Химические средства гигиены и косметики

 
Химические  средства гигиены и косметики

Слово гигиена происходит от греч. гигиенос, что означает целебный, приносящий здоровье, а косметика – от греч., означающее искусство украшать. В  настоящее время термин «косметика»  употребляют прежде всего в связи  с уходом за кожей лица и тела. Гигиена – это раздел профилактической медицины, изучающей влияние внешней среды на здоровье человека.

К важнейшим  гигиеническим средствам следует  прежде всего отнести мыла и моющие средства. О них была речь ранее. Конечно, охватить все химические средства гигиены и косметики невозможно в небольшой книжке. Поэтому здесь внимание читателей будет обращено лишь на некоторые.

 
Средства  ухода за зубами

Зуб состоит  из трех частей: коронки (часть, выступающая  над десной), корня (часть, погруженная в альвеолу челюсти) и шейки – место перехода коронки в корень. Коронка покрыта эмалью, а под ней находится дентин. Корень покрыт слоем ткани, называемой цементом. Эмаль, дентин и цемент – это твердые ткани. Внутри зуба имеется полость, которая содержит пульпу, состоящую из рыхлой соединительной ткани, в которой проходят нервы и сосуды, питающие ткани зуба.

Зубы  подвержены ряду заболеваний и одним  из наиболее распространенных является кариес. К сожалению, никому не удается избежать этого заболевания, но ограничить его распространение на многие зубы можно, принимая профилактические меры. Сущность кариеса состоит в том, что под влиянием микроорганизмов и вырабатываемых ими кислот происходит разрушение тканей зуба. Самой прочной тканью является эмаль. Ее состав близок к минералу гидроксидапатиту Ca₅OH(PO₄)₃. При разрушении эмали микроорганизмы попадают в дентин, а затем в пульпу и вызывают ее воспаление (пульпит).

Закреплению микроорганизмов на эмали способствует зубной камень – твердые пористые отложения на зубах. Микроорганизмы поселяются в порах этого камня. Первая стадия образования зубного камня связана с отложением на зубах мягкого налета из остатков пищи, отживших клеток, слизи. На второй стадии происходит минерализация мягкого налета, т.е. его пропитывание минеральными компонентами слюны. Слюна содержит ионы Ca²⁺ и HPO²₄^–. Они препятствуют растворению эмали зуба, но, откладываясь в мягком налете в виде малорастворимой соли, приводят к его минерализации.

Слюна здорового человека имеет нейтральную  реакцию (рН 7,0...7,5). В результате расщепления  бактериями (Стрептококкус мутанис) остатков пищи, содержащей углеводы (в  частности, сахар), образуются органические кислоты – в основном молочная. Эти кислоты снижают рН до 4,5...5,0. В данных условиях разрушение эмали ускоряется, что и приводит к весьма неприятным результатам. Давно замечено, что любители сладкого часто не могут похвастаться хорошим состоянием зубов.

Таким образом, одним из путей профилактики кариеса является очистка зубов и полоскание ротовой полости после приема пищи. Это приводит к предотвращению образования мягкого налета и зубного камня.

Трудно  сказать, когда люди начали чистить  зубы, но имеются сведения, что одним  из древнейших препаратов для чистки зубов была табачная зола. Еще сравнительно недавно для чистки зубов широко применяли зубные порошки. Они состоят из абразивного материала: чаще всего это мел CaCO₃, реже CaHPO₄, а иногда их смеси Эти абразивы получают химическим осаждением, например, в соответствии с уравнением

Ca(NO₃)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaNO₃

Природный мел использовать нельзя, так как  в нем содержатся твердые частицы  от панцирей морских организмов, которые  обладают высокой прочностью и могут  привести к сильному истиранию и  повреждению эмали зуба. К абразивным материалам добавляют MgO, полученный прокаливанием MgCO₃. Оксид магния придает порошкам легкость и рыхлость. В некоторые сорта порошков вводят пероксид магния MgO₂, который обладает отбеливающими свойствами. В небольших количествах в порошки включают поверхностно-активные вещества, например лаурилсульфат натрия C₁₂H₂₅OSO₃Na, а также отдушки – чаще всего ментол или экстракт мяты. В настоящее время существенно сокращено производство зубных порошков, поскольку они стали менее популярными, чем пасты.

Важнейшим средством ухода за зубами являются зубные пасты. Они имеют меньшую  истирающую способность по сравнению  с порошками, более удобны в применении и характеризуются более высокой  эффективностью. Зубные пасты –  это многокомпонентные составы. Они подразделяются на гигиенические и лечебно-профилактические. Первые оказывают только очищающее и освежающее действие, а вторые, кроме того, служат для профилактики заболеваний и способствуют лечению зубов и полости рта.

Основные  компоненты зубной пасты следующие: абразивные, связующие, загустители, пенообразующие. Абразивные вещества обеспечивают механическую очистку зуба от налетов и его полировку. В качестве абразивов чаще всего применяют химически осажденный мел CaCO₃. Установлено, что компоненты зубной пасты способны влиять на минеральную составляющую зуба и, в частности, на эмаль. Поэтому в качестве абразивов стали применять фосфаты кальция: CaHPO₄, Ca₃(PO₄)₂, Ca₂P₂O₇, а также малорастворимый полимерный мета-фосфат натрия (NaPO₃)x. Кроме того, в качестве абразивов в различных сортах паст применяют оксид и гидроксид алюминия, диоксид кремния, силикат циркония, а также некоторые органические полимерные вещества, например метилметакрилат натрия. На практике часто используют не одно абразивное вещество, а их смесь. Для превращения смеси абразивных порошков в стойкую пасту применяют желатинирующие компоненты. Их часто получают в промышленном масштабе из растений; например, из морских водорослей извлекают природные полисахариды: натриевые соли альгиновых кислот и каррагинаты. Для этой цели реже применяют растительные камеди – трагакант и пектины. Из синтетических веществ широкое применение нашли производные клетчатки (хлопковой и древесной) – натрийкарбоксиметилцеллюлоза, оксиэтилированные этиловый и метиловый эфиры целлюлозы или просто этиловый и метиловый эфиры целлюлозы. Для получения пластичной, тиксотропной массы, легко выдавливающейся из тюбика, применяют полиатомные спирты: глицерин, сорбит, полиэтиленгликоль. Они способствуют сохранению в пасте влаги при хранении, повышают температуру замерзания и улучшают вкусовые свойства пасты. Растительные экстракты и камеди чувствительны к действию микробов. Поэтому для устранения их разрушительного действия в состав паст вводят антисептические вещества: формальдегид, хлорированные фенолы и алкильные эфиры оксибензойных кислот.

В качестве пенообразующих веществ в зубных пастах в прошлом использовали мыла. Однако их низкая пенообразующая способность  в жесткой воде и неприятный мыльный  привкус снижали качество паст. Вместо мыла стали использовать ализариновое масло (сульфированное касторовое масло)

Formula p.105

Оно не связывается в малорастворимое  вещество ионами кальция и магния и обладает смачивающими и бактерицидными свойствами. Кроме него в качестве пенообразователей используют натрийлаурилсульфат C₁₂H₂₅OSO₃Na и натрийлаурилсаркозинат

Formula p.101

Считают, что последний обладает антикариесным  действием. Уже в концентрации 0,3% он подавляет действие бактерий, образующих в полости рта молочную кислоту, которая разрушает эмаль зуба. Действие лаурилсаркозината сохраняется в полости рта после чистки зубов в течение примерно 12 ч. Хорошими пенообразующими, очищающими и смачивающими свойствами обладает натриевая соль таурида жирной кислоты RCONHCH₂SO₃Na.

Борьбу с кариесом при помощи лечебно-профилактических зубных паст ведут по двум направлениям: 1) укрепление минеральной ткани зуба; 2) предупреждение образования зубного налета. Первое достигается введением в пасты соединений фтора: монофторфосфата натрия, формулу которого условно можно записать в виде двойной соли NaF·NaPO₃, а также фторида натрия NaF и фторида олова (II) SnF₂. Существуют две точки зрения на влияние фторидных ионов на укрепление эмали зуба. 1. Ионы F^– переводят гидроксидапатит эмали CaOH(PO₄)₃ в менее растворимый в кислотах фторапатит Ca₅F(PO₄)₃. 2. В результате обменной реакции в пасте образуется CaF₂, который адсорбируется на гидроксидапатите и предохраняет его от воздействия кислот. Известно также, что фторидные соединения способствуют подавлению жизнедеятельности бактерий, вызывающих образование в полости рта органических кислот. В настоящее время в антикариесных пастах стали широко использовать ферменты, а иногда в них вводят антибиотики.

В зубные пасты обязательно вводят отдушки  и вкусовые компоненты. Наиболее распространены отдушки мятного и коричного характера. Мятная отдушка обеспечивается применением ментола, мятных масел – перечной или кудрявой мяты, а также различных модификаторов. В отдушках применяют метилсалицилат, гвоздичное масло, эвкалиптол, коричный альдегид. В качестве подслащивающего компонента чаще всего используют сахарин и некоторые его производные. За рубежом для этой цели рекомендуют сахарат натрия и дульцин вместе с небольшим количеством хлорида натрия или лимонной кислоты. Недавно стали применять натриевую соль цикламеновой кислоты, которая по вкусу напоминает сахар.

Некоторые зарубежные фирмы приступили к производству безабразивных гелеобразных прозрачных зубных паст. В них используют гели SiO₂, а также сополимеры акриловой кислоты и аллилового спирта. Эти пасты обладают высокой пенообразующей способностью, имеют приятный вкус и красивый внешний вид. Они легко окрашиваются в различные яркие цвета – красный, синий, зеленый, желтый. Однако их очищающая способность намного ниже, чем паст с использованием абразивов.

Хотя  зубные протезы, естественно, не подвергаются кариесу и другим заболеваниям, но от них может зависеть состояние  микрофлоры полости рта. Имеет существенное значение и их внешний вид. Поэтому  зубные протезы требуют периодической чистки от остатков пищи, пятен и образующегося зубного камня. Для этой цели протезы погружают на ночь или на более короткий срок в растворы кислот: соляной, сульфаминовой или лимонной, а также в растворы, содержащие активный хлор, – гипохлориты или активный кислород – перборат натрия.

 
Дезодоранты и озоновый «щит»  планеты

Каждый  знает, что дезодоранты – это  средства, устраняющие неприятный запах  пота. На чем основано их действие? Пот  выделяется особыми железами, расположенными в коже на глубине 1...3 мм. У здоровых людей на 98...99% он состоит из воды. С потом из организма выводятся продукты метаболизма: мочевина, мочевая кислота, аммиак, некоторые аминокислоты, жирные кислоты, холестерин, в следовых количествах белки, стероидные гормоны и др. Из минеральных компонентов в состав пота входят ионы натрия, кальция, магния, меди, марганца, железа, а также хлоридные и иодидные анионы. Неприятный запах пота связан с бактериальным расщеплением его составляющих или с окислением их кислородом воздуха. Дезодоранты (косметические средства от пота) бывают двух типов. Одни тормозят разложение выводимых с потом продуктов метаболизма путем инактивации микроорганизмов или предотвращением окисления продуктов потовыделения. Действие второй группы дезодорантов основано на частичном подавлении процессов потовыделения. Такие средства называют антиперспиранами. Этими свойствами обладают соли алюминия, цинка, циркония, свинца, хрома, железа, висмута, а также формальдегид, таннины, этиловый спирт. На практике из солей в качестве антиперспиранов чаще всего используют соединения алюминия. Перечисленные вещества взаимодействуют с компонентами пота, образуя нерастворимые соединения, которые закрывают каналы потовых желез и тем самым уменьшают потовыделение. В оба типа дезодорантов вводят отдушки.

Чем же создается давление в аэрозольных  баллонах? Это не праздный вопрос, так  как с ним, можно сказать, связана  судьба человечества. Рабочее давление в баллонах создается парами сжиженного газа, либо за счет сжатого газа, например, N₂, CO₂ или N₂O. До сих пор баллоны со сжатыми газами применялись редко, поскольку их рабочее давление падает по мере расходования содержимого баллона, т.е. по мере увеличения объема парового пространства. Давление над сжиженным газом постоянно, так как оно поддерживается испарением жидкости и заполнением увеличивающегося пространства. В качестве веществ, создающих давление в аэрозольных баллонах, оказались удобными фторхлоруглероды.

Так, при 21°C давление паров над жидким CF₂Cl₂ составляет 5 атм, а над смесью (50%:50%) CF₂Cl₂ и CF₂Cl₂ 2,5 атм. Эти вещества, кроме того, обладают важным свойством – малой химической активностью по отношению ко многим веществам. Легкокипящие и химически инертные вещества, используемые для создания повышенного давления в аэрозольных баллонах, называют пропеллентами. Таким образом, в аэрозольных баллонах в жидком веществе (основе), ради которого и создается устройство, содержится жидкий пропеллент. Довольно часто растворы аэрозольного баллона (одеколоны, кремы для бритья и др.) содержат воду. Пропелленты CF₂Cl₂ и CFCl₃ со временем частично гидролизуются (взаимодействуют с водой) и поэтому нежелательны. В таких случаях в качестве пропеллента используют CF₂Cl – CF₂Cl (1,2-дихлортетрафторэтан). В настоящее время принято международное соглашение по сокращению производства аэрозольных баллонов, содержащих в качестве пропеллентов фторхлоруглероды, поскольку установлено, что они плохо влияют на озоновый слой Земли.

В атмосфере  на определенной высоте от Земли имеется  повышенная концентрация озона. Он получается в результате фотодиссоциации молекулярного кислорода и взаимодействия атомарного кислорода

O₂ ← [hν (свет)] → 2O

с молекулярным в соответствии с уравнением

O + O₂ ↔ O₃*

Образующиеся  молекулы озона содержат избыточную энергию, т.е. они возбуждены. Если не отвести от молекулы озона эту избыточную энергию, то она долго не просуществует, а распадется на исходные атомарный и молекулярный кислород. Чтобы молекула озона стала стабильной, она должна отдать избыток энергии какой-то другой молекуле, например молекуле азота: