專利名稱：聚丙烯牙刷體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚丙烯牙刷體。
牙刷通常包括具有柄部、頭部和從頭部伸出的刷毛的主體。刷毛可以安置成簇狀。牙刷被構(gòu)造成能夠抵抗刷牙或口腔其它表面時施加在牙刷上的正常壓力。
通過將液體聚合物(例如聚丙烯)注射進限定牙刷主體的模腔中，于是聚合物就硬化(即冷卻)成牙刷主體即牙刷柄部和頭部。對兩部件的牙刷主體，隨后將該牙刷主體轉(zhuǎn)移至第二模腔，并將第二液體聚合物(例如彈性體)注射進第二模腔，從而形成牙刷主體的第二部位(例如抓持部件)。
液體聚合物在模腔中硬化所需的時間稱為“固化時間(set time)”。該固化時間將影響牙刷的生產(chǎn)速度。
一方面，本發(fā)明的特征在于一種牙刷，該牙刷所具有的主體包括a)包括聚丙烯且熔體流動速率至少為10g/10min的聚合物，以及b)從主體延伸出的刷毛。在一些實施例中，主體所具有抗拉強度至少約為3100psi(磅/平方英寸)。在其它實施例中，主體所具有抗拉強度至少約為3700psi。該主體的抗拉強度能約在3700-6000psi(磅/平方英寸)范圍內(nèi)。
在一個實施例中，主體所限定的形狀包括柄部和從該柄部伸出的頭部，其中柄部包括一個橫截面面積不大于約1.8cm2的拇指抓持部位。在其它實施例中，主體所限定的形狀包括柄部和從該柄部伸出的頭部，其中柄部包括一個橫截面面積不大于約1cm2的拇指抓持部位。
在另一實施例中，聚合物的熔體流動速率約從10g/10min到40g/10min。在一些實施例中，聚合物的熔體流動速率約從15g/10min到30g/10min。而在其它實施例中，聚丙烯的熔體流動速率約從30g/10min到40g/10min。
在一個實施例中，聚丙烯的抗拉強度約在4000-6000psi(磅/平方英寸)之間。
在其它實施例中，聚合物還包括一種塑性體。在一個實施例中，該塑性體的熔體流動速率約從1.3g/10min到約5.2g/10min。該塑性體的抗拉強度約在1500-3100psi。在一些實施例中，該塑性體包括具有乙烯的共聚物和聚α烯烴。該聚合物能包括重量百分比約從2％到30％的塑性體。在其它實施例中，該聚合物能包括重量百分比約從10％到20％的塑性體。在另外一個實施例中，該聚合物能包括重量百分比約從75％到90％的聚丙烯，以及重量百分比約從10％到25％的塑性體。
在另一方面，本發(fā)明的特征在于一種牙刷體生產(chǎn)方法，包括將熔體流動速率至少約為10g/10min的液體聚合物注射進模腔中，以便形成牙刷主體。在一個實施例中，該聚合物包括聚丙烯。在另一個實施例中，該聚合物包括一種塑性體。在其它實施例中，該聚合物還包括重量百分比至少約為10％的塑性體。在另一個實施例中，該聚合物包括聚丙烯和塑性體。
在一個實施例中，該方法還包括，通過結(jié)合重量百分比約為75％到90％的塑性體和重量百分比約為10％到25％的聚丙烯，來制備聚合物。
在其它方面，本發(fā)明的特征在于一種牙刷生產(chǎn)方法，包括將熔體流動速率至少約為10g/10min的液體聚合物注射進限定出牙刷主體中至少一個部位的模腔中，該模腔包括若干刷毛。
本發(fā)明的牙刷是柔性的從而當刷力施加在牙刷頭部時不會折斷。尤其是，該牙刷當在向前或相反方向彎曲時不會折斷。該牙刷同樣在受力彎曲后回復(fù)成原狀。
本發(fā)明所能夠生產(chǎn)出的牙刷具有相對較窄的如下區(qū)域，即該區(qū)域顯出良好抗裂性能且保持柔韌，而又充分堅硬以便能提供適于所需目的的結(jié)構(gòu)。另外，由于注射成型操作中固化時間最少而使牙刷主體能被迅速模制，因而能實現(xiàn)良好的生產(chǎn)速率和制造效率。
從以下對最佳實施例的詳細描述和權(quán)利要求中可使本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點變得更清楚。
附圖簡要描述

圖1為牙刷的側(cè)視圖；圖2為圖1中牙刷的俯視圖；圖3為從Instron檢測裝置前方所截取的、有關(guān)定位在Instron檢測裝置的測試夾具中牙刷的照片；圖4為圖3中Instron檢測裝置的前方的照片。
