ヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体及びその製造方法
【課題】 生体組織に対して良好な親和性を有し、吸着性能、分離性能が優れ、しかも使用後の固液分離工程において濾材として目詰りを生じることのない吸着材、あるいは生体組織との親和性を必要とする化粧料基材として好適な新規なシリカ多孔体材料を提供する。
【解決手段】 長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在するヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体とする。
【解決手段】 長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在するヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒担体、脱臭剤、濾過助剤、光拡散シート、インクジェット記録用シート、トナー、感光材料、顔料、太陽電池用基板、液晶表示装置、染料熱転写シート、耐熱性樹脂、紫外線遮蔽剤、ガス検出素子、各種フィラーとして広い範囲にわたる用途をもち、特に化粧品、生物組織用吸着剤、生物組織用分離剤などの生体親和性が要求される用途に対して好適な材料である新規なヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ケイ酸塩材料は、濾過助剤、吸着剤、フィラーなどとして種々の用途に供されている。例えばケイ酸塩系板状結晶のマイカは、種々のフィラーや化粧品として利用されているが（特許文献１、特許文献２参照）、このものは多量のアルミニウムを含み、ケイ酸塩としての純度が低い上に、比表面積が小さく、しかも結晶構造が強固なために、疎水化又は親水化に必要な官能基を導入することがむずかしく、また吸油量が小さいという欠点があり、利用範囲が制限されるのを免れない。
【０００３】
そのほか、水ガラスの希釈液を電気透析して得たシリカゾルを水熱処理して生成させたりん片状の低結晶性シリカも知られているが（特許文献３参照）、水熱処理に際して析出してくる結晶性シリカがケイ肺病の原因となるため環境衛生上問題になる上に、りん片状シリカはうろこ状の薄片が積層して構成されているため、屈曲や捩れを生じ、歪曲した形状になりやすく、また比表面積が小さいという欠点を有している。
【０００４】
また、ケイ酸ナトリウムを硫酸で処理してナトリウムを除去することにより、ビール懸濁液中のタンパク質やポリフェノールを吸着除去するのに好適なシリカゲルが得られることも知られている（特許文献４参照）。
【０００５】
しかしながら、このようなシリカゲルは濾過助剤としての機能を有しない上に、粒子表面においては優れた吸着性を示すが、粒子内部における吸着性は低いし、さらに吸着性を高めようとして微粉砕すると、固液分離の際に目詰りを生じるという欠点がある。
【０００６】
このようなシリカゲルのもつ欠点を改良したものとして、本発明者らは、先に、長さ５〜５０μｍ、幅１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜０．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比１００〜３００、平均細孔径１〜２０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積２００〜５００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、２１°付近及び２６．５°付近に２θのピークが存在しないことを特徴とする薄板状シリカ多孔体、及び繊維長５〜５０μｍ、繊維径０．０５〜０．５μｍ、繊維長と繊維径とのアスペクト比１００〜３００、平均細孔径１〜２０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積３００〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、２１°付近及び２６．５°付近に２θのピークが存在しないことを特徴とする繊維状シリカ多孔体を提案した（特許文献５参照）。
【０００７】
しかしながら、これらのシリカ多孔体は、生体組織の分離剤や吸着剤、化粧品基剤として用いるとき、生体親和性を欠き、十分な効果を発揮できないという欠点がある。
他方、ケイ酸化合物基材をカルシウム塩水溶液とリン酸塩水溶液に交互に浸漬し、基材表面に配向性をもつ骨類似のヒドロキシアパタイトを形成させることにより、生体高分子の分離剤や化粧品原料として好適なヒドロキシアパタイト複合体が得られることが知られている。
【０００８】
しかしながら、前記した薄板状又は繊維状シリカ多孔体にヒドロキシアパタイトを被覆し、優れた吸着性能及び分離性能を示し、固体分離に際し目詰りを生じることがなく、しかも生体組織に対する親和性を向上させた複合体とすることはこれまで全く知られていなかった。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２６２５１４号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献２】特開２０００−２４７６３０号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献３】特開平１１−２９３１７号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献４】特開平１１−１３８０１７号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献５】特願２００３−４１８７４０号（特許請求の範囲その他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、生体組織に対して良好な親和性を有し、吸着性能、分離性能が優れ、しかも使用後の固液分離工程において濾材として目詰りを生じることのない吸着材、あるいは生体組織との親和性を必要とする化粧料基材として好適な新規なシリカ多孔体材料を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、所定の割合のケイ酸原料と石灰原料とを水又は水酸化アルカリ水溶液中で水熱反応を行わせ、ケイ酸カルシウム含有スラリーを調製したのち、酸を加えて副生する酸化カルシウムの一部を溶解除去して多孔体を形成させ、さらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残存する酸化カルシウムと反応させれば、ヒドロキシアパタイトが生成し、シリカ多孔体の表面がヒドロキシアパタイトで被覆されることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体、及び平均粒子径２０μｍ以下のケイ酸原料粉末と石灰原料粉末とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせて、ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを調製したのち、酸性物質を加えてスラリー中の酸化カルシウムの一部を溶解除去して多孔体を形成させ、次いでさらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残存する酸化カルシウムと反応させてヒドロキシアパタイトを形成させて多孔体の表面をヒドロキシアパタイトで被覆することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法を提供するものである。
