包含含聚酰胺-410的單絲的刷子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包含含聚酰胺的單絲的刷子，所述聚酰胺包含聚酰胺-410。優(yōu)選地，刷子是牙刷。
【專利說(shuō)明】包含含聚酰胺-410的單絲的刷子
[0001]本發(fā)明涉及包含含聚酰胺的單絲的刷子，特別是含有這些單絲的牙刷。
[0002]包含含聚酰胺(又名尼龍)的單絲的刷子是已知的，例如在GB800610A中所描述的。GB800610A描述了含有尼龍單絲的刷子并且提及了用于這種應(yīng)用的尼龍-66和尼龍-6-10單絲。對(duì)于在刷子特別是牙刷中應(yīng)用，所謂的“濕彎曲恢復(fù)度”是單絲的必要特征。“濕彎曲恢復(fù)度”是材料在被打濕變形之后恢復(fù)到原狀的能力。如果濕彎曲恢復(fù)度高，那么這意味單絲容易恢復(fù)到原狀，使得例如含有這些單絲的刷子可以更長(zhǎng)期使用。
[0003]因此，本發(fā)明的目的在于提供包含聚酰胺單絲的刷子，該單絲顯示出高濕彎曲恢復(fù)度。
[0004]令人驚奇地，該目的通過(guò)如下刷子得以實(shí)現(xiàn):該刷子包含含聚酰胺的單絲，所述聚酰胺包含聚酰胺-410。由W000 / 09586已知含有聚酰胺的單絲，該聚酰胺包含PA-410。然而，在W000 / 09586中沒(méi)有提及該絲在濕潤(rùn)條件下的性能，也沒(méi)有將其用于刷子。
[0005]聚酰胺-410
[0006]在本文中PA410被理解為含有由具有10個(gè)碳原子的二羧酸和具有4個(gè)碳原子的二胺衍生的單體單元的聚酰胺。優(yōu)選地，1，10-癸二酸被用作二羧酸。1，4_ 丁二胺被用作二胺。PA-410可以包含相對(duì)于聚酰胺的總量高達(dá)30wt%的其他單體單元，例如具有少于10個(gè)碳原子的二羧酸或具有多于4個(gè)碳原子的二胺。優(yōu)選地，用于根據(jù)本發(fā)明的刷子的單絲的PA-410包含相對(duì)于聚酰胺的總量至少80wt%、更優(yōu)選相對(duì)于聚酰胺的總量至少90wt%、甚至更優(yōu)選相對(duì)于聚酰胺的總量至少95wt%、甚至更優(yōu)選相對(duì)于聚酰胺的總量99wt%、最優(yōu)選相對(duì)于聚酰胺的總量至少99.9wt%的介于各羧酸基團(tuán)之間具有10個(gè)碳原子鏈的二羧酸和具有4個(gè)碳原子的二胺。
[0007]用于根據(jù)本發(fā)明的刷子的單絲優(yōu)選地由包含相對(duì)于聚酰胺的總量至少40wt%聚酰胺-410、更優(yōu)先至少50wt%的聚酰胺-410、以及最優(yōu)選至少60wt%的聚酰胺-410的聚酰胺制造。最優(yōu)選地，聚酰胺本質(zhì)上由聚酰胺-410構(gòu)成。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，含有聚酰胺的單絲不含有其它聚合物。
[0008]另一個(gè)重要的改進(jìn)是，根據(jù)本發(fā)明的單絲不再完全基于化石碳，因?yàn)榫埘０?410可以至少部分地基于可再生資源。這尤其是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即使單絲的聚酰胺只包含一部分(afraction of)聚酰胺-410并且還包含另一種聚合物。在單絲中使用至少部分基于源自自然資源的單體的PA410已經(jīng)在溫室氣體和CO2的產(chǎn)生方面帶來(lái)了重要的減少，特別為單絲工業(yè)及其應(yīng)用。
[0009]用于根據(jù)本發(fā)明的刷子的單絲的進(jìn)一步的好處是，遇濕時(shí)的剛度保留性良好。在本文中“遇濕時(shí)的剛度保留性”被理解為保持剛度的能力，其通常根據(jù)IS05271A被測(cè)定為在潮濕環(huán)境下即在50%相對(duì)濕度下的拉伸模量(以MPa計(jì))與在干燥條件例如0%相對(duì)濕度下的拉伸模量的比值。遇濕時(shí)的高剛度保留性使得當(dāng)被用于牙刷時(shí)有愉快的刷洗體驗(yàn)，因?yàn)檫@通常在濕潤(rùn)條件下進(jìn)行。單絲因此能夠有利地被應(yīng)用于牙刷的刷毛，因?yàn)樗谟鰸駮r(shí)使非常好的濕彎曲恢復(fù)度與好的剛度保留性相結(jié)合。
