專利名稱：用于刷子上的含閃光顏料單絲的制作方法
背景技術：
本發明涉及含有小片狀添加劑的熱塑性聚合物單絲，以提供可用于牙刷和化妝刷等刷子上、有引人注目閃光顏料的單絲。
聚酰胺單絲已廣泛用于化妝刷和牙刷等刷子上的鬃絲。有人把磨料摻入用來作為牙刷中的鬃絲的單絲中，如1998年3月3日授予Masterman等人的美國專利5,722,106中所示。這些磨料通常是小微粒(0.1～10μm)但并非能作為獨特微粒而看得見的，而且用量相當高，例如占該單絲的10～40％(重量)。然而，這些微粒不給該單絲提供一種引人注目的閃光，且該單絲的磨蝕性往往比所需要的大得多。
相對熱穩定的塑料材料微粒也已被摻入用來作為牙刷鬃絲的單絲中，以生產一種有溫和磨蝕性結構表面的鬃絲，如1997年3月20日公布的WO 97/09906中所示。這些塑料材料微粒通常以該單絲總重量的5～30％(重量)的水平共混，而且限于該單絲直徑的10～50％。這些微粒往往引起加工期間單絲斷裂。
目前需要那些有引人注目外觀、可用于牙刷及其它刷子用途的單絲，所述單絲僅具溫和磨蝕性，而且與以前制造的那些相比，含有相對少量的磨料且更結實、更耐磨損。本發明的單絲提供這樣的優點。
發明概要一種熱塑性聚合物單絲，所述單絲取向了其原始長度的3.0～6.0倍、有125～600μm直徑、且以該單絲的重量為基準含有0.2～5.0％(重量)的閃光顏料微粒或薄膜微粒，所述微粒在其最長直徑上的粒度為50～400μm、厚度為2～50μm且其直徑與厚度比為至少2比1，且其中，該微粒的最長直徑不大于該單絲直徑的80％，而且能提供有引人注目外觀的單絲。一種皮-芯型單絲也是本發明的一部分，其中，該芯是一種熱塑性聚合物單絲，其皮是含有以上所述微粒的相同或不同熱塑性聚合物。這些單絲尤其可用于牙刷和化妝刷。
發明詳細說明該熱塑性聚合物單絲取向了其原始長度的3.0～6.0倍，而且有125～600μm的直徑。該單絲有均勻、充分分散的閃光顏料微粒，所述微粒呈小薄片形式，其最長尺度上的直徑為50～400μm、厚度為2～50μm且直徑與厚度比為至少2比1。為實質性減少該單絲制造期間的單絲斷裂，該微粒的最大直徑不大于該單絲直徑的80％。這些微粒給該單絲提供了引人注目外觀，而且往往露出該單絲表面或局部地增大該單絲直徑，從而給該單絲提供溫和磨蝕性能。最長直徑在50μm以下的微粒無法由人類眼睛輕易地區別為獨具特色的微粒。具有該閃光顏料微粒的對比色的染料或顏料也可以添加到該單絲中，這增進了該單絲的引人注目外觀。小鋁片微粒由于其光反射率高，因而在該單絲中特別醒目。
本發明的另一個方面是一種皮-芯型單絲，其中，該芯是一種取向的熱塑性聚合物，且其皮是有以上所述磨料微粒的相同或不同熱塑性聚合物而且也可以含有染料以提供一種引人注目的單絲。這種皮-芯型單絲通過使小片狀微粒全部定域于該皮聚合物的表面上或表面附近來增加該小片狀微粒的可見性和磨蝕性，而且由于該單絲的芯依然不受影響，因而在此類單絲的制作工藝的取向步驟期間減少了斷股的發生。
本發明的單絲對于刷子尤其牙刷和化妝刷的鬃絲來說是特別有用的。這些單絲的其它用途如下油漆刷、磨蝕刷、假發用合成發、洋娃娃頭發等。
種類繁多的熱塑性聚合物可以用來形成單絲，例如聚酰胺、聚酯、聚烯烴、聚苯乙烯、苯乙烯共聚物、氟化聚合物、聚氯乙烯、聚氨酯、聚偏二氯乙烯、及其任何可兼容組合。
刷子制造上較好的聚酰胺是尼龍-6、尼龍-11、尼龍-6，6、尼龍-6，10、尼龍-10，10、和尼龍-6，12。特別好的是按照ASTM D-2857用間甲酚測定的比濃對數粘度為1.15～1.25的尼龍-6，12(聚十二雙酰-1，6-己二胺)。