【００１３】
本発明のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体のベースとなるシリカ多孔体としては、特に限定はされないが、特定の物性をもつ薄板状又は繊維状シリカ多孔体が用いられる。この好ましい薄板状シリカ多孔体は、長さが５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、幅が１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍ、厚さが０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍのサイズであり、長さと厚さのアスペクト比が５〜１００、好ましくは１０〜５０の範囲にある。また、このものは平均細孔径１〜２０ｎｍ、好ましくは３〜１０ｎｍの細孔を有し、全細孔体積は０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、好ましくは０．３〜１．０ｍｌ／ｇであり、かつＢＥＴ比表面積５０〜３００ｍ2／ｇ、好ましくは１００〜２５０ｍ2／ｇを有している。
【００１４】
また、好ましい繊維状シリカ多孔体は、繊維長が５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、繊維径が０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍのサイズであり、繊維長と繊維径のアスペクト比が１００〜３００、好ましくは７０〜２５０の範囲にある。また、このものは平均細孔径１〜２０ｎｍ、好ましくは３〜１０ｎｍの細孔を有し、全細孔体積は０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、好ましくは０．３〜１．０ｍｌ／ｇであり、かつＢＥＴ比表面積３００〜８００ｍ2／ｇ、好ましくは４５０〜５５０ｍ2／ｇを有している。
【００１５】
これらのシリカ多孔体は、文献未載の新規物質であり、比較的大きい粒径の粒子のケイ酸原料を用いて得られる従来の薄板状シリカ多孔体がＣｕＫα線を用いて測定したＸ線回折スペクトルにおいて２１°付近及び２６．５°付近に顕著なピークを示すのに対し、このピークを全く示さないことによって特徴付けられている。
【００１６】
この薄板状シリカ多孔体は例えば、平均粒子径が２０μｍ以下のケイ酸原料と石灰原料とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせて、薄板状ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを調製したのち、これに酸性物質を導入し、この中の酸化カルシウムを徐々に溶解除去し、薄板状シリカ多孔体を形成させることによって、また繊維状シリカ多孔体は、例えば平均粒子径が２０μｍ以下のケイ酸原料と石灰原料とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせ、まず薄板状ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを生成させ、さらに水熱反応を継続させて、繊維状ケイ酸カルシウム含有水性スラリーへと転移させたのち、これに酸性物質を導入し、この中の酸化カルシウムを徐々に溶解除去して、繊維状シリカ多孔体を形成させることによって製造される。
【００１７】
そして、上記の酸性物質による酸化カルシウムを溶解除去する際に、まず酸化カルシウムの一部を溶解除去させる量の酸性物質を用いてシリカ多孔体を形成させたのち、さらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残りの酸化カルシウムと反応させると、ヒドロキシアパタイトが生成し、これが多孔体の表面を被覆するので、本発明のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体が得られる。
【００１８】
上記のリン酸発生物質としては、例えばリン酸三ナトリウム、リン酸三カリウムのようなリン酸三アルカリ金属塩、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素二カリウムのようなリン酸水素二アルカリ金属塩、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウムのようなリン酸二水素アルカリ金属塩及び対応するアンモニウム塩が用いられる。
【００１９】
なお、上記の薄板状シリカ多孔体の製造に際しては、繊維状シリカ多孔体や二次粒子凝集体が副生するが、水熱反応を薄板状ケイ酸カルシウムの種結晶の存在下で行うと、これらの副生物の生成が抑制され、選択的に薄板状シリカ多孔体を得ることができるので好ましい。
【００２０】
この種結晶としては、あらかじめケイ酸原料粉末と石灰原料粉末とを水又は水酸化アルカリ水溶液中で水熱反応させて得られる反応混合物の中から、繊維状ケイ酸カルシウム及び二次粒子凝集体のようなきょう雑物を除き、純粋な薄板状ケイ酸カルシウム結晶として回収したものを用いる。
【００２１】
この種結晶は、ケイ酸原料と石灰原料との合計質量に基づき０．０１〜１０質量％の割合で添加される。この種結晶としては、通常、長径５〜５０μｍ、厚さ０．０５〜０．５μｍ、長径と厚さのアスペクト比１００〜３００のものが用いられるが、この種結晶のサイズを適当に選択することにより、得られる薄板状ケイ酸カルシウムの長さを１〜３０μｍの範囲で調節することができる。
【００２２】
種結晶を添加しない場合には、原料のＣａＯ／ＳｉＯ2モル比を１．５にした場合、水熱反応条件を適切に選ぶことにより、薄板状ケイ酸カルシウムを生成させることが可能であったが、球状の二次粒子凝集体の混入を避けることができず、この混入を避けるためにはＣａＯ／ＳｉＯ2モル比を１．９以上にする必要があった。
しかし、本発明方法においては、この種結晶の添加によりＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が１．２以下においても安定的に純粋な薄板状ケイ酸カルシウムを生成させることができる。
【００２３】
また、上記の二次粒子凝集体の形成を抑制するには、ケイ酸原料と石灰原料の合計質量の１０倍以上の水又はアルカリ水溶液を用いなければならなかったが、種結晶の添加により４倍程度であっても、二次粒子凝集体の形成なしに薄板状ケイ酸カルシウムを生成させることができる。
【００２４】
さらに、種結晶を添加しない場合、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比を最適の２．０に選んでも、水熱反応温度のわずかな差により、球状の二次粒子凝集体や繊維状ケイ酸カルシウムを生じ、品質的に不安定になるのを免れなかったが、種結晶の添加により、このような形状の異なる生成物の混入を抑制することができ、安定した品質の薄板状ケイ酸カルシウムを得ることができる。
