專利名稱：牙刷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種牙刷，具體地說，涉及有改進(jìn)了的牙刷毛形式的牙刷。
長時(shí)間以來已經(jīng)知道為了牙齒的衛(wèi)生使用牙刷，用來清潔口腔，也為了把一定程度的清新引進(jìn)口腔中。牙刷典型地包括一個(gè)頭，以及一個(gè)把，該頭有許多蔟，這些蔟用來進(jìn)行實(shí)際上的清潔。典型地，頭包括許多以適當(dāng)?shù)臉?gòu)形布置的牙刷毛蔟。這些牙刷毛蔟實(shí)際上由許多單根的牙刷毛組成，可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞桨堰@些牙刷毛固定在牙刷頭中。
傳統(tǒng)的牙刷典型地有由合成材料比如尼龍制成的牙刷毛。典型地用細(xì)柱把尼龍牙刷毛固定在它在牙刷頭中的位置，每個(gè)細(xì)柱用來把牙刷毛固定在一個(gè)蔟中的位置上，在任何給定的蔟中的牙刷毛為許多尼龍長段，細(xì)柱把它們對半折疊，并把它們在中間固定住。一旦把所有的牙刷毛固定在牙刷頭中的位置，通過已知的過程把牙刷毛的遠(yuǎn)端修剪成任何方便的形狀和尺寸，例如用旋轉(zhuǎn)的刀片。牙刷毛的端部可以為不同的形狀，以便提供不同的清潔效果。
這種已知類型的牙刷有由尼龍細(xì)絲制成的牙刷毛，通常，尼龍6，12細(xì)絲典型地有0.15-0.25毫米的直徑，常常為0.2毫米，此厚度是對牙刷毛提供必要的硬度所必須的，以便可以進(jìn)行足夠的牙齒清潔。這一直徑也代表了在牙刷毛之間可能存在的最小距離，因此，影響到牙刷毛與牙齒表面之間實(shí)際的接觸面積。這一接觸面積是重要的，因?yàn)檫@一面積越大，清潔就越有效。當(dāng)用一個(gè)新牙刷清潔平的牙齒表面時(shí)，接觸主要在牙刷毛尖端與牙齒表面之間。在這種情況下，實(shí)際的接觸面積由每個(gè)牙刷毛尖端與牙齒表面之間的單個(gè)的接觸面積的總和確定。這些單個(gè)的接觸面積由圓滑的牙刷毛尖端的彈性變形決定。較細(xì)的絲使得可以把牙刷做成有較密的蔟，并使實(shí)際的接觸面積提高。因此，這樣的牙刷更有效。
本發(fā)明在它的第一方面提供了一種牙刷，在此牙刷中細(xì)絲包括聚對苯二甲酸亞丙基酯(PTT)。
PTT作為樹脂在商業(yè)上可以由殼牌化學(xué)公司獲得，該公司的地址為One Shell Plaza，PO BOX 2463，Houston，Texas 77252-2463。可以以傳統(tǒng)的方式采用已知的材料把PTT樹脂加工成細(xì)絲，并可以利用已知的技術(shù)把它拉制成適當(dāng)直徑的細(xì)絲。PTT細(xì)絲在商業(yè)上可以由Shakespeare細(xì)絲公司獲得，該公司的地址為611 Shakespeare Road，PO BOX 4060，Columbia，South Carolina 29240，USA。
在這樣的牙刷中，可以用傳統(tǒng)的方法比如注塑并使用傳統(tǒng)的材料制作出牙刷的本體(即頭和把)。也可以用已知的技術(shù)把細(xì)絲裝接到牙刷頭上，例如用細(xì)柱把牙刷毛固定在牙刷頭上。
兩個(gè)性質(zhì)決定一種高聚物是否適宜于用做牙刷毛元件。第一是撓曲硬度，第二為撓曲可恢復(fù)性。這些性質(zhì)也決定了牙刷毛的尺寸，例如，包括撓曲硬度和撓曲可恢復(fù)性高的高聚物的牙刷毛將比撓曲硬度和撓曲可恢復(fù)性低的牙刷毛要硬，因此可以使牙刷毛更細(xì)，可以把更多的牙刷毛組裝在一起，從而使表面的接觸面積更大。
撓曲硬度由拉制的高聚物的軸向彈性模量來決定。此模量對于干燥的尼龍6，12和PTT都大約為3GPa。然而，水會(huì)使尼龍6，12變成可塑的，這使得軸向彈性模量減小大約40％，并因此使硬度減小。相反，水對PTT的影響可以忽略。這意謂著180微米直徑的PTT細(xì)絲將有與200微米直徑的尼龍牙刷毛大約相同的潮濕的硬度。因此，對于一個(gè)給定的撓曲硬度來說，采用PTT細(xì)絲適當(dāng)?shù)貥?gòu)成的牙刷提供了比尼龍細(xì)絲改進(jìn)了清潔效率的措施，PTT細(xì)絲可以比尼龍6，12牙刷毛稍微細(xì)一些。因此，它們可以更緊密地組裝在一起，并使表面接觸面積更大。
撓曲可恢復(fù)性與受拉可恢復(fù)性相關(guān)，受拉可恢復(fù)性是用于材料的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)指標(biāo)。當(dāng)用做牙刷毛的材料時(shí)，有較高受拉可恢復(fù)性的材料將可以經(jīng)得住松脫。松脫是在刷牙過程中產(chǎn)生的周期性撓曲應(yīng)變所造成的牙刷毛的永久變形。因此，受拉可恢復(fù)性和耐松脫的能力都由高聚物的類型和如何加工確定。