如圖1所示，牙刷10包括一個主體12，該主體包括柄部14、頭部16、柄部和頭部16之間的頸部18以及拇指抓持部位19。至少包括一束刷毛22的毛束20從主體12頭部16伸出。該主體包括一個例如由相對較硬、更具剛性的塑料(例如聚丙烯)的基部，和例如由相對彈性材料(例如苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯塊狀共聚物)制成的抓持部位。
根據(jù)ASTM D638的測試結(jié)果，牙刷主體展現(xiàn)出至少從約3100psi到約6000psi的抗拉強度。根據(jù)ASTM 1238-95的測試結(jié)果，牙刷主體中的至少一部分(例如基部)包括熔體流動速率至少約為10g/10min，優(yōu)選是約從10g/10min到40g/10min，更優(yōu)選的是約從12g/10min到35g/10min，最優(yōu)選是約從15g/10min到30g/10min的聚合物。在一些實施例中，牙刷主體中的至少一部分包括熔體流動速率約從30g/10min到40g/10min的聚合物。
牙刷主體非常硬，這樣就能在彎曲時不會折斷。牙刷的許多性能在組合考慮時能為牙刷主體提供可彎曲同時又可抵抗折斷的能力。
其中一個性能是牙刷在向前和向相反方向內(nèi)的最大位移。該最大位移是樣品在檢測時偏移的最大距離。最優(yōu)選，牙刷主體在利用如下最大位移檢測方法檢測時顯示出至少3英寸的向前最大位移，和至少2.7英寸的向后最大位移。
第二個性能是牙刷主體的硬度，該硬度能通過牙刷主體所能抵抗的向前和向后的最大載荷量來檢測出。該向前的最大載荷是指由牙刷主體的刷毛表面所施加在牙刷主體上的最大作用力。最優(yōu)選，在利用如下最大載荷檢測方法檢測時，牙刷主體顯示出至少約8.0lbs的向前最大斷裂載荷，最優(yōu)選從9.0lbs到12.0lbs；以及至少約8.0lbs的向后最大斷裂載荷，最優(yōu)選從8.0lbs到11.0lbs。
牙刷的第三個性能是牙刷主體在向前和向后方向內(nèi)檢測時的斷裂能量。最優(yōu)選，在利用如下斷裂能量檢測方法檢測時，牙刷主體顯示出至少約21lbs-in的向前最大斷裂能量，最優(yōu)選至少約23lbs-in；以及至少約23lbs-in的向后最大斷裂載荷。
第四個性能是牙刷主體在向前和向后方向內(nèi)的韌性。最好，利用如下韌性檢測方法計算出，牙刷主體在向前方向內(nèi)顯示出的韌性至少約40in-lbs/in3，最好至少約44in-lbs/in3；以及而在向后方向內(nèi)顯示出的韌性至少約40in-lbs/in3，最好至少約45in-lbs/in3。
上述性能最好存在于其拇指抓持區(qū)域橫截面面積不大于1.8cm，優(yōu)選不大于1.1cm，最好不大于1cm的牙刷主體。
牙刷主體的聚合物包括聚丙烯。聚丙烯有各種形狀，每種形狀都顯現(xiàn)出各種性能。最好，該牙刷主體包括一種稱為流變性能可控制的聚丙烯，其熔體流動速率不大于40g/10min，更優(yōu)選的是不大于30g/10min，以及其抗拉強度至少約為3100psi，更優(yōu)選的是從4000-6000psi，最優(yōu)選至少約為4700psi。
最好，上述聚丙烯被設(shè)計為一旦注射進模腔后將立即固化。固化的能力稱為“固化時間”。該固化時間最好要充分短以便允許最大化地利用注射成型裝置。
聚丙烯最好為至少約97％的全同立構(gòu)聚丙烯。合適的聚丙烯可以從位于德克薩斯州達拉斯的芬納油業(yè)和化學(xué)公司(Fina Oil And Chemical Company)的商品名FINA3824和FINA3825，以及德克薩斯州休斯頓的埃克森化學(xué)公司(Exxon Chemmical)的PP1105而獲得。
該聚合物可包括重量百分比達到100％的聚丙烯。最好，該聚丙烯在聚合物中的重量百分比約從75％到90％，最好約為85％。該聚丙烯最好具有較窄范圍的分子量。