【００２５】
上記の方法において用いられるケイ酸原料としては、通常ケイ酸原料として用いられているものであればよく、特に制限はない。このようなケイ酸原料としては、例えば石英、ケイ砂、非晶質ケイ酸、ホワイトカーボン、ナトリウム長石、カリ長石、ガラス、陶石、シラス、フライアッシュ、スラグ、パーライトなどのケイ酸含有物質を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
これらのケイ酸原料は、平均粒子径２０μｍ以下であることが必要であるが、スラリー中の分散性、水熱反応性、経済性など、特に分散したケイ酸カルシウムの板状化及び繊維状化の面から、通常平均粒子径０．０１〜２０μｍ、好ましくは０．１〜１８μｍの範囲のものが選ばれる。
【００２７】
次に、このケイ酸原料と併用される石灰原料としては、通常の石灰原料として用いられるもの、例えば生石灰（酸化カルシウム）、消石灰（水酸化カルシウム）などの粉末を用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。この石灰原料の粘度としては、ケイ酸原料と同じ平均粒子径をもつものが好ましいが、それ以外の粒度のものを用いても差し支えない。
【００２８】
前記シリカ原料と石灰原料は、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が０．６〜５．０、好ましくは１．０〜４．０の範囲になるような割合で用いることが望ましい。ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比０．６以下、又は５．０以上でもケイ酸カルシウムは得られるが、未反応シリカが多量に残り、これを除去しなければならないため、経済的でない。特に好ましい範囲は、１．８以上、特に２．０付近である。
【００２９】
水熱反応は、上記のケイ酸原料と石灰原料とを所定の割合で水又は水酸化アルカリ水溶液中に分散させて行う。この際の水酸化アルカリ水溶液としては、例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物を水に溶解して調製したものが用いられる。これらのアルカリ水酸化物は、単独で用いてもよいし、また２種類以上の混合物として用いてもよい。
【００３０】
この場合のアルカリ水溶液の濃度としては、０．０１〜１．０モルが好ましい。アルカリ水溶液の濃度が０．０１モル未満では、生成するケイ酸カルシウムの結晶形態を変化させたり、水熱反応を促進させるアルカリ添加効果が十分に発揮されない。また、１．０モルより高くしても、アルカリ添加効果の向上は認められない。
【００３１】
一方、シリカ原料と石灰原料を含む水又は水酸化アルカリ水溶液スラリーの濃度については特に制限はないが、水熱反応性及び体積効率などを考慮すると、ケイ酸原料と石灰原料との合計量に対し、水性溶媒を２〜３０倍質量の割合で含むスラリーが好ましい。
【００３２】
水熱反応は、例えばオートクレーブ中において、１００〜２５０℃の温度の範囲で実施される。この水熱反応は自生圧力下で進行するが、必要に応じ適当に加圧して反応を行ってもよい。また、反応中は反応速度を促進させるために、必要に応じて撹拌を行ってもよい。
【００３３】
水熱反応温度が１００℃未満では反応速度が遅すぎて長時間を要し、実用的でなく、また２５０℃を超えると自生圧力が高くなりすぎ、装置面などにおいて経済的に不利になる。反応時間は、スラリ−濃度、原料の種類や粒度、反応温度などに左右され、一概に定めることはできないが、通常は０．５〜２４時間程度で十分である。
【００３４】
次に、シリカ多孔体を形成させるために水熱反応を行ったのち、その反応混合物に酸性物質を導入し、副生する酸化カルシウムの一部を溶解、除去する。
【００３５】
この際の酸性物質としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、炭酸のような無機酸やギ酸、シュウ酸、酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、乳酸、酸性陽イオン交換剤のような有機酸が用いられる。なお、この無機酸は硝酸アンモニウムのような塩の形でもよい。
【００３６】
この無機酸としては、塩酸、硝酸又はそれらの混合物が好ましいが、これらは、電離度が大きく、急激にｐＨを降下させるので、ｐＨが急激に降下しないように希釈した酸水溶液を徐々に添加する。このようにすれば、ケイ酸カルシウムの形態を変化させることなく、酸化カルシウムが除去される。なお、ケイ酸カルシウムの結晶性に応じては、ケイ酸カルシウムスラリーを室温ないし１００℃の範囲で加熱することによって、より効率的に酸化カルシウムを除去することができる。
【００３７】
これに対し、電離度が小さい酢酸、炭酸などの場合、高濃度の酸で直接ケイ酸カルシウムを処理しても、酸化カルシウムの除去も徐々に進行し、ケイ酸カルシウムの形態が維持された薄板状シリカ多孔体となる。また、ケイ酸カルシウムスラリーを室温ないし１００℃の範囲で加熱すると電離度が大きくなり、酸化カルシウムの除去が促進される。
【００３８】
なお、炭酸で処理したケイ酸カルシウムは、薄板状シリカ多孔体と水に難溶性の炭酸カルシウムが得られるため、炭酸カルシウムを塩酸などで溶解除去する必要がある。この酸処理に必要な時間は、ケイ酸カルシウムの結晶化度、使用する酸の種類、濃度、処理条件などにより左右されるが、通常は１〜１２０分間の範囲である。
【００３９】
ケイ酸カルシウムから酸化カルシウムを除去するために用いる酸としては、有機酸も用いることができる。このような有機酸としては、ギ酸、酢酸、シュウ酸、プロピオン酸、マレイン酸、乳酸及び酸性陽イオン交換剤などが好ましい。
【００４０】
この酸処理としては、水熱反応により得られるケイ酸カルシウムスラリーに、二酸化炭素ガスを吹き込む方法が、酸化カルシウムを徐々に溶解除去しうる点で有利である。
【００４１】
このようにして、長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在するヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体を得ることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、化粧品、生物組織用吸着剤、生物組織用分離剤などの生体親和性が要求される分野において好適に用いられる新規な材料であるヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以上本発明の課題を解決するための手段について一般的な説明を記述したが、次に実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、各例中の物性は以下の方法によって求めたものである。
【００４４】
（１）シリカ原料の平均粒子径と粒度分布
レーザー回析・散乱式粒度分布測定装置を用い、粒子径は体積基準で、平均粒子径（メジアン径）及び粒度分布を求めた。
【００４５】
（２）寸法測定
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、約３０個の寸法測定を行い、平均寸法とした。
