牙膏磨损性的检测方法
【专利摘要】本发明涉及口腔护理用品的检测，公开了一种牙膏磨损性的检测方法。采用树脂片或羟基磷灰石作为测试片，研磨抛光后，通过检测刷磨前后的粗糙度变化，计算摩擦值Ra，折合为牙本质摩擦值RDA。Ra和RDA之间有良好的线性关系。本方法不需要用人牙或动物牙标本作为实验材料，对实验方法和仪器要求低，不需要用到放射性示踪法，可以用价格相对便宜的粗糙度仪代替轮廓仪进行检测；每次实验误差小，不必在每次检测中使用标准液作为对照，或轮换机位。本发明的方法与现有方法相比成本低，更为简便，而且准确度高，重复性好，误差小。
【专利说明】牙膏磨损性的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及口腔护理用品的检测，具体为牙膏磨损性的检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着牙膏生产技术的不断进步和人民生活水平的不断提高，越来越多的消费者将 更多的关注焦点转移到了牙齿美观方面。而各大牙膏生产商也层出不穷地推出了种种美白 类产品以满足消费需要。根据AC尼尔森的统计数据显示，2010年美白牙膏的销售额接近 34亿元人民币，占有30%的市场，且逐年保持增长趋势。
[0003] 牙膏是清洁和护理口腔的日用品，其作用能清洁口腔、去除牙菌斑、洁白牙齿表 面，能令使用者感到舒适和清爽。目前，市场上牙膏的品牌、种类繁多，宣称具有美白除渍效 果的牙膏也不在少数。美白牙膏对牙齿美白的作用主要通过两个途径：一是通过磨料的物 理性磨擦作用磨擦牙齿表面对牙齿进行美白；二是通过过氧化物对牙齿产生的化学作用对 牙齿美白。两种美白方法无论见效快慢，均应以不损伤牙齿硬组织为原则。为此，美国食品 与药物管理局（FDA)规定，通过放射性示踪法（Radioactive Dentin Abrasion)测定的牙 膏RDA磨损值的上限为250单位，才能保证牙膏在使用过程中对于使用者牙本质的安全性。
[0004] 国际上目前主要采用ISO标准"牙科一洁牙剂一要求、试验方法和标志"（ISO 11609:2010(E))的"附录A :磨损性试验程序--美国牙科协会方法"以及〃附录B :通过表 面轮廓法测定洁牙剂对牙釉质和牙本质的相对磨损值"来评价牙膏对牙齿的磨损性。ISO 方法中以牛牙或者人牙标本作为体外实验材料，采用带有8个刷牙机位的V8十字交叉刷 磨机（V8 Cross Brushing Machine)对牙齿标本进行往复的刷磨，通过放射性示踪法（ISO 11609:2010 (E)附录A)以及表面轮廓法（ISO 11609:2010 (E)附录B)对牙膏测试样的磨损 性进行测试。ISO方法虽然是目前国际上最具有权威性的实验方法，但对于国内企业来说， 该方法同样也存在着一些缺点。
[0005] 因为ISO方法中附录A放射性示踪法对实验设备有太多的限制，并且全球只有美 国印第安纳大学可以进行权威检测，不适合我国行业对市场监管和企业对口腔产品的日常 检测和品控。所以国内对牙膏磨损性的检测也是主要集中在参照ISO方法中附录B表面轮 廓法的内容。表面轮廓法作为放射性示踪法的替代选择，对实验的过程进行了大大的简化。 但是和放射性示踪法一样，表面轮廓法在实验过程中容易因为每次测试的过程中刷牙压力 不一致而产生实验误差。为了消除这一缺点导致的实验误差，ISO方法规定，在每次实验的 过程中，对于刷牙机的8个刷牙机位，每刷完一定次数循环后，牙齿样本需要更换机位，直 至刷完8个机位。并且表面轮廓法的实验结果每次都需要与"参考摩擦剂"浆液（阴性对 照或是标准液）作比对，使得实验方法显得有点繁琐。
[0006] 而且，ISO标准中都是采用人牙或者牛牙的标本作为体外实验的材料，人牙或者牛 牙标本需要经过专业的牙科医生进行前处理后才能用于实验，而且实验后既要废弃，不能 重复使用。对于国内企业来说，人牙或者牛牙标本的收集渠道缺乏、选择、保存以及前处理 需要医学专业技能才能实施，对制造行业或企业对产品的日常监控而言，不具可操作性，可 行性较差。
