牙膏用二氧化硅铜耗值的研究

王宪伟 陈艳芳 郑松玲 郑依璇 侯灿明

(金三江(肇庆)硅材料股份有限公司, 广东 肇庆 526000)

1 前言

牙膏是一种可清洁护理口腔牙齿的日常用品，其作用是能够清洁口腔、清洁牙齿表面、去除牙菌斑，使用之后能够有清爽和舒适的感觉。使用者希望牙膏可以做到既能清洁口腔，又不磨损牙釉质，必须具有合适的清洁能力。牙膏的清洁能力高低与牙膏的磨擦清洁能力直接相关，合理地提高牙膏的磨擦清洁能力可有效地提升其清洁能力。

作为透明牙膏磨料的二氧化硅，一般可以分为增稠型、普通磨擦型和高磨擦型，其磨擦性能会直接影响到其制备的牙膏清洁能力[1]。RDA值是行业内公开认可以衡量二氧化硅磨擦性能大小的重要测定指标[2]，然而，由于RDA值的检测操作是比较复杂的，而且其实验要求比较高，目前国内几乎还没有检测机构可以测定RDA值。与RDA值的检测操作相比较，铜耗值的测定是更加方便快捷的，而且其可操作性更强，并且铜耗值和RDA值两者间存有一定的正比例关系[3]。因此，在本研究实验过程中采取了检测铜耗值的方法。

为了实现牙膏的清洁效果和成本优化等目的，牙膏配方设计人员选择二氧化硅作为牙膏磨料时，不只仅仅使用一种型号的二氧化硅粉体，而是会结合实际情况选择两种或两种以上型号的二氧化硅粉体，进行多种比例复配，以达到预期目的。基于此，本研究将通过不同比例和不同型号的二氧化硅进行复配，检测其相应的铜耗值，本研究旨在总结归纳其铜耗值的规律，为设计人员在牙膏配方设计时提供可借鉴的依据。

2 实验研究

2.1 仪器和试剂

仪器：铜耗测定仪，纯水仪器

试剂：高磨擦型二氧化硅，普通磨擦型二氧化硅，增稠型二氧化硅，均由金三江(肇庆)硅材料股份有限公司提供；山梨醇，由肇庆焕发生物科技有限公司提供。

2.2 铜耗值的测定方法

用蒸馏水洗涤干净铜片并烘干，标记好铜片，称量并记录铜片的重量；再将铜片轻轻地安放固定好在物料池的卡槽中；准确将不同比例和不同型号的二氧化硅粉体分散于山梨醇中，搅拌均匀后倒入物料池中浸没铜片；经来回磨擦10000次测试结束后，清洗铜片并烘干，称量铜片磨擦前后的差值，即得到铜耗值。

3 结果和讨论

3.1 不同型号二氧化硅测得的铜耗值

3.1.1 高磨擦型二氧化硅测得的铜耗值

表1 高磨擦型二氧化硅测得的铜耗值

图1 高磨擦型二氧化硅测得的铜耗值

由表1和图1，可以得出，在0至20%的高磨擦型二氧化硅分散于山梨醇中，测得的其铜耗值随着粉体的比例增加而增加，且铜耗值上升趋势逐渐趋于平缓。

3.1.2 普通磨擦型二氧化硅测得的铜耗值

表2 普通磨擦型二氧化硅测得的铜耗值

图2 普通磨擦型二氧化硅测得的铜耗值

由表2和图2，可以得出，在0至20%的普通磨擦型二氧化硅分散于山梨醇中，随着二氧化硅粉体比例的增加，测得的其铜耗值也随之增加，且铜耗值上升趋势逐渐趋于平缓；这同与高磨擦型二氧化硅测得的铜耗值趋势相一致。

3.1.3 增稠型二氧化硅测得的铜耗值

表3 增稠型型二氧化硅测得的铜耗值

图3 增稠型型二氧化硅测得的铜耗值

由表3和图3，可以得出，在0至17.5%的增稠型二氧化硅分散于山梨醇中，随着粉体的比例增加，测得的其铜耗值先升高再下降。推测其原因为：溶液中增稠型硅粉比例增大时，其粘稠度变大，影响到其铜耗值的检测。同时，由于20%的增稠型二氧化硅分散于山梨醇中配制而成的溶液，过于粘稠，未能准确测试出其铜耗值。

