牙膏基础配方设计理论第一讲牙膏基础配方的结构设计

1、牙膏基础配方设计理论第一讲牙膏基础配方的结构设计 口腔护理用品工业 第二十一卷第四册 32 2011 8 ORAL CARE INDUSTRY 年 月 · · 讲座 牙膏基础配方设计理论 徐春生 510897 广州市倩采化妆品 第一讲 牙膏基础配方的结构设计 摘 要 简要介绍了牙膏配方的组分构成 重点讨论了磨擦剂 赋型剂 增稠剂 发 泡剂四类关键组分对牙膏结构与性能的影响 关键词 牙膏基础配方设计 牙膏结构 1 牙膏配方的组分构成和关键比例 若稍有变化就会对牙膏的性能带来很大的影响 1 1 组分构成 在制定牙膏基础配方时 还须注意以下几点 1 根据长期的配方实践和膏体结构理

2、论 牙膏各 当牙膏胶水的粘度较高时 磨擦剂的需要 组分的用量范围如下 量就较少 否则膏体太稠厚 反之 则需投入较多的 一般牙膏的配比见表1 磨擦剂粉料 表1 2 甘油 山梨醇等多元醇类物质在液相中用 成分 含量 CMC 量要适当 如果甘油的浓度过高 等亲液溶胶 磨擦剂 40 50 将受影响 轻则溶胶的粘度下降 重则发生沉淀 赋型剂 10 30 增稠剂 1 2 3 表面活性剂也能使亲液溶胶的粘度下降 香精 0 5 1 5 所以发泡剂在牙膏中的用量不宜过多 以达到适当 发泡剂 1 5 2 5 的发泡量为宜 甜味剂 0 1 0 5 防腐剂 0 1 0 5 2 磨擦剂的设计要点 其它添加剂 0 1 2

3、 水 余量 2 1 磨擦剂与口腔健康的关系 2 1 1 使用磨擦剂的必要性 凝胶性牙膏的配比见表2 磨擦剂是去除牙垢和牙结石唯一安全有效的方 表2 法 牙膏中的磨擦剂有两个最基本的作用 成分 含量 磨擦剂 10 25 1 单独决定对牙表面沉积的去除效果 赋型剂 35 65 2 通过对牙表面沉积的去除达到减少菌斑病 增稠剂 0 2 1 的发生 香精 1 2 发泡剂 1 2 很多关于牙膏清洁能力的研究表明 只有含磨 甜味剂 0 1 0 5 擦剂的牙膏才能去除牙垢和牙结石 并保持牙齿的 防腐剂 0 1 0 5 清洁 液体牙膏中的表面活性剂对牙垢和牙结石只 其它添加剂 0 1 2 水 余量 有阻碍作用

4、 没有去除作用 在刷牙过程中 磨擦剂的清洁牙齿作用如下 1 磨擦剂颗粒的硬度比牙垢与牙结石高 在 各种组分的用量可在一定范围内变动 以求各 牙刷的压力下剪切破碎牙垢和磨除牙结石 种作用相互平衡 最终达到较满意的效果 2 1 2 关键比例 破碎的牙垢和牙结石被磨擦剂所分散 并 考虑牙膏的稳定性 流变性 外观 口感和洁白 与磨擦剂 表面活性剂乳化成悬浮物 降低粘性 包 括牙菌斑一起离开牙齿表面 牙齿 清洁口腔 特别要注意磨擦剂 赋型剂 增稠 剂 3 香精 发泡剂 水分这几种组分相互之间的比例 悬浮物易被水冲洗 完成清洁口腔与牙齿 2011 4 33 年第 期 徐春生 牙膏基础配方设计理论 的目的

5、相同数量的药物 这样就不影响牙膏使用的有效性 2 1 2 磨擦剂的生物学效果 有很多国家 牙膏已开始按照体积销售 2 2 2 大量的研究数据表明 磨擦剂是去除牙齿表面 与药物的相容性 沉积物的一个基本成分 但去除效果是有限的 其大 由于二氧化硅是化学惰性物质 因此比其它磨 小主要取决于它的磨擦值 研究结果表明 与中磨 擦剂拥有更好的药物相容性 2 2 3 擦值牙膏相比 低磨擦值牙膏对牙垢和牙结石的形 透明性 成几乎没有抑制能力 牙膏的透明性作为一个新的动向有助于改进口 刷牙是去除牙菌斑的关键 大多数关于牙膏磨 腔卫生习惯 二氧化硅的应用使牙膏的透明性成为 70 擦值的实验表明 如果牙菌斑已经形

6、成 已知的磨擦 可能 我们称之为凝胶牙膏 甘油和 的山梨醇 1 46 1 47 剂不能提高牙膏对牙菌斑的去除效果 磨擦剂对牙 的折光率约为 和二氧化硅的折光率比 70 菌斑由细微组织发展为坚硬组织有控制作用 因为 较接近 因此 当二氧化硅与甘油或 的山梨醇 它能使牙齿表面更加平滑 但是仅靠牙刷和磨擦作 结合时 牙膏就会出现透明现象 二氧化硅之所以 用只能起抑制效果 具有这种特性 与其含有可以调整含量的结晶水有 2 1 3 过度磨擦的风险 很大的关系 牙膏的过度磨擦已得到持续关注总的要求是 透明牙膏在美国和世界许多国家都受到欢迎 牙膏磨擦剂在去除牙结石以外不能有更高的磨擦 特别是在那些拥有较大漱

7、口水市场的国家 在那里 值 但是这个问题没有现实的解决方案 因为人与人 人们把对漱口水的兴趣转到了透明牙膏上 但是 在 之间牙面沉积的速度 口腔硬组织的保护方式 饮食 一些漱口水市场不大的国家 透明牙膏也取得了很 习惯等等都有很大的不同 不存在对每个人都适合 大的成功 的牙膏 透明牙膏的出现带来了两个新的重要特征 1 没有牙面沉积的人使用没有磨擦剂的牙膏就能 由于它是透明的 在口腔中使用之后 有非 达到满意的效果 一定程度的牙面沉积需要牙膏有 常清洁 明亮的感觉 50 70 2 相应程度的磨擦性来阻止沉积 的人需 由于它的扩散性较好 刷牙时在口腔中更 要使用有一定程度磨擦性的牙膏来阻止和去除牙

8、面 容易分散 刷牙后在口腔中更容易清洗 沉积 即使在这个人群中 磨擦性也仅是必要条件 低磨擦剂 高保湿剂的透明牙膏在清洁和磨擦 不能过度 方面与高磨擦剂 低保湿剂的牙膏相同 但更能提高 刷牙的兴趣和改进口腔卫生习惯 牙釉质的磨损不是问题 牙膏所选择的磨擦剂 对于孩子们来说 硬度都小于牙釉质 此外 牙釉质又被牙面沉积所覆 透明性 水果香味 鲜艳的颜色都可以帮助他们改进 盖 这些沉积物在刷牙时首先遇到磨擦剂的作用 口腔卫生习惯 2 1 4 理想的磨擦值标准 2 3 磨擦剂的种类和用量 从专业角度来说 对每一种牙膏 不可能存在理 传统牙膏中 为确保膏体的性能 磨擦剂的用量 40 想的磨擦值水平 在美

9、国 对磨擦值的要求是不断 至少在 以上 自二氧化硅得到应用以来 磨擦 25 变化的 从安全角度考虑 美国牙科协会磨擦试验 剂的用量降到了 或更低 并使磨擦剂对膏体性 委员会确定的 RDA 标准为50 200 为确保这个 能的贡献也相应下降 标准 需要综合考虑牙膏中使用磨擦剂的种类 细度 磨擦剂用量对膏体性能的影响主要有 和用量 1 牙膏在牙刷上的形状 2 2 2 磨擦剂与牙膏性能的关系 香气和香味的透发 取决于磨擦剂 牙膏 2 2 1 pH 比重 增稠剂和香精的释放速度 3 由于磨擦剂自身的比重较大 高磨擦剂含量牙 牙膏的流变特性 包括稠度 挤膏压力 1 5 1 7 膏的比重一般在 低磨擦剂含

