一种来自可再生生物基原料的尖头刷丝及制备方法.pdf

本发明涉及一种来自可再生生物基原料的尖头刷丝及制备方法。本发明主要提供了一种尖头刷丝的制备方法，所述方法包括以下步骤：a)提供刷丝；b)在尖头刷丝处理槽中加入处理液；c)将步骤a)所得刷丝浸入处理液中处理，处理的同时通过辅助装置包括机械搅拌和/或循环处理液提高削尖效果；其中，步骤c)中所述刷丝浸入处理液的深度随时间变化。

1.  一种尖头刷丝的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供刷丝；
b)在尖头刷丝处理槽中加入处理液；
c)将步骤a)所得刷丝浸入处理液中处理，处理的同时施加辅助装置，所述辅助装置使处理液在整个处理过程中保持均匀浓度；
其中，步骤c)中所述刷丝浸入处理液的深度随时间变化。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于所述刷丝包括索罗那或其混合物。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于在所述步骤c)中，所述刷丝浸入处理液的初始深度为2-20毫米，最终深度为0-10毫米，总共处理时间为5-60分钟；或者所述刷丝浸入所述处理液的初始深度为0-10毫米，最终深度为2-20毫米，总共处理时间为5-60分钟。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于所述刷丝的长度为16-65毫米。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于所述处理液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液、硫酸、盐酸、磷酸溶液或其混合物。

6.  如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤c)中进行处理的温度为60-140℃。

7.  如权利要求1所述的方法，其特征在于所述辅助装置包括机械搅拌和/或循环处理液。

8.  一种用权利要求1所述方法制得的刷丝。

9.  如权利要求8所述的刷丝，其特征在于所述刷丝包括可生物再生的索罗那或其混合物组成。

10.  如权利要求8所述的刷丝，其特征在于，所述刷丝可用于牙刷、油漆刷、化妆刷、画笔和毛笔。

一种来自可再生生物基原料的尖头刷丝及制备方法
技术领域
本发明涉及一种尖头刷丝及其制备方法，更具体地说，本发明涉及一种基于可再生生物来源的尖头刷丝及多步化学削尖和机械辅助削尖制备方法。
背景技术
通常，用于各种刷子的刷丝都是由合成材料和动物毛制成的，例如，尼龙612，610常用于制造牙刷的刷丝，此外一些石油来源的聚酯如PBT，PET，PTT也被用于制备一些用于一次性牙刷的牙刷丝。在现有技术中，牙刷丝的头部通常为平头，这种牙刷丝在刷牙过程中，不容易将嵌在牙缝内的牙垢清除，难以有效的清洁牙齿周围的每个角落，同时丝头比较硬，会对牙龈造成损害。同时，由于目前用于刷丝的合成材料主要来源于石油产品，属不可再生资源，面临日愈严峻的能源和环境问题。而油漆刷，画笔、化妆刷和毛笔常采用猪鬃，羊毛，松鼠毛，狼毫等动物毛制备，这些动物毛末端具有天然的尖头形状，但其成本和售价往往很高，并可能导致一些动物疾病的传播和交叉感染，同时也越来越受到国际上各种动物保护组织的抗议。
