普通碳酸钙型牙膏生产工艺计划书

PAGEPAGE15普通碳酸钙型牙膏生产工艺计划书一．前言世界上第一支管装牙膏诞生于1893年，至今已有一百余年历史。在29年之后，即1922年我国生产出第一支管装牙膏[1]。牙膏自18世纪50年代初问世以来，在很长的一段时间里，在商品性质和分类上都属于美容化妆品之列，它在国内外的化妆品学中也占有重要地位。牙膏是用来清洁牙齿、维护口腔卫生、预防口腔疾病的重要口腔护理用品，与人们的日常生活密切相关。牙膏工业是重要的日用化工行业之一，其生产水平的高低，既反映了国家工业文明的发展，也标志和影响着人民生活消费水平的高低[2]。美国牙科协会给牙膏的简明定义是：“牙膏是和牙刷一起用于洗净牙齿表面的一种物质”。其功能主要是辅助牙刷去除口腔中的食物残屑和牙垢，使口腔清爽，洁齿健齿等。牙膏的分类尚未规范。根据我国牙膏标准分为普通牙膏和药物牙膏两类，按其理化指标及包装得分评为A、B、C三级。普通牙膏又叫洁齿型牙膏，如上海美加净牙膏等；药物牙膏又称疗效型牙膏，如天津蓝天六必治牙膏等。二．产品介绍1.牙膏的性能具有适宜的摩擦力。在刷牙过程能产生适度的泡沫。含有抑菌的有效成分。提高牙齿和牙周组织的抗病能力。有舒适的香气和口感。具有一定的稠度，良好的外观和使用性能。具有物理和化学稳定性。(8)无毒性，对口腔黏膜无刺激性。2.牙膏的作用（1）物理作用：磨擦剂在牙刷的配合下，机械地刷除牙齿表面的附着物。（2）化学作用：发泡剂在刷牙过程中发泡、乳化、吸附口腔和牙齿内的污垢，对牙菌斑和牙垢产生溶解、分解、中和等作用。（3）生物作用：口腔中的细菌和食物残渣，通过牙膏各种成分（如杀菌剂）的综合作用，可有效地抑制、杀灭或去除这些有害物。2.1基本配方成分含量（%）摩擦剂40~50赋型剂10~30增稠剂1~2香精0.5~1.5发泡剂1.5~2.5甜味剂0.1~0.5防腐剂0.1~0.5其他添加剂0.1~2水余量2.2各成分基本作用2.2.1摩擦剂摩擦剂在牙膏中的作用是以机械的方法清除牙齿表面的污垢，起着洁齿的作用。磨擦剂是牙膏的主要成份，一般在中低档牙膏中占50%左右。通常应用的磨擦剂有碳酸钙、磷酸二氢钙、α-氢氧化铝、二氧化硅等。2.2.1.1摩擦剂的基本作用（1）决定对牙表面沉积的去除效果；（2）通过对牙表面沉积的去除达到减少菌斑病的发生。2.2.1.2清洁牙齿的作用过程（1）在牙刷的压力下剪切破碎牙垢和磨除牙结石；（2）破碎的牙垢和牙结石被摩擦剂所分散，并与摩擦剂、表面活性剂乳化成悬浮液，降低粘度，与牙菌斑一起离开牙齿表面；（3）悬浮物易被水冲洗，完成清洁口腔与牙齿的目的。2.2.1.3硬度要求牙釉质的莫氏硬度为5~6，因而摩擦剂莫氏硬度应<5。一般认为摩擦剂的莫氏硬度在<4时是比较适宜。2.2.1.4摩擦剂类型分类一般来说，摩擦剂决定牙膏的性能和成本。磷酸氢钙价格昂贵、吸水量低、摩擦值适中，口感好，用于生产高档牙膏；二氧化硅价格较高、吸水量大、药物配伍性好，用于生产中高档牙膏；碳酸钙价格低廉、吸水量低、药物配伍性不良、对牙本质有一定的磨损，一般用来做低档牙膏；高比例的二氧化硅和碳酸钙复配既可以显著降低牙膏对牙本质的磨损，又可以保留牙膏对牙菌斑、牙结石的清洁效果，一般用来做中当牙膏。