植物纖維類新型材料在牙膏中的應用

林鎮孟 洪永順 黃壯安

摘 要： 介紹牙膏市場的概況，以及牙膏體系的結構。一種新型天然纖維類磨料在牙膏中的應用、植物纖維類新型材料膠態微晶纖維素的特性。

關鍵詞： 牙膏；觸變性膠態微晶纖維素；天然木材纖維類摩擦劑

前言

牙膏是用來清潔牙齒、維護口腔衛生、預防口腔疾病的重要口腔護理用品， 與人們的日常生活密切相關。牙膏工業是重要的日用化工行業之一，其生產水平的高低， 既反映了國家工業文明的發展，也標志和影響著人民生活消費水平的高低。隨著人們生活水平的提升，對牙膏品質要求也越來越高。而現在牙膏市場，無論是成人牙膏還是兒童牙膏又或者是牙齒問題患者用的牙膏，其里面的摩擦劑皆為水合硅石或磷鈣類原料，近年來對于水合硅石和磷鈣類摩擦劑可能會損傷到牙齒琺瑯質一直成為大家爭議的問題，特別是對于患有牙齒問題的人群，另外對于兒童刷牙時容易將牙膏吞咽的問題，據相關調查2-6歲的兒童，每次刷牙都會吞咽1/8-1/4的牙膏，因此尋找一種柔軟并且吸附力強清潔力優異又可安全吞食的摩擦劑來替代現用的硬質水合硅石類或磷鈣類摩擦劑，是新一代牙膏的發展方向。

現在市售的牙膏產品，在牙刷的時候容易出現未能完全分散開，會有少量塊狀牙膏隨泡沫下掉，這無疑是配方體系一大不足，同時也是一種浪費，提高牙膏的安全性以及牙膏使用的舒適性一直是本領域技術人員努力的方向。

1、牙膏的分類

隨著中國經濟的發展，中國已經是世界牙膏的消費大國，2018年我國的牙膏市場零售規模預計能達到275億人民幣。

目前，市場上銷售的牙膏品種琳瑯滿目，總體上分為以下幾類：

第一類、普通牙膏，具有單純的清潔作用，配合牙刷去除口腔中的食物殘渣和牙垢，使得牙齒潔凈衛生，同時使口腔清爽舒適，減輕異味。

第二類、去垢增白牙膏，這類牙膏中含有過氧化物或羥磷灰石等藥物，采用摩擦和化學漂白的原理去除牙齒表面的著色，起到潔白牙齒的作用。長期喝茶或吸煙的人，可選擇這種牙膏。

第三類、防過敏牙膏，這類牙膏中加入硝酸鉀或氯化鍶等脫敏成分，對牙本質過敏有一定的緩解作用。牙本質敏感的人可選用這種牙膏。

第四類、消炎藥物牙膏，這類牙膏加入某些抗菌藥物，如洗必泰牙膏，這些藥物可以消炎抗菌、抑制牙結石和菌斑的形成，起到改善口腔環境、預防和輔助治療牙齦出血、牙周病的作用。但不能長期使用，否則會導致口腔內正常菌群失調，應一到兩個月就更換一次。

第五類、含氟牙膏，它是將適量氟化物加入牙膏內，具有預防齲病功能的一種牙膏。大量研究證明，氟可以提高牙齒的抗腐蝕能力、抑制致齲細菌的生長繁殖。正常口腔環境中也有一定量的氟存在，但其濃度不足以引起以上變化。含氟牙膏的使用是在安全范圍內增加口腔局部的氟，在牙齒表面形成強有力的保護層，從而減少齲齒的發生。由于兒童存在吞咽牙膏的情況，3歲以下的兒童應避免使用含氟牙膏，4—6歲兒童應在大人指導下使用，每次刷牙使用量不超過黃豆粒大小。

第六類、中草藥牙膏，這類牙膏添加了某些中草藥，如兩面針、田七、黃芩等具有清熱解毒、消炎止血作用的藥物，能夠對緩解牙齦的炎癥有一定輔助作用。

雖然牙膏的品種繁多，但其配方結構相似，它們通常由摩擦劑、保濕劑、表面活性劑、增稠劑、甜味劑、防腐劑、活性添加物，以及色素、香精等混合而成。其中摩擦劑是牙膏最主要的組分，傳統的摩擦劑多采用碳酸鈣、磷酸氫鈣、焦磷酸鈣、二氧化硅等。這類磨料材質比較硬，密度也比較高，生產的牙膏制品會比較致密，導致在使用時難以被充分分散，由于這類摩擦劑質地比較硬，長期使用可能會對使用者的牙齒造成傷害，特別是牙齒疾病的患者。因此尋找更為安全的柔性摩擦劑，提高牙膏制品的使用效果和降低牙齒磨損是非常有必要的。通過一系列的研究，終于找到了更加安全的天然植物纖維類柔性摩擦劑。

