УДК 665.58

К ПРОБЛЕМЕ ПОВЫШЕНИЯ СЫПУЧЕСТИ КАРБОНАТА КАЛЬЦИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМОГО ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЗУБНЫХ ПОРОШКОВ

Нишнианидзе М.В.1, Цинцадзе Т.Г.2, Кахетелидзе М.Б.3, Явич П.А.4
1Грузинский технический университет, докторант
2Грузинский технический университет, доктор медицины, профессор
3Институт фармакохимии им. И.Г. Кутателадзе Тбилисского государственного медицинского университета, доктор фармации
4Грузинский технический университет, Институт фармакохимии им. И.Г. Кутателадзе Тбилисского государственного медицинского университета, доктор фармацевтических наук, профессор

Аннотация
Разработана технология гранулирования карбоната кальция для получения зубных порошков. Высокая сыпучесть гранул дает возможность изменить традиционную систему упаковки и позволяет избежать возможность микробного заражения при использовании.

Ключевые слова: гранулирование, зубы, мел


TO A PROBLEM OF INCREASING THE FLOWABILITY OF CACO3, USED IN THE PREPARATION OF DENTAL POWDERS

Nishnianidze M.V.1, TsintsadzeT.G.2, Kahetelidze M.B.3, Yavich P.A.4
1Georgian Technical University, doctoral
2Georgian Technical University, M.D., Professor
3Institute of Pharmacochemestry I. Kutateladze, Tbilisi State Medical University, doctor of Pharmacy
4Georgian Technical University, Institute of Pharmacochemestry I. Kutateladze,Tbilisi State Medical University, Doctor of Pharmacy, Professor

Abstract
Is elaborated CaCO3 granulation technology for tooth powders. The high flowability of the pellets gives an opportunity to change the traditional system of packaging and to avoid the possibility of microbial contamination during use.

Рубрика: 02.00.00 ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Нишнианидзе М.В., Цинцадзе Т.Г., Кахетелидзе М.Б., Явич П.А. К проблеме повышения сыпучести карбоната кальция, используемого при получении зубных порошков // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/09/71111 (дата обращения: 19.11.2016).

Рассмотрим вопрос сыпучести карбоната кальция, что связано с проблемой разработки соответствующего контейнера-дозатора, который позволит избежать непосредственного контакта всей массы зубного порошка (П) с зубной щеткой. В течение многих лет он пакуется в картонные ,либо жестяные коробки, в которые опускается мокрая зубная щетка, порошок быстро загрязняется и набирает влагу. С одной стороны, это при многократном использовании приводит к заражению порошка микробной флорой; с другой, отсутствует возможность применения одной упаковки всеми членами семьи. При отсутствии дозатора в (П) трудно добавить определенные количества лечебных и профилактических веществ. При неправильной чистке человек может вдыхать мельчайшие частички порошка, что отрицательно сказывается на дыхательной системе. Глотать порошок также небезопасно – он оседает на стенках пищевода и желудка [1-3].

Поэтому остро стоит вопрос разработки соответствующего вида меловой массы, которая позволит использовать контейнер-дозатор и избежать непосредственного контакта всей массы (П) с зубной щеткой. Основной проблемой является плохая сыпучесть (П), что не позволяет относительно легко засыпать его в контейнер и высыпать его на зубную щетку. Это связано с тем, что частицы химически чистого карбоната кальция могут обладать электрическим зарядом в результате диссоциации молекул CaCO3, находящихся в поверхностном слое, при этом, приобретая как отрицательный, так и положительный заряд. Другим путем образования заряда у частиц (П) является механическая диссоциация в процессе диспергирования материала, в результате которой на вновь образующихся поверхностях возникают разноименные заряды. Следует отметить и тот факт, что мел, кроме карбоната кальция, в небольшом количестве содержит глинистые минералы, которые распределены равномерно ,образуя коллоидные пленки на поверхности зерен карбоната и внутри них. Такие пленки несут отрицательный заряд. При получении осадочного мела небольшая доля их может попадать в (П) для косметических целей [4]. Также следует отметить, что при увлажнении прочность мела начинает повышаться, и уже при влажности 20-30% прочность на сжатие увеличивается в 2-3 раза, проявляя вязко-пластические свойства. Это связано с налипанием мела на элементы упаковочного материала. Это  проявляется при упаковке мела в коробки и окунании в него влажной зубной щетки.

