ОБРАБОТАННЫЕ ОКСИДЫ КРЕМНИЯ И СИЛИКАТЫ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЧИСТКИ В СРЕДСТВЕ ДЛЯ УХОДА ЗА ЗУБАМИ
PROCESSED SILICON OXIDES AND METAL SILICATES FOR IMPROVED CLEANING IN DENTAL CARE MEANS

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Настоящая заявка испрашивает преимущество приоритета временной заявки на патент Соединенных Штатов, серийный № 61/727831, поданной 19 ноября 2012 года, которая тем самым включается в качестве ссылки во всей ее полноте.
Уровень техники
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее описание относится к материалам на основе диоксида кремния и силикатов, а в особенности, к материалам на основе обработанного диоксида кремния и материалам на основе силикатов металлов, которые могут обеспечить улучшенные чистящие свойства в композиции средства для ухода за зубами.
Современный уровень техники
Обычные композиции средства для ухода за зубами содержат абразивное вещество для облегчения удаления зубных отложений. Одно из таких зубных отложений представляет собой налет, белковую пленку, которая прочно приклеивается к поверхности зубов и часто содержит коричневые или желтые материалы, которые могут приводить к изменению цвета зубов. Средство для ухода за зубами должно быть достаточно абразивным для того, чтобы очищать поверхности зубов, но не настолько абразивным, чтобы повредить твердые ткани зубов.
Таким образом, рабочие характеристики средства для ухода за зубами могут быть сильно чувствительными к агрессивности абразивного вещества. Синтетические низкоструктурные материалы на основе диоксида кремния используют в качестве абразивных веществ благодаря их эффективности в качестве абразивов, а также их характеристикам низкой токсичности и совместимости с другими компонентами средства для ухода за зубами, такими как фторид натрия.
К настоящему времени, обычные абразивные материалы имеют ограничения, связанные с доведением до максимума очистки и доведения до минимума истирания дентина, а также со сложностью с точки зрения процедур приготовления. Соответственно, имеется общая необходимость в разработке новых зубных абразивов и средств для ухода за зубами на их основе, которые демонстрируют высокие чистящие свойства относительно пленки налета и имеют приемлемые уровни истирания дентина. Эта потребность и другие потребности удовлетворяются композициями и способами по настоящему изобретению.
Сущность изобретения
В соответствии с целью (целями) настоящего изобретения, как оно воплощается и в широком смысле описывается в настоящем документе, настоящее изобретение, в одном из аспектов, относится к материалам на основе диоксида кремния и на основе силиката, и в особенности, к материалам на основе обработанного диоксида кремния и силикатов металлов, которые могут обеспечить улучшенные чистящие свойства средства для ухода за зубами.
В одном из аспектов, настоящее изобретение предлагает способ приготовления материала на основе диоксида кремния, способ включает: термическую обработку материала на основе диоксида кремния, содержащего соединение металла, где металл имеет значение твердости по Моосу, по меньшей мере, примерно 5,5 в своей оксидной форме и где термическая обработка включает нагрев материала на основе диоксида кремния при такой температуре и в течение такого периода времени, которые достаточны для дегидратации, по меньшей мере, части соединения металла, осажденного на поверхности материала.
В одном из аспектов, настоящее изобретение предлагает способ приготовления композиции средства для ухода за зубами, способ включает: термическую обработку материала на основе диоксида кремния при температуре примерно от 400°C примерно до 900°C для формирования материала на основе термически обработанного диоксида кремния, и затем приведение в контакт материала на основе термически обработанного диоксида кремния с одним или несколькими компонентами средства для ухода за зубами с целью формирования композиции средства для ухода за зубами.
В другом аспекте, настоящее изобретение предлагает материал на основе диоксида кремния, имеющий одно или несколько следующих свойств: ион металла, осажденный на его поверхности, при концентрации примерно до 10% масс; потери при прокаливании при 900°C меньше примерно, чем 3% масс; или повышенную степень полимеризации по сравнению с обычным материалом на основе диоксида кремния, не экспонируемым для стадии термической обработки.
В другом аспекте, настоящее изобретение предлагает материал на основе диоксида кремния, имеющий повышенное значение истирания по Айнленеру, по меньшей мере, примерно 150%, по сравнению с обычным преципитированным диоксидом кремния, не подвергавшимся термической обработке, и имеющий повышение значения RDA, по-прежнему находящееся в приемлемом диапазоне RDA после термической обработки, по сравнению с обычным преципитированным диоксидом кремния, не подвергавшимся термической обработке.
Еще в одном аспекте, настоящее изобретение предлагает композицию средства для ухода за зубами, содержащую материал на основе диоксида кремния по любому из предыдущих пунктов.
Дополнительные аспекты настоящего изобретения будут частично представлены в описании, которое следует далее, и отчасти будут очевидны из описания, или они могут быть изучены посредством осуществления настоящего изобретения. Преимущества настоящего изобретения будут реализованы и получены посредством элементов и сочетаний, конкретно указанных в прилагаемой формуле изобретения. Необходимо понять, что как предшествующее общее описание, так и следующее далее подробное описание являются только иллюстративными и пояснительными и не ограничивают настоящее изобретение, как изложено в формуле изобретения.
Описание
Настоящее изобретение может быть понято легче со ссылками на следующее далее подробное описание настоящего изобретения и на Примеры, включенные в настоящий документ.
До того, как будут обсуждены и описаны соединения, композиции, изделия, системы, устройства и/или способы по настоящему изобретению, необходимо понять, что они не ограничиваются конкретными способами синтеза, если не указано иного, или конкретными реагентами, если не указано иного, поскольку они, разумеется, могут изменяться. Также необходимо понять, что терминология, используемая в настоящем документе, предназначена только для цели описания конкретных аспектов и не рассматривается как ограничивающая. Хотя при осуществлении или исследовании настоящего изобретения могут использоваться любые способы и, материалы, сходные с теми, которые описаны в настоящем документе или эквивалентные им, теперь описываются иллюстративные способы и материалы.
Все публикации, рассмотренные в настоящем документе, включаются в настоящий документ в качестве ссылок для обсуждения и описания способов и/или материалов, в связи с которыми цитируются эти публикации.
Если не определено иного, все технические и научные термины, используемые в настоящем документе, имеют такое же значение, как обычно понимается специалистами в области, к которой принадлежит настоящее изобретение. Хотя при осуществлении или исследовании настоящего изобретения могут использоваться любые способы и материалы, сходные с теми, которые описаны в настоящем документе, или эквивалентные им, теперь описываются иллюстративные способы и материалы.
Как используется в настоящем документе, если конкретно не утверждается противоположного, формы единственного числа включают ссылки на множественное число, если только контекст четко не диктует иного. Таким образом, например, ссылка на "наполнитель" или "растворитель" включает смеси двух или более наполнителей или растворителей, соответственно.
Как используется в настоящем документе, термин "необязательный" или "необязательно" означает, что описываемое впоследствии событие или обстоятельство может осуществляться или не осуществляться и что описание включает случаи, когда указанное событие или обстоятельство осуществляется, и случаи, когда оно не осуществляется.
Для целей настоящего изобретения, "средство для ухода за зубами" имеет значение, определенное в Oral Hygiene Products and Practice, Morton Pader, Consumer Science and Technology Series, Vol. 6, Marcel Dekker, NY 1988, p. 200, которая включается в настоящий документ в качестве ссылки. А именно, "средство для ухода за зубами" представляет собой "… вещество, используемое с помощью зубной щетки для чистки доступных поверхностей зубов. Средства для ухода за зубами состоят в основном из воды, детергента, увлажнителя, связующего, ароматизирующих агентов и мелкодисперсного порошкообразного абразива в качестве главного ингредиента … средство для ухода за зубами рассматривается как содержащая абразив дозированная форма для доставки противокариесных агентов к зубам". Препараты средств для ухода за зубами содержат ингредиенты, которые должны растворяться перед введением в препарат средства для ухода за зубами (например, противокариесные агенты, такие как фторид натрия, фосфаты натрия, ароматизирующие агенты, такие как сахарин).
Исследование истирания бронзы по Айнленеру (BE), используемое для измерения твердости преципитированных диоксидов кремния/силикагелей, описывается подробно в патенте США № 6616916, который включается в настоящий документ в качестве ссылки, включает использование Einlehner AT-1000 Abrader, как правило, используемый следующим образом: (1) сито Фурдринье из бронзовой проволоки взвешивают и экспонируют для воздействия 10% водной суспензии диоксида кремния в течение фиксированного промежутка времени; (2) величину истирания затем определяют как миллиграммы бронзы, теряемые проволочным ситом Фурдринье на 100000 оборотов. Результат, измеренный в единицах мг потерь, может характеризоваться как 10% величина истирания по Айнленеру для бронзы (BE).
