專利名稱：用于刷毛的熱塑性單絲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于刷毛的熱塑性單絲，所述刷毛被置于高濕度使用狀態(tài)。
背景技術(shù)：
熱塑性塑料材料的刷毛用于各種不同類的刷子、毛刷和類似物上。它們將經(jīng)歷迥然不同的物理和化學(xué)負(fù)荷，這些負(fù)荷一方面由于在刷拭、涂抹、拋光過程中、在介質(zhì)或類似物的涂敷過程中的功能應(yīng)用所導(dǎo)致，另一方面則由于在使用過程或在使用場(chǎng)合直接占主導(dǎo)的條件所導(dǎo)致。這些條件尤其包括在使用中的助劑，如清洗劑、清潔劑、化妝品、水或類似物。作為使用場(chǎng)合的環(huán)境條件，特別具有高的空氣濕度，這種高的空氣濕度與濕助劑相互作用有助于使?jié)裰鷦┎桓稍铩?br> 刷毛因此必須具有滿足這些迥然不同的要求的性能輪廓。例舉性地用牙刷對(duì)此進(jìn)行闡述，其中所述的不同要求將會(huì)變得特別清楚，因?yàn)樗⒚辽倬哂薪橛诩s0.05至0.4mm的極小直徑。此外刷毛還以彼此間相距微小的間距排列并且甚至致密地組裝成束。牙刷刷毛在其另一側(cè)必須具有良好的高彎曲性能，以便一方面能在純彈性范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)而另一方面又能在不變形的情況下返回到起始位置(回復(fù)能力)。由于多種運(yùn)動(dòng)形式和取決使用者個(gè)體的壓力，考慮到適當(dāng)?shù)氖褂脡勖?，在刷牙時(shí)刷毛必須具有良好的交變彎曲強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。此外塑料材料必須能使刷毛在機(jī)械或熱生產(chǎn)步驟中進(jìn)行加工，特別是要將刷毛固定安裝到刷毛托架上。最后，在刷毛使用端必須能夠進(jìn)行修圓，以便一方面可以在牙齒表面和在齒間空間內(nèi)產(chǎn)生保護(hù)性的但仍然足夠的刷拭作用，另一方面又沒有因過大的硬度、因邊緣或類似物而損害牙齒琺瑯質(zhì)或損傷齒齦。
由于在牙刷中必然致密的刷毛填塞物(Borstenbesatz)，由于所使用的助劑如牙齒清潔劑、水等以及由于在使用場(chǎng)合如浴室中的過高的空氣濕度，刷毛經(jīng)常經(jīng)受濕氣，同時(shí)一方面由于致密的刷毛填塞物另一方面由于環(huán)境條件，晾干可能要很長(zhǎng)時(shí)間。
隨著濕度的增加，隨這出現(xiàn)刷毛的變細(xì)，這在以前所使用的天然鬃絲情況下已清楚地看到過。那時(shí)將這種損壞情況稱為“濕氣破壞”(US2309021)。在使用天然鬃絲的情況下，這種損壞情況特別是由于刷毛為進(jìn)行加工步驟通過洗滌和清洗過程已喪失了天然脂肪而產(chǎn)生的，而這種脂肪在活體動(dòng)物上起疏水作用。還通過在牙齒清潔劑和刷毛之間的水解相互作用和通過在牙齒清潔劑內(nèi)的磨料顆粒，進(jìn)一步加強(qiáng)了在牙刷內(nèi)的這一過程。已嘗試通過天然鬃絲的表面化學(xué)處理來(lái)克服這種“濕氣破壞”。
由于上述原因，有意義的是將牙刷的天然纖維只用合成塑料材料替代，可獲得相當(dāng)高質(zhì)量的熱塑性材料。當(dāng)今，牙刷用刷毛僅僅使用高質(zhì)量的聚酰胺，特別例如PA6.10或6.12。這些高質(zhì)量的聚酰胺相當(dāng)昂貴因此，確切地說，由于成本的原因，這種質(zhì)量的聚酰胺在其他方面也不能應(yīng)用。
盡管高質(zhì)量的聚酰胺以卓越的方式滿足了強(qiáng)度性能要求，但公知的是它們吸收大量的濕氣，從而犧牲了它們有利的強(qiáng)度特性。這種強(qiáng)度特性的降低導(dǎo)致的是刷毛的損壞，由于濕氣快速滲透到刷毛芯內(nèi)，所以其直徑越小，則損壞越早。當(dāng)今，牙刷的特征?；谒⒚挠捕热缛彳?soft)、中等(medium)或堅(jiān)硬，而這主要是通過刷毛的直徑來(lái)確定的。由于濕氣的影響導(dǎo)致在使用一段時(shí)間之后，這一特性等級(jí)不再存在。隨著在刷毛間隙內(nèi)濕氣的吸收和存儲(chǔ)，出現(xiàn)了不可忽視的衛(wèi)生問題，因?yàn)闈駳獯龠M(jìn)細(xì)菌生長(zhǎng)，這就要求更長(zhǎng)的干燥時(shí)間，但更長(zhǎng)的干燥時(shí)間在實(shí)際上是不可能實(shí)現(xiàn)的(U.S.News & World Report 12.10.87，第88頁(yè))。
