Научно-исследовательская работа : "Зубные пасты"
проект по химии (8 класс) по теме

Тема:            «Зубные пасты»

Авторы:

                             Александрова  Виктория                                                     

                             Ирков Арсений

Руководитель                

           Заичко Галина Николаевна,

           учитель химии, к.т.н.     

Содержание

Введение                                                                                              3

1.    Обзор литературы                                                                       5

1.1.  История возникновения зубных паст и порошков                             5

1.2.  Состав зубных паст и механизм их биологического действия    6

1.3.  Суспензии. Характеристики. Получение                                              11

2.    Сравнительные испытания зубных паст                                15

2.1.  Методики                                                                                                     15

2.2.   Экспериментальная   часть                                                                     16

2.2.1. Выбор образцов для исследования и оценка маркировки,              16

     упаковки и состава зубных паст

2.2.2. Внешний вид пасты                                                                                  20

2.2.4. Определение содержания воды и карбонатов в

          исследованных образцах                                                                          21

2.2.5.  Седиментационный анализ                                                                    23

Выводы                                                                                                  24

Литература                                                                                           25

3

Введение

                     В последние двадцать лет зубные пасты занимали промежуточное положение между косметическими (гигиеническими) и профилактическими средствами. В настоящее время основная масса продаж зубных паст приходится на профилактические пасты, т.е. ситуация за последние годы совершенно изменилась. Первичная функция зубной пасты – гигиеническая, для очистки и полировки зубов, сейчас расширилась. В действительности зубная паста является средством доставки профилактических компонентов к поверхности зуба и тканям полости рта. В современных зубных пастах акцент перенесён, и сейчас формулируется как способ контроля кариеса и улучшения гигиены рта.

                     Эти изменения сделали более трудной жизнь химиков – составителей рецептур, которые сейчас должны думать не только о том, как разработать хороший косметический продукт, но и о том, как ввести в него активный компонент, который часто оказывается несовместимым с обычными ингредиентами.

                     Что представляют собой зубные пасты:

                а) Зубные пасты -  сложные химические системы, предназначенные для удаления загрязнений и налета с эмали зубов, уничтожения бактерий в полости рта, свежего дыхания.

Зубных паст много, они имеют различное целевое назначение, различный характер и направленность действия. Хорошо, когда зубную пасту рекомендует врач. Но обычно мы ее выбираем сами. Часто на наш выбор влияет реклама.

               б) Зубные пасты – продукция химического производства. Как сложная химическая система, зубная паста должна представлять собой в период хранения достаточно устойчивую структуру, в которой входящие в ее состав компоненты не реагировали бы между собой. С другой стороны, эта структура после попадания в рот при чистке зубов должна легко разрушаться, освобождая активные вещества, которые только после того, как распадутся на ионы, смогут реально проявить свои активные свойства.

               Чтобы самому подобрать хорошую зубную пасту, необходимо знать и понимать, что собой представляет реальная конкретная паста, взятая в руки с прилавка магазина. Чтобы компоненты, указанные на упаковке не являлись «китайскими иероглифами», а были понятны и доступны. Чтобы, прочитав состав, можно было самостоятельно понять, что это за паста, а не доверятся рекламным лозунгам на тубе. Чтобы можно было оценить качество уже купленной пасты и продолжить ее использовать как любимую семейную, или постараться заменить на продукт  лучшего качества.

4

Отсюда вытекают цели работы:

ознакомиться  с литературой по зубным пастам; получить представление о современных зубных пастах, какие компоненты вводятся в их состав и для чего; научиться подбирать пасту для себя и своей семьи.

Задачи:

1. Изучить и проанализировать  учебную, научно – популярную  литературу, материалы в сети «Интернет» по данной теме.
2. Ознакомиться с методиками оценки качества зубных паст.
3. Самостоятельно оценить качество выбранных образцов паст.
4. Приготовить лабораторный образец пасты.
5. Подготовить презентацию работы.

5

 1.   Обзор литературы

1.1.   История возникновения зубных паст и порошков

                    Древнейшие упоминания о зубных пастах найдены в папирусе Эберса с рецептами 2-4 тысячелетий до Р.Х. В нем описываются различные растительные и минеральные средства – деревянное масло, алоэ, лук, тмин, медная зелень и другие. Их использовали для приготовления зубных паст. В качестве основы для зубных паст применяли смолу, тесто и жир, связующим компонентом был мед, ароматизаторами – анис и тмин, для смягчения использовали финики, отвар зеленого овса и сладкое пиво. Приводимые в манускрипте рецепты зубных паст крайне сложны.

                   Греки, как никто в древнем мире, придавали значение физической красоте человеческого тела и восхищались ею. Их, естественно, беспокоило состояние зубов и поддержание их белизны, для этого они использовали различные абразивные и полирующие вещества, такие как жженые раковины, кораллы, тальк в сочетании с солью или без нее, придавая им форму порошка или пасты путем смешивания различных компонентов с медом. Добавление меда также было обусловлено верой древних в его магические свойства.  

