DE69809270T2 - Zahnbürste - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Zahnbürste und insbesondere eine Zahnbürste mit einer verbesserten Borstenform.
• Es ist lang bekannt gewesen, in Sachen Mundhygiene Zahnbürsten zu verwenden, und zwar als ein Weg, sowohl den Mund zu reinigen als auch einen Grad an Frische in den Mund zu bringen. Zahnbürsten unifassen typischerweise einen Kopf mit einem Griff, wobei der Kopf eine Anzahl von Büscheln auf weist, die verwendet werden, um die eigentliche Reinigung vorzunehmen. Typischerweise umfasst der Kopf eine Anzahl von Borstenbüscheln, die in einer geeigneten Konfiguration angeordnet sind. Die Borstenbüschel bestehen übrigens aus einer Anzahl von einzelnen Borsten, die in einer beliebigen geeigneten Weise im Bürstenkopf verankert werden können.
• Herkömmliche Zahnbürsten weisen typischerweise Borsten auf, die aus einem Synthetikmaterial, wie Nylon, hergestellt sind. Die Nylonbörsten werden typischerweise durch Stifte oder Bolzen im Kopf der Zahnbürste festgehalten, wobei jeder Bolzen benutzt wird, um die Bolzen in einem Büschel an Ort und Stelle zu verankern, wobei die Borsten in einem beliebigen gegebenen Büschel eine Reihe von Nylonabschnitten sind, die doppelt umgebogen und in der Mitte mittels des Bolzens verankert werden. Sobald sämtliche der Borsten in ihrer Position im Kopf der Zahnbürste befestigt sind, werden die distalen Enden der Borsten durch bekannte Verfahren, zum Beispiel durch ein rotierendes Messer, auf eine beliebige zweckmäßige Form und Größe zugeschnitten. Die Enden der Borsten können von unterschiedlicher Form sein, um für unterschiedliche Reinigungsvorteile zu sorgen.
• Diese bekannte Art von Zahnbürste weist Borsten auf, die aus Nylon-Filamenten oder -Endlosfäden hergestellt sind, gewöhnlich Nylon-6,12-Filamenten, typischerweise mit einem Durchmesser von 0,15-0,25 mm, häufig 0,2 nun, wobei diese Dicke notwendig ist, um den Borsten die notwendige Steifigkeit zu verleihen, um es zu ermöglichen, eine ausreichende Zahnreinigung vorzunehmen. Dieser Durchmesser stellt auch den Mindestabstand dar, der zwischen Borsten vorhanden sein kann, und beeinflusst somit die tatsächliche Berührungs- oder Kontaktfläche zwischen den Borsten und der Zahnoberfläche. Diese Kontaktfläche ist wichtig, da die Reinigung umso wirksamer ist, je größer sie ist. Wenn mit einer neuen Bürste ebene Zahnoberflächen gereinigt werden, findet der Kontakt in erster Linie zwischen Borstenspitzen und der Oberfläche statt. In diesem Fall ist die tatsächliche Kontaktfläche gegeben durch die Summe von einzelnen Kontaktflächen zwischen jeder Borstenspitze und der Zahnoberfläche. Diese einzelnen Kontaktflächen resultieren aus einer elastischen Verformung der gerundeten Borstenspitzen. Feinere Filamente ermöglichen es, Zahnbürsten mit dichteren Büscheln und größeren tatsächlichen Kontakt flächen zu konstruieren. Derartige Bürsten sind deshalb wirksamer.
• Die vorliegende Erfindung sieht in ihrem ersten Aspekt eine Zahnbürste vor, bei der die Filamente der Bürste Polytrimethylenterephthalat (PTT) umfassen.
• PTT ist als Harz im Handel von der Shell Chemical Company, One Shell Plaza, PO BOX 2463, Houston, Texas 77252-2463 erhältlich. PTT-Harz kann in einer herkömmlichen Weise unter Verwendung von bekannten Materialien zu Filamenten bzw. Endlosfäden verarbeitet werden und kann unter Verwendung bekannter Techniken zu den Filamenten mit geeignetem Durchmesser gezogen werden. PTT-Filamente sind im Handel von der Shakespeare Monofilament Division, 611 Shakespeare Road, PO Box 4060, Columbia, South Carolina 29240, USA erhältlich.
• Bei einer solchen Zahnbürste kann der Körper der Bürste (d. h. der Kopf und der Griff) mit herkömmlichen Verfahren, wie Spritzgießen, und unter Verwendung von herkömmlichen Materialien hergestellt werden. Die Filamente können ebenfalls durch bekannte Techniken mit dem Bürstenkopf verbunden werden, zum Beispiel, indem man die Borsten mittels Bolzen am Kopf befestigt.
• Zwei Eigenschaften bestimmen, ob sich ein Polymer als Zahnbürstenborstenbestandteil eignet. Erstens die Biegesteifigkeit und zweitens die Biegerückverformbarkeit. Diese Eigenschaft bestimmen auch die Größe der Borsten, z. B. wird eine Borste, die ein Polymer mit hoher Biegesteifigkeit und Biegerückverformbarkeit umfasst, steifer sein als eines mit einer geringen Biegesteifigkeit und Biegerückverformbarkeit, was es somit gestattet, dass die Borsten dünner sind, wodurch mehr Borsten enger zusammen gepackt werden können, womit für eine größere Oberflächenkontaktfläche gesorgt wird.
• Die Biegesteifigkeit wird durch den axialen Elastizitätsmodul des gezogenen Polymers bestimmt. Dieser Modul beträgt sowohl für trockenes Nylon-6,12 und PTT etwa 3 GPa. Jedoch erweicht Wasser Nylon-6,12, und dies führt zu einem etwa 40%-igen Verlust an axialem Elastizitätsmodul und daher Steifigkeit. Demgegenüber ist die Wirkung von Wasser auf PTT vernachlässigbar. Dies bedeutet, dass ein PTT-Filament von 180 um Durchmesser etwa dieselbe Naßsteifigkeit wie Nylonborsten von 200 um Durchmesser besitzt. Zahnbürsten, die unter Verwendung von PTT-Filament in geeigneter Weise konstruiert worden sind, bieten daher gegenüber Nylon-Äquivalenten ein gewisses Maß an verbesserter Reinigungswirkung, weil sie für eine gegebene Biegesteifigkeit ein wenig dünner sein können als Nylon-6,12-Borsten. Sie können daher enger zusammen gepackt werden und liefern eine größere Oberflächenkontaktfläche.
• Die Biegerückverformbarkeit steht in Wechselbeziehung mit der Zugrückverformbarkeit, die eine genormte industrielle statistische Größe für ein Material ist. Ein Material mit einer hohen Zugrückverformbarkeit wird sich einem Aufspreizen widersetzen können, wenn es als Zahnbürstenborstenmaterial verwendet wird. Das Auf spreizen ist die bleibende Borstenverformung, die aus den zyklischen Biegebeanspruchungen resultiert, welche während des Zähnebürstens hervorgerufen werden. Die Zugrückverformbarkeit und daher die Beständigkeit gegen Auf spreizen wird sowohl durch die Art von Polymer, und wie es verarbeitet wird, bestimmt.
• Auf der Grundlage des oben gesagten würde ein beliebiges ideales Filamentmaterial sowohl einen verhältnismäßig hohen Biegeelastizitätsmodul sowie eine ausgezeichnete Biegerückverformbarkeit auf weisen.
• Unglücklicherweise besitzen gemeinhin verwendete Polymerfilamente mit einem hohen axialen Elastizitätsmodul, wie Polyethylen mit hohem Molekulargewicht und Kevlar, eine schlechte Biegerückverformbarkeit.
• Wir haben überraschend gefunden, dass PTT eine bessere Biegerückverformbarkeit zeigt, während es einen ähnlichen axialen Elastizitätsmodul wie Nylon-6,12 besitzt. Wir haben auch gefunden, dass einige Polymermaterialien mit einer ähnlichen Struktur wie PTT, z. B. Polyethylenterephthalat (PET) und Polybutylenterephthalat (PBT) eine bedeutend schlechtere Biegerückverformbarkeit als PTT besitzen.
• Bei gewissen Ausführungsformen der Erfindung können die Filamente nur gezogenes PTT umfassen. Bei anderen in Betracht gezogenen Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch PTT mit anderen Polymeren koextrudiert werden, zum Beispiel Polymeren, die einen hohen Biegeelastizitätsmodul aufweisen. Ein Beispiel für ein derartiges Koextrusionspolymer ist PET, das mit einem höheren Biegeelastizitätsmodul (10 GPa) als andere Polymere, wie zum Beispiel PBT (3 GPa), hergestellt werden kann. Von den möglichen Koextrusionen ist eine bevorzugte Ausführungsform, dass Filamente mit einem PET-Kern und einer PTT-Umhüllung koextrudiert werden, mit Koextrudaten, die im Allgemeinen einen Ausgleich zwischen Reinigungswirkung und Aufspreizbeständigkeit bieten, der für eine gegebene Zahnbürste zu optimieren ist.
• Als Alternative zu Polymer-Koextrudat mit PTT oder zu Umhüllung-/Kern-Koextrudaten wird auch in Betracht gezogen, dass koextrudierte Fasern von PTT mit einem anderen Polymer, zum Beispiel PET, hergestellt werden können, bei denen die Ströme des PTT und des anderen Polymers nebeneinander koextrudiert werden. Indem man dies tut, ist es möglich, ein koextrudiertes Polymer herzustellen, das an den Enden eine kontrollierte Aufspaltung auf weisen kann, was zu einer verbesserten Oberflächenkontaktfläche während der Reinigung führen kann. Es ist auch möglich, mit Polymeren zu koextrudieren, die sich beim Kontakt mit Wasser ausdehnen, wie Nylon-6,12. Falls derartige Koextrudate hergestellt werden, kann diese Ausdehnung bewirken, dass sich die Filamente beim Kontakt mit Wasser zunehmend verbiegen. Dieses Verbiegen während des Zähnebürstens gestattet es den Borsten an sich, Bereiche oder Flächen der Zähne zu reinigen, die ansonsten nicht gereinigt würden.
• Es ist auch eine in Betracht gezogene Ausführungsform der Erfindung, dass eine PTT-Faser oder ein PTT-Koextrudat mit einem hohlen Kern hergestellt werden könnte. Der Querschnitt der Borsten bei einer erfindungsgemäßen Zahnbürste kann eine beliebige regelmäßige oder unregelmäßige Form sein, z. B. kreisrund, oval, rechteckig, sternförmig, dreieckig, usw..
• Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen ausführlicher beschrieben.
BEISPIEL 1
