PAGEPAGE15普通碳酸鈣型牙膏生產工藝計劃書一．前言世界上第一支管裝牙膏誕生于1893年，至今已有一百余年歷史。在29年之后，即1922年我國生產出第一支管裝牙膏[1]。牙膏自18世紀50年代初問世以來，在很長的一段時間里，在商品性質和分類上都屬于美容化妝品之列，它在國內外的化妝品學中也占有重要地位。牙膏是用來清潔牙齒、維護口腔衛(wèi)生、預防口腔疾病的重要口腔護理用品，與人們的日常生活密切相關。牙膏工業(yè)是重要的日用化工行業(yè)之一，其生產水平的高低，既反映了國家工業(yè)文明的發(fā)展，也標志和影響著人民生活消費水平的高低[2]。美國牙科協會給牙膏的簡明定義是：“牙膏是和牙刷一起用于洗凈牙齒表面的一種物質”。其功能主要是輔助牙刷去除口腔中的食物殘屑和牙垢，使口腔清爽，潔齒健齒等。牙膏的分類尚未規(guī)范。根據我國牙膏標準分為普通牙膏和藥物牙膏兩類，按其理化指標及包裝得分評為A、B、C三級。普通牙膏又叫潔齒型牙膏，如上海美加凈牙膏等；藥物牙膏又稱療效型牙膏，如天津藍天六必治牙膏等。二．產品介紹1.牙膏的性能具有適宜的摩擦力。在刷牙過程能產生適度的泡沫。含有抑菌的有效成分。提高牙齒和牙周組織的抗病能力。有舒適的香氣和口感。具有一定的稠度，良好的外觀和使用性能。具有物理和化學穩(wěn)定性。(8)無毒性，對口腔黏膜無刺激性。2.牙膏的作用（1）物理作用：磨擦劑在牙刷的配合下，機械地刷除牙齒表面的附著物。（2）化學作用：發(fā)泡劑在刷牙過程中發(fā)泡、乳化、吸附口腔和牙齒內的污垢，對牙菌斑和牙垢產生溶解、分解、中和等作用。（3）生物作用：口腔中的細菌和食物殘渣，通過牙膏各種成分（如殺菌劑）的綜合作用，可有效地抑制、殺滅或去除這些有害物。2.1基本配方成分含量（%）摩擦劑40~50賦型劑10~30增稠劑1~2香精0.5~1.5發(fā)泡劑1.5~2.5甜味劑0.1~0.5防腐劑0.1~0.5其他添加劑0.1~2水余量2.2各成分基本作用2.2.1摩擦劑摩擦劑在牙膏中的作用是以機械的方法清除牙齒表面的污垢，起著潔齒的作用。磨擦劑是牙膏的主要成份，一般在中低檔牙膏中占50%左右。通常應用的磨擦劑有碳酸鈣、磷酸二氫鈣、α-氫氧化鋁、二氧化硅等。2.2.1.1摩擦劑的基本作用（1）決定對牙表面沉積的去除效果；（2）通過對牙表面沉積的去除達到減少菌斑病的發(fā)生。2.2.1.2清潔牙齒的作用過程（1）在牙刷的壓力下剪切破碎牙垢和磨除牙結石；（2）破碎的牙垢和牙結石被摩擦劑所分散，并與摩擦劑、表面活性劑乳化成懸浮液，降低粘度，與牙菌斑一起離開牙齒表面；（3）懸浮物易被水沖洗，完成清潔口腔與牙齒的目的。2.2.1.3硬度要求牙釉質的莫氏硬度為5~6，因而摩擦劑莫氏硬度應<5。一般認為摩擦劑的莫氏硬度在<4時是比較適宜。2.2.1.4摩擦劑類型分類一般來說，摩擦劑決定牙膏的性能和成本。磷酸氫鈣價格昂貴、吸水量低、摩擦值適中，口感好，用于生產高檔牙膏；二氧化硅價格較高、吸水量大、藥物配伍性好，用于生產中高檔牙膏；碳酸鈣價格低廉、吸水量低、藥物配伍性不良、對牙本質有一定的磨損，一般用來做低檔牙膏；高比例的二氧化硅和碳酸鈣復配既可以顯著降低牙膏對牙本質的磨損，又可以保留牙膏對牙菌斑、牙結石的清潔效果，一般用來做中當牙膏。