专利名称：牙线的制作方法
技术领域：
本发明涉及牙线及牙线的制造方法。
牙齿的损坏和牙科病症可能由细菌作用引起，它们是牙齿上形成菌斑和/或牙齿间隙中截留食物碎屑的结果。清除菌斑和截留食物碎屑可以减少龋齿、牙龈炎和口内气味，以及从总体上改进口腔卫生。已发现普通的刷牙不适合清除全部截留的食物碎屑和菌斑。为了保证正确的牙齿卫生，建议使用牙线。
牙线通常具有添加剂，例如香料或颜料。
本发明涉及具有泡沫材料的牙线，这些牙线使用舒适和具有表面组织，可保证使用牙线时良好的清洁。可以相信，如果泡沫材料为开口蜂窝泡沫材料，即泡沫材料中至少泡沫材料表面上一些蜂窝具有开口与泡沫材料表面贯通，以便在表面形成开口空隙，当从牙齿之间拉出牙线时，蜂窝由于牙线的减压而产生轻微的真空，它会吸引被牙线松散而进入蜂窝内的极细的碎屑。此外，在使用牙线时，泡沫材料可以用于传送物质到口腔，例如香料或治疗剂。
优选的牙线由细丝形成和直径为约0.02至0.20inch。细丝希望是共挤压的多组元细丝。此处，“多组元”是指具有两种或更多种组元的细丝；“共挤压”是指至少存在两种组元，它们实质上是具有明显的界面而不相互混合的单独相。这些细丝优选地使用专业技术中所称的“共挤压”工艺成形，但是这里使用的术语“共挤压的多组元”还包括用其它工艺制造的具有上述的结构的细丝。
在一个实施例中，本发明的牙线具有选择的两种或更多种组元，以保证牙线要求的性能，组元之一是泡沫材料。例如，细丝可以具有内芯，以保证牙线的强度，以及外泡沫材料层。泡沫材料层可以改进以保证希望的表面性能，即柔软性或耐磨性。
在另一个实施例中，本发明的牙线具有含添加剂的泡沫材料，添加剂为可从牙线释放出的颜料、香料或治疗剂。某些希望的牙线具有选择组元的组合，以便给予牙线希望的性能，即使面柔软性和组织与良好的拉伸强度相结合。含添加剂的组元可以是水溶性的，以便使添加剂在使用时从牙线中释放出。添加剂可以用各种形式供给，例如显微包套，或被吸收或吸附在另一种添加剂(即特殊的填料)上。添加剂也可以用充填微珠的形式供给，如美国专利No.5,300,290所述，此处列出此公开供参考。
最好，添加剂可以在制造细丝时加入本发明的牙线内，而不是在单独的涂层阶段涂覆添加剂。这样不仅减少了加工工步的数量，同时还降低了添加剂的需要量。
本发明还提供了细丝的制造方法(a)用两种或更多种聚合物通过多组元模具共挤压形成多组元单丝；以及(b)在共挤压时或之前使一种聚合物泡沫化，以获得带泡沫材料外层的细丝。
再者，本发明提供的使用牙线的方法是在哺乳动物如人的两齿之间插入一定长度的本发明的牙线。
这里使用的术语“牙线”包括牙线、牙带和类似的产品。
本发明的其它特征和优点可通过附图、下列详细说明和权利要求书更清楚，附图中
图1是按照本发明一个实施例的牙线的高度放大的透视图；图2-2F是具有不同横截面的共挤压多组元细丝径向所取的横剖面图；图3是按照本发明一个实施例制造共挤压牙线用的挤压系统的示意图；图3A是适合于图3挤压系统使用的螺旋混合器的示意图；图4和4A是适合于图3所示挤压机使用的共挤压模具的透视图和侧剖面图。
最佳的牙线是由两种或更多种聚合物组元组成的多组元细丝制成，组元中至少一种是泡沫材料。
如图1所示，最佳的牙线10具有泡沫材料外层12，为牙线提供柔软性和组织。泡沫材料可以是开口蜂窝或封闭蜂窝泡沫材料，它将在下面进一步陈述。牙线10还具有拉伸强度高于泡沫材料的增强芯子14，为牙线提供能经受正常使用的足够的强度。
最佳的牙线具有的拉伸强度按ASTM D210193方法测定至少为2000g，优选地为2200g，以及最优选地至少为2600g。
泡沫材料外层使用的适宜材料包括但不仅局限于热塑性弹性体(TPE)，例如聚醚嵌段酰胺(例如商品名称PEBAX，供应商为ELFAtochem)，聚酯弹性体(例如商品名称HYTREL，供应商为DUPONT)，以及苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(例如商品名称KRATON，供应商为Shell)，苯乙烯-丙烯嵌段共聚物(例如商品名称SEPTON，供应商为Knrary)；EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)；聚氨基甲酸酯基材料(例如商品名称TECOFLEX和TECOTHANE，供应商为Thermedics,Inc.,和商品名称PELLA THAN，供应商为DowChemical，以及商品名称ELASTOLLAN，供应商为BASF)提供的聚合物；以及聚烯烃热塑性弹性体(例如商品名称SARLINK，供应商为DSM Inc.