Пенообразование зубной пасты

Сравнительный анализ вспениваемости и структуры пены стоматологических средств

Практически все рецепты зубных паст включают поверхностно-активные вещества в качестве вспенивающих агентов. Пена обеспечивает равномерное распределение полирующих, укрепляющих эмаль и других активных ингредиентов во время чистки. В частности, мелкопористая пена обеспечивает более легкий доступ даже к труднодоступным местам. Кроме того, большая внутренняя поверхность пены усиливает очищающий эффект. Однако чрезмерное пенообразование чаще всего воспринимается как неприятное. Если к тому же пена имеет большие поры, то есть имеет всего несколько пузырьков на единицу объема, то она также не имеет желаемой степени расширения поверхности. Это делает пенообразование ключевой характеристикой качества зубной пасты.

Перед выпуском в продажу или адаптации рецептуры стоматологический продукт проходит дорогостоящие и трудоемкие исследования в группе. Количество требуемых испытаний можно сократить заранее с помощью анализа пены. Кроме того, измерения пены, проведенные с помощью воспроизводимого метода, обеспечивают объективные критерии для оценки рецепта, которые могут быть соотнесены с успехом в исследованиях тестовых групп.

Были протестированы три состава зубной пасты, обозначенные как Образец A, Образец B и Образец C. Два образца содержали лаурилсульфат натрия (додецилсульфат натрия, SDS) в качестве вспенивающего агента, а один - кокамидопропилбетаин (CAPB).

Из образцов готовили суспензии 10 г/л. Для этого по 2,5 г каждого образца добавляли к 60 мл дистиллированной воды и перемешивали в течение 5 мин. Затем суспензии гомогенизировали в течение 5 мин с помощью ультразвука и доводили до 250 мл. Приготовление растворов и последующие измерения проводились при температуре 25 °C.

Для измерения высоты пены использовали динамический анализатор пены - DFA100. Дополнительное определение структуры пузырьков проводилось с помощью модуля Foam Structure Module - FSM. С помощью DFA100 образцы вспениваются. Верхняя и нижняя границы пены (жидкость/пена и пена/газ) захватываются во время и после вспенивания светодиодной полосой и полосой линейного датчика, расположенной напротив нее.

Измерение отображается в виде кривой высоты, которая фиксирует образование пены в фазе вспенивания и ее последующее разложение. Foam Structure Module - FSM позволяет проводить параллельные испытания структуры пены. Он использует специальную призматическую измерительную колонку и фиксирует все ламели со сторон стекла с помощью видеокамеры. Структура пены и ее изменение во времени в отношении размера и количества пузырьков рассчитываются с помощью анализа видеоизображения.

DFA100 предлагает на выбор несколько методов вспенивания. В этих испытаниях использовался модуль мешалки с двумя лопастями для перемешивания. Перемешивание ближе к способу вспенивания во время чистки зубов, чем, например, продувка газом.

Для каждого измерения использовали объем 50 мл, который перемешивали со скорость 4000 об/мин в течение 40 с. Общее время измерения составляло 900 с, поэтому после 40 с вспенивания характер распада был зарегистрирован в течение 860 с. Каждый образец измеряли дважды, чтобы проверить воспроизводимость.

Максимальная высота, возникающая во время измерения, является прямым показателем вспениваемости образца. В случае модуля мешалки это не измеряется на пике кривой, так как это создается воронкообразной турбулентностью во время перемешивания.

Вместо этого точка излома кривой после пика является решающей для максимальной общей высоты.

Пенообразование возрастает при значительных различиях в последовательности Образец A - Образец B - Образец C. Это указывает на то, что образец с поверхностно-активным веществом CAPB пенится сильнее всего. Однако, поскольку концентрация образующих поверхностно-активных веществ в зубной пасте не была известна, выводы можно сделать только в отношении интенсивности пены, образующейся во время чистки, но не в отношении эффективности используемых пенообразующих агентов.

Все образцы демонстрируют одинаковую постоянную скорость распада (см. рисунок 3), другими словами, все они образуют относительно стабильные пены. Это полезно для ухода за зубами, поскольку образующаяся пена не распадается сразу и поэтому может распределяться более равномерно. Значительные различия между образцами в отношении количества пены остаются постоянными в течение длительного периода времени. Однако постоянное воспроизведение пены во время очистки делает стабильность менее важной, чем способность к пенообразованию.

Все три образца дают мелкопористую пену с соответственно большим количеством пузырьков, различия вскоре после вспенивания незначительны. Другими словами, все пены создают желаемую большую внутреннюю поверхность.

Последующее разложение пены идет рука об руку с уменьшением количества пузырьков и одновременным образованием более крупных пузырьков. Этот процесс происходит с разной скоростью в трех образцах, самым быстрым из которых является образец A, за которым следуют образец B и образец C. Однако более быстрое расширение пузырьков в случае образцов A и образцов B не является большим недостатком, потому что при очистке пена образуется заново. Как и в случае с начальным объемом пены, первоначальная структура пены также более актуальна, чем ее развитие с течением времени.

Измеренные кривые для повторных анализов очень хорошо накладываются друг на друга, как в случае измерения высоты пены, так и в случае измерения структуры пены. Это свидетельствует о хорошей воспроизводимости измерений пены представленной методикой.

Три состава зубной пасты были протестированы с помощью динамического анализатора пены - DFA100 и его Foam Structure Module - FSM. Испытания были сосредоточены на объеме пены и количестве образовавшихся пузырьков, поскольку эти два свойства пены имеют особое значение для ухода за зубами. Хорошая воспроизводимость результатов показывает, что различия в пенообразовании образцов зубных паст могут быть четко показаны с помощью этого метода измерения. Согласно результатам, образец C исследованных составов с CAPB в качестве пенообразователя (в отличие от SDS в двух других составах) образует самый большой объем пены с небольшими пузырьками и относительно длительным периодом стабильности. Такой результат испытания сначала не позволяет сравнивать качество образцов, поскольку наибольший объем пены не обязательно является критерием для оценки оптимального продукта. Однако его можно соотнести с результатами испытаний рецептов, которые были признаны успешными испытуемыми. Таким образом, представленные здесь методы измерения могут быть использованы для получения объективных параметров для оптимизации новых продуктов и для значительного сокращения количества исследований в тестовых группах, которые обычно необходимы. Кроме того, такие анализы пены хорошо подходят для повседневного контроля качества во время производства.