10、量牙膏的比 磨擦剂的种类对膏体性能的影响主要有 重一般在1 3 1 4 由于牙膏是装在容器内以体积 1 颗粒感 2 而非重量被放到牙刷上使用 对于装在软管中按重 味道 量销售的牙膏 低密度牙膏明显比高密度牙膏能提 颗粒感主要取决于磨擦剂中大颗粒的存在 对 供更多的刷牙次数 某些顾客来说 随着比重的变化 应相应调整药 颗粒感被理解为牙膏具有较好的清 物如氟化物的用量 以确保相同体积的牙膏能提供 洁作用 对其它人来说 大颗粒会损伤口腔硬组织 34 2011 4 徐春生 牙膏基础配方设计理论 年第 期 是不受欢迎的 除了颗粒感以外 磨擦剂对膏体性 置前后样品的质量差 用下式来计算保湿率 Ha Hb

11、能的影响很小 现在对于不同的磨擦剂系统 味道 保湿率 外观和流变特性完全可以通过配方来调节 Ha Hb 式中 为放置后样品质量 为样品的起始 目前市场上的牙膏按所用磨擦剂可分为两种类 质量 型 3 3 对每次实验均重复 次平行实验 取 次结果 1 10 25 采用 二氧化硅的低磨擦剂含量 的平均值 以减少误差 测试的同时 需要记录室内 牙膏 二氧化硅用量的下降一般由保湿剂用量的上 空气的温度和湿度 升来弥补 甘油是牙膏中使用最早 目前仍然普遍应用的 2 40 50 采用 其它类型磨擦剂的高磨擦 OH 保湿剂 甘油分子中含有三个 与水分子形成 剂含量牙膏 氢键 将水束缚住 起到良好的吸湿保湿作用

12、 研究 这两种牙膏的典型配方结构可参见表3 表明 山梨醇的保湿性能与甘油相差不大 目前已 表3 是牙膏中最普遍使用的保湿剂品种 丙二醇保湿性 项目 低磨擦剂含量牙膏 高磨擦剂含量牙膏 能温和 并可增加牙膏中其它组分的溶解性 目前也 磨擦剂用量 10 25 40 50 成为牙膏中普遍使用的保湿剂品种 作为保湿剂的 磷酸氢钙 二水磷酸氢钙 二氧化硅凝胶 沉淀二 200 2000 聚乙二醇的分子量从 不等 分子量越小 磨擦剂 三水氧化铝 聚磷酸钙 碳 氧化硅 酸钙 不溶性磷酸钠 保湿性能越好 它可以替代甘油和丙二醇 保湿剂 山梨醇 甘油 聚乙二醇 山梨醇 甘油 3 2 赋型剂的抗冻性 二氧化硅凝胶

13、沉淀二 纯甘油冰点 17 9 随着甘油中水分含量增 CMC CMC 增稠剂 氧化硅 卡拉胶 卡拉胶 46 5 黄原胶 加 冰点逐步下降 但降至 后 如甘油含量 表面活性剂 香精 防腐剂 水等 继续降低 冰点反而逐步上升 不同浓度 重量 的甘油水溶液的冰点见表 2 4 磨擦剂与牙膏分类的关系 4 表4 一般来说 磨擦剂决定牙膏的性能和成本 因 浓度 10 20 30 40 50 60 66 7 80 90 此 按照磨擦剂类型分类是牙膏最基本的分类 冰点 1 6 4 8 9 5 15 4 23 34 7 46 5 20 3 1 6 磷酸氢钙价格昂贵 吸水量低 磨擦值适中 口 感好 用于生产高档牙膏

14、 考虑牙膏在冬天的运输 储存过程中会遇到低 二氧化硅价格较高 吸水量大 药物配伍性好 8 24 温 所以国家标准要求牙膏 温度时放置 小 用于生产中高档牙膏 时 恢复至常温后不影响膏体质量 根据这个要求 碳酸钙价格低廉 吸水量低 药物配伍性不良 如单一使用甘油做赋形剂 它在牙膏液相中的含量 对牙本质有一定的磨损 一般用来做低档牙膏 如 30 应该在 以上 丙二醇的抗冻性能优于甘油 但 用高比例的二氧化硅与碳酸钙复配 既可以显著降 6 是丙二醇味苦涩 不能用量过大 用量超过 时牙 低牙膏对牙本质的磨损 又可以保留牙膏对牙菌斑 膏口感不好 牙膏用山梨醇液由于添加了多糖类成 牙结石的清洁效果 一般用