【００４６】
（３）ＢＥＴ比表面積、全細孔体積及び平均細孔径
ＢＥＴ比表面積測定装置を用い、２５０℃で十分に加熱脱気した試料について、窒素ガスを吸着させる多点法による比表面積、全細孔体積及び平均細孔径を求めた。
【００４７】
（４）ケイ酸含有率
ケイ酸含有率は、蛍光Ｘ線を用いて測定した。
【００４８】
（５）透過率（Ｄａｒｃｙ）
濾過面積９．６ｃｍ2の円柱状加圧濾過器を用い、濾過板の上に約３ｃｍのケーク層を形成させ、次にケーク層を崩さないように２００ｍｌの水を注ぎ込み、０．５ｋｇ／ｃｍ2で加圧し、濾液の採取量から透過率（Ｄａｒｃｙ）を求めた。
【００４９】
（６）チトクロームＣの吸着率
ｐＨ４に調整した５００μｇ／ｍｌのチトクロームＣ水溶液を１００ｍｌ採取し、これに試料０．３ｇを投入して３０℃の恒温インキュベ−ターで１時間浸透午後、５Ｃの濾紙を用いて濾過した。この濾液中のチトクロームＣの残量を分光光度計を用いて吸光度（波長４１０ｎｍ）を測定し、初期濃度との差から吸着率を求めた。
【００５０】
（７）吸油量
ＪＩＳ Ｋ５１０１に従い、試料１ｇを使用して行った。
【００５１】
参考例（種結晶の調製方法）
平均粒子径０．５μｍに粉砕した非晶質のケイ酸原料と生石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が２．０になるように混合し、原料全量に対して、質量比で２０倍質量の０．１モルのＮａＯＨ水溶液を加えてかきまぜ、スラリーを調製した。
次いで、このスラリーをオートクレーブ中に入れ、撹拌しながら２００℃で４時間水熱反応を行い、ケイ酸カルシウムスラリーを得た。得られたケイ酸カルシウムスラリーが薄板状ケイ酸カルシウムであることをＳＥＭ観察で確認した後、スラリーを洗浄濾過して原料全量に対して、質量比で２０倍質量の水を加え、ボールミルを用いて４８時間湿式粉砕し、洗浄濾過して１５０℃で乾燥処理することにより、種結晶を得た。
【実施例１】
【００５２】
平均粒子径１７．２μｍに粉砕した非晶質のケイ酸原料と生石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が２．０になるように混合し、原料全量に対して、質量比で１０倍の０．２モルのＮａＯＨ水溶液を加えてかきまぜ、スラリーを調製した。次いで、このスラリーをオートクレーブ中に入れ、撹拌しながら２００℃で８時間水熱反応を行い、ケイ酸カルシウムスラリーを得た。このスラリーを７０℃まで冷却して、０．２モルのＮａＯＨ水溶液の中和及びケイ酸カルシウム中の酸化カルシウムの７０質量％を溶解除去するのに必要な高濃度の酢酸（濃度９９．７％）を添加し、６０分間撹拌することによりシリカ多孔体を形成させたのち、残りの３０質量％の酸化カルシウムをヒドロキシアパタイト化するのに十分な量のリン酸水素二アンモニウムを添加し、７０℃において６０分間攪拌しながら反応させ、次いで１２０℃で乾燥処理することにより、ヒドロキシアパタイト被覆薄板状シリカ多孔体を得た。
このもののは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、２６°付近及び３２°付近に２θのピークを有していた。このものの物性を表１に示す。
【実施例２】
【００５３】
平均粒子径０．５μｍに粉砕した非晶質のケイ酸原料と生石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が１．５になるように混合し、原料全量に対して、質量比で参考例で得た種結晶０．１ｗｔ％と１０倍の水を加えてかきまぜ、スラリーを調製した。
次いで、このスラリーをオートクレーブ中に入れ、撹拌しながら２００℃で２時間水熱反応を行い、ケイ酸カルシウムスラリーを得た。
次に、ケイ酸カルシウムスラリーを７０℃まで冷却し、ケイ酸カルシウム中の酸化カルシウムの７０質量％を除去するのに必要な高濃度の酢酸（濃度９９．７％）を添加し、１０分間撹拌した。これを洗浄濾過した後水を加え、残りの酸化カルシウムをヒドロキシアパタイト化するのに十分な量のリン酸水素二アンモニウムを添加し、７０℃で６０分間撹拌した後、洗浄濾過して１２０℃で乾燥処理することにより、ヒドロキシアパタイト被覆薄板状シリカ多孔体を得た。
このもののは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、２６°付近及び３２°付近に２θのピークを有していた。このものの物性を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体は、触媒担体、脱臭剤、濾過助剤、光拡散シート、インクジェット記録用シート、トナー、感光材料、顔料、太陽電池用基板、液晶表示素子、染料熱転写シート、耐熱性樹脂、紫外線遮蔽剤、ガス検出素子、各種フィラーなどとして有用である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒担体、脱臭剤、濾過助剤、光拡散シート、インクジェット記録用シート、トナー、感光材料、顔料、太陽電池用基板、液晶表示装置、染料熱転写シート、耐熱性樹脂、紫外線遮蔽剤、ガス検出素子、各種フィラーとして広い範囲にわたる用途をもち、特に化粧品、生物組織用吸着剤、生物組織用分離剤などの生体親和性が要求される用途に対して好適な材料である新規なヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ケイ酸塩材料は、濾過助剤、吸着剤、フィラーなどとして種々の用途に供されている。例えばケイ酸塩系板状結晶のマイカは、種々のフィラーや化粧品として利用されているが（特許文献１、特許文献２参照）、このものは多量のアルミニウムを含み、ケイ酸塩としての純度が低い上に、比表面積が小さく、しかも結晶構造が強固なために、疎水化又は親水化に必要な官能基を導入することがむずかしく、また吸油量が小さいという欠点があり、利用範囲が制限されるのを免れない。
【０００３】
そのほか、水ガラスの希釈液を電気透析して得たシリカゾルを水熱処理して生成させたりん片状の低結晶性シリカも知られているが（特許文献３参照）、水熱処理に際して析出してくる結晶性シリカがケイ肺病の原因となるため環境衛生上問題になる上に、りん片状シリカはうろこ状の薄片が積層して構成されているため、屈曲や捩れを生じ、歪曲した形状になりやすく、また比表面積が小さいという欠点を有している。
【０００４】
また、ケイ酸ナトリウムを硫酸で処理してナトリウムを除去することにより、ビール懸濁液中のタンパク質やポリフェノールを吸着除去するのに好適なシリカゲルが得られることも知られている（特許文献４参照）。
【０００５】
しかしながら、このようなシリカゲルは濾過助剤としての機能を有しない上に、粒子表面においては優れた吸着性を示すが、粒子内部における吸着性は低いし、さらに吸着性を高めようとして微粉砕すると、固液分離の際に目詰りを生じるという欠点がある。
【０００６】