                    Античная медицина разработала множество рецептов, в состав которых входили зола, растертые в порошок камни, толченое стекло и шерсть, пропитанная медом. Зубы чистили пемзой и когтями животных. Иногда рецепты были одновременно и смешны и ужасны, например средства, состоящие из следующих компонентов: трех мышей, головы и шерсть которых сожжены раздельно и затем смешаны с белым камнем. В основе этого рецепта лежит  древняя магия солнца и старинные суеверия.            

                    Древняя римская литература содержит информацию о различных чистящих и полирующих веществах, таких как грунтовые устрицы, раковины жемчужницы, пережженные животы  и рога домашнего скота, смешанные с ароматическими добавками, получаемыми из сушеных лепестков роз или мирры и приготавливаемые как в форме порошков, так и паст.

                    В средние века Авиценна рекомендовал те же  порошки и пасты для ухода за зубами, что и римляне за несколько веков до этого, с использованием тех же магических компонентов: крысы, мыши, помет священных животных и др. В этот период в Европе суеверия были еще более дикими. Одним из популярных рецептов того времени  был зубной порошок, содержащий хлебный сухарь, надгрызенный мышью. Другие рецепты и прописи не менее абсурдны. Средние века были не самым благоприятным временем для развития гигиены. Чистота перед Богом считалась предпочтительней чистоты телесной, это касалось и полости рта. Европейцы не чистили зубы в течение целой эпохи, пока выдающийся изобретатель эпохи Возрождения Антоний Ван Левенгук не предложил чистить зубы

6

солью. В семнадцатом веке считалось, что эмаль зубов способна к самовосстановлению, поэтому травма, нанесенная грубым порошком,   временная и на нее можно  не обращать внимания.

                    Первые средства, похожие на зубные пасты,  появились в середине 19 века (John Harris, S.S. White, Peabody). Но даже в конце 19 века производством зубных паст, а по большей части зубных порошков занимались аптекари. Они растирали мел в порошок, а для придания ему более приятных вкусовых качеств добавляли в него мелко растертые листья или плоды лекарственных растений, таких как корица, шалфей, фиалка и другие, позже их стали заменять различными маслами. Порошки пользовались большой популярностью достаточно долго, так как были дешевы,  да и конкурировать с ними, по большому счету, было нечему.  

                    В начале 20 века какой-то период в ходу было зубное мыло, которое состояло из мела, нейтрального мыла и мятного масла и было довольно просто и удобно в использовании. Но из-за негативного воздействия на мягкие ткани полости рта оно не продержалось на рынке достаточно долго. Да и появление первых зубных паст послужило причиной прекращения производства зубного мыла.

                    Первые меловые зубные пасты представляли собой тончайшую меловую пудру, равномерно распределенную в желеобразной массе. Первоначально в качестве желирующего вещества использовали крахмальный клейстер, замешанный на водном растворе глицерина. Впоследствии крахмал заменили производными целлюлозы. Считается, что регулярное производство зубных паст в мире началось с конца 70-х годов XIX века в Америке. Тубы, аналогичные современным, появились в 90-х годах XIX века. Процесс эволюции зубных паст далеко не завершен – одни средства отмирают, другие живут десятилетия. Прогресс, развитие науки постоянно преподносят нам сюрпризы, позволяющие все лучше и лучше ухаживать за нашими зубами. Неизменным остается только одно – стремление человека иметь белоснежную улыбку и приятный запах изо рта.

1.2. Состав зубных паст и механизм их биологического действия

                    Одним из основных средств гигиены полости рта являются зубные пасты. В нашей стране когда-то преобладали зубные порошки (в состав которых входил химически осажденный мел, и около 2%, по массе, отдушки). Однако порошки достаточно быстро загрязнялись микробами, а отдушка исчезала вскоре после начала применения, плюс абразивные свойства этих средств гигиены не позволяли применять их регулярно. В настоящее время зубные пасты являются более распространенными средствами ухода за полостью рта.

 7

Зубные пасты делят на гигиенические и лечебно-профилактические. Гигиенические зубные пасты оказывают только очищающее и освежающее действие и не содержат специальных лечебных и профилактических добавок.

                       Минимальные требования к зубным пастам, сложившиеся в течение ряда лет, можно сформулировать следующим образом:

•  при правильном применении зубной щётки она должна чистить зубы,

      т.е. удалять остатки пищи, мягкие зубные отложения и пятна;

•  она должна оставлять во рту ощущение свежести и чистоты;
•  её цена должна быть такой, чтобы способствовать регулярному и    

       частому применению среди всех групп населения;

•  она должна быть безвредной, приятной и удобной для пользования,
•  она должна быть стабильной при хранении;
•  если паста является профилактической, то это должно быть

      подтверждено клиническими исследованиями;

•  продукт должен сохранять свою консистенцию в интервале температур от 0 до 37 °С  и быть пригоден для хранения в том же интервале температур.