[0007] 王万山等按照ISO中规定的表面轮廓法，采用V型牙刷磨耗实验机以及三维形貌 扫描仪对四款市售美白牙膏在牛牙釉质和本质上进行测试，结果显示无论对牙釉质的磨损 深度，还是牙本质的磨损深度，四款牙膏的测试结果均具有显著性差异（P < 0. 05)，且各美 白牙膏的REA和RDA值都在ISO 11609标准的规定范围内，符合ISO标准。赵守亮等采用 表面轮廓法对四种中国产牙膏进行了磨损性的评价，得出的结论是四款中国产牙膏均具有 较高的磨损性，长期使用有潜在的导致牙齿磨损的可能性。
[0008] 目前，我国仍缺少统一的标准对牙膏的磨损性能进行评价。由于RDA方法实验条 件比较苛刻，在实际生产中的可行性较小，本研究的目的在于建立能够代替RDA方法的评 价牙膏磨损性的国家标准，规范行业中牙膏磨损性的检测，并
【发明内容】
[0009] 本发明旨在提供一种牙膏磨损性的检测方法，简单快速，准确率高，成本低。
[0010] 该方法用树脂片或羟基磷灰石作为测试片，研磨抛光后，通过检测刷磨前后的粗 糙度变化，计算摩擦值Ra,折合为牙本质摩擦值RDA。Ra和RDA之间有良好的线性关系。 [0011] 技术方案为，一种牙膏磨损性的检测方法，步骤包括：
[0012] (一）测试片的前处理
[0013] 将测试片研磨抛光至粗糙度0. 100?0. 200 μ m。
[0014] 测试片选自树脂片或羟基磷灰石片。优选的，树脂片为聚甲基丙烯酸类树脂片。
[0015] 具体步骤为：
[0016] 1、研磨
[0017] 将测试片切割后用研磨抛光机以120?200rpm速度研磨，研磨时间为20?30分 钟，研磨后测试片表面粗糙度在〇. 300?0. 350 μ m ;
[0018] 研磨的同时向测试片表面滴加氧化铝磨料溶液，氧化铝磨料溶液浓度为0. 01? 0. 03g/ml，其中的氧化错磨料粒径为5?14微米；优选的，测试片为20?25mm的片材，厚 度为8?IOmm,长度70?75_、宽度；
[0019] 2、抛光
[0020] 研磨后的测试片进行抛光处理，抛光期间在抛光垫上滴加粒径35?60nm、浓度 25wt %?50wt %的二氧化硅抛光液，抛光时的转速60?lOOrpm，抛光时间为12?20分钟； 抛光完成后表面的粗糙度在〇. 100?〇. 200 μ m左右。
[0021] (二）刷磨和检测粗糙度
[0022] (1)刷磨前的粗糙度检测：用粗糙度仪或轮廓仪对测试片刷磨区域的Ra值（粗糙 度值）进行测试，以测定测试片在刷磨测试前后表面粗糙度的变化。
[0023] 为固定前后两次粗糙度测试的位置，在测试片上的牙刷行程范围的中心区域内取 最中间的7?11条线作为测试基准线（Ra测试标记线）。即：测试片上的牙刷行程范围的 中心区域内取中心线，并在其两侧3?IOmm范围内各自再取3?5条平行线；将中心线及 各平行线作为测试基准线。测试基准线垂直于牙刷移动的方向，相邻的测试标记线间距相 等，为1?2mm。每根测试基准线位于测试片边缘的顶部作为粗糙度值测试的起点，扫描检 测粗糙度Ra。优选的，牙刷在测试片上的行程为35?45mm，测试标记线的长度即扫描的长 度为15?20mm。
[0024] 优选的，用粗糙度仪或轮廓仪检测粗糙度，扫描长度为15?20_，截止波长10? 15mm，取样数4?8。更优选的，扫描长度为17. 5mm，截止波长12. 5mm，取样数5。
[0025] ⑵预刷
[0026] 预刷用来校正牙刷对测试片的初始压力，使牙刷适应测试片的接触面。其方法为： 以去离子水为介质,将刷磨测试机各机位上的刷牙压力调整为125±5g?300±5g，优选为 180±2g?240±2g，更优选为190±2g?210±2g ;以90?120次/分钟的速度刷磨100? 3000次，优选为100?2000次，更优选为100?500次；预刷过程中检测并控制刷磨的压 力恒定。