2、植物纖維類摩擦劑

在自然界中很多動物靠植物的纖維來清潔牙齒，特別是猩猩，他們更是懂得用樹枝纖維來清潔牙齒；而在非洲的塞內加爾，現今仍流行著用小木棍“木材纖維”來清潔牙齒，這種小木棍經過咀嚼就會變成許多的小木屑，能夠產生與使用牙刷、牙線一樣的清潔效果，有些非洲人還喜歡用這些小木棍上下摩擦牙齒，起到清潔牙釉質的效果，非常有效的預防牙菌斑的生成。

纖維素是植物細胞壁的主要成分，是世界上蘊藏量最豐富的天然高分子化合物，每年由光合作用可產生幾千億噸，是自然界中最豐富的綠色可再生的有機資源。現被視為最理想的綠色環保材料，纖維素原料主要來源于木材、棉花、麻類植物、竹稈、草稈、甘蔗渣等，在德國已有企業對木材纖維素進行精細化加工，并同時對木材產區的開采、種植、管理進行標準化的規定，從而形成企業的良性發展與社會責任相結合的可持續發展之路。

纖維素的結構：纖維素為長鏈線型高分子化合物，它的結構單元是吡喃環D-葡萄糖，相互間以β-1，4糖苷鍵連接，分子式為（C6H10O5）n，聚合度n大多在幾百之一萬之間，通過X射線衍射研究發現纖維素大分子的聚集體中包括結晶區和無定型區，結晶區部分分子排列的比較整齊、有規則，晶胞結構為單斜晶胞模型；無定型區的分子排列不整齊、較疏松，因而密度較低，從結晶區到無定型區是逐步過渡的，無明顯界限。結構圖如下：

纖維素的性質：纖維素呈白色，無臭，無味，具有纖維素的通性，不同細度的粉末的流動性和堆積密度不一，其大小從10-1000um不等，或呈棒狀，或呈粒狀。纖維素既不溶于水，也不溶于一般的有機溶劑，如酒精、乙醚、丙酮、苯等，因此在常溫下，它是比較穩定的。

微晶纖維素是天然纖維素經稀酸水解至極限聚合度（ LOOP） 的可自由流動的極細微的短棒狀或粉末狀多孔狀顆粒，顏色為白色或近白色， 無臭、無味， 極限聚合度（ LODP） 在10～ 200； 不具纖維性而流動性極強，不溶于水、稀酸、有機溶劑和油脂。

微晶纖維素的配制方法為：用稀無機酸溶液將α-纖維素在105℃煮沸，去無定型部分，過濾，用水洗及氨水洗，余下的結晶部分，經劇烈攪拌分散，噴霧干燥形成多孔粉末。

下表為幾款摩擦劑的顯微硬度（MPa）、摩擦系數和磨損值（mg）：

由上表可知植物纖維素類摩擦劑具有低硬度、高摩擦和低磨損的優異特性，非常適合取代傳統摩擦劑，作為新一代牙膏的摩擦劑。

3、觸變性膠態微晶纖維素

粒徑在0.1-2.0um的微晶纖維素通過與纖維素膠或還原膠的復合，在水中通過大的剪切力的作用可以形成觸變性極佳的凝膠，這類膠態微晶纖維素具有優異的懸浮效果和觸變效果，應用到牙膏中可以提高牙膏使用時的分散性，讓牙膏不再因為分散不充分而隨泡沫掉出來的情況。下圖是膠態微晶纖維素使用示意圖：

下圖是幾種流體的流變曲線：

上圖為流體流變曲線，其中綠色線為牛頓流體，其粘度跟剪切速率無關；紅色線為假塑性流體粘度與剪切速率的曲線圖，隨著剪切速率的增加其粘度會隨著降低，剪切速率減弱其粘度即刻沿著原來的曲線恢復；藍色線為觸變膠粘度與剪切速率的曲線圖，隨著剪切速率的增加其粘度會隨著降低，剪切速率減弱其粘度不會沿著原來的曲線恢復，而是需要一定的時間才能恢復，這就很好的解決了牙膏在刷牙時快速分散的問題。

4、展望

綜上可知，在牙膏行業，隨著人類科技的進步以及資源可再生理念的深入人心，更加安全環保的原材料將越來越受到化妝品工程師的關注和青睞，植物纖維類新型原料作為環保可再生的綠色原料將會大有所為。■

參考文獻

[1]楊淑惠.植物纖維化學（第三版），輕工業出版社（2001）.

[2]李剛，王漪濤；牙膏磨擦劑的清潔作用和牙齒磨損——牙膏磨擦劑對牙齒磨損和清潔效果的影響及研究進展Ⅱ[J]；牙體牙髓牙周病學雜志；2003年08期.

[3]李鳴宇；口腔健康教育降低刷牙造成牙齒磨損風險的研究[J]；中國健康教育；2002年01期.