美国专利6673444公开了一种刷子的刷丝，它由通常石油来源的聚酯例如聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或者聚酯与其它材料的混合物制成。但是，由聚酯或聚酯与其它材料的混合物制成的刷丝也不能满足所有要求。例如，相对于尼龙来说，聚酯的硬度较高，从而适用性较差。所以聚酯做成的刷丝一般只能用于便宜的一次性牙刷等。
为了解决上述问题，美国专利申请US2006/0088711公开了一种尖头聚酯刷丝，其一端或两端通过化学削尖工艺处理形成尖头。所述化学削尖工艺包括将刷丝浸入温度为120-180℃的强酸或强碱溶液中处理。化学削尖的机理是通过化学毛细管作用逐渐腐蚀所述聚酯(例如PTT或PBT等)。但是，现有的化学削尖工艺并不能得到均匀的削尖刷丝，而且其处理条件非常苛刻，其对人有害，且设备维护成本较高。
发明内容
本发明的目的在于寻求一种可再生生物原料制备的尖头刷丝和新的化学削尖工艺，其处理条件相对温和，且所得的刷丝由生物原料制备，具有生物再生性，更好的适用性，例如柔软性更好。发明人经过大量研究，成功的对由可再生生物原料制备的聚酯索罗那(，主要成分PTT)进行化学削尖处理，并通过将一步化学处理分成多步化学处理并在削尖处理过程引入机械辅助措施可使处理条件相对温和，且所得刷丝具有更好的适用性，削尖长度更加均一。
本发明一方面提供了一种尖头刷丝的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供刷丝；
b)在尖头刷丝处理槽中加入处理液；
c)将步骤a)所得刷丝浸入处理液中处理，处理的同时施加辅助装置，所述辅助装置使处理液在整个处理过程中保持均匀浓度；
其中，步骤c)中所述刷丝浸入处理液的深度随时间变化。
在本发明的一个优选实例中，所述刷丝包括索罗那或其混合物。
在本发明的一个优选实例中，在所述步骤c)中，所述刷丝浸入处理液的初始深度为2-20毫米，最终深度为0-10毫米，总共处理时间为5-60分钟；或者所述刷丝浸入所述处理液的初始深度为0-10毫米，最终深度为2-20毫米，总共处理时间为5-60分钟。
在本发明的一个优选实例中，所述刷丝的长度为16-65毫米。
在本发明的一个优选实例中，所述处理液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液、硫酸、盐酸、磷酸溶液或其混合物。
在本发明的一个优选实例中，所述步骤c)中进行处理的温度为60-140℃。
在本发明的一个优选实例中，所述辅助装置包括机械搅拌和/或循环处理液。
本发明另一方面提供了一种用本发明方法制得的刷丝。
在本发明的一个优选实例中，所述刷丝包括可生物再生的索罗那或其混合物组成。
在本发明的一个优选实例中，所述刷丝可用于牙刷、油漆刷、化妆刷、画笔和毛笔。
本发明的优点是提供了一种可再生生物原料制备的尖头刷丝及其制备方法，该刷丝由可再生生物材料组成，头部呈圆滑的针尖状或较粗燥的针尖状，且削尖长度相对均一。该尖头刷丝可用于牙刷，油漆刷，画笔、化妆刷和毛笔。当用于生产牙刷时，这种尖头刷丝就能将位于牙缝内牙垢有效清除干净；当用于油漆刷，画笔、化妆刷和毛笔，这种尖头刷丝可大大降低成本，延长刷了的使用寿命并避免由动物毛刷所引起的疾病传播和交叉感染。