因此進(jìn)行了一些嘗試，使用由已經(jīng)用于其它類型刷子的熱塑性單絲制成的刷毛。在這里特別指那些由熱塑性聚酯制成的刷毛，它們具有相當(dāng)?shù)膹澢阅芎徒蛔儚澢阅?，但尚不成功地用于牙刷。這歸因于它增加的硬度和對(duì)齒齦和琺瑯質(zhì)所產(chǎn)生損傷的危險(xiǎn)。此外，在機(jī)械加工過程中，特別是在使用端的修圓過程中，它們傾向于劈裂并形成毛刺。另外，它們具有增加粘結(jié)污物的傾向，即難以通過漂洗牙刷來(lái)清潔。
根據(jù)紡織技術(shù)，已知一些共擠出單絲(EP0 763 611 A1)，所述單絲由聚酯芯和聚酰胺外皮組成。然而，該申請(qǐng)的要求不同于刷毛的那些。此外還已知一些牙刷用的共擠出單絲(WO97/14830)，這些單絲尤其由聚酰胺外皮和聚酯芯組成。僅僅高質(zhì)量的聚酰胺用于外皮。在使用較低質(zhì)量的聚酰胺外皮的進(jìn)一步變通方案中，芯由共聚醚酯組成，所述共聚醚酯是一種彈性體，因此它不滿足牙刷刷毛的要求。對(duì)另一已知的復(fù)合結(jié)構(gòu)體來(lái)說(GB980 814)，情況相同，該結(jié)構(gòu)體具有由不同處理的聚氯乙烯制造的芯和外皮。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種用于刷毛的單絲，它的性能可在降低材料成本情況下最佳地適應(yīng)于所需的功能技術(shù)要求并在使用過程中最佳地適應(yīng)于環(huán)境條件。
采用熱塑性單絲可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，該單絲形成刷毛用的原材料，其特征在于該單絲包括一種由至少一種聚酰胺(PA)和至少一種熱塑性聚酯(PE)組成的聚合物混合物。
一方面根據(jù)對(duì)刷毛使用起決定性作用的技術(shù)功能性能而另一方面根據(jù)在使用場(chǎng)合對(duì)刷毛功能起決定作用的環(huán)境條件，選擇具體的混合比(PA/PE)。
除了少數(shù)例外，聚合物混合物(聚合物共混物)都形成多相體系，如就是在金屬合金中已知的那些體系。當(dāng)混合時(shí)，它們的情況不同于例如呈溶液形式并形成單相體系的眾多低分子物質(zhì)。其原因是由于范德華力、偶極力和氫鍵相互作用力導(dǎo)致的分子相互作用，對(duì)于類似的大分子來(lái)說，這些力比混合相內(nèi)的不同聚合物間的相互作用更有效。此外，大分子的鉤接程度和在混合過程中熵的增加程度是重要的，其中由于位阻效應(yīng)導(dǎo)致大分子比低分子物質(zhì)的所述程度小。
對(duì)于熱塑性聚酯和聚酰胺的共混物來(lái)說，這兩種聚合物的極性基團(tuán)對(duì)混合性能具有積極的影響。不同鏈段長(zhǎng)度是傾向于形成多相的基礎(chǔ)。若混合物所包含的組分的技術(shù)物理性能和化學(xué)性能在足夠高的結(jié)合力下得以保持的話，這是在一種PA/PE共混物中出現(xiàn)的情況，多相是所需的。這是因?yàn)榕c均相共混物相反，PA/PE混合相的形態(tài)主要顯示出各組分的固有結(jié)晶性的事實(shí)，結(jié)果使形成共聚物的聚合物的積極性能得以保持。與純聚酯相比，PA/PE共混物單絲具有降低的剛度，但具有一種更好的阻尼性能，該阻尼性能確切地說與尼龍的性能一致。此外混合相具有分散體狀特征，以此可以解釋與純的混合組分相比改進(jìn)的沖擊韌性。
可最佳地將用于擠出熱塑性單絲的共混物中的聚合物部分調(diào)節(jié)到適于刷毛的要求。這樣能夠以與刷毛的直徑和長(zhǎng)度以及刷毛的具體應(yīng)用類型(牙刷、按摩刷(Massagebiirsten)、手刷(Handbürsten)、化妝刷、毛刷等)相匹配的方式調(diào)節(jié)彎曲性能和回復(fù)能力。也可將它調(diào)節(jié)到根據(jù)所使用的介質(zhì)(牙齒清潔劑、清潔劑、水等)與在使用場(chǎng)合占主導(dǎo)的物理和化學(xué)條件相適應(yīng)以及與占主導(dǎo)的環(huán)境條件(干燥或潮濕的氛圍、在刷毛填塞物內(nèi)濕氣的保留等)相適應(yīng)。
