新型粘合剂卡拉胶在牙膏中的应用
黄华来
柳州两面针股份有限公司545∞1
摘要：文章叙述了牙膏粘合荆与牙膏稳定性的内在关系，重点阐述卡拉胶理化特性、生产工艺、应 用环境及卡拉胶对牙膏稳定性的贡献。 关键词：牙膏卡拉胶应用
前言 牙膏是一种十分复杂的、溶解及悬浮在连续相中的无机和有机物混合体系。从原料的形态分类：有固
．如石粉、磷酸氢钙、二氧化硅、氢氧化铝和一些无机盐类等；有液体，如保湿荆甘油、山梨醇、丙二醇、表 面活性剂、洁净水、香精、水溶性的原料，如各种铝管防腐剂、膏体防腐剂、膏体稳定剂、水溶性牙膏用药物 或植物提取液等；油溶性的原料。如香精、油溶性牙膏用药物或植物提取液。这些原料混台成均匀体，在一
段时间内不分离出水。完全依靠一种特殊的物质——粘合剂来达到目的。因此，牙膏质量优劣，稳定与否， 一个重要的综合指标就是膏体的稳定性、成条性、触变性、洗漱性等。
一、粘台剂类型与性能 I一)无机盐类 无机盐类的粘台荆有硅酸铝镁ve样∞，兰膨尼Laponite。这一类无机粘台剂有一个共同特点，由予其
吸水量少，增稠能力有限，而不能单独用于牙膏配方。但可以与cMc复配后用于牙膏配方有一定的增稠 效果。
(二)纤维素类
纤维素类的粘台剂有羧甲基纤维素钠(cMc)、羟乙基纤维素或羟丙基纤维素(}玎蔸或I-1PC)、羧甲墓 羟甲基纤维素钠(凸删)，这类粘舍剂主要以纤维素为主链，通过改性，在主链上接人不同的基团，生成新的 化台物．应用于不同配方体系。这类粘合剂都能单独或与羧甲基纤维素钠复配用于牙膏配方，其中CIVIC 在牙膏中的单独应用最为普遍和成功。但CMC对高盐配方、药物牙膏配方，对酶非常敏感，容易使CMC 解集，膏体变稀或分离出水。
l三)聚合物及发酵类
以卡波树脂(c日_Ibapol 934、940、941等)系列为主的水溶性树酯，这类粘合荆是聚烯基聚醚交联的丙烯 酸聚合物，表现为酸性物质，是一种新型粘合剂，具有极强的吸水性，能使膏体非常稳定，但牙膏应用的生 产工艺比较复杂，在生产过程中需加中和刺如氢氧化钠、氢氧化钾或三乙醇胺。由于价格高，比较适台用 于高档牙膏产品．特别是嗜喱状牙膏产品。
发酵类粘合剂有黄原腔(汉生腔)，这类产品也有很好的稳定膏体的作用。适用于高盐牙膏、药物牙膏 等配方。
l四)海洋植物提取类 海洋植物提取类的粘合剂以卡拉胶为主，这类产品有卡拉胶3、399、206等，它们是藻类硫酸盐多糖
化合物。具有较强的吸水性，能使膏体非常稳定，它是一种最近在国内牙膏行业应用较广的牙膏粘合剂， 由于卡拉胶在我公司牙膏产品应用非常成功，因此，作者采用以下篇幅详细介绍，共同行分享。
二、卡拉胶化学结构、功能和特征 l一)结构 卡拉胶是一种从杉藻科和红翎菜科族系的红藻(1：tlx)dophyceae)中提取出来的硫酸化多糖类物质。卡
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体
拉胶有三种基本类型：郎K(kappa)型、t(iota)型和^(Jal，击da)型。此三种类型卡拉胶的化学特性大致相似． 其物理特性则取决于硫酸酯基团的数目和所处位置。x(kappa)型卡拉胶按重量计含有多于34％的3，6一 脱水半乳糖(3，6一AG)和25％的硫酸酯，在冷水中不易溶解。￡_(iota)型卡拉胶含有大约30％的3，6一脱水 半乳糖和32％的硫酸酯，同样不易溶解于冷水中。x(Iambda)型卡拉胶含有极少或不含3，6一脱水半乳糖 和35％的硫酸酯，在纯净状态下可溶解于冷水中。一般而言，3，6一脱水半乳糖的含量越高，硫酸酯的含 量就越低，卡拉胶就越不易溶解。
(二)功能
1．结合水分：卡拉胶具有极佳的结合水能力。可使牙膏中必要的水份保持稳定。
2．稳定乳化体：虽然卡拉胶不是一种表面活性剂，它的稠化体系可以帮助保持体系稳定，并能抑制油 的凝聚以及分离成油相和水相。
3．悬浮颗粒：其三维结构有助于稳定乳胶体，并且有使颗粒悬浮的功能。
