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摘要
申请专利号:

CN96192249.4

申请日:

1996.01.30

公开号:

CN1176581A

公开日:

1998.03.18

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回||||||公开

IPC分类号:

A46D1/00

主分类号:

A46D1/00

申请人:

加拿大吉勒特公司;

发明人:

托马斯·克雷格·马斯特曼; 简·L·斯潘塞; 唐纳·J·比尔斯

地址:

加拿大魁北克

优先权:

1995.02.01 US 08/381,792

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所

代理人:

马江立

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内容摘要

本发明涉及具有均匀直径刷丝的牙刷,该刷丝包括其粒度在约0.01~10μm之间的抛光剂,该牙刷改进了对牙的清洗,不会因主动的磨蚀而产生任何坏的副作用。本发明的实施例包括一个牙刷,该牙刷包括与牙刷头相连的把手,该牙刷头上具有至少一簇牢固固定在或装在该牙刷头上的刷丝束,刷丝束包括许多丝,这些丝包括(a)热塑性丝的基体材料和(b)有效抛光作用量的抛光剂,该抛光剂的粒度在约0.1~10μm之间。如果发生结团作用使刷丝中结团粒子的粒度在所述范围内,则也可以用小于0.1μm的颗粒。本发明的另一实施例包括清洁口腔的方法,该方法包括:(A)提供一个牙刷,该牙刷包括与牙刷头连接的把手,该牙刷头上至少具有一簇牢固固定在或装在该牙刷头上的刷丝束,刷丝束包括许多丝,该丝包括(a)热塑性丝的基体材料和(b)有效抛光作用量的抛光剂,抛光剂粒度在约0.1~10μm范围内;(B)将有效量的无磨料和无抛光剂的牙膏抹在上述刷丝的自由端部上;(C)刷上述口腔中的牙、牙床等。

