Lame de rasoir de sûreté et procédé de fabrication de cette lame
La présente invention est relative à une lame pour rasoir de sûreté à tranchant simple ou double permettant de se raser plus aisément que les lames jusqu'ici connues, ainsi qu'à un procédé pour la fabrication de cette lame.
La lame de sûreté selon la présente invention est caractérisée en ce qu'elle porte sur au moins un bord coupant un revêtement adhérant constitué d'un gel comprenant un polymère organosilicique partiellement réticulé.
Les lames dont on peut partir pour exécuter la présente invention sont des lames classiques améliorées en acier qui ont 0,075 à 0,375 mm d'épaisseur et des bords coupants en forme de coins, dont l'angle solide est supérieur à 140 et inférieur à 35O. Les faces ou côtés de certains de ces bords coupants peuvent s'étendre au-delà du bord jusqu'à 2,5 mm ou même plus. I1 n'est pas nécessaire que chaque face soit une surface continue plane unique interrompue ou facette mais elle peut consister en deux ou plusieurs facettes formées par des opérations successives de meulage ou aiguisage (affilage) et se coupant le long de zones parallèles dans l'ensemble au bord final.
La facette finale, c'est-à-dire la facette immédiatement voisine du bord final, peut avoir une largeur aussi faible que 0,0075 mm ou même moins, par rapport au diamètre d'une barbe qui a une moyenne de 0,1 à 0,125 mm, tandis que l'épaisseur du bord final lui-même est généralement inférieure à 6000 A et de préférence à 2500 A. L'acier dont est fait le bord de la lame peut être soit de l'acier au carbone, soit de l'acier inoxydable durcissable.
Dans les deux cas il est durci par un traitement thermique convenable. I1 y a une limite au point auquel la lame peut être ultérieurement chauffée car un réchauffage excessif conduirait à une perte de dureté. En règle générale les bords durcis de la lame ne peuvent pas être soumis à une température supérieure à 2040 pendant plus de 5 mn sans risque d'apparition d'un certain recuit ou ramollissement indésirable de l'acier. Cependant on peut partir également de lames ayant des bords coupants faits (ou revêtus de) métaux ou alliages métalliques autres que l'acier ou l'acier inoxydable.
On a découvert qu'une lame de rasoir en acier sur un bord coupant de laquelle se trouve un revêtement d'un gel tel que défini adhérant à l'acier sous-jacent assure un rasage plus aisé ainsi qu'une remarquable réduction de la traction, c'est-à-dire de la force nécessaire pour couper ou sectionner les poils de barbe, rendant moins important de ramollir la barbe aussi complètement qu'à l'habitude ce qui permet d'employer un temps plus court pour la phase de ramollissement de la barbe. Des essais d'aptitude au coupage des lames enduites sur le visage en conditions mécaniquement contrôlées indiquent que la force nécessaire pour couper la barbe ramollie à l'eau est considérablement diminuée par la présente invention.
Cette réduction de traction et ce rasage plus aisé peuvent persister pendant plusieurs rasages successifs avec le même bord de lame enduit, bien que cela ne dure pas indéfiniment. D'autres avantages importants sont réalisés grâce à l'emploi de l'invention, tels que l'inhibition des bords de la lame vis-à-vis de l'altération chimique pendant le rasage.
La couche de gel peut s'étendre sur la totalité des faces en coin depuis le bord final ou même plus loin ou ne couvrir que la portion de la facette finale immédiatement voisine du bord final. On a trouvé que dans certains cas des couches excessivement minces, de l'ordre de 300 Â ou moins d'épaisseur, si minces que leur présence ne peut être détectée qu'avec une difficulté considérable, sont nettement efficaces pendant le premier rasage facile avec la lame. I1 n'y a pas de limite supérieure précise de l'épaisseur de la couche de matière et on a trouvé que des épaisseurs de nombreuses fois supérieures à l'ordre d'épaisseur précité sont satisfaisantes dans certains cas.
