用作牙膏磨擦剂和增稠剂的二氧化硅

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通常, 中低档牙膏出于成本考虑, 不愿使用价格 略高的沉淀法二氧化硅, 只是单纯选用 CMC 作为 增稠剂。但是依 靠增加 CM C 的用 量提 高膏 体粘 度, 会使膏体过稠, 牙膏长期贮存后会发生出水、反 粗现象, 且膏体外观无光泽, 刷牙粘口, 影响消费者
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无机盐工业
第 37 卷第 2 期
的购买欲。国外的牙膏配方以及中外合资企业的品 牌牙膏, 如高露洁、佳洁士、洁诺等, 一般都要添加沉 淀法二氧化硅作为增稠剂。表 1 给出了国外牙膏配
方中二氧化硅和天津化工研究设计院二氧化硅性能 指标。
表 1 增稠型二氧化硅的主要性能指标
样品
颜色 状态 气味 w ( S iO 2) / %
w ( 重金属) / 10- 6
w ( 加热减量) / w ( 灼烧减量) / 吸油值/
%
%
( mL#g- 1)
pH
粒度/ Lm
国外配方 中 SiO 2
白色
粉末
Abstract: T he function and technical requirement of precipit ated silica used as thickening and abrasive agent in toothpaste are described. I t can prov ide ex cellent pseudoplasticity and thixotropy when the thickening silica added in the fo rmulation of toothpaste. Its t hickening effect is remarkable and stabitity is good during store in long perio d. As an abrasive agent, it has the adv antages of strong ability of cleaning teeth, good physical and chemical proper ties and good compatibility w ith o ther ingredients. It is specially pointed out that the precipitated silica w ith low abradability and low r efractivit y is suitable for making the children- use and transparent toothpaste.
2 牙膏磨擦剂
牙膏配方中磨擦剂占有很大的比重, 因为仅用 牙刷和水是不能清除牙齿表面的污渍的。磨擦剂为 固体清洁原料, 可去除牙齿上的噬菌斑、食物残渣和 残留的污垢。好的磨擦剂不但要有清洁、去斑、洁齿 的作用, 而且不能使牙齿受到过多的磨损。常用的 磨擦剂为天然矿物质和合成的非有机物, 如方解石、 轻质碳酸钙、氧化铝、磷酸氢钙等。沉淀法二氧化硅 作为牙膏磨擦剂具有洁齿能力强、物理性能好、化学 性质稳定、与牙膏膏体中其它配料的相容性好的优
表 2 牙膏粘度随时间的变化
时间/
粘度/ ( Pa#s)
d 无 SiO 2 产品 罗纳产品 迪高沙产品 琥珀产品 天津院产品
0
15
18
15
18
18
5
12
18
15
18
18
10
10
18
15
18
18
15
8
15
15
18
18
20
8
15
12
18
16
40
6
15
12
15
16
60
6
15
12
15
16
90
3
12
12
15
16

\97
[ 30
[7
[5
\2. 3 6. 4~ 7. 4 5~ 8
天津院 SiO 2
白色 粉末

98. 2
6
5. 5
4. 6
3. 0
6. 8
5. 8
w ( < 45 Lm w ( 硫酸盐) /
粒子) / %
%
\97
[2
100
0. 3
牙膏粘度随时间的变化是考察牙膏稳定性和膏 体配方结构是否合理的重要指标之一[ 2] 。表 2 给出 了几种添加了沉淀法二氧化硅的膏体和未添加沉淀 法二氧化硅膏体的粘度随贮藏时间的变化。
INORGAN IC CHEMICAL S INDUST RY
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用作牙膏磨擦剂和增稠剂的二氧化硅