赋型剂2.2.2.1主要作用（1）保湿性：防止膏体水分的蒸发甚至能吸附空气中的水分，以防止膏体干燥变裂。（2）抗冻性：降低牙膏冻点，使牙膏在寒冷的地区亦能保持正常的膏体状态，方便运输、储存及使用。2.2.2.2常用赋型剂甘油、山梨醇、PEG。增稠剂作用阻止或大大减缓小颗粒的沉降，防止出现相分离使牙膏在保质期内保持稳定。2.2.3.2常用增稠剂（1）羧甲基纤维素钠（CMC）：分子量和取代度影响CMC的性能；由于在相同表观粘度时，其塑变值低于其他聚合物，婴儿长于其他触变性好的聚合物复配使用CMC单独使用,用量一般0.8%～1.3%,不超过1.35%。夏季可使用粘度高的CMC(1100～1200mPa.s),醚化度应在0.9以上。CMC用量应根据成品实际稠度来增减(一般12～27mm),冬季稠度可偏高，夏季则相反。在生产中，牙膏胶水粘度一般在1800～3300mPa.s(20℃)。一般牙膏配方中,CMC用量增减0.1%,胶水粘度增减300mPa.s左右[4]。（2）黄原胶：具有良好的耐温、耐盐性，对酶稳定性好，且能在较宽pH值范围内应用，对低浓度氟化物稳定。（3）羟甲基瓜尔胶：具有良好的耐盐性、触变性，适应较宽pH值范围。2.2.4香精牙膏香精是参照天然植物的香味，采用天然和天然等同香料、合成香料经精心调配而成具有天然风味的各种香型的一种使用香精。香精是牙膏中最为昂贵的组成部分，牙膏的口感、风格、档次等因素基本取决于所选用的香精。香精是一种由人工调配出来的含有两种以上至几十种香料(有时也含有适宜的溶剂或载体)的混合体，在温度较高的情况下具有一定的挥发性!在牙膏生产中由于采用大功率均质机，膏体在经过长时间均质后膏体温度都会上升，一般会达到45℃左右，如果过早地加入香精，高温会导致香精中的活性物大量挥发，香味变淡，口感变差，而这两点又恰恰是消费者最看中的。[5]须遵循的原则：（1）符合食品安全规格；（2）能掩盖原料不好的气味；（3）使用后在口腔中留有余味；（4）颜色一般为白色。2.2.5发泡剂牙膏中发泡剂是产生泡沫的主要原因，发泡剂在牙膏中起到乳化香精、稳定膏体的作用。在牙膏使用时，与牙刷和水共同作用产生泡沫，使口腔内难溶的污物溶于水随漱口吐出口外，产生泡沫起到去污携污的作用[6]。最常用的发泡剂是十二烷基硫酸钠（K12）、月桂酰肌氨酸钠。发泡剂是乳化液的稳定剂，若香精过多，会破坏乳化，使油相从膏体中析出；而发泡剂过多，会影响香精香味的挥发。2.2.6甜味剂常用甜味剂：蔗糖、糖精。糖精：比蔗糖甜300-500倍，但无热量，是不能消化糖和节食者的糖的替代品。如果含量超过0.02%，有苦味。2.2.7其它添加剂(1)钛白粉：增加膏体的白度和遮盖力。(2)食品色素：改善膏体感官性质，尤其用于儿童牙膏和中草药牙膏。(3)食用色淀：以水合明矾为底物衍生的一种食用水溶性色素与铝基料混合的盐，主要用于彩条牙膏。(4)洁齿颗粒：一般以多孔性二氧化硅或其他吸附性无机或有机物质为基质，添加微量食用色素制成。(5)缓冲液成分：磷酸氢钙型牙膏一般使用焦磷酸钠；氢氧化铝型牙膏一般使用磷酸二氢钠、磷酸氢二钠。(6)氟化物：牙膏中的活性成分，保护牙釉，固齿，常用的有NaF、SnF2、Na2PO3F。2.3普通牙膏（1）碳酸钙型牙膏（2）别名普通牙膏、卫生牙膏。（3）性状白色膏体，以碳酸钙为主摩擦剂，PH值为7~10，易从软管挤出，呈稀稠适度的条状，能发泡，具有摩擦牙齿、清洁口腔的性能。（4）主要成分摩擦剂、增稠剂、发泡剂、润湿剂、防腐剂、香精和水。（5）碳酸钙型牙膏以碳酸钙为主摩擦剂；配方中润湿剂的用量相对其他牙膏少，水量多，并添加水玻璃和磷酸氢钙等缓蚀剂；常用增稠剂为羧甲基纤维素钠（CMC）和羟乙基纤维素钠；常用发泡剂为十二烷基硫酸钠；常用润湿剂为甘油、山梨酸、丙二醇等；常用防腐剂有苯甲酸钠、尼泊金酯类。（6）参考配方/%（质量）碳酸钙（摩擦剂）50羧甲基维生素钠（CMC）1.2甘油（润湿剂）15香精1.2十二烷基硫酸钠（发泡剂）2.0糖精（调味剂）0.25尼泊金乙酯（防腐剂）0.02中性泡花碱（30%）（缓蚀剂）1磷酸氢钙（缓蚀剂）0.25去离子水加至100（7）制法①预发胶水法首先按配方将增稠剂均匀分散于润湿剂中，制成均匀一体的分散液。另将糖精、防腐剂、缓蚀剂溶解于已加热至40~50℃的去离子水中，在搅拌下将水溶液加至已制成的分散液中使其膨胀成均匀的胶水，然后加入发泡剂。待胶水适当陈化后，依次加入预先称量好的香精、摩擦剂，充分搅和，即为膏坯。膏坯在胶体磨的高剪切作用下，各种微粒进一步分散而达到均匀。最后膏体经真空脱气成为结构紧密、细腻、有良好光泽的膏料，灌装即制得成品。②直接搅拌法此工艺适用于较大的拌和设备，将各组分按配方比例称量后直接投入拌膏机中，投料次序依次为甘油、羧甲基纤维素钠、去离子水或其他水溶性添加剂、发泡剂、香精、摩擦剂。然后靠强力的搅拌、捏和使各组分分散，均匀混合。类似于预发胶水法，经均质研磨、真空脱气制成膏料。最后进行灌装、包装制得成品。三．生产工艺流程1.生产原理牙膏是由粉状摩擦剂、湿润剂、表面活性剂、粘合剂、香料、甜味剂及其它特殊成分构成的。牙膏的制作工艺有两种：湿法溶胶制膏和干法溶胶制膏。湿法是较为广泛采用的方法。先用甘油等润湿剂（不能与粘合剂形成溶胶）使黏合剂均匀分散，然后加入水使黏合剂膨胀胶溶，并经贮存陈化后，拌和粉料并加入表面活性剂、香精、经研磨、贮存陈化、进行真空脱气即成。干法是将黏合剂粉料与摩擦剂粉料预先用混合装置混合均匀，在混合设备内与水、甘油溶液等一次混合成膏。此法流程缩短，有利于自动化生产。2．生产工艺2.1．湿法溶胶制膏工艺湿法溶胶制膏工艺是目前国内外普遍采用的一种工艺路线，包括常压法和真空法两种。2.1.1．常压法制膏工艺常压法制膏工艺由制胶、捏合、研磨、真空脱气、灌装及包装工序组成。以下对各工序分别论述。制胶将甘油、胶黏剂CMC投入制胶锅中，在高速搅拌下加入水、糖精和其他水溶性添加剂（如使用液状发泡剂也在此时加入），搅拌至胶水均匀透明，无粉粒为止，然后放置一段时间，让胶粒充分膨胀胶溶后使用。捏合将胶水打入捏合机，加入摩擦剂、粉状发泡剂和香精等，捏合均匀。捏合时间的控制非常重要。捏合是制备牙膏的重要工序。研磨经捏合的膏体，由齿轮泵或往复泵送到胶体磨进行研磨，在机械的剪切力下，使胶体或粉料的聚集团进一步均质分散，使膏体中的各种微粒达到均匀分布。