权利要求书

1: 一种牙刷,包括与一个牙刷头相连接的把手,该牙刷头至少具有 一簇牢固固定于或装在牙刷头上的刷丝束,上述刷丝束包括许多细长的 丝,该丝具有大体均匀的直径,其组成包括: (a)热塑性丝的基体材料; (b)有效抛光作用量的抛光剂,抛光剂的粒度在约0.10~10μm之间。
2: 如权利要求1所述的牙刷,其特征在于,上述丝其直径沿上述丝 的长度的变化不超过20%。
3: 如权利要求2所述的牙刷,其特征在于,上述丝其直径沿上述丝 的长度的变化不超过10%。
4: 如权利要求3所述的牙刷,其特征在于,上述抛光剂选自下列一 组材料,该组材料包括: 塑料颗粒: 胡桃壳颗粒; 硬木颗粒; 玉米芯颗粒; 橡胶颗粒; 碳酸钙; 文石土; 斜方晶土; 方解石土; 菱晶形土; 高岭土; 膨润土; 磷酸二钙; 无水磷酸二钙; 二水合磷酸二钙; 磷酸三钙; 焦磷酸钙; 不溶性偏磷酸钠; 沉淀碳酸钙; 正磷酸镁; 磷酸三镁; 羟磷灰石; 合成磷灰石; 铝土; 水合铝土; 水合硅干凝胶; 金属硅酸铝络合物; 硅酸铝钠; 硅酸锆; 二氧化硅;及 它们的混合物。
5: 如权利要求4所述的牙刷,其特征在于,上述抛光剂的Moh氏硬 度在约0.5~10的范围内。
6: 如权利要求5所述的牙刷,其特征在于,上述丝包括上述抛光剂, 其含量约在0.5%~25%(重量)之间,上述抛光剂的粒度约在0.1~10μm 之间,其中上述抛光剂选自高岭土、铝土、羟磷灰石、硅石以及它们的 混合物这一组材料。
7: 如权利要求6所述的牙刷,其特征在于,丝的基体材料选自聚酰 胺、乙烯树脂、聚酯、含氟聚合物、聚丙烯酸酯、聚砜及它们的混合物 这一组材料。
8: 如权利要求7所述的牙刷,其特征在于,上述抛光剂一般分散在 整个上述丝中。
9: 如权利要求8所述的牙刷,其特征在于,上述丝还包括分散剂。
10: 如权利要求9所述的牙刷,其特征在于,上述丝还包括分散剂, 该分散剂从下面一组材料中选出,该组材料包括硬脂酸镁、硬脂酸锌、 硬脂酸钙、非饱和脂肪酸的二甲基酰胺、脂肪酸、含氟聚合物基的分散 剂、脂肪、硬脂酸铝、硅油、二酰胺蜡以及它们的混合物。
11: 如权利要求10所述的牙刷,其特征在于,上述丝还包括偶联剂, 该偶联剂选自下面一组材料:乙烯基硅烷、氯丙基硅烷、环氧硅烷、异 丁烯酸酯硅烷、伯胺硅烷、二胺硅烷、巯基硅烷、阳离子硅烷、环脂族 环氧硅烷、钛酸酯以及它们的混合物。
12: 如权利要求11所述的牙刷,其特征在于,上述丝的直径在约 100μm-350μm之间。
13: 如权利要求12所述的牙刷,其特征在于,上述热塑性丝的基体 材料选自聚酰胺、乙烯树脂和聚酯这一组材料。
14: 如权利要求13所述的牙刷,其特征在于,上述分散剂选自硬脂 酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、二酰胺蜡以及它们的混合物这一组材料。
15: 如权利要求14所述的牙刷,其特征在于,上述抛光剂是高岭土。
16: 如权利要求7所述的牙刷,其特征在于,上述丝还包括芯部和包 覆区,该包覆区至少沿一部分丝的外表面延伸并向内伸入一部分横截面 区域;其特征还在于:包覆区包括有效作用量的上述抛光剂,上述芯部 区包括0%~25%的抛光剂。
17: 如权利要求7所述的牙刷,其特征在于,上述丝还包括芯部区和 包覆区,该包覆区至少沿一部分丝的外表面延伸,并进一步向内伸入一 部分横截面区域,其特征还在于,上述包覆区包括0%~25%的上述抛 光剂,上部芯部区包含有效量的上述抛光剂。
18: 如权利要求17所述的牙刷,其特征在于,上述丝的自由端部作 成圆形的,形成大体拱形,该拱形高与宽之比约小于1。
19: 一种牙刷,包括把手及与其相联的牙刷头,该牙刷头上具有至少 一簇牢固固定在或装在该牙刷头上的刷丝束,上述刷丝束包括许多细长 丝,该丝具有大体均匀的直径并包含: (a)热塑性丝的基体材料; (b)有效抛光作用量的抛光剂,该抛光剂的粒度在约0.1~10μm之 间,上述丝的特征在于: 直径范围在约100~350μm之间; 摩擦系数在约0.01~0.90之间; ISO挺度值为软到中等; 刷丝束的保持力大于3磅,弯曲恢复率在80%~100%之间; 断裂伸长率在约1%~500%; 抗拉强度在约5000~200000psi之间; 抗拉模量和弯曲模量在约100000~3000000psi之间。
20: 如权利要求19所述的牙刷,其特征在于,上述丝的直径沿上述 丝的长度其变化不超过20%,其特征还在于,上述抛光剂选自下列一组 材料: 塑料颗粒; 胡桃壳颗粒; 硬木颗粒; 玉米芯颗粒; 橡胶颗粒; 碳酸钙; 文石土; 斜方晶土; 方解石土; 菱晶形土; 高岭土; 膨润土; 磷酸二钙; 无水磷酸二钙; 二水合磷酸二钙; 磷酸三钙; 焦磷酸钙; 不溶性偏磷酸钠; 沉淀碳酸钙; 正磷酸镁; 磷酸三镁; 羟磷灰石; 合成磷灰石; 铝土; 水合铝土; 水合硅干凝胶; 金属硅酸铝络合物, 硅酸铝钠; 硅酸锆; 二氧化硅;及 它们的混合物。
21: 如权利要求20所述的牙刷,其特征在于,上述丝包含约 0.5%~25%(重量)的上述抛光剂,该抛光剂的粒度在约0.1~10之间, 其中上述抛光剂选自下列的这组材料:高岭土、铝土、羟磷灰石、硅石 及它们的混合物,而且丝的基体材料选自下列的这组材料:聚酰胺、乙 烯树脂、聚酯、含氟聚合物、聚丙烯酸酯、聚砜以及它们的混合物。
22: 如权利要求21所述的牙刷,其特征在于,上述丝还包括分散剂, 该分散剂选自下列的这组材料:硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、非饱 和脂肪酸的二甲基酰胺、脂肪酸、含氟聚合物基分散剂、脂肪、硬脂酸 铝、硅油、二酰胺蜡及它们的混合物,而且上述丝还包括偶联剂,该偶 联剂选自下列的这组材料:乙烯基硅烷、氯丙基硅烷、环氧硅烷、异丁 烯酸酯硅烷、伯胺硅烷、二胺硅烷、巯基硅烷、阳离子硅烷、环脂族环 氧硅烷、钛酸酯以及它们的混合物。
23: 如权利要求22所述的牙刷,其特征在于,上述芯材料沿整个纵 向表面延伸。
24: 如权利要求10所述的牙刷,其特征在于,上述丝的特征是: 直径在约150~200μm范围内; 摩擦系数在约0.20~0.80范围内; 弯曲恢复率在90%~100%范围内; 断裂伸长率在约1%~200%的范围内; 抗拉强度在约5000~100000psi范围内; 抗拉和弯曲模量在约100000~1500000psi范围内;
25: 一种清洁口腔的方法,包括: (A)提供一种牙刷,该牙刷包括把手及与其相连接的牙刷头,该 牙刷头上具有至少一簇牢固固定在或安装在该牙刷头上的刷丝束,上述 刷丝束包括许多细长丝,该丝具有大体均匀的直径,并包括: (a)热塑性丝的基体材料; (b)有效抛光作用量的抛光剂,该抛光剂的粒度在约0.10~10μm范围 内; (B)将有效量的无磨料和无抛光剂的牙膏抹在上述刷丝的自由端部 上; (C)洗刷上述口腔。
26: 如权利要求25所述的清洁口腔的方法,其特征在于,上述丝的 直径沿上述丝的长度的变化不超过20%,而且上述抛光剂选自一组材 料,该组材料包括: 塑料颗粒; 胡桃壳颗粒; 硬木颗粒; 玉米芯颗粒; 橡胶颗粒; 碳酸钙; 文石土; 斜方晶土; 方解石土; 菱晶形土; 高岭土; 膨润土; 磷酸二钙; 无水磷酸二钙; 二水合磷酸二钙; 磷酸三钙; 焦磷酸钙; 不溶性偏磷酸钠; 沉淀碳酸钙; 正磷酸镁; 磷酸三镁; 羟磷灰石; 合成磷灰石; 铝土; 水合铝土; 水合硅干凝胶; 金属硅酸铝络合物, 硅酸铝钠; 硅酸锆; 二氧化硅;及 它们的混合物;
27: 如权利要求26所述的清洁口腔的方法,其特征在于,上述丝包 括约0.5~25%(重量)的上述抛光剂,该抛光剂的粒度在约0.1~10μm 的范围内,其中上述抛光剂选自一组材料,该组材料包括:高岭土、铝 土、羟磷灰石、硅石以及它们的混合物,而且丝的基体材料选自一组材 料,该组材料包括聚酰胺、乙烯树脂、聚酯、含氟聚合物、聚丙烯酸酯、 聚砜以及它们的混合物。