15、来做中档牙膏 分 也具有非常好的抗冻性 3 赋型剂的设计要点 使用复配赋形剂时 首先要进行液相冰点试验 按照各赋形剂在牙膏液相中的浓度配制试验样品 赋型剂在牙膏中主要起两个作用 抗冻和保湿 8 48 3 1 赋型剂的保湿性 然后在带数字温度显示的 冰箱放置 小时测 试抗冻性 同时 还要做同样赋形剂结构的牙膏小 当牙膏暴露在空气时 膏体中的水分就会蒸发 样抗冻性试验 牙膏逐渐干结而难以挤出和使用 加入甘油 山梨醇 等赋型剂后 由于它们的吸湿性 减缓了水分的蒸 4 增稠剂的设计要点 发 当赋型剂与水的比例达到平衡时 膏体就不再失 4 1 增稠剂用量的确定 去水分 始终保持牙膏的膏状 赋型剂的保湿性

16、可以用以下方法测试 牙膏膏体是一种浓的固液相分散体系 其质点 8h 具有沉降动力学性质使系统具有相分离的趋势 每经过约 精确称取各样品质量 待样品质量 48h 不再明显减少后 大约 时结束称量 由继续放 必须使用增稠剂在液相中分散 溶解膨胀后提供稳 2011 4 35 年第 期 徐春生 牙膏基础配方设计理论 塑变值比其他聚合物低 CMC 定的三维空间网状结构 阻止或大大减缓小颗粒的 因此 使用 时需添加 CMC 沉降 使牙膏在保质期内保持稳定 其他触变性好的聚合物一起复配 经常与胶 一般牙膏中 增稠剂的用量可以通过已添加了 性二氧化硅 硅酸铝镁等复配 能够使膏体获得更好 20 增稠剂的牙膏液相

17、的粘度来确定 温度下 牙 的流变表现 1800 2800 mPa ·s 8 4 3 2 膏胶水的即时粘度 存放 小时 黄原胶的应用特性 2300 3300 mPa ·s 后的粘度在 由于不同磨擦剂 黄原胶胶体受温度影响不大 对酶稳定性好 且 pH 的吸水量有差异 碳酸钙型牙膏要求胶水粘度要偏 能在较宽的 值范围内应用 盐影响不敏感 对低 高一点 磷酸氢钙牙膏要求胶水粘度要偏低一点 浓度氟化物稳定 因此用黄原胶制作的牙膏具有优 同时 增稠剂的用量还要通过牙膏小样的稠度来做 良的稳定性 而且黄原胶具有很好的增稠和悬浮性 进一步验证 调整 对二氧化硅牙膏 通常是直接通 能 以黄原

18、胶制成的牙膏成条性好 不易下榻 挤膏 过牙膏小样的稠度来确定 压力小 膏体光亮 不拉丝 可与与羧甲基纤维素 4 2 增稠剂种类的选择 CMC 复配使用 4 3 3 对于牙膏而言 触变性和假塑性是非常重要的 羟丙基瓜尔胶的应用特性 良好的触变性可以使牙膏对抗外界的变化 使牙膏 羟丙基瓜尔胶具有优良的耐盐性 良好的触变 pH 能很好地形成骨架并停留在牙刷毛上 良好的假塑 性 以及能适应较宽 值范围的特性 属于非牛顿 性使牙膏具有良好的分散性 在刷牙时不糊口粘 流体中的假塑性类型 用它制成的牙膏具有良好耐 pH 腻 牙膏中增稠剂的种类对牙膏的触变性和假塑性 盐性和能适应较宽的 范围 并可以改善流体性 具有较大的影响 在牙膏配方设计过程中 通过采 能 膏体表面光亮 细腻 成条性好 也可与与羧甲基 CMC 用流变技术对牙膏的触变性 假塑性 屈服应力 蠕 纤维素 复配使用 变恢复分析和预剪切振动等性能进行比较分析 可 5 发泡剂的设计要点 以客观地反映不同配方牙膏的性能 有效地对牙膏