賦型劑2.2.2.1主要作用（1）保濕性：防止膏體水分的蒸發(fā)甚至能吸附空氣中的水分，以防止膏體干燥變裂。（2）抗凍性：降低牙膏凍點，使牙膏在寒冷的地區(qū)亦能保持正常的膏體狀態(tài)，方便運輸、儲存及使用。2.2.2.2常用賦型劑甘油、山梨醇、PEG。增稠劑作用阻止或大大減緩小顆粒的沉降，防止出現相分離使牙膏在保質期內保持穩(wěn)定。2.2.3.2常用增稠劑（1）羧甲基纖維素鈉（CMC）：分子量和取代度影響CMC的性能；由于在相同表觀粘度時，其塑變值低于其他聚合物，嬰兒長于其他觸變性好的聚合物復配使用CMC單獨使用,用量一般0.8%～1.3%,不超過1.35%。夏季可使用粘度高的CMC(1100～1200mPa.s),醚化度應在0.9以上。CMC用量應根據成品實際稠度來增減(一般12～27mm),冬季稠度可偏高，夏季則相反。在生產中，牙膏膠水粘度一般在1800～3300mPa.s(20℃)。一般牙膏配方中,CMC用量增減0.1%,膠水粘度增減300mPa.s左右[4]。（2）黃原膠：具有良好的耐溫、耐鹽性，對酶穩(wěn)定性好，且能在較寬pH值范圍內應用，對低濃度氟化物穩(wěn)定。（3）羥甲基瓜爾膠：具有良好的耐鹽性、觸變性，適應較寬pH值范圍。2.2.4香精牙膏香精是參照天然植物的香味，采用天然和天然等同香料、合成香料經精心調配而成具有天然風味的各種香型的一種使用香精。香精是牙膏中最為昂貴的組成部分，牙膏的口感、風格、檔次等因素基本取決于所選用的香精。香精是一種由人工調配出來的含有兩種以上至幾十種香料(有時也含有適宜的溶劑或載體)的混合體，在溫度較高的情況下具有一定的揮發(fā)性!在牙膏生產中由于采用大功率均質機，膏體在經過長時間均質后膏體溫度都會上升，一般會達到45℃左右，如果過早地加入香精，高溫會導致香精中的活性物大量揮發(fā)，香味變淡，口感變差，而這兩點又恰恰是消費者最看中的。[5]須遵循的原則：（1）符合食品安全規(guī)格；（2）能掩蓋原料不好的氣味；（3）使用后在口腔中留有余味；（4）顏色一般為白色。2.2.5發(fā)泡劑牙膏中發(fā)泡劑是產生泡沫的主要原因，發(fā)泡劑在牙膏中起到乳化香精、穩(wěn)定膏體的作用。在牙膏使用時，與牙刷和水共同作用產生泡沫，使口腔內難溶的污物溶于水隨漱口吐出口外，產生泡沫起到去污攜污的作用[6]。最常用的發(fā)泡劑是十二烷基硫酸鈉（K12）、月桂酰肌氨酸鈉。發(fā)泡劑是乳化液的穩(wěn)定劑，若香精過多，會破壞乳化，使油相從膏體中析出；而發(fā)泡劑過多，會影響香精香味的揮發(fā)。2.2.6甜味劑常用甜味劑：蔗糖、糖精。糖精：比蔗糖甜300-500倍，但無熱量，是不能消化糖和節(jié)食者的糖的替代品。如果含量超過0.02%，有苦味。2.2.7其它添加劑(1)鈦白粉：增加膏體的白度和遮蓋力。(2)食品色素：改善膏體感官性質，尤其用于兒童牙膏和中草藥牙膏。(3)食用色淀：以水合明礬為底物衍生的一種食用水溶性色素與鋁基料混合的鹽，主要用于彩條牙膏。(4)潔齒顆粒：一般以多孔性二氧化硅或其他吸附性無機或有機物質為基質，添加微量食用色素制成。(5)緩沖液成分：磷酸氫鈣型牙膏一般使用焦磷酸鈉；氫氧化鋁型牙膏一般使用磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉。(6)氟化物：牙膏中的活性成分，保護牙釉，固齒，常用的有NaF、SnF2、Na2PO3F。2.3普通牙膏（1）碳酸鈣型牙膏（2）別名普通牙膏、衛(wèi)生牙膏。（3）性狀白色膏體，以碳酸鈣為主摩擦劑，PH值為7~10，易從軟管擠出，呈稀稠適度的條狀，能發(fā)泡，具有摩擦牙齒、清潔口腔的性能。（4）主要成分摩擦劑、增稠劑、發(fā)泡劑、潤濕劑、防腐劑、香精和水。（5）碳酸鈣型牙膏以碳酸鈣為主摩擦劑；配方中潤濕劑的用量相對其他牙膏少，水量多，并添加水玻璃和磷酸氫鈣等緩蝕劑；常用增稠劑為羧甲基纖維素鈉（CMC）和羥乙基纖維素鈉；常用發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉；常用潤濕劑為甘油、山梨酸、丙二醇等；常用防腐劑有苯甲酸鈉、尼泊金酯類。（6）參考配方/%（質量）碳酸鈣（摩擦劑）50羧甲基維生素鈉（CMC）1.2甘油（潤濕劑）15香精1.2十二烷基硫酸鈉（發(fā)泡劑）2.0糖精（調味劑）0.25尼泊金乙酯（防腐劑）0.02中性泡花堿（30%）（緩蝕劑）1磷酸氫鈣（緩蝕劑）0.25去離子水加至100（7）制法①預發(fā)膠水法首先按配方將增稠劑均勻分散于潤濕劑中，制成均勻一體的分散液。另將糖精、防腐劑、緩蝕劑溶解于已加熱至40~50℃的去離子水中，在攪拌下將水溶液加至已制成的分散液中使其膨脹成均勻的膠水，然后加入發(fā)泡劑。待膠水適當陳化后，依次加入預先稱量好的香精、摩擦劑，充分攪和，即為膏坯。膏坯在膠體磨的高剪切作用下，各種微粒進一步分散而達到均勻。最后膏體經真空脫氣成為結構緊密、細膩、有良好光澤的膏料，灌裝即制得成品。②直接攪拌法此工藝適用于較大的拌和設備，將各組分按配方比例稱量后直接投入拌膏機中，投料次序依次為甘油、羧甲基纖維素鈉、去離子水或其他水溶性添加劑、發(fā)泡劑、香精、摩擦劑。然后靠強力的攪拌、捏和使各組分分散，均勻混合。類似于預發(fā)膠水法，經均質研磨、真空脫氣制成膏料。最后進行灌裝、包裝制得成品。三．生產工藝流程1.生產原理牙膏是由粉狀摩擦劑、濕潤劑、表面活性劑、粘合劑、香料、甜味劑及其它特殊成分構成的。牙膏的制作工藝有兩種：濕法溶膠制膏和干法溶膠制膏。濕法是較為廣泛采用的方法。先用甘油等潤濕劑（不能與粘合劑形成溶膠）使黏合劑均勻分散，然后加入水使黏合劑膨脹膠溶，并經貯存陳化后，拌和粉料并加入表面活性劑、香精、經研磨、貯存陳化、進行真空脫氣即成。干法是將黏合劑粉料與摩擦劑粉料預先用混合裝置混合均勻，在混合設備內與水、甘油溶液等一次混合成膏。此法流程縮短，有利于自動化生產。2．生產工藝2.1．濕法溶膠制膏工藝濕法溶膠制膏工藝是目前國內外普遍采用的一種工藝路線，包括常壓法和真空法兩種。2.1.1．常壓法制膏工藝常壓法制膏工藝由制膠、捏合、研磨、真空脫氣、灌裝及包裝工序組成。以下對各工序分別論述。制膠將甘油、膠黏劑CMC投入制膠鍋中，在高速攪拌下加入水、糖精和其他水溶性添加劑（如使用液狀發(fā)泡劑也在此時加入），攪拌至膠水均勻透明，無粉粒為止，然后放置一段時間，讓膠粒充分膨脹膠溶后使用。捏合將膠水打入捏合機，加入摩擦劑、粉狀發(fā)泡劑和香精等，捏合均勻。捏合時間的控制非常重要。捏合是制備牙膏的重要工序。研磨經捏合的膏體，由齒輪泵或往復泵送到膠體磨進行研磨，在機械的剪切力下，使膠體或粉料的聚集團進一步均質分散，使膏體中的各種微粒達到均勻分布。