[0027] 优选的，用带有压力传感器或弹簧秤的刷磨测试机，即时检测刷磨的压力并调整。
[0028] (3)去除去离子水，将牙膏溶液倒入刷磨测试机的水杯中，并将各位置的刷牙压力 调整为125±5g?300±5g，优选为180±2g?240±2g，更优选为190±2g?210±2g ; 设定刷磨速度为95?110次/分钟（优选为100次/分钟）开始刷磨，往复刷磨次数为 6000?12000次，优选为7500?8500次，更优选为8000次。刷磨测试过程中保持牙膏溶 液处于均匀状态。牙膏溶液中，牙膏与水的重量比为I :1. 2?I :2. 0,优选为I :1. 5?1 : 1.8,更优选为I :1. 6。
[0029] (4)用粗糙度仪或轮廓仪检测测试片刷磨区域标记线在刷磨之后的粗糙度，取平 均值，作为所测刷磨区域刷磨后的平均Ra值。
[0030] I.取出测试片，在测试片刷磨区域的中心取5?10条标记线，优选为7条；标记 线的方向垂直于牙刷上下刷动的方向，并且各标记线平均分布在刷磨区域的中心；标记线 长度为相邻的标记线之间的间距为1. 8-2. 1_，优选为2_ ;
[0031] II.用粗糙度仪或轮廓仪沿各标记线扫描检测树脂片表面粗糙度Ra值，计算各标 记线上粗糙度，取平均值，作为所测刷磨区域刷磨后的平均Ra值。
[0032] 每种牙膏进行2?5组平行实验，每组测试片的数量为3?15片；Ra1和Ra 2分别 为每组测试片刷磨前后的平均粗糙度；取各组平均值Ra2-Ra1的平均值作为牙膏样品的摩 擦值Ra。优选的，进行3?4组平行实验，每组测试片的数量为6?10片。
[0033](三）摩擦值的确定
[0034] 用Ra值换算为牙本质摩擦值。用牙膏标准品的RDA实际检测值和Ra值拟合标准 曲线或公式，将待测牙膏样品的摩擦值换算为RDA。
[0035] 其中，Ra值单位为微米，将Ra的数值代入公式或拟合曲线，可换算为牙本质摩擦 值。
[0036] 牙膏刷磨树脂片或羟基磷灰石的Ra值与牙本质摩擦值RDA之间有良好的线性关 系，换算简单，可以通过树脂片或羟基磷灰石片的Ra值折算为牙本质摩擦值RDA，来评估牙 膏的磨损性。
[0037] 采用本方法，不需要用人牙或动物牙标本作为实验材料，对实验方法和仪器要求 低，不需要用到放射性示踪法，可以用价格相对便宜的粗糙度仪代替轮廓仪进行检测，每次 实验误差小，不必在每次检测中使用标准液作为对照，或轮换机位。本发明的方法与现有方 法相比成本低，更为简便，而且准确度高，重复性好，误差小。
【专利附图】
【附图说明】
[0038] 图1为在牙刷刷磨区域内取测试基准线检测测试片粗糙度的示意图，1 一测试片， 2-刷磨区域，3 - Ra测试基准线顶部
[0039] 图2为刷磨前后测试片（PMMA树脂片）上各标记线位置上测试的Ra值变化规律
[0040] 图3为7款牙膏测试样摩擦值结果与RDA结果线性拟合（PMMA树脂片）
[0041] 图4为7款牙膏测试样摩擦值结果与RDA结果线性拟合（羟基磷灰石片）
[0042] 图5为四款牙膏测试样平行测定两次RDA数据的比较
【具体实施方式】
[0043] 实施例1
[0044] 一、牙膏溶液制备
[0045] 称取牙膏测试样400g(精确至0. Olg)于IOOOmL的烧杯中，用640g的去离子水将 其溶解，使牙膏与水的比例为I: I. 6 (w/w);以800rpm的速度机械搅拌5?20分钟，使牙膏 与去离子水充分混匀后形成牙膏溶液，备用。
[0046] 二、PMMA片的前处理
[0047] 将PMMA片（聚甲基丙烯酸甲酯）切割成尺寸为73mm*22mm*8· 5mm的片材，并用蜡 固定在抛光机的载料盘上。
[0048] (一）研磨
