一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

摘要

本发明属于二氧化硅技术领域，具体涉及一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法。本发明采用质量百分数为0.5‑3.0％的硫酸钠溶液为反应底液，先后在25‑50℃、50‑75℃下采用四步法制得高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂。本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂密度大、孔径小，分散性高，表观密度大，吸油值低，铜耗小，应用于牙膏配方中可以起到良好的摩擦性能而不损伤牙釉质且不会影响牙膏膏体性能。此外，本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法简单易操作，条件可控，应用于牙膏的制备过程中不会造成膏体坍塌，且吸收的液相成分低，节约牙膏的生产成本，易于实现工业化生产。

权利要求

1.一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将固体硅酸钠高温液化后，加入水配置成浓度为1.5‑3.0mol/L的硅酸钠溶液；

S2、配置浓度为6.0‑10.0mol/L的硫酸溶液和质量百分数为0.5‑3.0％的硫酸钠溶液；

3 3

S3、向反应釜中加入8‑12m步骤S2制得的硫酸钠溶液和0.5‑2m 硫酸溶液，升温至25‑50℃，开启搅拌装置，并滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液，控制反应终点pH值为3.5‑6.5；

S4、升温至50‑75℃，打开加酸阀门，继续向反应体系中添加步骤S2制得的硫酸溶液，控制反应过程中的pH值为3.5‑6.5；

3

S5、当硅酸钠的用量达到4‑6.5m时，停止滴加硅酸钠溶液，并继续滴加硫酸溶液，当反应体系中的pH值为1.5‑3.5时，继续滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液；当硅酸钠的用量达到8‑3

13m 时，停止滴加硫酸溶液，继续滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液至反应体系中的pH值为

3.5‑6.5，陈化，压滤，制得滤饼；

S6、将步骤S5制得的滤饼进行破碎、干燥、气流粉碎，即得；

所述步骤S1中的固体硅酸钠的模数为1.5‑3.5；所述步骤S3中硅酸钠的滴加速度为5‑

3 3

10m/h；所述步骤S4中硫酸溶液的添加速度为1.5‑4.0m/h；所述步骤S5中硅酸钠的滴加速3

度为5‑10m/h。

2.根据权利要求1所述的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中的搅拌频率为50‑70Hz。

说明书

一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于二氧化硅技术领域，具体涉及一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法。

背景技术

[0002] 牙膏膏体主要由液相和固相组成。液相主要成分是山梨醇，甘油，丙二醇，PEG，水等。固相成分主要是二氧化硅，碳酸钙，磷酸氢钙等。目前，由于碳酸钙磨损牙釉质，磷酸氢
钙不稳定，市面上牙膏主要以二氧化硅充当摩擦剂为主，是固相主要成分。

[0003] 二氧化硅摩擦剂吸油值一般在60‑180g/100g范围内，表观密度0.2‑0.6g/ml。如果吸油值<60g/100g，二氧化硅粉体铜耗>20mg，应用在牙膏配方中会磨损牙釉质，对牙齿造成
损伤。吸油值越低，表观密度越高，当密度>0.6g/ml的二氧化硅添加到牙膏中，由于二氧化
硅的密度较高，所以分散性不好，牙膏条形膏体容易坍塌，而表观密度较低，则摩擦性能较
差。然而，二氧化硅在牙膏配方中作为摩擦剂，提供摩擦清洁作用，应该是吸油值越低，二氧
化硅吸收的液相成分(如山梨醇，PEG等)越少，牙膏的生产成本越低。因此，亟需研究一种高
密度高分散，同时吸油值较低，铜耗值适中的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂。

[0004] 专利公开号为CN11484024A的专利文本公开了一种低吸油值、高比表面积的二氧化硅的制备方法。其二氧化硅采用模数为3.3的水玻璃溶液与硫酸溶液进行反应，通过控制
水玻璃溶液和硫酸溶液的滴加速度、反应pH值等工艺参数制得低吸油值、高比表面积的二
2
氧化硅。此种二氧化硅的吸油值为80‑90mL/100g，比表面积≥700m /g，虽然吸油值较低，但
是其粒径小，表观密度低，应用于牙膏中的分散性较差，容易造成牙膏膏体粘度高，流动性
差。