研磨后要放置一段時間，使細微的氣泡自動聚合為大氣泡，減少了氣泡的總表面積，以利于下一步脫氣工序的進行。真空脫氣真空脫氣是為了改善膏體的成型狀況。經脫氣處理后的膏體光亮細膩，成條性好。灌裝及包裝脫氣后的膏體經靜置后即可通過自動灌裝機裝入軟管，并進行電焊封尾或摺尾。灌裝封尾后的牙膏，由人工或自動包裝機進行包裝。2.1.2．真空法制膏工藝真空制膏工藝目前在國內有兩種方法：分步法制膏和一步法制膏。步法制膏保留老工藝中的發(fā)膠工序，然后把膠液與粉料、香料在真空制膏機中完成制膏，這種稱之為“三合一”制膏，即拌膏、均質、真空脫氣三合一。特點：產量高，真空制膏機利用率高。步法制膏從投料到出料一步完成制膏，即發(fā)膠、拌膏、均質和脫氣一次完成，稱之為“四合一”制膏。特點：工藝簡化，工藝衛(wèi)生提高，制造面積小，便于現代化管理，是中小牙膏企業(yè)技術改造必經之路。2.2．干法溶膠制膏工藝把膠合劑粉料與摩擦劑粉料先用混合設備混合均勻，在捏合設備中與水、甘油溶液一起捏合成膏，攪拌均勻后再加入香料和洗滌發(fā)泡劑。(1)優(yōu)點：與濕法制膠工藝，省掉了制膠工序，極大縮短了工藝流程，特別是由原來的制膏一條線改革成制膏一臺機，有利于生產的自動化、連續(xù)化。同時由于用水不溶性粉料作為分散隔離劑，防止了膠粉在溶膠過程中凝聚結塊的現象。(2)不足：該工藝需要膠合劑粉料的細度在50微米以下，并且對粉料混合設備和制膏設備的性能要求嚴格，另外所制的膏體還會存在一些不均勻塊粒，同時也混入一定量的空氣，所以必須經過研磨和脫氣，才能制得細致光滑的膏體。四．牙膏的制膏設備在牙膏的制備設備中，具有代表性的主要有瑞士VME型制膏機、意大利TE-3型制膏機、德國BECOMIX-RM型制膏機。共同特點：①制膏在密閉的容器內，在真空狀態(tài)下操作；②配有槳式攪拌和刮板，使物料不產生堆積和死角；③配有高速均質器或膠體磨，能使物料均勻分散，制得的膏體細膩；④采用一步法工藝，在制膏機內完成所有的制膏操作，顯著減少物料損失；⑤配套原料輸送系統(tǒng)、自動計量與控制系統(tǒng)，通過計算機操作，實現了制膏自動化。1.VME型制膏機以膠體磨研磨物料，在預分散鍋內分散增稠劑，在制膏鍋內發(fā)膠，采用濕法一步法工藝，配套SIMENS控制系統(tǒng)。1.1結構特點：①筒體內真空耐壓部件、內層材料為不銹鋼，耐壓2026kPa，帶有夾套，以便冷卻或加熱；②刮板攪拌系統(tǒng)采用活絡刮板，在攪拌物料時，刮板能自動貼近內壁，將物料刮下，使溫度傳遞均勻；③快速攪拌采用直徑300nm或350nm的溶解盤，通過高速轉動將粉料和液料混合，并在制膏鍋內產生翻動；④膠體磨靠一個尼龍螺旋推進器將物料向上送入膠體磨，磨的本體是一對錐形帶斜齒的盤，外盤固定不動，內盤高速運轉，物料經過此處可以得到研磨分散。1.2系統(tǒng)設備優(yōu)點：①制膏機將制膠過程和研磨、攪拌、抽真空3個制膏過程在一個制膏鍋內完成，顯著減少物料損失，降低膏體污染，提高了生產的效率和清潔性；②控制系統(tǒng)操作簡單，性能穩(wěn)定，計量準確；③膠體磨研磨，特別適合密度較小、觸變性較好的二氧化硅型牙膏。