Значения истирания радиоактивного дентина (RDA) для средств для ухода за зубами, содержащих композиции на основе диоксида кремния, используемой в настоящем изобретении, определяют в соответствии со способом, приведенным Hefferen, Journal of Dental Res., July-August 1976, 55 (4), pp. 563-573 и описанным в патентах США Wason, №№ 4340583, 4420312 и 4421527, эти публикации и патенты включается в настоящий документ в качестве ссылок.
Чистящие свойства композиций средств для ухода за зубами, как правило, выражают в терминах величины отношения очистки налета ("PCR"). Исследование PCR измеряет способность композиции средства для ухода за зубами к удалению пленки налета с зубов при фиксированных условиях чистки с помощью щетки. Исследование PCR описано в "In Vitro Removal of Stain with Dentifrice" G. K. Stookey, et al, J. Dental Res., 61, 1236-9, 1982. Результаты как PCR, так и RDA изменяются в зависимости от природы и концентрации компонентов композиции средства для ухода за зубами. Значения PCR и RDA являются безразмерными.
Описываются компоненты для использования при приготовлении композиций по настоящему изобретению, а также сами композиции для использования в способах, описанных в настоящем документе. Эти и другие материалы описываются в настоящем документе, и понятно, что когда описываются сочетания, подмножества, взаимодействия, группы, и тому подобное, этих материалов, что несмотря на то, что конкретное упоминание каждого отдельного соединения и коллективных сочетаний и вариантов этих соединений, не может описываться в явном виде, каждое из них конкретно рассматривается и описывается в настоящем документе. Например, если описывается и обсуждается конкретное соединение и обсуждается ряд модификаций, которые моно осуществить относительно ряда молекул, содержащих соединения, конкретно рассматривается каждое соединение и каждое сочетание, и вариант соединения и модификации, которые возможны, если конкретно не указано противоположного. Таким образом, если описывается класс молекул A, B и C, а также класс молекул D, E и F, и описывается пример объединенной молекулы A-D, тогда, даже если каждое из них не упоминается индивидуально, каждое сочетание рассматривается индивидуально и коллективно, что означает, что описываются рассматриваемые сочетания A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E и C-F. Подобным же образом, любое подмножество или сочетание их также описывается. Таким образом, например, подгруппа A-E, B-F и C-E рассматривалась бы как описанная. Эта концепция применима ко всем аспектам настоящей заявки, включая, но, не ограничиваясь этим, стадии в способах приготовления и использования композиций по настоящему изобретению. Таким образом, если имеются разнообразные дополнительные стадии, которые могут осуществляться, понятно, что каждая из этих дополнительных стадий может осуществляться вместе с любым конкретным вариантом осуществления или сочетанием вариантов осуществления способов по настоящему изобретению.
Либо каждый из материалов, описанных в настоящем документе, является коммерчески доступным, и/либо способы их получения известны специалистам в данной области.
Понятно, что композиции, описанные в настоящем документе, имеют определенные функции.
В настоящем документе описываются определенные структурные требования для осуществления описанных функций, и понятно, что имеются разнообразные структуры, которые могут осуществлять такую же функцию, которые являются родственными описанным структурам, и что эти структуры, как правило, будут достигать такого же результата.
Как кратко описано выше, настоящее изобретение предлагает материалы на основе диоксида кремния и на основе силиката, которые можно использовать в композициях средств для ухода за зубами, способы их приготовления и композиции средств для ухода за зубами, содержащие материалы на основе диоксида кремния и на основе силиката по настоящему изобретению.
В промышленности средств для ухода за зубами было бы желательным получение материалов средств для ухода за зубами с улучшенными чистящими свойствами. Также было бы преимущественным, чтобы такие материалы средств для ухода за зубами демонстрировали умеренные свойства истирания дентина и эмали для того, чтобы не повреждать зубы при многократном использовании. В материалы средства для ухода за зубами добавляют цинковые и фосфатные соли, и они могут давать в результате небольшие улучшения в отношении чистки налета (PCR), но необходимы дальнейшие усовершенствования. Производители традиционно используют абразивные материалы высокой твердости, такие как α-оксид алюминия (то есть, корунд), но эти материалы, как можно ожидать, демонстрируют более высокие уровни истирания эмали (REA) и отсутствие доступности фторида.
В одном из аспектов, материалы на основе диоксида кремния по настоящему изобретению могут обеспечить улучшенную чистку (например, PCR), в то же время, поддерживая желаемые значения RDA и/или REA. В другом аспекте, материалы на основе диоксида кремния могут также обеспечить желаемую доступность фторида. В разнообразных аспектах, материалы на основе диоксида кремния по настоящему изобретению содержат материалы на основе термически обработанного диоксида кремния. В другом аспекте, материалы на основе диоксида кремния по настоящему изобретению содержат один или несколько ионов металлов, присутствующих в их оксидной форме.
В одном из аспектов, материалы на основе преципитированного диоксида кремния могут быть получены посредством дестабилизации и преципитации аморфного диоксида кремния из растворимых щелочных силикатов при добавлении минеральной кислоты, кислотного газа или подкисляющего агента при условиях, в которых частицы, сформировавшиеся вначале, имеют тенденцию к ассоциации друг с другом, но без агломерации в виде трехмерной гелевой структуры.
Диоксид кремния
Материалы на основе диоксида кремния, пригодные для использования в композициях средств для ухода за зубами, могут содержать полученные синтетически преципитированные диоксиды кремния. В одном из аспектов, материал на основе диоксида кремния может представлять собой материал на основе низкоструктурного диоксида кремния. Эти материалы на основе диоксида кремния могут быть получены с использованием различных процедур. В одном из аспектов, силикатное соединение, такое, например, как силикат натрия, может приводиться в контакт с минеральной кислотой с образованием раствора силиката. Затем раствор силиката может объединяться с серной кислотой, и могут преципитировать частицы аморфного диоксида кремния.
Силикатное соединение может включать любое силикатное соединение, пригодное для использования для приготовления материала на основе преципитированного диоксида кремния. В разнообразных аспектах, любой пригодный для использования силикат щелочного металла может использоваться вместе со способами, описанными в настоящем документе, включая силикаты металлов, дисиликаты, и тому подобное. В одном из аспектов можно использовать водорастворимый силикат, такой, например, как силикат калия, силикат натрия, или их сочетание. В других аспектах, может быть выбрано силикатное соединение, имеющее желаемое молярное отношение металл:силикат (MR). Например, силикаты натрия могут, как правило, иметь молярное отношение металл:силикат примерно от 1:1 примерно до 1:3,5. В одном из аспектов, силикатное соединение может иметь молярное отношение примерно от 1:1 примерно до 1:3,5, например, примерно 1:1, 1:1,25, 1:1,5, 1:1,75, 1:2, 1:2,25; 1:2,5; 1:2,75; 1:3, 1:3,25, или 1:3,5; или примерно от 1:2,5 примерно до 1:3,5, например, примерно 1:2,5; 1:2,75; 1:3, 1:3,25 или 1:3,5. В другом аспекте, силикатное соединение может иметь молярное отношение, равное примерно 1:3,32.
В одном из аспектов, силикатное соединение, такое, например, как силикат натрия, может приводиться в контакт с минеральной кислотой с получением раствора силиката. Как правило, можно использовать любую минеральную кислоту, способную, по меньшей мере, частично растворять силикатное соединение и формировать раствор силиката. В другом аспекте, выбор конкретной минеральной кислоты может изменяться в зависимости от конкретного силикатного соединения, которое используют. В разнообразных аспектах, минеральная кислота может включать азотную кислоту, хлористоводородную кислоту, фосфорную кислоту, борную кислоту, фтористоводородную кислоту или их сочетание. В других аспектах, могут использоваться другие пригодные для использования кислоты в дополнение к любой кислоте, конкретно упоминаемой в настоящем документе, или вместо нее. Силикатное соединение и кислота могут приводиться в контакт при любом соответствующем отношении с тем, чтобы обеспечить раствор, имеющий желаемую концентрацию силиката. В одном из аспектов, раствор содержит примерно от 8% масс. примерно до 35% масс. силиката, например, примерно 8, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 или 35% масс. силиката. В другом аспекте, раствор содержит примерно от 8% масс. примерно до 20% масс. силиката, например, примерно 8, 10, 12, 14, 16, 18 или 20% масс. силиката. В одном из конкретных аспектов, раствор силиката может содержать примерно 19,5% масс. силиката. В других аспектах, полученный раствор силиката может иметь концентрацию силиката меньшую или большую, чем любое значение, конкретно упоминаемое в настоящем документе, и настоящее описание, как предполагается, перекрывает такие растворы. В других аспектах, растворы силикатов являются коммерчески доступными и могут покупаться и использоваться как есть (например, от Sigma-Aldrich Corporation, St. Louis, Missouri, USA).
В другом аспекте, раствор силиката может иметь концентрацию силиката примерно от 2% масс. примерно до 10% масс., например, примерно 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, 9, 9,5 или 10% масс. Еще в одном аспекте, раствор силиката, имеющий более высокую концентрацию, например, примерно 20% масс., может разбавляться водой для понижения концентрации, как описано в настоящем документе. Например, некоторое количество 19,5% масс. раствора силиката может разбавляться до концентрации примерно 5,5% масс.