Относительно слабый дезодорирующий эффект зубных порошков связан с невысокой адсорбционной активностью мела, поэтому добавление белой, либо голубых глин с определенной дисперсностью обеспечивает удержание эфирных масел и, как следствие, увеличение дезодорирующих свойств. Сложность введения в их состав лечебно-профилактических добавок связана со специфическими свойствами мела. С одной стороны, это наличие электрического заряда, что является препятствием для равномерного смешивания, с другой, разница в удельных массах и размерах частиц мела и добавок. По нашему мнению, наиболее реальный, в данном случае, технологический прием -введение связывающего вещества и получение зубного порошка в виде гранул. Одновременно это позволит изменить качество и вид упаковки, уменьшить до минимума летучесть мела, возможность вдыхания его маленькими детьми при чистке зубов. При проведении данной части исследования был использован мел  фирмы Provencale.66600.espira de laglu- Franci. имеющий дисперсность менее 20 мкм., что позволяет уменьшить величину индекса RDA. Твердые материалы и реактивы, приведенные в табл. 1, прошли предварительную обработку путем измельчения на роторном измельчителе с  получением   фракций с размером, близким к вышеуказанному.

Таблица 1. Реологические свойства использованных материалов и реактивов

Наименование компонента

Сыпучесть (смз/с)

Угол естественного откоса αо

Насыпная масса (г/см3)

Объёмная плотность (г/см3)

1. Мел парфюмерный для (П)

0,41±0,03

55,0±2°

0,25±0,1

0,21±0,3

2.Бентонит Асканского месторождения

0,83±0,04

53± 1, 7°

0,2±0,05

0,13±0,02°

3. Натрия бикарбонат пищевой

1,1 ±0,03

46,0±3,5°

0,25±0,01°

0,08±0,01°

4. Зеленая глина производства ООО ДНЦ Косметика. Россия.

0,85±0,05°

57,0±3,5°

1,6±1°

0,25±1°

5.Смесь мела парфюмерного для (П)

и бентонита Асканского месторождения в соотношении 5:1

0,43 ±1°

65,0±1°

-

-

Исходя из полученных данных, все использованные материалы и реактивы обладают весьма низкой величиной сыпучести, что затрудняет их упаковку в насыпные контейнеры. Повышение ее в результате получения гранулированного продукта позволит создать другой вариант упаковки. При изучении возможности грануляции мела в качестве связывающих веществ были использованы растворы картофельного и маисового крахмалов, желатины, спирт, Na карбоксиметилцеллюлозы, основываясь на обычных методиках работы с этими веществами. В качестве определяющих параметров качества получаемых гранулятов были использованы внешний вид гранул, их прочность, сыпучесть, угол естественного откоса и т.п. Во всех экспериментах варьировалось соотношение (П): гранулирующий реагент. Данные, приводимые в табл. 2, соответствуют результатам, полученным в оптимальных условиях. В случае применения Na карбоксиметилцелюлозы использовался ее 1% раствор в соотношении полимер: (П)=1:200. Только в этом случае удается получить гранулы с удовлетворительным внешним видом и прочностью. Гранулы белого цвета круглой и в определённой степени конусной формы, обладающие достаточной величиной сыпучести и углом естественного откоса αо.

Таблица 2. Основные реологические параметры полученных гранул

Вещество для грануляции

параметры

Сыпучесть (смз/с)

Угол естественного откоса αо

Насыпная масса (г/см3)

Объёмная плотность (г/см3)

1. 5% раствор крахмала картофельного

гранулы плохого качества

легко рассыпаются

2. 5% раствор крахмала картофельного

гранулы плохого качества

легко рассыпаются

3. 10% раствор желатины

не гранулируются

4. Спирт этиловый 96%

гранулы плохого качества

легко рассыпаются

5. 1% раствор Na карбоксилметилцелюлозы соотношение полимер: (П)=1:200

5,95

34

0,46

0,8

При изучении оптимального режима получения гранул, при применении Na карбоксиметилцелюлозы, исследовались следующие параметры: величина концентрации полимера в водном растворе, соотношение полимер: (П), величина температуры гранулирования (табл. 3, 4).