Состав зубных паст.

                    Зубные пасты обычно состоят из абразивного наполнителя (химически осажденный мел, дикальций фосфат, пирофосфат кальция-метофосфат натрия и др.), связующего компонента (гипероль, альгинат натрия и др.), поверхностно-активных веществ  ПАВ (ализариновое масло, лаурилсульфат натрия и др., обладающие высокой пенообразующей активностью), антисептика и отдушки. Кроме того,  в пасту можно ввести лечебно-профилактические добавки: соли, экстракты лекарственных растений, микроэлементы, ферменты.        

Компоненты зубной пасты должны быть безвредными, не оказывать на слизистую полости рта и эмаль зубов раздражающего, и истирающего действия, а также обладать высокой пенообразующей способностью и оказывать лечебно-профилактическое действие.

                     Сбалансированную рецептуру зубной пасты можно составить только с учетом всех компонентов вместе, поскольку многие из них могут обладать двойной функцией или могут взаимодействовать друг с другом.

                    Требования к удобству упаковки и использования определяют то, что  базовый продукт – порошок нужно превратить в пасту. Для этого добавляют жидкости, которые обладают смачивающим действием и

8

 предотвращают высыхание пасты. Чтобы поддерживать суспензию твердых веществ в стабильном и достаточно вязком состоянии, необходимо увеличить вязкость жидкой фазы введением гелеобразователя. Затем нужно добавить отдушку, консерванты, красители, подслащивающие вещества и активные компоненты, и все эти ингредиенты должны быть  нетоксичными и не иметь раздражающего действия при  применении пасты. Зубная паста должна сохранять свою консистенцию в интервале температур от 0до 37С. Паста должна быть пригодной для хранения, не изменять при этом своих физических и химических свойств в том же интервале температур.

Для борьбы с кариесом в пасты длобавляют фториды натрия (NaF), алюминия, аминофторид. Несмотря на все положительные качества, фторосодержащие зубные пасты в 30 – 35 % случаев не оказывают противокариозного действия. В связи с этим были разработаны другие лечебные пасты, способствующие укреплению зубов. В них вводят одно - и двухзамещенные фосфаты калия и натрия,  глицерофосфаты кальция и натрия, глюконат кальция, соли фосфорной кислоты, макро- и микроэлементы, которые способны изменять (перестраивать) химический состав твердых тканей зуба и замедлять образование зубных отложений.

 Абразивы  - это своеобразные  «полирующие» вещества. Они составляют примерно 40 % объема пасты. Их задача очищать зубы от  остатков пищи и пленки, образующейся на зубах. Действуют они механически, подобно щетке или песку при «отдраивании» жирной кастрюли. Степень воздействия абразива зависит от размера составляющих частиц, формы, прочности и твердости его частиц. Чем больше размер частиц, тем больше абразивность и тем лучше чистит зубная паста. Однако возрастает и травматичность пасты. Поэтому пользоваться пастами с повышенной абразивностью следует осторожно. К примеру, пасты для курильщиков, естественно, обладают повышенной степенью абразивности. Значит они травматичны и агрессивны. Поэтому специалисты советуют пользоваться ими не каждый день, а 1 – 2 раза в неделю. Такая же «агрессивная» репутация у паст, «растворяющих зубной налет».                  

Пасты с этикеткой «Sensitivе» имеют пониженную абразивность. Имеются безабразивные прозрачные гелевые пасты, которые не причиняют вреда эмали, однако их очищающие возможности невелики.  

                     Активная поверхность частиц абразива должна подбираться  так, чтобы   активные ингредиенты, отдушки, ПАВы минимально сорбировались на  ней. Обычно в зубных пастах используются карбонат кальция с размером частиц в интервале 2-20 микрон. В качестве абразива часто применяют карбонат кальция (обыкновенный мел). Он применяется в пастах более 100 лет. Мел является эффективным очистителем, но не придаёт зубам блеск.

9

Марки, содержащие частицы размером более 20 микрон могут царапать поверхности эмали.

                   В 20-х годах нашего столетия начинаются поиски замены мелу, как зубному абразиву. Поиски привели к использованию диоксида кремния, хорошо совместимого с соединениями фтора и другими активными компонентами, обладающего контролируемой абразивностью, позволяющей создавать пасты с широким диапазоном заданных свойств. И, наконец, оптимальный показатель рН, равный 7, за счет которого пасты на основе диоксида кремния нормализуют кислотно-щелочной баланс в полости рта. Сегодня практически все лучшие зубные пасты в мире выпускаются на основе диоксида кремния в качестве абразива.

  Карбонат кальция является хорошим носителем для активных ингредиентов типа кальция глицерофосфата. Также он имеет относительно невысокую цену. Но беда в том, что сложно регулировать его абразивность и он не уживается со фтором, применяемым для профилактики кариеса.

