[发明专利]含羧甲基化甘蔗渣复合材料及其制备方法与应用

说明书

本发明实施例公开了一种含羧甲基化甘蔗渣复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法：向甘蔗渣中加入氯乙酸钠水溶液进行羧甲基化反应，反应结束后，加氢氧化钙调节pH值为碱性，之后加入碳酸根离子源/磷酸根离子源，直至体系中钙离子完全转化为碳酸钙/磷酸根钙盐，再进行离心分离、干燥、研磨，得所述含羧甲基化甘蔗渣复合材料。本发明的含羧甲基化甘蔗渣复合材料充分发挥甘蔗渣的优势同时具备无机材料的生物相容性，可替代碳酸钙或磷酸钙类无机盐作为牙膏磨料和/或牙齿脱敏剂。

技术领域

本发明实施例涉及日化、口腔医疗、护理、清洁产品技术领域，具体涉及一种含羧甲基化甘蔗渣复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

牙膏一般以碳酸钙、磷酸钙类无机盐作为磨料。其中，碳酸钙是自然界中最广泛存在的无机材料，同时也是水生动物的骨骼、贝壳类的主要成分，具有良好的生物相容性，在口腔护理领域，碳酸钙被用做牙膏、牙粉的磨料及牙齿脱敏剂。碳酸钙的性能跟其结晶形态及形貌直接相关，通常天然碳酸钙矿石是方解石型结晶，具有六面体结构，即使采用物理粉碎工艺进行加工后，仍旧是不规整六面体结构，微观颗粒硬度较大，长期使用对牙釉质具有一定的磨损风险。

磷酸钙类无机固体颗粒及其水合物是口感及生物相容性最好的牙膏磨料，二水合磷酸氢钙、磷酸三钙及羟基磷灰石的元素组成与牙釉质表面元素组成相似，采用上述磨料制备的牙膏具有独特细腻的口感，并且其在牙釉质再矿化、牙本质抗敏感方面性能突出。然而，磷酸钙类无机固体粒子生产成本相对较高，通常采用沉淀法直接制备的固体颗粒粒径较大，妨碍了磷酸钙类固体粒子对牙缝的清洁作用，也阻碍了磷酸钙类无机固体粒子进入牙本质小管，降低了磷酸钙类磨料的抗敏感性能。另外微溶性磷酸钙类无机物还会给水体造成富营养化污染。

因此，如何研发出一种可替代碳酸钙或磷酸钙类无机盐的磨料和/或牙齿脱敏剂是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

甘蔗渣是甘蔗产糖后的固体有机废弃物，通常用做燃料发电、造纸、提取纤维素、制备木糖醇等，在这些工艺中深度加工甘蔗渣往往造成二次污染，很难实现节能减排及碳中和的要求。甘蔗渣主要由木质素、纤维素、半纤维素组成，对人体无毒害。木质素具有一定的抗菌、抗病毒性能，食用纤维素可以助消化，半纤维素类多糖是良好的益生元；甘蔗渣中木质素包裹纤维素及半纤维素形成具有一定强度的束状纤维结构；干燥的甘蔗渣常温下在水中易吸水溶胀，体积增大。

由于自然界中木质素与纤维素、半纤维素等往往相互连接，形成木质素-碳水化合物复合体(Lignin-Carbohydrate Complex)，故目前没有办法分离得到结构完全不受破坏的原本木质素。从材料学的角度看待甘蔗渣是一种具有一定力学刚性(木质素)兼具弹性(纤维素)的材料，若将甘蔗渣直接用于牙膏，因其表面有机物组成与牙齿表面的无机材料相容性较差，导致使用口感较差。

由于木质素的分子结构中存在芳香基、酚羟基、醇羟基、碳基共轭双键等活性基团，因此可以进行氧化、还原、水解、醇解、酸解甲氧基、羧基、光解、酞化、磺化、烷基化、卤化、硝化、缩聚或接枝共聚等诸多化学反应，这也给改性木质素提供了有力条件。

将纤维素与一氯乙酸反应制备不同取代度的羧甲基纤维素是比较成熟的工艺，羧甲基纤维素是牙膏中常用的增稠剂。甘蔗渣中木质素及纤维素差分困难，但是二者都对人体无毒，且都具有结构相近的端羟基，采用一氯乙酸与甘蔗渣中的木质素、纤维素及半纤维素形成甘蔗渣-乙酸醚结构可以使甘蔗渣表面端羟基羧基化，羧基带负电荷，可以吸附钙离子。

为了充分发挥甘蔗渣在牙膏中的应用，减少环境污染及提高甘蔗渣在牙膏中应用的生物相容性及口感问题，本发明采用氯乙酸将甘蔗渣表面的羟基转化为羧基，利用羧基端的负电荷吸附带正电荷的钙离子，然后分别用生物相容性较好的碳酸盐或磷酸盐类与钙离子反应，形成羧甲基化甘蔗渣/碳酸钙，或，羧甲基化甘蔗渣/磷酸钙盐核壳型复合材料，使材料充分发挥甘蔗渣的优势同时具备无机材料的生物相容性。

具体地，本发明实施例提供如下技术方案：