Раствор силиката может необязательно нагреваться, например, примерно до 75°C, примерно до 80°C, примерно до 85°C, примерно до 87°C, примерно до 90°C или выше и/или перемешиваться.
Легирующий металл
В одном из аспектов, полученный материал на основе преципитированного диоксида кремния содержит один или несколько ионов металлов. В другом аспекте, ионы металлов, если они присутствуют, имеют значение твердость по Моосу, по меньшей мере, примерно 5,5 в их оксидной форме. В разнообразных аспектах, ионы металлов могут включать алюминий, олово или их сочетание. В других аспектах, можно использовать другие ионы металлов, не упоминаемые конкретно в настоящем документе, и настоящее описание, как предполагается, не ограничивается ионами металлов, упоминаемыми в настоящем документе. В одном из конкретных аспектов, ион металла включает алюминий.
Ион металла, если он присутствует, может вводиться с использованием соли, например, растворимой соли металла. В одном из аспектов, такая соль металла может быть, по меньшей мере, частично сольватированной в водном растворе, в растворе серной кислоты или в растворе силиката. В одном из аспектов, соль металла может включать сульфат, нитрат, фосфат, карбонат или их сочетание. В другом аспекте, соль металла может включать сульфат, нитрат или их сочетание. В различных иллюстративных аспектах, соль металла может включать сульфат алюминия, нитрат олова или их сочетание.
Раствор силиката, соль металла и подкисляющий агент, такой, например, как серная кислота, затем могут приводиться в контакт. Концентрация и/или pH подкисляющего агента могут представлять собой любую концентрацию и/или pH, пригодные для использования при приготовлении материала на основе преципитированного диоксида кремния. В разнообразных аспектах, подкисляющий агент может содержать примерно от 5% масс. примерно до 35% масс. серной кислоты, например, примерно 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 или 35% масс; или примерно от 12% масс. примерно до 22% масс. серной кислоты, например, примерно 12, 13, 14, 15, 16 или 17% масс. серной кислоты.
В одном из аспектов, одна или несколько солей металлов может растворяться в подкисляющем агенте перед приведением в контакт с силиката. В другом аспекте, соль металла, если она присутствует, может растворяться в воде или кислотном растворе для последующего приведения в контакт с подкисляющим агентом и/или раствором силиката. Концентрация соли металла может изменяться в зависимости от условий реакции и концентрации других реагентов и настоящее изобретение не рассматривается как ограниченное какой-либо конкретной концентрацией соли металла. В одном из аспектов, концентрация соли металла может составлять примерно от 0,2 н примерно до 0,4 н, например, примерно 0,2, 0,22, 0,24, 0,26, 0,28, 0,29, 0,3, 0,32, 0,34, 0,36, 0,38 или 0,4 н. В другом аспекте, раствор серной кислоты, содержащий, например, сульфат алюминия, может иметь концентрацию алюминия примерно от 0,10 моль/л примерно до 0,20 моль/л, например, примерно 0,10, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18, 0,19 или 0,20 моль/л. Подобным же образом, раствор серной кислоты, содержащий, например, нитрат олова, может иметь концентрацию олова примерно от 0,25 моль/л примерно до 0,35 моль/л, например, примерно 0,25, 0,26, 0,27, 0,28, 0,29, 0,30, 0,31, 0,32, 0,33, 0,34 или 0,35 моль/л.
В одном из конкретных аспектов, количество разбавленного, например, примерно до 5,5% масс., раствора силиката может быть помещено в емкость, а затем дополнительный раствор силиката и раствор серной кислоты, содержащий растворенную соль металла, могут одновременно или по существу одновременно добавляться в емкость. В таком аспекте, раствор в емкости может необязательно нагреваться и/или перемешиваться в течение реакции.
Раствор силиката и подкисляющего агента, например, содержащий растворенную соль металла, может добавляться в емкость в течение некоторого периода времени. В одном из аспектов, раствор силиката, подкисляющий агент, соль металла или любое их сочетание могут добавляться медленно, с тем, чтобы сделать возможным, по меньшей мере, частичное перемешивание в реакционной емкости. В другом аспекте, раствор силиката и подкисляющего агента могут добавляться одновременно или по существу одновременно. В разнообразных аспектах, отношение добавления раствора силиката к подкисляющему агенту, например, содержащему соль металла, если она присутствует, может составлять примерно от 1:0,1 примерно до 1:0,6, например, составлять примерно 1:0,1, 1:0,15, 1:0,2, 1:0,25, 1:0,3, 1:0,33, 1:0,35, 1:0,4, 1:0,45, 1:0,5, 1:0,55, 1:0,6. В другом аспекте, отношение добавления раствора силиката к подкисляющему агенту может составлять примерно 1:0,33, так что, например, раствор силиката добавляют при скорости примерно 1,1 л/мин, и необязательно содержащий соль металла раствор серной кислоты добавляют одновременно с ним при скорости примерно 0,33 л/мин.
Раствор силиката и подкисляющий агент могут добавляться в течение фиксированного периода времени или до тех пор, пока не израсходуются. В одном из аспектов, добавление раствора силиката может быть прекращено по прохождении некоторого периода времени, при этом добавление подкисляющего агента продолжается в течение некоторого дополнительного периода времени. В одном из аспектов, добавление подкисляющего агента может продолжаться до тех пор, пока в реакционной емкости не будет достигнуто желаемое значение pH. В таком аспекте, подкисляющий агент может добавляться до тех пор, пока значение pH в реакционной емкости не будет составлять примерно от 4,5 примерно до 6,5, например, составлять примерно 4,5, 4,6, 4,7, 4,8, 4,9, 5, 5,1, 5,2, 5,3, 5,4, 5,5, 5,6, 5,7, 5,8, 5,9, 6, 6,1, 6,2, 6,3, 6,4 или 6,5; или составлять примерно от 5,3 примерно до 5,7, например, составлять примерно 5,3, 5,4, 5,5, 5,6 или 5,7.
В другом аспекте, добавление раствора силиката и/или подкисляющего агента может быть прекращено в любое желаемое время и pH в реакционной емкости может регулироваться впоследствии до желаемого значения.
В другом аспекте, раствор силиката может нейтрализоваться или, по меньшей мере, частично нейтрализоваться посредством приведения в контакт с солью металла или ее раствором, без необходимости в кислоте.
После приведения в контакт раствора силиката, подкисляющего агента и соли металлов, полученный в результате раствор может получить возможность для переработки в течение некоторого периода времени. В одном из аспектов, раствор может получить возможность для переработки при температуре примерно 90°C в течение некоторого периода, по меньшей мере, примерно 10 минут. В других аспектах, стадия переработки, если она осуществляется, может осуществляться в течение любого соответствующего отрезка времени и при любой соответствующей температуре, и специалист в данной области, обладая настоящим описанием, мог бы легко определить соответствующие условия переработки. После переработки, полученный в результате материал на основе преципитированного диоксида кремния может выделяться, например, посредством фильтрования, из раствора. Выделенный материал на основе диоксида кремния может необязательно промываться для удаления всей кислоты или ее части и любого непрореагировавшего растворенного силиката или соли металла. В одном из аспектов, выделенный материал на основе диоксида кремния может промываться, например, деионизованной водой до тех пор, пока не будет достигнута электропроводность примерно 1500 мкСим. В других аспектах, выделенный материал на основе диоксида кремния может использоваться как есть, или он может промываться до степени большей или меньшей, чем та, которая конкретно описана в настоящем документе. В другом аспекте, материал на основе преципитированного диоксида кремния может сушиться, например, посредством его помещения в печь при 105°C в течение ночи. В другом аспекте, материал на основе преципитированного диоксида кремния может сушиться распылением.
При желании, материал на основе преципитированного диоксида кремния может необязательно обрабатываться для достижения желаемого среднего размера частиц или распределения размеров частиц. В разнообразных аспектах, преципитированный диоксид кремния может перемалываться и/или измельчаться до получения желаемого среднего размера частиц, например, примерно 10 мкм.
В одном из аспектов, реакция (например, приведения в контакт) раствора силиката, подкисляющего агента и соли металла может осуществляться при повышенной температуре и/или при перемешивании с тем, чтобы предотвратить образование геля или агрегацию частиц диоксида кремния. В других аспектах, необходимо понять, что способ приведения в контакт и/или перемешивания, концентрации и скорости добавления реагентов, температура и pH, каждый, могут влиять на свойства полученного в результате преципитированного диоксида кремния.
