專利名稱：牙刷的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種牙刷，具體地說，涉及有改進了的牙刷毛形式的牙刷。
長時間以來已經知道為了牙齒的衛生使用牙刷，用來清潔口腔，也為了把一定程度的清新引進口腔中。牙刷典型地包括一個頭，以及一個把，該頭有許多蔟，這些蔟用來進行實際上的清潔。典型地，頭包括許多以適當的構形布置的牙刷毛蔟。這些牙刷毛蔟實際上由許多單根的牙刷毛組成，可以以任何適當的方式把這些牙刷毛固定在牙刷頭中。
傳統的牙刷典型地有由合成材料比如尼龍制成的牙刷毛。典型地用細柱把尼龍牙刷毛固定在它在牙刷頭中的位置，每個細柱用來把牙刷毛固定在一個蔟中的位置上，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端修剪成任何方便的形狀和尺寸，例如用旋轉的刀片。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絲制成的牙刷毛，通常，尼龍6，12細絲典型地有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際的接觸面積。這一接觸面積是重要的，因為這一面積越大，清潔就越有效。當用一個新牙刷清潔平的牙齒表面時，接觸主要在牙刷毛尖端與牙齒表面之間。在這種情況下，實際的接觸面積由每個牙刷毛尖端與牙齒表面之間的單個的接觸面積的總和確定。這些單個的接觸面積由圓滑的牙刷毛尖端的彈性變形決定。較細的絲使得可以把牙刷做成有較密的蔟，并使實際的接觸面積提高。因此，這樣的牙刷更有效。
本發明在它的第一方面提供了一種牙刷，在此牙刷中細絲包括聚對苯二甲酸亞丙基酯(PTT)。
PTT作為樹脂在商業上可以由殼牌化學公司獲得，該公司的地址為One Shell Plaza，PO BOX 2463，Houston，Texas 77252-2463。可以以傳統的方式采用已知的材料把PTT樹脂加工成細絲，并可以利用已知的技術把它拉制成適當直徑的細絲。PTT細絲在商業上可以由Shakespeare細絲公司獲得，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，可以用傳統的方法比如注塑并使用傳統的材料制作出牙刷的本體(即頭和把)。也可以用已知的技術把細絲裝接到牙刷頭上，例如用細柱把牙刷毛固定在牙刷頭上。
兩個性質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，第二為撓曲可恢復性。這些性質也決定了牙刷毛的尺寸，例如，包括撓曲硬度和撓曲可恢復性高的高聚物的牙刷毛將比撓曲硬度和撓曲可恢復性低的牙刷毛要硬，因此可以使牙刷毛更細，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，對于一個給定的撓曲硬度來說，采用PTT細絲適當地構成的牙刷提供了比尼龍細絲改進了清潔效率的措施，PTT細絲可以比尼龍6，12牙刷毛稍微細一些。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。
撓曲可恢復性與受拉可恢復性相關，受拉可恢復性是用于材料的一個標準的工業指標。當用做牙刷毛的材料時，有較高受拉可恢復性的材料將可以經得住松脫。松脫是在刷牙過程中產生的周期性撓曲應變所造成的牙刷毛的永久變形。因此，受拉可恢復性和耐松脫的能力都由高聚物的類型和如何加工確定。
基于上述內容，任何理想的細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性。
不幸的是，通常采用的有高軸向彈性模量的高聚物細絲，比如分子重量高的聚乙烯和Kevlar的撓曲可恢復能力很差。
我們驚奇地發現，PTT有極好的撓曲可恢復性，同時有與尼龍6，12類似的軸向彈性模量。我們也發現，某些有與PTT類似結構的高聚物材料，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的撓曲可恢復性要差得多。
在本發明的某些實施例中，細絲可以僅只包括拉制的PTT。然而，在本發明的其它設想的實施例中，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，一個優選實施例是共同擠壓出帶有PET芯和PTT鞘套的細絲，共同擠壓的產品通常在清潔效率與抗松脫能力之間得到一個平衡，對于一種給定的牙刷達到最佳。
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，導致改進的表面接觸。也可以與當接觸水時會膨脹的高聚物例如尼龍6，12一起進行共擠壓。如果這樣制作共擠壓產品，這種膨脹可以使該細絲當與水接觸時會逐漸變成柔性的。這樣，在刷牙的過程中，這種變柔的性質使得牙刷毛可以清潔在其它情況下不能清潔的牙齒區域。
