聚丙烯酸树脂在牙膏中的应用 PDF

聚丙烯酸树脂在牙膏中的应用 PDF 聚丙烯酸树脂在牙膏中的应用 摘要: 研究了聚丙烯酸树脂在牙膏中的应用 解释了其增稠机理、增稠过程和流变特性。通过牙膏试验 比较了牙膏的站立性和粘度 结果表明 添加聚丙烯酸树脂 有利于牙膏的稳定性和使用性。讨论了影响应用效果的添加量、中和、多价金属离子等因素。 关键词: 聚丙烯酸树脂 牙膏 粘合剂 牙膏是用于清洁牙齿、保护口腔卫生的日用消费品 牙膏的生产及使用水平是一个国家文明进步的重要标志之一。 牙膏由数十种 甚至数百种原料混合而成 主要是由磨擦剂如碳酸钙、二氧化硅、磷酸氢钙等、保湿剂如山梨醇、甘油、丙二醇等、表面活性剂如十二烷基硫酸钠等、药物如两面针提取液、叶绿素、氟化钠、单氟磷酸钠、氯化锶等、粘合剂、甜味剂如糖精钠、甜菊糖等、防腐剂如苯甲酸钠、尼泊金混合酯等、特殊添加物如免疫球蛋白 IgY、纳米级羟基磷灰石 HAP等、香精等。 粘合剂是影响牙膏质量的关键原料之一 目前应用在牙膏中的粘合剂主要有羧甲基纤维素钠CMC、羟乙基纤维素HEC 、黄原胶、卡拉胶、瓜尔胶、聚丙烯酸树脂等 每种原料均有其独特的优势。除了聚丙烯酸树脂是化学合成外 其它粘合剂均使用天然原料加工而成 正因如此 聚丙烯酸树脂才具有独特的优势。在添加特殊原料 如免疫球蛋白 IgY 、纳米级羟基磷灰石HAP等配方中 作为牙膏胶体的稳定原料 聚丙烯酸树脂可以作为理想选择之一。聚丙烯酸树脂在医药领域已经获得了较为广泛的应用 如成型剂、缓释剂等。本文研究了聚丙烯酸树脂在牙膏中的应用。 1 聚丙烯酸树脂简介 应用于牙膏的聚丙烯酸树脂是由丙烯酸交联而成的聚合物 是庞大的三维聚合体 40亿之间 分子式为: C3H4O2n 通式为: CH2CHCOOHn 具有弱酸性 分子量在70万 比醋酸的酸性还弱 但是还是能够反应生成盐类 很多特点也是通过羧基来实现的。 聚丙烯酸树脂 化学名Carboxy polym ethylene 英文名Carbomer 商品名Carbopol从1955年开始在世界上被应用于牙膏、凝胶、膏霜、乳液及软膏等产品 是较好的增稠剂、悬浮剂、缓释剂安全性较好 至今已有超过50年的应用史。但是 在中国牙膏行业中 应用的仍然较少。除了价格因素外 应用经验的欠缺也是很重要的因素之一。 2 聚丙烯酸树脂的增稠 2.1 增稠概述 聚丙烯酸树脂是大分子共聚物 碳链比较长 分散在水中的pH 值在2. 8 3. 2之间 被中和至pH值在5 9时 分子体积将膨胀1000倍左右。中和前 树脂分子间或分子内的羧基容易形成氢键 不能完全打开碳链 中和后 羟基 OH 与碱中和 形成 COOCOO之间相互排斥 因此中和后的碳链能完全打开。中和后的树脂形成三维网络结构通过树脂之间的挤压及碳链间的作用来稳定悬浮物 形成比较稳定的悬浮体系 从而实现增稠、悬浮、稳定乳化等作用。 2.2 增稠过程 聚丙烯酸树脂在干粉状态下 分子碳链是紧密聚集的。在分散到溶液中后 分子碳链逐渐分散开溶液的粘度开始增大 碳链在碱的中和作用下完全打开 溶液粘度达到最大值 粘度受中和程度的直接影响。 2.3 流变特性 聚丙烯酸树脂形成胶体后 具有低浓度高屈服值 具有较好的假塑性和触变性 在剪切力撤除后胶体能迅速恢复 保持胶体足够的悬浮能力。 在生产过程中 膏体流动性比较好 在灌装后膏体恢复较好的成型 使用时 在挤膏压力的作用下 膏体比较容易挤到牙刷上 挤到牙刷上后膏体能迅速恢复从而有较好的站立性。这个特性既方便生产 又方便使用。 3 牙膏试验 3.1 牙膏配方 实验组、对照组牙膏的配方质量分数如表1所示 选择氧氧化钠为中和剂。 表1 牙膏配方 原料名称 实验组W/W 对照组W /W 山梨醇 55.00 55.00 二氧化硅 22.00 22.00 羧甲基纤维素钠 0.50 0.90 聚丙烯酸树脂 0.50 0 十二烷基硫酸钠 1.20 1.20 氢氧化钠 0.05 0.05 糖精钠 0.20 0.20 尼泊金混合酯 0.10 0.10 IgY 微 胶囊 0.01 0.01 香精 0.80 0.80 蒸馏水 加至 100.00 加至 100.00 3.2 牙膏制备工艺 ? 