专利名称：处理剃刀片刀刃的方法
技术领域：
本发明涉及改进剃刀片刀刃的生产方法，这种改进包括用悬浮在超临界流体中的多氟烃颗粒分散体涂覆刀刃，随后给多氟烃涂层加热。这种方法不仅在刀刃上提供均匀的多氟烃涂层，而且不需要使用危害环境的溶剂。
没有涂层的剃刀片不管它多锋利都不可能在刮干胡须时不引起不适或疼痛，它们通常需要与胡须软化剂(如水和(或)剃须膏或肥皂)一起使用。用没有涂层的刀片刮脸引起疼痛和刺激是因为需要用很大的力拉刀片的刀刃才能刮掉未经软化的须发，这个力传送给与长出须发的毛囊相邻的皮下神经，众所周知，过分地拉这些须发所产生的刺激在停止拉以后还会持续一段时间。为了解决这些问题，人们研制了刀片涂层。固化成凝胶继续附着在刀片上。尽管这些有涂层的刀片在商业上取得相当大的成功，但是该涂层不持久，很快就会被磨掉。
在1963年1月8日授权的美国专利U.S.3,071,856中，Fischbein介绍了一些涂覆碳氟化合物的刀片，特别是涂覆了聚四氟乙烯的刀片。涂覆刀片的方法包括(1)将刀刃放在极接近供给碳氟化合物的地方、随后给刀片加热；(2)用碳氟化合物分散体喷涂刀片；(3)使刀片浸入碳氟化合物分散体；或(4)借助电泳的运用。然后，给涂覆过的刀片加热，使聚四氟乙烯熔结在刀刃上。
在1970年6月30日授权的美国专利U.S.3,518,110中，Fischbein揭示了一种经过改进的用于涂覆安全剃刀片的固体碳氟调聚物。这种固体碳氟聚合物的熔点介于310℃至332℃之间，并且它在350℃的熔体流动速度在0.005g/10min至600g/10min之间。估计分子量介于25,000至500,000之间。为了得到最好的结果，固体碳氟聚合物被粉碎成0.1μm至1μm的颗粒。分散体被静电喷涂到不锈钢刀片上。
在1972年4月25日授权的美国专利U.S.3,658,742中，Fish等人揭示了一种用于静电喷涂刀刃的包含Triton X-100浸润剂的聚四氟乙烯(PTFE)水分散体。这种水分散体制备方法如下用异丙醇与E.I.杜邦公司(特拉化州威明顿市)提供的Vydax牌聚四氟乙烯分散体(PTFE+氟利昂溶剂)中的氟利昂溶剂互换，然后再用水与异丙醇互换。实施例1揭示了一种聚四氟乙烯水分散体，它包含0.4％聚四氟乙烯(PTFE)和0.1％Triton X-100浸润剂。
在1993年11月23日授权的美国专利U.S.5,263,256中，Trankiem揭示了一种在剃刀片的刀刃上形成聚四氟乙烯涂层的改进方法，该方法包括使分子量至少为约1,000,000的碳氟聚合物经受离子辐射，将平均分子量降低到大约700至大约700,000之间；将经过辐照的碳氟聚合物分散在水溶液中；用分散体涂覆所述剃刀片的刀刃；然后给获得的涂层加热，使碳氟聚合物熔融、部分熔融或熔结。尽管这些涂层对刀刃的附着性好，但是不搅动或搅拌很难形成可接受的水分散体。
在1994年4月28日申请的美国专利申请08/232,197中，Trankiem揭示了一种在剃刀片的刀刃上形成多氟烃涂层的方法，该方法包括使分子量至少为1,000,000的干粉状碳氟聚合物经离子辐射以降低该聚合物的分子量；将经过辐照的聚合物分散在挥发性有机液体中形成分散体；用该分散体喷涂剃刀片的刀刃并且给获得的涂层加热，使多氟烃熔结。多氟烃优选是聚四氟乙烯，而且辐照对获得分子量大约为25,000的调聚物尤为有效。尽管这些涂层对刀刃的附着性好，但是为了在许多不搅拌的挥发性有机液体中形成可接受的分散体还必须搅拌，而且通常不推荐这些溶剂，因为它们对环境有副作用(即现在它们被列为危险的挥发性有机化合物(VOC))。
本发明的一个目标是提供一种对环境友好的方法，用该方法可以将多氟烃(尤其是聚四氟乙烯)涂覆到剃刀片的刀刃上。具体地说，本发明的一个目标是从刀片的涂覆工艺中取消氯氟烃溶剂和挥发性有机溶剂。