I1 n'est pas nécessaire, et ce n'est généralement pas le cas, que l'épaisseur soit uniforme sur toute l'étendue de la couche, mais celle-ci peut s'amincir vers les bords.
Le mot gel utilisé dans la présente description désigne une structure consistant en un polymère partiellement réticulé présentant un réseau tridimensionnel insoluble, infusible, cohérent, dans lequel est contenue une matière fluide de bas poids moléculaire.
On doit distinguer cette structure d'une structure vitreuse dure. La forme préférée de matière est un gel stable mou adhérent à une surface d'acier sousjacente. Par le terme gel mou on veut dire que le gel a une faible résistance au cisaillement, intérieurement, à sa surface, ou aux deux, par comparaison aux matières vitreuses dures. Par stable on veut dire qu'un bord coupant de lame enduit du gel mou possède encore des caractéristiques de rasage supérieures quand elle est conservée dans ses conditions normales de revente pendant une période d'au moins trois mois. De préférence le gel doit être insoluble dans l'eau et les savons et crèmes à raser classiques et être non toxique.
On assure la présence d'une telle composition de préférence par durcissement, in situ sur la lame, d'un polymère organosilicique choisi, portant plusieurs groupes siloxy, tel qu'un organosiloxane, un silylpolyester ou un organosiloxane modifié dans lequel une petite proportion des atomes de silicium a été remplacée par des atomes d'un autre métal. Par exemple un atome de silicium en 20 est remplacé par un atome d'étain.
Le durcissement sert à assurer une structure réticulée dans laquelle une proportion des atomes de silicium des chaînes polymères sont réticulés et dans laquelle le polymère est adhérent à la lame d'acier sous-jacente. On effectue de préférence le durcissement par chauffage dans l'air chaud, ce qu'on désigne par durcissement à l'air, bien qu'une exposition prolongée à la température ambiante à des radiations telles que celles du radium soit également efficace.
Il n'est pas essentiel que tout le durcissement ait lieu in situ car le polymère contenant le composé organosilicique peut être partiellement durci à l'avance et le durcissement achevé in situ sur la lame.
L'adhérence ou la liaison de la matière avec les facettes adjacentes au bord de coupe doit être suffisamment élevée pour que le film ne soit pas entièrement enlevé de la surface de la facette voisine du bord de coupe pendant le rasage. La cohérence de la matière ou son adhérence au poil doit être inférieure à son adhérence ou liaison à la surface métallique en permettant à la matière d'être cisaillée sans être complètement enlevée du métal. Comme le nombre de rasages pendant lesquels l'effet de la matière persiste est limité à plusieurs rasages on suppose qu'une usure d'un peu de la matière intervient pendant l'emploi.
Le degré auquel le revêtement se cisaille dépend de l'état de durcissement. Dans le cas du méthylhydrogènesiloxane (tel qu'utilisé à l'exemple 1 cidessous), quand on durcit un enduit relativement épais (six microns) à une distance de 0,125 à 0,150 mm du bord pendant un temps court, la portion supérieure de l'enduit reste habituellement liquide et est enlevée quand on utilise la lame pour la première fois, ce qui laisse sur la surface du métal une couche de gel polymère inférieure à un micron d'épaisseur, encore efficace, en produisant les caractéristiques de rasage très améliorées de la présente invention pendant au moins un rasage.
Quand on durcit le même type d'enduit pendant un temps un peu plus long, toute sa masse devient un gel, cependant elle est encore suffisamment molle et douce pour que, pendant le premier rasage, la portion supérieure soit emmenée de la couche sousjacente mince (inférieure à 2 microns) dans la zone s'étendant à environ 0,050 à 0,125 mm du bord. La couche mince restante, qui adhère fortement au métal sous-jacent reste efficace pendant plusieurs rasages.
La couche de dix microns d'épaisseur peut être durcie pendant encore plus longtemps jusqu'à ce que toute la masse du revêtement devienne une matière rigide et elle conserve encore son efficacité.
