carbonate de calcium naturel (NCC) est un abrasif couramment utilisé dans les dentifrices. Les qualités commerciales typiques comprennent 325 mailles (D97 ≈ 45 μm) et 400 mesh (D97 ≈ 38 μm). Ces dernières années, les technologies de formulation des dentifrices ont connu des progrès rapides. Les procédés de broyage ultrafin ont également réalisé des avancées significatives. De ce fait, les abrasifs à base de carbonate de calcium naturel plus fins s'imposent comme une tendance industrielle.
Des études ont confirmé que la taille des particules abrasives influence significativement les principaux indicateurs de performance des dentifrices fluorés. Il s'agit notamment du pH, de la rétention de fluorure soluble total (FST), de la viscosité et de l'abrasivité. Dans cette étude, des abrasifs naturels à base de carbonate de calcium, présentant des valeurs D97 comprises entre 10 et 45 μm, ont été sélectionnés. Des échantillons de dentifrice fluoré ont été préparés selon une formulation standardisée. Ces échantillons ont été vieillis à 25 °C, 40 °C et 50 °C. Leur pH, leur rétention de FST, leur viscosité et leur abrasivité ont été mesurés régulièrement. Ces résultats ont permis d'explorer systématiquement l'influence de la taille des particules abrasives sur les performances du dentifrice.
Effet sur le pH du dentifrice
La valeur du pH du dentifrice fluoré augmente à mesure que la taille des particules D97 diminue.
Pour un même échantillon, le pH diminue au cours du vieillissement. La fluctuation du pH à 50 °C est nettement plus importante qu'à 40 °C.
Ces observations sont liées à deux réactions principales qui surviennent au cours du vieillissement :
- Les particules abrasives plus fines présentent une surface spécifique plus importante. Ceci accélère la dissolution du CaCO₃ et la libération d'ions hydroxyde. Le pH augmente en conséquence.
- Le monofluorophosphate de sodium (SMFP) s'hydrolyse progressivement et produit de l'acide fluorhydrique. Cet acide réagit avec les ions calcium et phosphate pour former de la fluorapatite insoluble. Des ions hydrogène sont libérés, ce qui entraîne une diminution du pH.
Les deux réactions s'accélèrent à des températures plus élevées.
Cela entraîne des fluctuations de pH plus importantes lors du vieillissement à haute température.
D'après les courbes de pH, le dentifrice contenant des abrasifs D97 = 25,4 μm présente toujours un pH supérieur à celui de l'échantillon de 21,5 μm. De même, l'échantillon de 43,9 μm conserve un pH supérieur à celui de l'échantillon de 35,7 μm. Ceci s'explique par la plus grande quantité d'alcalis libres présente dans les abrasifs de 25,4 μm et 43,9 μm. Ces impuretés alcalines (principalement Ca(OH)₂ ou CaO) augmentent le pH initial du dentifrice.
Effet sur la rétention TSF
La rétention de TSF diminue significativement à mesure que la taille des particules D97 diminue.
Pour un même échantillon, la rétention de TSF diminue également avec des températures de vieillissement plus élevées ou des durées de vieillissement plus longues.
Les principales raisons sont les suivantes :
- Une taille de particules plus petite augmente la surface spécifique. Des températures de vieillissement plus élevées augmentent les concentrations en ions calcium et en acide fluorhydrique. Ces deux facteurs accélèrent la formation de fluorapatite.
- Un vieillissement prolongé favorise l'hydrolyse continue du SMFP et la précipitation continue de la fluorapatite, ce qui réduit encore la rétention de TSF.
D'après les courbes de rétention, les échantillons préparés avec des abrasifs D97 = 25,4 μm et 21,5 μm présentent un comportement presque identique.
Cependant, l'échantillon de 43,9 μm présente une rétention nettement inférieure à celle de l'échantillon de 35,7 μm.
Cela est dû à une teneur plus élevée en alcalis libres dans les abrasifs de 25,4 μm et 43,9 μm.
Ces impuretés augmentent le pH et amplifient les réactions alcalines.
L'alcali libre réagit plus rapidement avec le SMFP hydrolysé que le CaCO₃, accélérant la formation de fluorapatite et réduisant la rétention de TSF.
Effet sur la viscosité du dentifrice
La viscosité du dentifrice augmente à mesure que la taille des particules D97 diminue.
Pour un même échantillon, la viscosité augmente également à des températures plus élevées ou avec un vieillissement plus long.
Les raisons sont les suivantes :
- Une taille de particules plus petite et une température plus élevée augmentent la concentration en ions calcium.
Les ions calcium renforcent l'effet de réticulation sur la CMC.
Un vieillissement prolongé continue d'accroître la réticulation, ce qui augmente la viscosité. - Les particules plus petites augmentent l'interface solide-liquide.
Cela augmente la résistance à l'écoulement de la pâte et contribue à une viscosité plus élevée.
Effet sur l'abrasivité du dentifrice
Après 12 semaines de vieillissement à température ambiante, l'abrasivité (Ra) augmente à mesure que la taille des particules D97 diminue. Ceci s'explique par le fait que les particules abrasives plus petites augmentent leur nombre dans le système. Un plus grand nombre de particules participent à l'abrasion au sein d'une même rainure lors du brossage. Leur action mécanique combinée approfondit les rainures, augmentant ainsi l'abrasivité.
De plus, une taille de particules plus petite engendre une distribution granulométrique plus étroite. Des particules abrasives plus uniformes renforcent l'effet d'abrasion cumulatif. Ceci explique pourquoi l'échantillon avec D97 = 25,4 μm présente une abrasivité relativement élevée.
Conclusion
L'industrie du dentifrice s'oriente vers des matériaux abrasifs plus fins et plus précis. L'obtention de valeurs D97 stables dans la plage de 10 à 45 μm exige des systèmes de broyage ultrafins précis, propres et fiables.
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— Publié par Emily Chen