一种含有纳米碳晶的牙刷丝及制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于牙刷技术领域，设及一种牙刷丝，特别设及一种含纳米碳晶的牙刷丝 及制作方法。
【背景技术】
[0002] 牙刷是清理牙齿、口腔的主要清洁和护理工具，而牙刷丝是直接和牙齿直接接触 的牙刷部件，对牙齿的清洁和健康护理起到关键作用。牙刷丝的材质主要是PP和PBT等塑料 材质，运些材质容易加工成丝，具有耐油、耐水和一定的耐磨性等特点，但存在诸多问题:譬 如摩擦强度低，容易卷曲而无法有效清理;容易滋生细菌等。针对上述问题，人们对牙刷丝 做了多种改进，例如在材料中加入抗菌剂和巧盐耐磨颗粒来提高其使用性能和延长使用寿 命。运些方法虽然有一定作用，但是效果不明显，原因如下： 1、目前制备具有抗菌效果和增加耐磨功能牙刷丝的方法均是将抗菌剂和巧盐耐磨颗 粒预先加入到PP或PBT塑料原料中，然后混合料经过高溫注塑或拉丝成型制备牙刷丝。该工 艺方法前期处理较为繁琐，且加工过程在200°C~300°C的高溫条件下进行，高溫条件下容易 引起一些抗菌剂性质改变从而失去作用。
[0003] 2、巧盐耐磨颗粒的粒径范围在微米级别，因粒径大于PP和PBT材料的分子链间隙 而很耐与塑料原料混合均匀，从而在加工过程中容易发生"析出"效应，其最终结果是牙刷 丝变脆易折断W及耐磨颗粒无法均匀分布在牙刷丝表面而无法起到有效的清除牙齿和口 腔污溃的效果。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种耐磨性好、清洁效果好且使用寿命长的含有纳米碳晶的 牙刷丝及制作方法。
[000引为实现上述目的，本发明采用W下技术方案:一种含有纳米碳晶的牙刷丝，牙刷丝 是截面为正六边形的柱状结构;牙刷丝的表面上均布有表面功能化处理的纳米碳晶；纳米 碳晶为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C 原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布；纳米碳晶的平均粒径为R，lnm^ R< Wnm;纳米碳晶的C含量为99~100%;表面功能化处理的纳米碳晶经过W下步骤制得:将纳 米碳晶置于质量比1: (3~5)的浓HN03/浓也S04的混合液中，加热回流后进行离屯、沉淀，取沉 淀物先用蒸馈水洗涂至抑5.0~6.0，再用0.2~0.6mol ? L-iNaO田容液洗涂的同时进行超声分 散，然后用0.2~0.6mol'L-i肥1洗涂的同时进行超声分散，最后用去离子水洗涂后烘干得到 表面功能化处理的纳米碳晶。
[0006] 进一步地，牙刷丝顶端的边缘处设有坡面。
[0007] -种含有纳米碳晶的牙刷丝的制作方法，包括W下步骤：1)将喷丝机的喷丝口内 径设定为正六边形，进行喷丝;2)在喷丝机喷丝口处接入微粉压力喷涂器，将表面功能化处 理的纳米碳晶喷涂在步骤1)喷出的处于烙融状态的牙刷丝表面;3)步骤2)中得到的牙刷丝 经制型得到牙刷丝成品。
[0008]进一步地，步骤2)中纳米碳晶的表面功能化处理方法如下：将纳米碳晶置于质量 比1: (3~5)的浓歴化/浓出S化的混合液中，加热回流后进行离屯、沉淀，取沉淀物先用蒸馈水 洗涂至抑5.0~6.0，再用0.2~0.6mol ? L-INaO田容液洗涂的同时进行超声分散，然后用0.2~ 0.6mol ? [1肥1洗涂的同时进行超声分散，最后用去离子水洗涂后烘干得到表面功能化处理 的纳米碳晶。
[0009]纳米碳晶义用W下方法制备，步骤为： (1) 初步破碎:将金刚石原料机械破碎后，筛分出500目W上的细料，将该细料重复过筛 一次W上，W保证分选粒度的准确性； (2) 再次破碎:将筛分出500目W上细料输送至气流破碎机内，利用高压气流对细料粉 碎后筛分出10000目W上的细粉，筛余物返回气流破碎机进行重新破碎； (3) 酸洗:将10000目W上的细粉依次采用浓硫酸与浓硝酸混合液、稀盐酸、氨氣酸对该 细粉酸洗，然后使用去离子水清洗至清洗液pH接近于7;，使用去离子水清洗至清洗液pH接 近于7;所述浓硫酸与浓硝酸混合液由质量分数为98%浓硫酸和质量分数为10%浓硝酸按照 质量比为5:1混合而成； (4) 分选:将清洗后的物料进行离屯、分离，取上层液体进行4-7天沉淀分选，去除上层清 液，将下层沉淀物干燥后即得成品纳米碳晶；离屯、分离步骤中，离屯、时间为30min-化，转速 为8000巧m-20000巧m。