[0010]聚酰胺-410能夠如實(shí)施例所述那樣制備。作為單絲，優(yōu)選地，聚酰胺-410的黏數(shù)(VN)至少是IOOml / g,更優(yōu)選為至少IlOml / g,甚至更優(yōu)選為120ml / g,最優(yōu)選為140ml / go較高的黏度會(huì)導(dǎo)致改進(jìn)的單絲機(jī)械性質(zhì)。優(yōu)選地，黏數(shù)至多為200mg / I。如果黏數(shù)太高，將限制紡紗機(jī)的生產(chǎn)量。根據(jù)IS0307 (2007板)在甲酸(90wt% )中以0.005g /ml的濃度在25°C下測(cè)量黏數(shù)。
[0011]單絲
[0012]用于根據(jù)本發(fā)明的刷子的單絲優(yōu)選地具有I μ m-1.5mm的平均直徑。優(yōu)選地，單絲具有15 μ m-1.2_的平均直徑?？梢酝ㄟ^(guò)熔融聚酰胺然后將其推送通過(guò)模具來(lái)制備單絲。在離開模具之后，使單絲冷卻下來(lái)，優(yōu)選在淬火浴中。為了制造高質(zhì)量的單絲，需要保持各線之間分離。這可以通過(guò)分離導(dǎo)槽或梳子來(lái)實(shí)現(xiàn)。氣隙的長(zhǎng)度(即紡絲板和水表面之間的距離)可以影響單絲的表面和機(jī)械性質(zhì)。根據(jù)所需的單絲性能，可以在例如熱水浴中或在熱空氣或紅外爐中執(zhí)行至少一步或至少兩步拉伸工序。兩步拉伸工序的第二步通常發(fā)生在熱空氣爐中，并且要求溫度比第一步的溫度更高。如果要求非常接近的公差，那么優(yōu)選在第一步使用水浴。
[0013]拉伸比和所施加的溫度會(huì)影響單絲中分子的物理結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵S多性質(zhì)(比如拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、e-模量、耐熱性和采用非反應(yīng)性染料的可染性)依賴物理結(jié)構(gòu)，所以拉伸工序?qū)谓z的性質(zhì)有廣泛且多變的影響。
[0014]作為可選的第三步，單絲性質(zhì)(比如熱穩(wěn)定性、拉伸強(qiáng)度、斷裂延長(zhǎng)率和可染性)可以通過(guò)固定(fixation)或松弛(relaxation)而被調(diào)節(jié)到想要的水平。允許松弛的百分比以及所施用的溫度強(qiáng)烈地依賴最終性質(zhì)要求。為了達(dá)到適當(dāng)?shù)墓潭?松弛，在第三步中的單絲溫度應(yīng)該至少等于、但是更常見(jiàn)超過(guò)拉伸中所獲得的溫度。爐子的溫度設(shè)置非常依賴線速、單絲直徑、爐長(zhǎng)和氣流速度。
[0015]用于根據(jù)本發(fā)明的刷子的單絲優(yōu)選地包含顏料，比如氧化鈦，以便給予單絲白色外觀。為了更高的透明度，根據(jù)本發(fā)明的單絲也可以包含潤(rùn)滑油，比如乙撐雙硬脂酸酰胺(EBA)。
[0016]單絲能夠有利地用作刷毛，優(yōu)選為牙刷的刷毛。本發(fā)明還涉及包含該單絲的牙刷。該牙刷結(jié)合了好的濕彎曲恢復(fù)度和遇濕剛度保留性。這使得在需要丟棄該牙刷前可以更長(zhǎng)期使用。并且，這也有利于CO2減少，不光由于更長(zhǎng)期使用，也由于牙刷的至少部分由可再生資源制成。
[0017]實(shí)驗(yàn)
[0018]PA-410 的制備
[0019]在惰性2L釜式反應(yīng)器中，制備45%的410-鹽溶液。在65°C下，向540ml水中加Λ 230ml的67.5%的1，4-丁二胺溶液，然后再加入348.2g的固體1，10-癸二酸。反應(yīng)器的最大壓力被設(shè)定到2barA。鹽溶液在60分鐘內(nèi)被加熱到53°C。在該過(guò)程中，在153°C下額外的水被蒸餾掉了直到達(dá)到10%的水濃度。反應(yīng)器的壓力被設(shè)定在12barA。在15分鐘內(nèi)加熱410-鹽溶液以達(dá)到12barA的壓力，從而使鹽溶液聚合。在維持12barA的同時(shí)，更多的水被蒸餾掉了直到獲得聚合物熔體，并且溫度達(dá)到250°C。在250°C下，將反應(yīng)器減壓到1.02barA，同時(shí)在60分鐘內(nèi)加熱到265°C，并使聚合物熔體進(jìn)一步聚合。聚合物熔體被進(jìn)一步加熱到290°C，并且保持在該溫度以及1.02barA下16小時(shí)。用小股氮?dú)鈿饬髅撊ゾ酆衔锶垠w中的水?？s聚階段之后，清空反應(yīng)器到水浴中以得到聚合物線股，這些線股被離線切割成顆粒。PA-410聚合物在90%的甲酸中具有179ml / g的溶液黏度。