Таблица 3. Основные реологические параметры полученных гранул (температура при перемешивание 60о)

Данные по концентрации раствор Na карбоксиметилцеллюлозы и соотношения объема раствора полимера: к массе (П)

Параметры

Сыпучесть (смз/с)

Угол естественного откоса αо

Насыпная масса (г/см3)

Объёмная плотность (г/см3)

1. 0, 5% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:100

гранулы плохого качества, легко рассыпаются

2. 0,5% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:150

гранулы плохого качества, легко рассыпаются

3. 0, 5% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:200

гранулы плохого качества, легко рассыпаются

4. 0,5% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:300

гранулы образуются более явной формы, но легко разрушаются при вращении

5. 1,0% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:200

5,95

34

0,46

0,8

6. 1,0% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:250

6,15

30,0

О,49

0, 85

5. 1,0% раствор. Соотношение полимер: (П)=1:300

6, 10

34,0

о,46

0,8

6. 2,0% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:200

13,3

32,0

0.49

0,73

7. 2,0% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:250

13,5

34,0

0.54

0,78

8. 2,0% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:300

13, 8

39,0

0, 56

0,79

9. 3,0% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:200

13,5

36,0

0,45

0, 74

10. 3,0% раствор. Соотношение  полимер: (П)=1:300

13, 0

34

0,49

0,8

Примечание. При использование  1% раствора  полимера гранулы получаются более мелкие и с более высоким коэффициентом распадаемости при вращение их в упаковочном контейнере, порядка  30-35%. В случае использования 2-4% растворов полимера коэффициент распадаемости не превышает 8-10%.

Исходя из полученных данных, при использовании раствора Na карбоксиметилцеллюлозы с концентрацией выше 0,5%, получаются гранулы хорошего внешнего вида и качества, обладающие достаточно высокой степенью сыпучести. Учитывая, что сам (П) практически не обладает сыпучестью, появляется возможность использования получаемых гранул для разработки новых видов (П). Оптимальной концентрацией раствора Na карбоксилметилцелюлозы следует считать 2%-ую, которая позволяет получать гранулы с высокой сыпучестью. Дальнейшее увеличение концентрации практически не оказывает значительного эффекта, но повышает стоимость продукта. Соотношения массы полимера к массе (П) во всех случаях целесообразно поддерживать на уровне =1:200 .

Данные по влиянию температурного режима приводятся в табл.4

Табл. 4. Влияние температурного режима смешивания

          Параметры процесса

Параметры

Сыпучесть (см3/с)

Угол естественного откоса αо

Насыпная масса (г/см3)

Объёмная плотность (г/см3)

1. 2% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 40о

11,5

33,0

0.54

0,70

2. 2% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 50о

12,5

33,0

0.44

0,68

3. 2% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 60о

13,3

32,0

0.49

0,73

4. 2% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 75о

12,6

35,5

0,51

0,73

5. 3% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 40о

11, 8

35,9

0,58

0,75

6. 3% раствор. Соотношение объема раствора полимера  к массе (П)=1:200, 50о

13,1

34,0

0,55

0,76

7. 3% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 60о

13,9

33,0

0.54

0,78

8. 3% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 75о

12,3

34,7

0,50

0,71

9. 4% раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 40о

12,8

36,0

0, 48

0,70

10. 4 % раствор. Соотношение объема раствора полимера к массе (П)=1:200, 60о

14, 8

39,0

0, 56

0,79

Полученные данные (табл. 2-4) позволяют выбрать оптимальный режим гранулирования: 2% водный раствор Na карбоксиметилцелюлозы, соотношение полимер: (П)=1:200 , температура грануляции до 60о.

Становится возможной, благодаря достаточно высокой сыпучести, фасовка гранул в контейнеры, из которых они легко выделяются самотеком, и появляется возможность дозирования (П). Наиболее простой вариант – плоский контейнер из пищевой пластмассы, на верхней поверхности которого имеется легко открывающаяся заслонка на разное  расстояние. Зубная щетка смачивается водой, открывается заслонка, и (П) высыпается на щетку и набухает. Второй вариант – (П) в необходимом количестве высыпается в отдельную посуду ( прилагаемую в наборе) и берется мокрой щеткой. Таким образом, нет непосредственного контакта всей массы (П) с зубной щеткой, и отсутствует возможность микробного заражения. Следует учитывать, что в процессе грануляции, в конце процесса  возникает возможность введения в полученную массу  активных антиоксидантов- отдушек, как, например, масло чайного дерева, мандарина либо апельсина. Это позволяет повысить антимикробные свойства (П).