4．控制流动性：从加工过程到产品的均一性来说，控制产品的流动性是必不可少的。卡拉胶具有热 可逆性．所以在高温下不会使牙膏的粘度显著增大，这样不仅有利于加工，也可改善传热。一旦冷却，卡拉 胶会变稠。一般而言，卡拉胶会冷却至60一70℃时开始固化并形成凝胶。 5．在室温下产生稳定的凝胶：大部分(kappa)型和Kiota)型卡拉胶会一在环境温度下形成凝胶结构。 一旦受到外力机械作用或受热．卡拉胶的形态发生触变，形成流动体，这在牙膏生产工艺上有很大好处，方 便牙膏的输送和灌装。 6．盐对水合作用的影响：卡拉胶的水合特性取决于介质的离子环境。增加离子浓度会降低卡拉胶的 冷水溶胀性并提高其溶解温度。开始溶胀的温度同样随溶剂中所含盐灯的性质和浓度而改变。
(三)三种卡拉胶的性质比较
项 目 K型
≥25％ ≥34％
￡型
≥32％ ≥30％
^型
≥35％ ，
硫酸酯含量 3，6一脱水基含量
热水
溶解性
冷水
凝胶性阳离子的影响
凝胶类型
60℃以上溶解
70℃最好
60℃以上溶解 70℃最好
溶解
钠盐溶解，K+、Ca2+从有限 钠盐溶解，Cf+形成触变分 所有盐都溶解 到高溶胀 散体与K+作用凝胶强度最大
与Ca2+作用凝胶强度最大
非凝胶
非凝胶
坚固硬质凝胶，脱水收缩，无 有弹性，不脱水收缩，有触变
性，破坏可逆 触变性．破坏不可逆
兰、牙膏粘合剂特性比较
特
性
卡拉胶
CMC
汉生胶 粘度 适度
含有酶纤维素
稳定作用 粘度逐渐增强
牯度+凝胶+相交作用
无
稳定，不含酶 纤维素
粘度 严重
容易受酶破坏
组织弹性 口感 外观
不牯连 及容易清洗 有光泽
易变
粘稠 容易清洗 有光泽
成条型．泡沫稳定
有干燥感觉
易变
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四、在牙膏生产中应用 (一)干法工艺 目前，我国牙膏行业主要以干法制膏工艺为主，主要设备生产厂是华明设备机械厂生产的均质机。干
法工艺又称一步法，是各种牙膏原料按一定比例、一定的顺序投人制膏锅中，通过设备使搅拌、均质、脱气 三个步骤同时完成。
卡拉胶是一种硫酸化多糖．与水分子能形成牢固的氢键结合。它的于粉实际上是磨碎的脱水凝胶，其 硫酸盐基团带有化学结合水。在冷水中，这些粉末或多或少能吸收水分并发生软化和溶胀。
卡拉胶的一个重要特性就是具有极强的吸水性，一旦卡拉胶表面接触水后，立即在表面产生一种凝胶 保护层，阻止卡拉胶进一步水合，行之有效的办法就是首先将卡拉胶预分散在牙膏磨料充分混合，分散成 更小的固体颗粒，即使与水接触，也不会产生凝胶保护层，并通过均质器均质，通过机械设备固有的温度， 一般温度在40℃左右卡拉胶开始溶胀。根据牙膏生产特性，从能源、时间、效果计算，最好控制在不超过 90。C。卡拉胶完全溶胀的时间为30．180分钟。牙膏所有物料就能形成均匀、细腻的膏体。否则，会造成 香料过份挥发或使一些热不稳定香料香精发生变质变味。
另外，配方“洁净水”含量是一定的，卡拉胶处在要与固体磨料、各种盐争夺永份的地位。机械剪切作 用对于卡拉胶的水合溶胀是有极大的帮助。强力的剪切作用可以增加体系的温度，加强物料运动，帮助卡 拉胶水合作用，形成稳定的氢键结构。
但是，值得指出的是，在于法生产过程中，没有必要的温度作为条件，强力剪切作用也不能有效时问内 使卡拉胶充分溶胀。采用干法工艺，过程简单，但对设备、工艺条件要求比较高。
固体料
工艺过程：
叫
液体料均质·一搅拌、碾磨、真空仨合一)I
出膏一灌装—-成品
(二)湿法工艺 湿法制膏工艺又称多步法，其过程是先将粘合荆预先分散在无水保湿剂中，然后再与其它水溶性物料 混合、静置形成胶体，然后按一定比例、一定顺序加人其它物料，分别通过搅拌、碾磨、脱气三个步骤完
成制膏。