[0049] 将载料盘放置在抛光机铸铁盘（直径203mm)上，在载料盘上加上两块总质量为 1500g的配重块，按照150rpm转速进行研磨。期间需要不断的往铸铁盘上滴加氧化铝磨料 溶液（20g平均粒径为7微米的W7氧化铝磨料溶于IOOOmL水中），整个研磨的过程大约 需要20?30min。研磨后，PMMA片表面呈现均匀的"磨砂"状态，表面的粗糙度在0. 33? 0. 355 μ m左右，每一片PMMA片的粗糙度更为一致，相对标准偏差RSD在0. 46 %?4. 57 %之 间。
[0050] (二）抛光
[0051] 在研磨步骤完成后，将抛光机的铸铁盘换成合成革抛光垫（直径：203mm)，继续对 PMMA片进行抛光处理，其间需要对抛光垫上不断添加浓度为40wt %、粒径为50nm的二氧化 娃抛光液，转速为80r/min，抛光大约15min即可。抛光完成后，PMMA片呈现透明光亮的状 态，表面的粗糙度在〇. 15 μ m左右，RSD在0?1.47%之间。
[0052] 三、牙膏测试样摩擦值测定
[0053] (一）检测树脂片表面粗糙度值
[0054] 在树脂片（测试片）的中心选定刷磨区域，牙刷移动所覆盖的行程为40mm。
[0055] 在刷磨实验的前后都需要PSl型粗糙度仪对PMM片刷磨区域的Ra值（粗糙度 值）进行测试，以测定PMMA在刷磨测试前后表面粗糙度的变化。
[0056] 牙刷在测试片1上的行程为40mm，在刷磨区域2取12mm作为测试区。为固定前后 两次粗糙度测试的位置，在中心区域自左至右共标记有7根测试基准线（Ra测试标记线）， 测试基准线垂直于牙刷移动的方向，各测试基准线之间的间距为2_(即在中心区域取中 心线、并在中心线左右各取3条平行线作为测试基准线），每根测试基准线均位于牙刷覆盖 范围内，在树脂片的长边边缘取点并标记，作为测试基准线的顶部，如图1。
[0057] 测试基准线顶部3作为粗糙度值测试的起点，用粗糙仪检测其粗糙度。在测试的 过程中，粗糙度仪（例如PSl型）的探针需对准每根测试基准线的顶部，按照图1中标出的 扫描方向进行扫描，即垂直于牙刷移动的方向，每条线平行测定3次，粗糙度值（Ra值），取 平均值；通过计算7个Ra值的平均值作为所测刷磨区域刷磨前（后）的平均Ra值。粗糙 度仪的测量参数：扫描长度：17. 5mm ;截止波长：12. 5mm ;取样数η = 5。
[0058] (二）预刷过程
[0059] 用刷磨测试机（例如CN103364335A所公开的带压力传感器的牙膏测试装置）正 式对牙膏样品溶液进行刷磨测试之前，需要校正牙刷对PMM片的初始压力。具体操作过程 如下：
[0060] 将8片经步骤二前处理过的PMMA片分别放于刷磨测试机所对应的8个固定假牙 的夹具上，拧紧螺丝，使PMMA片固定在夹具上。
[0061] 在对应牙刷的夹具上装上牙刷，使牙刷刷头的位置正好处于PMMA片刷磨区域的 正中间。并通过拧紧"固定螺丝"来固定住牙刷的位置。在8个水杯中各倒入IOOmL去离子 水后，将水杯装上，并通过拧紧螺丝来固定。调节"调压螺丝"使各位置的PMMA片的压力为 200±2g，设置刷磨测试机的刷磨速度为100次/分钟，刷磨次数为200次，按下"启动"按 钮让刷磨测试机开始运行，待200次刷磨结束后，刷磨测试机自动暂停，牙刷的刷毛与PMMA 片之间的压力基本处于稳定的状态，一般在200±20g，预刷过程结束。
[0062] 与ISO方法相比，预刷过程只需要200次就能实现刷毛与测试片的适应性。
[0063] (三）刷磨测试
[0064] 将水杯从刷磨测试机上取下，倒去杯中的去离子水，在8个水杯各加入IOOml步骤 (一）准备的牙膏溶液，将水杯重新装上刷磨测试机上。将各个位置的刷牙压力重新调整为 200±2g，设定刷磨速度为100次/分钟，刷磨次数为8000次，按下"启动"按钮让刷磨测试 机开始运行。刷磨测试期间观察各透明水杯底部是否有牙膏中摩擦剂的沉淀产生，若有沉 淀，需要停机，取下水杯进行搅拌，保证牙膏溶液在刷磨测试的过程中处于均匀的状态。刷 磨测试期间不需要对压力再进行任何调整（停机时的压力为200± 10g，更为稳定），而且与 ISO方法不同，刷磨测试过程中不需要将刷头轮换。刷磨测试结束后，将PMM片从夹具上取 下，用去尚子水洗净瞭干后，备用。