马慧斌1, 朱春雨1, 宁延生1, 云泽拥2, 王 凯3
( 1. 天津化工研究设计院, 天津 300131; 2. 天津渤海职业技术学院; 3. 山东海化股份有限公司)
摘要: 综述了沉淀法二氧化硅用于牙膏增稠剂和磨擦 剂的作用和技术要求。增稠型二 氧化硅引 入牙膏配方 后 提供很好的假塑性和触变性, 增稠作用显著, 长期贮存稳定性好。二氧化硅作为牙 膏磨擦剂具 有洁齿能 力强、物 理 性能好、化学性质稳定、与牙膏膏体中其它配料的相容性好的优点。特别指出了低 磨蚀、低 折光率的 二氧化硅用 于 儿童牙膏和透明牙膏。
表 4 透明牙膏专用二氧化硅磨擦剂的性 能指标
编号 RD A D BP/ ( mL#g- 1)
T- Ñ 70
1. 03
T- Ò 58
1. 25
T- Ó 58
1. 20
BET / ( m2#g- 1) 89 110 128
RI T / % 1. 442 75 1. 438 78 1. 430 82
4) 特种沉淀法二氧化硅磨擦剂。特种沉淀法二 氧化硅磨擦剂主要是指在二氧化硅合成工艺中添加 不同的功能助剂, 以改善二氧化硅的微观结构, 使之 可以与牙膏中的其它组分具有更好的相容性。与氟 化物[ 4] 、洗必泰[ 5] 、血根碱[ 5] , 以及中草药提纯的脱
因为沉淀法二氧化硅是由硅氧四面体构成的三维网状结构可在水溶液中高度分散并使大?自由水转变为网络结构中的结合水当这种网状结构在受到外?的破坏作用时可迅速变为低粘滞性的悬浮液外?一旦消除网状结构可利用其表面羟基的氢键作用恢复成均相塑性体状态粘度逐渐增大
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无机盐工业
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由表 2 看出, 与不加入沉淀法二氧化硅的牙膏 粘度变化相比较, 加入沉淀法二氧化硅的膏体粘度 变化较小, 说明沉淀法二氧化硅的增稠作用显著; 天 津化工研究设计院自行研制开发的牙膏配方专用的 高结构二氧化硅增稠剂, 其应用性能已达到国外同 类产品水平, 长期贮存稳定性优于国外产品。
同时, 二氧化硅增稠剂的比表面积大, 对香料的 吸附力强, 使牙膏的香气变得柔和持久, 提高膏体光 泽度, 口感更为细腻。
好的假塑性和触变性。因为沉淀法二氧化硅是由硅
氧四面体构成的三维网状结构, 可在水溶液中高度 分散, 并使大量自由水转变为网络结构中的结合水, 当这种网状结构在受到外力的破坏作用时, 可迅速 变为低粘滞性的悬浮液, 外力一旦消除, 网状结构可 利用其表面羟 基的氢键作用恢复成均 相塑性体状 态, 粘度逐渐增大。在牙膏的制作和使用过程中, 膏 体的假塑性和触变性好, 可经得起机械加工, 组分不 会受到破坏, 同时在流态化过程中, 膏体粘度的降低 有利于减少灌装的磨擦力, 提高生产效率; 静止后, 膏体表观粘度逐渐增大, 管体形状丰满, 挤出的牙膏 粘附性强, 同时保证其贮藏稳定性, 以满足牙膏货架 期的要求[ 1] 。
点。二氧化硅磨擦剂还 可以显著加强 氟的生物活 性, 使氟离子可直接被牙齿吸收, 更有利于防龋。国 外早在 20 世纪 60 代就开始使用沉淀法二氧化硅作 为牙膏磨擦剂, 现二氧化硅磨擦剂的用量占全部沉 淀法二氧化硅产量的 7% 左右; 中国对牙膏专用的 沉淀法二氧化硅磨擦剂开发较晚, 用量仅占全部生 产能力的 1% 。
Key words: silica; toothpaste; thickening agent; abrasive agent
无定形二氧化硅可依据其制备原理的不同分为 气相法二氧化硅和液相法二氧化硅。前者在牙膏配 方中的应用极少, 而后者又可根据生产工艺分为二 氧化硅凝胶和沉淀法二氧化硅。口腔护理产品的最 新趋势表明, 沉淀法二氧化硅占据了很大的市场份 额。这主要是因为可通过控制沉淀工艺过程因素的 变化来调节沉淀法二氧化硅的结构, 实现其产品的 多样性, 配合不同厂家的牙膏配方, 实现其增稠、磨 擦、抛光功能。
表 3 不同 RDA 沉淀二氧化硅的性能指标
编号 RDA M R- Ñ 118 M R- Ò 96 M R- Ó 72
DBP/ ( mL#g- 1) 0. 92 1. 05 1. 21
BET / ( m2#g- 1) 56 70 96
D 50/ Lm 5~ 8 5~ 8 5~ 8
2) 低磨蚀沉淀法二氧化硅磨擦剂。低磨蚀沉淀 法二氧化硅磨擦剂 RDA 一般在 50~ 90 之间。按照 传统观点, 磨蚀量低则去污能力差, 但是只要适当地 提高填充量, 仍然可获得高效的去污效果。图 1 为 天津化工研究设计院的低磨蚀产品 LR- Ñ型和 Ò 型与高磨蚀产品 MR- Ñ 的 RDA 与填充量的关系。 这种 RDA 非常低的产品适合于配制儿童牙膏。对 于处在生长发育期的儿童来说, 选用的牙膏不应具
敏物质相容的沉淀法二氧化硅是牙膏级磨擦剂开发 的新热点。
3 结束语
二氧化硅作为牙 膏的磨擦剂和增稠剂在国外 20 世纪 60 年代就已开始采用, 目前美国市场有一 半牙膏使用了沉淀法二氧化硅。在德国、法国, 以及 周边国家, 如日本、印度, 都广泛地把二氧化硅作为 牙膏的磨擦剂。中国是 世界上牙膏生 产和使用大 国, 2002 年中国牙膏产量达 36 亿只, 但大多停留在 低档产品上, 高档产品主要为美国 P& G 公司的/ 佳 洁士0 、高 露洁 公司( Colgate - Palmolive) 的/ 高露 洁0、英荷联合利华的/ 洁诺0, 以及好来化工的/ 黑 人0等。随着城镇居民人均收入的迅速增长, 人们对 牙膏的需求也呈现多样化趋势, 以二氧化硅作为牙 膏的磨擦剂和增稠剂的中高档牙膏所占有的市场份 额将越来越大。中国知名牙膏生产厂家应抓住这一 商机, 积极和二氧化硅研究部门联合攻关, 生产出具 有自主知识产权的优质产品, 以参与国际竞争, 振兴 民族工业。
天津化工研究设计院开发的沉淀法二氧化硅磨 擦剂主要有 3 个系列产品。
1) 普通沉淀法二氧化硅磨擦剂。普通沉淀法二 氧化硅磨擦剂为中等磨蚀产品, 其 RDA ( 即牙本质 磨损值) 一般在 90~ 120 之间, 对于去除牙齿污垢效 果明显。因为牙齿表面不断形成一层蛋白质膜, 食 品和饮料使牙齿表面变色,采用中等磨蚀度的沉淀 法二氧化硅去除陈旧的污垢具有明显效果。而且通 过调整工艺参数, 得到不同 RDA 的系列化产品, 可 灵活地应用于不同牙膏配方。表 3 给出了天津化工 研究设计院研制的不同 RDA 的沉淀法二氧化硅产 品的性能指标。
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马慧斌等: 用作牙膏磨擦剂和增稠剂的二氧化硅
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有太高的磨蚀性, 因为磨擦剂的颗粒会对牙本质和 牙釉质造成伤害。同时低磨蚀二氧化硅的折光率与 所添加体系相配合, 可制造出带有乳光的彩色半透 明牙膏, 对儿童消费者有更大的吸引力。
图 1 R DA 与填充量的关系
3) 高透明二氧化硅磨擦剂。高透明二氧化硅磨 擦剂属低磨蚀、低折光率产品。最早的透明牙膏使 用凝胶路线产品, 但凝胶二氧化硅的固有折光率约 为 1. 46, 而且 RDA 往往在 150 以上, 虽然洁齿效果 优异, 但对牙齿的磨损也大。所以选择相对低磨耗 的沉淀法二氧化硅作为透明牙 膏的磨擦剂更 为合 适。它可以最大限度地清除牙齿表面膜状物, 不会 引起坚硬的牙组织过度磨损[ 3] 。同时, 沉淀法二氧 化硅的折光率( RI) 可随工艺条件的不同在 1. 41~ 1. 45 之间变化, 在 70% ( 质量分数) 山梨醇溶液中的 透光性( T ) 达 75% 以上。表 4 给出了天津化工研究 设计院研制的 3 种透明牙膏专用二氧化硅磨擦剂的 性能指标。
1 牙膏增稠剂
牙膏中的增稠剂起增粘和稳定膏体的作用。增 稠剂使膏体表观粘度增大, 可悬浮起较重的磨擦剂 和抛光颗粒, 预防牙膏中固液组分分离。增稠剂的 性能将直接影响到牙膏的稳定性。增稠剂一般包括 精致膨润土、羧甲基纤维素钠( CMC) 、汉生胶、二氧 化硅等。
二氧化硅用作牙膏增稠剂主要是为膏体提供很
关键词: 二氧化硅; 牙膏增稠剂; 牙膏磨擦剂 中图分类号: T Q 127. 2 文 献标识码: A 文章 编号: 1006- 4990( 2005) 02- 0007- 03
Sil ica for toothpaste as abrasive and thickening agent
M a Huibin1 , Zhu Chunyu1, Ning Y ansheng1 , Y un Zeyong2 , Wang K ai3 ( 1. T ianj in Research & Design I nstitute of Chemical I ndustry , T ianj in 300131, China; 2. T ianj in Bohai Pr of essional T echnology College; 3. S handong S har eholding Co . Ltd . )
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