以及商品名称SANTOPRENE，供应商为AES Corp提供的聚合物)。优选地，泡沫材料外层由泡沫材料的热塑性弹性体组成，更优选地，由苯乙烯-丁二烯-苯乙烯或苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯KRATON嵌段共聚物组成(例如商业供应产品nos G6703,G6713,G2706和D3226)，或者含有泡沫材料形成剂的聚烯烃基热塑性弹性体(例如DSM Inc.供应的聚合物，商品名称SARLINK Serices4000-8100)。泡沫材料外层使用的最佳的聚合物具有肖氏硬度为0-85，更优选地，形成泡沫前的肖氏硬度为0-60。优选地，形成泡沫可以减少外套聚合物的密度5至95％，更优选地为30～50％。
适合于芯子使用的材料包括热塑性弹性体，即聚醚嵌段酰胺(例如商品名称PEBAX，供应商为ELF Atochem)，聚酯弹性体(例如商品名称HYTREL，供应商为DUPONT)，热塑性聚氨基甲酸酯(商品名称PELLATHAN，供应商Dow Chemical，以及商品名称ELASTOLLAN，供应商为BASF)；聚氨基甲酸酯与苯乙烯基共聚物的混合料(例如商品名称HTE2203的聚合物混合料，供应商M.A.Hanna)；尼龙；聚酯；聚丙烯；其它共聚物掺合料(例如商品名称PEBAX MX 1205和KRATON FG 1901聚合物，供应商为M.A.Hanna)；以及可纺聚合物纤维，(例如，商品名称KEVLAR，供应商为DuPont，以及商品名称SPECTRA，供应商为Allied Signal)。优选地，芯子由高强度的热塑性弹性体制成(例如PEBAX MX 1205，HYTREL 3680，或HANNA HTE 2203弹性体)。优选地，芯子用聚合物具有硬度至少为肖氏硬度为60，更优选地，硬度为约肖氏硬度为70至90，以及足够高的拉伸强度以保证牙线具有要求的拉伸强度和耐撕性能。
优选地，两种组元具有的体积比为约5∶95至95∶5，更优选地，体积比为约40∶60至60∶40，最优选地，体积比为约50∶50。
外泡沫材料层可以修改为含磨料的，以增强牙线的清洁能力。
如果外泡沫材料层具有磨料以改进清洁能力，最佳的磨料包括高岭土、碳酸钙、氧化锌、二氧化硅和聚四氟乙烯颗粒，或者具有相容性的上述颗粒的混合料。如果要求，一种或多种添加剂可以被吸收或吸附在磨料的表面上，即使用转筒干燥法、喷涂干燥法、流态化床处理法或在专业技术中已知的其它适当方法处理。
其它类型的颗粒也可以加入包套的聚合物中，例如，可参见同时待审的申请US.Serial No.08/738,982中公开的内容，此处列出供参考。
泡沫材料外层和增强芯子可以设置在任何适当的横截面内，即对称的包套/芯子的横剖面图(图1和2)，偏心的包套/芯子的横剖面图(图2A)或在海洋中分布的群岛的横剖面图(图2B-2F)。如果使用海洋中群岛形横剖面，优选地牙线具有1至200个岛，更优选地为10至50个岛，最优选地为20至35个岛。优选的岛体积/海洋体积比为约25∶75至75∶25，更优选地为约50∶50。优选地全部岛具有相同的直径和均匀分布。牙线10的全部横截面的形状可以是圆的、椭圆的或其它适宜的形状。优选的牙线具有直径为约0.02至0.2inch，更优选地为约0.04至0.100inch。
特殊的牙线可以具有一种或多种添加剂，即在一种或两种组元中的颜料、香料或治疗剂。
例如，外泡沫材料层可以含有的添加剂为氯六啶(chlorhexidine)及其盐类、十六烷基吡啶氯化物(CPC)，廿三烷(triclosan)、氟化钠、香料(供应商为Quest International Fragrances,Mt.Olive,NJ)，牙齿脱敏剂、牙齿增白剂或其它适合牙线使用的添加剂。液体添加剂是在泡沫材料化过程之后和缠绕牙线之前加入开口蜂窝泡沫材料中。固体添加剂是在泡沫化塑料冷却前充入开口蜂窝泡沫材料中。其它加入添加剂的方法在同时待审的申请U.S.S.N.08/699,891中有说明，此处列出供参考。