[0005] 专利公开号为CN109485054A的专利文本公开了一种低吸油值高比表面积磨擦型二氧化硅及其制备方法。其二氧化硅的制备过程为：S1、往反应釜中加入硫酸钠和硅酸钠，
加热，同时滴加硅酸钠和硫酸，控制pH为11.2‑11.6；S2、硅酸钠滴加完后，加入硅酸钠，陈
化，继续加入硫酸至pH为4.0‑5.0；S3、将二氧化硅进行压滤洗涤、干燥破碎，即得。此种二氧
2
化硅的吸油值为95‑115g/100g，比表面积为230‑280m/g，此种二氧化硅的吸油值较高，应
用于牙膏配方中吸收的液相较多，不利于节约牙膏的生产成本。

[0006] 综上所述，现有技术中普遍存在磨损牙釉质、吸油值高、分散性差、铜耗值较高等技术问题。

发明内容

[0007] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法。本发明提供的牙膏用二氧化硅摩擦剂具有较高的表观密度，较低
的吸油值和铜耗值，同时在牙膏膏体中具有良好的分散性，刷牙时能够快速分散且分散均
匀。

[0008] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

[0009] 一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法，包括以下步骤：

[0010] S1、将固体硅酸钠高温液化后，加入水配置成浓度为1.5‑3.0mol/L的硅酸钠溶液；

[0011] S2、配置浓度为6.0‑10.0mol/L的硫酸溶液和质量百分数为0.5‑3.0％的硫酸钠溶液；

[0012] S3、向反应釜中加入8‑12m3步骤S2制得的硫酸钠溶液和0.5‑2m3硫酸溶液，升温至25‑50℃，开启搅拌装置，并滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液，控制反应反应终点pH值为3.5‑
6.5；

[0013] S4、升温至50‑75℃，打开加酸阀门，继续向反应体系中添加步骤S2制得的硫酸溶液，控制反应过程中的pH值为3.5‑6.5；

[0014] S5、当硅酸钠的用量达到4‑6.5m3时，停止滴加硅酸钠溶液，并继续滴加硫酸溶液，当反应体系中的pH值为1.5‑3.5时，继续滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液；当硅酸钠的用量达
3
到8‑13m时，停止滴加硫酸溶液，继续滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液至反应体系中的pH值
为3.5‑6.5，陈化，压滤，制得滤饼；

[0015] S6、将步骤S5制得的滤饼进行破碎、干燥、气流粉碎，即得。

[0016] 进一步的，所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法步骤S1中的固体硅酸钠的模数为1.5‑3.5。

[0017] 进一步的，所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法步骤S3中的搅拌频率为50‑70Hz。

[0018] 进一步的，所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法步骤S3中硅酸钠3
的滴加速度为5‑10m/h。

[0019] 进一步的，所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法步骤S4中硫酸溶3
液的添加速度为1.5‑4.0m/h。

[0020] 进一步的，所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法步骤S5中硅酸钠3
的滴加速度为5‑10m/h。

[0021] 本发明采用质量百分数为0.5‑3.0％的硫酸钠溶液为反应底液，在不同温度下采用四步法制得高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂。第一、二步，反应温度为25‑50℃，先加
入质量百分数为0.5‑3.0％的硫酸钠溶液与浓度为6.0‑10.0mol/L的硫酸溶液，再滴加浓度
为1.5‑3.0mol/L的硅酸钠溶液，在低温强酸性(pH<3.5)的条件下生成二氧化硅晶种，晶种
粒子大且运动较缓慢。硅酸在酸性条件下二氧化硅以多元硅酸的形式进行聚合，表面含有
大量的羟基。底液中含有一定量的硫酸钠，可以吸附在晶种表面，提高晶种的分散性，避免
彼此之间提早碰撞结合。第三步的反应pH值为3.5‑6.0，硅酸之间的Si‑OH脱水缩合速度较
快，晶种浓度增加而彼此碰撞结合，快速形成三维网状结构，锁定大量的水分。此时，升高温
度至50‑75℃能够提高粒子的运动速度，提高反应速度，同时，温度提高可以避免固态凝胶
出现，生成的二氧化硅粒子颗粒较粗，颗粒内部水分含量高。第四步，当硅酸钠溶液达到预
3 3
设用量4‑6.5m ，停止加入硅酸钠溶液，当PH为1.5‑3.5时，继续以5‑10m/h的流速加入1.5‑
3.0mol/L的硅酸钠溶液。在出现乳化点之前将pH降低，避免反应速度过快而导致析出颗粒
时形成半固态或固态凝胶。

