液，经静置烘干后得到FHA。本发明将合成磷灰石和氟化过程合二为一，且不需要调节pH值，在室温条件下单步反应合成得到氟化羟基磷灰石。本发明的工艺流程简单，原料来源方便、价格低廉，反应不需要复杂设备，氟化羟基磷灰石制备成本得以大幅降低。
【IPC分类】C01B25/455
【公开号】CN105271161
【申请号】CN201510718886
【发明人】饶群力, 郭晓亮
【申请人】上海交通大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年10月29日