植物纤维类新型材料在牙膏中的应用

林镇孟 洪永顺 黄壮安

摘 要： 介绍牙膏市场的概况，以及牙膏体系的结构。一种新型天然纤维类磨料在牙膏中的应用、植物纤维类新型材料胶态微晶纤维素的特性。

关键词： 牙膏；触变性胶态微晶纤维素；天然木材纤维类摩擦剂

前言

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。随着人们生活水平的提升，对牙膏品质要求也越来越高。而现在牙膏市场，无论是成人牙膏还是儿童牙膏又或者是牙齿问题患者用的牙膏，其里面的摩擦剂皆为水合硅石或磷钙类原料，近年来对于水合硅石和磷钙类摩擦剂可能会损伤到牙齿珐琅质一直成为大家争议的问题，特别是对于患有牙齿问题的人群，另外对于儿童刷牙时容易将牙膏吞咽的问题，据相关调查2-6岁的儿童，每次刷牙都会吞咽1/8-1/4的牙膏，因此寻找一种柔软并且吸附力强清洁力优异又可安全吞食的摩擦剂来替代现用的硬质水合硅石类或磷钙类摩擦剂，是新一代牙膏的发展方向。

现在市售的牙膏产品，在牙刷的时候容易出现未能完全分散开，会有少量块状牙膏随泡沫下掉，这无疑是配方体系一大不足，同时也是一种浪费，提高牙膏的安全性以及牙膏使用的舒适性一直是本领域技术人员努力的方向。

1、牙膏的分类

随着中国经济的发展，中国已经是世界牙膏的消费大国，2018年我国的牙膏市场零售规模预计能达到275亿人民币。

目前，市场上销售的牙膏品种琳琅满目，总体上分为以下几类：

第一类、普通牙膏，具有单纯的清洁作用，配合牙刷去除口腔中的食物残渣和牙垢，使得牙齿洁净卫生，同时使口腔清爽舒适，减轻异味。

第二类、去垢增白牙膏，这类牙膏中含有过氧化物或羟磷灰石等药物，采用摩擦和化学漂白的原理去除牙齿表面的着色，起到洁白牙齿的作用。长期喝茶或吸烟的人，可选择这种牙膏。

第三类、防过敏牙膏，这类牙膏中加入硝酸钾或氯化锶等脱敏成分，对牙本质过敏有一定的缓解作用。牙本质敏感的人可选用这种牙膏。

第四类、消炎药物牙膏，这类牙膏加入某些抗菌药物，如洗必泰牙膏，这些药物可以消炎抗菌、抑制牙结石和菌斑的形成，起到改善口腔环境、预防和辅助治疗牙龈出血、牙周病的作用。但不能长期使用，否则会导致口腔内正常菌群失调，应一到两个月就更换一次。

第五类、含氟牙膏，它是将适量氟化物加入牙膏内，具有预防龋病功能的一种牙膏。大量研究证明，氟可以提高牙齿的抗腐蚀能力、抑制致龋细菌的生长繁殖。正常口腔环境中也有一定量的氟存在，但其浓度不足以引起以上变化。含氟牙膏的使用是在安全范围内增加口腔局部的氟，在牙齿表面形成强有力的保护层，从而减少龋齿的发生。由于儿童存在吞咽牙膏的情况，3岁以下的儿童应避免使用含氟牙膏，4—6岁儿童应在大人指导下使用，每次刷牙使用量不超过黄豆粒大小。

第六类、中草药牙膏，这类牙膏添加了某些中草药，如两面针、田七、黄芩等具有清热解毒、消炎止血作用的药物，能够对缓解牙龈的炎症有一定辅助作用。

虽然牙膏的品种繁多，但其配方结构相似，它们通常由摩擦剂、保湿剂、表面活性剂、增稠剂、甜味剂、防腐剂、活性添加物，以及色素、香精等混合而成。其中摩擦剂是牙膏最主要的组分，传统的摩擦剂多采用碳酸钙、磷酸氢钙、焦磷酸钙、二氧化硅等。这类磨料材质比较硬，密度也比较高，生产的牙膏制品会比较致密，导致在使用时难以被充分分散，由于这类摩擦剂质地比较硬，长期使用可能会对使用者的牙齿造成伤害，特别是牙齿疾病的患者。因此寻找更为安全的柔性摩擦剂，提高牙膏制品的使用效果和降低牙齿磨损是非常有必要的。通过一系列的研究，终于找到了更加安全的天然植物纤维类柔性摩擦剂。