[0022] 利用本发明提供的制备方法生成的二氧化硅颗粒较粗，内部含水量较高，经过400‑600℃干燥后，颗粒内部水分快速挥发，孔洞坍塌而颗粒收缩致密，孔径较小，颗粒密度
较大。由于干燥过程中水分快速挥发，孔径较小，硅羟基之间距离缩短，高温干燥时容易脱
水缩合，颗粒表面羟基含量少，表面能低，有助于二氧化硅在膏体中快速分散。

[0023] 与现有技术相比，本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法具有如下优势：

[0024] (1)本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂密度大、孔径小，分散性高，应用于牙膏配方中可以快速分散，不会影响牙膏膏体性能；

[0025] (2)本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂表观密度大，吸油值低，铜耗小，应用于牙膏配方中可以起到良好的摩擦性能而不损伤牙釉质；

[0026] (3)本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法简单易操作，条件可控，应用于牙膏的制备过程中不会造成膏体坍塌，且吸收的液相成分低，节约牙膏的
生产成本，易于实现工业化生产。

具体实施方式

[0027] 以下通过具体实施方式进一步描述本发明，但本发明不仅仅限于以下实施例。本领域技术人员根据本发明的基本思路，可以做出各种修改，但是只要不脱离本发明的基本
思想，均在本发明的范围之内。

[0028] 实施例1、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0029] 所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法，包括以下步骤：

[0030] S1、将模数为3.5的固体硅酸钠高温液化后，加入水配置成浓度为3.0mol/L的硅酸钠溶液；

[0031] S2、配置浓度为10.0mol/L的硫酸溶液和质量百分数为3.0％的硫酸钠溶液；

[0032] S3、向反应釜中加入12m3步骤S2制得的硫酸钠溶液和2m3硫酸溶液，升温至50℃，开3
启搅拌装置，搅拌频率为70Hz，并以10m/h的速度滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液，控制反应
反应终点pH值为6.5；

[0033] S4、升温至75℃，打开加酸阀门，继续以4.0m3/h的速度向反应体系中添加步骤S2制得的硫酸溶液，控制反应过程中的pH值为6.5；

[0034] S5、当硅酸钠的用量达到6.5m3时，停止滴加硅酸钠溶液，并继续以4.0m3/h的速度3
滴加硫酸溶液，当反应体系中的pH值为3.5时，继续以10m/h的速度滴加步骤S1制得的硅酸
3 3
钠溶液；当硅酸钠的用量达到13m时，停止滴加硫酸溶液，继续以10m/h的速度滴加步骤S1
制得的硅酸钠溶液至反应体系中的pH值为6.5，陈化，压滤，制得滤饼；

[0035] S6、将步骤S5制得的滤饼进行破碎、干燥、气流粉碎，即得。

[0036] 实施例2、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0037] 所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法，包括以下步骤：

[0038] S1、将模数为1.5的固体硅酸钠高温液化后，加入水配置成浓度为1.5mol/L的硅酸钠溶液；

[0039] S2、配置浓度为6.0mol/L的硫酸溶液和质量百分数为0.5％的硫酸钠溶液；

[0040] S3、向反应釜中加入8m3步骤S2制得的硫酸钠溶液和0.5m3硫酸溶液，升温至25℃，3
开启搅拌装置，搅拌频率为50Hz，并以5m/h的速度滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液，控制反
应反应终点pH值为3.5；