如果要求，添加剂可以结合成包套形式。包套可以用于对添加剂的防热或防水气，和可以采用任何数目的普通技术实现，例如喷涂干燥法、转筒干燥法、喷涂激冷法、凝聚法或溶剂蒸发法。添加剂也可以用充填微珠形式加入，如美国专利No.5,300,290所述。
为了形成牙线，使两种或多种聚合物通过两种组元的挤压模具共挤压以形成双组元细丝，其中至少一种组元在制造过程中泡沫材料化。图3示出一种优选的方法。首先，要泡沫材料化的聚合物(即一种热塑性弹性体)通过带有化学起泡剂的挤压口22被引入泡沫材料挤压机20内，起泡剂为柠檬酸和碳酸氢钠的混合物，例如一种起泡剂(商品名称为HYDROCEROL BIH，供应商为Boehinger Ingelheim，Zupelhern,Germany)。适宜的起泡剂在挤压机的工作温度分解，对于口腔使用是安全的。其它适宜的化学起泡剂包括偶氮二碳酰胺、二硝基异戊亚甲基四胺、磺酰基肼、对-甲苯磺酰半卡肼、5-苯基唑、二异丙基偶氮二羧基盐、5-苯基-3,6-二氢-1,3,4-噁二唑-2-1，以及硼氢化钠。优选地，起泡剂按重量占泡沫材料化聚合物重量的0.1至5％。
泡沫材料挤压机20具有带强力螺旋混合器的长桶，以充分混合起泡剂和聚合物。图3A示出适宜的螺旋混合器。优选地，桶的长度/直径比(L/D)为20∶1至50∶1，更优选地为约40∶1。适宜的泡沫材料挤压机的供应商为Akron Extruder,Ohio。
泡沫材料挤压机具有供给聚合物至挤压机的供给区(即料斗)；聚合物加热至液态的熔化区；起泡剂与聚合物强烈混合的混合区，以及压缩区，在此之后聚合物排出模具。
作为化学起泡剂的代替或补充，可以引入物理起泡剂，典型地为气体(即二氧化碳、氮或其它惰性气体)通过气体口24通入泡沫材料挤压机中熔化的聚合物。气体在高压下注入，即压力为100至2000psi，优选地为约600psi，并与聚合物混合而溶解于熔化的聚合物中。当压力降低时(即聚合物排出挤压机时)，气体膨胀。
强力的螺旋混合器具有强力的混合区，紧接在气体注入口之后(如果使用物理起泡剂)或者在熔化区之后(如果使用化学起泡剂)以便最大程度地混合熔化的聚合物和气体。聚合物随后排出泡沫材料挤压机和进入共挤压模具26，在此与非泡沫材料的聚合物共挤压和排出第二挤压机28。
泡沫化可以在聚合物排出泡沫材料挤压机之前发生(在此种情况下泡沫材料为开口蜂窝泡沫材料)或在聚合物排出泡沫材料挤压机之后产生(在此种情况下泡沫材料为封闭蜂窝泡沫材料)。泡沫材料蜂窝的尺寸可用改变泡沫材料成形领域内已知的工艺参数方法加以改变。如果要求较大的表面粗糙度，可以提高泡沫化温度来实现。
泡沫材料挤压机桶内压缩区应保持低温，以防止在桶或模具内提前泡沫化，例如，熔化区的温度为190℃，压缩区的温度对于KRATON橡胶成形过程最好为约170℃。
图4和4A示出适合于成形海洋中群岛形状(图2B)用的共挤压模具。共挤压模具30具有供包套聚合物流动的膛孔32，膛孔34，带有“群岛”成形孔的模板36，以及收敛泡沫材料模具38。模具的合模面的长度最好很短，这样使模具的长度/直径比(L/D)小于5∶1，优选地小于1∶1，还有，桶至模具的引入角优选地为6°至18°，更优选地为约140°。这些参数在模具中产生突然的压力降，以获得控制良好的泡沫材料。适宜的模具在同时待审的美国专利申请U.S SerialNo.08/699,891有说明，此处列出供参考。其它实施例列于权利要求书内。
例如，在以上详细的陈述中虽然为双组元细丝，但细丝可以具有任何希望数目的组元，以及在这种情况下使用适当数目的挤压机通过适宜的多组元模具挤压制造。在此种情况下，多于一种组元可以泡沫材料化。例如，牙线可以具有非泡沫材料化的芯子，中间软泡沫材料层以及外部薄泡沫材料层。外部薄泡沫材料层可以获得希望的性能，即麦面粗糙度，而不会损坏中间泡沫材料层提供的柔软性。外部泡沫材料层也可以大量加入添加剂，例如磨料、香料或其它，而不会损坏牙线的力学性能或其它希望的性能。
实例1三种海洋中群岛的横截面的圆形牙线的制造方法如下。使用M.A.Hanna供应的XL1092-2聚合物作为芯子组元(34个岛)以及KRATON TPE(肖氏硬度为60)作为包套组元(海洋)。3种牙线是相同的，其差别是包套/芯子的体积比分别为25/75,50/50,75/25。用1％化学起泡剂(Hydrocero/BIH)加入KRATON TPE中以形成包套组元。泡沫材料挤压机各区的温度如下供给区170℃；熔化和混合区190℃；压缩(冷却)区160℃；模具170℃。包套组元挤压机各区的温度如下供给区170℃；熔化和混合区190℃；压缩(冷却)区180℃；模具170℃。挤压机速度为5-10rpm。牙线在模具出口用压缩空气流预冷，以获得希望的表面粗糙度，以及随后在水槽中冷却。冷却的牙线以极低的拉伸(接近于零)缠绕。牙线的最终直径为约90mil。