本发明的另一个目标是提供一种剃刀片刀刃，它的切削特性和耐磨特性与用包含氯氟烃的分散体涂覆的刀刃基本相同。
本发明第三个目标是提供一种对环境友好的方法，该方法将均匀的多氟烃涂层涂在剃刀片的刀刃上。
本发明第四个目标是提供一种涂覆刀片的原料流中分散多氟烃颗粒的方法，该方法不需要搅拌或补充搅拌。
本发明第五个目标是提供一种适合刀片涂覆作业使用的经过改进的多氟烃颗粒分散体。
这些目标以及其它目标对于熟悉这项技术的人依据下面的介绍将变得明朗起来。
本发明涉及在剃刀片的刀刃上形成多氟烃涂层的方法，该方法包括使碳氟聚合物在超临界流体中分散；用该分散体涂覆所述剃刀片的刀刃；给涂层充分加热，使碳氟聚合物附着到刀刃上。
除非零有说明，在这里介绍的百分比和比例全部以重量为基础。
在这里使用的术语“剃刀片的刀刃”包括刀片的切削点和切削面。申请人承认可以用这里介绍的方式涂覆整个刀片，但是并不认为这种全包型涂覆是本发明的基本类型。
在这里使用的术语“超临界流体”意味着温度保持在它的临界温度以上的高密度气体，其中临界温度是指气体不能靠压缩液化的最低温度。与液体相比，这样的流体粘度低、更容易扩散，而且在某些应用(如液相色谱)中已被证实比其它溶剂更有效。
以前，为了涂覆剃刀片的刀刃已经提出过各种各样的制备和利用对环境友好的碳氟聚合物分散体的方法。例如，授权给Trankiem的美国专利U.S.5,263,256，在此将该专利并入，以供参考。所有这些方法总是生产聚合物涂层均匀性较差的刀片。这可能导致沿着刀片长度切削力不一致。申请人意外地发现，与现有技术相比，在利用分散在超临界流体中的碳氟聚合物(尤其是聚四氟乙烯)涂覆时，刀片涂层的均匀性呈现重大改进。借助本发明生产的刀片在剃用水软化的须发时总是只需要很小的力。在用刀片的同一刀刃连续剃几次时始终保持这个力的一致性。
按照本发明，分散体是由碳氟聚合物制备的。优选的碳氟聚合物(即原始物料)是那些包含碳原子链的聚合物，包括-CF2-CF2-基团占优势的聚合物(如四氟乙烯的聚合物)和共聚物，例如六氟丙烯占次要比例(例如不超过5wt％)的共聚物。众所周知，这些聚合物在碳链的末端有性质可以变化的端基，这些端基取决于聚合物的制作方法。诸如-H、-COOH、-Cl、-CCl3、-CFClCF2Cl、-CH2OH、-CH3等端基均在这类聚合物的常用端基之列。尽管不能确切地知道优选聚合物精确的分子量和分子量分布，但是我们认为这些聚合物的分子量从大约700至大约700,000,优选的是从大约700至大约51,000,最优选的是大约50,000。优选的含氯聚合物是那些氯含量从0.15wt％至0.45wt％的聚合物(氯存在于端基中)。有可能使用两种或多种碳氟聚合物的混合物，即使构成混合物的个体聚合物没有前面规定的熔体特征和熔体流动速度特征，只要混合物具有这些特征就可以使用该混合物。最优选的原始物料是聚四氟乙烯(PTFE)。
最优选的多氟烃是用分子量至少为1,000,000的碳氟聚合物作为原始物料生产的，该原始物料经受离子辐射，使聚合物的平均分子量降低到大约700至大约700,000之间，优选的是在大约700至大约51,000之间，最优选的是大约50,000。这种方法在美国专利U.S.5,263,256中已有介绍，在此将它并入，以供参考。辐射剂量优选从20Mrad至80Mrad,而且离子辐射优选靠来自Co60源的γ-射线。多氟烃优选是聚四氟乙烯，而且辐射对获得平均分子量大约为25,000的调聚物尤为有效。
尽管超临界流体对聚四氟乙烯的溶解本领非常低，但是我已发现聚四氟乙烯能够分散在超临界流体中并成功地散布在刀刃上。
在最近的十年中，超临界流体已被用于萃取、聚合物分级分离、色谱和催化剂生成。它们还作为反应介质(合成，包括聚合)用于清理和使药剂浸入基质。
