アパタイトセメントの硬化機構の解析および硬化時間短縮に関する研究

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アパタイトセメントの硬化時間(現状では約30分以上)短縮を目的としてアパタイトセメントにおける硬化反応を熱力学的に解析、律速段階を検討した。熱力学分析のためにアパタイトセメントを蒸留水で懸濁液すると、懸濁液のpHが上昇し、またカルシウムイオン濃度もそれに伴い上昇した。一方、リン酸イオンは微量しか検出できなかった。アパタイトセメントの構成成分であるリン酸四カルシウムならびにリン酸水素カルシウムはそれぞれ加水分解すると下式のようにアパタイトを生成することが知られており、pHおよびカルシウムイオン濃度の上昇はリン酸四カルシウムの溶解が反応系に対して供給過リン酸四カルシウム 3C_<a4>(PO_4)_2O+3H_2O→C_<a10>(PO_4)_6(OH)_2+2C_a(OH)_2 (1)リン酸水素カルシウム 10C_aHPO_4+2H_2O→C_<a10>(PO_4)_6(OH)_2+4H_3PO_4 (2)剰になっている、つまりリン酸水素カルシウムの溶解が律速段階になっていることを示していた。リン酸水素カルシウムは主にリン酸成分を反応系に供給する役割を担っているので練和液をリン酸ナトリウム水溶液にすることによりリン酸水素カルシウムの溶解反応であった硬化反応の律速段階を解除した。新しい系におけるアパタイトセメント硬化時間を測定すると約5分であり当初の目的が達成できた。硬化時間を短縮したことにより、骨充填など迅速な硬化が必要とされる領域にもアパタイトセメントの適用が可能となった。新しい系におけるアパタイトセメント硬化体(迅速硬化型アパタイトセメント)の最終的な機械的強さは従来のアパタイトセメントのそれと同じであった。一方、迅速硬化型アパタイトセメントでは迅速な硬化のため、従来のアパタイトセメントには見られなかった初期機械的強さを有していることがわかった。