研磨后要放置一段时间，使细微的气泡自动聚合为大气泡，减少了气泡的总表面积，以利于下一步脱气工序的进行。真空脱气真空脱气是为了改善膏体的成型状况。经脱气处理后的膏体光亮细腻，成条性好。灌装及包装脱气后的膏体经静置后即可通过自动灌装机装入软管，并进行电焊封尾或摺尾。灌装封尾后的牙膏，由人工或自动包装机进行包装。2.1.2．真空法制膏工艺真空制膏工艺目前在国内有两种方法：分步法制膏和一步法制膏。步法制膏保留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，这种称之为“三合一”制膏，即拌膏、均质、真空脱气三合一。特点：产量高，真空制膏机利用率高。步法制膏从投料到出料一步完成制膏，即发胶、拌膏、均质和脱气一次完成，称之为“四合一”制膏。特点：工艺简化，工艺卫生提高，制造面积小，便于现代化管理，是中小牙膏企业技术改造必经之路。2.2．干法溶胶制膏工艺把胶合剂粉料与摩擦剂粉料先用混合设备混合均匀，在捏合设备中与水、甘油溶液一起捏合成膏，搅拌均匀后再加入香料和洗涤发泡剂。(1)优点：与湿法制胶工艺，省掉了制胶工序，极大缩短了工艺流程，特别是由原来的制膏一条线改革成制膏一台机，有利于生产的自动化、连续化。同时由于用水不溶性粉料作为分散隔离剂，防止了胶粉在溶胶过程中凝聚结块的现象。(2)不足：该工艺需要胶合剂粉料的细度在50微米以下，并且对粉料混合设备和制膏设备的性能要求严格，另外所制的膏体还会存在一些不均匀块粒，同时也混入一定量的空气，所以必须经过研磨和脱气，才能制得细致光滑的膏体。四．牙膏的制膏设备在牙膏的制备设备中，具有代表性的主要有瑞士VME型制膏机、意大利TE-3型制膏机、德国BECOMIX-RM型制膏机。共同特点：①制膏在密闭的容器内，在真空状态下操作；②配有桨式搅拌和刮板，使物料不产生堆积和死角；③配有高速均质器或胶体磨，能使物料均匀分散，制得的膏体细腻；④采用一步法工艺，在制膏机内完成所有的制膏操作，显著减少物料损失；⑤配套原料输送系统、自动计量与控制系统，通过计算机操作，实现了制膏自动化。1.VME型制膏机以胶体磨研磨物料，在预分散锅内分散增稠剂，在制膏锅内发胶，采用湿法一步法工艺，配套SIMENS控制系统。1.1结构特点：①筒体内真空耐压部件、内层材料为不锈钢，耐压2026kPa，带有夹套，以便冷却或加热；②刮板搅拌系统采用活络刮板，在搅拌物料时，刮板能自动贴近内壁，将物料刮下，使温度传递均匀；③快速搅拌采用直径300nm或350nm的溶解盘，通过高速转动将粉料和液料混合，并在制膏锅内产生翻动；④胶体磨靠一个尼龙螺旋推进器将物料向上送入胶体磨，磨的本体是一对锥形带斜齿的盘，外盘固定不动，内盘高速运转，物料经过此处可以得到研磨分散。1.2系统设备优点：①制膏机将制胶过程和研磨、搅拌、抽真空3个制膏过程在一个制膏锅内完成，显著减少物料损失，降低膏体污染，提高了生产的效率和清洁性；②控制系统操作简单，性能稳定，计量准确；③胶体磨研磨，特别适合密度较小、触变性较好的二氧化硅型牙膏。