《材料化学实验》案例之卡波姆凝胶剂的制备 .pdfVIP

《材料化学实验》案例之卡波姆凝胶剂的制备

张丽红;刘芯怡;张文云;李海豪;陈作义;刘丽平;许伟钦

【摘要】采用控制变量法探究卡波姆形成凝胶的最优条件,根据其水化程度和粘度

来检验凝胶材料的稳定性,通过比较猪牙齿及瓷片上的除垢情况来探究卡波姆凝胶

的美白效果,并把优化后的实验方案引入到《材料化学实验》课堂中.基于学生的实

验效果及课后问卷调查的反馈信息,对教学实践进行客观分析和评价.结果表明该教

学案例符合材料化学专业应用型人才培养的要求,可作为该专业的创新性实验课程.

【期刊名称】《广州化工》

【年(卷),期】2019(047)011

【总页数】3页(P152-154)

【关键词】卡波姆凝胶;材料化学实验;美白效果;稳定性;案例探究

【作者】张丽红;刘芯怡;张文云;李海豪;陈作义;刘丽平;许伟钦

【作者单位】广东第二师范学院化学系,广东广州510800;广东第二师范学院化学

系,广东广州510800;广东第二师范学院化学系,广东广州510800;广东第二师范

学院化学系,广东广州510800;广东第二师范学院化学系,广东广州510800;广东

第二师范学院化学系,广东广州510800;广东第二师范学院化学系,广东广州

510800

【正文语种】中文

【中图分类】O6-339

材料化学是一门新兴应用性强的交叉学科，属于现代材料科学、化学和化工领域的

重要分支，旨在培养研发新材料及开发新工艺的高水平应用型人才[1]。在现代化

学的发展中材料化学占有重要地位，材料化学专业实验教学是培养学生的创新思维

和实践能力，促进学生将理论知识向实用技能转化的重要环节。然而，目前的材料

化学实验课程存在着不容忽视的不足，例如，课程内容设置大多数延续陈旧的实验

方案，反复验证已有的结论，难以激发学生的学习、探究兴趣[2]。为了适应科技

的高速发展，与时俱进地更新实验教学内容有利于提高学生的学习兴趣，培养学生

的创新意识。教师应根据当前社会对新材料的发展需求，结合学校现有实验硬件，

构建新颖的实验教学内容，让学生有机会学习新材料的制备方法，并内化为实践操

作技能，逐步培养开发新材料的能力[3-4]。

近几年我国的牙齿美白产业如雨后春笋般涌现，美牙类产品已成为社会畅销产品之

一[5]，引起了材料化学研发者的广泛关注。在《材料化学实验》课程中设计了牙

齿美白凝胶剂的制备实验方案，适时将新热点及新型材料引入实验教学课堂，让学

生亲身体验制备凝胶剂的过程，激发学生学习兴趣，引发学生对社会热点材料的深

入思考。过氧化氢具有杀菌消毒及漂白的作用，临床经验表明过氧化氢对牙齿美白

有显著效果[6]，适宜的pH是保证美白效果的关键。本实验采用过氧化氢作为美

白凝胶剂的有效成分，选取卡波姆作为牙齿美白凝胶剂的载体。

卡波姆又名聚羧乙烯(carboxy-polymethleme，CP)，结构式见图1，是一种由丙

烯酸与烯丙基蔗糖交联而成的高分子聚合物，溶于水时，水分子逐渐扩散进入聚合

物颗粒的内部，卡波姆分子呈溶胀状态，均匀地分散在水中。水分子扩散到颗粒内

部需要较长的时间，但是其凝胶网络仍处于疏松状，因此在水中具有很好的溶胀性，

经过一定的时间后形成粘稠度较高的胶状体[7-8]。pH在6～11之间胶状体粘稠

度高，卡波姆分子含有大量的羧基，在水溶液中发生解离，分子中异种电荷增加，

斥力随之增大，导致粘稠性增大，pH=8时，羧基解离基本完全，粘稠性达到最大。

三乙醇胺显碱性，用于调节pH使凝胶达到最优状态[9]。为提高凝胶的稳定性需

要加入一定量的EDTA-2Na作为稳定剂。在配方用量的探究过程中，采用控制变

量法探究凝胶剂的最佳配方，并对凝胶剂的稳定性和美白性能进行表征。

图1卡波姆结构式Fig.1Karbopolstructure

1实验

1.1仪器

分析天平，烧杯，移液管，量筒，机械搅拌器，NDJ旋转粘度计。

1.2试剂

卡波姆(Lubrizol，增稠剂)，去离子水，PBS缓冲液(pH=5.7)，过氧化氢(AR

30%)，EDTA-2Na(AR螯合剂/稳定剂)，硝酸钾(AR保护剂)，三乙醇胺(AR中和

剂)。

1.3实验方法

用蒸馏水浸泡卡波姆粉体24小时，使卡波姆充分溶胀，在机械搅拌噐下搅拌均匀

(转速330～380r/min)，加入稳定剂EDTA-2Na及保护剂硝酸钾，充分搅拌后加

入过氧化氢溶液，用PBS溶