3.2 两种不同型号的硅粉复配测得的铜耗值

3.2.1 高磨擦型和普通磨擦型的硅粉复配测得的铜耗值

经不同比例的高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅复配测得的铜耗值，由表4和图4研究发现：固定普通磨擦型占比，随着高磨擦型占比提升，其测得的铜耗值逐渐提升。而固定高磨擦型占比，随着普通磨擦型占比提升，其测得的铜耗值逐渐降低。这是一个与之前认知相反的结论。原来推测是，如果将高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅复配测得的铜耗值，将会有所提升，然而实际测试不是这样的。两种硅粉磨料复配之后，其铜耗值降低的原因，推测是：普通磨擦型的铜耗值远小于高磨擦型的，在铜耗测试，普通磨擦型硅粉对高磨擦型硅粉起到了缓冲的作用。这可用于牙膏工艺师在设计配方时做参考，以设计合理的膏体的铜耗值。

表4 高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅复配测得的铜耗值表

图4 高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅复配测得的铜耗值

3.2.2 高磨擦型和增稠型的硅粉复配测得的铜耗值

表5 高磨擦型和增稠型二氧化硅复配测得的铜耗值表

图5 高磨擦型和增稠型二氧化硅复配测得的铜耗值

经不同比例的高磨擦型和增稠型二氧化硅复配测得的铜耗值，由表5和图5研究发现：固定增稠型占比，随着高磨擦型占比提升，其测得的铜耗值逐渐提升。而固定高磨擦型占比，改变增稠型占比为5%和10%，发现测得10%的铜耗值小于5%的铜耗值，其原因推测是：在铜耗测试，增稠型硅粉对高磨擦型硅粉起到了缓冲的作用。同时，实验过程中，添加15%和20%的增稠型硅粉，由于溶液过于粘稠，未能测试出其铜耗值。

3.2.3 普通擦型和增稠型的硅粉复配测得的铜耗值

表6 普通擦型和增稠型二氧化硅复配测得的铜耗值表

经不同比例的普通磨擦型和增稠型的硅粉复配测得的铜耗值，由表6研究发现：固定增稠型占比，随着普通磨擦型占比提升，其测得的铜耗值逐渐提升。同时，实验过程中，添加10%或15%的增稠型硅粉，由于溶液过于粘稠，无法测得其铜耗值。

图6 普通擦型和增稠型二氧化硅复配测得的铜耗值

3.3 相近铜耗值所需硅粉的比较

实验过程中，发现一现象：同一区段内的铜耗值，可以有多种不同的硅粉配方组合。这也将为牙膏工艺员设计牙膏配方时，提供一种思路：通过选取不同比例的硅粉，以实现铜耗值和成本最优的设计理念。例如：

3.3.1 铜耗值在18.00～18.50毫克之间，如表7可以选取：10%的高磨擦型、10%的高磨擦型和5%普通磨擦型复配、15%的高磨擦型和5%普通磨擦型复配。

表7 铜耗值在18.00～18.50毫克之间的统计表

3.3.2 铜耗值在14.00～15.00毫克之间，如表8可以选取：10%的高磨擦型和10%普通磨擦型复配、20%的高磨擦型和15%普通磨擦型复配、10%的高磨擦型和5%增稠型复配、15%的高磨擦型和10%增稠型复配。

表8 铜耗值在14.00～15.00毫克之间的统计表

4 结论

用作牙膏磨料的二氧化硅，其磨擦性能的大小直接影响到牙膏清洁性能的大小。本研究将通过不同比例的二氧化硅的进行复配，检测其相应的铜耗值，得出以下结论：

①高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅的铜耗值，随着二氧化硅粉体的比例增加，测得的其铜耗值也随之增加，且铜耗值上升趋势逐渐趋于平缓；

②高磨擦型和普通磨擦型二氧化硅进行复配之后的铜耗值，研究发现：固定高磨擦型占比，改变增稠型占比为5%和10%，发现测得10%的铜耗值小于5%的铜耗值，其原因推测是：在铜耗测试时，增稠型硅粉对高磨擦型硅粉起到了缓冲的作用。

③同一区段内的铜耗值，可以有多种不同的硅粉配方组合，通过选取不同比例的硅粉，以实现铜耗值和成本最优的设计理念。

本实验采取铜耗值来衡量二氧化硅的清洁性能的大小。为实现清洁效果和成本优化等目的，为牙膏设计研发人员在设计牙膏配方过程中提供可借鉴的依据。