このようなシリカゲルのもつ欠点を改良したものとして、本発明者らは、先に、長さ５〜５０μｍ、幅１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜０．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比１００〜３００、平均細孔径１〜２０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積２００〜５００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、２１°付近及び２６．５°付近に２θのピークが存在しないことを特徴とする薄板状シリカ多孔体、及び繊維長５〜５０μｍ、繊維径０．０５〜０．５μｍ、繊維長と繊維径とのアスペクト比１００〜３００、平均細孔径１〜２０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積３００〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、２１°付近及び２６．５°付近に２θのピークが存在しないことを特徴とする繊維状シリカ多孔体を提案した（特許文献５参照）。
【０００７】
しかしながら、これらのシリカ多孔体は、生体組織の分離剤や吸着剤、化粧品基剤として用いるとき、生体親和性を欠き、十分な効果を発揮できないという欠点がある。
他方、ケイ酸化合物基材をカルシウム塩水溶液とリン酸塩水溶液に交互に浸漬し、基材表面に配向性をもつ骨類似のヒドロキシアパタイトを形成させることにより、生体高分子の分離剤や化粧品原料として好適なヒドロキシアパタイト複合体が得られることが知られている。
【０００８】
しかしながら、前記した薄板状又は繊維状シリカ多孔体にヒドロキシアパタイトを被覆し、優れた吸着性能及び分離性能を示し、固体分離に際し目詰りを生じることがなく、しかも生体組織に対する親和性を向上させた複合体とすることはこれまで全く知られていなかった。
【０００９】
【特許文献１】特開平５−２６２５１４号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献２】特開２０００−２４７６３０号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献３】特開平１１−２９３１７号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献４】特開平１１−１３８０１７号公報（特許請求の範囲その他）
【特許文献５】特願２００３−４１８７４０号（特許請求の範囲その他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、生体組織に対して良好な親和性を有し、吸着性能、分離性能が優れ、しかも使用後の固液分離工程において濾材として目詰りを生じることのない吸着材、あるいは生体組織との親和性を必要とする化粧料基材として好適な新規なシリカ多孔体材料を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、所定の割合のケイ酸原料と石灰原料とを水又は水酸化アルカリ水溶液中で水熱反応を行わせ、ケイ酸カルシウム含有スラリーを調製したのち、酸を加えて副生する酸化カルシウムの一部を溶解除去して多孔体を形成させ、さらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残存する酸化カルシウムと反応させれば、ヒドロキシアパタイトが生成し、シリカ多孔体の表面がヒドロキシアパタイトで被覆されることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
【００１２】
すなわち、本発明は、長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体、及び平均粒子径２０μｍ以下のケイ酸原料粉末と石灰原料粉末とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせて、ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを調製したのち、酸性物質を加えてスラリー中の酸化カルシウムの一部を溶解除去して多孔体を形成させ、次いでさらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残存する酸化カルシウムと反応させてヒドロキシアパタイトを形成させて多孔体の表面をヒドロキシアパタイトで被覆することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法を提供するものである。
【００１３】
本発明のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体のベースとなるシリカ多孔体としては、特に限定はされないが、特定の物性をもつ薄板状又は繊維状シリカ多孔体が用いられる。この好ましい薄板状シリカ多孔体は、長さが５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、幅が１〜２０μｍ、好ましくは５〜１０μｍ、厚さが０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍのサイズであり、長さと厚さのアスペクト比が５〜１００、好ましくは１０〜５０の範囲にある。また、このものは平均細孔径１〜２０ｎｍ、好ましくは３〜１０ｎｍの細孔を有し、全細孔体積は０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、好ましくは０．３〜１．０ｍｌ／ｇであり、かつＢＥＴ比表面積５０〜３００ｍ2／ｇ、好ましくは１００〜２５０ｍ2／ｇを有している。
【００１４】
また、好ましい繊維状シリカ多孔体は、繊維長が５〜５０μｍ、好ましくは１０〜３０μｍ、繊維径が０．０５〜０．５μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍのサイズであり、繊維長と繊維径のアスペクト比が１００〜３００、好ましくは７０〜２５０の範囲にある。また、このものは平均細孔径１〜２０ｎｍ、好ましくは３〜１０ｎｍの細孔を有し、全細孔体積は０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、好ましくは０．３〜１．０ｍｌ／ｇであり、かつＢＥＴ比表面積３００〜８００ｍ2／ｇ、好ましくは４５０〜５５０ｍ2／ｇを有している。
【００１５】
これらのシリカ多孔体は、文献未載の新規物質であり、比較的大きい粒径の粒子のケイ酸原料を用いて得られる従来の薄板状シリカ多孔体がＣｕＫα線を用いて測定したＸ線回折スペクトルにおいて２１°付近及び２６．５°付近に顕著なピークを示すのに対し、このピークを全く示さないことによって特徴付けられている。
【００１６】
この薄板状シリカ多孔体は例えば、平均粒子径が２０μｍ以下のケイ酸原料と石灰原料とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせて、薄板状ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを調製したのち、これに酸性物質を導入し、この中の酸化カルシウムを徐々に溶解除去し、薄板状シリカ多孔体を形成させることによって、また繊維状シリカ多孔体は、例えば平均粒子径が２０μｍ以下のケイ酸原料と石灰原料とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせ、まず薄板状ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを生成させ、さらに水熱反応を継続させて、繊維状ケイ酸カルシウム含有水性スラリーへと転移させたのち、これに酸性物質を導入し、この中の酸化カルシウムを徐々に溶解除去して、繊維状シリカ多孔体を形成させることによって製造される。
