一种多功能牙膏中HA材料的制备方法与流程

本发明涉及牙膏生产，特别涉及一种具有美白、防龋、抗敏、消炎等多功能的牙膏及其制备方法，尤其是其中的ha材料的制备方法。

背景技术：

1、牙膏是人们日常生活的必需用品，其主要作用是清洁牙齿，保持口腔健康，随着人民生活水平的不断提高，口腔卫生的重要性及其疾病防治，愈益受到人们的重视，牙膏按功能可分为普通牙膏和药物牙膏，而药物牙膏作为口腔疾病的辅助防治手段，占有相当大的市场份额，且其细分为防龋牙膏、抗过敏牙膏、消炎止血牙膏、抗结石牙膏、防口臭牙膏、防溃疡牙膏等等。

2、在口腔护理用品研发方面，通过向牙膏中添加不同活性成份达到不同效果是近几十年来的发展趋势之一。目前，根据“阻塞牙本质小管”的理念而制作的抗牙本质敏感牙膏所含的药物主要有氟化物、草酸钙、碳酸钙-磷酸盐、氯化银、碘化银、ha等等。其中，ha由于是牙体硬组织的主要无机成份，具有生物相容性好、无毒、无害等优异特点，且对开放的牙本质小管可以起到自然修复的作用，已成为抗敏感牙膏中添加的活性成份的研究热点。

3、龋病是人类常见的多发病之一，在各种疾病的发病率中，龋病位居前位。龋病是一种复杂的生物膜介导的慢性进行性破坏性疾病，主要是由于口腔内细菌利用糖代谢产生酸，引起牙体硬组织破坏。牙釉质位于牙齿最外层，它是一种有序的高度矿化的矿物质结构，主要由无细胞的矿物质组成，健康的釉质大约含有 95%的矿物质、1%的有机物和 4-5%的水。牙釉质中的固态结晶羟基磷灰石(hydroxyapatite， hap)和菌斑液体中溶解的羟基磷灰石(游离钙和磷酸盐离子)之间存在恒定的化学平衡。当菌斑的 ph值低于临界值 5.2-5.5 时，就会发生净矿物晶体溶解，即牙齿脱矿。当矿物质溶解时，矿物晶格中的缺陷增多，牙釉质表面变得疏松多孔，矿化程度降低。牙釉质的再矿化就是龋坏的釉质表面重新形成hap 晶体的过程，再矿化过程受唾液中 ca2+、po43−、f−以及菌斑的 ph 值等因素的影响。唾液中的 ca2+和 po43−是再矿化的物质基础，它们的浓度越高，越有利于再矿化的发生。预防牙齿脱矿的关键是增加口腔唾液中 ca2+、po43−离子的浓度，推动 hap 的溶解-沉淀平衡向形成 hap 结晶的方向移动。高活性的 nano-hap 不仅可中和口腔中的酸性物质，其较高的溶解反应还可极大地提高唾液中 ca2+、po43−离子的浓度，具有良好的再矿化作用。

4、hap 微粒可用作牙膏中的生物活性添加剂，易于吸附并填充于龋损牙釉质表面，促进受损牙釉质再矿化，通过日常的口腔保健使受损牙釉质得到修复，增强抗酸蚀能力，预防龋病发生。

技术实现思路

1、基于上述内容，本发明提供了一种多功能牙膏中ha材料的制备方法尤其通过电化学沉积法，一步制备出双级羟基磷灰石，一级为阴极沉积的纳米级棒状含锶羟基磷灰石，一级为电解液中碰撞沉积的微米级球壳状含锶羟基磷灰石，以双级羟基磷灰石为牙膏主功效成分的前提下，牙膏其抗致龋菌性能、抑菌性能、促进釉质再矿化性能方面显示出优良性质，且以离子液体+水为电解液下，电化学制备双级羟基磷灰石还具有工艺简单，性价比高，无毒无环境污染，便于工业化的特点。

2、其中的羟基磷灰石ha材料的制备方法，通过如下步骤制备获得：

3、（1）按配比将氯化胆碱和丙二酸，混合，加热，得离子液体；

4、（2）按配比向步骤(1)中所得离子液体中加入去离子水，得混合液；

5、（3）按配比向步骤(2)中所得混合液中加入2-5g/l微米碳球、10-20mmol/l硝酸钙、5-10mmol/l磷酸氢二胺、1-2mmol/l氯化锶、0.01mol/l氯化钠和1-2g/l edta加热溶解，得电解液；