已經發現特別適用于鬃絲的聚酯包括聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯，其中特別好的是第一種。可以用于鬃絲制造的很多聚烯烴中，較好的是聚丙烯。
該單絲中使用的閃光顏料微粒是小片狀物，其最長直徑上的粒度為50～400μm、較好為50～150μm，厚度為2～50μm、較好為8～20μm，且直徑與厚度比為至少2/1、較好為5/1～10/1。該微粒的直徑與厚度比是重要的，而且如果超出上述范圍或者如果該微粒的直徑大于該單絲直徑的80％，則在制造工藝中單絲取向時單絲斷裂發生率有實質性增加。以該單絲重量為基準，該微粒的存在量為0.2～5.0％(重量)、較好為0.5～2.0％(重量)。如果該微粒在以上提到的粒度范圍和數量范圍以下，則閃光效果將不會在任何可感知程度上引起人們注意。該微粒有這樣一種能給該單絲提供耀眼或閃光的材料，這改善了其用于牙刷和化妝刷中的美感，也給該單絲提供溫和磨蝕性能，有助于牙刷等刷子的拋光作用。
較好的小片狀微粒是小鋁片和小賽璐玢片。鋁有優異的光反射性能，這改善了它在該單絲中的可見性。它是廉價的，其薄膜和小薄片形式是廣泛可得的，而且是使用安全的。對于在牙刷中的用途來說，較好的是批準用于食品接觸的小鋁片。在用來形成該單絲的加工步驟中，鋁和賽璐玢都不會熔融或破壞。較好的是，這些小薄片是通過模切鋁箔或賽璐玢片材形成的。與該鋁箔或片材的研磨(有或無隨后過篩)相比，更好的是模切該片材或鋁箔，因為模切實質上能產生比研磨更加有規則尺寸的小片狀物。窄粒度分布的小鋁片或小賽璐玢片是非常好的，因為細小或大的微粒對該單絲都是有害的。鋁箔或片材研磨造成大的粒度變異。
小的小薄片(50μm以下)不容易被人類眼睛看作獨特的微粒，而且會改變或稀釋該單絲的顏色。比最佳粒度大的小薄片會在取向步驟期間造成單絲股的額外斷裂。較好的是，最長的小薄片直徑應當是單絲直徑的40～75％。
較好的是從厚度12.7μm(0.5密耳)或以下的薄膜生產的小鋁片。更好的是使用有涂層的鋁材來形成小薄片，因為涂層改善了模切精確度和尺寸均勻性。鋁材上的涂層也減少了鋁材表面的氧化。該鋁材上使用的典型涂層是聚氨酯或丙烯酸樹脂，典型地說，涂布水平是該鋁材的2～10％(重量)。該涂層可以是透明的，以提供一種銀白色，它也可以是加顏料的或著色的，以提供諸如金黃色涂層或其它顏色。
也可以用賽璐玢作為閃光顏料微粒。由于賽璐玢不是一種塑料，因而在用于形成該單絲的紡絲過程期間它不會熔融。可以使用著色的賽璐玢，而且通過著色劑的適當選擇，可以使用那些獲準與食品接觸、對于在牙刷中使用高度優選的著色賽璐玢。該賽璐玢的顏色可加以選擇來改善該單絲的吸引力和閃光。賽璐玢可以是有涂層的或無涂層的，較好的是無涂層賽璐玢。為了形成賽璐玢的閃光顏料微粒，可以模切賽璐玢小薄片，這對于最佳粒度和均勻性來說是較好的，也可以將賽璐玢研磨并按所規定小薄片尺寸和范圍進行分類。較好使用12.7μm(0.5密耳)厚或更薄的賽璐玢，以最大限度減少取向步驟期間的絲股斷裂。為了最大可見性、吸引力、和磨蝕性的最佳平衡和提供單絲形成的取向步驟期間絲股斷裂的可接受水平，較好的最長賽璐玢小薄片直徑是該單絲直徑的40～75％。
為了改善或增強該單絲的拋光特征，以該單絲重量為基準，添加0.1～10％(重量)的粒度為0.5～40μm的磨料微粒。該磨料使用量必須無損于該單絲的閃光或吸引力。典型地說，有用的磨料微粒如下陶土、碳化硅、氧化鋁、鋁-鋯磨料、二氧化硅、鋁硅酸鈉、立方氮化硼、石榴子石、浮石、金剛砂、云母、石英、鉆石、碳化硼、熔融礬土、燒結礬土、核桃殼及其任何混合物。