1.3系统设备缺点：①对密度较大的碳酸钙型牙膏，胶体磨的物料循环量不够，经计算，大约只有2次左右；②两套快速转轴的端面机械密封器不能承受长时间的运转，半小时就要停下来自然冷却；③锚式桨叶太窄，速度较慢，导致轴向搅动少，液面几乎看不到翻滚。2.VMB型制膏釜五．牙膏常见的质量问题分析牙膏生产虽然是一个将各种原辅料混合的过程,没有剧烈的化学反应,但是组成膏体的各种原辅料以及膏体和膏体外包装之间存在着复杂的化学反应、电化学反应,使得牙膏在储存过程中会发生如气胀、分水、变稀等现象。1．气胀气胀指膏体产生了气体,管内压力过大,使包装膨胀甚至膏体冲破包装的现象。产生气胀的主要原因有原辅材料的质量、原辅材料相互间发生反应、生产工艺等,铝管包装时发生的可能性较大。[7]1.1原辅材料原因(l)甘油、山梨醇如果甘油或山梨醇的州值小于4,而铝的稳定区域HP值为4一12,则铝管的铝容易被腐蚀，同时也易发生与碳酸钙的反应，在化学反应的同时,也会伴随电化学反应的发生。化学反应、电化学反应产生的氢气、二氧化碳气体聚集牙膏管中,铝管局部被破坏,一方面使膏体暴露从而失水、变硬,大气中的氧气氧化膏体中的某些成分,使牙膏的膏体受到影响。(2)碳酸钙碳酸钙作为一种磨擦剂,膏体配方中可达50%,是组成牙膏膏体的主要物质。碳酸钙的性质比较稳定,但仍存在着引起气胀的可能。由于牙膏中的碳酸钙是天然矿石,矿石经机械粉碎到一定粒度,满足其理化指标即被使用,然而天然矿石中常常含有许多金属离子,这些离子的存在可能反应产生气体引起气胀。(3)磷酸氢钙、泡花碱等缓蚀剂由于碳酸钙型牙膏中含有大量的碳酸钙,为了防止铝管被腐蚀,通常加人0.3%一0.5%的二水合磷酸氢钙和相近量的泡花碱作为缓蚀剂。若同时缺少二水合磷酸氢钙和泡花碱,牙膏在常温下几天内即发生气胀,高温下则在12小时内,此时若打开帽盖,膏体迅速外滋,严重者窜出管外很远,甚至可使管尾或盖子爆开。所产生的气体为氢气,是由于缓蚀剂缺乏而不能生长铝管表面保护膜、阻滞阴极或阳极反应,导致原料或铝管中的铜、铁等杂质与铝管发生了化学反应或是形成原电池引起化学腐蚀(又称面蚀氢胀)。剪样观察,膏体大量分水而且难看,管内壁全面腐蚀且失去光泽。2．膏体分水膏体分水是指资体均相胶体体系受到破坏而使固液分离,导致析出水份。膏体分水一般是由原料质量、加工工艺或设备引起的。2.1原料方面原因（l)CMC原因粘合剂与其它原料合理匹配,是膏体稳定的关键。牙膏常用的粘合剂CMC,是形成三维网状结构的胶基原料,制胶过程就是CMC和水及水溶性添加剂形成网状结构的过程。先是CMC以粉末状悬浮于液相中,此时不发生膨胀和解集;然后CMC膨胀在水中,胶水粘度不断增大直到最大;最后CMC解集,胶水粘度稍有下降。后两个过程中CMC和水交联形成网状结构。如果CMC被破坏,胶体将失去固有的粘性,会造成磨擦剂和液体分离、出水。CMC是纤维素制品,容易被纤维素酶降解。制胶过程也为细菌提供了良好的物质基础,尽管胶水中含有一定的杀菌剂,但随着存放胶水时间的增加,细菌逐步增长起来。受绿色运动的影响,现在牙膏配方中杀菌剂用量趋向偏少,从而使牙膏膏体中细菌存活的可能性大大增强。