【００１７】
そして、上記の酸性物質による酸化カルシウムを溶解除去する際に、まず酸化カルシウムの一部を溶解除去させる量の酸性物質を用いてシリカ多孔体を形成させたのち、さらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残りの酸化カルシウムと反応させると、ヒドロキシアパタイトが生成し、これが多孔体の表面を被覆するので、本発明のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体が得られる。
【００１８】
上記のリン酸発生物質としては、例えばリン酸三ナトリウム、リン酸三カリウムのようなリン酸三アルカリ金属塩、リン酸水素二ナトリウム、リン酸水素二カリウムのようなリン酸水素二アルカリ金属塩、リン酸二水素ナトリウム、リン酸二水素カリウムのようなリン酸二水素アルカリ金属塩及び対応するアンモニウム塩が用いられる。
【００１９】
なお、上記の薄板状シリカ多孔体の製造に際しては、繊維状シリカ多孔体や二次粒子凝集体が副生するが、水熱反応を薄板状ケイ酸カルシウムの種結晶の存在下で行うと、これらの副生物の生成が抑制され、選択的に薄板状シリカ多孔体を得ることができるので好ましい。
【００２０】
この種結晶としては、あらかじめケイ酸原料粉末と石灰原料粉末とを水又は水酸化アルカリ水溶液中で水熱反応させて得られる反応混合物の中から、繊維状ケイ酸カルシウム及び二次粒子凝集体のようなきょう雑物を除き、純粋な薄板状ケイ酸カルシウム結晶として回収したものを用いる。
【００２１】
この種結晶は、ケイ酸原料と石灰原料との合計質量に基づき０．０１〜１０質量％の割合で添加される。この種結晶としては、通常、長径５〜５０μｍ、厚さ０．０５〜０．５μｍ、長径と厚さのアスペクト比１００〜３００のものが用いられるが、この種結晶のサイズを適当に選択することにより、得られる薄板状ケイ酸カルシウムの長さを１〜３０μｍの範囲で調節することができる。
【００２２】
種結晶を添加しない場合には、原料のＣａＯ／ＳｉＯ2モル比を１．５にした場合、水熱反応条件を適切に選ぶことにより、薄板状ケイ酸カルシウムを生成させることが可能であったが、球状の二次粒子凝集体の混入を避けることができず、この混入を避けるためにはＣａＯ／ＳｉＯ2モル比を１．９以上にする必要があった。
しかし、本発明方法においては、この種結晶の添加によりＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が１．２以下においても安定的に純粋な薄板状ケイ酸カルシウムを生成させることができる。
【００２３】
また、上記の二次粒子凝集体の形成を抑制するには、ケイ酸原料と石灰原料の合計質量の１０倍以上の水又はアルカリ水溶液を用いなければならなかったが、種結晶の添加により４倍程度であっても、二次粒子凝集体の形成なしに薄板状ケイ酸カルシウムを生成させることができる。
【００２４】
さらに、種結晶を添加しない場合、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比を最適の２．０に選んでも、水熱反応温度のわずかな差により、球状の二次粒子凝集体や繊維状ケイ酸カルシウムを生じ、品質的に不安定になるのを免れなかったが、種結晶の添加により、このような形状の異なる生成物の混入を抑制することができ、安定した品質の薄板状ケイ酸カルシウムを得ることができる。
【００２５】
上記の方法において用いられるケイ酸原料としては、通常ケイ酸原料として用いられているものであればよく、特に制限はない。このようなケイ酸原料としては、例えば石英、ケイ砂、非晶質ケイ酸、ホワイトカーボン、ナトリウム長石、カリ長石、ガラス、陶石、シラス、フライアッシュ、スラグ、パーライトなどのケイ酸含有物質を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２６】
これらのケイ酸原料は、平均粒子径２０μｍ以下であることが必要であるが、スラリー中の分散性、水熱反応性、経済性など、特に分散したケイ酸カルシウムの板状化及び繊維状化の面から、通常平均粒子径０．０１〜２０μｍ、好ましくは０．１〜１８μｍの範囲のものが選ばれる。
【００２７】
次に、このケイ酸原料と併用される石灰原料としては、通常の石灰原料として用いられるもの、例えば生石灰（酸化カルシウム）、消石灰（水酸化カルシウム）などの粉末を用いることができる。これらは単独で用いてもよいし、２種類以上を組み合わせて用いてもよい。この石灰原料の粘度としては、ケイ酸原料と同じ平均粒子径をもつものが好ましいが、それ以外の粒度のものを用いても差し支えない。
【００２８】
前記シリカ原料と石灰原料は、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が０．６〜５．０、好ましくは１．０〜４．０の範囲になるような割合で用いることが望ましい。ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比０．６以下、又は５．０以上でもケイ酸カルシウムは得られるが、未反応シリカが多量に残り、これを除去しなければならないため、経済的でない。特に好ましい範囲は、１．８以上、特に２．０付近である。
【００２９】
水熱反応は、上記のケイ酸原料と石灰原料とを所定の割合で水又は水酸化アルカリ水溶液中に分散させて行う。この際の水酸化アルカリ水溶液としては、例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのようなアルカリ金属水酸化物を水に溶解して調製したものが用いられる。これらのアルカリ水酸化物は、単独で用いてもよいし、また２種類以上の混合物として用いてもよい。
【００３０】
この場合のアルカリ水溶液の濃度としては、０．０１〜１．０モルが好ましい。アルカリ水溶液の濃度が０．０１モル未満では、生成するケイ酸カルシウムの結晶形態を変化させたり、水熱反応を促進させるアルカリ添加効果が十分に発揮されない。また、１．０モルより高くしても、アルカリ添加効果の向上は認められない。
【００３１】
一方、シリカ原料と石灰原料を含む水又は水酸化アルカリ水溶液スラリーの濃度については特に制限はないが、水熱反応性及び体積効率などを考慮すると、ケイ酸原料と石灰原料との合計量に対し、水性溶媒を２〜３０倍質量の割合で含むスラリーが好ましい。
【００３２】
水熱反応は、例えばオートクレーブ中において、１００〜２５０℃の温度の範囲で実施される。この水熱反応は自生圧力下で進行するが、必要に応じ適当に加圧して反応を行ってもよい。また、反応中は反応速度を促進させるために、必要に応じて撹拌を行ってもよい。
【００３３】
水熱反応温度が１００℃未満では反応速度が遅すぎて長時間を要し、実用的でなく、また２５０℃を超えると自生圧力が高くなりすぎ、装置面などにおいて経済的に不利になる。反応時間は、スラリ−濃度、原料の種類や粒度、反応温度などに左右され、一概に定めることはできないが、通常は０．５〜２４時間程度で十分である。