[0065](四）测试刷磨后的表面粗糙度值
[0066] 在刷磨实验的前后都需要PSl型粗糙度仪对PMM片刷磨区域的Ra值（粗糙度 值）进行测试，以测定PMM在刷磨测试前后表面粗糙度的变化。方法同步骤（一）。
[0067]以测试基准线的顶部作为粗糙度值测试的起点，用粗糙仪检测其粗糙度，测试基 准线的位置同步骤（一）。在测试的过程中，粗糙度仪（例如PSl型）的探针需对准每根测 试基准线的顶部，按照图1中标出的扫描方向进行扫描，即垂直于牙刷移动的方向，每条线 平行测定3次，粗糙度值（Ra值），取平均值；通过计算7个Ra值的平均值作为所测刷磨区 域刷磨后的平均Ra值。
[0068](五）结果计算
[0069] 牙膏样品的摩擦值按式（1)计算：
[0070] ···--?·································(夏)
[0071]式中：
[0072] Ra--牙膏样品的摩擦值，单位为微米（μ m);
[0073] M1--刷磨测试前8片PMM片的平均粗糙度，单位为微米（μ m);
[0074] --刷磨测试后8片PMM片的平均粗糙度，单位为微米（μ m)。
[0075] 注：测定结果用平行测定的算术平均值表示。
[0076] 取7款牙膏样品进行测试，对每款牙膏进行三组平行实验，三组实验结果所得摩 擦值的平均值即为该款牙膏的摩擦值；计算每组实验8块PMM片摩擦值测试结果的组内 RSD(% )和三组实验测试结果的组间RSD(% )，用SPSS19. 0软件处理数据，用one-way ANOVA进行方差分析，显著性水平为0.05,计算sig.值。每款牙膏的数理统计结果如表1。
[0077] 表1 7款牙膏测试样摩擦值测试结果（PMMA)
[0078]
[0079；
【权利要求】
1. 牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，步骤包括： (一） 测试片的前处理 将测试片研磨抛光至粗糙度0. 100?0. 200 y m ;所述的测试片为树脂片或羟基磷灰石 片； (二） 刷磨和检测粗糙度 (1) 刷磨前的粗糙度检测：测试片上的牙刷行程范围的中心区域内取中心线位置，并 在其两侧3?10mm范围内各自再取3?5条平行线；中心线及各平行线作为测试基准线， 各测试基准线垂直于牙刷移动的方向，相邻的测试基准线间距相等，为1?2mm ;每根测试 基准线位于测试片边缘的顶部作为粗糙度值测试的起点，扫描检测粗糙度，取各测试标记 线的粗糙度平均值，作为所测刷磨区域刷磨前的平均粗糙度Ra:; (2) 预刷：以去离子水为介质，将刷磨测试机各机位上的刷牙压力调整为125±5g? 300±5g，以90?120次/分钟的速度刷磨100?3000次；预刷过程中检测并控制刷磨的 压力恒定； (3) 刷磨：将待测牙膏样品溶液倒入刷磨测试机的水杯中，并将各位置的刷牙压力调 整为125±5g?300±5g，以95?120次/分钟的速度，往复刷6000?12000次；待测牙 膏样品溶液中，牙膏样品与水的重量比为1 :1. 2?1 :2. 0 ; (4) 刷磨之后检测粗糙度：检测刷磨中心区域各测试标记线的粗糙度，取平均值，作为 所测刷磨区域刷磨后的平均粗糙度Ra2 ; 步骤（1)和（4)中，用粗糙度仪或轮廓仪检测粗糙度，扫描长度为15?20_，截止波长 10?15mm，取样数4?8 ; 以Ra2减去Rai的数值作为待测牙膏样品的摩擦值Ra。
