研究论文
羧甲基纤维素钠(SCMC)在牙膏工业中的应用
发布时间:2024-3-31
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一、概述:
牙膏是口腔卫生保健的日用品,是人类文明生活必须品,因此,牙膏作为商品的位置越来越重要。牙膏的基本功能是去垢洁齿,以达到口腔卫生,促进人类延 年益寿的目的,在牙膏中添加某些特殊添加剂或药剂,以防止某些口腔及牙科的常见病与多见病,达到口腔卫生保健与护理的目的,这是牙膏科学研究的成果,也是 牙膏在商品竞争中升级换代的必然结果。羧甲基纤维素钠在牙膏中即是润湿赋形剂又是胶粘剂,即它既起保护膏基水分,能保持膏基的流变性和触变性,便于机械加 工,能保持膏基的流动性以便于使用,客观存在还有保持膏基稳定性的效应,同时起使固相粉末与液体均质乳化,使其成为稳定的悬浮液。
众所周知,牙膏中的固相粉末颗粒在液体中沉降分离的速度与液体的粘度成反比,也与液体的流变性和稳定性有关,为使粉末稳定地分散在液体中,要靠胶粘 剂来改变液体的流变性,这样才能使牙膏的膏基得到稳定状态。胶粘剂分散在液体以后,形成一种具有一定粘度和稠度的液体,这种胶粘稠液是非牛顿流体,从对牙 膏的物理性能的要求看,胶粘剂在牙膏中的作用是:使用权牙膏有适当的粘度与稠度(即膏基的成条与骨架);牙膏自管口挤出有良好的流动性(即挤出的成形触变 性);膏体不腻嘴,刷牙时分散迅速,漱洗容易(胶体的扩散性);牙膏贮存期间须膏基稳定,不能分离出水(即胶体的稳定性);同时要求膏基细腻光泽,磨料分 散均匀,不结粘变粗,具有很好的胶体感观性。牙膏常用的胶粘剂有如下三类,一类是纤维素醚类,如羧甲基纤维素钠,羟乙基纤维素等,一类是天然胶,如黄胶、 海藻胶、鹿角菜胶等;另一类是无机胶,如二氧化硅凝胶、胶性硅酸铝镁和改性膨润土等。其中,一般厂家最常用的胶粘剂,是羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素或它 们的复配物。
二、牙膏的制造工艺简介
牙膏的制造工艺随着科学技术进步,制造工艺经历了三个历程的变革和发展:一种以早期的间歇式制膏工艺;一种是当代的真空制膏工艺,另一种是在真空制膏工艺基础上发展起来的,是当代国际上最先进的制膏工艺之一,即程控制膏工艺。
1、间歇式制膏工艺流程:
间歇式制膏是我国“合成洗涤型牙膏”冷法制膏工艺中普遍采用的工艺,其主要特点是投资少,而它的不足之处是工艺卫生难以达标。因此,已被真空制膏工艺取代而逐步被淘汰。其流程图如下:
2、真空制膏工艺
真空制膏工艺是在负压下进行的加工制膏,是当今国内、外牙膏制造工业普遍采用的先进工艺,实际上也是一种间歇制膏,只是在真空(负压 0.094MPA以上)下操作,其主要优点是:①工艺卫生达标;②香料消耗减少,因此,可大大降低制造成本;③可为程控操作打好基础,为企业实现电脑控制 生产奠定基础。真空制膏工艺目前在国内有两种方法,一种是分步法制膏,它保留了老工艺中的发胶工序。然后把胶液与粉料、香料在真空制膏机中完成制膏,把拌 膏、均质、真空脱气“三合一”;另一种是一步法制膏,它从投料到出料一步完成制膏,发胶、拌膏、均质和脱气一次完成,称之为“四合一”制膏。真空制膏工艺 流程如下:
3、程控制膏工艺:
程控制膏工艺是当代国际上最先进的制膏工艺,世界著名的口腔用品大型企业公司均采用此工艺制造牙膏。它实际上是真空工敢的程控比,其工艺流程与操作 要点参照真空制牙膏参数编程序以后输入控制器而实现生产控制。即将配方讲师工艺参数、操作要点、质量标准等参数输入程序控制器,控制由两台真空制膏机组成 的组合生产线,交替生产形成边疆生产间歇程控制操作。程控制膏并配有大型物料贮存、讲师输送系统,输入程序控制器形成“中央控制室”指挥生产。