【００３４】
次に、シリカ多孔体を形成させるために水熱反応を行ったのち、その反応混合物に酸性物質を導入し、副生する酸化カルシウムの一部を溶解、除去する。
【００３５】
この際の酸性物質としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、炭酸のような無機酸やギ酸、シュウ酸、酢酸、プロピオン酸、マレイン酸、乳酸、酸性陽イオン交換剤のような有機酸が用いられる。なお、この無機酸は硝酸アンモニウムのような塩の形でもよい。
【００３６】
この無機酸としては、塩酸、硝酸又はそれらの混合物が好ましいが、これらは、電離度が大きく、急激にｐＨを降下させるので、ｐＨが急激に降下しないように希釈した酸水溶液を徐々に添加する。このようにすれば、ケイ酸カルシウムの形態を変化させることなく、酸化カルシウムが除去される。なお、ケイ酸カルシウムの結晶性に応じては、ケイ酸カルシウムスラリーを室温ないし１００℃の範囲で加熱することによって、より効率的に酸化カルシウムを除去することができる。
【００３７】
これに対し、電離度が小さい酢酸、炭酸などの場合、高濃度の酸で直接ケイ酸カルシウムを処理しても、酸化カルシウムの除去も徐々に進行し、ケイ酸カルシウムの形態が維持された薄板状シリカ多孔体となる。また、ケイ酸カルシウムスラリーを室温ないし１００℃の範囲で加熱すると電離度が大きくなり、酸化カルシウムの除去が促進される。
【００３８】
なお、炭酸で処理したケイ酸カルシウムは、薄板状シリカ多孔体と水に難溶性の炭酸カルシウムが得られるため、炭酸カルシウムを塩酸などで溶解除去する必要がある。この酸処理に必要な時間は、ケイ酸カルシウムの結晶化度、使用する酸の種類、濃度、処理条件などにより左右されるが、通常は１〜１２０分間の範囲である。
【００３９】
ケイ酸カルシウムから酸化カルシウムを除去するために用いる酸としては、有機酸も用いることができる。このような有機酸としては、ギ酸、酢酸、シュウ酸、プロピオン酸、マレイン酸、乳酸及び酸性陽イオン交換剤などが好ましい。
【００４０】
この酸処理としては、水熱反応により得られるケイ酸カルシウムスラリーに、二酸化炭素ガスを吹き込む方法が、酸化カルシウムを徐々に溶解除去しうる点で有利である。
【００４１】
このようにして、長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在するヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体を得ることができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、化粧品、生物組織用吸着剤、生物組織用分離剤などの生体親和性が要求される分野において好適に用いられる新規な材料であるヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以上本発明の課題を解決するための手段について一般的な説明を記述したが、次に実施例により本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、各例中の物性は以下の方法によって求めたものである。
【００４４】
（１）シリカ原料の平均粒子径と粒度分布
レーザー回析・散乱式粒度分布測定装置を用い、粒子径は体積基準で、平均粒子径（メジアン径）及び粒度分布を求めた。
【００４５】
（２）寸法測定
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用い、約３０個の寸法測定を行い、平均寸法とした。
【００４６】
（３）ＢＥＴ比表面積、全細孔体積及び平均細孔径
ＢＥＴ比表面積測定装置を用い、２５０℃で十分に加熱脱気した試料について、窒素ガスを吸着させる多点法による比表面積、全細孔体積及び平均細孔径を求めた。
【００４７】
（４）ケイ酸含有率
ケイ酸含有率は、蛍光Ｘ線を用いて測定した。
【００４８】
（５）透過率（Ｄａｒｃｙ）
濾過面積９．６ｃｍ2の円柱状加圧濾過器を用い、濾過板の上に約３ｃｍのケーク層を形成させ、次にケーク層を崩さないように２００ｍｌの水を注ぎ込み、０．５ｋｇ／ｃｍ2で加圧し、濾液の採取量から透過率（Ｄａｒｃｙ）を求めた。
【００４９】
（６）チトクロームＣの吸着率
ｐＨ４に調整した５００μｇ／ｍｌのチトクロームＣ水溶液を１００ｍｌ採取し、これに試料０．３ｇを投入して３０℃の恒温インキュベ−ターで１時間浸透午後、５Ｃの濾紙を用いて濾過した。この濾液中のチトクロームＣの残量を分光光度計を用いて吸光度（波長４１０ｎｍ）を測定し、初期濃度との差から吸着率を求めた。
【００５０】
（７）吸油量
ＪＩＳ Ｋ５１０１に従い、試料１ｇを使用して行った。
【００５１】
参考例（種結晶の調製方法）
平均粒子径０．５μｍに粉砕した非晶質のケイ酸原料と生石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が２．０になるように混合し、原料全量に対して、質量比で２０倍質量の０．１モルのＮａＯＨ水溶液を加えてかきまぜ、スラリーを調製した。
次いで、このスラリーをオートクレーブ中に入れ、撹拌しながら２００℃で４時間水熱反応を行い、ケイ酸カルシウムスラリーを得た。得られたケイ酸カルシウムスラリーが薄板状ケイ酸カルシウムであることをＳＥＭ観察で確認した後、スラリーを洗浄濾過して原料全量に対して、質量比で２０倍質量の水を加え、ボールミルを用いて４８時間湿式粉砕し、洗浄濾過して１５０℃で乾燥処理することにより、種結晶を得た。
【実施例１】
【００５２】
平均粒子径１７．２μｍに粉砕した非晶質のケイ酸原料と生石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が２．０になるように混合し、原料全量に対して、質量比で１０倍の０．２モルのＮａＯＨ水溶液を加えてかきまぜ、スラリーを調製した。次いで、このスラリーをオートクレーブ中に入れ、撹拌しながら２００℃で８時間水熱反応を行い、ケイ酸カルシウムスラリーを得た。このスラリーを７０℃まで冷却して、０．２モルのＮａＯＨ水溶液の中和及びケイ酸カルシウム中の酸化カルシウムの７０質量％を溶解除去するのに必要な高濃度の酢酸（濃度９９．７％）を添加し、６０分間撹拌することによりシリカ多孔体を形成させたのち、残りの３０質量％の酸化カルシウムをヒドロキシアパタイト化するのに十分な量のリン酸水素二アンモニウムを添加し、７０℃において６０分間攪拌しながら反応させ、次いで１２０℃で乾燥処理することにより、ヒドロキシアパタイト被覆薄板状シリカ多孔体を得た。
このもののは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、２６°付近及び３２°付近に２θのピークを有していた。このものの物性を表１に示す。
【実施例２】
【００５３】
平均粒子径０．５μｍに粉砕した非晶質のケイ酸原料と生石灰原料とを、ＣａＯ／ＳｉＯ2モル比が１．５になるように混合し、原料全量に対して、質量比で参考例で得た種結晶０．１ｗｔ％と１０倍の水を加えてかきまぜ、スラリーを調製した。
次いで、このスラリーをオートクレーブ中に入れ、撹拌しながら２００℃で２時間水熱反応を行い、ケイ酸カルシウムスラリーを得た。
次に、ケイ酸カルシウムスラリーを７０℃まで冷却し、ケイ酸カルシウム中の酸化カルシウムの７０質量％を除去するのに必要な高濃度の酢酸（濃度９９．７％）を添加し、１０分間撹拌した。これを洗浄濾過した後水を加え、残りの酸化カルシウムをヒドロキシアパタイト化するのに十分な量のリン酸水素二アンモニウムを添加し、７０℃で６０分間撹拌した後、洗浄濾過して１２０℃で乾燥処理することにより、ヒドロキシアパタイト被覆薄板状シリカ多孔体を得た。
このもののは、Ｘ線回折スペクトルにおいて、２６°付近及び３２°付近に２θのピークを有していた。このものの物性を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体は、触媒担体、脱臭剤、濾過助剤、光拡散シート、インクジェット記録用シート、トナー、感光材料、顔料、太陽電池用基板、液晶表示素子、染料熱転写シート、耐熱性樹脂、紫外線遮蔽剤、ガス検出素子、各種フィラーなどとして有用である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体。
【請求項２】
平均粒子径２０μｍ以下のケイ酸原料粉末と石灰原料粉末とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせて、ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを調製したのち、酸性物質を加えてスラリー中の酸化カルシウムの一部を溶解除去して多孔体を形成させ、次いでさらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残存する酸化カルシウムと反応させてヒドロキシアパタイトを形成させて多孔体の表面をヒドロキシアパタイトで被覆することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項３】
反応混合物から薄板状シリカ多孔体を分離、回収し、乾燥後さらに３００〜１４００℃で加熱処理する請求項２記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項４】
ケイ酸原料が石英、ケイ砂、非晶質ケイ酸、ホワイトカーボン、長石、陶石、ガラス、シラス、フライアッシュ、スラグ及びパーライトの中から選ばれたケイ酸含有物質の少なくとも１種類である請求項２又は３記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項５】
石灰原料が生石灰又は消石灰あるいはその混合物である請求項２、３又は４記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項６】
酸性物質が無機酸の水溶液又は希釈水溶液である請求項２ないし５のいずれかに記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項７】
無機酸が塩酸、硫酸、硝酸及び炭酸の中から選ばれた少なくとも１種である請求項６記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項８】
酸性物質が有機酸水溶液である請求項２ないし５のいずれかに記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項９】
有機酸が、ギ酸、酢酸、シュウ酸、プロピオン酸、マレイン酸、乳酸又は酸性陽イオン交換剤である請求項８記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項１０】
酸性物質がガス状二酸化炭素である請求項２ないし５のいずれかに記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項１】
長さ０．３〜５０μｍ、幅０．１〜２０μｍ、厚さ０．０５〜１．５μｍ、長さと厚さのアスペクト比５〜３００、平均細孔径１〜３０ｎｍ、全細孔体積０．１〜１．５ｍｌ／ｇ、ＢＥＴ比表面積５０〜８００ｍ2／ｇを有し、かつＸ線回折スペクトルにおいて、ヒドロキシアパタイト固有の２６°付近及び３２°付近に２θのピークが存在することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体。
【請求項２】
平均粒子径２０μｍ以下のケイ酸原料粉末と石灰原料粉末とを、それぞれＳｉＯ2及びＣａＯに換算したときのモル比ＣａＯ／ＳｉＯ2が０．６〜５．０になる割合で混合し、水又は水酸化アルカリ水溶液の存在下で水熱反応を行わせて、ケイ酸カルシウム含有水性スラリーを調製したのち、酸性物質を加えてスラリー中の酸化カルシウムの一部を溶解除去して多孔体を形成させ、次いでさらにリン酸又はリン酸発生物質を加えて、残存する酸化カルシウムと反応させてヒドロキシアパタイトを形成させて多孔体の表面をヒドロキシアパタイトで被覆することを特徴とするヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項３】
反応混合物から薄板状シリカ多孔体を分離、回収し、乾燥後さらに３００〜１４００℃で加熱処理する請求項２記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項４】
ケイ酸原料が石英、ケイ砂、非晶質ケイ酸、ホワイトカーボン、長石、陶石、ガラス、シラス、フライアッシュ、スラグ及びパーライトの中から選ばれたケイ酸含有物質の少なくとも１種類である請求項２又は３記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項５】
石灰原料が生石灰又は消石灰あるいはその混合物である請求項２、３又は４記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項６】
酸性物質が無機酸の水溶液又は希釈水溶液である請求項２ないし５のいずれかに記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項７】
無機酸が塩酸、硫酸、硝酸及び炭酸の中から選ばれた少なくとも１種である請求項６記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項８】
酸性物質が有機酸水溶液である請求項２ないし５のいずれかに記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項９】
有機酸が、ギ酸、酢酸、シュウ酸、プロピオン酸、マレイン酸、乳酸又は酸性陽イオン交換剤である請求項８記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【請求項１０】
酸性物質がガス状二酸化炭素である請求項２ないし５のいずれかに記載のヒドロキシアパタイト被覆シリカ多孔体の製造方法。
【公開番号】特開２００６−２８２４４６（Ｐ２００６−２８２４４６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０４４３９（Ｐ２００５−１０４４３９）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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