混合比PA/PE可以在大的范圍內(nèi)進(jìn)行變化，而不會(huì)顯著地?fù)p害混合相的穩(wěn)定性?；旌媳萈A/PE例如可以在10/90質(zhì)量％至90/10質(zhì)量％之間變化，優(yōu)選在20/80質(zhì)量％至80/20質(zhì)量％之間變化。
若即使在非常潮濕條件下的使用期限中，彎曲強(qiáng)度(“bendingstrength”)及其穩(wěn)定性都是重要的要求，則通過降低PA部分，增加PE部分。適當(dāng)?shù)腜A部分改進(jìn)干燥狀態(tài)下的回復(fù)能力(“bend recovery”)。反之，由于PA增加的吸水導(dǎo)致高PA部分損害了在非常潮濕環(huán)境條件下的回復(fù)能力。若刷毛的溜滑性能和清潔效力(耐磨性能)是最重要的，則通過降低PE部分，增加PA部分，這同時(shí)導(dǎo)致對(duì)待清潔的表面及其周邊(例如琺瑯質(zhì)、齒齦)的保護(hù)處理。至少最可能滿足用于牙刷普通要求的最佳混合比PA/PE是10至30質(zhì)量％的PA部分和70至90質(zhì)量％的PE部分。
此外，考慮到在使用場(chǎng)合的環(huán)境條件，混合比還要適應(yīng)于刷毛的幾何形狀。刷毛的橫截面越小，則混合比中的PE部分越高，以防止?jié)駳鉂B透到細(xì)小橫截面內(nèi)而損害彎曲性能以及回復(fù)能力。
不管刷毛的幾何形狀，在刷毛的使用場(chǎng)合濕氣的影響越強(qiáng)和/或越持久，則最好增加PE部分，降低PA部分。但該建議不是絕對(duì)必須的，因?yàn)樵谝恍┨囟ǖ膽?yīng)用中，為了使液態(tài)的有效介質(zhì)更好地粘結(jié)到刷毛上，通過刷子吸濕是所需的。
熱塑性聚酯優(yōu)選是一種聚對(duì)苯二甲酸亞烷酯(PAT)，其中特別是可使用聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)或聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)或其混合物。
這些熱塑性聚酯尤其適合于刷毛，不僅因?yàn)樗鼈兊募夹g(shù)性能，而且因?yàn)樗鼈儽戎两裼糜谘浪⑺⒚木埘０啡鏟A6.12便宜得多。
高比例的PAT也允許用較低質(zhì)量和不那么貴的PA如PA6來(lái)至少部分地替代高質(zhì)量的PA。
于是，考慮到混合相必須具有充分的穩(wěn)定性的要求，一方面例如可以從較高質(zhì)量的聚酰胺如PA6.10、PA6.12、PA11、PA12而另一方面可以從較低質(zhì)量的聚酰胺如PA6、PA6.6中選擇混合物的聚酰胺組分。
本發(fā)明還涉及一種用于刷毛的以至少兩層共擠出材料形式存在的熱塑性單絲，所述刷毛被置于高濕度使用狀態(tài)。在這種共擠出材料中，至少一層由上述成分中的聚合物混合物組成。
所述共擠出材料可以具有同心形式的兩個(gè)層，即一個(gè)芯和一個(gè)外皮?；蛘撸矓D出材料也可以包括數(shù)根單絲，它們包在一個(gè)確定單絲外部截面的第二層內(nèi)。此外，共擠出材料也可由僅僅確定部分外周的芯組成，而第二層形成使外周閉合的片段，例如具有一個(gè)基本上呈直角的橫截面，該橫截面主要由一層形成，而只在角部由另一層形成。
不管共擠出材料的具體幾何形狀，該材料中的一層由本發(fā)明類型的聚合物混合物形成，第二層可以由單一的聚酰胺或聚酰胺的混合物形成，反之，第二層也可由一種熱塑性聚酯或這種聚酯的混合物的形成。
若共擠出材料由一個(gè)芯和一個(gè)外皮組成，則芯優(yōu)選由一種PAT或聚亞烷基酯的混合物組成，而外皮則由一種聚酰胺或聚酰胺的混合物形成。
在牙刷刷毛的情況下，芯基本上確定彎曲性能和回復(fù)能力，而外皮基本上提供刷拭作用，用于涂敷介質(zhì)或清潔介質(zhì)的分布。盡管這種刷毛的外皮吸收增加量的水，但這對(duì)強(qiáng)度性能沒有或具有僅僅很少的影響，因?yàn)檫@些主要由芯來(lái)決定，其中芯具有顯著降低的濕氣吸收。
芯也可僅由一種熱塑性聚酯或聚酯混合物組成，因?yàn)楫?dāng)外皮由本發(fā)明的聚合物混合物組成時(shí)，芯不直接參與刷拭作用。此外本發(fā)明的聚合物混合物不僅可存在于芯內(nèi)也可存在于外皮內(nèi)，其中，在芯內(nèi)可增加PE或PAT部分而在外皮內(nèi)可增加PA部分的混合比例。
本發(fā)明的聚合物混合物的優(yōu)良強(qiáng)度特性還給出了這種的可能性，在由該混合物組成的芯情況下，所述芯設(shè)有一個(gè)由任何一種聚合物組成的外皮，特別是由一種PA或PA混合物制造的外皮。由此還可以將外皮染上不同視覺效果的顏色，這在使用PE和PE混合物的情況下是受到限制的，然而例如聚酰胺尤其容易著色。這種材料的組合還使得外皮非常薄。取決于應(yīng)用，刷毛直徑可變化，對(duì)于粗的刷子如街道刷來(lái)說可為5.0mm，而對(duì)于牙刷、化妝刷等來(lái)說可變?yōu)?.1mm。對(duì)于直徑介于0.5至5.0mm的刷毛來(lái)說，外皮可具有介于0.01至0.5mm的厚度。對(duì)于直徑范圍為0.1至0.3mm的牙刷刷毛來(lái)說，外皮的厚度可介于10至50μ。借此可以提供一種磨損顯示，其中隨著使用時(shí)間的增加，著色的外皮被除去，而未著色、但至少不同顏色的芯被暴露出來(lái)，從而從視覺上促使使用者注意到磨損的程度。
本發(fā)明聚合物混合物以其決定穩(wěn)定性的性能還給出了設(shè)置三層共擠出材料結(jié)構(gòu)的可能性，例如所述含有PAT或PAT混合物的芯還具有一個(gè)由本發(fā)明聚合物混合物制成的中間層和一個(gè)由彈性體或彈性體共混物制成的外層。在這種情況下，根據(jù)其對(duì)中間層的聚酯部分的親和性，特別建議一種共聚醚酯。同樣在該情況下，外部使用層提供最佳先決條件，用于滿足在刷拭、清潔、在按摩或涂敷介質(zhì)過程的要求。
最后，還能以中空芯形式形成芯，以吸收介質(zhì)并在刷毛的自由端將其釋放。
最后還提示出一種由芯和外皮組成的刷毛，若外皮由本發(fā)明的聚合物混合物或PA或一種PA混合物組成，則對(duì)刷毛端部進(jìn)行的機(jī)械加工可得到一種改正的質(zhì)量，特別是在沒有形成邊棱的情況下完美地變圓。
權(quán)利要求
1.一種用于刷毛的熱塑性單絲，所述刷毛被置于高濕度使用狀態(tài)，其特征在于，所述單絲包括一種由至少一種聚酰胺(PA)和至少一種熱塑性聚酯(PE)組成的聚合物混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的單絲，其特征在于，混合比PA/PE的選擇一方面根據(jù)對(duì)刷毛使用起決定性作用的技術(shù)功能性能而另一方面根據(jù)在使用場(chǎng)合對(duì)刷毛功能起決定作用的環(huán)境條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的單絲，其特征在于，混合比PA/PE介于10/90質(zhì)量％至90/10質(zhì)量％之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，混合比PA/PE介于20/80質(zhì)量％至80/20質(zhì)量％之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，刷毛的橫截面越小，在混合比PA/PE內(nèi)的PE部分越高。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，在刷毛的使用場(chǎng)合濕氣的影響越強(qiáng)和/或越持久，在混合比PA/PE內(nèi)的PE部分越高。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，熱塑性聚酯是聚對(duì)苯二甲酸亞烷酯(PAT)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的單絲，其特征在于，熱塑性聚酯是聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)或聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)或其混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，聚酰胺(PA)是一種由高質(zhì)量的聚酰胺與低質(zhì)量的聚酰胺組成的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，混合物中的聚酰胺組分一方面選自PA6.10、PA6.12、PA11、PA12而另一方面選自PA6、PA6.6。
11.一種用于刷毛的以至少兩層共擠出材料形式存在的熱塑性單絲，所述刷毛被置于高濕度使用狀態(tài)，其特征在于，共擠出材料的至少一層由權(quán)利要求1至10任何一項(xiàng)的聚合物混合物組成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的單絲，其特征在于，第二層由一種權(quán)利要求9或10的聚酰胺或聚酰胺混合物組成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的單絲，其特征在于，第二層由一種權(quán)利要求7或8的熱塑性聚酯或這種聚酯的混合物組成。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13任何一項(xiàng)的單絲，其中共擠出材料由一個(gè)芯和一個(gè)外皮組成，其特征在于，芯由一種純的PAT或聚亞烷基酯的混合物組成。
15.根據(jù)權(quán)利要求11至13任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，芯還由一種權(quán)利要求1至10之一的聚合物混合物組成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的單絲，其特征在于，芯由混合比為50/50質(zhì)量％至10/90質(zhì)量％的聚合物混合物PA/PAT組成。
17.根據(jù)權(quán)利要求7和9的單絲，其特征在于，在外皮內(nèi)存在有80/20質(zhì)量％比例的PA/PAT，而在芯內(nèi)存在有20/80質(zhì)量％比例的PA/PAT。
18.根據(jù)權(quán)利要求11至17任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，兩層的共擠出材料中的至少一層被染上相對(duì)于另一層在視覺效果上不同的顏色。
19.根據(jù)權(quán)利要求11至18任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，芯的直徑介于0.1至5.0mm之間，而外皮的厚度介于0.001至0.5mm之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求11至19任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，對(duì)于牙刷或化妝刷的刷毛，芯的直徑介于0.1至0.3mm之間，而外皮的厚度介于0.001至0.005mm之間。
21.根據(jù)權(quán)利要求11至20任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，它由一種具有芯和外皮以及彈性體外層的三層共擠出材料組成。
22.根據(jù)權(quán)利要求11至21任何一項(xiàng)的單絲，其特征在于，芯是中空芯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于刷毛的熱塑性單絲，所述刷毛被置于高濕度使用狀態(tài)，所述單絲包括一種由至少一種聚酰胺(PA)和至少一種熱塑性聚酯(PE)組成的聚合物混合物，其混合比PA/PE的選擇一方面根據(jù)對(duì)刷毛使用起決定性作用的技術(shù)功能性能而另一方面根據(jù)在使用場(chǎng)合對(duì)刷毛功能起決定作用的環(huán)境條件。
文檔編號(hào)D01F8/14GK1500163SQ02807566
公開日2004年5月26日 申請(qǐng)日期2002年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者喬治·魏老赫, 漢斯－烏爾里?！て帐? 喬治 魏老赫, 詼 鏘！て帳 申請(qǐng)人:佩得克斯有限公司