（中国粉体技术网/班建伟）磨擦剂是牙膏生产的重要成分之一，主要起到清洁牙齿但又不磨损牙齿的作用。可做牙膏磨擦剂的品种较多，例如磷酸氢钙、沉淀碳酸钙( 轻质碳酸钙) 、方解石粉( 重质碳酸钙) 、α － 氢氧化铝和二氧化硅等，其中方解石粉是使用最多的一种。
方解石粉价格低廉，由方解石矿直接加工粉碎而制得，是生产低值牙膏的主要原料，由于其性能所限，很难满足中、高档牙膏的需要，尤其是添加各种活性物的牙膏，严重影响了牙膏的稳定性和保质期限。
在90 年代初，跨国牙膏公司进入中国，也带进了一些新牙膏原料，二氧化硅就是其中的一种。同时国内的化工工业也有了蓬勃的发展，与牙膏工业配套的化工原料工业也兴建起来，如专业生产二氧化硅的公司就有数家，质量和产量都在逐年提高。
二氧化硅是牙膏生产的优质原料，可以稳定复配各种活性物，但是价格较高，大约是方解石粉价格的7～20 倍左右，这样就制约了牙膏工业的发展。
近年来，有人开始利用磨擦剂复配等方法来制备牙膏，以达到提高稳定性及降低成本的目的。如某高效脱敏牙膏所使用的磨擦剂就是由42% 的方解石粉和5% 的沉淀水合二氧化硅混合而成的。该牙膏的磨擦值降低了40%，从而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40%的二水磷酸氢钙与6%的沉淀水合二氧化硅复配而制成的牙膏，虽然其对牙齿的磨损很小，但牙膏容易存在发黄变质的现象。因此就提出了新课题，如何对牙膏磨料方解石粉进行改性研究。
1 碳酸钙粉体表面改性进展
对碳酸钙的改性研究主要是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形容性并降低其对牙面的磨损。在形态方面，以碳酸钙和氯化钙为反应物，分别用聚苯乙烯－ 丙烯酸和聚苯乙烯磺酸钠的调控作用合成粒径为2～8μm 的球形碳酸钙粒子，但并 未对球形碳酸钙粒子表面进行修饰。
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。
将硅酸盐加入到碳酸钙悬浮液溶液中去，制备出由二氧化硅壳和碳酸钙芯组成的颗粒，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。
近几年随着溶胶－凝胶技术的发展，核壳结构材料因核、壳尺寸和成分的可调节性而得到了迅速的发展。如将纳米碳酸钙加入到浓度为5%～7%的硅酸钠水溶液中进行超声分散，经硅酸盐发生水解－缩合反应生成溶胶，从而沉积在纳米碳酸钙表面、形成具有核－壳结构的纳米CaCO3 /SiO2复合粒子; 还有在碳酸钙悬浮液中加入硅酸盐，同时通入含有CO2的窑气进行碳化，硅酸盐水解析出的硅溶胶包覆于纳米碳酸钙表面，从而形成核壳型的二氧化硅包覆纳米碳酸钙粒子。
但上述两方法中的纳米碳酸钙由于团聚问题严重，还需要在制备中加入偶联剂或亲油性诱导剂和有机活化剂等才能改善其分散性，以便作为功能性材料用于涂料、橡胶和塑料等领域。如能用二氧化硅包覆微米级球形碳酸钙颗粒，直接制备出单分散的、CaCO3 /SiO2核－壳复合结构粒子用于牙膏磨擦剂则是目前最为理想的解决办法。故采用粉体表面改性机对方解石粉进行表面改性试验。
2 试验原理
干法机械表面改性处理: 将研磨好的固定目数的方解石粉放入SLG 型(涡流式) 或PSC 型( 连续式) 粉体表面改性机高速，再加入表面改性剂进行高速捏合处理。
3 试验条件
原料：方解石粉( 重质碳酸钙)， 325 目细度。水玻璃( 15°波美) ，硫酸( 15°波美) 。
设备：SLG 型( 涡流式) 或PSC 型( 连续式) 粉体表面改性机。
试验操作程序：在容器中( 慢速搅拌) 用15°波美的硫酸缓慢加入到15°波美的水玻璃中并不断测试反应物料的pH 值，直至pH 值达6.0 即为终点，此时已形成硅胶，并继续搅拌10～20min。把方解石粉( 325 目) 经给料输送系统送至主机上方的雾化室。把已制成的硅胶按与方解石粉按2∶ 100的比例输送到雾化室。雾化室内两组喷嘴均通入热压力气流，同时把粉体( 方解石粉) 和改性剂( 硅胶) 形成雾状，使两种物料充分混均，并随即进入主机。
在主机内由高速搅拌棒、冲击锤的作用下，使两种雾化物料受到冲击、磨擦、剪切等诸多外力的作用，使粉体颗料与硅胶得到更充分的接触、混合。大大增强了物料的表面能，使粉体得到充分的包覆改性，同时也有效地预防了物料可能结团的现象。
4 试验结果
4.1 用粉体表面改性机对方解石粉体进行了改性包覆试验,试验结果见表1。
 4.2 与氟化物的相容性
将同样质量的改性方解石粉、未改性方解石粉和二氧化硅，在常温下分别分散于定量的氟化钠、甘油和水的溶液中制成悬浮液，并在45℃条件下密封保存7 天。然后用离子色谱法检测溶液中氟离子的浓度，未反应氟离子浓度/原氟离子浓度× 100% 表示与氟化物的相容性。数值越大，表示与氟化物的相容性越好。实验结果见表2。
结果说明改性方解石粉与氟离子相容性很好。
4.3 磨损值
用铜片磨损值的方法测试磨擦剂的相对磨损值。将20g 改性方解石粉、未改性方解石粉和二氧化硅各加入20g 山梨醇溶液分散，用抛光并恒温恒重的铜片浸泡在分散液中，往复摩擦不少于9000次，最终计算铜片的磨损减量。实验结果见表3。
结果显示，改性方解石粉的摩擦力小于未改性方解石粉，略大于二氧化硅。
5 结论
（1）粉体表面改性研究是提高牙膏品质的一条途径，对牙膏膏体的稳定性、外观、质量都有新的提高。
（2）粉体改性可做到一机多用，不但是牙膏磨料，其他工业的粉体亦可进行改性。在塑料、橡胶、造纸等工业的大量使用。
（3）牙膏磨料粉体亦可用多种高分子聚合物材料改性包覆，可有效提高磨料品质。
（4）使用机械方法改性粉体表面经济高效。
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