说明书


牙刷

    1.发明领域

    本发明涉及牙刷用的刷丝(或纤维)。本发明具体涉及用于清洁口腔和抛光牙齿的改良的刷丝。本发明还涉及用包含上述改良地新型刷丝的牙刷清洁口腔和抛光牙齿的方法。

    2.先有技术说明

    商售牙刷通常具有细长的把手,单丝的或共挤压(复合挤压)丝作的刷毛装在把手远端的大体压平的面向侧面的头部上。细而柔性刷毛是光滑的部件,其端部以直角切断并常常作成圆拱形头部。这种牙刷和刷牙机构在口腔卫生中起着重要作用。已经明确地显示,刷牙有助于减少牙病。这一点例如请参看Fosdick,L.S.在J.Am.Dent.Assoc.,40,133(1950)中的论述。另外,定期用美容牙膏刷牙还可减少易感染疾病中牙腐蚀的发病率。

    定期用牙膏刷牙还可以有效地减少和防止牙周炎,除去食物残渣和按摩牙床。大多数商售牙膏包括温和的磨料粉,以改进组分除去固结物的能力,除去可看见的牙斑,除去够得着的残渣和除去牙齿上的表面色斑。

    已经尝试在用于牙刷的纤维线中嵌入磨料或在其上粘接磨料。例如可参考Davis的美国专利No.1,470,710和Hoagland的美国专利No.5,249,961。这些试验由于以下原因而不能满足消费者的需要:(a)易于失去嵌入的磨料;(b)容易擦伤牙床;(c)缺乏机械强度。另外,在Muhler等人的美国专利No.2,618,154中说明了一种单件的整体模制牙刷,具有锥形的刷毛。整个牙刷/刷毛结合体是用含有磨料达30%(重量)的塑料制作。这种努力也没有获得成功,因为很难模制这种牙刷。另外,模制的即无定向的刷毛其机械特性例如挺度、弯曲还原能力等很不好,而且易于倾斜。

    另外,磨料已加在用于预防性齿窝清洁件的弹性材料中。这些动力驱动的清洁件由技术很熟练的牙科专业人员用来抛光和清洁牙齿。例如请参考Sloan的美国专利No.3,977,084和Hammar等人的美国专利No.5,273,559。

    已经尝试提出一种牙刷,该牙刷具有粗糙的不规则的平面,以使刷毛壁更具磨光性。例如见Hansen的美国专利No.3,671,381。这种尝试要求随后用苛性碱或高压蒸气浸蚀刷毛,这样成本增加并导致失去机械特性。已进行另外一些尝试,使刷毛具有更规则的磨光凸出部。例如请参考Nishioka的美国专利No.4,373,541。这些尝试没有达到商业的成功,由于个别地模制各个刷毛很不方便而且增加加工成本。另外,这些刷毛的机械特性是很差的。

    在非口腔方面的工业应用例如金属抛光刷、扫路刷以及真空清洁刷等上广泛使用含有磨料的丝材料。例如见以下的美国专利:Maxwell的No.2,336,797;Peterson的No.2,609,642;Price等人的No.2,711,365;Storrs等人的No.2,712,987;Gruber等人的No.2,836,517;Burk等人的No.2,920,947;Downing等人的No.3,115,401;Rands的No.3,384,915;Wilson的No.3,556,752;Charvat等人的No.3,577,839;Rands的No.3,696,563;Pichelman的No.4,305,234;Matsui的No.4,627,950;Rhodes的No.4,630,407;Steinback的No.4,704,823;Young等人的No.5,016,311;McGurran的No.5,030,496;Abrahamson等人的No.5,045,091;Nicely等人的No.5,056,26;Young的No.5,083,840;Hettes等人的No.5,108,155;Fowlie等人的No.5,211,725和McMahan等人的No.5,227,229。

    发明概要    

    我们已发现,制作一种其刷毛直径均匀的牙刷,其刷毛中含有粒径约0.01~100μm的抛光剂,用这种牙刷可以改进牙齿的清洁而不会因为主动磨蚀而产生任何有害的副作用。本发明的一个实施例包括一种牙刷,该牙刷包括一个与牙刷头相连的把手,该牙刷头至少具有一簇牢固固定在或装在该头上的刷丝束,该刷丝束包括许多刷丝,该刷丝包括:(a)热塑性丝的基体材料;(b)有实际抛光作用量的抛光剂;抛光剂的粒度约在0.1~10μm之间。如果发生团粒作用,使刷毛上团粒的粒度在如上所述的范围内,则也可以应用小于0.1μm粒度的颗粒。

    本发明的另一实施例包括清洁口腔的方法,该方法包括:(A)提供一种牙刷,该牙刷包括一个与牙刷头相连的手柄,该牙刷头至少具有一簇牢固固定在或装在该头上的刷丝束,该刷丝束包括许多刷丝,该刷丝包括(a)热塑性刷丝的基体材料和(b)有实际抛光作用量的抛光剂,该抛光剂的粒径约在0.10~10μm之间;(B)将有效量的无磨料和无抛光剂的牙膏加在上述刷毛的自由端上;(C)洗刷上述口腔中的牙和牙床。

    本发明的一个目的是提供一种牙刷,该牙刷可以克服上述先有技术牙刷的缺点。

    本发明的另一目的是提供一种具有改进口感的牙刷。

    本发明的再一目的是提供一种牙刷,该牙刷即使与无磨料的牙膏一起使用也能对牙提供很好的抛光作用和清洁作用。

    本发明的再一目的是减少磨损和倾斜。

    本发明的再一目的是减少获得良好口腔卫生所需要的刷牙时间。

    本发明的再一目的是提供一种牙刷刷丝材料,该材料具有易处理的特性。我们已经观察到,用在本发明中的刷丝在形成丝簇期间更容易用挑选器抓住和可以更有效地进行处理。

    本发明的再一个目的是提供一种刷丝,该丝在用磨光打圆设备加工时一般更容易形成均匀的圆端部(即端部被打圆)。

    从下面的说明可以明显看出这些和其它目的。

    附图的简要说明

    图1是用于例示本发明原理的牙刷的局部侧视图;

    图2是图1牙刷的局部放大顶视平面图;

    图3和4是沿图1的2-2线截取的本发明新式刷丝的放大示意侧视图,其中一部分丝被截去;

    图5和6是本发明刷丝表面的电子扫描显微照相部分图,两种刷丝是尼龙612,包含4%的水合高岭土,其平均粒径约0.6μm。图5的放大倍数是350倍,图6是1200倍。

    图7是示意图,示出用于制作图4刷毛的共挤压加工。

    发明的详细说明

    在本发明的牙刷中,在图1所示的那种牙刷中包括新颖的刷丝。牙刷至少具有一簇牢固固在或装在牙刷头上的刷丝刷毛,上述簇刷丝包括许多本发明的刷丝。如图所示,牙刷10包括把手12和牙刷头14,牙刷头上有多簇刷丝束16。该刷丝束16包括许多单个的刷丝,并以周知的方式牢固地固定或装在牙刷头14上。牙刷头14和刷丝束16的构形可以变化,可以是椭圆形、弯曲的凸曲形、弯曲的凹形、形成平面、锯齿的“V”形或任何其它需要的形状。另外,把手12或刷丝束16的结构、形状和尺寸均可以改变,而且把手12和牙刷头14的轴可以在同一平面上或不同平面上。本发明刷丝的纵截面和横截面尺寸以及刷丝端部的轮廓均可以改变,而且刷丝端部的挺度、弹性和形状可以改变。本发明的优选刷丝具有基本均匀的纵向长度,该长度在约0.50~1.50cm之间,该刷丝还具有基本均匀的在约100~350μm之间的横截面尺寸,并具有光滑的或圆形的头或端部。