随着细菌、纤维素酶等不断地降解CMC,并以降解后由梭甲基纤维素钠转化的葡萄和膏体的矿物质、水等作为原材料,繁殖了更多的细菌等,使得膏体的三维聚合网状结构被破坏,牙膏分离出水。（2)磨擦剂原因碳酸钙型牙膏中的碳酸钙占膏体总量的50%左右。若碳酸钙经机械粉碎后,微粒表面呈光滑状,其吸水量将变得很小,易使膏体分水。若碳酸钙加工时包含了过多的水份,使胶水网状结构呈水份相对过剩,或碳酸钙含量太低,如少于O4%,膏体会有分离出水现象。而且如果磨擦剂粒度过小,比表面积小,表面自由能高,形成聚集体,排出包覆在胶体内的自由水,也会有分离出水的现象。（3)发泡剂原因牙膏中常用的发泡剂K12是一种混合物，是8-14醇混合的钠盐，其中十二醇和十四醇的含量存在差异，含量的高或低都对膏体稳定性产生很大影响。一般来说十二醇含量应为35%一45%，十四醇含量应为25%，如果这两种醇组分发生变化，也会引起膏体分水，导致膏体的不稳定。（4)润湿剂原因常用的润湿剂有山梨醇、甘油等,如果加人过量,会影响胶体与水的结合能力。如果润湿剂含水量过大,也会导致分水现象的发生。（5)其它原因牙膏中常会加人部分添加剂,使膏体的稳定性受到影响。例如添加剂中钠离子过多,由于CMC也是含钠离子的化合物,根据同离子效应原理,膏体的粘度降低,会导致分离出水。2.2工艺原因如果生产时制膏机对膏体的研磨、剪切力过强过大,会破坏CMC的网状结构,从而破坏胶体的稳定性,引起分水。所以制膏时间要严格控制,不能过长。另外,刚输送到储膏缸中牙膏温度较高,如果马上盖上盖子,会引起水汽蒸发后冷凝回流,游离出水份。总之,引起分水过程的途径主要是通过胶水的三维网状结构的破坏来实现的,如果能控制引起分水现象发生的因素,保障三维网状结构的稳定,就能避免分水现象发生。3．膏体变稀膏体变稀在牙膏生产中并不多见,主要有以下两个方面的原因。3.1工艺方面的原因膏体变稀多是由操作和设备方面引起的,如多进液料或制膏设备中如断电时真空管倒吸进水。只要通过严格管理,规范投料程序,在真空管和制膏机之间安装一个止回阀防止倒吸,这种问题就能得到解决。3.2原料因素对磨擦剂的含量进行定量分析,发现当含量低于1一2个百分比时,稠度就相当低了。另外CMC被微生物利用分解,也会导致膏体变稀。六、行业发展前景：在今后的发展过程中，若从供求关系看，牙膏市场产品线将不断延伸，市场细分日益明显。人们对口腔清洁用品的需求正不断升级，除了清洁口腔外，有针对不同年龄层的产品，有针对不同购买能力的产品，有针对不同地区的产品以及针对不同生理功能需要的产品，为不同的口腔清洁用品生产企业提供了广阔的市场空间，也给不同厂家提供了回避价格竞争，开展差异化和集中化竞争的良好前景。[8]目前,中国尚有5亿～6亿人不刷牙,而刷牙人中的刷牙次数也在增加,因此,牙膏在中国具有巨大的潜在市场,具有广阔的天地,大有作为。世界卫生组织通过调查,确定了当前影响人类身体健康需要重点防治的3大疾病:心血管病、癌症和龋齿。由此可见,牙齿虽小,但牙病不可忽视。已故卫生部陈敏章部长提出:“中国口腔保健的出路在于预防,需要全社会一致努力去完成”。中国人口多,牙医少,预防牙病是首要的。保护人民口腔健康,预防牙病是牙膏行业责无旁贷的天职。牙膏行业全体职工要顽强拼搏,尽其天