超临界流体具有介乎正常的液体和气体之间的性质。虽然任何物质都可以做成超临界流体，但优选的是气体，因为气体可以在低温下压缩。这类气体的实例是二氧化碳、氨、氧化亚氮、乙烷、乙烯和丙烷。液体成为临界流体需要高温。
二氧化碳已经得到广泛应用，氨和氧化亚氮在较小的程度上得到应用。它们都具有高溶解能力和相当高的向有机材料内部扩散的能力且成本低。但是，二氧化碳(CO2)是优选的。二氧化碳对环境是友好的。它在环境保护局(EPA)许可的排放物表内。它的阈值(TLV)是5000ppm/m3(5％以上将引起窒息)。参阅K.A.Nielsen等人的“超临界流体喷雾应用技术(Supercritical Fluid Spray Application Technology)”(Union CarbideReport 1990)。现在CO2是以天然油井和发酵的副产品为原料制成的，如果不利用这些副产品，它们将排放到环境中。此外，CO2是惰性最强的不燃烧的气体，所以它不妨害刀片涂层。CO2用在饮料中，由此可见吃(或喝)CO2是安全的。
已知在使聚合物溶解、增溶或溶胀的场合二氧化碳都是涂覆作业的良溶剂。此外，它的溶度参数借助调整温度和压力可以从1到8。
聚合物的性质决定二氧化碳在涂层配方中的溶解度。除其它特征外有利的特征还包括分子量低、多分散度低以及溶度参数低。业已发现，在聚合物结构包含氟、硅和庞大的取代基的系统中，超临界流体CO2的溶度有所增加。参阅Argyropoulos等人的“超临界流体喷雾涂层的聚合物化学与相的联系”，(第21届水性、高固含量及粉末涂层会议，会议集，新奥尔良(1994年2月))。
二氧化碳向有机材料内部扩散的能力高，因为它粘度低而且可能表面张力也低。例如，65％的聚丙烯酸和2-庚酮的(分散体)粘度是1000个厘泊。含28％的超临界流体CO2，粘度降低到30厘泊。扩散能力高和溶解度高表明超临界的CO2适合萃取、浸渍和高含固量涂层应用。参阅Nielsen等人的“采用超临界流体的高固含量涂层的应用”(High Solids Coating-1993Buyers Guide,pp.4-6(1993))。
二氧化碳的临界点是88°F(31℃)和1070psi(72.9atm.)。在这个点，二氧化碳具有液态密度，但呈气相。这个CO2的临界值代表标准喷涂设备能够获得的中等温度和适当的压力。参阅K.A.Nielsen等人的“超临界流体喷雾应用技术未来的污染防止技术”(Union Carbide Report(1990))。
超临界二氧化碳提供高质量的涂覆，它优于目前在许多生产工艺中采用的无空气喷涂。无空气喷涂导致较大的颗粒沉在喷涂的底部，而且在基质中心的物质多于基质的顶部和底部。参阅B.M.Hybertson的“超临界流体溶液膨胀方法在药物输送、颗粒合成及薄膜沉积上的应用”(UMIDissertation Services(1991))。
采用无空气的溶剂系统的常规刀片表明这种涂层不均匀。我已经观察到二氧化碳喷涂设备在刀刃上提供非常均匀的PTFE涂层。不管理论上怎么讲，我认为在某种程度上是由于二氧化碳在它从高压向低压喷射时产生的膨胀力。因此超临界的二氧化碳与非超临界的二氧化碳相比，前者更好地利用了膨胀力。
依据本发明的多氟烃分散体包括0.05wt％至5wt％的多氟烃，优选的是从0.7wt％至1.2wt％，借助搅拌将多氟烃分散在超临界溶剂中。聚合物可以被引入流动物流或直接混入正在搅拌的储器。当注入流动物流时，静态混合器的下游是优选的。优选的多氟烃包括杜邦公司制造的MP1100、MP1200和MP1600牌聚四氟乙烯粉末。最优选的是MP1100和MP1600。
TEFLON含氟添加剂的典型性质
<p>优选的超临界流体是二氧化碳。
为了形成朝刀刃喷涂的分散体，多氟烃应当有细小的粒度，优选的是平均粒径不超过约100μm。在优选的实施方案中，平均粒径的范围从大约0.2μm至大约12μm。粉末状的多氟烃原始物料可以作为颗粒较粗的物质正常使用，并且可以在辐照步骤前或辐照步骤后将它研磨到上述粒径范围，优选选择辐照后研磨。通常，分散体中多氟烃的含量从大约0.05wt％至大约5wt％，优选的是从0.7wt％至大约1.2wt％。
为了获得尽可能均匀的涂层，可以用任何适当的方式将分散体加到刀刃上，例如借助浸渍或喷涂；对于涂覆刀刃，特别优选的是雾化，在这种情况下，静电场优选与喷雾器结合使用，以便提高沉积效率。对静电喷涂技术的进一步讨论，参阅授权给Hoy等人的美国专利U.S.5,211,342和U.S.5,203,843，在此将它们全部并入，以供参考。对超临界流体的涂覆与喷涂技术的进一步讨论，参阅授权给Hoy等人的美国专利U.S.5,203,843和U.S.5,108,799，授权给Cole等人的美国专利U.S.5,066,522，授权给Lee等人的美国专利U.S.5,027,742和U.S.4,923,720，在此将它们全部并入，以供参考。将刀片预热到接近超临界流体沸点(31℃)的温度可能也是符合需要的。
按照本发明，将超临界的二氧化碳和多氟烃聚合物的混合物喷涂到基质刀片上，形成液体涂层，其方法是让液体混合物在压力作用下通过喷嘴进入基质的环境以形成液/气雾。
适合本发明实践的喷嘴尺寸(直径)通常在0.004英寸至0.072英寸范围内。较小的喷嘴尺寸是优选的，喷嘴尺寸(直径)从0.004英寸至0.025英寸是优选的。喷嘴尺寸(直径)从0.07英寸至0.015英寸是最优选的。通常在距离基质大约1至12英寸的位置上进行喷涂。
优选的喷涂压力介于1200psi至2500psi之间。最优选的喷涂压力介于1070psi至300psi之间。最低的喷涂温度大约是31℃。优选的喷涂温度介于35℃至90℃之间。最优选的喷涂温度介于45℃至75℃之间。
在喷涂操作期间，当液/气雾刚刚离开喷嘴时，它经受急剧冷却，以致温度迅速下降到接近环境温度或低于环境温度。如果液/气雾冷却到环境温度以下，周围的空气卷入液/气雾使它在抵达基质之前温度回升到环境温度或接近环境温度。这种急剧冷却是有利的，因为在雾中蒸发的活性溶剂少于使用常规加热的无空气喷涂设备时溶剂的损失量。因此，为了有利于喷涂给分散体预热是符合需要的，预热的程度取决于分散体的性质。
最后，给刀刃上的涂层加热是为了使聚合物附着到刀片上。加热作业可能导致熔结涂层、部分熔融涂层、或熔融涂层。部分熔融涂层或全部熔融涂层是优选的，因为它允许涂层在刀片上更充分地展开和覆盖刀片。关于熔融、部分熔融和熔结的进一步讨论参阅“McGraw-Hill Encyclopediaof Science and Technology”(卷12,第5版,页437(1992))。
总之，为了在刀刃上形成附着的涂层，必须将刀刃上沉积着聚合物颗粒的刀片加热到升高的温度。加热的持续时间可以在很宽的范围内变化，短到数秒，长达数小时，这取决于所用的具体聚合物的特性、刀刃的性质、刀片的升温速度、刀片需要达到的温度、以及刀片加热时气氛的性质。尽管刀片可以在空气气氛中加热，但是，优选的加热气氛是惰性气体(如氦气、氮气等)、还原气体(如氢气)、这些气体的混合物或真空。至少，通过加热足以使孤立的聚合物颗拉形成熔结体。优选的是通过加热足以使聚合物展开成厚度适当的连续薄膜并牢固地附着在刀刃材料上。
显然必须调整加热条件(如最高温度、加热时间等)，以避免聚合物大量分解和(或)刀刃金属过度回火。优选的温度应当不超过430℃。
