黄原胶在牙膏中的应用及流变学研究

发布时间:2021-07-28 14:40:10浏览次数:
摘 要:黄原胶在牙膏中可用作增稠剂和稳定剂。研究了4种不同黄原胶在牙膏中的应用,采用现代流变考察了各胶体的假塑性及触变性,并研究了牙膏体系的流动性、触变性、屈服应力等流变性能。为测定牙膏性能提供了很有价值的依据。
关键词:黄原胶 牙膏 流变性
 
引言
 黄原胶是一种由黄单孢杆菌发酵葡萄糖、蔗糖或乳糖而成的多糖胶,可用于食品添加剂和流变性能改良剂[1]。 黄原胶具有很高的黏度、流动触变性和稳定的理化性质,且无毒,故作为添加剂在日用化学领域具有广阔的市场前景,广泛应用于食品、医药、采油、纺织、陶瓷、印染、香料、 日用化学及消防等领域[2]。 黄原胶在日用化学行业中的最重要用途是作为粘合剂应用于牙膏中,具有较好的抗酶性、耐盐性、对热及酸碱的稳定性,且能提供优良的水合能力和卓越的配方耐用力以适合不同的牙膏配方。 可以单独使用也可以与其他胶体复合使用。 牙膏的许多性质取决于其流变性能,因此,对牙膏流变学的研究可为牙膏的研制、生产、运输、贮存提供重要参考依据[3-5]
目前有很黄原胶在食品中应用的 报道[6-8],也有针对黄原胶的流变性能研究[9-10]。 主要选择几种不同的黄原胶,采用 HAAKE RheoStress1 流变仪研究其假塑性及触变性,并与纤维素胶复配使用,考察不同黄原胶在牙膏中的应用,测试各牙膏样品的流变性能,分析流变学数据,反映各黄原胶应用于牙膏的性能。
 
1 实验部分
1. 1 实验样品
试验样品均来自丹尼斯克公司格林斯德系列黄原胶,见表 1。

1.2 实验用牙膏配方
将黄原胶与纤维素胶复配使用,其含量比例为0.6/0. 1,具体配方见 表 2。

不同黄原胶制得的牙膏样品编号见表 3。

1. 3 测试方法
1.3. 1 粘度测试
(1)黄原胶粘度测试方法
对各黄原胶进行 粘度测试 :称取黄原胶, 溶于1%KC1溶液, 配置 1% 黄原胶: 1% KC1溶 液, 采用Brookf ield LVT (DV一Ⅱ +pro)粘度计 ,25℃,S63/30rpm。
(2)牙膏粘度测试方法
将刚制备好的牙膏、25℃保存 24h后 、25℃保存一周的牙膏分别进行粘度测试,采用 Brookf ield type (DV一Ⅲ Ultra)粘度 计 ,25 ℃ ,T —F(95#)/5rpm。
1.3.2 流变性能测试
配制 1%黄原胶水溶液,进行流变性能测试,并按照配方制得各牙膏,进行流变学测试。 测试条件如下:采用 HAAKE RS1 可控应力流变仪, C60/2TI锥板测量系统 ,测定温度控制在 24 ±1.0 ℃ 。
(1)假塑性
测试模式:CR Lin 0. 001/s 一100. 00 1/s, t60s, #100, T 24. O℃控制剪切速率,线性取点。
(2)触变性
测试模式:CR Lin 0. 00 1/s 一100. 00 1/s, t90. 00s, 100#, T 24. 00℃
CR Lin 100. 00 1/s 一0 . 00 1/s, t90. 00s, 100#,T 24.00℃
控制剪切速率 ,线性取点 。
(3)屈服应力
测试模式 :CS Lin 0. 00 Pa一100. 00 Pa。 t90.00s, 100#. T 24. 00 ℃
控制剪切应力,线性取点 。
(4)蠕变和恢复
测试模式:CS 1.00 Pa, t 300.00s, 100#, T 24.00℃
CS 0. 00 Pa, t 300. 00s, 100#, T 24. 00℃控制剪切应力 ,线性取点 。
 
2 实验结果与讨论
2. 1 黄原胶
2. 1. 1 粘度
1%黄原胶溶于 1% 氯化钾溶液,25℃,粘度测试结果,见表 4。

2. 1.2 假塑性
将剪切速率和粘度作图,得到不同黄原胶溶液的粘度曲线,见图 1。

4种黄原胶溶液的粘度随剪切速率而发生明显降低,是典型的假塑性流体。 在低剪切速率范围内,具有明显的剪切变稀现象;在高剪切速率下,黄原胶的分子结构解聚为无规则线 团结构 ,使粘度迅速降低。
 