 Например, мел на 40% снижает активность фтора – основной антикариозной составляющей паст. Вот почему соседство этих двух компонентов в одной пасте не самое лучшее решение. В связи с этим широко используется дигидрат  и моногидрат дикальцийфосфата, пирофосфат кальция, нерастворимый метафосфат натрия, гидроксид алюминия, диоксид кремния, силикат циркония, полимерные соединения метаметилакрилата.

                    Действие химически осажденного мела (карбоната кальция) небезопасно для людей с чувствительной эмалью зубов или с оголенными шейками зубов, поэтому в большинстве современных паст используется «мягкий абразив» - производные кремния, гидроксид алюминия, отличающиеся высокой «полирующей» способностью и щадящими действием на зубную эмаль. Часто применяют не одно абразивное вещество, а смесь двух компонентов, например, мела и дикальцийфосфата, мела и гидроксида алюминия, дигидрата дикальцийфосфата и безводного дикальцийфосфата и др. Каждое абразивное соединение имеет определенную степень дисперсности, твердость, значение рН, от которых зависят абразивная способность и щелочность полученных на их основе паст. Выбор абразива зависит от свойств и назначения зубных паст.

                         Использование более дорогого диоксида кремния имеет ряд преимуществ:

- он практически безразличен к большому количеству активных компонентов. Современные технологии позволяют очищать их от следов ионов Са, Mg, Al, Fe и других металлов, в связи с чем совместимость с фторосодержащими добавками достигается макси Использование более дорогого диоксида кремния имеет ряд преимуществ:

- он практически безразличен к большому количеству активных компонентов. Современные технологии позволяют очищать их от следов

10

ионов Са, Mg, Al, Fe и других металлов, в связи с чем совместимость с фторосодержащими добавками достигается максимальной;

– возможность регулирования абразивности и очищающей способности в широком диапазоне.

мальной;

– возможность регулирования абразивности и очищающей способности в широком диапазоне.

                     В качестве абразива может использоваться обыкновенная пищевая сода. В отличие от мела, она не только полирует, но и действительно отбеливает зубы. Фирмы, выпускающие пасты с содержанием пищевой соды, имеют право говорить,  что они имеют также освежающий эффект.

                     Отбеливающие пасты могут содержать сильные окислители (пероксид водорода). Кроме отбеливания, часто они  «Выжигают» эмаль, вызывают аллергию и отрицательно воздействуют на десны. Кроме того делают заметными пломбы из светоотверждающих материалов.

                      В последнее время в зубные пасты добавляют различные антибактериальные вещества, которые раньше применялись лишь для полоскания полости рта. К ним относится   триклозан или экстракты лечебных трав (ромашки, тысячелистника, подорожника и др.). Добавки по определению обладают противовоспалительным  действием и рекомендованы людям, страдающим от гингивитов, парадонтитов и прочих неприятных заболеваний полости рта.   Вокруг триклозана несколько лет назад разгорелся фирменный скандал. Причиной послужила публикация исследований, проведенных американским университетом Тафтса. В ходе их было доказано, что штаммы бактерий в полости рта «привыкают» к триклозану. При постоянном использовании пасты с триклозаном теряют свою эффективность. В списке антибактериальных компонентов значатся также метронидазол и хлоргексидин. Однако  длительное применение паст, имеющих эти компоненты, нежелательно. Антибиотики разрушают микрофлору ротовой полости. Они убивают не только «вредные», но и «полезные» микроорганизмы.

                      Для консервации паст используется бензоат натрия.

                      Запах и вкус зубной пасты является важной характеристикой, которая влияет на оценку пасты покупателями.   Кроме того, отдушка может составлять до 25 – 30% затрат на производство неупакованного продукта. По этим причинам важно выбирать отдушку с большой осторожностью.

Вопреки распространённым представлениям, отдушки с приятным вкусом,  например фруктовые, не популярны. Потребитель  выбирает аромат и   ощущение свежести в полости  рта и продолжительное чувство чисты.

 Как правило, отдушки в качестве основы содержат натуральное очищенное масло мяты и перечной мяты. Их часто усиливают  малыми количествами ментола для достижения холодящего эффекта. Их также модифицируют

11

гвоздикой (эвгенолом), хвойным экстрактом (или метилсалицилатом), эвкалиптом, анисом и другими. Все отдушки требуют добавления подсластителей.  Для придания пастам сладкого вкуса часто используют натрия сахаринат (см. компоненты паст). Аромат может меняться под влиянием активного агента и даже pH продукта.

                    Новость из Японии. По сообщению британской газеты The Daily Telegraph,  японский ученый К. Ямагаши    создал пасту, с  помощью которой   можно быстро и безболезненно заделывать дырки и трещины в зубах, а также восстанавливать зубную эмаль без помощи специалиста.

