专利名称：细牙线刷的制造方法和产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的细牙线刷产品以及一种新的制造细牙线刷的方法。更具体地说，本发明是为了提供一种改进的经膨松的高强度尼龙丝制成的牙线刷，这种牙线刷在高张力状态下具有牙线刮的功能，在低张力状态下具有线状刷的功能。
由于在牙齿周围形成牙斑和/或在牙齿和齿龈之间夹带食物颗粒，引起细菌繁殖，从而造成蛀牙和其它牙病。去除牙斑和夹带的食物可减少龋齿、牙龈炎及口臭的患病率，并可基本上改善口腔的卫生。现已发现传统的牙刷不能去除所有夹带的食物颗粒和牙斑。为了弥补牙刷的不足，已有人建议使用牙线和牙带。此处所用的术语“牙线”一词包括牙线和牙带以及任何类似制品。
为了提高牙线的效率和方便性，现已研制出将细“线”部分和粗“刷”部分结合在一起的牙线，同时研制出了穿线机。业已发现，当牙线在齿表面之间抽拉时，刷部分可以提高清洁作用，可去除在单独使用线部分时遗留的物质。这种线与刷的结合极大地增加了洁牙效果。这种装置在例如美国专利4，008，727中作了描述。这种产品的复杂性表现在它需要将每种牙线段单独制造并且需要将分离的牙线制品捆在一起成束包装。
在美国专利4，008，727和4，142，538中公开了一种由较细的线段隔离开的具有刷段的连续丝线。然而，使用传统的膨松尼龙纱制成的产品以及过去提出的制造工艺是不能令人满意的。制造这类刷线产品需要将一种聚合物溶液应用到丝线上。然后选择性地将溶剂从细线部分蒸发出来，但要避免溶剂从刷部分中蒸发。在这一工序中，丝线保持在高张力状态下，随后在丝线松弛时，即在低张力或无张力状态下去除刷部分中的溶剂。大多数膨松化工艺生产的细丝产品都太脆，以致不能用在构成理想的细线段所需的高张力状态的地方。此外，浸渍了聚合物的刷部分在溶剂从刷部分中去除之前，当张力减小时不能恢复原来的胀量和结构。
可以在包括牙线在内的牙科制品中加入诱人的使人感觉舒适的香味，加入香味的牙线会使人们乐于定期使用它们。将香味以芳香油的形式加到牙线的表面或加到涂在牙线上的蜡表面，也可以掺入到涂在牙线上的蜡涂料内。在正在审查中的申请日为1991年12月17日、流水号为07/809625的专利申请描述的工艺中，芳香油被加到牙线上的低熔点蜡的组合物中，该组合物包括高熔点和低熔点聚乙二醇组成的一种混合物。蜡的低熔点特性使它可以保存芳香油，而不会通过蒸发作用或由于氧化作用大大损耗。但将这些组合物应用于线刷后，人们并不满意，因为这些组合物会使丝线粘在一起或缠结在一起，从而降低了牙线作为牙刷清洁制品的使用价值。
本发明的一个目的是提供一种改进的牙线刷，它能作为连续的刷/线从传统的牙线分配器绕在绕线轴上并进行分装。
本发明的另一个目的是提供一种用膨松丝制成的涂有聚合物的牙线刷，该膨松丝基本上保持其原来的、未涂任何材料的松驰丝线时的整个体积和粗细度。
本发明还有一个目的是提供一种具有高含量香料的牙线刷。
本发明的牙线刷是由反向捻合的高强度尼龙丝制成的。该牙线刷包括至少两个线段，其直径在松弛状态下小于2.5mm，最好小于1.35mm。线段由线刷段隔开，与丝线成一整体的线刷段在松弛状态下的直径为2到4mm，最好是2.4到3.5mm，在张力为0.05牛顿(N)状态下其直径为1.7至3.0mm。该线刷的抗断强度至少为5牛顿，最好大于20牛顿。可取的是丝线的抗断强度至少为35牛顿;线段在松弛状态下其直径小于制成该线段用的、松弛的、未涂覆的丝线直径的50%。线刷在松弛状态下的直径至少为制成该线刷的、松弛且未涂覆的丝线原来直径的至少100%，最好至少为220%。在张力为0.05牛顿(N)状态下，各线刷段的直径至少为构成该线段的、松弛且未涂覆的丝线的60%，优选值为75%以上，最好大于150%。
在一个实施例中，线刷被涂有低熔点蜡组分，最好是聚乙二醇酯蜂蜡。可以只涂蜂蜡，或用该蜂蜡与芳香油、硅油润滑剂或它们的混合物结合在一起使用。
总之，本发明的方法是用于制造连续长度的牙线刷的方法，该牙线刷包括顺序交替布置的线部和与线部成一整体的线刷部。该方法包括如下步骤a)在反向捻合的高强度尼龙线上涂覆一种溶在挥发性溶剂中的聚合物溶液，该聚合物从由尼龙、聚氨酯及它们的混合物的组中选择。
b)有选择地在丝线部蒸发溶剂，同时防止处于丝线的刷部的溶剂过多地蒸发，这时的丝线的张力保持在0.15到1牛顿之间。
c)在丝线张力接近零的状态下用水蒸汽处理刷部，直到丝线的刷部恢复到未涂覆且松弛时丝线直径的至少100%，最好恢复到至少为220%。
d)在丝线处于张力基本为零的状态下去除在丝线刷部剩余的溶剂。
聚合物溶液最好包括5到15%重量百分比的聚氨酯及5到15%重量百分比的尼龙。最佳的溶剂是含有至少57%重量百分比的乙醇的含水乙醇溶液。水蒸汽处理最好在80到105℃的温度下进行。可以在丝线的线部选择性地使溶剂蒸发，其蒸发方法是将靠近线部的刷部用隔热材料遮挡住，让线部暴露并且对其加热。
该方法最好包括用低熔点蜡涂覆步骤(d)的产品刷部的线状段的附加步骤，而低熔点蜡不堵塞线上的开孔。利用温度高于约50℃到80℃的液态蜡进行涂覆将会更加有效，然后去除蜡的多余部分，并将涂覆后的刷部的温度冷却到50℃以下。可以单独使用低熔点蜡(最好是聚乙二醇酯蜂蜡)，或者与芳香剂、硅油润滑剂或它们的混合物结合使用。
本发明在丝线张力减少后恢复已涂覆了一种聚合物溶液且经拉伸的丝线的体积的方法包括用水蒸汽处理丝线的步骤，该步骤是在丝线处于张力基本为零的状态下进行的，直到丝线的刷部至少回复到未涂覆且松弛时直径为100%为止，最好为220%。
本发明用来对尼龙丝进行涂蜡同时不堵塞开孔的方法包括在温度为50到80℃的范围内给丝线涂覆聚乙二醇酯蜂蜡液体;去除液体的多余部分;并将已涂覆的丝线冷却到50℃以下。该液体最好含有芳香油、硅油润滑剂或它们的混合物。
用这些方法生产的产品也在本发明的范围内。
图1表示本发明的处于松弛状态的牙线刷;
图2表示本发明的连续长度的、松弛的且按次序连接的牙线刷;
图3表示本发明用于生产连续长度的按次序连接的牙线刷的系统示意图;
图4表示图3中的干燥和加热装置的部分示意图。
本发明的细长形牙齿清洁制品具有相互邻近的刷和线的复合功能，如图1所示，涂覆了聚合物的细线刷2包括一个位于线部6和8的端部之间并与线部连在一起的刷部4。让刷松弛时像丝线一样，适合于牙齿之间的清洁，起刷的作用，清洁时将牙线通过牙齿和齿龈表面来回拉。刷表面的空隙可捕集和去除牙齿和齿龈表面的食物、细菌和其它物质。在张紧的状态下刷部被拉成一条线，适合于沿相对的牙齿表面作上下擦刮运动，而且该装置很容易插在缝隙空间之间。当松弛时，刷部又变成像细丝一样延伸的状态。
细线刷2被制成线和刷部交替布置的连续长度的形状。图2显示了该线刷的一部分。用线部10将端线和刷部12隔离开，线刷的长度与图1中的线刷长度一致。连续长度的线刷适合于从传统的线刷分送器的绕线轴上拉出。
图3是生产本发明连续长度的按次序连接的牙线刷的装置的示意图。该制品是通过加工一根丝线，最好是高强度尼龙丝制成的。加工时先用聚合物涂覆;在张紧状态下从线部处蒸发溶剂;再用水蒸汽处理松弛的丝线;去除多余的溶剂并蒸发残留的溶剂。最好是用低熔点、不堵塞的蜡涂覆丝线，然后去除多余的涂料并冷却该丝线。随后将制品收集到绕线装置(绕线轴或卷筒)上，经过包装工序之后，就可提供最终出产的产品。
从安装在经轴架22上的丝线束(绕线轴或卷筒)上将丝线20抽出。拉丝线20，使之通过涂料槽26。在涂料槽26中，在增加张紧力的同时，将溶于挥发性溶剂中的聚合物溶液施加到丝线上。让丝线穿过液体，同时避免粘上过多的液体。利用传统的挤压辊去除任何多余的涂料溶液。然后将涂覆后的丝线传送到染色装置，对所选择的段，如细线段进行染色。
然后将经涂覆并染色的丝线拉入由链条驱动的干燥腔28。参考图3和图4，该装置包括对置的运动链条30和32，每条运动链的相对两表面都各有隔热垫34和36。上链段具有装在一个不锈钢通道内的红外线加热器。下链段具有一个排风通道。强迫对流和热辐射的复合作用将溶剂蒸发，蒸发出的溶剂从驱动室中通过排风通道40排走。让悬在加热区42内的相互邻近的一对隔热垫之间并由隔热垫遮挡的丝线暴露于热源中，在它达到干燥腔的出口时，使暴露的涂料完全干燥并且硬化(溶剂基本上都蒸发掉)。暴露且干燥的部分在张紧的状态下将保持纤细的形状，形成细线部分。使保持在隔热垫34和36之间的丝线部分避免受热，并在高张力期间几乎没有或根本没有溶剂损耗。所设计和布置的红外线加热器提供的干燥温度在约70到160℃之间。
再让丝线在松弛状态(即低张力或无张力)下进入水蒸汽处理腔44。在丝线暴露于加热器段28并使张力减少时，这些未干燥的部分与局部膨松的形状相比为局部收缩的形状。在蒸汽腔44内，刷部分被暴露于基本达到饱和的水蒸汽中，水蒸汽的温度在80到105℃范围内，直至刷部几乎完全收缩并基本回复到原来未涂覆且松弛时的丝线的膨胀度和松密度状态。要达到这一状态需处理3秒或更长的时间，这取决于涂料的特性及涂料的质量。
将膨胀后并经蒸汽处理的牙线送入辊子驱动的干燥腔46。使用热空气并利用热传导和热对流使残留的液体(溶剂和水)蒸发，热空气的温度在150到200℃的范围内，流量在150到300立方呎/分(cfm)范围内。
空气通过管道50送入，蒸汽通过排放装置48排走。
在这一阶段连续长度的牙线刷可以作为未涂蜡的牙线制品收集在绕线轴上。
为了生产涂蜡的牙线刷，最好使无溶剂牙线通过一个涂蜡槽52，在槽52内，在高温下进行低熔点蜡涂料的涂覆。多余的蜡涂料在牙线刷通过挤压辊之间时被去除。然后连续长度的牙线刷被送入制冷或冷却装置54。利用鼓风机56产生气流时，溶剂被蒸发并使蒸汽通过排放总管58排走。然后将涂过蜡的产品收集在收集装置60内的线轴(绕线轴或卷筒)上。
再将绕线轴或卷筒上的牙线刷重新绕在传统的单个分配器绕线轴上。
大多数膨松尼龙丝都缺乏该工艺所需要的抗拉强度。大多数经膨胀工艺制成的产品都缺乏该产品所需要的美学上的吸收力，也就是说这些产品是杂乱地拧在一起或由断纤缠制成的等等。假捻膨松化的产品提供了最满意的美学外观。为了制造细牙线刷产品，需要在不牺牲强度的条件下使用低分特的丝线。
假捻的方法可生产较为美观的产品，但其强度是有限的。在膨松化期间，丝线受到极高温度加热，这会使强度降低。为了将奇数(例如52×2×1)的端头捻在一起制备丝线，经常有一端不能处于张紧状态，这就降低了丝线的总体强度。业已发现，控制加热可避免损坏端头，也可得到符合强度的假捻产品。
经过增大丝线膨胀量的水蒸汽处理工艺制成的产品很容易在张紧状态下在齿间滑过。使用经过膨胀的产品既可以作为牙线上下刮擦地进行清洁，也可以作为牙刷作直线运动地进行清洁。膨胀的部分很容易贴在齿龈上。由于该产品具有开孔结构并且与常规牙刷相比表面积增大，所以该产品可以接受液体或固体香料。本发明使产品具有更持久的香味从而提高了对顾客的吸引力。
已发现反捻或假捻的高强度尼龙丝具有的抗断强度至少应在5牛顿以上，较好的是在20牛顿以上，在35牛顿以上是最令人满意的。可采用传统的凸钉式假捻工艺使高强度尼龙丝第一次膨松化来制备这些丝线，该工艺中只使用刚好足以进行膨松化所需要的热量，应避免使用严重损害丝线及其纤维从而降低它们的强度的温度。使向左和向右凸钉式假捻成的线合股以构成最终的反捻的和膨松的丝线产品。一种适用的丝线可以从英格兰莱斯特城瑟马斯顿的ChapmamFraser&Co.有限公司买到。
用在涂料槽26内的聚合物溶液可以是尼龙、聚氨酯或它们的混合物溶液或乳浊液。通常在涂覆牙线时使用的低链烷醇类尼龙溶液是适用的。比如可以使用角标为GENTAL的链烷醇尼龙溶液(通用塑料公司，新泽西州的布卢姆菲尔德)。最好的聚氨酯是水分散性聚氨酯，如阴离子胶态聚氨酯合成分散剂固体，其商品名称为SPENSOL的聚氨酯分散剂(Sponcer-Kellog的产品)。最佳的涂料溶液或乳浊液是5到15%的可溶链烷醇的尼龙和5到15%可溶链烷醇水分散性聚氨酯的混合物，该混合物溶在混合的水/链烷醇，例如水/乙醇的溶液中，这种溶液可以是75%重量百分比的名称为GENTALA151A的链烷醇尼龙和25%重量百分比的名称为SPENSOLL54的含水聚氨酯分散剂。
使用传统的微晶蜡或聚乙二醇蜡涂覆尼龙丝会阻塞丝线的空间并使它失去作为牙刷的作用。但是我们已经发现加热后的液态聚乙二醇酯蜂蜜可以用于涂覆这些丝线，并且如果在冷却前去除多余的涂料，就可以只对各条丝线的纤维涂覆，并保持住了大部分原始的丝线结构和清洁能力。
加热后的聚乙二醇酯蜂蜡具有低熔点温度，通常在65到70℃范围内，而且它们与芳香油互溶。因此这些蜡是将香味施加到牙线刷上的适合的媒介物。它们还起到乳化剂和表面活性剂的作用，并且可以与链烷醇或含水增香剂例如糖精、环乙烷氨基磺酸盐(cyclamates)或木糖醇溶液混合起来，并与润滑剂(如硅油)混合。较好的低熔点蜡涂料的组合物是聚乙二醇的酯类(它们的平均分子量为300)和蜂蜡。较好的包含液体香料(A)以及液体和包封的香料(B)的混合物的涂料组分显示在下表中。
香味蜡涂料组分成分量重量百分比％AB聚乙二醇酯蜂蜡a36.030.5薄荷油润滑剂b27.025.0薄荷香料c34.026.0薄荷cap.d4.0薄荷cap.e12.0糖精0.60.5乙醇，96％2.42.0aESTOLEO3BW3751,UinChemaInthernationalbDOWCORNING200FLUID,380cSTc Noville Fragrance#62082d Encapsulated Spearmint Borden#13587e Encapsulated Peppermint Borden#137422虽然对本发明的较佳实施例作了比较详细的描述，但可以理解，在不脱离本发明的精神和在权利要求中所限制的范围内可以进行显而易见的改型。
权利要求
1.一种用反向捻合的高强度尼龙丝制成的牙线刷，包括至少两个直径在松弛状态小于2.5mm的细线段，上述细线段由一段与丝线成一整体的牙丝线刷段隔开，上述牙线刷段的直径在松弛状态下达到4mm，在0.05牛顿的张力状态下为1.7到3.0mm，该牙线刷的抗断强度至少为5牛顿。
2.按照权利要求1的牙线刷，其特征在于反向捻合的高强度尼龙丝的抗断强度至少为20牛顿。
3.按照权利要求1的牙线刷，其特征在于细线段在松弛状态下的直径小于构成该细线段的松弛的和未涂覆的丝线直径的50%;牙线刷段在松弛状态下的直径至少是构成该牙线刷段的、松弛的和未涂覆的丝线直径的100%。