• Die Zugfestigkeitseigenschaften von Monofilamenten wurden unter Verwendung eines bewegungsgesteuerten Zug-/Druck-Instruments (Instron 5566) ausgewertet. Eine 50 mm-Eichlänge des Filaments wurde unter Verwendung von Druckklemmen vertikal im Instrument angebracht. Eine Klemme wurde mit einem festen Punkt am unteren Ende des Instruments verbunden, und die andere wurde mit der Messdose verbunden, die unterhalb der sich bewegenden Traverse des Instruments angebracht war. Die entwickelte Zugkraft wurde dann kontinuierlich überwacht, während das Filament mit 50 mm/- min gestreckt wurde, bis ein Bruch des Filaments auftrat. Die Kraft-/Weg-Rohdaten wurden unter Verwendung der anfänglichen Querschnittsfläche und Länge der Probe in Spannungs-/Dehnungs- Daten umgewandelt. Der axiale Elastizitätsmodul wurde aus der Steigung der Spannungs-/Dehnungs-Kurve im Bereich von 0-2% Dehnung berechnet. Diese Steigung wurde unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate berechnet.
• Typische auf diese Weise gemessene Werte bei 20ºC und 45% relative Feuchte waren:
BEISPIEL 2
• Die Biegerückverformbarkeit eines Polymers kann durch Messung der Zugrück Verformbarkeit ermittelt werden.
• Für Zugrückverformbarkeitsmessungen wurde jede 50 mm-Probe mit 20 mm/min gestreckt, bis eine Dehnung von 20% erreicht war. Man gestattete der Probe dann bei dieser 20%-Dehnung eine 2 Minuten lange Spannungsentlastung, bevor die Traverse mit 20 mm/min zurückbewegt wurde, um es der Probe zu gestatten, sich von der auferlegten Verformung zu erholen zu beginnen. Die Länge, bei der die Kraft während dieses Vorgangs erstmals auf Null absinkt, ergibt ein Maß der unmittelbaren bleibenden Verlängerung, die in die unmittelbare bleibende Dehnung umgewandelt werden kann, indem man sie durch die anfängliche Eichlänge dividiert. Nach einem weiteren fünfminütigen Halten bei 0% Dehnung wurde die Traverse wieder mit 20 mm/min bewegt, um die Probe erneut zu strecken. Die Länge, bei der die Kraft während dieses Vorgangs über Null ansteigt, ergibt nach weiteren 5 Minuten Erholung bei 0% Dehnung ein Maß für die rückverformte Länge. Es kann angenommen werden, dass dies ein Maß für die endgültige bleibende Verlängerung ergibt, die in die endgültige bleibende Dehnung umgewandelt werden kann, indem man sie durch die anfängliche Eichlänge dividiert.
• Die anfängliche Rückverformbarkeit wird dann berechnet durch:
• % unmittelbare Rückverformbarkeit = 100 · (anfängliche auferlegte Dehnung - unmittelbare bleibende Dehnung)/anfängliche auferlegte Dehnung
• Die endgültige Rückverformbarkeit wird dann berechnet durch:
• % endgültige Rückverformbarkeit = 100 · (anfängliche auferlegte Dehnung - entgültige bleibende Dehnung)/anfängliche auferlegte Dehnung
• Typische Werte, die auf diese Weise für eine anfängliche auferlegte Dehnung von 0,2 gemessen wurden, waren:
• Man kann sehen, dass sich PTT-Monofilament von einer auferlegten Dehnung von 20% nahezu vollständig rückverformen oder erholen kann.
• Man kann deutlich sehen, dass während die Zugrückverformbarkeitsmesswerte von Nylon, PET und PBT niedrig Sind, der Wert für PTT überraschend hoch ist.
• Es wird nun auf die begleitende Zeichnung Bezug genommen, deren einzige Figur eine vereinfachte, teilweise auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Kopfs einer erfindungsgemäß aufgebauten Zahnbürste ist.
• Bezug nehmend auf die Zeichnung, wird ein Zahnbürstenkopf aus einem Kunststoffmaterial, wie Polyethylen, hergestellt und wird unter Verwendung üblicher Techniken spritzgegossen. Die Borsten können im Bürstenkopf unter Verwendung von bekannten Techniken verankert werden, wie eine Verankerung von doppelt gelegten Längen der Borste im Kopf 1 mittels Bolzen 3. Jeder Bolzen 3 ist zu einer Reihe von Paaren von Borsten 2 zugehörig, die von einzelnen PTT-Filamenten gebildet werden, die auf sich selbst umgebogen worden sind, wobei der Bolzen durch die umgebogenen Teile 4 des Filaments verläuft. Sobald sämtliche der Borsten 2 in ihrer Position im Kopf 1 befestigt sind, werden die distalen Enden 2a der Borsten unter Verwendung bekannter Techniken auf die gewünschte Form und Größe zugeschnitten.
• Die PTT-Filamente weisen einen Durchmesser von 0,18 mm auf und können durch irgendein bekanntes Verfahren hergestellt werden, wie beispielsweise das in der EP-A-0 745 711 (Shell) beschriebene Schmelzspinn-, Abkühl- und Z ich vor fahren. Obwohl eine beliebige bekannte Art der Herstellung von PTT verwendet werden kann, um zur Verwendung als Zahnbürstenborsten geeignete Fasern herzustellen, beschreibt diese Anmeldung ein bevorzugtes Verfahren. Die Borsten bei dieser Ausführungsform sind aus PTT mit massivem Kern, obwohl Koextrudate und Filamente mit hohlem Kern, die PTT umfassen, in Betracht gezogen werden, wie oben beschrieben.