基于上述內(nèi)容，任何理想的細(xì)絲材料要有相對較高的撓曲彈性模量，以及極好的撓曲可恢復(fù)性。
不幸的是，通常采用的有高軸向彈性模量的高聚物細(xì)絲，比如分子重量高的聚乙烯和Kevlar的撓曲可恢復(fù)能力很差。
我們驚奇地發(fā)現(xiàn)，PTT有極好的撓曲可恢復(fù)性，同時(shí)有與尼龍6，12類似的軸向彈性模量。我們也發(fā)現(xiàn)，某些有與PTT類似結(jié)構(gòu)的高聚物材料，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚對苯二甲酸丁基酯(PBT)，比PTT的撓曲可恢復(fù)性要差得多。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，細(xì)絲可以僅只包括拉制的PTT。然而，在本發(fā)明的其它設(shè)想的實(shí)施例中，PTT可以與其它高聚物共同擠壓，例如與有高的撓曲彈性模量的高聚物共同擠壓。這樣共同擠壓的高聚物的一個(gè)例子是PET，可以把PET做成有比其它高聚物比如PBT(3GPa)要高的撓曲彈性模量(10GPa)。在可能的共同擠壓中，一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是共同擠壓出帶有PET芯和PTT鞘套的細(xì)絲，共同擠壓的產(chǎn)品通常在清潔效率與抗松脫能力之間得到一個(gè)平衡，對于一種給定的牙刷達(dá)到最佳。
作為高聚物與PTT共同擠壓或者鞘套/芯共同擠壓品的另一種替代方案，也設(shè)想由PTT與另一種高聚物例如PET一起制作共擠壓的纖維，在此過程中，并排地共同擠壓PTT與另一種高聚物的物料流。這樣，可以生產(chǎn)出一種共同擠壓的高聚物，此高聚物在其端部的分裂是可控的。從而，在清潔過程中，導(dǎo)致改進(jìn)的表面接觸。也可以與當(dāng)接觸水時(shí)會(huì)膨脹的高聚物例如尼龍6，12一起進(jìn)行共擠壓。如果這樣制作共擠壓產(chǎn)品，這種膨脹可以使該細(xì)絲當(dāng)與水接觸時(shí)會(huì)逐漸變成柔性的。這樣，在刷牙的過程中，這種變?nèi)岬男再|(zhì)使得牙刷毛可以清潔在其它情況下不能清潔的牙齒區(qū)域。
本發(fā)明也可以設(shè)想下面的實(shí)施例，可以把PTT纖維或共擠壓產(chǎn)品制作成芯是中空的。在按照本發(fā)明的牙刷的牙刷毛的截面可以為任何規(guī)則或不規(guī)則的形狀，例如，圓形、橢圓形、長方形、星形、三角形等。
現(xiàn)在將更詳細(xì)地以示例的方式描述本發(fā)明。
示例1采用一種位移控制的拉伸/壓縮儀器(Instron5566)來評(píng)估單絲的受拉機(jī)械性質(zhì)。利用壓縮夾具把一個(gè)標(biāo)距長度為50毫米的細(xì)絲在豎直方向上安裝在該儀器中。一個(gè)夾具裝接到該儀器的底部的一個(gè)固定的位置，而另一個(gè)夾具接裝到一個(gè)加載室上，此加載室安裝在該儀器的移動(dòng)的十字頭的下面。隨后，在以50毫米/分鐘的速率拉伸細(xì)絲直到出現(xiàn)細(xì)絲斷裂的過程中，連續(xù)地監(jiān)測受拉作用力的變化。利用試樣的初始截面積和長度把作用力/位移的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成應(yīng)力/應(yīng)變數(shù)據(jù)。由應(yīng)力/應(yīng)變曲線在0-2％應(yīng)變區(qū)域的斜率計(jì)算出軸向上的彈性模量。采用最小二乘法算出這一斜率。
在20攝氏度和45％相對濕度下這樣測得的典型數(shù)值為高聚物供應(yīng)商 直徑(微米) 彈性模量(GPa)PET Hoechst2007.6尼龍6，12DuPont(杜邦) 1573.4PBT Whiting1783.2PTTShakespeare單絲公司 1753.0PTTShakespeare單絲公司 2082.7示例2可以通過測量受拉可恢復(fù)度確定高聚物的撓曲可恢復(fù)性。
