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单氟磷酸钠的应用

发布日期:2020/3/15 10:27:56

概述[1]

单氟磷酸钠(简称“MFP”)是一种白色粉末状固体,熔点约626℃,易溶于水,吸湿性强,在25℃水中溶解度为42%。没有锈蚀作用,2%水溶液的pH值为6.5~8.0,水溶液在沸腾时发生缓慢水解,这样可导致结合氟减少,游离氟增加,故纯度降低。酸性物可催化MFP的水解;在碱性或酸性很强的溶液中,或有能形成不溶性氟化物或低溶解度正磷酸盐的阳离子时,水解作用就会加快。十水物可从0℃水溶液中结晶获得,结晶水若用加热的方式除去,将导致水解。用乙醇或其它有机溶剂多次萃取可得到无水单氟磷酸钠。

应用[2]

单氟磷酸钠应用及其广泛,主要用于牙膏添加剂、混凝土缓蚀剂、食品、医疗等方面。

1. 在牙膏方面的应用

单氟磷酸钠是世界上应用最广泛的牙膏添加剂,是一种优良的防龋齿剂和牙齿脱敏剂,在牙膏中的质量分数为0.7%~0.8%。按所含成分主要分为两大类:护理型牙膏和生物型牙膏。

1)护理型牙膏:护理型牙膏具有防龋、脱敏、消炎、防牙结石等作用,研制的草珊瑚全效护理牙膏具有此多效功能。牙齿及牙周组织疾病的有效防治最为重要的是消灭口腔中有害于牙齿健康的细菌,而草本植物精华在预防和消除牙龈及口腔粘膜的一般炎症方面已得到普遍广泛的认识。草珊瑚全效护理牙膏中的氟化物具有抑菌和杀菌的作用。根据有关研究,低浓度的氟离子(草珊瑚中含0.8%单氟磷酸钠)具有较好的抑菌作用。氟化物用作防龋病的添加剂,不仅对牙齿抗酸脱敏具有保健作用,而且还与牙釉质作用在牙釉质表面形成氟磷灰石,提高了牙釉质的硬度。

2)生物型牙膏:生物型牙膏就是在牙膏中加入对生物机体有特定活性功能的物质,目前生物型牙膏主要含酶制剂、抗体制剂及其它生物活性制剂。含酶制剂的牙膏主要含有蛋白酶和葡聚糖酶。蛋白水解酶牙膏能促使蛋白质的多肽长链迅速水解、断裂,使牙齿表面附着的食物残渣变松软,容易清洗口腔,并有软化血管的功能,可使牙龈的炎症水肿消退,牙出血现象有明显好转或消除。

含葡聚糖酶有助于清除牙垢。含抗体制剂牙膏一般分为:含牛奶抗体的牙膏和含转基因制剂的牙膏。含牛奶抗体牙膏就是提取牛奶中的抗体,将其加入牙膏中具有对抗某种疾病的作用。含转基因抗体制剂牙膏就是将人口腔疾病疫苗基因在转基因马铃块茎中的产物加入牙膏,可产生相应的预防口腔疾病的作用。单氟磷酸钠中的氟稳定,一年内氟的保持在84.4%,有力确保防龋效果;其pH值为5.5~6.5,呈中性;且与磨料兼容性好,这些优点决定了单氟磷酸钠非常适合作牙膏添加剂,现已在我国大批量生产。北京口腔医学部用两年半对含氟牙膏防龋效果观察,龋齿降低42.95%。

2. 在食品方面的应用

1)用作食品添加剂:从长期的临床实验可知,单氟磷酸钠作为氟的来源,比其它普通氟化物原料(如氟化钠)更好。单氟磷酸钠可用作食品添加剂增加食物营养,但若超标,则是不安全的。单氟磷酸钠被添加到食品中,每天可补充0.25~5mg氟,相当于摄入了2.5~16mg单氟磷酸钠。根据数据显示,每天食入含氟钠盐(1.7~14mg)和磷酸盐(1.1~8.8mg)是不安全的。在欧洲,食物中添加剂的含量一般低于最高限度。对于成人,每天食用2mg的含氟食品,则不会超标。因此我们在关注单氟磷酸钠增强食物营养价值的同时,应该重视它的安全性。

2)用作口香糖原料:口香糖一直被大众所青睐。但目前的口香糖不具备防龋、脱敏、抑菌杀菌、防感冒等保健功能。虽然一般的药物牙膏具有一种或多种功效,但代替不了口香糖的咀嚼功能和口感。1998年李国华研制出了具有多功效的口香糖,此口香糖中加入了0.5%的单氟磷酸钠,因此具有良好的防龋效果。

3. 在医疗方面的应用

1)用于调节绝经:女性血脂和脂蛋白代谢单氟磷酸钠可用于调节绝经女性的血脂和脂蛋白代谢。

2)用于增加骨量、缓解骨质疏松:单氟磷酸钠促使成骨细胞分化和扩散同时,会促使骨量增加,这种影响是由酸性磷酸酶中的氟抑制生长因素所产生。MFP可通过其它的信号机制来发挥其功能。尽管氟化钠也具有增加骨量的功能,但食用等量的MFP和NaF,MFP增加的骨量更多。单氟磷酸钠能增加骨量缓解骨质疏松,但并不能改变骨组织的矿化。

4. 用作缓蚀剂:当钢筋腐蚀时,一系列的保护和修护方法可以加固混凝土的结构,缓蚀剂是最具吸引力的取代品。MFP作为阻锈剂可以减缓钢筋的腐蚀。

制备[1,3]

单氟磷酸钠的制备方法较多,但归纳起来主要分为三类:①熔融法,及熔融盐工艺;②液相中和法;③气相氟化法。其中,无论从研究重点还是从工业应用现状来说,熔融法均是较为传统且普遍选用的方法。以下将对各种工艺进行较为详细的介绍比较。

1. 熔融法:熔融法主要指采用偏磷酸钠(或正、焦、聚磷酸钠等)和氟化钠为原料,经干燥、混合等预处理后,在特殊材质的反应器(一般选用铂、石墨、银、铂铑合金等为内衬)中加热到600~800℃熔融状态下反应得到单氟磷酸钠,其工艺流程如图所示。

熔融法工艺最早由CarlO.Anderson等人在1947年开发并取得专利(专利号US2481807),由Ozark-Mahoning公司于1949年开始商业化生产。该工艺以偏磷酸钠和氟化钠为原料,于密闭的铂容器中加热熔融,温度在650~800℃,冷却后得到单氟磷酸钠成品,纯度接近100%,反应式为:

2. 液相中和法:美国Hans-WalterSwidersky等人1995年取得专利(US5393506),提出了用液相中和法制备单氟磷酸盐M2PO3F(M指周期表中主族金属阳离子,例如Na+)的方法。其流程如图所示:

此方法用磷酸、氢氟酸、碳酸钠或氢氧化钠为原料进行液相中和。随着中和液蒸发、浓缩、结晶、干燥,可得到单氟磷酸钠产品。但由于氟磷酸腐蚀性极强,对设备结构和材质要求特殊,且生产过程控制较难,生产装置投资高,腐蚀产物易使产品引入杂质。

主要参考资料

[1] 单氟磷酸钠的制备方法

[2] 单氟磷酸钠应用现状分析

[3] 单氟磷酸钠制备新工艺研究

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