附图简述
图1是本发明实施例1所得丝饼刷丝单丝的显微照片。
图2是本发明实施例1所得丝饼单丝局部放大图。
图3是实施例2所得丝饼中间部位刷丝单丝的显微照片。
图4是实施例2所得丝饼周围区域刷丝单丝的显微照片。
图5是实施例3所得丝饼中间部位刷丝单丝的显微照片。
图6是实施例3所得丝饼周围区域刷丝单丝局部放大图。
具体实施方式
本发明一方面提供了一种尖头刷丝的制备方法，所述方法包括以下步骤：
a)提供刷丝；
b)在尖头刷丝处理槽中加入处理液；
c)将步骤a)所得刷丝浸入处理液中处理，处理的同时施加辅助装置，所述辅助装置使处理液在整个处理过程中保持均匀浓度；
其中，步骤c)中所述刷丝浸入处理液的深度随时间变化。
在本发明中，所述刷丝单丝在本领域中是常规的，本领域的普通技术人员可以直接知道哪些刷丝可用于本发明。在本发明的一个优选实例中，所述刷丝单丝可由聚酯(例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)及其共聚酯)或其混合物制成。在本发明的另一个优选实例中，所述刷丝可由索罗那或其与前述物质的共混物形成。
索罗那是杜邦公司开发的一种生物基高分子材料(主要成分为聚对苯二甲酸丙二醇酯，PTT)，其关键组分由农作物如玉米发酵而来，具有生物可再生性。
在本发明中，形成所述刷丝单丝的方法是常规的，本领域的普通技术人员可以直接知道哪些成丝方法可用于本发明。在本发明的一个优选实例中，所述成丝方法包括溶液纺丝、熔体纺丝、干法纺丝、湿法纺丝等。
在本发明的步骤(a)中，所述刷丝单丝可以单独提供，也可以单丝束(丝饼)的形式提供。
在本发明中，所述刷丝单丝的长度是常规的，本领域的普通技术人员根据实际用途可调整其长度。通常，所述刷丝单丝的长度16-65毫米，较好为20-60毫米，更好为30-50毫米，最好为40毫米。
在本发明中，对于刷丝单丝的截面形状并没有具体限制，只要能用于牙刷、画笔、化妆刷、毛笔和油漆刷等具体用具即可。通常，所述刷丝单丝的截面形状为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、菱形等。
在本发明中，所述处理液是常规的，本领域的普通技术人员根据其专业知识可以知道哪些处理液可用于本发明。在本发明的一个优选实例中，所述处理液包括处理液为碱性处理液或酸性处理液。在本发明的另一个优选实例中，所述碱性处理液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、氢氧化锂溶液，所述酸性处理液包括硫酸溶液、盐酸、溶液或磷酸溶液。
在本发明中，用处理液处理刷丝单丝一端或两端的条件是常规的，本领域的普通技术人员根据其专业知识可以知道哪些条件(例如处理温度和处理时间)可用于本发明中，并根据实际情况调节。在本发明的一个优选实例中，所述处理温度为60-140℃，较好为80-140℃，更好为100-140℃，最好为120℃。在本发明的另一个优选实例中，所述处理时间为10分钟-4小时，较好为30分钟-3小时，更好为30分钟—2小时，最好为30分钟—1.5小时。
本发明与现有的尖头刷丝最大的不同在于现有的尖头刷丝都来源于石油产品，具有不可再生性，而且只有一步处理步骤(即刷丝单丝一次性浸入处理液中一定深度，并处理一定时间)，而本发明的尖头刷丝来源生物产品，具有可再生性，同时其制备方法是在削尖处理中增加辅助装置，并将刷丝逐次浸入处理液中，分多步处理(即刷丝的浸入深度随时间变化)。
在现有的化学削尖方法中，由于处理液在处理过程中基本上保持静止，所以在整个处理液中各个地方的浓度是不相同的，接近丝饼的地方浓度低，远离丝饼的地方浓度高；丝饼中央部分部分的削尖效果小于丝饼周围部分的削尖效果。因此，本发明提出了在处理过程中施加辅助装置的方法，该辅助装置能在整个处理过程中使处理液的浓度保持均匀。至于具体的辅助装置，本领域的普通技术人员可以根据实际情况进行具体选择，只要其能达到上述目的即可。在本发明的一个优选实例中，所述辅助装置包括机械搅拌和循环处理液。所述机械搅拌和循环处理液在本领域中是常规的，本领域的普通技术人员根据本发明描述可以知道它们的具体形式。例如，所述辅助装置包括但不限于搅拌棒、磁力搅拌等等；所述循环处理液包括用循环泵实现等等。
在本发明的方法中，所述刷丝浸入处理液的初始深度为2-20毫米、较好1-15毫米、更好7-15毫米，最终深度为0-10毫米、较好0-8毫米、更好0-5毫米、最好为0毫米，总共处理时间为5-60分钟；或者所述刷丝浸入所述处理液的初始深度为0-10毫米、较好0-8毫米、更好0-5毫米、最好为0毫米，最终深度为2-20毫米、较好5-15毫米、更好7-15毫米，总共处理时间为5-60分钟。在本发明的一个优选实例中，所述总处理时间为10分钟-4小时，较好为30分钟-3小时，更好为30分钟—2小时，最好为30分钟—1.5小时。