2、植物纤维类摩擦剂

在自然界中很多动物靠植物的纤维来清洁牙齿，特别是猩猩，他们更是懂得用树枝纤维来清洁牙齿；而在非洲的塞内加尔，现今仍流行着用小木棍“木材纤维”来清洁牙齿，这种小木棍经过咀嚼就会变成许多的小木屑，能够产生与使用牙刷、牙线一样的清洁效果，有些非洲人还喜欢用这些小木棍上下摩擦牙齿，起到清洁牙釉质的效果，非常有效的预防牙菌斑的生成。

纤维素是植物细胞壁的主要成分，是世界上蕴藏量最丰富的天然高分子化合物，每年由光合作用可产生几千亿吨，是自然界中最丰富的绿色可再生的有机资源。现被视为最理想的綠色环保材料，纤维素原料主要来源于木材、棉花、麻类植物、竹秆、草秆、甘蔗渣等，在德国已有企业对木材纤维素进行精细化加工，并同时对木材产区的开采、种植、管理进行标准化的规定，从而形成企业的良性发展与社会责任相结合的可持续发展之路。

纤维素的结构：纤维素为长链线型高分子化合物，它的结构单元是吡喃环D-葡萄糖，相互间以β-1，4糖苷键连接，分子式为（C6H10O5）n，聚合度n大多在几百之一万之间，通过X射线衍射研究发现纤维素大分子的聚集体中包括结晶区和无定型区，结晶区部分分子排列的比较整齐、有规则，晶胞结构为单斜晶胞模型；无定型区的分子排列不整齐、较疏松，因而密度较低，从结晶区到无定型区是逐步过渡的，无明显界限。结构图如下：

纤维素的性质：纤维素呈白色，无臭，无味，具有纤维素的通性，不同细度的粉末的流动性和堆积密度不一，其大小从10-1000um不等，或呈棒状，或呈粒状。纤维素既不溶于水，也不溶于一般的有机溶剂，如酒精、乙醚、丙酮、苯等，因此在常温下，它是比较稳定的。

微晶纤维素是天然纤维素经稀酸水解至极限聚合度（ LOOP） 的可自由流动的极细微的短棒状或粉末状多孔状颗粒，颜色为白色或近白色， 无臭、无味， 极限聚合度（ LODP） 在10～ 200； 不具纤维性而流动性极强，不溶于水、稀酸、有机溶剂和油脂。

微晶纤维素的配制方法为：用稀无机酸溶液将α-纤维素在105℃煮沸，去无定型部分，过滤，用水洗及氨水洗，余下的结晶部分，经剧烈搅拌分散，喷雾干燥形成多孔粉末。

下表为几款摩擦剂的显微硬度（MPa）、摩擦系数和磨损值（mg）：

由上表可知植物纤维素类摩擦剂具有低硬度、高摩擦和低磨损的优异特性，非常适合取代传统摩擦剂，作为新一代牙膏的摩擦剂。

3、触变性胶态微晶纤维素

粒径在0.1-2.0um的微晶纤维素通过与纤维素胶或还原胶的复合，在水中通过大的剪切力的作用可以形成触变性极佳的凝胶，这类胶态微晶纤维素具有优异的悬浮效果和触变效果，应用到牙膏中可以提高牙膏使用时的分散性，让牙膏不再因为分散不充分而随泡沫掉出来的情况。下图是胶态微晶纤维素使用示意图：

下图是几种流体的流变曲线：

上图为流体流变曲线，其中绿色线为牛顿流体，其粘度跟剪切速率无关；红色线为假塑性流体粘度与剪切速率的曲线图，随着剪切速率的增加其粘度会随着降低，剪切速率减弱其粘度即刻沿着原来的曲线恢复；蓝色线为触变胶粘度与剪切速率的曲线图，随着剪切速率的增加其粘度会随着降低，剪切速率减弱其粘度不会沿着原来的曲线恢复，而是需要一定的时间才能恢复，这就很好的解决了牙膏在刷牙时快速分散的问题。

4、展望

综上可知，在牙膏行业，随着人类科技的进步以及资源可再生理念的深入人心，更加安全环保的原材料将越来越受到化妆品工程师的关注和青睐，植物纤维类新型原料作为环保可再生的绿色原料将会大有所为。■

参考文献

[1]杨淑惠.植物纤维化学（第三版），轻工业出版社（2001）.

[2]李刚，王漪涛；牙膏磨擦剂的清洁作用和牙齿磨损——牙膏磨擦剂对牙齿磨损和清洁效果的影响及研究进展Ⅱ[J]；牙体牙髓牙周病学杂志；2003年08期.

[3]李鸣宇；口腔健康教育降低刷牙造成牙齿磨损风险的研究[J]；中国健康教育；2002年01期.