4.按照权利要求1的牙线刷，其特征在于各牙线刷段的直径在0.05牛顿张力的条件下至少为构成该牙线刷的、松弛且未涂覆的丝线直径的60%。
5.按照权利要求1的牙线刷，其特征在于牙线刷上涂覆一种低熔点蜡的组合物。
6.按照权利要求5的牙线刷，其特征在于该蜡组合物主要由聚乙二醇酯蜂蜡组成。
7.按照权利要求6的牙线刷，其特征在于蜡组合物中掺有芳香油、硅油或它们的混合物。
8.一种生产连续长度牙线刷的方法，此牙线刷包括顺序交替排列的线部和与线部成一整体的线刷部，该方法包括如下步骤a)在反向捻合的高强度尼龙丝上涂覆一种溶在挥发性溶剂中的聚合物的溶液，该聚合物从尼龙、聚氨脂及它们的混合物的组中选择;b)在丝线的线部有选择地蒸发溶剂，同时防止处于丝线的刷部的溶剂过多地蒸发，这时的丝线的张力保持在0.15到1牛顿。c)在丝线张力接近零的状态下用水蒸汽处理刷部，直到丝线的刷部回复到未涂覆且松弛的丝线直径的至少100%。d)在丝线处于张力基本为零的状态下去除在丝线刷部的剩余溶剂。
9.按照权利要求8的方法，其特征在于聚合物的溶液包含5到15%重量百分比的聚氨酯组分和5到15%重量百分比的尼龙组分。
10.按照权利要求8的方法，其特征在于溶剂是至少含有57%重量百分比的乙醇的含水乙醇。
11.按照权利要求8的方法，其特征是水蒸汽的温度从80到105℃。
12.按照权利要求8的方法，其特征在于选择性地在丝线的线部蒸发溶剂，蒸发时让线部暴露于热源中，同时将邻近线部的刷部用隔热体遮挡。
13.按照权利要求8的方法，其特征在于还包括对步骤(d)的产品的刷部的细线用永不堵塞线上开孔的低熔点蜡涂覆的附加步骤。
14.按照权利要求13的方法，其特征在于低熔点蜡是聚乙二醇酯蜂蜡，它的温度从50℃以上到80℃;去除多余的蜡并将涂覆后的刷部冷却到低于50℃的温度。
15.按照权利要求13的方法，其特征在于低熔点蜡中掺有硅油润滑剂、芳香油或它们的混合物。
16.一种张力松弛后回复拉伸过并涂覆了一种聚合物溶液的尼龙丝的体积的方法，包括如下步骤当丝线处于约小于零的状态下使它暴露于水蒸汽中，直到丝线的刷部回复到未涂覆且松弛的丝线直径的至少100%。
17.按照权利要求16方法的涂过涂料的丝线产品。
18.一种生产涂覆了涂料且不堵塞开孔的尼龙丝的方法，包括用聚乙二醇酯蜂蜡在50℃以上到80℃的温度下涂覆丝线，然后去除丝线上多余部分的酯并将丝线冷却到低于50℃的温度。
19.按照权利要求18的方法生产的一种涂覆了涂料的尼龙丝产品。
20.按照权利要求18的方法，其特征是用一种包含有聚乙二醇酯蜂蜡、硅油润滑剂、芳香剂和它们的混合物涂覆丝线。
21.按照权利要求20的方法生产的涂覆了涂料的尼龙丝产品。
全文摘要
一种用反向捻合的高强度尼龙丝制成的牙线刷包括至少两个细线段，细线段由与细线段成一体的线刷段隔开。线刷段上可涂覆一种低熔点蜡的组合物。这种产品是靠在反向捻合的高强度尼龙丝线上涂覆一种溶在挥发性溶剂内的聚合物的溶液的方法制造的。涂覆聚合物溶液后有选择地在丝线的细线部蒸发溶剂，同时防止丝线刷部的溶剂大量蒸发，当丝线的张力处于接近零状态下用水蒸汽处理丝线的刷部。
文档编号A61C15/04GK1087504SQ9310708
公开日1994年6月8日 申请日期1993年5月15日 优先权日1992年5月15日
发明者肖恩·G·吉利根, 约翰·A·卡明斯基, 阿德里安·哈特, 德莫特·T·弗里曼, 帕特里克·J·汉利, 杰弗里·S·米斯曼, 拉里·J·奥利芬特 申请人:加拿大吉勒特公司