三、SCMC在各种功能性牙膏配方中应用实例。
牙膏是由膏基、容器和外包装组成,但使用牙膏主要是使用膏基,故一般牙膏是指膏基。膏基是一个复杂的混合物,它是由润湿赋形剂,胶粘剂、摩擦剂、洗涤发泡剂、香味剂与甜味剂,功能性添加剂与其它助剂及净水组成。
(一)普通类型牙膏
1、碳酸钙型(方解石粉)牙膏
名称
|
配方1 %W/W
|
配方2 %W/W
|
碳酸钙型(方解石粉)
|
48.00-52.00
|
48.00-52.00
|
羧甲基纤维素钠
|
1.00-1.60
|
1.00-1.60
|
甘油
|
12.00-15.00
|
5.00-8.00
|
山梨醇(70%)
|
|
10.00-15.00
|
香精
|
1.00-1.500
|
1.00-1.500
|
月桂醇硫酸钠
|
2.00-3.00
|
2.00-3.00
|
糖精
|
0.25-0.35
|
0.25-0.35
|
水玻璃或硝酸钾
|
0.05-0.30
|
0.05-0.30
|
磷酸氢钙
|
0.30-0.50
|
0.30-0.50
|
净水
|
余量
|
余量
|
2、磷酸氢钙型牙膏:
名称
|
配方1 %W/W
|
配方2 %W/W
|
磷酸氢
|
45.00-50.00
|
45.00-50.00
|
羧甲基纤维素钠
|
0.70-0.95
|
0.50-0.70
|
硅酸铝镁
|
|
0.40-0.80
|
甘油
|
20.00-27.00
|
10.00-12.00
|
山梨醇(70%)
|
|
13.00-15.00
|
焦磷酸钠
|
0.50-1.00
|
0.50-1.00
|
香精
|
1.00-1.30
|
0.90-1.10
|
月桂醇硫酸钠
|
2.00-2.80
|
2.00-2.80
|
糖精
|
0.20-0.30
|
0.2-0.3
|
净水
|
余量
|
余量
|
3、氢氧化铝型牙膏:
名称
|
配方1 %W/W
|
配方2 %W/W
|
氢氧化铝
|
50.00
|
47.00
|
羧甲基纤维素钠
|
1.10
|
1.20
|
甘油
|
|
15.00
|
山梨醇(70%)
|
27.00
|
5.00
|
月桂醇硫酸钠
|
1.00
|
1.00
|
糖精
|
1.50
|
2.5
|
磷酸二氢钠
|
0.30
|
0.30
|
磷酸氢钙
|
0.20-0.50
|
0.50-1.00
|
其它添加剂
|
1.80
|
3.60
|
4、透明型牙膏(二氧化硅牙膏):
名称
|
配方1 %W/W
|
配方2 %W/W
|
羧甲基纤维素钠
|
0.40-0.70
|
0.40-0.70
|
甘油
|
55.00-63.00
|
|
山梨醇(70%)
|
|
65.00-75.00
|
香精
|
1.00-1.20
|
0.80-1.00
|
月桂醇硫酸钠
|
1.00-2.00
|
1.00-1.80
|
糖精
|
0.10-0.20
|
0.10-0.15
|
磷酸二氢钠
|
0.20-0.50
|
|
其它添加剂
|
1.00-4.00
|
1.00-2.00
|
净水
|
余量
|
余量
|
(二)药物型牙膏:
药物型牙膏基本组成与普通牙膏无明显区别,但加入药物必须与其它组分有良好的配伍性,以确保膏体的稳定及牙膏的治疗效果。
1、防龋型牙膏
名称
|
配方1 %W/W
|
配方2 %W/W
|
单氟磷酸钠
|
0.76-0.80
|
|
氟化钠
|
|
0.22-0.24
|
磷酸氢钙
|
42.00-44.00
|
|
氢氧化铝
|
3.00-5.00
|
47.00-50.00
|
甘油
|
24.00-27.00
|
15.00-20.00
|
羧甲基纤维素钠
|
0.60-0.80
|
1.00-1.50
|
月桂醇硫酸钠
|
2.00-2.50
|
2.00-2.50
|
焦磷酸钠
|
0.50-0.80
|
|
磷酸二氢钠
|
|
0.20-0.40
|
糖精
|
0.20-0.30
|
0.20-0.30
|
香精
|
1.00-1.20
|
1.00-1.30
|
水
|
余量
|
余量
|
2、脱敏镇痛型牙膏:
名称
|
配方1 %W/W
|
配方2 %W/W
|
氯化锶
|
10.00
|
0.30
|
丹皮酚
|
|
0.05
|
硅藻
|
23.00
|
|
甘油
|
24.00
|
18.00
|
羧甲基纤维素钠
|
1.80
|
1.30
|
十二烷醇硫酸钠
|
1.70
|
2.50
|
香精
|
1.10
|
1.20
|
糖精
|
0.25
|
0.30
|
稳定剂缓冲剂
|
适量
|
适量
|
水
|
余量
|
余量
|
3、防牙结石牙膏:
名称
|
配方1 %W/W
|
配方2 %W/W
|
柠檬酸梓
|
0.30-1.50
|
0.30-1.50
|
氟化钠
|
0.10-0.50
|
|
聚磷酸盐
|
|
1.00-2.00
|
氢氧化铝
|
40.00-50.00
|
40.00-50.00
|
甘油
|
15.00-20.00
|
15.00-20.00
|
羧甲基纤维素钠
|
1.00-1.50
|
1.00-1.50
|
十二烷醇硫酸钠
|
2.00-2.50
|
2.00-2.50
|
香精
|
1.00-1.30
|
1.00-1.30
|
糖精
|
0.20-0.30
|
0.20-0.30
|
其它辅助剂
|
3.00-4.50
|
3.00-4.50
|
水
|
余量
|
余量
|
4、消炎止血牙膏
名称
|
配方1 %W/W
|
名称
|
配方2 %W/W
|
草珊瑚浸膏
|
0.05
|
冰片
|
0.05
|
止血环酸
|
0.05
|
丁香油
|
0.05
|
叶绿素铜钠盐
|
0.05
|
百里香酚
|
0.016
|
碳酸钙
|
50.00
|
尿素
|
3.00
|
甘油
|
15.00
|
氢氧化铝
|
50.00
|
羧甲基纤维素钠
|
1.40
|
甘油
|
15.00
|
十二烷醇硫酸钠
|
2.50
|
羧甲基纤维素钠
|
1.50
|
|
1.20
|
十二烷醇硫酸钠
|
1.50
|
|
|
香精
|
1.15
|
其它辅助剂
|
1.00
|
其它辅助剂
|
3.5
|
水
|
余量
|
水
|
余量
|
(三)复方牙膏:
牙膏复方新技术应用主要是提高牙膏功能,并克服单一配方存在着这样或那样的缺点或作用,使牙膏在洁齿与养生保健方面起更好效应。
1、磷酸含氟牙膏(高档牙膏)
名称
|
配方%W/W
|
名称
|
%W/W
|
磷酸氢钙
|
37.00-40.00
|
无水磷钙
|
7.00-10.00
|
|
|
|
|
单氟磷酸钠
|
0.76-0.80
|
氟化钠
|
0.08-0.12
|
甘油
|
15.00-17.00
|
山梨醇(70%)
|
5.00-10.00
|
羧甲基纤维素钠
|
0.80-1.00
|
硅酸铝镁
|
0.30-0.50
|
焦磷酸钠
|
0.50-0.80
|
二氧化钛
|
0.30-0.50
|
香精
|
0.80-1.20
|
糖精
|
0.20-0.30
|
二十烷醇硫酸钠
|
2.00-2.50
|
水
|
余量
|
2、复方脱敏牙膏:
名称
|
配方%W/W
|
名称
|
%W/W
|
氢氧化铝
|
44.00-46.00
|
二氧化硅
|
4.00-6.00
|
氯化锶
|
0.30
|
牡丹粉
|
0.10
|
丙二醇
|
8.00-12.00