本發明也可以設想下面的實施例，可以把PTT纖維或共擠壓產品制作成芯是中空的。在按照本發明的牙刷的牙刷毛的截面可以為任何規則或不規則的形狀，例如，圓形、橢圓形、長方形、星形、三角形等。
現在將更詳細地以示例的方式描述本發明。
示例1采用一種位移控制的拉伸/壓縮儀器(Instron5566)來評估單絲的受拉機械性質。利用壓縮夾具把一個標距長度為50毫米的細絲在豎直方向上安裝在該儀器中。一個夾具裝接到該儀器的底部的一個固定的位置，而另一個夾具接裝到一個加載室上，此加載室安裝在該儀器的移動的十字頭的下面。隨后，在以50毫米/分鐘的速率拉伸細絲直到出現細絲斷裂的過程中，連續地監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/位移的原始數據轉換成應力/應變數據。由應力/應變曲線在0-2％應變區域的斜率計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值為高聚物供應商 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度確定高聚物的撓曲可恢復性。
為了測量受拉可恢復度，以20毫米/分鐘的速率拉伸50毫米的試樣直到產生20％的應變。隨后，使該試樣在此20％應變下沒有應力地松馳2分鐘，然后，十字頭開始以20毫米/分鐘的速率往回運動，為的是使試樣開始由所加的變形恢復原狀。在此過程中作用力第一次降到零時試樣的長度給出對立即的殘余拉伸的度量，把它除以初始的標距長度，可以把它轉換成立即的殘余應變。保持0％的應變另外的五分鐘之后，十字頭再次以20毫米/分鐘的速率運動，再次拉伸該試樣。在此過程中作用力升高到零以上時試樣的長度給出對保持0％的應變另外的五分鐘之后的恢復長度的度量。可以假設它給出最后的殘余拉伸的度量，把它除以初始的標距長度，可以把它轉換成最后的殘余應變。
這樣，通過下式可以算出初始的可恢復度
這樣，通過下式可以算出最后的可恢復度
這樣對于0.2的初始產生的應變測得的典型數值為高聚物 直徑(微米) 最初的可恢復最后的可恢復度的百分數 度的百分數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生的20％的應變恢復。
可以清楚地看出，在尼龍、PET和PBT的受拉可恢復度的測量值低的同時，PTT的值令人驚奇地高。
參見附圖
，唯一的圖為按照本發明構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，采用標準的技術把它注塑而成。可以利用已知的技術把牙刷毛固定進牙刷頭中，比如借助于細柱3把牙刷毛的長度對折，固定進頭1中。每個細柱與許多對牙刷毛2結合，這些牙刷毛由單根的PTT細絲對折構成，并使細柱穿過細絲的被折疊的部分4。一旦把所有牙刷毛2固定在頭1中的位置中，就采用已知的技術把牙刷毛的遠端2a修剪成所要求的形狀和尺寸。
PTT細絲的直徑為0.18毫米，可以用任何已知的技術制作這些細絲，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PTT的方法來制作適當的纖維用做牙刷毛，但是，本申請描述了一種優選的方法。在此實施例中的牙刷毛為實心的PTT，但是，如上所述，可以設想使用中空的由PTT構成的細絲。
權利要求
1.一種牙刷，它有由聚對苯二甲酸亞丙基酯構成的細絲。
2.按照權利要求1中所述的牙刷，其特征在于，細絲僅只由聚對苯二甲酸亞丙基酯構成。
3.按照權利要求1中所述的牙刷，其特征在于，細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.按照權利要求3中所述的牙刷，其特征在于，細絲為并排共同擠壓物。
5.按照權利要求3和4中所述的牙刷，其特征在于，細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.按照權利要求1或3中所述的牙刷，其特征在于，細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.按照權利要求1-4中所述的牙刷，其特征在于，細絲的芯是中空的。
全文摘要
一種牙刷,它具有由聚對苯二甲酸亞丙基酯構成的細絲。
文檔編號A46D1/00GK1273513SQ98809840
公開日2000年11月15日 申請日期1998年7月23日 優先權日1997年8月1日
發明者D·G·薩維爾 申請人:尤尼利弗公司