[0020]通過(guò)熔融PA-410到270°C然后將其按壓通過(guò)模具來(lái)獲得直徑為0.2mm的單絲。
[0021]測(cè)量
[0022]黏數(shù)(VN)
[0023]根據(jù)IS0307 (2007版)確定黏數(shù)，以0.005g / ml的濃度在甲酸(90wt% )中溶解PA-410試樣；并且由Ubelohde黏度計(jì)通過(guò)下述方法確定黏數(shù):在25°C下測(cè)量溶劑(t0)和溶液(tl)流的次數(shù)，并且通過(guò)公式VN=[(tl / t0)-1] X 200ml / g來(lái)計(jì)算黏數(shù)。
[0024]夾捏彎曲恢復(fù)度試驗(yàn)
[0025]以所謂的夾捏孔彎曲恢復(fù)度法(pinch hole bend recovery method)在多種單絲上進(jìn)行夾捏彎曲恢復(fù)度試驗(yàn)。該方法使用多種尺寸的金屬板孔(板A、B和C分別帶有
1.5mm、2.5mm和3.5mm的孔)。實(shí)施以下步驟:
[0026]將單絲在20±1°C的溫度下在水中浸潰18小時(shí)。為了不使單絲絞纏，使單絲從中心穿過(guò)孔并用鈍器輕輕地壓入孔中。單絲以這樣的方式放置，從而它不比孔的半徑更突出。
[0027]包括單絲的金屬板在50 ± 2 °C下在水中被浸潰2分鐘，然后在20 ± 2 °C下在水中被浸潰30秒。從水中取出金屬板，并且從孔中取出單絲。單絲被置于充滿20+2°C水的培養(yǎng)皿中。在15分鐘浸潰之后，取出單絲并且測(cè)量夾角(included angle)，同時(shí)確保單絲水平地放在光滑表面上。
[0028]使用公式[I]計(jì)算百分比恢復(fù)度:
[0029]恢復(fù)度=夾角X100 / 180% [式 I]
[0030]結(jié)果示于表I。
[0031]表1.夾捏彎曲恢復(fù)度試驗(yàn)
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種刷子，所述刷子包含含聚酰胺的單絲，所述聚酰胺包含聚酰胺-410。
2.如權(quán)利要求1所述的刷子，其中，基于聚酰胺的總重量，所述聚酰胺包含至少40wt%量的聚酰胺-410。
3.如權(quán)利要求1所述的刷子，其中，基于聚酰胺的總重量，聚酰胺-410的量至少是50wt % ο
4.如權(quán)利要求1所述的刷子，其中，所述聚酰胺本質(zhì)上由聚酰胺-410構(gòu)成。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刷子，其中，聚酰胺-410的黏數(shù)至少是100ml/ g。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刷子，其中，聚酰胺-410的黏數(shù)至少是120ml/ g。
7.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刷子，其中，聚酰胺-410的黏數(shù)至少是140ml/ g。
8.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刷子，其中，所述單絲還包含氧化鈦。
9.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的刷子，其中，所述刷子是牙刷。
【文檔編號(hào)】D01F6/60GK103890248SQ201280050893
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
【發(fā)明者】桑杰伊·馬瑟爾, 珍·可倫·德, 高德弗瑞達(dá)斯·伯納德斯·威廉默斯·萊昂納德斯·里格查特 申請(qǐng)人:帝斯曼知識(shí)產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)管理有限公司