По своему  составу паста сходна с зубной эмалью, и ее можно наносить непосредственно на трещину в зубе. Эмаль была получена в результате экспериментов с гидроксилапатитом - главным компонентом зубов. Сначала содержащаяся в веществе кислота слегка растворяет поверхность треснувшей эмали, через 3 минуты паста кристаллизируется, и искусственный материал прочно встраивается в структуру естественной эмали. Паста обладает сильным антитибактериальным эффектом. Тесты, проведенные японскими стоматологами, показывают, что залеченный с помощью пасты зуб ничем не отличается от здорового. Разница не видна даже под микроскопом.

1.3.   Суспензии. Характеристики. Получение.

                    С физико – химической точки зрения зубные пасты являются   суспензиями.

                    Суспензии  (взвеси) -  дисперсные системы, в которых твердые частицы дисперсной фазы находятся во взвешенном состоянии в жидкой дисперсионной среде. Размеры частиц суспензий могут быть определены методами микроскопии, ситового и седиментационного анализа, а также на основании данных по адсорбции. Отдельные узкие фракции (по размерам частиц) могут быть выделены из полидисперсной системы с помощью сит и отмучивания.

                     По концентрации частиц дисперсной фазы различают разбавленные суспензии (взвеси) и концентрированные суспензии (пасты).

                     В разбавленных суспензиях частицы свободно перемещаются в жидкости, сцепление между частицами отсутствует и каждая частица  в движении независима. Разбавленные суспензии - это свободнодисперсные бесструктурные системы. В концентрированных суспензиях (пастах) между частицами действуют силы, приводящие к  образованию объемных структур – цепочек, пространственных сеток. В свободнодисперсных суспензиях

12

частицы свободно перемещаются в среде. В связнодисперсных – неподвижны, либо перемещаются в среде единой массой. Увеличение концентрации дисперсной фазы приводит к повышению  вязкости суспензии, которое связано с процессом структурообразования и переходом свободнодисперсной системы в связнодисперсную.  

                    Механические свойства связнодисперсных систем определяются, прежде всего,  свойствами дисперсной фазы и числом контактов между частицами.

 Основные характеристики суспензий – это:

• седиментационная   устойчивость, то есть    способность   сохранять неизменным  во времени   распределение частиц по всему объему всей системы, а значит, способность системы противостоять действию силы тяжести;
• агрегативная устойчивость суспензии - это способность сохранять неизменной во времени степень дисперсности,  т. е. размеры частиц и их индивидуальность.

Для достижения агрегативной устойчивости суспензии необходимо выполнение, по крайней мере, одного из двух условий:

а)    смачиваемость   поверхности     частиц             дисперсной         фазы  

 дисперсионной средой.  Если частицы суспензии хорошо смачиваются дисперсионной средой, то на их поверхности образуется сольватная

оболочка, обладающая упругими свойствами и препятствующая соединению частиц в крупные агрегаты.  Хорошая смачиваемость частиц наблюдается в суспензиях полярных частиц в полярных жидкостях и неполярных частиц в неполярных жидкостях;

б) наличие стабилизатора. Стабилизатор - это вещество, которое    препятствует слипанию частиц. В качестве стабилизаторов применяют низкомолекулярные электролиты, коллоидные ПАВ, высокомолекулярные соединения, полимеры.

                     Так как большинство суспензий оказываются полидисперсными системами, содержащими и относительно крупные частицы, то они являются седиментационно (кинетически) неустойчивыми системами.  Под действием силы тяжести дисперсные частицы самопроизвольно оседают, образуя   осадок. Говорят, что происходит отстаивание.

                     При изучении седиментации суспензий   получают кривые накопления осадка (кривые седиментации).  Они могут  быть двух видов: с перегибом или без перегиба. Установлено,    что если седиментация сопровождается укрупнением частиц (коагуляцией – слипанием исходных частиц),  а следовательно, утяжелением и  увеличением скорости их оседания, то на кривых седиментации появляется точка перегиба.  Если же суспензия агрегативно устойчива (нет коагуляции), то на кривой седиментации перегиб отсутствует.

13

 Характер осадков, полученных в том и другом случаях, также различен.  В агрегативно устойчивых суспензиях оседание частиц происходит медленно и формируется очень плотный осадок. Объясняется это тем, что поверхностные слои препятствуют агрегированию частиц,  скользя друг по другу.  Частицы могут перейти в положение с минимальной потенциальной энергией, т.е. с образованием упаковки, близкой к наиболее плотной. Расстояние между частицами и координационное число (число соседних частиц) в осадке  определяется соотношением между:

- силой тяжести;

- межмолекулярным притяжением частиц;

- силами отталкивания между частицами, обеспечивающими агрегативную устойчивость суспензии.