    参照图2,用在本发明中的牙刷刷丝包括抛光剂和热塑性丝的基体材料。我们已经发现,利用平均粒径约在0.10~10μm的颗粒(或通过颗粒的团粒作用达到同等粒径的粒子)的抛光剂;可使牙刷获得改进的清洁性能,而不会像用工业磨光丝那样严重损伤牙床和牙齿珐琅。按照本文的用法,术语“抛光剂”是指粒径主要在0.01~100μm之间的材料,其Moh氏硬度在0.5至10之间,最好是5或更低,因而它不会损伤牙床。也可以使用小于0.1μm的团粒,只要该团粒的平均直径在所要求的范围内。

    在刷毛中抛光剂的量随刷毛的基体材料的种类、抛光剂的粒径以及抛光剂的类型(硬度)而改变。抛光剂的有效量一般在约0.2%~25%(重量)之间变化,最好在约0.5%~5%(重量)之间变化。

    适于用在本发明中的抛光剂包括:

    塑料颗粒;

    胡桃壳颗粒;

    硬木颗粒;

    玉米芯颗粒;

    橡胶颗粒;

    碳酸钙;

    文石土;

    斜方晶形土;

    方解石土;

    三角晶形的土;

    高岭土;

    膨润土;

    磷酸二钙;

    无水磷酸二钙;

    二水合磷酸二钙;

    磷酸三钙;

    焦磷酸钙;

    不溶性的偏磷酸钠;

    沉淀碳酸钙;

    磷酸三镁;

    羟磷灰石;

    合成磷灰石;

    铝土;

    水合铝土;

    水合硅的干凝胶;

    金属硅酸铝络合物;

    硅酸铝钠;

    硅酸锆;

    二氧化硅;及

    它们的混合物。

    优选的抛光剂包括:煅烧的或水合的高岭土;铝土(Al2O3),具体为Whittaker公司生产的水合铝土;硅石(SiO2),具体为Cabot公司生产的CAB-O-SIL牌号、硅石(二氧化硅);和它们的混合物。

    硅石可以是沉淀硅石或硅胶,例如为下列专利说明的硅的干凝胶:Pader等人的于1970年3月2日颁布的美国专利No.3,538,230和DiGiulio的于1975年6月21日颁布的美国专利No.3,862,307,这两个专利已通过引用包含在本文中。优选的是由W.R.Grace & Company公司的Davison Chemicai Division分公司制造的商品名为“ Syloid”的市场上出售的硅的干凝胶。优选的沉淀硅石材料包括由J.M.Huber Corparation公司出售的商品名为“Zeodent”的材料,具体为铭牌“Zeodent 119”的硅石。在1982年7月29日颁布的美国专利No.4,340,583中说明了这些硅石,该专利也通过引用结合在本文中。

    最好的抛光剂是高岭土。高岭土可以是由新泽西州Iselin市的Engelhard Corp.公司出售的如ASP 6000品牌的水合高岭土。高岭土也可以是无水高岭土,如新泽西门州Iselin市的Engelhard公司出售的品牌为Translink 555的高岭土。另外,高岭土的表面可用表面活性剂改性,如品牌为Translink 555的高岭土或俄亥俄州Akron市的Polymer ValleySciences出售的品牌为Polarlink 5的高岭土。

    本发明优选的刷丝在室温下具有以下特性:

    直径范围:0.004~0.012英寸(100~350μm);

    摩擦系数:0.01~0.90(ASTM D3108,D3702);

    挺度(刚度):柔软-中等(ISO 8627);

    刷丝束的保持力:>3磅(ASTM D638);

    弯曲恢复率:80~100%(Dupont Mandrel Method法)

    断裂伸长率:1~500%(ASTM D638);

    抗拉强度:5000~200000PSi(磅/英寸2),下同(ASTM D638);

    抗拉和弯曲模量:100000~3000000PSi(ASTM D638,D790)。

    本发明的最好刷丝在室温下具有以下特性:

    摩擦系数:0.2~0.8;

    刷丝束保持力:3~10磅;

    弯曲恢复率:90~100%;

    断裂伸长率:1~200%;

    抗拉强度:5000~100000Psi;

    抗拉和弯曲模量:100000~1500000Psi。

    已经观察到,在刷丝中加入抛光剂可以影响刷丝的挺度。因此很希望制出具有高挺度的细刷丝,以便在牙齿之间穿过。通过调节挤压参数和刷丝的成分可以达到这一点。在本发明的优选实施例中,刷丝的直径约在100~350μm之间,最好在150~200μm之间,其弯曲和抗拉模量挺度约在100000~3000000PSi之间,最好在约100000~1500000Psi之间。

    本发明的刷丝具有“大体均匀直径”,这是指横截面沿刷丝的长度没有显著变化。横截面的变化沿刷丝的长度不超过20%比较好,最好不超过10%。其横截面最好是圆形的,但是其它的形状例如方形的、八角形的和矩形的形状均在本发明的范围内。另外,刷丝的头部或自由端部可以作成圆形的,大体形成为拱形,拱形高度与其平均宽度的比约小于1,最好约0.5。