|
山梨醇(70%)
|
8.00-12.00
|
羧甲基纤维素钠
|
1.00
|
汉生胶
|
0.30
|
十二烷醇硫酸钠
|
2.00-2.40
|
磷酸二氢
|
0.10-0.30
|
糖精
|
0.30
|
香精
|
0.80-1.20
|
乙醇
|
1.00
|
水
|
余量
|
3、消炎止血复方中草药牙膏:
名称
|
配方%W/W
|
名称
|
%W/W
|
方解石粉
|
56.00-60.00
|
二氧化硅
|
3.00-7.00
|
草珊瑚浸膏
|
0.05
|
细辛
|
0.15
|
甘油
|
10.00
|
山梨醇(70%)
|
10.00
|
羧甲基纤维素钠
|
1.00-1.20
|
硅酸铝镁
|
0.30
|
十二烷醇硫酸钠
|
2.00-2.40
|
硝酸钾
|
0.20
|
磷酸氢钙
|
0.50
|
叶绿素铜钠盐
|
适量
|
水
|
余量
|
|
|
4、复方物制剂养生保健牙膏:
名称
|
配方%W/W
|
名称
|
%W/W
|
磷酸氢钙
|
37.00-40.00
|
无水磷钙
|
7.00-10.00
|
SOD
|
0.0030-0.0090
|
水解动物蛋白
|
0.30-0.50
|
甘油
|
15.00-17.00
|
山梨醇(70%)
|
5.00-10.00
|
羧甲基纤维素钠
|
0.80-1.00
|
羟乙基纤维素
|
0.20-0.40
|
十二烷醇硫酸钠
|
2.00-2.50
|
焦磷酸钠
|
0.50-0.80
|
二氧化钛
|
0.30-0.50
|
糖精
|
0.20-0.30
|
香精
|
0.80-1.20
|
水
|
余量
|
四、牙膏组份及工艺对CMC性能的影响。
1、不同的氯化锶含量对SCMC粘度的影响如图-1所示:
从图1中可以看出SCMC粘度随SrCl2用量的增加而降低。
2、不同K12含水量量对SCMC的粘度影响如图-2所示:
从图-2可以看出SCMC粘度随K12含量的增加而下降。
3、不同的FE3+含量增加而迅速下降。
4、溶液的PH值对粘度的影响。
羧甲基纤维素钠溶液在一定的PH值范围内,其粘度变化很小,通常PH值为7-9的范围内,粘度值达到最大并最稳定,当PH值小于4.0时,由于羧甲基纤维素钠转化成羧甲基纤维素酸,粘度迅速增加,PH值大于10时,有所下降,粘度随PH的变化如图-4所示:
5、混合溶剂对粘度的影响:
高取代度的羧甲基纤维素钠在甘油、水混合溶剂体中粘度的变化近似于单组合水对粘度的变化。但是,在该混合溶剂中溶液的粘度值是绝然不同的,例如,在60%的甘油水溶液中,溶液的粘度是其在单独水溶液中的粘度值的10倍,混合溶剂对粘度的影响如图所示。
6、温度对粘度的影响:
在一般情况下,温度对SCMC溶液的粘度影响是可逆的,所以,温度变化对粘度不是永久的影响。但是,如果溶液在长期加热的情况下,温度可使SCMC降解,从而产生粘度永久降低。一般情况下,温度对粘度的影响如图所示。
7、微生物对SCMC溶液的影响:
尽管SCMC比其它水溶性胶更经得起微生物的侵犯,但是它的水溶液并不是免疫体。通常,通过高温杀菌消灭微生物。一般,在80%加热30分钟,或在100℃加热泪盈眶分钟,即可杀菌,而SCMC溶液理化指标变化甚少。
五、牙膏生产中如何配制所需粘度SCMC。
在实际应用中,往往会遇到手头能用的SCMC要么粘度偏高,要么粘度偏低,如何从这二种已知粘度的SCMC,混和成所需粘度SCMC。一般,可以通 过一种高粘度SCMC和一种低粘度SCMC混合成介于二者之间的粘度的SCMC,它们二者的组合(重量比)可以通过经验公式计算得出:
在实际工作中,我们知道,当1、2号粘度值相差越接近,理论计算出粘度和实际上混合测出粘度越接近,反之误差就越大。