卡拉胶可以预先分散在无水的保湿剂中，比如甘油、丙二醇、聚乙二醇(液态)、二乙二醇、1，3一丁二 醇，形成均匀的卡拉胶分散体系，加部份水或山梨醇，搅拌并加热至不超过906C左右，形成凝胶。这种做 法可以避免在卡拉胶表面形成凝胶保护层，一旦与大量水或山梨醇接触，水分子就可以直接稀释胶体。采 用湿法工艺，过程繁琐，设备、工艺条件要求与干法工艺基本相同。
工艺过程：
卡拉胶等粘台剂
液体料
固体料—'均质·～搅拌、碾磨、真空仨台一)L1—一
4
出膏一灌装一成品
{三)配方示例 下面是本文基本范例，并不是详细地说明配方，只是用来举例说明了含卡拉胶牙膏的基本组成。
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1．碳酸钙型：
序号
原料名称
重量百分比％
1号
2号
山梨醇
10一30
10一30
2 糖精钠 适量 适量 3 苯甲酸钠 适量
适量
4 碳酸钙
35—60 35—60 ．5
月桂醇硫酸钠 1．5 1．5
6 羧甲基纤维素钠 0．2—0．4 0．6—2．O 7 卡拉腔 O．2一1．6
，
8 植物提取液 适量
适量 9 香精油 适量 适量 lO
洁净水
余量 余量
2．磷酸氢钙型
表二
序号
原料名称
重量百分比％
3号
4号 山梨醇
30—45
30—45
2 糖精钠 适量 适量 3 苯甲酸钠 适量
适量
4 磷酸氢钙
25—50 25—50 5 月桂醇硫酸钠 1．5 1．5
6 羧甲基纤维素钠 0．2—0．5 O．6—2．O 7 卡拉胶
O．2一1．5
，
8 植物提取液 适量 适量 9 香精油 适量 适量 10
洁净水
余量 余量
3．二氧化硅型
表三
序号
重量百分比％
原料名称
5号
6号
山梨醇 50—80
50—80
2 糖精钠
适量 适量 3 苯甲酸钠 适量
适量
4 二氧化硅
10—30 10—30 5 月桂醇硫酸钠 1．5 1．5
6 羧甲基纤维素钠 O．2一O．5 O．6—2．O 7 卡拉胶 0．2—1．5
，
8 植物提取液 适量 适量 9 香精油 适量 适量 10
洁净水
余量 余量
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4．产品质量比较
表一碳酸钙型
项
目
1号 2号
稳定性
10个月后出现分水 24个月出现分水 膏体分散性、触变性 很差 很好
口感 粘连、泡沫少 滑爽、泡沫丰富 外观
较粗、不光亮
细腻、光亮
表二磷酸氢钙型
项
目
3号 4号
稳定性
13个月后出现分水 26个月出现分水 膏体分散性、触变性 一般
很好
口感 粘连、泡沫一般 滑爽、泡沫丰富 外观
有些粗、有光亮感
细腻、光亮
表三二氧化硅型
项
且
5号
6号
稳定性
36个月仍正常 36个月仍正常 膏体分散性、触变性 很好
很好
口感 粘连、泡沫一般 滑爽、泡沫丰富 外观
有光亮感
细腻、光亮
本配方示例说明：
①三种不同结构的配方均含有卡拉胶，通过指标检测，牙膏产品均符合国家标准GB8372—1995(牙
膏)技术要求。
②碳酸钙型、磷酸氢钙型牙膏采用部份卡拉胶后，对提高膏体稳定性、触变性(分散性、洗漱性)很有帮 助。与CMC型膏体的外观相比，台卡拉胶的膏体显得比较细腻、饱满，成条性也很好。
③二氧化硅型牙膏采用部份卡拉胶后，很好解决灌装过程的“拖尾”现象。膏体的戚条性也很好。 5讨论 ①卡拉腔与羧甲基纤维素钠复配使用，解决了膏体的稳定性同题。特别是更适用于高盐牙膏、药物牙 膏的配方。同时能提高膏体抗酶降解能力。
②卡拉胶与羧甲基纤维素钠复配使用。改善了膏体的触变性、分散性和成条性，外观光亮、细腻。极少 出现“拖尾”，减少阻塞现象，提高灌装效率。
③卡拉胶在干法制膏工艺中，由于是一步完成制膏过程，卡拉胶在膏体中分散很大程度上依赖于生产 设备的性能，特别是温度与均质能力。
④卡拉胶与磨料的预先混合，有助于卡拉胶的分散与水合过程的完成。 ⑤卡拉胶均能适合干法与湿法两种制膏生产工艺。
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