1.3系統(tǒng)設備缺點：①對密度較大的碳酸鈣型牙膏，膠體磨的物料循環(huán)量不夠，經計算，大約只有2次左右；②兩套快速轉軸的端面機械密封器不能承受長時間的運轉，半小時就要停下來自然冷卻；③錨式槳葉太窄，速度較慢，導致軸向攪動少，液面幾乎看不到翻滾。2.VMB型制膏釜五．牙膏常見的質量問題分析牙膏生產雖然是一個將各種原輔料混合的過程,沒有劇烈的化學反應,但是組成膏體的各種原輔料以及膏體和膏體外包裝之間存在著復雜的化學反應、電化學反應,使得牙膏在儲存過程中會發(fā)生如氣脹、分水、變稀等現象。1．氣脹氣脹指膏體產生了氣體,管內壓力過大,使包裝膨脹甚至膏體沖破包裝的現象。產生氣脹的主要原因有原輔材料的質量、原輔材料相互間發(fā)生反應、生產工藝等,鋁管包裝時發(fā)生的可能性較大。[7]1.1原輔材料原因(l)甘油、山梨醇如果甘油或山梨醇的州值小于4,而鋁的穩(wěn)定區(qū)域HP值為4一12,則鋁管的鋁容易被腐蝕，同時也易發(fā)生與碳酸鈣的反應，在化學反應的同時,也會伴隨電化學反應的發(fā)生。化學反應、電化學反應產生的氫氣、二氧化碳氣體聚集牙膏管中,鋁管局部被破壞,一方面使膏體暴露從而失水、變硬,大氣中的氧氣氧化膏體中的某些成分,使牙膏的膏體受到影響。(2)碳酸鈣碳酸鈣作為一種磨擦劑,膏體配方中可達50%,是組成牙膏膏體的主要物質。碳酸鈣的性質比較穩(wěn)定,但仍存在著引起氣脹的可能。由于牙膏中的碳酸鈣是天然礦石,礦石經機械粉碎到一定粒度,滿足其理化指標即被使用,然而天然礦石中常常含有許多金屬離子,這些離子的存在可能反應產生氣體引起氣脹。(3)磷酸氫鈣、泡花堿等緩蝕劑由于碳酸鈣型牙膏中含有大量的碳酸鈣,為了防止鋁管被腐蝕,通常加人0.3%一0.5%的二水合磷酸氫鈣和相近量的泡花堿作為緩蝕劑。若同時缺少二水合磷酸氫鈣和泡花堿,牙膏在常溫下幾天內即發(fā)生氣脹,高溫下則在12小時內,此時若打開帽蓋,膏體迅速外滋,嚴重者竄出管外很遠,甚至可使管尾或蓋子爆開。所產生的氣體為氫氣,是由于緩蝕劑缺乏而不能生長鋁管表面保護膜、阻滯陰極或陽極反應,導致原料或鋁管中的銅、鐵等雜質與鋁管發(fā)生了化學反應或是形成原電池引起化學腐蝕(又稱面蝕氫脹)。剪樣觀察,膏體大量分水而且難看,管內壁全面腐蝕且失去光澤。2．膏體分水膏體分水是指資體均相膠體體系受到破壞而使固液分離,導致析出水份。膏體分水一般是由原料質量、加工工藝或設備引起的。2.1原料方面原因（l)CMC原因粘合劑與其它原料合理匹配,是膏體穩(wěn)定的關鍵。牙膏常用的粘合劑CMC,是形成三維網狀結構的膠基原料,制膠過程就是CMC和水及水溶性添加劑形成網狀結構的過程。先是CMC以粉末狀懸浮于液相中,此時不發(fā)生膨脹和解集;然后CMC膨脹在水中,膠水粘度不斷增大直到最大;最后CMC解集,膠水粘度稍有下降。后兩個過程中CMC和水交聯形成網狀結構。如果CMC被破壞,膠體將失去固有的粘性,會造成磨擦劑和液體分離、出水。CMC是纖維素制品,容易被纖維素酶降解。制膠過程也為細菌提供了良好的物質基礎,盡管膠水中含有一定的殺菌劑,但隨著存放膠水時間的增加,細菌逐步增長起來。受綠色運動的影響,現在牙膏配方中殺菌劑用量趨向偏少,從而使牙膏膏體中細菌存活的可能性大大增強。隨著細菌、纖維素酶等不斷地降解CMC,并以降解后由梭甲基纖維素鈉轉化的葡萄和膏體的礦物質、水等作為原材料,繁殖了更多的細菌等,使得膏體的三維聚合網狀結構被破壞,牙膏分離出水。