用物理起泡剂(CO2气体)代替化学起泡剂重复上述过程。供给压力为600～800psi.在挤压机速度为10rpm时的气体量为约15g/min。
全部牙线显示出希望的表面粗糙度特性以及良好的拉伸强度。
权利要求
1．一种牙线，包括带有泡沫材料外层和增强芯子的细丝。
2．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述泡沫材料外层是沿牙线长度的连续层。
3．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述泡沫材料外层以包套/芯子的形状包围上述增强芯子。
4．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述细丝具有多个增强芯子元件，以海洋中群岛的形状排列在泡沫材料外层中。
5．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述增强芯子为非泡沫材料的热塑性弹性体。
6．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述泡沫材料外层为泡沫材料化的热塑性弹性体。
7．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述泡沫材料外层是由泡沫材料化之前具有肖氏硬度0～85的聚合物形成的。
8．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述泡沫材料外层是包括苯乙烯-丁烷嵌段的共聚物。
9．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述牙线具有拉伸强度至少为2000g。
10．按照权利要求9的牙线，其特征在于上述牙线具有拉伸强度至少为2600g。
11．按照权利要求1的牙线，其特征在于上述泡沫材料外层具有可在使用时由牙线释放的添加剂。
12．按照权利要求11的牙线，其特征在于上述添加剂是选自包括颜料、香料和治疗剂的一组。
13．一种制造细丝的方法，包括(a)用两种或更多种聚合物共挤压成多组元牙线细丝；以及(b)在共挤压时或之前使一种上述聚合物泡沫材料化以便在上述细丝上形成泡沫材料外层。
14．按照权利要求13的方法，其特征在于上述泡沫材料化步骤为将气体注入处于熔化状态的聚合物中。
15．按照权利要求13的方法，其特征在于上述泡沫材料化步骤为在准备泡沫材料化的聚合物中添加化学起泡剂。
16．按照权利要求13的方法，其特征在于上述共挤压步骤包括共挤压作为内部芯子的第一非泡沫材料聚合物以及作为围绕上述芯子的包套的泡沫材料聚合物。
17．按照权利要求13的方法，其特征在于上述共挤压步骤包括挤压作为一组细丝的第一非泡沫材料聚合物以及作为围绕上述细丝包套的泡沫材料聚合物，以形成具有在海洋中岛的形状的牙线。
18．按照权利要求13的方法，进一步具有加入添加剂至泡沫材料外层的步骤。
19．按照权利要求18的方法，其特征在于上述添加剂是在泡沫材料化步骤之后加入的。
20．按照权利要求18的方法，其特征在于上述添加剂是选择自一组颜料、香料和治疗剂。
21．按照权利要求18的方法，其特征在于添加剂的加入方法允许在使用时由牙线将其释放。
22．按照权利要求13的方法，其特征在于上述聚合物的选择允许上述细丝作为牙线使用。
23．一种用牙线清理哺乳动物牙齿的方法，在哺乳动物的两个牙齿之间插入带泡沫材料的一段牙线。
24．一种牙线，包括带有开口蜂窝泡沫材料外层和增强芯子的细丝。
25．一种牙线，包括带有泡沫材料外层和非泡沫材料内部芯子的细丝。
全文摘要
提供一种带有泡沫材料的牙线。最佳的牙线具有泡沫材料外层和增强芯子,以及可以制成多组元共挤压单丝。
文档编号A61C15/04GK1318994SQ99811289
公开日2001年10月24日 申请日期1999年9月22日 优先权日1998年9月23日
发明者爱德华·H·帕克, 菲利普·斯威尼 申请人:加拿大吉勒特公司