Claims (10)

1. Zahnbürste mit Filamenten, die Polytrimethylenterephthalat unifassen.

2. Zahnbürste nach Anspruch 1, bei der die Filamente allein aus Polytrimethylenterephthalat hergestellt sind.

3. Zahnbürste nach Anspruch 1, bei der die Filamente Koextrudate von Polytrimethylenterephthalat mit einem anderen Polymermaterial sind.

4. Zahnbürste nach Anspruch 3, bei der die Filamente Nebeneinander-Koextrudate sind.

5. Zahnbürste nach den Ansprüchen 3 und 4, bei der das Filament ein Koextrudat von Polytrimethylenterephthalat und einem Material mit einem höheren axialen Elastizitätsmodul als Polytrimethylenterephthalat ist.

6. Zahnbürste nach Anspruch 5, bei der das Material mit einem höheren axialen Elastizitätsmodul als Polytrimethylenterephthalat Polyethylenterephthalat ist.

7. Zahnbürste nach Anspruch 3 oder 4, bei der das Koextrudat Nylon ist.

8. Zahnbürste nach Anspruch 1 oder 3, bei der das Filament einen Kern aus einem Polymermaterial und eine Umhüllung aus einem anderen Polymermaterial aufweist.

9. Zahnbürste nach Anspruch 8, bei der der Kern Polyethylenterephthalat ist und die Umhüllung Polytrimethylenterephthalat ist.

10. Zahnbürste nach den Ansprüchen 1-4, bei der das Filament einen hohlen Kern auf weist.