下面用具体的实施例来说明本发明的特征。用下述实施例中每片刀片第一次剃脸获得的体验与用目前可利用的氯氟烃溶剂制造的有碳氟聚合物涂层的刀片所获得的体验进行比较，两者是相同的。此外，本发明的涂层均匀性优于用已知的含水溶剂或挥发性有机溶剂制造的涂碳氟聚合物的刀片。
实施例多氟烃分散体用超临界二氧化碳制备1％的PTFE分散体。多氟烃是由E.I.杜邦公司制造和提供的MP1100牌Teflon含氟添加剂。平均粒径为1.8μm至4μm。二氧化碳的温度保持大约88°F(31℃)，压力保持至少是大约1070psi(72.9atm.)。借助搅动分散体储罐来保持分散体。
涂覆刀刃分散体通过直径大约为0.010英寸的喷嘴喷射到刀刃上。喷孔距离刀刃大约12英寸。刀片标准的不锈钢TrackⅡ剃刀片位于喷孔前方12英寸处。涂层被喷涂在刀刃上。在喷涂之后，将刀片加热到大约350℃温度，使碳氟聚合物在刀刃上熔结。最终在刀刃上的Teflon涂层厚度大约是3000埃。
权利要求
1．一种在剃刀片的刀刃上形成聚四氟乙烯涂层的方法，该方法包括(a)将聚四氟乙烯分散在超临界流体中；(b)用分散体涂覆所述剃刀片的刀刃；以及(c)给该涂层充分加热，使碳氟聚合物附着到刀刃上。
2．根据权利要求1的方法，其中涂层的生产方法是通过一个直径为大约0.004英寸至大约0.072英寸的孔喷涂分散体。
3．根据权利要求2的方法，其中涂层的生产方法是通过一个直径从大约0.004英寸至大约0.025英寸的孔喷涂分散体。
4．根据权利要求3的方法，其中涂层的生产方法是通过一个直径从大约0.007英寸至大约0.015英寸的孔喷涂分散体。
5．根据权利要求3的方法，其中涂层的生产方法是在250psi至1200psi之间的压力下喷涂分散体。
6．根据权利要求5的方法，其中压力从300psi至1070psi。
7．根据权利要求5的方法，其中分散体在喷涂前保持在35℃至90℃的温度下。
8．根据权利要求7的方法，其中温度从45℃至75℃。
9．根据权利要求8的方法，其中聚四氟乙烯的形态是直径小于100μm的颗粒。
10．根据权利要求9的方法，其中聚四氟乙烯的形态是平均粒径介于大约0.2μm至大约12μm的颗粒。
11．根据权利要求9的方法，其中分散体包含大约0.05wt％至大约12wt％的聚四氟乙烯。
12．根据权利要求11的方法，其中分散体包含大约0.7wt％至大约8wt％的聚四氟乙烯。
13．根据权利要求11的方法，其中聚四氟乙烯的平均分子量从大约700g/mol至大约700,000g/mol。
14．根据权利要求13的方法，其中聚四氟乙烯的平均分子量从大约700g/mol至大约51,000g/mol。
15．根据权利要求11的方法，其中聚四氟乙烯是用分子量至少为1,000,000的碳氟聚合物的干粉状原始物料生产的，该原始物料经离子辐射使聚合物的平均分子量降到大约700至大约700,000。
16．根据权利要求15的方法，其中聚四氟乙烯是用分子量至少为1,000,000的碳氟聚合物的干粉状原始物料生产的，该原始物料经离子辐射使聚合物的分子量降到大约700至大约51,000。
17．根据权利要求14的方法，其中加热步骤(c)足以使聚合物熔融、部分熔融或熔结。
18．根据权利要求17的方法，其中加热步骤(c)足以使聚合物熔结。
19．根据权利要求16的方法，其中加热步骤(c)足以使聚合物熔融、部分熔融或熔结。
20．根据权利要求19的方法，其中加热步骤(c)足以使聚合物熔结。
全文摘要
这项发明涉及在剃刀片的刀刃上形成多氟烃涂层的方法,该方法包括:将碳氟聚合物分散在超临界流体中,用该分散体涂覆所述剃刀片的刀刃以及给该涂层充分加热使碳氟聚合物附着到刀刃上。
文档编号B05D5/08GK1211201SQ97192368
公开日1999年3月17日 申请日期1997年1月16日 优先权日1996年1月17日
发明者H·M·特兰金姆 申请人:吉莱特公司