該聚丙烯同樣包括能控制聚合物鏈長度從而形成較窄分子量范圍內(nèi)聚合物的催化劑。這就稱之為流變性能可控制的聚丙烯。催化劑最好也促進聚丙烯在注射進模腔中后迅速固化。有用的催化劑例如有齊格勒-納塔催化劑和齊格勒-納塔類型的催化劑。
牙刷主體的聚合物也包括塑性體。該塑性體的性能通常介于熱塑性材料和彈性體材料的性能之間。最好，該塑性體調(diào)整聚丙烯及其所制成的牙刷主體的沖擊性能(即對力的反作用)。最好，該塑性體的熔體流動速率約從1g/10min到約5g/10min，更優(yōu)選的是約從1.3g/10min到約5.2g/10min；而其抗拉強度約在1500-3100psi，更優(yōu)選的是約2500psi。
有用的塑性體例如包括乙烯和α烯烴的共聚物(例如C3-C20α烯烴)。合適的商業(yè)用塑性體可從?？松瘜W(xué)公司的商品名4033而獲得。
當塑性體出現(xiàn)在牙刷主體的聚合物中時，其相對聚合物的重量百分比至少約為2％，優(yōu)選的是約從2％到30％，更優(yōu)選的是約從10％到25％，最好是15％。
牙刷主體的聚合物也包括乙烯-α烯烴的共聚體。最好，該乙烯-α烯烴共聚體的熔體流動速率約從1g/10min到約5g/10min，更優(yōu)選的是約為5g/10min；而其抗拉強度約在1500-3000psi，更優(yōu)選的是約1700psi。合適的商業(yè)用乙烯-α烯烴共聚體可以從位于康湟狄格州Danbury的UnionCarbide的商品名FLEXOMER(例如天然FLEXOMER POLYOLEFIN DFDB-1085)獲得。
當乙烯-α烯烴共聚體出現(xiàn)在牙刷主體的聚合物中時，其相對聚合物的重量百分比至少約為2％，優(yōu)選的是約從2％到30％，更優(yōu)選的是約從10％到25％，最優(yōu)選是15％。
最好包括聚合物的牙刷主體的部位相對紫外(UV)線穩(wěn)定，這樣牙刷主體就不會在使用壽命過程中因紫外線的照射而變色。
牙刷主體的聚合物還包括各種其它成分，包括碳酸鈣、抗氧化劑、色素(例如二氧化鈦)、染料、紫外增白劑及其組合物。
以下將以示例的形式來描述本發(fā)明。
實施例檢測過程實施例中所使用的檢測過程包括如下最大位移向前和向后方向內(nèi)的最大位移檢測如下。
檢測和記錄牙刷主體在拇指抓持部位的寬度和厚度。該拇指抓持部位是在Instron檢測裝置對牙刷主體施加作用力時的支點或者是牙刷主體自由部位的旋轉(zhuǎn)點。檢測和記錄牙刷主體在其支點處(即沿A-A’線)的寬度(從圖2中俯視圖(即刷毛表面)所確定的寬度)。在支點處檢測和記錄從牙刷主體側(cè)面所看到的牙刷主體的厚度(見圖1)。將該寬度和厚度值輸入型號為4301的Instron檢測裝置(Instron，Canton，馬薩諸塞)。
將牙刷主體的柄部插入連接在Instron檢測裝置上的Instron檢測夾具，如圖3和圖4所示。為檢測向前方向內(nèi)的最大位移，將該柄部插入檢測夾具，從而使刷毛向上面對載荷作用的方向。為檢測向后方向內(nèi)的最大位移，將該柄部插入檢測夾具，從而使刷毛向下遠離作用的載荷。
調(diào)整柄部支承物，從而使檢測夾具前緣距牙刷頭部尖端的距離為61mm。牙刷主體的尖端被直接對準在測壓元件的下方，如圖3所示。以0.5in/min的十字頭速度(cross-head speed)垂直于牙刷主體縱向的方向施加作用力。Instron檢測裝置的最初設(shè)置如下起始載荷-0.5lbs，起始延伸-0.125。隨后開始Instron檢測循環(huán)。對牙刷主體施加作用力，直至牙刷主體或者斷裂或者達到90度的彎曲角度。從Instron檢測裝置的顯示屏上讀出Instron檢測裝置在垂直方向內(nèi)運行達到90°彎曲時的距離，并記錄為最大位移(in)最大載荷從Instron檢測裝置的顯示屏上讀出在牙刷主體彎曲到90°時(即達到最大位移時)所施加的最大載荷，并記錄。將該值記錄為最大載荷(in lbs)。如果主體在達到90°彎曲之前斷裂，則記錄斷裂事實。
斷裂通過觀察牙刷主體在最大位移檢測過程中是否斷裂來評定斷裂。
斷裂能量通過計算作用力的面積與位移曲線來確定牙刷主體在向前和向后方向內(nèi)的斷裂能量(Eb)。從Instron檢測裝置的顯示屏上讀出該斷裂能量并以lbs-in記錄。
韌性通過根據(jù)如下公式將斷裂能量(Eb)除以試樣體積來計算牙刷主體在向前和向后方向內(nèi)的韌性(T)。
T＝Eb/(L*b*a)其中Eb為斷裂能量，L為標準長度，a為試樣寬度，b為試樣的厚度。
以in-lbs/in3來記錄韌性。
制備聚合物實施例1FINA3824流變性能可控制的聚丙烯(FINA-PP)(Fina油業(yè)和化學(xué)公司)所具有的熔體流動速率為30g/10min，抗拉強度為4700psi，乙烯基塑性體(EXXON-PPI)(?？松瘜W(xué)公司Exxon Chemmical)所具有的熔體流動速率為5.2g/10min，抗拉強度為1700psi，在400°F的溫度下混合該FINA3824流變性能可控制的聚丙烯(FINA-PP)和乙烯基塑性體(EXXON-PPI)，從而形成包括重量百分比為80％的FINA-PP和重量百分比為20％的EXXON-PPI的聚合物。
實施例2除FINA-PP/EXXON-PPI的比例為75/25以外，根據(jù)實施例1來制備聚合物組份。
實施例3混合FINA-PP和熔體流動速率為1.3g/10min，抗拉強度為2500psi的EXACT 4033乙烯基塑性體(EXACT 4033)(?？松瘜W(xué)公司)，從而形成包括重量百分比為85％的FINA-PP和重量百分比為15％的EXACT 4033的聚合物。
實施例4-8除FINA-PP/EXACT 4033的比例分別為80/20(實施例4)；75/25(實施例5)；85/15(實施例6)；80/20(實施例7)；75/25(實施例8)以外，根據(jù)實施例3來制備聚合物組份。
實施例9混合FINA PP、EXACT 4033和碳酸鈣，從而形成包括重量百分比為85％的FINA-PP、重量百分比為15％的EXACT 4033和重量百分比為10％的碳酸鈣的聚合物。
實施例10混合FINA-PP和熔體流動速率為5g/10min，抗拉強度為3000psi的FLEXOMER POLYOLEFIN DFDB-1085天然聚烯烴(FLEXOMER)(Union Carbide)，從而形成包括重量百分比為85％的FINA-PP和重量百分比為15％的FLEXOMER的聚合物。
實施例11除FINA-PP/FLEXOMER的比例分別為75/25以外，根據(jù)實施例10來制備聚合物組份。
將實施例1-11的聚合物組份注射進200攝氏度下的模腔中成型。該模腔限定出拇指抓持部位為1cm橫截面的牙刷主體。注入量為150克的往復(fù)式螺桿注射成型機注射溫度在190攝氏度到250攝氏度的材料。
隨后根據(jù)最大位移檢測方法來檢測每個模制的牙刷主體，在適合時檢測向前和向后方向內(nèi)的性能。同時計算最大載荷、斷裂能量和韌性。應(yīng)當知道在最大位移檢測方法中是否發(fā)生斷裂。斷裂的牙刷主體標定為“是(yes)”，那些未發(fā)生斷裂的牙刷主體標定為“否(no)”。
結(jié)果如表1。
其它實施例如權(quán)利要求所述。
表1
1＝FINA聚丙烯2＝EXXON-PPI聚丙烯3＝EXACT 4033聚丙烯4＝碳酸鈣5＝FLEXOMER
權(quán)利要求
1.一種牙刷，包括具有聚合物組成的主體，該聚合物包括聚丙烯且其熔體流動速率至少為10g/10min；和從主體延伸出的刷毛。
2.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述主體所具有抗拉強度至少約為3100psi。
3.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述主體所具有抗拉強度至少約為3700psi。
4.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述主體的抗拉強度約從3700到大約6000psi。
5.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述主體所限定的形狀包括柄部和從該柄部伸出的頭部，其中柄部包括一個橫截面面積不大于約1.8cm2的拇指抓持部位。