                    В агрегативно  неустойчивых суспензиях оседание частиц происходит значительно быстрее вследствие образования агрегатов. Однако выделяющийся осадок занимает гораздо больший объем, так как частицы сохраняют то случайное взаимное расположение, в котором они оказались

при первом же контакте, силы сцепления между ними соизмеримы с их силой тяжести или больше ее. Наблюдается анизометрия (т. е. преобладание одного из размеров частицы над двумя другими) образующихся агрегатов или флокул. Исследования показывают, что наиболее вероятны цепочечные и спиральные первоначальные агрегаты, из которых затем получаются осадки большого седиментационного объема.

                     Различие седиментационных объемов агрегативно устойчивых и неустойчивых систем наиболее четко проявляется, если частицы имеют средние размеры. Если частицы агрегативно  неустойчивой суспензии крупные, осадок получается более плотным из-за значительной силы тяжести, зачастую преобладающей над силами сцепления между частицами. Если же частицы очень мелкие, то и в агрегативно устойчивой системе из-за малой силы тяжести образуется чрезвычайно подвижный осадок.

                    Для ускорения процесс отстаивания можно сочетать с декантацией, т.е. проводить отмучивание.

                   Отмучивание -  отделение медленно оседающих мелких частиц полидисперсной (с размерами зерен от десятых долей мкм до нескольких мм) суспензии от быстро оседающих более крупных и тяжёлых частиц путём сливания (декантации) жидкости, содержащей ещё не осевшие частицы, с отстоявшегося осадка.  Отмучивание основано   на различии скоростей падения   тел в жидкостях (главным образом, в воде), находящихся в покое или в движении. Скорость падения твердого тела в жидкости зависит, как известно, от веса тела (определяется плотностью и размерами) и от сопротивления жидкости.  Последнее   зависит как от состояния жидкости,

14

так и от объема тела, его формы и его скорости. Отмучивание позволяет  отделять мелкие и крупные частички как одинакового, так  и разных составов.    

Получение суспензий. Два основных способа получения суспензий: смешение сухих порошков с жидкостью или измельчение твердых тел в жидкости (методы диспергирования) и выделение твердой фазы из жидкой среды (методы конденсации, кристаллизации из растворов). Методы диспергирования требуют затраты энергии на преодоление сил межмолекулярного взаимодействия и накопление свободной поверхностной энергии образовавшихся частиц. Измельчение твердых тел осуществляют раздавливанием, истиранием, дроблением, расщеплением механическим способом с помощью дробилок, ступок и мельниц,  ультразвуком.

Наиболее простым и широко распространенным как в промышленности, и в быту методом получения разбавленных суспензий является взбалтывание

соответствующего порошка в подходящей жидкости с использованием различных   перемешивающих устройств (мешалок, миксеров и т. д.). Для

получения концентрированных суспензий (паст) соответствующие порошки растирают с небольшим количеством жидкости.

15

2. Сравнительные испытания зубных паст

2.1. Методики

2.1.1.  Оценка маркировки и упаковки зубных паст.

             Проводилась в соответствии  с рекомендациями ГОСТ 7983-82        

     «Зубные пасты. Общие технические требования» и рекомендациями

     НИИЦНПЭ «Тест».

2.  Оценка внешнего вида пасты  

Оценивался по требованиям ГОСТ 7983-82, пункт 3.2 (Методы                испытаний), который гласит: внешний вид зубной пасты определяют  органолептически, нанося небольшое количество пасты на гладкую стеклянную пластинку или лист белой бумаги. Легким растиранием устанавливают отсутствие крупинок, посторонних примесей, пустот или капелек отслоившейся жидкости.

         В оценку внешнего вида включается определение плотности зубной пасты – она должна на расплываться, не просачиваться сквозь щетинки зубной щетки, стоять на щетке в течение минуты, при этом свободно растираться.

Пенящиеся свойства помогают оценить экономичность расходования   пасты. Для качественной чистки зубов должно быть достаточно небольшого количества пасты (объем горошины).

Для оценки пенообразующих свойств к  0,1 г пасты  добавляли 3 мл воды и встряхивали в пробирке в течение 5 мин. После этого измеряли высоту пены и замеряли время ее оседания.

3.   Определение водородного показателя рН.  Нейтрализация кислот  

 пищи с помощью паст.

              Для измерения рН использовали универсальную лакмусовую

       бумагу.             Небольшое количество пасты  непосредственно из тюбика      

       и   в   виде  суспензии,  полученной  разбавлением образца водой до

       увеличения        объема пасты в 10 раз,      наносили   на   смоченную  

       водой        индикаторную бумагу.

              Нейтрализацию   уксусной,  соляной  и  лимонной кислот

      (кислоты       пищи, зубного налета  и желудочного сока)  проводили

      также на       универсальных         лакмусовых  бумажках,

      предварительно       смоченных 10  %  растворами       этих кислот.      

4.  Определение содержания воды и присутствия карбонатов кальция и магния.

5 г  пасты высушивали на воздухе, затем доводили до

           постоянного  веса  в      эксикаторе с концентрированной серной

16

кислотой.  Сухой остаток взвешивали для определения содержания воды в пасте.

Полученный сухой     порошок   массой 2 г  обрабатывали раствором уксусной кислоты    концентрацией    10 %.  Появление бесцветного углекислого газа подтверждает присутствие в составе паст карбонатов.

После прекращения газообразования отделяли нерастворимый    осадок от раствора, высушивали и взвешивали. По разнице масс безводного и обработанного кислотой остатка определяли  общее содержание карбонатов в пасте.

Взвешивание проводили на электронных весах фирмы AND, Япония. Точность взвешивания 0,01 г.

5.  Седиментационный  анализ образцов зубных паст.

                     Позволяет сравнить   размеры  частиц  дисперсной   (твердой)  

     фазы,       являющейся основой паст.

Исследованные пасты являются достаточно устойчивыми связнодисперсными суспензиями, содержащими дисперсной  фазы больше, чем дисперсионной среды.  Поэтому оседание частиц  с расслоением   пасты  будет происходить медленно. Чтобы увеличить скорость оседания, мы добавляли к 2 г пасты воды до объема 15 мл и смесь хорошо встряхивали. Получалась свободнодисперсная суспензия,   в которой не связанные   между собой частицы под действием силы  собирались в осадок.  

Измеряли скорость накопления осадка, его объем и одновременно наблюдали за   полнотой оседания  частиц. Опыт проводили в градуированных пробирках с притертыми пробками. Точность определения объема 0,1 см3.

         Чем больше величина частиц дисперсной твердой фазы, тем больший объем занимают осадки.

2.2.   Экспериментальная   часть

2.2.1. Выбор образцов для исследования и оценка маркировки,  

     упаковки и состава зубных паст.

        Выбор зубной пасты, как объекта исследования, проводили на основании анкетирования учащихся нашего класса. В анкетировании  

приняли участие 26 учеников и их родителей. Результаты представлены ниже.

17

Анкета

для учащихся класса и их родителей

(цель - выбор пасты, как объекта исследования)

Вопросы для учащихся:

1. Сколько раз в день Вы чистите зубы?

2. Какой зубной пастой вы пользуетесь?

А)   Определенной марки (назовите)____________________

Б)    Такой, какую купили родители.

В)    Мне все равно.

Вопросы для родителей:

1. Как часто Вы покупаете зубную пасту?
2. Что влияет на ваш выбор:

А)   Цена

Б)    Реклама

В)   Привычка

Г)   Состав и свойства продукта

Д)   Покупаете любую пасту, которая попалась в руки.        

Результаты обработки анкет представлены в таблицах 1 – 3.

Таблица 1

Частота использования зубной пасты

18

Таблица 2

Выбор зубной пасты

Таблица 3

Причины, повлиявшие на выбор зубной пасты

Как оказалось, ученики нашего класса пользуются пастами импортного производства, причем предпочитают марку «Колгейт».

        Поэтому для исследования мы выбрали 2 образца пасты «Колгейт», а также 2 образца отечественной пасты  «Жемчуг» и образец зубного порошка (таблица 4).

 Таблица 4

Сведения о зубных пастах (с упаковки)

        Все образцы паст имели красивую упаковку (металлические тубы, помещенные в картонные коробочки). Надписи, раскрывающие состав, сделаны мелким шрифтом. Для чтения надписей использовали лупу. Отечественные средства выполнены по условиям ГОСТ, зарубежные – прошли тестирование РСТ.

2.2.2. Внешний вид пасты

        Во всех исследованных образцах не обнаружено пустот, крупинок, посторонних примесей, капелек отслоившейся жидкости.

        Плотность паст соответствует требованиям ГОСТ  7983 – 82.

        Пенообразующие свойства: наибольший объем пены и наиболее устойчивая пена получена  у образцов «Колгейт».

2.2.3. Определение водородного  показателя рН  пасты и способности ее нейтрализовать действие кислот на зубы

Таблица 5          

Значения рН образцов зубных паст

21

Зубные пасты «Жемчуг» и зубной порошок имеют значения  рН, соответствующие  нейтральной среде. Пасты фирмы «Колгейт» имеют слабощелочную реакцию из-за присутствия в их составе карбоната и бикарбоната натрия. Все пасты очень быстро (практически мгновенно) нейтрализуют   10 %     растворы соляной, уксусной и лимонной кислот, предварительно нанесенные на лакмусовую бумагу.

2.2.4. Определение содержания воды и карбонатов в исследованных образцах

Таблица 6

Изменение массы образцов паст при высушивании

        Содержание влаги в исходных пастах составляет приблизительно 30 %, причем в пастах «Жемчуг» оно на 2-7 % больше, чем в пастах «Колгейт».  Однако, учитывая разницу в стоимости  приблизительно в 70% в пользу «Колгейт», нельзя  говорить о «переплате» покупателем за воду. Сухие остатки пасты «Колгейт» были более эластичными, проявляли слабые пластичные свойства на изгиб (перед разломом в небольшой степени изгибались). Комки сухой пасты «Жемчуг» были твердыми и их трудно было разломить руками.

        При действии уксусной кислоты на образцы паст и порошок (предварительно образцы обрабатывали водой для удаления водорастворимых соединений, фильтровали и высушивали) наблюдали  

выделение углекислого газа, что свидетельствовало о наличии в образцах  карбонатов и протекании реакций:

                       Na2CO3    +    2CH3COOH   =   2CH3COONa   +   H2O   +   CO2 ↑

                       CaCO3    +      2CH3COOH   =   (CH3COO)2Ca   +   H2O   +   CO2 ↑

Взвешиванием определяли массу паст и порошка до и после обработки уксусной кислотой (таблица 7).

22

Таблица 7

Содержание карбонатов  в образцах

        Содержание карбонатов составляет приблизительно  42-44 % от массы

высушенной пасты и  составляет   ≈32 – 33 % в исходном образце.  Меньшее количество карбонатов определили  в образце «Colgate Gentle Whitening». Зубной порошок содержит наибольшее количество осажденного мела.

2.2.5.  Седиментационный анализ

Таблица 8

Значения седиментационных   объемов паст      

х Границы осадка размыты. Над осадком находится мутная жидкость с неоседающими частицами твердой фазы.

        Можно предположить, что наиболее крупные частицы твердой фазы содержатся в зубном порошке . Эти частицы достаточно однородны по размерам, как и в образцах 1 и 4, поэтому оседание происходит быстро, а водная  часть над осадком получается прозрачной.

23

Дополнительное  влияние (образцы 1,2,4)  на скорость оседания частиц и на объем осадков оказывает наличие в составе паст поверхностно – активных веществ (лаурилсульфат натрия). Эти вещества, адсорбируясь на твердой поверхности, как бы «смазывают» ее, делают более скользкой. Силы когезии (прилипания твердых частиц друг к другу) уменьшаются. Твердые частицы легче скользят вниз под действием силы тяжести и образуют более плотные осадки.

Окончательные результаты с образцом 3 получить не удалось, так как  значительное количество твердой фазы даже после 96 часов седиментации остается во взвешенном   в дисперсионной среде состоянии. Можно предположить, что в этом образце большая  разница в  размерах твердых частиц с преобладанием очень мелкой фракции.

        Основной твердый компонент осадка зубных паст - химически осажденный мел (СаСО3),  является абразивным наполнителем  зубных паст. В зависимости от степени дисперсности его  разделяют на следующие группы со средним размером частиц:

1. сверхтонкий – меньше 0,1 мкм;
2. тонкий -  от 0,1 до 1,0 мкм
3. средний – от 1,0 до 5,0 мкм
4. грубый – свыше 5,0 мкм.

В зубных пастах используется мел со средним размером частиц, относящихся к 3 группе, т.к. он имеет достаточно низкую абразивную  истирающую способность. По мере увеличения размера частиц абразивность мела и его истирающая способность возрастают.

Химически осажденный мел бывает в форме трех модификаций:

1. кальцит – прозрачные бесцветные кристаллы в форме ромбоэдров с гексагональной решеткой, плотностью 2,7 г/см3 ;
2. арагонит – прозрачные бесцветные кристаллы игольчатой формы, плотностью 2,93 г/см3  ;
3. ватерит – в форме сферолитов, не образует кристаллы правильной огранки.

В зубных пастах предпочтительнее использовать мел в виде чистого

арагонита или с небольшой примесью кальцита. Такой мел способствует получению паст кремообразной консистенции, стабильной при хранении. Качество мела зависит также  от его химической чистоты. Химически осажденный мел может содержать примеси свободной щелочи.  Однако определение рН  пяти образцов паст показали, что в них содержится очень чистый осажденный мел.

24

Выводы

1. На основании анализа литературы установлено, что  представляют современные зубные пасты, какие компоненты вводятся в их состав и для чего.
2. Обнаружена схожесть основных физико – химических показателей зубных паст  близкого ценового диапазона от  разных производителей    («Colgeit – Palmolive Company», ТНК   «Невская косметика», РФ и   ООО «Юргон», РФ).  Основное отмеченное различие в составе касается  качества использованного осажденного мела.

25

Литература

1. Химический энциклопедический словарь. — М.: «Советская энциклопедия», 1983.

2.        Фролов Ю. Г.    Курс коллоидной химии. М.: «Высшая школа», 1982.  

3.        Фридрихсберг Д. А.  Курс коллоидной химии, 2 изд. Л.- М.: «Просвещение», 1984.

4.        Ребиндер П.А.    Коллоидная химия.   М.:  «Наука», 1978.

5.        Практикум по технологии косметических средств в 3 томах, под ред.  Ким В.   М.: «Школа косметических химиков», 2004 -2005.

6.        Улитовский С.Б.   Зубные пасты.   С.-Петербург.: «Человек», 2001