В одном из аспектов, приготовление преципитированного диоксида кремния может осуществляться, как описано в одном или нескольких патентах США №№ 2739073, 2848346 и 5891421, которые тем самым включаются в качестве ссылок во всей их полноте для целей описания способов приготовления материала на основе преципитированного диоксида кремния. В других аспектах, специалист в данной области, обладая настоящим описанием, мог бы легко определить соответствующие реагенты и условия реакции для приготовления желаемого преципитированного диоксида кремния. В другом аспекте, способ приготовления преципитированного диоксид кремния, содержащего ион металла, как описано в настоящем документе, может осуществляться в загрузочном способе, полунепрерывном способе или непрерывном способе. В одном из аспектов, все стадии или часть их осуществляют в загрузочном способе. В другом аспекте, способ может быть, по меньшей мере, частично непрерывным, при этом раствор силиката и подкисляющий агент, содержащий растворенную соль металла, могут непрерывно вводиться в петлевую реакционную зону, где, по меньшей мере, часть подкисляющего агента, соли металла и силиката взаимодействуют с образованием преципитированного диоксида кремния.
Термическая обработка
В одном из аспектов, материал на основе преципитированного диоксида кремния приготовленный, как описано выше, вероятно, содержит один или несколько видов частиц гидратированных металлов. Поскольку эти частицы, как правило, мягкие, стадию нагрева можно использовать для дегидратации металлических центров на поверхности диоксида кремния и образования, например, оксидов металла. В другом аспекте, материал на основе преципитированного диоксида кремния может быть получен без использования соли металла, имеющей желаемую твердость по Моосу. Любой материал на основе диоксида кремния, полученный с помощью соли металла, имеющей желаемую твердость по Моосу, материал на основе диоксида кремния, полученный без такой соли металла, или их сочетание, может подвергаться воздействию стадии термической обработке, как описано в настоящем документе.
Конкретное время и температура, при которых может нагреваться преципитированный диоксид кремния, могут изменяться. В одном из аспектов, преципитированный диоксид кремния может нагреваться в течение такого времени и при такой температуре, которые достаточны для повышения уровня полимеризации в Si сетке материала. В другом аспекте, преципитированный диоксид кремния может нагреваться в течение такого времени и при такой температуре, которые достаточны для дегидратации металлов, которые могут присутствовать на поверхности материала на основе диоксида кремния. В другом аспекте, преципитированный диоксид кремния может нагреваться в течение такого времени и при такой температуре, которые достаточны для дегидратации, по меньшей мере, части ионов металлов, присутствующих на поверхности диоксида кремния. Еще в одном аспекте, преципитированный диоксид кремния может нагреваться при температуре меньшей, чем та, которая необходима для того, чтобы вызвать значительные фазовые переходы или изменения морфологии материала. В других аспектах, преципитированный диоксид кремния может нагреваться таким образом, что мезо- и макропористость материала на основе диоксида кремния не изменяются значительно под действием термической обработки.
В одном из аспектов, преципитированный диоксид кремния может нагреваться при температуре примерно от 400°C примерно до 900°C, например, при температуре примерно 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850 или 900°C. В другом аспекте, преципитированный диоксид кремния может нагреваться при температуре примерно от 450°C примерно до 650°C, например, при температуре примерно 450, 500, 550, 600 или 650°C. Будет очевидно, что время, необходимое для дегидратирования всех частиц металла или их части, если они присутствуют на поверхности диоксида кремния, может изменяться в зависимости от температуры, при которой материал нагревается. В одном из аспектов, преципитированный диоксид кремния может нагреваться при температуре примерно 550°C в течение периода большего примерно, чем 8 часов.
Материал на основе термически обработанного диоксида кремния
После термической обработки, полученный в результате материал на основе диоксида кремния может необязательно иметь концентрацию металла (то есть, металла от одной или нескольких солей металла) примерно до 10% масс., например, примерно 0,5, 1, 1,25, 1,5, 1,75, 2, 2,25, 2,5, 2,75, 3, 3,25, 3,5, 3,75, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 6,5, 7, 7,5, 8, 8,5, 9, 9,5 или 10% масс. В другом аспекте, полученный в результате материал на основе диоксида кремния может, например, иметь концентрацию металла примерно до 5% масс. В других аспектах, полученный в результате материал на основе диоксида кремния может иметь концентрацию металла примерно от 1% масс. примерно до 4% масс., например, примерно 1, 1,25, 1,5, 1,75, 2, 2,25, 2,5, 2,75, 3, 3,25, 3,5, 3,75 или 4% масс.
В другом аспекте, полученный в результате материал на основе диоксида кремния может иметь оксид алюминия, присутствующий на его поверхности, например, при концентрации примерно от 1% масс. примерно до 4% масс. Еще в одном аспекте, полученный в результате материал на основе диоксида кремния может не содержать или по существу не содержать оксида металла, например, когда легирование с помощью соли металла не используют.
В другом аспекте, полученный в результате материал на основе диоксида кремния может демонстрировать потери при прокаливании при 900°C меньше примерно, чем 3% масс., например, примерно 1, 1,5, 2, 2,5 или 3% масс. В другом аспекте, полученный в результате материал на основе диоксида кремния может демонстрировать потери при прокаливании при 900°C меньше примерно, чем 4% масс. В одном из аспектов, обычные материалы на основе преципитированного диоксида кремния, как правило, имеют величины потерь при прокаливании при 900°C, находящиеся в пределах между 4 и 6, при этом материалы на основе диоксида кремния, приготовленные, как описано в настоящем документе, включая термическую обработку, могут иметь потери при прокаливании при 900°C примерно 2,5 или меньше.
29
Еще в одном аспекте, повышенную, по сравнению с обычным преципитированным диоксидом кремния, степень полимеризации можно детектировать с помощью аналитических методик, таких, например, как твердотельная спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) Si.
29
l
m
n
n
m
l
2
3
4
l, m
n
n
4-n
m
3-m
2
l
2-l
3
Твердотельный ЯМР может представлять собой мощную методику определения координационных окружающих сред, например, атомов кремний и степени полимеризации, например, кремнистого твердого тела. При твердотельном Si ЯМР, частицы кремния могут быть идентифицированы как M, D, T и Q (моно, ди, три и четвертичные), обозначает степень замещения кислорода на центральном атоме кремния, где верхние индексы  и  относятся к количеству связей (-O-Si). Следовательно, Q=Si(OSi)(OR)(n=1-4), T=RSi(OSi)(OR)(m=1-3), D=RSi(OSi)(OR)(l=1-2) и M=RSi(OSi), где R представляет собой некоторую другую группу, такую, например, как органическая группа или атом водорода. Когда это касается неорганических кремнистых материалов, описанных в настоящем документе, четвертичные частицы должны представлять наибольший интерес. Соответственно, уменьшение частиц Q и Q, содержащих силанол, при соответствующем увеличении количества полностью полимеризованных частиц Q может ожидаться при термической обработке, как описано в настоящем документе.
2
2
29
В другом аспекте, повышение разрешения полученных в результате спектров может быть получено при использовании "магического угла вращения" (MAS), где образец, представляющий интерес, помещают в ротор и вращают с высокими скоростями, например, >3000 об/мин, когда он наклонен под "магическим углом" 54,74° по отношению к приложенному магнитному полю. В таком аспекте, этот угол может использоваться, поскольку большинство взаимодействий, которые вызывают уширение (дипольные взаимодействия, анизотропия химического сдвига (CSA) и различия в кристаллических ориентациях) имеют угловую зависимость 3cosθ - 1, где θ представляет собой угол между приложенным магнитным полем и главной осью. В таком аспекте, если θ=57,74°, 3cosθ - 1=0 и эффекты уширения сводятся к минимуму. В дополнение к этому, вращение при высоких скоростях может сделать возможным эффективное усреднение по частицам, поскольку эти твердые материалы удерживаются при фиксированной ориентации. Следовательно, Si MAS-ЯМР в сущности может давать относительно подробную информацию о композиции кремнистых материалов и о любых изменениях, которые могут происходить при различных условиях.
В одном из аспектов, отношение очистки материала на основе диоксида кремния налета по настоящему изобретению и/или средства для ухода за зубами, содержащего материал на основе диоксида кремния по настоящему изобретению, может быть выше, чем у сравнимого преципитированного диоксида кремния, не подвергающегося воздействию стадии термической обработки и/или не имеющего оксида металла на его поверхности. В другом аспекте, отношение очистки налета может быть улучшено, по меньшей мере, примерно на 10%, например, примерно на 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25% или более с использованием способов приготовления, описанных в настоящем документе. В других аспектах, отношение очистки налета полученного в результате материала на основе диоксида кремния может находиться в пределах примерно от 90 примерно до 110, например, составлять примерно 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 или 110. В других аспектах, отношение очистки налета полученного в результате материала на основе диоксида кремния может быть выше, чем 110, и настоящее изобретение не рассматривается как ограниченное любым конкретным отношением очистки налета.
После термической обработки, значения истирания по Айнленеру полученного в результате материала на основе диоксида кремния значительно увеличиваются. В разнообразных аспектах, значения истирания по Айнленеру увеличиваются примерно на 90% - примерно 450%, например примерно на 90, 100, 110, 120, 130, 140, 150, 175, 200, 225, 250, 250, 275, 300, 325, 350, 375, 400, 425 или 250%; или примерно на 120% - примерно на 200%, например, примерно на 120, 125, 130, 125, 140, 145, 150, 160, 170, 180, 190 или 200% после термической обработки. В другом аспекте, значение истирания по Айнленеру увеличивается примерно на 150% после термической обработки. В обычных материалах на основе преципитированного диоксида кремния, изменения значения истирания по Айнленеру, как правило, соответствуют изменениям значений RDA и/или REA. Такое большое увеличение истирания дентина было бы неприемлемым для использования в материалах средств для ухода за зубами, поскольку непрерывное использование давало бы в результате повреждение ткани зубов. Неожиданно, материалы на основе преципитированного диоксида кремния по настоящему изобретению демонстрируют значительное увеличение значений истирания по Айнленеру, как описано выше, без соответствующих изменений значений RDA и/или REA. В одном из аспектов, истирание по Айнленеру может значительно увеличиваться, в то же время, поддерживая желаемое значение RDA и/или REA. В другом аспекте, значение RDA полученного в результате материала на основе диоксида кремния может оставаться по существу таким же или демонстрировать малое приемлемое увеличение после термической обработки. В одном из аспектов, значение RDA после термической обработки остается в пределах примерно 5% от исходного значения (до термической обработки). В другом аспекте, значение RDA может быть увеличено примерно на 25%, например, примерно на 5, 8, 12, 15, 18, 21 или 25% после термической обработки. Еще в одном аспекте, увеличение RDA может составлять примерно 10% от соответствующего увеличения истирания по Айнленеру после термической обработки. Например, термически обработанный преципитированный диоксид кремния, полученный с использованием сульфата алюминия, может демонстрировать увеличение истирания по Айнленеру после термической обработки примерно 215%, в то время как соответствующее значение RDA после термической обработки увеличивается только примерно на 22%. Таким образом, в одном из аспектов, способы по настоящему изобретению позволяют разорвать связь между значениями истирания по Айнленеру и значениями истирания RDA/REA. Технологии, описанные в настоящем документе, могут обеспечить абразивное соединение для средства для ухода за зубами, способное обеспечить улучшенное отношение очистки налета без повреждения тканей зубов.
Композиция средства для ухода за зубами
Материалы на основе преципитированного диоксида кремния по настоящему изобретению могут представлять собой готовые для использования добавки при приготовлении чистящих композиций для полости рта, таких как средства для ухода за зубами, зубные пасты, и тому подобное. В одном из аспектов, материал на основе термически обработанного преципитированного диоксида кремния может объединяться с одним или несколькими компонентами средства для ухода за зубами, такими, например, как абразивы, реологические добавки, отбеливатели, подсластители, ароматизирующие добавки, поверхностно-активные вещества, красители или другие компоненты, с получением композиции средства для ухода за зубами. При объединении с другими абразивами (такими как любой из продуктов, предлагаемых J. M. Huber Corporation под торговым наименованием ZEODENT), такой абразив может добавляться в любом количестве. В одном из аспектов, материал на основе диоксида кремния по настоящему изобретению может использоваться в композиции средства для ухода за зубами при нагрузке примерно 20% масс. В других аспектах, материал на основе диоксида кремния по настоящему изобретению может использоваться в количествах, превышающих 20% и составляющих примерно до 25% масс., 30% масс., 35% масс. или больше.
Материал на основе диоксида кремния по настоящему изобретению может использоваться сам по себе, в качестве компонента чистящего агента в композициях средств для ухода за зубами, или в сочетании с одним или несколькими другими абразивными материалами. Таким образом, сочетание материалов по настоящему изобретению с другими абразивами, физически смешанными с ними, в соответствующем препарате средства для ухода за зубами может быть полезным для получения целевой чистки зубов и результатов истирания при желаемом защитном уровне. Таким образом, любое количество других обычных типов абразивных добавок может присутствовать в средствах для ухода за зубами по настоящему изобретению в соответствии с настоящим изобретением. Другие такие абразивные частицы включают, например, но не в качестве ограничения, преципитированный карбонат кальция (PCC), измельченный карбонат кальция (GCC), дикальций фосфат или его дигидратные формы, силикагель (любой структуры), аморфный преципитированный диоксид кремния (сам по себе и также, любой структуры), перлит, диоксид титана, пирофосфат кальция, гидратированный оксид алюминия, кальцинированный оксид алюминия, нерастворимый метафосфат натрия, нерастворимый метафосфат калия, нерастворимый карбонат магния, силикат циркония, силикат алюминия, и так далее, и может также по желанию вводиться в желаемые абразивные композиции для регулировки полирующих характеристик целевого препарата (например, средств для ухода за зубами, и тому подобное).
В дополнение к этому, как отмечено выше, материал на основе диоксида кремния по настоящему изобретению можно использовать в сочетании с другими абразивными материалами, такими как преципитированный диоксид кремния, силикагель, дикальций фосфат, дикальций фосфат дигидрат, метасиликат кальция, пирофосфат кальция, оксид алюминия, кальцинированный оксид алюминия, силикат алюминия, преципитированный и измельченный карбонат кальция, мел, бентонит, термоусадочные смолы в форме частиц, и другие пригодные для использования абразивные материалы, известные специалистам в данной области.
В дополнение к абразивному компоненту, средство для ухода за зубами может необязательно содержать один или несколько агентов для улучшения органолептических свойств. Агенты для улучшения органолептических свойств включают смачивающие средства, подсластители, поверхностно-активные вещества, ароматизаторы, красители и загущающие агенты, (известные также иногда как связующие, смолы или стабилизирующие агенты). Смачивающие средства служат для добавления объема или "вкусовой текстуры" средству для ухода за зубами, а также для предотвращения высыхания средства для ухода за зубами. Пригодные для использования смачивающие средства могут включать полиэтиленгликоль (при самых разнообразных молекулярных массах), пропиленгликоль, глицерин (глицерол), эритритол, ксилит, сорбитол, маннитол, лактитол и гидролизаты гидрированного крахмала, а также смеси этих соединений. Типичные уровни смачивающих средств, если они присутствуют, могут находиться в пределах примерно от 20% масс. примерно до 30% масс. от композиции средства для ухода за зубами.
Подсластители могут добавляться к композиции средства для ухода за зубами для придания приятного вкуса продукту. Пригодные для использования подсластители включают сахарин (в виде натрия, калия или кальция сахарина), цикламат (в виде натриевой, калиевой или кальциевой соли), ацесульфам-K, тауматин, неогисперидин дигидрохалькон, аммонированный глицирризин, декстрозу, левулозу, сахарозу, манннозу и глюкозу.
В одном из аспектов, поверхностно-активные вещества могут также использоваться в композиции средства для ухода за зубами для того, чтобы сделать композицию более приемлемой косметически. Поверхностно-активное вещество, если оно используется, может представлять собой моющий материал, который придает композиции моющие и вспенивающие свойства. Поверхностно-активные вещества представляют собой безопасные и эффективные количества анионных, катионных, неионных, цвиттерионных, амфотерных и бетаиновых поверхностно-активных веществ, таких как натрий лаурилсульфат, натрий додецилбензолсульфонат, соли щелочных металлов или аммония и лауроилсаркозината, миристоилсаркозината, пальмитоилсаркозината, стеароилсаркозината и олеоилсаркозината, полиоксиэтилен сорбитанмоностеарат, изостеарат и лаурат, натрий лаурилсульфоацетат, N-лауроилсаркозин, натриевые, калиевые и этаноламиновые соли N-лауроила, N-миристоила или N-пальмитоилсаркозина, полиэтиленоксидные конденсаты алкилфенолов, кокоамидопропилбетаина, лаурамидопропилбетаина, пальмитилбетаина, и тому подобное, могут использоваться в средстве для ухода за зубами вместе с материалом на основе диоксида кремния по настоящему изобретению. Поверхностно-активное вещество, если оно присутствует, как правило, используется в количестве примерно 0,1 примерно до 15% масс., предпочтительно, примерно 0,3% - примерно 5% масс., например, примерно от 0,3% примерно до 2% масс.
Ароматизирующие агенты необязательно могут добавляться к композициям средств для ухода за зубами. Пригодные для использования ароматизирующие агенты включают, но, не ограничиваясь этим, масло винтергрена, масло мяты перечной, масло мяты колосковой, масло сассафраса и масло гвоздики, корицы, анетола, ментола, тимола, эвгенола, эвкалиптола, лимона, апельсина и другие такие ароматизирующие соединения для добавления фруктовых нот, нот пряностей, и тому подобное. Эти ароматизирующие агенты могут содержать смеси альдегидов, кетонов, сложных эфиров, фенолов, кислот и алифатических, ароматических и других спиртов.
2
В дополнение к этому, могут добавляться красители для улучшения эстетичного внешнего вида продукта средства для ухода за зубами. Пригодные для использования красители выбирают из красителей, одобренных соответствующими регулирующими инстанциями, такими как FDA, и веществ, перечисленных European Food and Pharmaceutical Directives, и включают пигменты, такие как TiO, и красители, такие как красители FD&C и D&C.