單絲形成工藝在制作單絲時，使用一臺擠出機，例如W & P(Werner andPfleiderer)擠出機。呈顆粒形式的熱塑性聚合物要么以容量法要么以重量法從進料器單元進料到該擠出機中。該單絲也可以是熔紡的。閃光顏料小片狀微粒和任選的磨料微粒是從一個單獨進料器進料到該擠出機中，著色劑若使用的話也是如此，并與該擠出機中的熱塑性聚合物在150～285℃的溫度共混。替而代之，該閃光顏料小片狀微粒和著色劑(若使用的話)可以與該熱塑性聚合物預配混，也可以與該熱塑性聚合物預共混，使得不需要一個單獨的進料器。然后，把聚合物、閃光顏料小片狀微粒和任選磨料的共混混合物計量到一個有模板的紡絲頭組合體中，生產出各種形狀(不限于實心圓形)的單絲。該單絲橫截面的形狀決定于該模板上各小孔的形狀，而且可以是任選橫截面形狀例如圓形、卵圓形、長方形、三角形、任何正多邊形或無規則非圓形，而且可以是實心的、中空的、或在其橫截面上含有多個縱向空洞。利用有各種形狀小孔的模板，該擠出機每一輪試驗都可以生產橫截面形狀的任何組合。通過改變該模板上各小孔的尺寸，就可以同時制作有一種或多種直徑的多股纖維。
在離開該模板之后，各絲股的集束在一種驟冷水浴中凝固，然后經由一系列拉伸輥輸送，進行該絲股的拉伸。然后，讓這些絲股經熱定形爐輸送，使該單絲熱定形。然后，把這些絲股纏繞在絡筒機上，后者通常是一個滾筒或一個卷軸。任選地，這些單絲也可以進行表面處理，以加強或改變表面性能例如摩擦系數。
本發明的另一個方面是一種皮-芯型單絲，其中，該皮含有閃光顏料微粒，而該芯只是不含閃光顏料微粒的熱塑性聚合物。典型地說，該單絲的直徑是125～600μm，且其芯的直徑為50～550μm。芯和皮中使用的熱塑性聚合物可以相同或不同，但必須是兼容的，因為芯與皮之間必須有足夠的粘合力。較好的組合包括聚酯芯(例如聚對苯二甲酸丁二醇酯)與熱塑性彈性體皮，和聚酰胺芯(例如尼龍-6，12)與其它聚酰胺皮。
皮-芯型單絲典型地是用兩臺擠出機共亨一個紡絲頭組合體生產的。芯材料進料到芯擠出機中，而且是從種類繁多的熱塑性聚合物中選擇的。著色劑可以添加到芯材料中。芯材料在該擠出機中熔融，并溝通到該紡絲板各小孔的中心。含有閃光顏料微粒的皮材料進料到皮擠出機中。使皮材料熔融并溝通到該紡絲板各小孔的外側。
皮-芯型單絲的優點是，與利用填充了閃光顏料微粒的聚合物制作單絲的工藝相比，在該工藝的取向步驟中該單絲的斷裂較少。該聚合物中微粒的存在使取向期間該單絲的斷裂增加。如果在混合和擠出期間微粒聚集在一個區域中，該單絲就會在該點上弱化而且有斷裂傾向。有了皮-芯型單絲，芯材料便提供了取向步驟期間顯著減少單絲斷裂所必需的強度。
本發明的單絲尤其可用來制作牙刷和化妝刷。當鋁微粒用于該單絲中時，該單絲就會耀眼和閃光，能制成特別吸引人的牙刷，并提供有益于刷牙的溫和磨蝕。此外，在該單絲中使用賽璐玢也能形成吸引人的單絲，且該單絲可用于牙刷及其它刷具上。
以下實施例說明本發明。份和百分率全部以重量計，除非另有所指。
實施例1單絲1～7的制備是，先通過把涂布6％(重量)(以鋁箔重量為基準)丙烯酸聚合物涂料的0.5密耳(12.7μm)厚鋁箔模切成4×4密耳(101.6×101.6μm)尺寸的小片狀微粒，形成鋁閃光顏料微粒。所使用的聚合物是按照ASTM D-2857用間甲苯酚測定的比濃對數粘度為1.15～1.25的尼龍-6，12(聚十二雙酰-1，6-己二胺)。如表1中所示那樣在單絲中使用著色劑。單絲7使用5％(重量)粒度為0.5～10.0μm的鋁硅酸鹽作為磨料。