2. 权利要求1所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，用牙膏标准品的RDA实际检测 值和Ra值拟合标准曲线或公式，将待测牙膏样品的摩擦值换算为RDA。
3. 权利要求1所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，所述的树脂片为聚甲基丙烯 酸类树脂片。
4. 权利要求1所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，所述测试片的宽度为18? 25mm〇
5. 权利要求1所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，步骤（二）（2)中，将刷磨测试 机各机位上的刷牙压力调整为180±2g?240±5g，刷磨次数为100?2000次； 步骤（二）（3)中，将各位置的刷牙压力调整为180±2g?240±2g，刷磨次数为7500? 8500次，待测牙膏样品溶液中，牙膏样品与水的重量比为1 :1. 5?1 :1. 8。
6. 权利要求1所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，步骤（二）（2)中，将刷磨测试 机各机位上的刷牙压力调整为190±2g?210±2g，刷磨次数为100?500次； 步骤（二）（3)中，将各位置的刷牙压力调整为190±2g?210±2g，刷磨次数为7500? 8500 次。
7. 权利要求1所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，步骤（二）（1)中，测试片上的 牙刷行程范围的中心区域内取中心线，并在其两侧各自再取3条平行线；将中心线及各平 行线作为测试基准线，各测试基准线垂直于牙刷移动的方向，相邻的测试基准线间距相等， 为2mm ;测试片的宽度为22mm ; 步骤（二）（2)中，将刷磨测试机各机位上的刷牙压力调整为200 ± 2g，以100次/分钟 的速度往复刷磨200次；待测牙膏样品溶液中，牙膏样品与水的重量比为1 :1. 6 ; 步骤（二）（3)中，将各位置的刷牙压力调整为200 ± 2g，以100次/分钟的速度往复刷 磨8000次； 检测刷磨中心区域各测试标记线的刷磨前后的粗糙度，取平均值，作为所测刷磨区域 刷磨前后的平均粗糙度Ra:和Ra2 ; 步骤（二）（1)和（二）（4)中，扫描长度17. 5mm，截止波长12. 5mm，取样数n = 5。
8. 权利要求7所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，按照以下拟合公式，将Ra值换 算为RDA : RDA = kXRa+b 其中，Ra = Ra2_Rai，Ra:为刷磨区域刷磨前的平均粗糙度，Ra2为刷磨区域刷磨后的平 均粗糙度，计量单位为微米； 当测试片为树脂片时，k = 31. 985, b = 226. 37 ; 当测试片为羟基磷灰石片时，k = 37. 434, b = 47. 283。
9. 权利要求1所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，对待测牙膏样品进行2?5组 平行实验，每组测试片的数量为3?15片；Ra:和Ra2分别为每组测试片刷磨前后的平均粗 糙度；取各组平均值Ra2_Rai的平均值作为牙膏样品的摩擦值Ra。
10. 权利要求9所述牙膏磨损性的检测方法，其特征在于，对待测牙膏样品进行3?4 组平行实验，每组测试片的数量为6?10片。
【文档编号】G01N3/56GK104390873SQ201410667732
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月20日 优先权日:2014年11月20日
【发明者】陈健芬, 罗鑫龙, 施裔磊, 张萍, 徐小枫 申请人:上海美加净日化有限公司