    本发明的热塑性刷丝的基体材料可以是任何一种其中可以分散上述抛光剂和可以作成牙刷丝的材料。优选的热塑性牙刷丝的基体材料可以是选自一组材料中任何材料,这组材料包括聚酰胺(例如Amodel公司的Nylon 612、乙酰树脂、聚酯(例如聚丁烯对苯二甲酸丁二酯-PBT)、含氟聚合物(例如聚偏氟乙烯)-PVDF;氟化的乙烯-丙烯树脂-FEP)、聚丙烯酸酯、聚砜以及它们的混合物。热塑性的基体材料最好是聚酰胺例如DuPont公司或BASF公司的丝级聚酰胺、乙酰树脂例如DuPont公司的丝级乙酰树脂、或聚酯例如DuPont、Celanese或GeneralElectric公司的丝级聚酯。

    还可以在刷丝材料中加入其它添加剂。例如可以加入分散剂,以便在处理刷丝材料期间适当分散抛光剂。这些分散剂可以从一组材料中选出,这种材料包括硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、非饱和脂肪酸的二甲基酰胺、脂肪酸(例如硬脂酸)、含氟聚合物基的分散剂、脂肪(即甘油的酯)、硬脂酸铝、硅油、二酰胺蜡以及它们的混合物。优选的分散剂选自下面一组材料,这组材料包括硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、二酰胺蜡以及它们的混合物。

    另外,在本发明中也可以加入偶联剂,以增加在热塑性基体材料和抛光颗粒之间的相互作用,由此使它们保持在悬浮状态,在加工时更加均匀地分散,同时也改进了拉伸强度、拉伸模量和弯曲模量。这些偶联剂选自下面一组材料,这组材料包括乙烯硅烷、氯丙基硅烷、环氧硅烷、异丁烯酸酯硅烷、伯胺硅烷、二胺硅烷、巯基硅烷、阳离子硅烷、环脂族环氧硅烷、钛酸酯(例如三-(甲基丙烯酰基)异丙基钛酸酯)以及它们的混合物。或者抛光剂例如高岭土可以用例如Engelhard公司出售的偶联剂涂覆。

    技术人员熟知的其它一些添加剂例如聚乙二醇、抗氧化剂、增塑剂等也可以加在刷丝中。

    虽然本发明的刷丝单丝是优选的,但本发明的刷丝可用共挤压工艺制备,其中外层(包覆层)包括起作用的抛光剂,而芯部可以无上述抛光剂。对于共挤压技术的一般讨论,请参考Levy的“塑料挤压技术手册”,Industrial Press Ine.PP168~188(1981)。另外,也可选择相反的方式制造单丝,即芯层是抛光的,这种单丝仅在其头部有清洁作用。

    图4示意示出本发明的优选共挤压刷丝。刷丝20包括纵向平面22,该平面结束于头部或端部18,并形成刷丝横截面区域24的边界。横截面区域包括芯部区26和包覆区(外壳区)28。芯部不包含抛光剂。包覆区26通常至少沿表面22延伸,或最好从表面22向内伸入一部分横截面区域24,进入横截面区域的区域26中距离30。区域26最好形成一个环形环,该环具有基本均匀的深度30。该深度的变化最好不超过围绕环形环平均深度的20%。无论那种情况,芯部区域28占有由最大直径24确定的总截面区域的剩余部分。

    在本发明的优选实施例中,两个区域26和28具有不同的颜色或不同的强度。按照本文的用法,“着色区”一词是指用具有独特颜色的塑料作的芯部或包覆区。另外,透明区或不透明区也可以看作是“着色”的,因为它们具有至少不同的光学外观,虽然实际不是着色的或染色的区域,但也正如具有不同程度颜色强度的包覆层/芯部的情况一样。重要的是,芯部28和包覆层26材料应具有看得见的颜色差别,例如白色的芯,兰色的包覆层,透明的芯,红色的包覆层,亮红的芯,暗红的包覆层等。本发明的优选刷丝包括白的或透明的芯和染色的或加颜料的包覆层。因此包覆层的颜色区26形成初始颜色强度或对牙刷使用者来说形成支配性的引入注目的颜色,而芯区域28的颜色强度则是不太明显的。由于在刷牙过程中产生磨损,因而区域26受到磨蚀,在相当的磨蚀之后,便感觉出颜色由刷毛的颜色变到芯部区域28的颜色,这种变化告诉使用者刷丝不再有效。

                   *    *    *

    本发明的单丝刷毛可用以下总的加工方法制备:

    在本发明的优选挤压装置中,系统包括挤压模。整套装置还包括3/4英寸的Haake挤压机(压出机)、冷却槽、拉拔器和卷绕器。挤压机装有螺杆,其L/D比为25∶1,压缩比为3∶1,还装有一个5马力的马达,该马达能够在螺杆速度和加工温度分别为高达250rpm和500℃的条件下操作。挤压机装有6个温度控制器控制加工温度。螺杆速度被优化使表面间剪切应力达到最小。对于本领域普通技术人员来说这些物理特性之间的特殊联系是显而易见的。还需要一个齿轮泵,以进行直径控制。

    在熔化物旋转之后,直接或稍等一些时间以后进行取向和消除应力。在此步骤之前进行旋转抛光是必需的。取向/应力消除涉及用导丝盘和已加热的炉进行拉伸。最后长度:依赖于热塑性基体和填料,初始长度(拉伸比)可以在1.5~10的范围内。技术人员应当明白更精确的技术参数。必须根据热塑性基体和填料用蒸气、热水和其它方式调制最后的单丝。

    上述挤压机可以以下述方式中任何一种方式供料:

    1.预混合;

    a)直接(straight);

    b)减速下降(with let-down);

    2.重力计量上用2个料斗;

    3.重力计量上用1个料斗。

    可以采用下述总的方法制备本发明的共挤压刷丝:

    图7示意示出共挤压丝模41的横截面图。模头单元包括芯部喷管42、包覆层喷管35。包覆材料进入支管48和48′,芯部进入支管47。通常整个模子被加热。制造共挤压刷丝的最佳条件是使两种树脂即芯43和包覆层44的树脂的熔化物粘度在熔流结合点尽可能使二者紧靠在一起。这导致在两种材料之间的界面受到最小扰动,并沿横截面区域在放大250倍时形成清楚的分界线。通过调节接触时间、材料类别或通过使用不同的树脂也可以获得芯部和包覆层之间的清晰的界面。从图6的照片可以清楚看到这一点。

    在本发明的优选共抗压单元中,系统包括共挤压模,该模包括可绕挤压轴49转动的十字头包覆层模。整套装置还包括两个3/4英寸的Haake挤压机、冷却槽、拉拔器和卷绕器。每个挤压机装有螺杆,其L/D比为25∶1,压缩比为3∶1,还装有一个5马力的马达,该马达可以在螺杆速度和加工温度分别在高达250rpm和500℃的条件下操作。每个挤压机装有六个温度控制器,用于控制加工温度。

    作为一个例子,当用尼龙时,挤压模的芯部喷管42其出口直径为0.080英寸,包覆层喷管42的出口直径为0.080英寸,包覆层喷管35的出口直径为0.085英寸。芯部熔化物43是无色的(未着色的)尼龙(Zytel158L),包覆层44是含有3%高岭土颗粒的无色尼龙。两种熔化物和模子31保持在190~230℃温度。芯部挤压机操作在20rpm,608Psi和5263m.gm的扭矩。优化螺杆速度,使表面间剪切应力达到最小。对普通技术人员来说这些物理物特性之间的特定联系是显而易见的。另外,在这一区域的整个生产线还包括取向(拉伸加工)、热处理和精加工的加工硬件。

    最后,为从上述挤压模(出口等于0.085英寸)生产0.008英寸的刷丝,拉伸比设定在10.625∶1。应用这种方法,外部包覆层26的厚度在0.0001~0.0004英寸之间,并且其厚度可为0.0002±20%英寸,通常为±10%英寸。优化两个挤压机速度和十字头的设计可以获得这种高度均匀的包覆导厚度。例如为挤压层厚度为0.0002英寸的上述0.008英寸的尼龙刷丝,螺杆速度之比(包覆层/芯部)设定在10∶1。增加该比值导致更薄的外层,直到外层变成不连续,而增加两个螺杆速度则增加模压力,最终降解聚合材料。另一方面,可以加入齿轮泵,以便更精确计量材料。

    如上所述,模可以包含旋转的包覆层喷管45,以便在丝上形成更均匀的包覆层。本发明涉及转动共挤压模的外框架(包覆层框架),根据形成外层的聚合物流变特性,转速在约0.5~50rpm之间。当包覆的尼龙刷丝同上述刷丝一样时,可以利用约0.5~10.0之间的转速,该转速最好在约0.5~5之间。在挤压模上可以装上链轮,以便转动框架。在共挤压刷丝期间,该链轮在设定速度下转动,该速度由带有链轮驱动器的马达控制。这种框架转动有利于使熔化物流分散在外层,因此形成均匀的超薄层。当包覆层螺杆速度的计量反向时,便生成了不连续的包覆层。这导致在转动模上形成旋转式条纹,像理发店转筒上的条纹一样。也可以应用这两种概念中的任一种概念作为刷毛损坏的指示。

                        *    *    *

    本申请人认为等同的实施例是本发明的一部分。例如,本发明也设想非圆形的刷毛例如方形的、六角形的或其它的几何横截面。另外,本发明的刷丝也可以用在动力驱动牙刷上,即“电动牙刷”上。另外,卷曲的刷丝也被认为是在本发明的范围内。从以下非限定性的例示性例子可以理解本发明以及制造和应用本发明的方法。

    例子

    用下面说明的一般方法制作以下的刷丝,并在原料丝和用该丝作的牙刷上获得以下的结果。

    挤压方法

    1.将配料引入具有2英寸螺杆的Davis标准单螺杆挤压机(由康涅狄格州的Crompton & Knowles公司制造)的料斗中。尼龙或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)聚酯的温度范围是在500~550°F之间。

    2.以约100磅/小时的速度输送原料。计量通过过滤器和熔料泵的熔料、并迫使熔料通过加热的模系统。

    3.冷却热的熔料,然后加热到软点、拉伸、热处理和收集。按照所加工的原料调节温度、压力和拉伸比。    丝的特性    牙刷的特性样品号  塑料  高岭土 Acrawax    C  直径  (英寸)  Dupont Mandrel  弯曲恢复率(%)  抗拉  模量  (Kpsi)  抗拉强度  (Kpsi)断裂拉 伸率  %磨损指  数实验中牙斑除去率(%口边侧/%龈部)    A 6.12尼龙    2%  高岭土 ASP-600   0.15%  .008    95.8  533    57    40    B 6.12尼龙    4%  高岭土 ASP-600   0.15%  .008    95.5  511    51    30    C 6.12尼龙    4%  高岭土 ASP-600   0  .008    96.2  490    49    27    C2 6.12尼龙    2%  高岭土 ASP-600   0  .008    95.9  522    57    43    D 6.12尼龙    2%  高岭土Satintone    5   0.15%  .008    95.7  510    51    34    G-8  6.12尼龙    2%  高岭土Translink    555   0.15%  .008    95.8  529    55    37

        G-7  6.12尼龙    2%  高岭土 Translink    555  0.15%    .007    95.3  528    54    32    I-8  6.12尼龙    2%  高岭土 Polarlink    5  0.15%    .008    95.7  523    55    36    I-7  6.12尼龙    2%  高岭土 Polarlink    5  0.15%    .007    95.4  540    56    34    J-7  PBT聚酯    2%  高岭土 Translink    555  0.15%    .007    94.3  519    49    38    J-6  pBT聚酯    2%  高岭土 Translink    555  0.15%    .006    94.4  573    53    36    1  PBT聚酯    0.2% Cabosil  0.15%    .006    95.1  533    52    48    2  PBT聚酯    0.2% Cabosil  0.15%    .007    94.9  534    52    41    3  PBT聚酯    0.4%  0.15%    .007    94.7  529    51    37

      Cabosil    4 PBT聚酯  0.4%  Cabosil  0.15%  .006    95.5  522    51    43    5 PBT聚酯  0.8%  Cabosil  0.15%  .006    95.9  536    48    32    6 PBT聚酯  0.8%  Cabosil  0.15%  .007    95.8  510    44    28    .157    80/76    7 6.12尼龙  0.2%  Cabosil  0.15%  .007    96.9  502    57    45    8 6.12尼龙  0.2%  Cabosil  0.15%  .008    96.3  489    56    47    .186    9 6.12尼龙  0.4%  Cabosil  0.15%  .008    96.2  481    54    42    10 6.12尼龙  0.4%  Cabosil  0.15%  .007    96.7  489    54    42    11 6.12尼龙  0.8%  Cabosil  0.15%  .007    96.8  500    55    41    12 6.12尼龙  0.8%  Cabosil  0.15%  .008    96.6  490    52    35    128    76/63

    表注:ASP600-新泽西州Iselin市的Engelhard公司的水合高岭土,0.6μm平均粒径,0.1~6μm范围;

    Satintone 5-新泽西州Iselin市的Engelhard公司的带有氨基硅烷表面活性剂的水合高岭土,0.8μm平均粒径,0.2~6μm范围;

    Polarlink-由Polymer Valley Science销售的高岭土,巯基硅烷处理的0.45μm平均粒径,由俄亥俄州Akron市的Polymer Valley Science制造;

    Translink 555-Englehard公司的表面改性无水高岭土,0.8μm平均粒径和0.2~6.0μm范围;

    Acrawax C:N,N′-亚乙基双硬脂酰胺(用作分散剂),由新泽西州的Fair Lawn市Lonza Chemicals公司制造;

    Cabosil-非晶形烟化硅石(SiO2)M-7D,0.014μm,W.R.GraceCo公司的Davison Chemical Division分公司制造。

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本发明涉及具有均匀直径刷丝的牙刷,该刷丝包括其粒度在约0.0110m之间的抛光剂,该牙刷改进了对牙的清洗,不会因主动的磨蚀而产生任何坏的副作用。本发明的实施例包括一个牙刷,该牙刷包括与牙刷头相连的把手,该牙刷头上具有至少一簇牢固固定在或装在该牙刷头上的刷丝束,刷丝束包括许多丝,这些丝包括(a)热塑性丝的基体材料和(b)有效抛光作用量的抛光剂,该抛光剂的粒度在约0.110m之间。如果发生结团作用使刷。

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