Загущающие агенты могут, в различных аспектах, быть пригодными для использования в композициях средств для ухода за зубами по настоящему изобретению для обеспечения гелеобразной структуры, которая стабилизирует зубную пасту против разделения фаз. Пригодные для использования загущающие агенты включают загущающий агент на основе диоксида кремния; крахмал; крахмал, растворенный в глицерине; смолы, такие как смола карайи (смола стеркулии), трагакантовая камедь, аравийская камедь, камедь гхатти, смола акации, ксантановая смола, гуаровая смола и целлюлозная смола; силикат магния алюминия (Veegum); каррагенан; альгинат натрия; агар-агар; пектин; желатин; соединения целлюлозы, такие как целлюлоза, карбоксиметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксиметилцеллюлоза, гидроксиметилкарбоксипропилцеллюлоза, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза и сульфатированная целлюлоза; природные и синтетические глины, такие как гекторитные глины; а также смеси этих соединений. Типичные уровни загущающих агентов или связующих могут находиться в пределах примерно от 0% масс. примерно до 15% масс. от композиции средства для ухода за зубами.
Терапевтические агенты необязательно используются в композициях по настоящему изобретению, чтобы обеспечить предотвращение и лечение зубного кариеса, периодонтального заболевания и температурной чувствительности. Примеры терапевтических агентов, не рассматривая их как ограничивающие, представляют собой источники фторида, такие как фторид натрия, монофторфосфат натрия, монофторфосфат калия, фторид олова, фторид калия, фторсиликат натрия, фторсиликат аммония, и тому подобное; конденсированные фосфаты, такие как тетранатрий пирофосфат, тетракалий пирофосфат, динатрий дигидропирофосфат, тринатрий моногидропирофосфат; триполифосфаты, гексаметафосфаты, триметафосфаты и пирофосфаты; противомикробные агенты, такие как триклозан, бисгуаниды, такие как алексидин, хлоргексидин и хлоргексидин глюконат; ферменты, такие как папаин, бромелин, глюкоамилаза, амилаза, декстраназа, мутаназа, липаза, пектиназа, танназа и протеазы; соединения четвертичного аммония, такие как бензалконийхлорид (BZK), бензетонийхлорид (BZT), цетилпиридинийхлорид (CPC) и домифенбромид; соли металлов, такие как цитрат цинка, хлорид цинка и фторид олова; экстракт сангвинарии и сангвинарин; летучие масла, такие как эвкалиптол, ментол, тимол и метилсалицилат; аминфториды; пероксиды, и тому подобное. Терапевтические агенты могут использоваться в препаратах средств для ухода за зубами по отдельности или в сочетании на терапевтически безопасном и эффективном уровне.
В другом аспекте, консерванты также могут необязательно добавляться к композициям по настоящему изобретению для предотвращения роста бактерий. Пригодные для использования консерванты, одобренные для использования в пероральных композициях, такие как метилпарабен, пропилпарабен и бензоат натрия, или их сочетания, могут добавляться в безопасных и эффективных количествах.
Средства для ухода за зубами, описанные в настоящем документе, могут также содержать разнообразные дополнительные ингредиенты, такие как десенсибилизирующие агенты, заживляющие агенты, другие агенты, предотвращающие кариес, хелатирующие/секвестрирующие агенты, витамины, аминокислоты, белки, другие агенты против налета/против зубного камня, замутнители, антибиотики, средства против ферментов, ферменты, агенты для контроля pH, окисляющие агенты, антиоксиданты, и тому подобное. Вода может использоваться в композиции средства для ухода за зубами для дополнения композиции, например, примерно от 0% масс. примерно до 60% масс., и для обеспечения желаемых реологических свойств.
Еще в одном аспекте, загущающие агенты на основе диоксида кремния для использования в композиции средства для ухода за зубами могут включать, как неограничивающий пример, аморфный преципитированный диоксид кремния, такой как диоксид кремния ZEODENT 165. Другие загущающие агенты на основе диоксида кремния могут включать диоксид кремния ZEODENT 163 и/или 167 и ZEOFREE 153, 177 и/или 265, все они доступны от J. M. Huber Corporation, Havre de Grace Md., U.S.A.
Настоящее изобретение может быть описано с помощью любого из следующих далее иллюстративных и неограничивающих аспектов.
Аспект 1: Способ приготовления материала на основе диоксида кремния, способ включает термическую обработку материала на основе диоксида кремния, содержащего соединение металла, где металл имеет значение твердости по Моосу, по меньшей мере, примерно 5,5 в его оксидной форме и где термическая обработка включает нагрев материала на основе диоксида кремния при такой температуре и в течение такого периода времени, которые являются достаточными для дегидратации, по меньшей мере, части соединения металла, осажденного на поверхности материала.
Аспект 2: Способ согласно Аспекту 1, где термическая обработка включает нагрев материала на основе диоксида кремния при температуре, по меньшей мере, примерно 400°C в течение, по меньшей мере, примерно 8 часов.
Аспект 3: Способ согласно Аспекту 1, где термическая обработка включает нагрев материала на основе диоксида кремния при температуре, по меньшей мере, примерно 550°C в течение, по меньшей мере, примерно 8 часов.
Аспект 4: Способ согласно Аспекту 1, где, после термической обработки, материал на основе диоксида кремния имеет концентрацию металлов примерно до 10% масс.
Аспект 5: Способ согласно Аспекту 1, где материал на основе диоксида кремния приготавливают посредством приведения в контакт раствора силиката, подкисляющего агента и растворимой соли металла, где растворимая соль металла содержит ион металла, имеющего значение твердости по Моосу, по меньшей мере, 5,5 в его оксидной форме.
Аспект 6: Способ согласно Аспекту 5, где ион металла включает один или несколько металлов из алюминия, олова или их сочетания.
Аспект 7: Способ согласно Аспекту 5, где ион металла включает алюминий.
Аспект 8: Способ согласно Аспекту 5, где ион металла включает олово.
Аспект 9: Материал на основе диоксида кремния, полученный с помощью способа согласно Аспекту 1.
Аспект 10: Композиция средства для ухода за зубами, содержащая материал на основе диоксида кремния согласно Аспекту 9.
Аспект 11: Способ приготовления материала средства для ухода за зубами, способ включает термическую обработку материала на основе диоксида кремния при температуре примерно от 400°C примерно до 900°C с формированием материала на основе термически обработанного диоксида кремния, а затем приведение в контакт материала на основе термически обработанного диоксида кремния с одним или несколькими компонентами средства для ухода за зубами с формированием материала средства для ухода за зубами.
Аспект 12: Способ согласно Аспекту 11, где термическая обработка включает нагрев материала на основе диоксида кремния при температуре, по меньшей мере, примерно 400°C в течение, по меньшей мере, примерно 8 часов.
Аспект 13: Способ согласно Аспекту 11, где термическая обработка включает нагрев материала на основе диоксида кремния при температуре, по меньшей мере, примерно 550°C в течение, по меньшей мере, примерно 8 часов.
Аспект 14: Материал средства для ухода за зубами полученный с помощью способа согласно Аспекту 11.
Аспект 15: Материал на основе диоксида кремния, имеющий потери при прокаливании при 900°C меньше примерно, чем 3% масс.
Аспект 16: Материал на основе диоксида кремния, содержащий один или несколько компонентов из следующих: a) ион металла, осажденный на его поверхности, при концентрации примерно до 10% масс; b) потери при прокаливании при 900°C меньше примерно, чем 3% масс; или c) повышенную степень полимеризации по сравнению с обычным материалом на основе диоксида кремния, не экспонируемым для стадии термической обработки.
Аспект 17: Материал на основе диоксида кремния согласно Аспекту 16, имеющий ион металла, осажденный на его поверхности, при концентрации примерно до 4% масс.
Аспект 18: Материал на основе диоксида кремния согласно Аспекту 16, имеющий повышенное значение истирания по Айнленеру, по меньшей мере, примерно 150%, по сравнению с обычным преципитированным диоксидом кремния, не подвергавшимся термической обработке.
Аспект 19: Материал на основе диоксида кремния согласно Аспекту 16, имеющий повышение значения RDA примерно до 25% после термической обработки, по сравнению с обычным преципитированным диоксидом кремния, не подвергавшимся термической обработке.
Аспект 20: Композиция средства для ухода за зубами, содержащая материал на основе диоксида кремния согласно любому из предыдущих Аспектов.
Специалисту в данной области будет очевидно, что разнообразные модификации и варианты могут осуществляться для настоящего изобретения без отклонения от рамок или духа настоящего изобретения. Другие варианты осуществления настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области при рассмотрении описания и при осуществлении настоящего изобретения, описанного в настоящем документе. Предполагается, что описание и примеры должны рассматриваться только как иллюстративные, при этом истинные рамки и дух изобретения показаны с помощью следующей далее формулы изобретения.
Примеры
Следующие примеры приводятся для того, чтобы обеспечить специалистов в данной области полным пояснением и описанием того, как именно соединения, композиции, изделия, устройства и/или способы, заявляемые в настоящем документе, изготавливаются и оцениваются, и как предполагается, являются чисто иллюстративными для настоящего изобретения, и они не предназначены для ограничения рамок того, что авторы рассматривают как свое изобретение. Сделаны попытки обеспечения точности относительно чисел (например, количеств, температуры, и тому подобное), но некоторые ошибки и отклонения должны учитываться. Если не указано иного, части представляют собой части массовые, температура приводится в °C или представляет собой температуру окружающей среды и давление представляет собой атмосферное давление или давление близкое к нему.
Пример 1 - Приготовление материалов на основе диоксида кремния (малая загрузка)
В первом примере, легированные металлом материалы на основе диоксида кремния приготавливают с использованием сульфата алюминия и нитрата олова. Материалы на основе диоксида кремния по настоящему изобретению приготавливают в масштабе двух галлонов, как описано ниже.
Сульфат алюминия
335 мл раствора силиката натрия (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и 835 мл воды добавляют в 2-галлонный реактор и нагревают до 87°C при перемешивании при 300 об/мин. Раствор силиката натрия (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и серной кислоты (17,1%, 1,12 г/мл, содержащий сульфат алюминия при концентрации 0,15 моль алюминия/л раствора кислота) затем добавляют одновременно при скорости 64 мл/мин и 19,5 мл/мин, соответственно, в течение 47 минут. Через 47 минут, поток силиката останавливают и pH доводят до 5,5 продолжая вводить поток кислоты. После достижения pH 5,5, загрузка получает возможность для переработки в течение 10 минут при 90°C. После переработки, загрузку фильтруют и промывают до получения электропроводности примерно 1500 мкСим и сушат в течение ночи при температуре 105°C. Затем загрузку механически измельчают, например, с помощью молотковой мельницы, до среднего размера частиц приблизительно 10 мкм. Затем загрузку разделяют на две части. Первую часть загрузки используют без термической обработки. Вторую часть загрузки нагревают в течение ночи при температуре 550°C.
Нитрат олова
335 мл силиката (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и 835 мл воды добавляют в 2-галлонный реактор и нагревают до 87°C при перемешивании при 300 об/мин. Силикат (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и серную кислоту (17,1%, 1,12 г/мл содержит нитрат олова при концентрации 0,29 моль нитрата олова/л раствора кислоты) затем добавляют одновременно при 64 мл/мин и 19,5 мл/мин, соответственно, в течение 47 минут. Через 47 минут, поток силиката останавливают и pH доводят до 5,5 продолжая вводить поток кислоты. После достижения pH 5,5, загрузка получает возможность для переработки в течение 10 минут при 90°C. После переработки, загрузку фильтруют и промывают до получения электропроводности примерно 1500 мкСим и сушат в течение ночи при температуре 105°C. Затем загрузку измельчают в молотковой мельнице до получения среднего размера частиц приблизительно 10 мкм. Затем загрузку разделяют на две части. Первую часть загрузки используют без термической обработки. Вторую часть загрузки нагревают в течение ночи при температуре 550°C.
Полученные в результате образцы исследуют для определения разнообразных свойств. Совместимость с фторидом определяют посредством добавления 7,0 г абразива на основе диоксида кремния (или 4,0 г загущающего агента на основе диоксида кремния) в центрифужную пробирку, содержащую 30,0 г 1624-м.д. раствора F. После перемешивания, раствор состаривают в течение 60 минут на роторной стойке в печи при 60°C. Затем образцы центрифугируют при 11000 об/мин в течение 15 минут или до тех пор, пока не останется никаких частиц диоксида кремния, суспендированных в растворе. 10,0 мл центрифугированного раствора добавляют затем к 10 мл раствора буфера TISAB II и, концентрацию фторида определяют с помощью электрода селективного по отношению к фторидному иону.
Содержание металла определяют с помощью индуктивно связанной плазмы/оптической эмиссионной спектроскопии (ICP/OES), где 2,0000 г материала на основе диоксида кремния смачивают с помощью нескольких капель деионизованной воды в платиновом тигле. Добавляют 10 мл перхлорной кислоты (72%) и 10 мл фтористоводородной кислоты (48-50%), и платиновую чашку медленно нагревают на столике при перемешивании в вытяжном шкафу. Когда платиновая чашка нагревается, выделяется густой белый дым. Затем боковые стороны тигля осторожно промывают борной кислотой (4%) и впоследствии его нагревают до появления дыма. После охлаждения, содержимое тигля переносят в 250-мл мерную колбу, и тигель промывают деионизованной водой, чтобы убедиться, что все оставшееся содержимое количественно переносится. Затем чашку промывают 5 мл хлористоводородной кислотой (36%), и промывки добавляют в мерную колбу. Приблизительно 200 мл деионизованной воды затем добавляют в мерную колбу, и если полученный в результате раствор становится мутным, его нагревают на низкотемпературном нагреваемом столике до тех пор, пока он не станет прозрачным. После охлаждения добавляют в качестве внутреннего стандарта 2,50 мл раствора скандия, и мерную колбу заполняют до отметки деионизованной водой. Затем концентрацию металлов в растворе определяют с помощью ICP/OES.
Таблица 1Сводка физических свойств материала на основе диоксида кремния, приготовленного с использованием алюминия и олова
Алюминий
Олово
Не нагревают
Термически обрабатывают
Не нагревают
Термически обрабатывают
Сульфат алюминия
Нитрат олова
Влажность (%)
3,6
1,6
4,7
0,8
Удельная площадь поверхности по БЭТ (м<sup>2</sup>/г)
232
44
30
23
Удельная площадь поверхности по CTAB (м<sup>2</sup>/г)
44
40
84
45
Медианный размер частиц (мкм)
8,0
9,3
3,5
4,9
Сульфат натрия (%)
<0,35
<0,35
<0,35
<0,35
Поглощение масла (см<sup>3</sup>/100 г)
54
50
46
48
5% Ph
8,2
8,4
9,0
8,1
A1 (%)
1,28
1,39
0,07
0,06
Zn (%)
-
-
-
-
Sn (%)
-
-
5.7
5,5
Ca (м.д.)
-
-
518
405
Fe (м.д.)
188
217
206
229
Mg (м.д.)
48
49
32
44
Na<sub>2</sub>O (%)
2,1
2,2
1,8
1,7
Совместимость с фторидом (%)
34
52
77
97
Истирание по Айнленеру (мг потерь/ 100000 оборотов)
7,4
18,0
18,0
34,8
3
Химические и физические свойства, полученные из анализа каждого из преципитатов материалов на основе диоксида кремния, иллюстрируются в Таблице 1. Полученные диоксиды кремния являются низкоструктурными, с величинами поглощения масла, находящимися в пределах 50-61 см/100 г. Величины поглощения масла и CTAB по существу не меняются при нагрев до 550°C, показывая, что мезо- и макропористость не подвергаются сильному влиянию стадии нагрева. Хотя удельная площадь поверхности по БЭТ уменьшается в обоих случаях, уменьшение вероятно вызывается коллапсом объема в диапазоне микропористости. Значения параметра Айнленера для всех образцов увеличиваются при нагреве. Хотя и не желая ограничиваться теорией, это увеличение вероятно связано с дополнительной полимеризацией групп Si-O-Si в частицах диоксида кремния и дегидратированием аддукта металла на диоксиде кремния, приводящего в результате к формированию менее гидратированных частиц оксида металла. Поскольку термическая обработка частиц диоксида кремния дает в результате увеличение плотности стенок и увеличение твердости по Моосу частиц оксида металла (например, 9,0 для альфа-оксида алюминия и ~6,5 для оксида олова), полученные в результате значения параметра Айнленера увеличиваются. Значения доступности фторида для диоксида кремния, содержащего металл, за исключением образца, содержащего алюминий, не подвергаются отрицательному влиянию введения частиц металла в диоксид кремния.
Пример 2 - Приготовление материала на основе диоксида кремния (большая загрузка)
Во втором примере, материалы на основе диоксида кремния приготавливают в 30-галлонных загрузках, как описано ниже.
Диоксид кремния (без аддукта металла)
5,6 л силиката (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и 13,9 л воды добавляют в 30-галлонный реактор и нагревают до 87°C при перемешивании при 150 об/мин. Силикат (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и серную кислоту (17,1%, 1,12 г/мл) затем добавляют одновременно при скорости 1,1 л/мин и 0,33 л/мин, соответственно, в течение 47 минут. Через 47 минут, поток силиката останавливают и pH доводят до 5,5 продолжая вводить поток кислоты. После достижения pH 5,5, загрузка получает возможность для переработки в течение 10 минут при 90°C. После переработки, загрузку фильтруют и промывают до получения электропроводности примерно 1500 мкСим и сушат распылением. Загрузку измельчают в молотковой мельнице до получения среднего размера частиц приблизительно 10 мкм. Диоксид кремния затем разделяют на две части. Одну часть загрузки используют без дополнительной термической обработки. Вторую часть загрузки нагревают в течение ночи при температуре 550°C.