Учитывая специфические особенности очистки зубов и десен от остатков пищи, разработаны несколько вариантов подобного (П).

1. 98-99 % карбоната кальция, 0,5-1,0 % смеси масел листьев мандарина и апельсина, смешанных в эквивалентном количестве. 2. 95% карбоната кальция , 0,5 -1,0% смеси масел листьев мандарина и апельсина, смешанных в эквивалентном количеств , 3% бентонитовой либо голубой глины , соответствующей степени помола и очистки. Наличие столь активного сорбента в (П) позволяет, как изменять, в случае необходимости, рН ротовой полости, так и дополнительно удалять токсичные остатки пищи. 3. 93% карбоната кальция , 0,5-1,0% смеси масел листьев мандарина и апельсина, смешанных в эквивалентном количестве, 3% бентонитовой либо голубой  глины  соответствующей степени помола и очистки, 2% пищевой соды.

Все три предложенных вариантов рецептуры гранулировались в присутствии раствора Na карбоксилметилцеллюлозы. При этом получены следующие результаты. Рецептура 1. Сыпучесть 9,90 (см3/с), угол естественного откоса 34о , насыпная масса 0, 52 (г/см3), объёмная плотность 0,71(г/см3). Рецептура 2. Сыпучесть 9,25(см3/с), угол естественного откоса 34о, насыпная масса 0, 58 (г/см3), объёмная плотность 0, 76 (г/см3). Рецептура 3. Сыпучесть 9,05 (см3/с), угол естественного откоса 35о, насыпная масса 0, 6 (г/см3), объёмная плотность 0, 78 (г/см3). Во всех случаях по внешнему виду и прочности гранулы практически не отличаются от продукта непосредственной грануляции (П).

Технология получения гранулированного продукта заключается в следующем. В реактор с перемешивающим устройством помещают определённый объем воды обессоленной, нагретой до 50-60°С, затем, при перемешивании, в воду постепенно вносят необходимое количество натриевой соли Na карбоксиметилцеллюлозы, полученную смесь перемешивают до получения 2%-го однородного раствора полимерной массы.
Гранулирование осуществляют в грануляторе при постоянном перемешивании. В гранулятор, нагретый до температуры 50-60°С, помещают 5 кг карбоната кальция с массовой долей воды 0,5%, добавляют 2%-ый раствор связующей добавки до достижения соотношения связующей добавки и карбоната кальция 1:200, на сухое вещество и перемешивают. Туда же добавляются определенные количества различных добавок, в зависимости от рецептуры приготавливаемого зубного порошка. Смесь гранулируют до получения продукта с размером частиц основной фракции 0,05-0,25 мм и сушат при температуре  40-50°, гранулированный продукт фасуется в специальные контейнеры.


Библиографический список
  1. Бестинг Г.Х. Профессиональная гигиена (очистка зубов). Др. Г.Х. Бестинг, др. Р. Хильгер, др. П. Бергманн Электронный ресурс.// Российский стоматологический клуб. — (http: // www. ksma. kubannet.rRu / shastin / profess / bibliot / pages / 006. htm.)
  2. Улитовский С. Б. Средства индивидуальной гигиены полости рта: порошки, пасты, гели зубные. Краматорск, из-во: Человек, 2002 , 296с.
  3. Физико-химические свойства мела – STROGO.RU, http://www.strogo.ru/priroda/2012/t0119-1.html
  4. Е.А. Михайлова, Н.Б. Маркова, С.И. Авина, И.В. Багрова. Применение химически осажденного карбоната кальция и перспективные методы его получения. Вісник НТУ «ХПІ». 2013. № 47 (1020)
  5. Валиуллин А.К. Производство химически осажденного мела. НИИТЭИМ, 1984. 173 с.


Все статьи автора «Явич Павел Абрамович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация