牙膏化學

牙 膏 化 學 1/1 篇名 牙 膏 化 學 作者 唐啟仁。屏東縣立枋寮高中。五年三班 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 2/2 壹、 研究目的 牙膏是我們每天都要用的日常必需品，其實我們ㄉ日常生活中與化學脫不 了關係，而這次的研究，選擇了牙膏研究，每天我們刷牙用的牙膏，你知道會 什麼可以防止蛀牙嗎？你知道牙膏的成分嗎？我們若更了解牙膏，就能知道如 何去選擇好的牙膏。 貳、 內容 ※歷史※ 刷牙的歷史可以追溯到 1873年，當時的英國高露潔公司推出了世界上第一 支牙膏。然而最近考古學家卻發現，古埃及人早在 1700多年前就懂得用牙膏刷 牙了，並且詳細記載了牙膏配方。據說，用這種配方生產出來的牙膏效果還不 錯呢！ 奧地利國家圖書館的地下室裏發現了一張距今 1700多年的古埃及莎草 紙，上面寫滿了古怪的象形文字。考古學家經過仔細研究，發現那些字符竟然 是牙膏配方！描述了一種“用來亮白牙齒的完美粉末”。這些粉末經唾液稀釋 後，就變成“清潔牙齒的膏狀物”。根據這份寫於西元 4世紀的文件，成分有： 1%盎司的岩鹽和鳶尾幹花，2%盎司的薄荷和 20粒胡椒(1盎司約等於 31克)。 把這些東西碾碎混合就成了牙膏。古埃及人懂得用鳶尾花制牙膏實在令人拍案 叫絕，因為現代醫學界直到最近才發現了鳶尾花的藥用價值，已初步證實它能 有效治愈一些口腔疾病。 牙膏問世前，人們用牙粉刷牙。牙粉是碳酸鈣和肥皂粉的混合物，其功能 只是保持牙齒清潔，除卻污漬。牙粉 pH值高，會引起口腔組織發炎。二戰以 後，有治療作用的牙膏才紛紛上市。尤以合成去垢劑月桂 肌氨酸鈉代替肥皂的 牙膏深受大眾青睞。這種清洗劑不僅能明顯減少口腔炎症，還使牙膏氣味清香， 更有抑制引起蛀牙的菌斑酸的作用。 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 3/3 各大廠牌成分： 品牌 主要成分 黑人亮白牙膏 SWA速白成份、清新薄荷、氟化物、天 然香料、面活性劑 黑人超氟牙膏 氟化物、磷酸鈣、天然香料、甘油、表 面活性劑、膠粉 高路潔全效牙膏 氟化物、America專利長效配方（Triclosan PVM/MA）、香料、表面活性劑、矽膠 高路潔三效牙膏 防菌 T配方、氟化物 得恩奈維他命牙膏 維他命 B6、維他命 E、氟化物 得恩奈美白牙膏 PEG-32美白粒子、矽膠粒子、氧化鈦、 磷酸鈣、氟化鈉 白人蜂膠牙膏 研磨劑、磷酸二鈣、矽膠、甘油、天然 膠粉、單氟磷酸納、乳寶 ﹝ZUPOL.SN﹞、天然薄荷香料 蒂克強力潔齒劑 天然薄荷、碳酸鈣、二氟化矽、表面活 性劑、香精 1. 氟化物 氟化物具有阻止齲齒的作用。齲齒是由於發生在牙釉質上，也可能是局部 地發生在牙釉下面的牙本質裡的去礦化作用引起的。去礦化作用就是有機酸穿 透牙釉質表面使牙齒的礦物質―羥（基）磷灰石溶解。這些酸是由口腔細菌在 糖代謝或可酵解的碳水化合物代謝過程中釋放出來的。由於細菌在牙齒表面形 成一層黏附著的膜―齒斑（或稱菌斑），細菌製造的酸能夠長時間地跟牙齒表面 密切接觸，因此，羥磷灰石被酸溶解，生成磷酸氫根離子和鈣離子向齒外擴散， 被唾液沖走︰ Ca10(PO4)6(OH)2+8H +®10Ca2++6HPO42-+2H2O PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 4/4 飲水、食物和牙膏裡的氟離子會跟羥磷灰石回應生成氟磷灰石︰ Ca10(PO4)6(OH)2+2F -® Ca10(PO4)6F2+OH- 溶解度研究證實氟磷灰石比羥磷灰石更能抵抗酸的侵蝕。據研究，牙釉質表層 60um濃度裡氟磷灰石的含量是釉內層的 10倍，細菌分泌的酸是透過微小的孔 洞進入牙齒的釉質引起含氟磷灰石較少的內層牙質去礦化的。在 X射線照片上 去礦化的亞表層區域顯示一個不透光的白斑。臨床觀察表明含氟牙膏能透過沈 積氟磷灰石使白斑再礦化。氟離子也能減少蛀牙，因為它比起較大的氫氧根離 子在磷灰石晶體架構裡更匹配，還因為它能抑制口腔細菌產酸。含氟牙膏已經 使全世界千千萬萬的人減少齲齒，使大家的牙齒保持得更長久。然而不幸的是 老年人會發生牙齦萎縮，使牙根暴露，從而使牙根表面的蛀洞增多。這種齲齒 可使用含氟牙膏后再請醫生塗抹一種含氟膠來制止。 2. 殺菌劑- Triclosan Triclosan (架構式 II) 殺滅口腔細菌的效果很好。該藥物對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有效。與 陽離子抗菌藥不同的是，它不會洇染牙齒，也不會影響味覺。但該藥物在口中 的存留時間尚不夠長。為改善存留時間，開發了一種特殊聚合物―共聚物 PVM ／MA，它能夠在 12小時內漸漸地釋放出活性的 triclosan來。 3. 乙烯甲醚和馬來酸的共聚物（PVM/MA） 早在 1923年，Robert Robinson就提出一種說法，認為防止磷酸鈣沈積的 天然阻抑劑是磷酸葡萄糖之類的磷酸酯。但這種說法后來沒有被證實。60年代 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 5/5 初期，Herbert Fleish和Walter Neuman指出，含 P－O－P鍵的焦磷酸鹽是磷 酸鈣晶體生長的阻抑劑。蘇黎世的 Hans Muhlemann 為評價焦磷酸鹽水劑或錠 劑的塗抹改果做了大量的研究工作，發現效果極小，他指出，這是因為該化合 物會被口腔細菌生產的磷酸―焦磷酸、鹼金屬磷酸和酸磷酸分解。研究表明， 以 P－C－P代換 P－O－P的焦磷酸類似物則較穩定，但不幸的是它們會干擾人 體骨骼生長而不能付諸實用。因此，研究者們長期致力於開發防止焦磷酸分解 的安全有效的 抑制劑。早期的研究表明氟離子能夠抑制酸磷酸和焦磷酸 但不 能有效抑制鹼金屬磷酸 。近期的研究則指出，除非鹼金屬磷酸被抑制，否則將 形成牙垢。活性越高，形成牙垢的傾向越強。直到近年，才開發出一種有效的 鹼金屬磷酸 抑制劑―乙烯甲醚和馬來酸的共聚物（PVM/MA）、見架構式: 這一聚合物還有如下優良住質: 安全，因為它曾被用作牙科黏結劑；在口腔裡 的存留時間與焦磷酸鹽相同甚至更長；聚合物能夠很好地附著在濕的牙面上。 NMR研究指出該聚合物能與鹼金屬磷酸的活性中心的 Zn2+和 Mg2+離子結合。 臨床研究表明，焦磷酸鹽、聚合物和氟化物的結合是人的牙垢的有效抑制劑， 使用 3個月后能夠減少 30％－50％的牙垢。 4. 界面活性劑（表面活性劑） （1.）界面活性劑之定義： 人類使用最早的界面活性劑俗稱肥皂，其化學簡式為 RCOOM（R：長鏈烷 基，M：鹼鹽），所謂界面活性劑就是一個分子中同時含有長鏈烷基（如脂肪酸 等）之親油基及足以使油性部份在水中分散或溶解之親水基的化學物質總稱。 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 6/6 界面活性劑分子可分為親油基（lipophilic group）、連結基與親水基（hydrophilic group）三部分，溶於水後可視親油部分解離成陰離子、陽離子、兩性離子（因 水溶液之 pH而解離成陽或陰離子）或不解離成離子，而分為陰離子性界面活 性劑、陽離子性界面活性劑、兩離子性界面活性劑和非離子性界活性劑等四大 類。 （2.） 界面活性劑之種類 a. 陰離子性界面活性劑 皂類可以簡式 RCOOM表示之，最簡單的分子是醋酸鹽（CH3COOM），鹼 鹽除 Na、K、Ca外，尚有有機胺鹽。Na皂皆為弱酸之強鹼鹽，例如醋酸鈉水 溶液水解後成鹼性（pH = 9.4）。相反的，酸三乙醇胺鹽是強酸之弱鹼鹽，其水 溶液 pH約 5.5。脂肪酸鹽為鹼皂乃因脂肪酸遠比醋酸更為弱酸，脂肪酸鈉水溶 液水解時 pH為 10~11。 b. 陽離子性界面活性劑 典型的陽離子性界面活性劑為有機胺鹽類和第四級銨鹽類等，前者構造式 如氯化銨，但其中最少有一個 H原子被長鏈烷基所取代，長鏈烷基為鹼性，但 其磺酸鹽水溶液卻呈現弱酸性。純粹之第四級銨鹽應為近中性，具有極大之表 面吸附、表面活性。與其他相同碳數基之陰離性、非離子性界面活性劑比較時， 其水溶液最大，亦即此界面活性劑本身之 HLB值大（親水性－親油性之平衡 值）。而陽離子活性劑之一般應用方面，是在具有殺菌、防徽、殺蟲性者甚多。 c. 非離子性界面活性劑 所謂非離子活性性劑，均為多價醇之誘導，其水溶液所具有之界面活性， 曾被認為分子全體所發出者。代表性之非離子性界面活性劑如聚氧乙烯烷基醚 〔RO-(CH2CH2O)n-H〕之水溶液為酸性（pH= 5~6）。但一般製品仍以調製成中 性者為多。其他多元醇之脂肪酸如山梨糖脂肪酸酯，因山梨糖醇中有 5個－OH 基，其結合人之脂肪酸個數可自由調整，結合數愈少對水之親和性愈大，而結 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 7/7 合之脂肪酸碳數，所生之多元醇脂肪酸酯之 HLB值可由低值至高值間變化。也 就是可合成自油溶性至水溶性。而聚氧乙烷系、聚氧乙烯－聚氧丙烯系非離子 性界面活性劑，會因聚合度之不同，水溶液開始完全透明溶解，但在一定溫度 下會刻變濁的現象，亦即所謂的濁點（clouding point）。非離子活性劑之一般應 用在於合成高分子聚合合用乳化劑、可塑劑、金屬清淨劑、纖維度保持劑，纖 維加工劑、醫藥化粧品基劑、潤滑劑，離型劑、電染色劑等。 d. 兩離子性界面活性劑 常見的兩離子性界面活性劑的構造類似胺基酸（RR´C(NH2）COOH），即分 子中有胺基和酸基，在酸性溶液中，分子中的胺基與酸作用而溶解；在鹼性溶 液中，酸基與鹼中和而有水溶液性，因此純物質具有等電點。兩離子性界活性 劑之主用途有洗髮精基劑、潤絲精基劑、柔軟劑（毛髮、纖維）、防銹劑等。 參、 討論 1. 氟化物為什麼能保護牙齒？ 英國科學家 Nora H. de Leeuw，利用計算機仿真氟化物進入牙齒琺琅質的過 程，為氟化物鞏固牙齒的作用提出明確的解釋。 我們身體的琺琅質是由羥基磷灰石（hydroxyapatite,Ca10(PO4)6(OH)2）所組成， 這是一種相當堅硬的物質，但是牙齒在遇到酸性物質（例如，口水）的時候會 開始溶解，雖然牙醫已經知道要利用氟化物來保護牙齒，不過這之間的詳細過 程卻還沒有清楚的定論。 Nora H. de Leeuw建立一個計算機分子動力學的模型來仿真牙齒在人體中 的狀況，她發現，氟化物取代羥基磷灰石中的羥基是一種放熱回應，表示這是 一個很容易發生的回應，所以氟化物可以很輕易地取代羥基磷灰石中的羥基而 形成氟磷灰石。