在本发明的方法中，实现浸入深度随时间变化的方法是常规的，本领域的普通技术人员根据本发明的描述可以直接得到其具体方式。在本发明的优选实例中，所述方法可包括以下形式：
(1)将刷丝浸入处理液中一定深度，并处理一段时间；然后再浸入一定深度，再处理一段时间。如此重复，直到最终处理深度。
(2)将刷丝浸入处理液中一定深度，并处理一段时间；然后再加入一定量的处理液使刷丝浸入处理液中深度提高，再处理一段时间。如此重复，直到最终处理深度。
(3)将刷丝以固定的速率浸入处理液中，该速率使刷丝在一定的总处理时间内浸入处理液的深度为最终处理深度。
(4)将刷丝浸入处理液中，浸入深度为最终浸入深度。然后，以固定的速率提升刷丝，该速率使刷丝在一定的总处理时间后离开所述处理液。
尽管本发明说明书提到了上述方法实现浸入深度随时间变化，但是并没有将本发明的范围局限于此。本领域的普通技术人员根据其专业知识可以对上述方式作出改进和改变，但该改进和改变并没有离开本发明的范围。
由于采用了多步削尖处理方法，形成的削尖刷丝单丝的尖端就会形成了一些削尖斜率不同的削尖段，从而可以保证所述刷丝单丝的尖端具有更好的适用性，例如柔软性更佳。同时，由于将一步削尖改为多步处理，并在削尖处理中增加了辅助装置，从而可以使所述处理液更温和，刷丝的削尖长度更加均一。
在本发明中，所述刷丝单丝可以是一端削尖或者两端削尖的。如果一端削尖的话只要将刷丝单丝任一端进行处理即可。如果是两端削尖的话，要将刷丝单丝的两端进行相同或者类似的处理即可。
在本发明中，所述制造尖头刷丝的方法还包括洗涤步骤。所述刷丝的洗涤方法是已知的，本领域的普通技术人员根据专业知识可以知道如何洗涤所述刷丝单丝。通常，所述洗涤方法包括用清水冲洗所述刷丝，直到洗液中的pH值为中性。
在本发明中，所述制造尖头刷丝的方法还包括干燥步骤。所述干燥方法是已知的，本领域的普通技术人员根据其专业知识可以知道如何干燥所述刷丝单丝。通常，所述包括在烘箱在干燥。
本发明另一方面还提供了由本发明所述的方法制备的削尖刷丝单丝。
在本发明的一个优选实例中，所述削尖刷丝单丝由索罗那()或其共混物形成。
下面结合实施例详细说明一种基于可生物再生原料的尖头刷丝及其制备方法，其中的单位均为重量百分数，这些实施例只是用于举例说明的目的，并没有限制本发明的范围。
实施例1
1.将索罗那经熔融纺丝并经热定型后，在外面包覆预包装缠绕膜，形成丝束。
2.将纺制好的丝束用切丝刀切成50毫米长的的丝饼。
3.在尖头刷丝成型槽中加入40％ NaOH水溶液，形成处理液。再将该处理液加温至120℃，并将上述丝饼浸入所述处理液中，浸入深度为10毫米，在丝饼附近进行机械搅拌。处理10分钟后，将该丝饼上提2毫米，使所述刷丝单丝的浸入深度为8毫米，。再处理10分钟后，将该丝饼再次上提2毫米。重复上述步骤，直到丝饼完全离开所述处理液的液面。
4.用清水洗去尖头刷丝表面的处理液，用脱水机脱水后，将刷丝晒干。
实施例2
与实施例1的不同之处在于步骤3：在尖头刷丝成型槽中加入40％ NaOH水溶液，形成尖头处理液，再将该处理液加温至120℃，丝饼一次性浸入深度为4毫米，在丝饼附近进行机械搅拌。处理时间为40分钟。
实施例3(对比试验)
与实施例1的不同之处在于步骤3：在尖头刷丝成型槽中加入40％ NaOH水溶液，形成尖头处理液；再将该处理液加温至120℃，将丝饼一次性浸入处理液，深度为4毫米，不增加任何辅助装置和措施。将所述丝饼在处理液中处理40分钟，得到尖头刷丝。
实施例4
与实施例1的不同之处在于步骤3：在尖头刷丝成型槽中加入60％ NaOH水溶液，形成尖头处理液，再将该处理液加温至140℃，并用泵循环处理液(保持处理液的液面不变)，丝饼浸入深度为2毫米。2分钟后，再补充60％NaOH水溶液，使所述刷丝单丝的浸入深度为4毫米。重复该步骤，10分钟后，结束实验。
实施例5
与实施例1的不同之处在于步骤3中处理液浓度为60％，加温至60℃，，丝饼浸入深度为20毫米；10分钟后，将该丝饼上提5毫米，使所述刷丝单丝的浸入深度为15mm；10分钟后，再将该丝饼上提5毫米。重复该步骤，直到处理时间为30分钟。
实施例6
与实施例1的不同之处在于丝饼的长度为65mm。
由图1和2可知，用本发明方法制备的的尖头刷丝，刷丝头部的削尖度沿丝柄变化，提高了产品的相对柔软性和适用性能。
由图5和6可知，用非本发明方法制备的尖头刷丝，其丝饼中间部分和边缘部分刷丝的削尖度差异较大，造成产品的合格率较低。