為了測量受拉可恢復(fù)度，以20毫米/分鐘的速率拉伸50毫米的試樣直到產(chǎn)生20％的應(yīng)變。隨后，使該試樣在此20％應(yīng)變下沒有應(yīng)力地松馳2分鐘，然后，十字頭開始以20毫米/分鐘的速率往回運(yùn)動(dòng)，為的是使試樣開始由所加的變形恢復(fù)原狀。在此過程中作用力第一次降到零時(shí)試樣的長度給出對立即的殘余拉伸的度量，把它除以初始的標(biāo)距長度，可以把它轉(zhuǎn)換成立即的殘余應(yīng)變。保持0％的應(yīng)變另外的五分鐘之后，十字頭再次以20毫米/分鐘的速率運(yùn)動(dòng)，再次拉伸該試樣。在此過程中作用力升高到零以上時(shí)試樣的長度給出對保持0％的應(yīng)變另外的五分鐘之后的恢復(fù)長度的度量?？梢约僭O(shè)它給出最后的殘余拉伸的度量，把它除以初始的標(biāo)距長度，可以把它轉(zhuǎn)換成最后的殘余應(yīng)變。
這樣，通過下式可以算出初始的可恢復(fù)度
這樣，通過下式可以算出最后的可恢復(fù)度
這樣對于0.2的初始產(chǎn)生的應(yīng)變測得的典型數(shù)值為高聚物 直徑(微米) 最初的可恢復(fù)最后的可恢復(fù)度的百分?jǐn)?shù) 度的百分?jǐn)?shù)PTT175 90.4 99.8PTT208 87.5 99.2PBT178 73.8 84.3尼龍6，12175 54.6 67.5PET200 25.1 38.9
可以看出，PTT單絲可以幾乎完全地由所產(chǎn)生的20％的應(yīng)變恢復(fù)。
可以清楚地看出，在尼龍、PET和PBT的受拉可恢復(fù)度的測量值低的同時(shí)，PTT的值令人驚奇地高。
參見附圖
，唯一的圖為按照本發(fā)明構(gòu)造的牙刷頭的簡化的部分部件分解透視圖。
參見該圖，牙刷頭1由塑料材料比如聚乙烯制成，采用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)把它注塑而成?？梢岳靡阎募夹g(shù)把牙刷毛固定進(jìn)牙刷頭中，比如借助于細(xì)柱3把牙刷毛的長度對折，固定進(jìn)頭1中。每個(gè)細(xì)柱與許多對牙刷毛2結(jié)合，這些牙刷毛由單根的PTT細(xì)絲對折構(gòu)成，并使細(xì)柱穿過細(xì)絲的被折疊的部分4。一旦把所有牙刷毛2固定在頭1中的位置中，就采用已知的技術(shù)把牙刷毛的遠(yuǎn)端2a修剪成所要求的形狀和尺寸。
PTT細(xì)絲的直徑為0.18毫米，可以用任何已知的技術(shù)制作這些細(xì)絲，比如熔紡，在歐洲專利文件EP-A-0745711(殼牌公司)中描述的冷拉法。雖然可以采用任何生產(chǎn)PTT的方法來制作適當(dāng)?shù)睦w維用做牙刷毛，但是，本申請描述了一種優(yōu)選的方法。在此實(shí)施例中的牙刷毛為實(shí)心的PTT，但是，如上所述，可以設(shè)想使用中空的由PTT構(gòu)成的細(xì)絲。
權(quán)利要求
1.一種牙刷，它有由聚對苯二甲酸亞丙基酯構(gòu)成的細(xì)絲。
2.按照權(quán)利要求1中所述的牙刷，其特征在于，細(xì)絲僅只由聚對苯二甲酸亞丙基酯構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1中所述的牙刷，其特征在于，細(xì)絲由聚對苯二甲酸亞丙基酯與另一種高聚物材料共同擠壓而成。
4.按照權(quán)利要求3中所述的牙刷，其特征在于，細(xì)絲為并排共同擠壓物。
5.按照權(quán)利要求3和4中所述的牙刷，其特征在于，細(xì)絲為由聚對苯二甲酸亞丙基酯與一種軸向彈性模量比聚對苯二甲酸亞丙基酯高的材料共同擠壓物。
6.按照權(quán)利要求5中所述的牙刷，其特征在于，具有軸向彈性模量比聚對苯二甲酸亞丙基酯高的材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯。
7.按照權(quán)利要求3或4中所述的牙刷，其特征在于，共擠壓物為尼龍。
8.按照權(quán)利要求1或3中所述的牙刷，其特征在于，細(xì)絲的芯為一種高聚物材料，而鞘套為另一種高聚物材料。
9.按照權(quán)利要求8中所述的牙刷，其特征在于，芯為聚對苯二甲酸乙二醇酯，而鞘套為聚對苯二甲酸亞丙基酯。
10.按照權(quán)利要求1-4中所述的牙刷，其特征在于，細(xì)絲的芯是中空的。
全文摘要
一種牙刷,它具有由聚對苯二甲酸亞丙基酯構(gòu)成的細(xì)絲。
文檔編號(hào)A46D1/00GK1273513SQ98809840
公開日2000年11月15日 申請日期1998年7月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月1日
發(fā)明者D·G·薩維爾 申請人:尤尼利弗公司