制備了7種不同的單絲，其直徑為6.0、7.0、8.0、8.5密耳，含有不同著色劑、不同百分率的小鋁片微粒。用一臺有6個加熱到約230～250℃的區域的28mm W & P擠出機，其中，該聚酰胺、小鋁片閃光顏料微粒、著色劑和磨料分別進料到該擠出機中、混合。得到的混合物計量到一臺有模板的紡絲頭組合體中，把單絲擠進一個處于室溫的水驟冷浴中，然后用一系列拉伸輥輸送，以3.5～4的拉伸比拉伸該單絲。然后，讓這些單絲通過一臺熱定形爐使該單絲熱定形，并纏繞到卷軸上。
以上單絲1～7中每一種都有優異的外觀。這些單絲的閃光是引人注目的，而且當作為鬃絲用于牙刷中時使該牙刷有杰出的外觀。這些單絲有以下表中所示性能，而且每一種都做成牙刷，并對牙刷進行磨耗試驗，測定了牙刷鬃絲的栽毛保持性能。
表1單絲直徑 ％ ％ 著色劑 磨耗栽毛保閃光 磨料 試驗持性能顏料 (kg)
每個刷夾都固定在一個floating組件上，有一個砝碼固定器，從而能獨立地設定每把牙刷上的荷重。用一個輔助水溫控制單元來保持水溫并把水泵送到磨耗試驗機的噴嘴，后者將水流導向每把牙刷位置。在運行期間，該接觸表面有水溢流。
試驗條件如下每種單絲樣品5把牙刷，與一個對照樣品交替定位于固定器上，每把牙刷加500克荷重，用35℃的水，采用90分鐘刷洗周期。牙刷的寬度在該刷洗周期之前測量一次，并在23℃和50％相對濕度恢復過夜之后的刷洗周期后再測量一次。
％磨耗計算如下牙刷的最終寬度減初始寬度除以初始寬度再乘100。
為了達到商業上可接受，如以上測定的牙刷的最大％磨耗可為80％，而且栽毛保持性能(Tuft Retention)必須達到1.4kg。以上測試的單絲每一種都有低于80％的磨耗和高于1.4kg的載毛保持性能，因而可認為是商業上可接受的牙刷。
實施例20.5密耳(12.7μm)厚綠色和紅色無涂層賽璐玢片材研磨，用80～170目篩(88～190μm)過篩。然后，把這些小賽璐玢片與著色劑(二氧化鈦顏料)和尼龍-6，12樹脂用一臺擠塑機預配混，然后切成小切片。各單絲是像在實施例1中一樣采用相同程度制備的，并像在實施例1中一樣進行測試，所不同的是用以上切片來形成單絲。這些單絲有白色背景與彩色賽璐玢形成反差，而且有優異的外觀。較大的小賽璐玢片導致擴大的局域化單絲橫截面，從而提供一種溫和磨蝕性單絲。用這些單絲制成的牙刷有杰出的外觀，而且同在實施例1中一樣測試這些牙刷的磨耗和栽毛保持性能，結果列于表2中。這些牙刷有可接受％磨耗和栽毛保持性能，因而可認為是商業上可接受的牙刷。
用一種深藍色著色劑和白色小賽璐玢片，像以上那樣制作單絲，當制成牙刷時給出一種有引人注目外觀的牙刷。
表2單絲直徑 ％ ％著色劑磨耗栽毛保閃光 磨料試驗持性能顏料 (kg)
實施例4(比較例)用過篩的小云母片樣品(Dekorflake Siver 125，平均粒度為125μm，但粒度范圍是40～300μm)以1％(重量)水平代替實施例1的鋁閃光顏料，并使用2％橙色著色劑。用實施例1的工藝擠出一種8密耳(203.2μm)單絲。該單絲的加工不能令人滿意，因為大尺寸的小薄片在取向步驟中引起過多的絲股斷裂。某些小片狀微粒的直徑比單絲直徑大，而且引起斷裂問題。所生產的單絲沒有引人注目的外觀，因為云母微粒給該單絲以灰色外觀，而且不能充分反射光線以提供一種閃光外觀。
權利要求