（2)磨擦劑原因碳酸鈣型牙膏中的碳酸鈣占膏體總量的50%左右。若碳酸鈣經機械粉碎后,微粒表面呈光滑狀,其吸水量將變得很小,易使膏體分水。若碳酸鈣加工時包含了過多的水份,使膠水網狀結構呈水份相對過剩,或碳酸鈣含量太低,如少于O4%,膏體會有分離出水現象。而且如果磨擦劑粒度過小,比表面積小,表面自由能高,形成聚集體,排出包覆在膠體內的自由水,也會有分離出水的現象。（3)發(fā)泡劑原因牙膏中常用的發(fā)泡劑K12是一種混合物，是8-14醇混合的鈉鹽，其中十二醇和十四醇的含量存在差異，含量的高或低都對膏體穩(wěn)定性產生很大影響。一般來說十二醇含量應為35%一45%，十四醇含量應為25%，如果這兩種醇組分發(fā)生變化，也會引起膏體分水，導致膏體的不穩(wěn)定。（4)潤濕劑原因常用的潤濕劑有山梨醇、甘油等,如果加人過量,會影響膠體與水的結合能力。如果潤濕劑含水量過大,也會導致分水現象的發(fā)生。（5)其它原因牙膏中常會加人部分添加劑,使膏體的穩(wěn)定性受到影響。例如添加劑中鈉離子過多,由于CMC也是含鈉離子的化合物,根據同離子效應原理,膏體的粘度降低,會導致分離出水。2.2工藝原因如果生產時制膏機對膏體的研磨、剪切力過強過大,會破壞CMC的網狀結構,從而破壞膠體的穩(wěn)定性,引起分水。所以制膏時間要嚴格控制,不能過長。另外,剛輸送到儲膏缸中牙膏溫度較高,如果馬上蓋上蓋子,會引起水汽蒸發(fā)后冷凝回流,游離出水份。總之,引起分水過程的途徑主要是通過膠水的三維網狀結構的破壞來實現的,如果能控制引起分水現象發(fā)生的因素,保障三維網狀結構的穩(wěn)定,就能避免分水現象發(fā)生。3．膏體變稀膏體變稀在牙膏生產中并不多見,主要有以下兩個方面的原因。3.1工藝方面的原因膏體變稀多是由操作和設備方面引起的,如多進液料或制膏設備中如斷電時真空管倒吸進水。只要通過嚴格管理,規(guī)范投料程序,在真空管和制膏機之間安裝一個止回閥防止倒吸,這種問題就能得到解決。3.2原料因素對磨擦劑的含量進行定量分析,發(fā)現當含量低于1一2個百分比時,稠度就相當低了。另外CMC被微生物利用分解,也會導致膏體變稀。六、行業(yè)發(fā)展前景：在今后的發(fā)展過程中，若從供求關系看，牙膏市場產品線將不斷延伸，市場細分日益明顯。人們對口腔清潔用品的需求正不斷升級，除了清潔口腔外，有針對不同年齡層的產品，有針對不同購買能力的產品，有針對不同地區(qū)的產品以及針對不同生理功能需要的產品，為不同的口腔清潔用品生產企業(yè)提供了廣闊的市場空間，也給不同廠家提供了回避價格競爭，開展差異化和集中化競爭的良好前景。[8]目前,中國尚有5億～6億人不刷牙,而刷牙人中的刷牙次數也在增加,因此,牙膏在中國具有巨大的潛在市場,具有廣闊的天地,大有作為。世界衛(wèi)生組織通過調查,確定了當前影響人類身體健康需要重點防治的3大疾病:心血管病、癌癥和齲齒。由此可見,牙齒雖小,但牙病不可忽視。已故衛(wèi)生部陳敏章部長提出:“中國口腔保健的出路在于預防,需要全社會一致努力去完成”。中國人口多,牙醫(yī)少,預防牙病是首要的。保護人民口腔健康,預防牙病是牙膏行業(yè)責無旁貸的天職。牙膏行業(yè)全體職工要頑強拼搏,盡其天