[0041] S4、升温至50℃，打开加酸阀门，继续以1.5m3/h的速度向反应体系中添加步骤S2制得的硫酸溶液，控制反应过程中的pH值为3.5；

[0042] S5、当硅酸钠的用量达到4m3时，停止滴加硅酸钠溶液，并继续以1.5m3/h的速度滴3
加硫酸溶液，当反应体系中的pH值为1.5时，继续以5m /h的速度滴加步骤S1制得的硅酸钠
3 3
溶液；当硅酸钠的用量达到8m时，停止滴加硫酸溶液，继续以5m /h的速度滴加步骤S1制得
的硅酸钠溶液至反应体系中的pH值为3.5，陈化，压滤，制得滤饼；

[0043] S6、将步骤S5制得的滤饼进行破碎、干燥、气流粉碎，即得。

[0044] 实施例3、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0045] 所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法，包括以下步骤：

[0046] S1、将模数为2.0的固体硅酸钠高温液化后，加入水配置成浓度为2.2mol/L的硅酸钠溶液；

[0047] S2、配置浓度为7.5mol/L的硫酸溶液和质量百分数为1.5％的硫酸钠溶液；

[0048] S3、向反应釜中加入9m3步骤S2制得的硫酸钠溶液和1.0m3硫酸溶液，升温至35℃，3
开启搅拌装置，搅拌频率为60Hz，并以6m/h的速度滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液，控制反
应反应终点pH值为4.5；

[0049] S4、升温至58℃，打开加酸阀门，继续以2.2m3/h的速度向反应体系中添加步骤S2制得的硫酸溶液，控制反应过程中的pH值为4.5；

[0050] S5、当硅酸钠的用量达到5.5m3时，停止滴加硅酸钠溶液，并继续以2.2m3/h的速度3
滴加硫酸溶液，当反应体系中的pH值为2.0时，继续以6m /h的速度滴加步骤S1制得的硅酸
3 3
钠溶液；当硅酸钠的用量达到12m时，停止滴加硫酸溶液，继续以6m/h的速度滴加步骤S1制
得的硅酸钠溶液至反应体系中的pH值为4.5，陈化，压滤，制得滤饼；

[0051] S6、将步骤S5制得的滤饼进行破碎、干燥、气流粉碎，即得。

[0052] 实施例4、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0053] 所述高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法，包括以下步骤：

[0054] S1、将模数为2.5的固体硅酸钠高温液化后，加入水配置成浓度为2.6mol/L的硅酸钠溶液；

[0055] S2、配置浓度为8.2mol/L的硫酸溶液和质量百分数为2.4％的硫酸钠溶液；

[0056] S3、向反应釜中加入10m3步骤S2制得的硫酸钠溶液和1.3m3硫酸溶液，升温至28℃，3
开启搅拌装置，搅拌频率为60Hz，并以7m/h的速度滴加步骤S1制得的硅酸钠溶液，控制反
应反应终点pH值为5.5；

[0057] S4、升温至68℃，打开加酸阀门，继续以3.3m3/h的速度向反应体系中添加步骤S2制得的硫酸溶液，控制反应过程中的pH值为5.5；

[0058] S5、当硅酸钠的用量达到5m3时，停止滴加硅酸钠溶液，并继续以3.3m3/h的速度滴3
加硫酸溶液，当反应体系中的pH值为2.5时，继续以7m /h的速度滴加步骤S1制得的硅酸钠
3 3
溶液；当硅酸钠的用量达到10m时，停止滴加硫酸溶液，继续以7m/h的速度滴加步骤S1制得
的硅酸钠溶液至反应体系中的pH值为5.5，陈化，压滤，制得滤饼；

[0059] S6、将步骤S5制得的滤饼进行破碎、干燥、气流粉碎，即得。

[0060] 对比例1、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0061] 本对比例中二氧化硅摩擦剂的制备方法与实施例4类似。