2. 1. 3 触变性
触变是时间依赖性的粘度变化,它表现为当剪切后放置一段时间其粘度增加。 在某些情况下, 此溶液发展成为有某种凝胶强度或甚至发展成几乎是固体凝胶,假设一种足够的力(剪切应力)作用于该触变溶液,则其结构可被破坏而使表观粘度降低。将剪切速率连续增加到某一值,然后逐渐减少,剪切应力的变化会形 成一个滞后曲线,触变结构的破坏需要增加应力以减少其对流动的阻碍作用。 见 图2。
图 2 中各黄原胶溶液的触变性较相近, 由于滞后曲线中形成支弧形,表示溶液有凝胶强度,因破坏凝胶结构需要的应力,使溶液恢复正常表观粘度。

2. 2 牙膏样品
2. 2. 1 牙 膏样 品的粘度详见图3。

由图 3 可知 ,不 同黄原胶制得 的牙膏样 品粘度顺序 :TPI—xanthan HITEX80> TP3 一xanthan 80HS> TP2 一xanthan80> TP4 一xanthan clear80 。
2. 2.2 牙膏样品 的假塑性
牙膏必须有较好的流动性,在制备时容易通过管道输送。 牙膏的流动性为可由流动曲线或粘度曲线表现[3]。 图 4 采用对数坐标,显示了不同牙膏样品的粘度曲线。

图 4曲线反映了膏体的剪切变稀流体特性。 此时牙膏样品的假塑性已有明显区别, 由 HITEX80 制得的牙膏样品 TP1的假塑性最大, clear80 制 得 的TP4假塑性最小。
2.2. 3 牙膏样品的触变性
牙膏的触变性反映了膏体的挤压分散性能, 且对牙膏香精进发和口感有重要作用。 触变性越大,牙膏容易从管中挤出,很快恢复原来的流变状态,在牙刷上不会下陷,且洗刷时分散性、香精进发性及口感好[5]。 触变环的面积表示了在去除负荷后, 样品结构恢复的快慢,其面积大小表示了触变性的大小。见 图 5。

由图 5 可见 ,各牙膏样品 的触变性大小顺序为 :TP1>TP2/TP3 >TP4,说明不同黄原 胶与 CMC 复配应用 于牙膏体系能带来不一样的触变效果。
2. 2.4 牙膏样 品的屈 服应力
测量屈服应力一般有 3种 方法[11]
①控制形变模式,一般用粘度计来测量,在得到的应力一时间曲线中, 应力值最大的那个就是屈服应力;
②控制速率模式,一般用 Casson模型外推方法来计算屈服应力;
③控制应力模式,找到形变与应力曲线的拐点,即屈服应力对应的点。 见图6。
图 6采用了控制应力模式, 屈服应力大小为 :TP1>TP2/TP3 > TP4。 屈 服应力越小,在一定的剪切应力作用下更容易流动,说明在实际生产中,4 一xanthan clear80 表现为样品更容易运输, 洗刷分散性更好,更容易从牙膏管中挤出。

2.2.5 牙膏样品的蠕变和恢复
蠕变和恢复测试反应了低速下牙膏的粘弹性特征,零粘度应力测定能反映出储存稳定性和剪切后结构的可恢复性。 在这个过程中,越低的变形量,分散体系就越稳定。 见图 7。

在很短的时间内样品显示出瞬间很大的形变,表明膏体具有弹性,在试验时间内显示出最小 量的变形,这两点揭示样品在贮存期间内胶水收缩作用较小,显示了更好的稳定性。 由图 7 可知, 当剪切应力消除时,四个样品都未能恢复至原始水平。 形变量越小,则体系越稳定, 牙膏体系稳定性 :TP1>TP2> TP4 >一TP3。
3 结论
(1)4 种黄原胶的粘度大小为:2一xanthan 80 >1 一xanthan HⅡ ’EX80 >3 一xanthan 80HS >4 一 xam-than clear80。 4种黄原胶 1% 水溶液的假塑性和触变性相近。
(2)将黄原胶与 CMC 复配使用 ,可得到不同流变性能的膏体,牙膏假塑性和触变性大小为:TP1—xanthan HITEX80 > TP3 一 xanthan 80HS/TP2 一xnathan 80 >TP4 一xnathan clear80。说明黄原胶 HI一TEX80 与 CMC有更好的协同性,可以制作较好流动性,站立性和分散性的牙膏。
(3)屈服应力可体现牙膏的制造和包装容易性,4 一xanthan clear80 更容易运输, 洗刷分散性更好,更容易从牙膏管中挤出。
(4)蠕变和恢复性能曲线可以反映牙膏的稳定性,牙膏体系稳定性:TP1 —xanthan HITEX80 >TP2一xanthan 80 > TP4 一xanthan clear80 > TP3 ,TP3 一xanthan 80HS。 这些数据体现了不同黄原胶的性能及其在牙膏中的应用情况, 同时也能为我们在配方开发,黄原胶的选择配伍,提供了有效的分析手段,能非常有效地知道 4 种黄原胶产品的牙膏应用研究工作。
 参考文献
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