不過氟化物要進入琺琅質的深處，放熱的量會比在表面進行同 樣回應的時候來的少，所以氟磷灰石的發生會局限在琺琅質表面的部分。而且 在水分存在的狀況下，氟化物不像羥基那麼容易溶解在水分裡，所以可以維持 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 8/8 琺琅質的架構。另外在有水分的環境中，羥基磷灰石中的鈣離子與氧離子之間 的化學鍵會拉長，鍵合力量變小，而容易溶解在水中。不過氟化物除了不易溶 于水之外，還可以牢牢固定琺琅質表面的鈣離子，所以琺琅質就不會流失了。 雖然氟磷灰石所形成的穩定薄膜可以幫助保護琺琅質，不過在咀嚼的時候 這層薄膜會逐漸的磨損掉，所以要保護牙齒必須常常使用含有氟化物的溶液來 形成新的保護膜。既然氟化物所形成的保護膜只是暫時性的存在，所以只要能 有恆心地在牙齒上塗抹氟化物（例如，用牙膏），就可以維持牙齒的架構。 2. 氟化物吃下去會如何 氟化物會鎖住酵素反應，攝取過量還會造成氟中毒，破壞神經系統，因此 不能攝取太多氟化物。專家表示，由於氟化物可能會造成氟中毒，破壞神經系 統，甚至會形成骨質疏鬆症。 3. 鹽巴是否可以取代牙膏 鹽巴的用途很廣，古老的時代，利用高濃度的鹽份來保存食物，如果局部 使用鹽巴，猶如高濃度的鹽份在口腔中，的確可以殺死部份細菌，但我們口內 的細胞也無法倖免，因此這種兩敗俱傷的做法值得商確。許多臨床研究也指出 使用鹽巴刷牙沒有特殊的效果，更何況鹽巴中沒有研磨劑，無法幫助牙刷清除 牙齒表面的牙垢、牙菌斑。 4. 為什麼定期換不同牙膏有益口腔健康 口腔內蘊藏著各式細菌與病毒，在正常情況下，這些細菌和病毒不會對人 體產生危害，因為他們具有互相制衡的作用。市面上販售的牙膏種類很多，有 些標榜可防蛀牙；可去牙斑，讓牙齒潔白等等，這些藥物性的牙膏對口腔具有 一定的效用。但若使用時間過久，可能會產生一些負面作用。由於牙膏的成分 對某些細菌及病毒產生了抑制作用，而對其它不受管制的口腔的細菌與病毒失 去原有的平衡，將促使口腔疾病產生。 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com 牙 膏 化 學 9/9 肆、 參考資料 http://tw.search.yahoo.com/search?p=%E6%B0%9F%E5%8C%96%E7%89%A9&ei=UTF-8&fr= fp-tab-web-t&fl=0&vc=&x=wrt&meta=vc%3D http://www.wedar.com/library4/dentalshow/dentalshow001005.htm http://tw.search.yahoo.com/search?fr=fp-tab-web-t&ei=UTF-8&p =%E7%89%99%E8%86%8F http://www.wedar.com/library4/et/et020731.htm （東森新聞報 2002/07/31） http://tw.search.yahoo.com/search?p=%E7%89%99%E8%86%8F+%E7%95%8C%E9%9D%A2 %E6%B4%BB%E6%80%A7%E5%8A%91&ei=UTF-8&fr=fp-tab-web-t&fl=0&vc=&x=wrt&m eta=0 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.pdffactory.com