Природный карбонат кальция (НКК) — широко используемый абразив в зубной пасте. Типичные коммерческие марки включают: 325 меш (D97 ≈ 45 мкм) и 400 меш (D97 ≈ 38 мкм). В последние годы технологии производства зубных паст стремительно развиваются. Процессы ультратонкого измельчения также достигли значительного прогресса. В результате более мелкие абразивы на основе натурального карбоната кальция становятся отраслевым трендом.
Исследования подтвердили, что размер абразивных частиц существенно влияет на ключевые показатели эффективности фторсодержащей зубной пасты. К ним относятся значение pH, удержание общего растворимого фторида (TSF), вязкость и абразивность. В данном исследовании были выбраны абразивы на основе природного карбоната кальция с D97 в диапазоне от 10 до 45 мкм. Образцы фторсодержащей зубной пасты были приготовлены по единой рецептуре. Образцы выдерживались при температурах 25°C, 40°C и 50°C. Регулярно измерялись их значение pH, удержание TSF, вязкость и абразивность. Эти результаты были использованы для систематического изучения влияния размера абразивных частиц на эффективность зубной пасты.
Влияние на значение pH зубной пасты
Значение pH фторсодержащей зубной пасты увеличивается по мере уменьшения размера частиц D97.
Для одного и того же образца pH снижается со временем в процессе старения. Колебание pH при 50°C значительно больше, чем при 40°C.
Эти наблюдения связаны с двумя основными реакциями при старении:
- Более мелкие абразивные частицы имеют большую удельную поверхность. Это ускоряет растворение CaCO₃ и высвобождение гидроксид-ионов. Соответственно, повышается pH.
- Монофторфосфат натрия (МФФН) постепенно гидролизуется с образованием плавиковой кислоты. Эта кислота реагирует с ионами кальция и фосфат-ионами, образуя нерастворимый фторапатит. При этом высвобождаются ионы водорода, что приводит к снижению pH.
Обе реакции ускоряются при более высоких температурах.
Это приводит к большим колебаниям pH во время высокотемпературного старения.
Судя по кривым pH, зубная паста, содержащая абразивы с D97 = 25,4 мкм, всегда показывает более высокие значения pH, чем образец с зернистостью 21,5 мкм. Аналогично, образец с зернистостью 43,9 мкм остаётся выше образца с зернистостью 35,7 мкм. Это связано с тем, что абразивы с зернистостью 25,4 и 43,9 мкм содержат больше свободной щёлочи. Эти щелочные примеси (в основном Ca(OH)₂ или CaO) повышают начальный pH зубной пасты.
Влияние на сохранение TSF
Удержание TSF значительно уменьшается по мере уменьшения размера частиц D97.
Для того же образца сохранение TSF также уменьшается при более высоких температурах старения или более длительном времени старения.
Основные причины включают в себя:
- Меньший размер частиц увеличивает удельную поверхность. Более высокие температуры старения увеличивают концентрацию ионов кальция и плавиковой кислоты. Оба фактора ускоряют образование фторапатита.
- Более длительное выдерживание способствует непрерывному гидролизу SMFP и дальнейшему осаждению фторапатита. Это дополнительно снижает удержание TSF.
Судя по кривым удерживания, образцы, приготовленные с абразивами D97 = 25,4 мкм и 21,5 мкм, демонстрируют практически одинаковое поведение.
Однако образец 43,9 мкм демонстрирует значительно более низкое удерживание, чем образец 35,7 мкм.
Это связано с более высоким содержанием свободной щелочи в абразивах 25,4 мкм и 43,9 мкм.
Эти примеси повышают pH и усиливают щелочные реакции.
Свободная щелочь реагирует с гидролизованным SMFP быстрее, чем CaCO₃, ускоряя образование фторапатита и снижая задержку TSF.
Влияние на вязкость зубной пасты
Вязкость зубной пасты увеличивается по мере уменьшения размера частиц D97.
Для того же образца вязкость также увеличивается при более высоких температурах или при более длительном старении.
Причины следующие:
- Меньший размер частиц и более высокая температура увеличивают концентрацию ионов кальция.
Ионы кальция усиливают сшивающий эффект КМЦ.
Более длительное старение приводит к дальнейшему росту сшивки, что повышает вязкость. - Более мелкие частицы увеличивают границу раздела твердое тело-жидкость.
Это увеличивает сопротивление потоку пасты и способствует повышению вязкости.
Влияние на абразивность зубной пасты
После 12 недель старения при комнатной температуре абразивность (Ra) увеличивается по мере уменьшения размера частиц D97. Это происходит за счёт увеличения количества частиц в системе за счёт более мелких абразивных частиц. В процессе обработки щёткой в одной и той же канавке абразивное воздействие происходит чаще. Их совокупное механическое воздействие углубляет канавки, увеличивая абразивность.
Кроме того, меньший размер частиц приводит к более узкому распределению частиц по размерам. Более однородные абразивные частицы усиливают кумулятивный абразивный эффект. Это объясняет относительно высокую абразивность образца с D97 = 25,4 мкм.
Заключение
Производители зубных паст переходят на более мелкие и точно контролируемые абразивные материалы. Для достижения стабильных значений D97 в диапазоне от 10 до 45 мкм требуются точные, чистые и надёжные системы сверхтонкого измельчения.
Эпический порошок Обладает более чем 20-летним опытом работы в области ультрадисперсных порошков. Компания предлагает полный спектр оборудования для измельчения, классификации и модификации.
К ним относятся шаровые мельницы, воздушные сепараторы, струйные мельницы и прецизионные воздушные сепараторы. Благодаря этим передовым технологиям обработки порошков Epic Powder способствует разработке высокоэффективных формул фторидсодержащих зубных паст и позволяет производителям добиваться стабильного и надежного качества продукции.
Спасибо за прочтение. Надеюсь, моя статья вам поможет. Пожалуйста, оставьте комментарий ниже. Вы также можете связаться с представителем Zelda Online по любым вопросам.
— Опубликовано Эмили Чен