6、（4）将制备的电解液倒入绝缘反应釜中，以30crnimova钢为阴极，mo70cu30合金为阳极，极间距30-50mm，打开氮气进出口阀门，氮气预充排空气3-5min，关闭氮气出口阀，充入氮气至压力表读数为2-3mpa，关闭氮气进口阀，打开电源，施加双向脉冲电源，正向脉冲电压为70-80v、负向脉冲电压为10-15v、脉冲频率为200-300hz、占空比为10-15%，以3-5℃/min升温至70-90℃，磁力搅拌200-300rpm，时间60-120min；

7、（5）关闭电源，自然冷却至室温；

8、（6）取出阴极进行刮粉，对获得的粉体进行球磨处理，获得纳米级棒状含锶羟基磷灰石；

9、（7）离心、过滤电解液中的微米碳球，并进行洗涤和干燥处理，然后进行马弗炉高温处理，获得微米级球壳状含锶羟基磷灰石。

10、所述氯化胆碱和丙二酸的摩尔比为1:2。

11、步骤（2）中去离子水的用量为200-300ml。

12、微米碳球的尺寸为5-10μm。

13、纳米级棒状含锶羟基磷灰石的长度为200-300nm；微米级球壳状含锶羟基磷灰石的尺寸为5-15μm，中空尺寸为5-10μm。

14、球磨处理以氧化锆为磨球，以无水乙醇为介质，进行湿法研磨。

15、步骤（7）中的电解液在5000-7000r/min转速下离心分离。

16、洗涤为依次使用乙醇和去离子水多次洗涤，所述干燥为60-70℃真空干燥。

17、马弗炉高温处理以5-7℃/min升至500-550℃，保持2-3h，自然冷却至室温。

18、纳米级棒状含锶羟基磷灰石和微米级球壳状含锶羟基磷灰石按质量比为1:（2~3）的比例混合，用于牙膏的制备。

19、一种抗龃齿美白牙膏组合物，按重量百分比计由以下成分组成：

20、修复剂：纳米级棒状含锶羟基磷灰石和微米级球壳状含锶羟基磷灰石8-14%；

21、摩擦剂：天然碳酸钙 20-30%；

22、摩擦剂：二氧化硅 3-5%；

23、粘合剂：羟甲基纤维素钠 0.6-0.8%；

24、粘合剂：羟丙基瓜尔胶 18-20%；

25、保湿剂：山梨醇15-20%

26、表面活性剂：十二烷基硫酸钠 2.2-2.4%；

27、防腐剂：苯甲酸钠0.3-0.5%；

28、甜味剂：糖精钠0.1-0.3%；

29、抗过敏剂：硝酸钾2-4%；

30、香精：水果香精0.8-1%；

31、去离子水至100。

32、进一步的，纳米级棒状含锶羟基磷灰石和微米级球壳状含锶羟基磷灰石的质量比为1:（2~3）。

33、进一步的，纳米级棒状含锶羟基磷灰石的长度为200-300nm。

34、进一步的，所述微米级球壳状含锶羟基磷灰石的尺寸为5-15μm，中空尺寸为5-10μm。

35、所述一种美白牙膏制备方法，包括如下步骤：

36、（1）在真空制膏机中，将羟甲基纤维素钠和羟丙基瓜尔胶快速分散到部分山梨醇溶液中，加入糖精钠、硝酸钠去离子水溶液，高速搅拌形成均匀的胶浆；

37、（2）再将天然碳酸钙、二氧化硅、十二烷基硫酸钠、苯甲酸钠加入到胶浆中，加入水果香精并高速搅拌、真空脱气形成牙膏基质；

38、（3）将纳米级棒状含锶羟基磷灰石和微米级球壳状含锶羟基磷灰石按比例预先均匀分散到山梨醇中，再通过高速搅拌加入到上述牙膏基质中；

39、（4）最后经真空脱气制得均匀牙膏成品。

40、搅拌速度为200-1000rpm，搅拌时间为10-15min。

41、脱气时间为10-12min，真空度为-1±0.05mpa。

42、本发明的牙膏中包括有修复剂、摩擦剂、粘合剂、保湿剂、表面活性剂、防腐剂、甜味剂、抗过敏剂、香精。磨擦剂要求有适当的细度(一般为10-40μm)，适当的硬度(莫氏硬度值2-3，比牙釉质低)和磨擦值(rda低于250)，外观洁白，均匀细腻，口感舒适，安全无毒，化学稳定，不与其它组分发生作用，溶解度小。