[0062] 本对比例与实施例4的区别为：本对比例中步骤S3中的反应温度为55℃。

[0063] 对比例2、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0064] 本对比例中二氧化硅摩擦剂的制备方法与实施例4类似。

[0065] 本对比例与实施例4的区别为：本对比例中步骤S3中未加入硫酸钠溶液。

[0066] 对比例3、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0067] 本对比例中二氧化硅摩擦剂的制备方法与实施例4类似。

[0068] 本对比例与实施例4的区别为：本对比例中步骤S4中反应温度为28℃。

[0069] 对比例4、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0070] 本对比例中二氧化硅摩擦剂的制备方法与实施例4类似。

[0071] 本对比例与实施例4的区别为：本对比例中步骤S4中控制反应过程中的pH值为7.8。

[0072] 对比例5、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0073] 本对比例中二氧化硅摩擦剂的制备方法与实施例4类似。

[0074] 本对比例与实施例4的区别为：本对比例中步骤S5中未停止滴加硅酸钠溶液直至3
硅酸钠用量达到10m。

[0075] 对比例6、一种高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的制备方法

[0076] 本对比例中二氧化硅摩擦剂的制备方法与实施例4类似。

[0077] 本对比例与实施例4的区别为：本对比例中步骤S5中停止滴加硫酸溶液的同时停止滴加硅酸钠溶液。

[0078] 试验例一、性能测试

[0079] 本试验例对实施例1‑4、对比例1‑6制得的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的孔径、表观密度、吸油值和铜耗值进行了测试，试验结果见表1。

[0080] 表1高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的性能测试结果

[0081]

[0082]

[0083] 由表1可知，本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的孔径为2‑6nm，表观密度为0.6‑1.0g/mL，吸油值为30‑60g/100g，铜耗值为5‑15mg，因此，本发明提供的高
密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂应用于牙膏制备过程中，在起到良好的摩擦性能的同
时，还能减少液相的吸收量，节约牙膏的生产成本，且其铜耗值较小，摩擦能力适中，长期使
用不会损伤牙釉质。其中实施例4制得的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的吸油值最
低，表观密度最大，铜耗值最小，为本发明最佳实施例。

[0084] 与实施例4相比，对比例1升高了步骤S3中的反应温度，但是制得的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的表观密度降低，吸油值和铜耗值增加，这是由于高温下生成的晶
种粒子运动较快，在晶种生成后快速形成含有大量空洞的大晶粒，导致吸油值增加，表观密
度降低，铜耗值增加；对比例2未使用硫酸钠溶液作为反应底液，但是制得的高密度高分散
牙膏用二氧化硅摩擦剂的性能降低，这是由于硫酸钠可以吸附在晶种表面，提高晶种的分
散能力，避免晶种提早碰撞结合；对比例3没有升高第三步反应的反应温度，但是制得的高
密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的性能降低，这是由于低温下，二氧化硅晶种运动较慢，
形成了固态凝胶；对比例4提高了第三步反应的pH值，但是制得的高密度高分散牙膏用二氧
3
化硅摩擦剂的性能降低；对比例5中步骤S5中硅酸钠的用量达到5m时未停止滴加硅酸钠溶
液，但是制得的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂的性能降低；对比例6中步骤S5中停止
滴加硫酸溶液的同时停止滴加硅酸钠溶液，但是制得的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦
剂的性能降低。

[0085] 试验例二、应用测试

[0086] 本试验例将实施例1‑4制得的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂应用于牙膏配方中，并将制得的牙膏分别于‑8℃、25℃、50℃下放置3个月，观察牙膏条形膏体是否坍塌。
试验结果见表2。

[0087] 牙膏配方如下：

[0088]

[0089] 表2牙膏条形膏体稳定性测试

[0090]

[0091] 由表2可知，本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂应用于牙膏配方中不会造成牙膏条形膏体坍塌，这说明本发明提供的高密度高分散牙膏用二氧化硅摩擦剂
在牙膏配方中具有良好的分散性能。

[0092] 上述实施例仅示例性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人员皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，
举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成
的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。