[发明专利]空心球型二氧化硅牙膏磨擦剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空心球型牙膏磨擦剂的制备方法。

背景技术

磨擦剂是牙膏中含量最多的成分、主要起到清洁牙齿但又不磨损牙齿的作用。限于多种因素，目前绝大多数的牙膏都是用单一成分的磨擦剂制成，如碳酸钙、二氧化硅、氢氧化铝、磷酸氢钙、焦磷酸钙等。我国广泛使用轻质碳酸钙作为牙膏磨擦剂；在美国和欧洲等国家较广泛采用的是二氧化硅或磷酸氢钙磨擦剂^[1]。由于单一磨擦剂的综合性能(主要体现在清洁能力、成本、与氟化物的相容性、对牙齿的磨损度等)不足，近年来开始利用混合磨擦剂或磨擦剂复配等方法来制备牙膏。如某高效脱敏牙膏所使用的磨擦剂就是由42％的方解石粉(碳酸钙)和5％的沉淀水合二氧化硅混合而成的^[2]。该牙膏的磨擦值降低了40％，减少了对牙齿的磨损；但该牙膏中碳酸钙与氟化钠相容性的问题依然存在。又如利用二水磷酸氢钙与6％SiO₂复配而制成的牙膏^[3]，虽然其对牙齿的磨损很小，但牙膏存在发黄变质等现象。

牙膏磨擦剂的另一发展方向，是对价格低廉的碳酸钙磨擦剂进行形态和表面的调控与修饰，从而提高碳酸钙磨擦剂在牙膏中的耐酸性及与氟化物的相容性并降低其对牙面的磨损。在形态方面，以碳酸钠和氯化钙为反应物，分别利用聚苯乙烯-丙烯酸和聚苯乙烯磺酸钠的调控作用合成出粒径为2～8μm的球形碳酸钙粒子，但并未对球形碳酸钙粒子进行表面修饰^[4-5]。在表面修饰方面，可将硬脂酸钠等疏水性物质涂覆在碳酸钙粒子的表面，以改善与牙膏中氟化物的相容性；但该方法对碳酸钙与氟化物相容性问题的解决仍不理想^[6]。将硅酸盐加入到碳酸钙悬浮溶液中，制备出由二氧化硅壳和碳酸钙芯组成的颗粒^[7]，但该方法制备温度较高、壳层较薄，与氟化物的相容性也不高。有人提出利用2％或4％的硅酸盐溶液并通入CO₂气体对碳酸钙进行表面处理，可提高碳酸钙粒子的耐酸性及其与氟化物的相容性^[8]。

随着材料制备技术的发展，核壳结构粒子的制备方法得到不断完善，并且核壳结构粒子经过煅烧、浸泡等处理去除核模板后可演变为空心微球材料。由于空心微球材料的密度小、比表面积大、热稳定性和表面渗透性好、较大的内部空间及尺寸和成分的可调节性，因而呈现出常规材料所不具有的功能。文献[9～11]分别以纳米或微米级的碳酸钙为模板、以硅酸盐或正硅酸乙酯为硅源，通过溶胶-凝胶方法首先制备出CaCO₃/SiO₂复合结构，接着通过煅烧和稀盐酸浸泡等过程去除碳酸钙模板，从而获得二氧化硅空心微球。但该方法的制备周期较长，且壳层厚度仅为5～50nm，因此其抗压强度很低，非常容易发生破碎。

除利用无机模板外，二氧化硅空心微球还可通过有机粒子、微乳液滴等模板来制备^[12～18]。这些方法所需的周期均在10h以上，且壳层的厚度处于纳米量级，易破碎。与其他模板相比，利用囊泡模板制备空心微球时具有时间短、效率高、粒径大、反应物少、简单易行等优点，利用己胺、正辛胺、癸胺和十二烷胺等合成出壳层表面具有介孔结构、及含Ti和Al的二氧化硅空心微球^[19～23]。由于二氧化硅空心球的形状、成分均与实心的二氧化硅磨擦剂相同，本发明能够达到制备周期短、成本低、抗压强度高等，加之空心球本身的特点(密度小、稳定性好等)，因此采用空心球型二氧化硅材料替代实心的二氧化硅用于牙膏的制备是本行业之所求。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、反应时间短、壳层厚度可控且抗压强度高的空心球型二氧化硅牙膏磨擦剂的制备方法。

本发明的技术方案说明如下：以正辛胺(Octylamine，OA)为模板、正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，在盐酸的催化下通过溶胶-凝胶法快速制备出二氧化硅及正辛胺的复合结构粒子，随后经过煅烧获得高产率的SiO₂空心微球(如图1)。

空心球型二氧化硅牙膏磨擦剂的制备方法，以正硅酸乙酯、正辛胺、盐酸以及无水乙醇为原料，具体制备方法及步骤如下：

(1)称取正硅酸乙酯置于20～50℃的恒温水浴中加热保温3～5min，加入5～15ml的正辛胺，在200～600转/分的速度下快速搅拌溶液3～5min使正辛胺与正硅酸乙酯混合均匀。

(2)称取0.1～0.6ml浓度为36％的盐酸溶液置于105ml的蒸馏水中，配制成低浓度的盐酸溶液。