晚上刚好有点小失眠，起床查了点文献。
这个问题可以分成两个，涉及到不同的机理：
- 牙膏挤出来是绿色的（或者其他颜色），为什么刷牙过后不能保持原有的颜色而都呈现白色？
- 刷牙过程中，牙膏为什么会由晶状体（更准确的说是 膏体）变成泡沫？
这两个现象都和牙膏的成分有关。目前市面上的牙膏一般由 粉状摩擦剂、湿润剂、表面活性剂、粘合剂、香料、甜味剂以及其他具有特殊功能（比如防蛀，补ji钙lei）的成分构成。
这些成分分别有什么功能呢？
- 摩擦剂 摩擦剂是牙膏的基础成分，毕竟刷牙就是通过摩擦力带走牙齿表面的食物残渣以及各种细菌。摩擦剂主要有两种，碳酸钙和二氧化硅，其电镜照片如下（来源：百度图片），当然现在也开发出了很多其他类型的摩擦剂，如淡斜绿泥石等。碳酸钙的形貌尖锐粗糙不规则，而二氧化硅更容易做成均匀圆滑的小球。长期使用过程中，显然二氧化硅对牙面、牙龈、牙周组织比较友好，但是成本比碳酸钙高很多，考虑到成本问题，现在市面上只有一些知名品牌使用高档硅作为摩擦剂。所以购买牙膏最好查看一下外包装上的成分。写到这里，我去看了一下我的牙膏，一滴泪落在了键盘上。。。
图1 轻质碳酸钙SEM图片
图2 柔性二氧化硅SEM图片
- 湿润剂 湿润剂主要有甘油、丙三醇、山梨醇等，功能是均匀地将牙膏分散在口腔里，也能防止牙膏在储存过程中固化硬化，还能在一定程度缓冲口腔pH值。这些成分温柔不刺激，但是使用比例也要适中（20%-40%），太少达不到预期效果，太高则会导致口腔渗透压不平衡，不利于维持稳定的口腔环境。
- 表面活性剂 也叫发泡剂，这东西香皂，洗衣粉，沐浴乳等生活用品里都有，目的就是为了发泡，降低水的表面张力，使得水能更好地浸湿衣物、皮肤等，也有乳化、洗涤、去污的功能。当然，牙膏里的表面活性剂要求比普通洗涤剂高很多，毕竟是要进口的，时不时还可能吞下去一口，必须无毒，无刺激，还得没有奇怪的味道。牙膏里使用的表面活性剂通常含量1%-3%，有十二烷基硫酸钠、月桂醇磺乙酸钠等，名字基本不友好，不多举例了。发泡剂成分区别不大，选购时不用刻意注意。
问题的答案已经出来了，膏状的牙膏起泡泡就是表面活性剂降低水的表面张力造成的。生活中有很多体现水表面张力的现象，如清晨你看到的露珠接近球形，水黾能站在水面上而不划破水面（来源：百度图片）等等。
图3 趴在水上的水黾（该减肥了，水都凹下去这么多）
表面张力的公式推导就不多说，百度百科都有。由拉普拉斯公式可简单计算(知乎编辑公式好麻烦。。。)：
p1-p2是曲面两侧的压强差，刷牙案例中可以看做是个定值，σ 是表面张力，R1、R2是曲面上任意两个正交方向上的曲率半径，可以理解为泡泡的半径径。表面活性降低σ 值，σ 越小，括号里的项越大，R就越小，也就是形成的泡泡越小，意味着越容易形成。这里不太严谨，将就理解下吧……
为什么会牙膏会呈现膏状？这就是粘合剂的作用了。
- 粘合剂 或者叫增稠剂，常见的种类有羧甲基纤维素钠盐及其衍生物，瓜尔胶等，可以改善食品等的粘稠度，保持流体的稳定性并改善物理性状。牙膏中的各种其他成分被粘合剂束缚在一起，变得黏润稳定均匀。具体的作用机制涉及流变学理论和黏合化学。粘合剂和湿润剂的密切配合使得牙膏的保存，运输，使用变得更简单。
- 香料和甜味剂 这两种添加剂使得牙膏具有五花八门的口味和色彩。这两种成分往往比前面几种成分更能吸引消费者，所以各厂商也很愿意在此方面下功夫。
牙膏用香料主要是薄荷，能给人清凉的口感和今天牙刷得好干净的错觉。薄荷类又可分别薄荷醇、薄荷油及其派生物。此外水果类的香精也很受欢迎，比如柑橘类的香料等等。值得一提的是，这些味道都是化学家精心合成的分子产生的，仅仅是味道像柑橘，其他跟柑橘关系不大，千万不要为了补充维生素去吃一小口柑橘口味的牙膏。
牙膏的颜色就是通过添加色素来的，为什么变成泡泡就没有颜色了呢？那是因为光线通过不同密度介质时会发生折射和反射，当光线入射角小于临界点时，光线会全反射。泡沫是由很多个小肥皂泡组成的，光通过无数次折射和反射后，部分光线被全反射回来，泡沫看上去就是白色的。有色的肥皂在变成泡沫后，体积增大了数万倍，原来的颜色浓度变得很低，颜色很淡，肉眼看不出来，所以感觉就是白色的。
还有很多牙膏的颜色区域分明，甚至有好几种颜色的彩条牙膏，更可怕的是从开始用到用完挤出来的都是这么颜色分明而不串色，真是要给现在的罐装工艺跪下了。另外要说一点的是，以前流传过一种说法，牙膏管末端的一小块颜色代表了牙膏的品质，比如绿色代表绿色纯天然，黑色代表全为化工合成，我很佩服这些人臆想的能力。我可以负责任的告诉你，所有的成分都是化学合成的，想用纯天然的牙膏？跟古人一样用盐巴。。。那个色块只是罐装的时候用来机器识别的。
- 其他特殊成分
不同系列牙膏的功能和卖点都不一样。
有防龋齿的加氟牙膏，这个确实有点用，而且有一段时间很流行。但是氟是一种有毒物质，氟吸收过高会造成牙齿长斑，牙周组织病变甚至更严重的情况氟骨病（千万别百度氟中毒的图片）。保险起见还是少吃糖买无氟牙膏。
有药用牙膏，没用过，不评价。
还有添加了xxx生长因子这种的看都不要看，这些东西本质上是蛋白质，不太可能保存很久，时间长了自然就失活了。每次看到广告里出现xxx活力因子，xxx生长因子我都一阵尴尬。。。
好了，离题太远，不继续说了。
最后希望你牙齿强劲，吃嘛嘛香，身体倍棒！
- 常兵, 刘志强, 王亚峰. 牙膏配方[D]. , 2012.
- 闫岩, 宋波, 于萍. 牙膏摩擦剂二氧化硅的研制[J]. 无机盐工业, 2007, 39(6): 41-43.
- 表面张力_百度百科
- 高鹰, 宗红伟, 尹玲, 等. 浅析增稠剂, 保湿剂对牙膏膏体物理化学性质的影响[J]. 牙膏工业, 2008 (2): 27-30.
- 赵勋国. 牙膏增稠的理论和增稠剂[J]. 日用化学品科学, 2006, 29(12): 21-21.
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：某浪还我飞飞
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延伸阅读：
求种草能美白牙齿的牙膏，最好是一支见效，但是对牙齿伤害不大的那种！？