1.一種取向了其原始長度的3.0～6.0倍、直徑為125～600μm。且以單絲重量為基準含有0.2～5.0％(重量)閃光顏料微粒的熱塑性聚合物單絲，其中，該微粒在其最長直徑上的粒度為50～400μm，厚度為2～50μm，直徑與厚度比為至少2比1，且其中，該微粒的最長直徑不大于該單絲直徑的80％。
2.權利要求1的單絲，其中，該熱塑性聚合物是一種聚酰胺。
3.權利要求1的單絲，其中，該閃光顏料微粒是小鋁片。
4.權利要求2的單絲，其中，該聚酰胺是聚十二雙酰-1，6-己二胺。
5.權利要求2的單絲，以該單絲重量為基準含有0.1～10％(重量)粒度為0.5～40μm的磨料微粒。
6.權利要求1的單絲，其中，該聚酰胺是聚十二雙酰-1，6-己二胺，該閃光顏料微粒是粒度為50～150μm、厚度為8～20μm、直徑與厚度比為5/1～10/1且以該單絲重量為基準的存在量為0.5～2.0％(重量)的小鋁片，且該單絲粗度為150～250μm。
7.一種取向了其原始長度的3.0～6.0倍、直徑為125～600μm。且以單絲重量為基準含有0.2～5.0％(重量)薄膜微粒的熱塑性聚合物單絲，其中，該微粒在其最長直徑上的粒度為50～400μm，厚度為2～50μm，直徑與厚度比為至少2比1，且其中，該微粒的最長直徑不大于該單絲直徑的80％。
8.權利要求7的單絲，其中，該薄膜是賽璐玢。
9.一種刷子，有一個柄部分和一個有權利要求1的單絲作為鬃絲材料牢固附著于其上的頭部分。
10.一種有一個柄和一個頭的牙刷，其中，該頭有權利要求6的單絲作為鬃絲牢固附著于其上。
11.一種刷子，有一個柄部分和一個有權利要求8的單絲作為鬃絲材料牢固附著于其上的頭部分。
12.一種皮-芯型單絲，其基本組成為一個單絲的芯和一個牢固粘著于其上的熱塑性聚合物的皮，其中以該單絲重量為基準含有0.2～5.0％(重量)的閃光顏料微粒或薄膜微粒，所述微粒在其最長直徑上的粒度為50～400μm、厚度為2～50μm且直徑與厚度比為至少2比1；所述皮-芯型單絲取向了其原始長度的3～6倍，其直徑為125～600μm，且所述芯的直徑為50～550μm。
13.權利要求12的皮-芯型單絲，其中，該閃光顏料微粒是小鋁片。
14.權利要求12的皮-芯型單絲，其中，該閃光顏料微粒是小賽璐玢片。
15.權利要求12的皮-芯型單絲，其中，該芯和該皮的聚合物是聚十二雙酰-1，6-己二胺。
16.權利要求12的皮-芯型單絲，其中，該芯和該皮的聚合物是聚十二雙酰-1，6-己二胺，該閃光顏料微粒以該單絲重量為基準的存在量是0.5～2％(重量)而且是小鋁片微粒，且單絲粗度是150～250μm。
17.一種刷子，有一個柄部分和一個有權利要求12的皮-芯型單絲作為鬃絲材料牢固附著于其上的頭部分。
18.一種牙刷，有一個柄和一個頭，其中，該頭有權利要求16的皮-芯型單絲作為鬃絲牢固附著于其上。
全文摘要
一種熱塑性聚合物單絲,取向了其原始長度的3.0～6.0倍,有125～600μm的直徑,且以該單絲的重量為基準含有0.2～5.0%閃光顏料微粒或薄膜微粒,所述微粒在其最長直徑上的粒度為50～400μm、厚度為2～50μm、直徑與厚度比為至少2比1,其中,該微粒的最長直徑不大于該單絲直徑的80%,并提供了有引人注目外觀的單絲。一種皮－芯型單絲也是本發明的一部分,其中,芯是一種熱塑性聚合物單絲,其皮是含有以上所述微粒的相同或不同熱塑性聚合物。這些單絲尤其可用于牙刷和化妝刷中。
文檔編號D01F6/90GK1352705SQ00804881
公開日2002年6月5日 申請日期2000年3月2日 優先權日1999年3月12日
發明者M·C·尼德哈姆, C·F·內爾森, D·J·魯芬 申請人:納幕爾杜邦公司