将羧甲基纤维素钠、聚丙烯酸树脂称量到容器内 预混均匀 ? 将山梨醇称量到制膏机内 并将上述粉料倒入制膏机内 快速搅拌至均匀 ? 将配方中除香精、IgY 微胶囊、氢氧化钠之外的余下原料称量到制膏机内 开搅拌机混匀后 开真空泵 均质20分钟 ? 将香精、lgY微胶囊、氢氧化钠分别加入制膏机 均质15分钟 ? 结束制膏 将膏体用复合管灌装 并标识好实验样与对照样 ? 样品检测: 稠度为21mm pH 值为7.5 泡沫量为100mm其余指标均符合国标GB8372。 3.3 牙膏性能比较 3.3.1 牙膏站立性比较 将牙膏用相同管径的软管灌装并挤在纸上 测量在站立不同时间后的高度 实验组与对照组牙膏的站立性比较如表2所示。 表2 站立性比较 检测时间 m 实验组高度 cm 对照组高度 cm 0 0.90 0.90 3 0.90 0.80 30 0.85 0.60 60 0.85 0.50 90 0.80 0.35 从对比测量结果看 添加聚丙烯酸树脂的实验组站立性优于对照组 即成型性优于对照组。 3.3.2 牙膏粘度比较 在相同条件下 检测牙膏粘度 实验组与对照组牙膏的粘度比较如表3所示。 表3 粘度比较 转子转速 rpm 实验组粘度 cp 对照组粘度 cp 20 65000 80000 30 40000 70000 实验组与对照组牙膏稠度是相同的 21mm 检测为GB8372- 2001 在相同转速的搅拌作用下 粘度越低说明假塑性相对越好。从对比测量结果看 添加聚丙烯酸树脂的实验组假塑性优于对照组。 4问与讨论 4.1 使用量与使用效果问题 由于聚丙烯酸树脂是依靠中和后树脂相互接触的挤压来实现增稠、悬浮、稳定乳化等作用 如果在牙膏配方中添加量比较少 树脂接触机会就少 对牙膏增稠、悬浮、稳定乳化等作用的贡献就很小。 由于聚丙烯酸树脂成本比较高 牙膏配方添加量受到限制 而聚丙烯酸树脂的特性又受生产工艺、添加量等因素直接影响 因此 聚丙烯酸树脂在牙膏配方中需要达到一定的添加量后才能真正发挥出其应有的效果。 4.2 中和剂添加问题 聚丙烯酸树脂中和前对牙膏稠度的贡献是较小的 如果中和得比较早 牙膏体系将比较稠 对均质效果有不良影响。并且 中和得比较早 形成的三维胶体网络结构在长时间的剪切下 容易被破坏 从而降低了应有的增稠、悬浮、稳定乳化等作用。 比较理想的中和时间应该是在制膏后期 制膏前期将尚未完全打开的树脂均匀分散在牙膏中 中和后就可以在牙膏中形成均匀的三维胶体网络结构 对牙膏的增稠、悬浮、稳定乳化等作用有更大的帮助。 4.3 金属多价离子问题 比较合适的中和剂是氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、氨基甲基丙醇等 每个羧基 COOH中和后与一个一价金属离子结合 碳链因此而能完全打开。如果牙膏中有一定量的多价离子 如钙离子Ca2 、铁离子 Fe3 、铜离子 Cu2 等 中和后一个多价金属离子可能会与多价相应数目的多个基团 COO-相结合 因此 有可能将一条完全打开的树脂分子收缩成团 从而降低了原有的增稠、悬浮、稳定乳化等作用。 因此 在使用聚丙烯酸树脂牙膏配方中 应该避免使用多价金属离子。在碳酸钙型配方中使用聚丙烯酸树脂时 通过控制pH 值来控制减少碳酸钙电离出钙离子 以避免二价钙离子破坏三维胶体网络结构。 5 应用小结 聚丙烯酸树脂具有较好的增稠、悬浮、稳定乳化等作用 将磨擦剂、中药提取物、免疫球蛋白 IgY 、香精等悬浮在稳定的三维胶体网络结构中 对膏体稳定性和外观有较好的贡献。随着技术的进步 聚丙烯酸树脂的价格将有所下降 应用技术将持续提高 可以预见 聚丙烯酸树脂在牙膏中的应用将越来越广泛 将为提高牙膏质量提供更好的帮助。 参考文献 1黎昌健 罗莉. 全面护理型牙膏的研究 J . 牙膏工业 20051: 2 l- 22. 2 黎昌健 蒙衍强. 无氟防龋体系浅析 J . 日用化学品科学2005 28 10 : 29- 30、45. 3 蒙衍强 黎昌健. 纳米级羟基磷灰石在牙膏中的应用研究 J . 日用化学工业 2006 36 2 : 131-133.