6.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述主體所限定的形狀包括柄部和從該柄部伸出的頭部，其中柄部包括一個橫截面面積不大于約1cm2的拇指抓持部位。
7.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述聚合物的熔體流動速率約從10g/10min到大約40g/10min。
8.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述聚合物的熔體流動速率約從15g/10min到大約30g/10min。
9.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述聚丙烯的熔體流動速率約從30g/10min到大約40g/10min。
10.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述聚丙烯的抗拉強度約從4000到大約6000psi。
11.如權(quán)利要求1所述的牙刷，其特征在于，上述聚合物還包括一種塑性體。
12.如權(quán)利要求11所述的牙刷，其特征在于，上述塑性體的熔體流動速率約從1.3g/10min到約5.2g/10min。
13.如權(quán)利要求11所述的牙刷，其特征在于，上述塑性體的抗拉強度約從1500到大約3000psi。
14.如權(quán)利要求11所述的牙刷，其特征在于，上述塑性體包括具有乙烯的共聚物和聚α烯烴。
15.如權(quán)利要求11所述的牙刷，其特征在于，上述聚合物包括重量百分比約從2％到約30％的塑性體。
16.如權(quán)利要求11所述的牙刷，其特征在于，上述聚合物包括重量百分比約從10％到約20％的塑性體。
17.如權(quán)利要求11所述的牙刷，其特征在于，上述聚合物包括重量百分比約從75％到約90％的聚丙烯，以及重量百分比約從10％到約25％的塑性體。
18.一種牙刷主體，包括一柄部和一從該柄部伸出的頭部，主體包括一種聚合物，該聚合物包括聚丙烯且其熔體流動速率至少為10g/10min。
19.如權(quán)利要求18所述的牙刷主體，其特征在于，上述柄部還包括一個橫截面面積不大于1.8cm2的拇指抓持部位，且該主體的最大載荷至少為8lbs。
20.一種牙刷主體生產(chǎn)方法，包括將熔體流動速率至少約為10g/10min的聚合物注射進模腔中，從而形成牙刷主體。
21.如權(quán)利要求20所述的牙刷主體生產(chǎn)方法，其特征在于，上述聚合物包括聚丙烯。
22.如權(quán)利要求20所述的牙刷主體生產(chǎn)方法，其特征在于，上述聚合物包括一種塑性體。
23.如權(quán)利要求20所述的牙刷主體生產(chǎn)方法，其特征在于，上述聚合物還包括重量百分比至少約為10％的塑性體。
24.如權(quán)利要求20所述的牙刷主體生產(chǎn)方法，其特征在于，上述聚合物包括聚丙烯和塑性體。
25.如權(quán)利要求20所述的牙刷主體生產(chǎn)方法，其特征在于，還包括準備聚合物的步驟，該準備步驟包括，通過結(jié)合重量百分比約為75％到約90％的塑性體和重量百分比約為10％到約25％的聚丙烯來制備聚合物。
26.一種牙刷生產(chǎn)方法，包括將熔體流動速率至少約為10g/10min的液體聚合物注射進限定出牙刷主體中至少一個部位的模腔中，該模腔包括若干刷毛。
全文摘要
一種牙刷包括a)包括聚合物的主體,該聚合物包括聚丙烯且其熔體流動速率至少為10g/10min的聚合物,以及b)從主體延伸出的刷毛。
文檔編號B29C45/14GK1423536SQ00812312
公開日2003年6月11日 申請日期2000年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月31日
發(fā)明者杰拉爾德·S·什切奇, 杰弗里·S·萊溫佐克 申請人:加拿大吉勒特公司