Алюминий
5,6 л силиката (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и 13,9 л воды добавляют в 30-галлонный реактор и нагревают до 87°C при перемешивании при 150 об/мин. Силикат (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и серную кислоту (17,1%, 1,12 г/мл содержит 0,25 моль алюминия/л раствора кислоты) затем добавляют одновременно при 1,1 л/мин и 0,33 л/мин, соответственно, в течение 47 минут. Через 47 минут, поток силиката останавливают и pH доводят до 5,5 продолжая вводить поток кислоты. После достижения pH 5,5, загрузка получает возможность для переработки в течение 10 минут при 90°C. После переработки, загрузку фильтруют и промывают до получения электропроводности ~1500 мкСим, и сушат распылением. Загрузку измельчают в молотковой мельнице до получения среднего размера частиц приблизительно 10 мкм. Затем диоксид кремния разделяют на две части. Одну часть загрузки используют без дополнительной термической обработки. Вторую часть загрузки нагревают в течение ночи при температуре 550°C.
Диоксид кремния (без аддукта металла)
1,9 л силиката (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и 4,8 л воды добавляют в 30-галлонный реактор и нагревают до 87°C при перемешивании при 150 об/мин. Силикат (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и серную кислоту (17,1%, 1,12 г/мл) затем добавляют одновременно при 1,1 л/мин и 0,35 л/мин, соответственно, в течение 47 минут. Через 47 минут, поток силиката останавливают и pH доводят до 5,5 продолжая вводить поток кислоты. После достижения pH 5,5, загрузка получает возможность для переработки в течение 10 минут при 90°C. После переработки, загрузку фильтруют и промывают до получения электропроводности примерно 1500 мкСим, и сушат распылением. Загрузку измельчают в молотковой мельнице до получения среднего размера частиц приблизительно 10 мкм. Диоксид кремния затем разделяют на две части. Одну часть загрузки используют без дополнительной термической обработки. Вторую часть загрузки нагревают в течение ночи при температуре 550°C.
Алюминий
1,9 л силиката (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и 4,8 л воды добавляют в 30-галлонный реактор и нагревают до 87°C при перемешивании при 150 об/мин. Силикат (19,5%, 1,180 г/мл, 3,32 MR) и серную кислоту (17,1%, 1,12 г/мл содержит 0,25 моль алюминия/л раствора кислоты) затем добавляют одновременно при 1,1 л/мин и 0,35 л/мин, соответственно, в течение 47 минут. Через 47 минут, поток силиката останавливают и pH доводят до 5,5 продолжая вводить поток кислоты. После достижения pH 5,5, загрузка получает возможность для переработки в течение 10 минут при 90°C. После переработки, загрузку фильтруют и промывают до получения электропроводности примерно 1500 мкСим, и сушат распылением. Загрузку измельчают в молотковой мельнице до получения среднего размера частиц приблизительно 10 мкм. Затем диоксид кремния разделяют на две части. Одну часть загрузки используют без дополнительной термической обработки. Вторую часть загрузки нагревают в течение ночи при температуре 550°C.
Zeolex 7A
Контрольный образец диоксида кремния Zeolex 7A разделяют на две равные части. Одну часть используют без дополнительной термической обработки. Вторую часть нагревают в течение ночи при температуре 550°C.
3
Физические свойства диоксидов кремния, приготовленных в 30-галлонный реакторе, показаны в Таблице 2. Образцы диоксида кремния и соответствующие их аналоги, содержащие ~3% Al, приготавливают в пределах уровней структурирования ~60-80 и 45-60 см/100 г. Термическая обработка в течение ночи при 550°C дает в результате небольшое уменьшение величин поглощения масла и поглощения воды для всех исследуемых образцов. Значения удельной площади поверхности по БЭТ заметно падают после нагрева, вероятно, из-за коллапса микропористости в образцах. Значения параметра Айнленера также увеличиваются для всех исследуемых образцов, как с присутствием алюминия, так и без него.
Таблица 2Сводка физических свойств для 30-галлонных загрузок
Диоксид кремния (без металла)
Алюминий
Диоксид кремния (без металла)
Алюминий
Zeolex 7A
Не нагре-вают
Нагре-вают
Не нагре-вают
Нагре-вают
Не нагре-вают
Нагре-вают
Не Нагре-вают
Нагре-вают
Не нагре-вают
Нагре-вают
Влажность (%)
5,9
0,7
7,4
0,1
4,9
0,2
4,1
0,8
0,6
Удельная площадь поверхности по БЭТ (м<sup>2</sup>/г)
118
40
311
98
63
29
282
69
119
Удельная площадь поверхности CTAB (м<sup>2</sup>/г)
32
29
77
59
26
24
49
39
125
Медианный размер частиц (мкм)
9,3
9,5
8,3
8,0
10,0
10,9
7,5
8,0
9,5
Сульфат натрия (%)
1,38
1,91
1,95
2,13
0,89
1,42
1,38
1,64
Поглощение масла (см<sup>3</sup>/100 г)
79
71
72
63
63
53
50
47
120
Поглощение воды (см<sup>3</sup>/100 г)
104
93
98
89
82
69
73
67
166
5% pH
7,8
7,2
7,7
8,6
8,8
8,3
7,9
8,7
7,3
LOI (%)
5,4
1,9
7,5
2,8
6,1
1,8
9,4
2,1
A1 (%)
0,07
0,07
2,80
3,36
0,12
0,14
2,85
3,39
5,0
Zn (%)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Sn (%)
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Ca (м.д.)
268
343
125
129
714
786
220
272
-
Fe (м.д.)
218
198
145
173
178
189
142
161
-
Mg (м.д.)
82
96
72
87
343
366
122
145
-
Na<sub>2</sub>O (%)
0,92
1,04
2,40
2,88
1,01
1,17
2,32
2,69
-
дифракция рентегеновских лучей на порошках
Аморфный
Совместимость с фторидом (%)
96
99
30
39
89
99
33
43
Параметр Айнленера (мг потерь/100000 оборотов)
6,5
16,3
3,2
18,1
14,9
36,5
5,9
18,6
Образцы только с диоксидом кремния и алюминием приготавливают в виде композиции зубной пасты при нагрузке 20%, как описано в Таблице 3, ниже. Исследование PCR и RDA осуществляют на полученных в результате композициях зубной пасты.
Таблица 3Препарат зубной пасты, используемый при исследовании PCR/RDA
Пример №
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
Глицерин (99,7%)
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
Сорбитол (70%)
40,00
40,00
40,00
40,00
40,00
40,00
40,00
Деионизованная вода
по потреб-ности
по потреб-ности
по потреб-ности
по потреб-ности
по потреб-ности
по потреб-ности
по потреб-ности
PEG-12
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
3,00
Cekol 2000
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
Тетранатрий пирофосфат
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
Натрий сахарин
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
0,20
Фторид натрия
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
0,24
Загущающий диоксид кремния
Zeodent165
1,50
Абразивный диоксид кремния
Диоксид кремния (без металла) - без термической обработки
20,00
-
-
-
-
-
-
Диоксид кремния (без металла) - термически обработанный
-
20,00
-
-
-
-
-
Алюминий - без термической обработки
-
-
20,00
-
-
-
-
Алюминий - термически обработанный
-
-
-
20,00
-
-
-
Zeodent 103
-
-
-
-
20,00
-
-
Zeolex 7A - без термической обработки
-
-
-
-
-
20,00
-
Zeolex 7A - термически обработанный
-
-
-
-
-
-
20,00
Диоксид титана
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
0,50
Натрий лаурилсульфат
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
1,20
Ароматизатор
0,65
0,65
0,65
0,65
0,65
0,65
0,65
Всего
100
100
100
100
100
100
100
Таблица 4Сводка результатов PCR/RDA
Пример №
T1
T2
T3
T4
T5
T6
T7
PCR #1 (МЕ, 20% нагрузка)
83
95
79
98
82
38
61
PCR #2 (МЕ, 20% нагрузка)
101
109
94
104
103
56
79
Среднее значение PCR
92
102
87
101
93
47
70
Увеличение PCR (%)
11
16
-
49
RDA (МЕ, 20% нагрузка)
190
207
177
217
184
28
54
Исследование PCR показывает, что образцы как диоксида кремния (без аддукта металла), так и образцы диоксида кремния, содержащего алюминий, достигают более высоких значений после термической обработки. Среднее увеличение PCR для образца из диоксида кремния составляет 11% и средние увеличения для образцов диоксида кремния, содержащих алюминий, повышаются на 16 и 49%. RDA увеличивается в каждом случае, но значения RDA по-прежнему находятся в нормальном диапазоне, наблюдаемом, как правило, для преципитированных абразивов на основе диоксида кремния.