[0010] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 1、 牙刷丝是截面为正六边形的柱状结构，可W在牙刷头上分布较多的牙刷丝，同时可 利用正六边形柱体的棱边对口腔进行清除，清洁效果更好； 2、 纳米碳晶具有疏水、防滑性能，具有抗菌、抑菌功能，牙刷丝的表面上均布有纳米碳 晶，能够提高牙刷丝的清洁效果和抗菌性能； 3、 纳米碳晶表面具有非对称分布的C原子的二聚体结构，具有很高的表面活性，容易被 表面功能化处理，同时纳米碳晶具有耐磨性强的特点，经充分混合之后的PP和PBT材料不仅 兼具其本身的初性，增加了材料的强度，可提高牙刷丝的耐磨性，在对口腔、牙齿进行清洁 时，不仅能有效消除牙齿表面的顽固污溃和有效清除口腔内部事务残渣，而且可W对牙齿 进行抛光处理使得污溃不易再次附着在牙齿表面； 4、 纳米碳晶为类球形形貌，其平均粒径不大于10纳米，粒径小于高分子碳链之间的空 隙，纳米碳晶可W均匀混合在原有的牙刷丝材料中，提高牙刷丝的耐磨性和硬度，同时产品 结晶性较强，表面活性强，吸附能力强，可进一步增强牙刷丝的清洁性能； 5、 纳米碳晶的C含量在99~100%之间，纯度很高，具有很高的生物相容性，与人体组织 细胞不会产生任何的生物排他性反应，用在口腔清洁材料中非常合适； 6、 牙刷丝顶端的边缘处设有坡面，避免牙刷丝对人体口腔造成损伤。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明实施例1的结构示意图； 图2是本发明实施例1的仰视图； 图3是制备纳米碳晶的工艺流程框图； 图4是纳米碳晶的TEM分析图； 图5是纳米碳晶的XRD谱图； 图6是纳米碳晶的EDS谱图； 图7是纳米碳晶的Raman光谱图； 图8是纳米碳晶的MS NM时普图； 图9是抗菌效果对比试验中琼脂块菌落数量变化图； 图10是抗菌效果对比试验中样片菌落数量变化图。
【具体实施方式】 [001引实施例1 一种含有纳米碳晶的牙刷丝，如图1、图2所示，牙刷丝2是截面为正六边形的柱状结构； 牙刷丝2的表面上均布有纳米碳晶1;纳米碳晶1为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金 刚石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分 布;纳米碳晶1的平均粒径为IOnm;纳米碳晶1的C含量为99~100%;表面功能化处理的纳米 碳晶经过W下步骤制得:将纳米碳晶置于质量比1:5的浓HN03/浓此S04的混合液中，加热回 流后进行离屯、沉淀，取沉淀物先用蒸馈水洗涂至抑6.0，再用0.6mol ? L-I化OH溶液洗涂的同 时进行超声分散，然后用0.6mol'l/iHCl洗涂的同时进行超声分散，最后用去离子水洗涂后 烘干得到表面功能化处理的纳米碳晶。牙刷丝2顶端的边缘处设有坡面3。
[0013] 实施例2 一种含有纳米碳晶的牙刷丝的制作方法，包括W下步骤：1)将喷丝机的喷丝口内径设 定为正六边形，进行喷丝;2)在喷丝机喷丝口处接入微粉压力喷涂器，将表面功能化处理的 纳米碳晶喷涂在步骤1)喷出的处于烙融状态的牙刷丝表面;3)步骤2)中得到的牙刷丝经制 型得到牙刷丝成品。
[0014] 步骤2)中纳米碳晶的表面功能化处理方法如下:将纳米碳晶置于质量比1:3的浓 HN03/浓出S〇4的混合液中，加热回流后进行离屯、沉淀，取沉淀物先用蒸馈水洗涂至pH5.0，再 用0.6mol ? L-I化0田容液洗涂的同时进行超声分散，然后用0.2mol ? L-I肥1洗涂的同时进行超 声分散，最后用去离子水洗涂后烘干得到表面功能化处理的纳米碳晶。
[001引实施例3 一种含有纳米碳晶的牙刷丝，牙刷丝是截面为正六边形的柱状结构;牙刷丝的表面上 均布有表面功能化处理的纳米碳晶；纳米碳晶为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金刚 石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布； 纳米碳晶的平均粒径为Inm;纳米碳晶的C含量为99~100%;表面功能化处理的纳米碳晶经 过W下步骤制得:将纳米碳晶置于质量比1:3的浓HN03/浓此S04的混合液中，加热回流后进 行离屯、沉淀，取沉淀物先用蒸馈水洗涂至抑5.0，再用0.2mol ? L-INaOH溶液洗涂的同时进行 超声分散，然后用0.2mol'L-iHCl洗涂的同时进行超声分散，最后用去离子水洗涂后烘干得 到表面功能化处理的纳米碳晶。牙刷丝顶端的边缘处设有坡面。
[0016] 实施例4 一种含有纳米碳晶的牙刷丝，牙刷丝是截面为正六边形的柱状结构;牙刷丝的表面上 均布有表面功能化处理的纳米碳晶；纳米碳晶为类球形形貌，碳晶表面的C原子与内层金刚 石相的C原子构成C原子的二聚体结构，C原子的二聚体结构中的两个碳原子为非对称分布； 纳米碳晶的平均粒径为5nm;纳米碳晶的C含量为99~100%;表面功能化处理的纳米碳晶经 过W下步骤制得:将纳米碳晶置于质量比1:4的浓HN03/浓此S〇4的混合液中，加热回流后进 行离屯、沉淀，取沉淀物先用蒸馈水洗涂至抑5.0，再用0.4mol ? L-INaOH溶液洗涂的同时进行 超声分散，然后用〇.4mol'L-iHCl洗涂的同时进行超声分散，最后用去离子水洗涂后烘干得 到表面功能化处理的纳米碳晶。牙刷丝顶端的边缘处设有坡面。
[0017] 实施例5 一种含有纳米碳晶的牙