43、保湿剂要求具有吸湿性，能显著降低膏体冰点，稳定膏体的粘度和适口的甜味，保湿剂在牙膏中的作用是抗冻和保湿，由于其吸湿性，减缓膏体水分蒸发，任何浓度的山梨醇溶液暴露在空气中，或吸收水分，或放出水分，直至浓度达到与空气湿度相平衡为止。

44、粘合剂要求其分子结构为三维空间网状结构，具有适当的粘度和触变性能，生产时易于溶胀和分散，不产生结粒结块现象，与其它原料相容性好，无味抗酶能力好。

45、牙膏用表面活性剂：十二烷基硫酸钠为阴离子表面活性剂，溶于水后成为水相，而香精为油相，两相在接触搅拌下形成乳状液，即油分散在水中，而十二烷基硫酸钠是一种优良的乳化剂，在分散相液滴周围形成较坚固的薄膜，阻止液滴聚结，形成稳定的乳状液，另外会改善摩擦剂表面吸附状态提高分散性。

46、羟基磷灰石（ha）是人体骨骼和牙齿的主要无机成分，本发明合成的ha与骨骼中hap 的晶形和结构非常相似，具有吸附蛋白质、氨基酸、脂质和葡聚糖的作用，同时还能促进牙釉质表面再矿化、增强釉质的抗龋力，羟基磷灰石与牙槽骨具有良好的生物相容性，可以促进缺损牙槽骨的修复，有效地防止牙槽骨吸收和萎缩，因此，本发明使用ha作牙釉质再矿化材料。

47、牙釉质和牙本质均可吸收锶，牙本质对锶的敏感度远远超过牙釉质，锶与齿质中的碳酸钙作用生成碳酸锶(srco3)，同时和牙本质的羟基磷灰石作用生成锶羟基磷灰石从而增强牙齿的抗酸能力，锶还可和牙本质中的其它有机物相结合(如氧合血红蛋白)，它能渗透到牙齿的深部，使牙齿硬组织的渗透性显著减少，而起抗酸脱敏作用，基于此，锶掺杂的羟基磷灰石对牙本质神经起镇静止痛和减缓造牙本质细胞的胞浆突起传导作用，并可加速继发性牙本质的形成，故可起到镇痛脱敏作用。

48、基于上述内容，本发明使用锶掺杂的羟基磷灰石作为主要功能成分，用于改善牙体再矿化效果，选择两种磨擦剂牙膏级天然碳酸钙和二氧化硅，为改善膏体的细腻度和光泽度等，粘合剂选择羟甲基纤维素钠和羟丙基瓜尔胶；表面活性剂为阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠；保湿剂为山梨醇；选择水果香精、糖精钠、改善口感；食品级硝酸钾、苯甲酸钠作为添加剂使用。

49、对本发明实施例制备的牙膏进行测试gb8372-2001，膏体洁净、均匀、细腻、色泽正常，ph8.24，室温稠度16mm，耐热稠度17mm，泡沫量152.4mm，稳定性：膏体不溢出管口，不分离出水，香味、色泽正常，细菌检测：粪大肠菌群阴性，绿脓杆菌阴性，金黄色葡萄球菌阴性，满足gb8372-2001的要求。

50、此外，本发明采用电化学手段同时制备不同形貌的微纳米羟基磷灰石，如下步骤制备获得：

51、（1）按配比将氯化胆碱和丙二酸，混合，加热，得离子液体；

52、（2）按配比向步骤(1)中所得离子液体中加入去离子水，得混合液；

53、（3）按配比向步骤(2)中所得混合液中加入2-5g/l微米碳球、10-20mmol/l硝酸钙、5-10mmol/l磷酸氢二胺、1-2mmol/l氯化锶、0.01mol/l氯化钠和1-2g/l edta加热溶解，得电解液；

54、（4）将制备的电解液倒入绝缘反应釜中，以30crnimova钢为阴极，mo70cu30合金为阴极，极间距30-50mm，打开氮气进出口阀门，氮气预充排空气3-5min，关闭氮气出口阀，充入氮气至压力表读数为2-3mpa，关闭氮气进口阀，打开电源，施加双向脉冲电源，正向脉冲电压为70-80v、负向脉冲电压为10-15v、脉冲频率为200-300hz、占空比为10-15%，以3-5℃/min升温至70-90℃，磁力搅拌200-300rpm，时间60-120min；

55、（5）关闭电源，自然冷却至室温；

56、（6）取出阴极进行刮粉，对获得的粉体进行球磨处理，获得纳米级棒状含锶羟基磷灰石；

57、（7）离心、过滤电解液中的微米碳球，并进行洗涤和干燥处理，然后进行马弗炉高温处理，获得微米级球壳状含锶羟基磷灰石。

58、首先使用氯化胆碱和丙二酸作为离子液电解液，具有非挥发性、低熔点(可达-100℃)、宽液程、宽的电化学窗口、选择性溶解力与可设计性等，但是该电解液的粘度较高，因此需要通过在离子液体中加入去离子水，改善电解的粘度，便于电化学沉积的发生。

59、本发明电化学沉积过程同时发生在两种基材表面，一种是阴极，在电极上施加电源，会在阴极表面发生电化学析氢反应2h2o+2e-→h2+2oh-，即在阴极表面造成局部的oh-的浓度升高，形成局部强碱性区域，钙和锶离子在电场的驱动下，向阴极表面汇集，发生5ca2+(sr2+)+3h2po4-+7oh-→ca5(po4)3oh+6h2o，即阴极表面的ha的过饱和并不断的长大，为了获得棒状的形貌，而施加双极脉冲过程控制局部oh含量，使用密封水热改善电沉积条件，进而获得棒状的ha材料，此外，这里应当说明的是，水热前使用氮气排空的目的并非防止氧化，而是为了提高水热反应釜的压力，在较低温70-90℃实施电沉积，在阴极表面获得ha需要取出，进行刮粉处理，对获得的粉体进行球磨处理，获得纳米级棒状含锶羟基磷灰石，纳米级棒状含锶羟基磷灰石的平均长度为200-300nm，如附图4所示。一种是碳球表面，所述碳球需要进过混酸高热处理，提高碳球的水溶性，例如使用硫酸和硝酸组成浓酸混合液，在高温段回流处理，有效除去碳球表面的杂质，并引入亲水基团。在搅拌的过程中碳球不断与阴极碰触，且由于阴极表面的ha的过饱和长大，使得溶液中的ca2+sr2+和h2po4-存在浓度差，而向阴极附近迁移，与碳球碰触，进而沉积在碳球表面，然后进行离心、过滤电解液中的微米碳球，并进行洗涤和干燥处理，然后进行马弗炉高温处理，其中马弗炉中需要鼓入部分氧气，用于燃烧除去其中碳微球获得中空结构，微米级球壳状含锶羟基磷灰石的尺寸为5-15μm，中空尺寸为5-10μm。

60、本发明采用脉冲沉积，有利于较少浓度差，提高沉积量，避免出现球体无法完全沉积羟基磷灰石的现象，参见附图3可知，如对比例1的制备方法，不使用低粘度的电解液、以及不使用脉冲沉积，获得球体整体沉积不完全，存在大量的孔洞。

61、此外，附图1为焙烧前球状含锶羟基磷灰石图，微米求表面沉积均匀，附图2为焙烧后部分破裂的球状含锶羟基磷灰石图。虽然有部分的破裂，但仅仅是个例，用于说明羟基磷灰石沉积的厚度和中空结构。

62、有益技术效果:（1）龋病是沉积在牙面的菌斑所致的感染性疾病，细菌对牙面的粘附是菌斑形成的首要条件。致龋细菌利用食物糖份合成各种细胞外多糖，粘附到釉质上并酵解糖类产生有机酸，随着酸性代谢产物在牙菌斑中的不断累积，可导致牙体硬组织的酸蚀脱矿并形成龋损。因此，致龋菌在牙釉质表面的粘附、产酸和合成胞外多糖是导致龋病的重要毒力因子。本发明制备的双组份羟基磷灰石(ha)牙膏具有优良的吸附蛋白质、葡聚糖的作用。

63、（2）双组份的羟基磷灰石具有促进牙釉质表面再矿化、增强釉质的抗龋力，提高硬度的效果。

64、（3）本发明制备的牙膏在菌斑指数和龈炎指数的减少具有显著性的效果。