Quand on durcit à un degré plus élevé un film de la même matière et de la même épaisseur, il devient un revêtement vitreux dur présentant des ruptures brutales occasionnelles. Une lame ayant un tel revêtement n'est pas meilleure qu'une lame non traitée pour ses qualités de rasage, et peut être pire.
Des lames portant un revêtement initial très mince, de l'ordre de 1 à 2 microns d'épaisseur de la même matière, présentent le même comportement à mesure que le durcissement est progressivement accru, sauf que le film résiduel restant au voisinage du métal après élimination du liquide ou du gel très mou le recouvrant, peut être inférieur à 2000 À d'épaisseur, comme le montre l'absence de toute frange d'interférence.
En général des revêtement très épais de la même matière de nombreuses fois plus épais que les dix microns précités ne doivent pas être durcis au-delà du point (indiqué précédemment) auquel la portion supérieure du revêtement est emmenée pendant le premier emploi de la lame.
L'intervalle utile de durcissement est large, mais pas illimité, et il dépend du polymère organosilicique particulier de la présente invention; dans le cas du méthylhydrogène siloxane, l'intervalle est assez large, mais en aucune façon illimité. Un sous-durcissement aussi bien qu'un surdurcissement conduisent à des revêtements n'améliorant pas les propriétés de rasage des lames. Le polymère organosilicique, non durci ou sous-durci a une adhérence faible ou nulle à la surface d'acier de la lame.
Les polymères organosiliciques utilisables dans l'invention comprennent les organosiloxanes.
La nature des groupes substituants individuels affecte les propriétés chimiques aussi bien que physiques de l'organosiloxane, tandis que la longueur des chaînes et le nombre de réticulations (dont le résultat de certaines constitue le durcissement) affecte principalement les propriétés physiques. En général dans le cas d'un organosililoxane portant des groupes substituants alcoyle particuliers, la viscosité augmente avec la longueur de chaîne. Quand une grande proportion des substituants sont des atomes d'hydrogène l'organosiloxane est facilement durci ou réticulé par une réaction d'oxydation; quand les groupes substituants sont aromatiques, tels que le phényle, ils sont beaucoup moins sujet à l'oxydation.
Quand la réticulation est faible ou nulle les diméthylsiloxanes sont fluides, à mesure que la longueur de chaîne du siloxane augmente, la viscosité du fluide s'accroît jusqu'au point où la matière devient une gomme. A mesure que l'on durcit ou réticule un diméthylsiloxane fluide, il se gélifie et à mesure que le degré de réticulation augmente, il devient progressivement plus dur et plus fragile jusqu'à perdre son caractère de gel et à devenir une matière de dureté et de manque de souplesse croissant, analogue à de la résine.
La proportion d'unités structurales d'un organosiloxane est déterminée par sa composition. Par suite la fonctionnalité moyenne est indiquée par la composition moyenne ou empirique aussi bien que par la formule structurale. Ainsi les compositions moyennes (C118)2SiO et (CH) HSiO correspondant à des polymères d'organosiloxanes préparés à partir d'unités bi-fonctionnelles telles qu'un liquide visqueux ou une gomme ou un élastomère mou, tandis qu'une composition CH3SiOl o correspond à un polymère préparé à partir d'unités ayant une fonctionnalité moyenne de 3, et par suite, à une résine siloxane entièrement réticulée.
Comme la composition CH8SiOt, peut également représenter un polymère composé entièrement d'unités
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ou de nombres égaux d'unités
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il s'ensuit que la composition moyenne est le moyen classique pour décrire ou définir un polysiloxane donné. Cependant, il est évident pour un spécialise que des proportions très élevées d'unités trifonction- nelles et tétrafonctionnelles, bien qu'elles puissent être compensées par des nombres équivalents d'unités monofonctionnelles peuvent provoquer une interférence stéréochimique avec le processus de condensation de sorte que les caractéristiques de durcissement du polymère sont changées.
Pour cette raison pratique, dans chaque système organosiloxane et, en fait, dans chaque système contenant un composé polymère d'organosilicium, la substitution d'unités trifonctionnelles (ou tétrafonctionnelles), plus des unités monofonctionnelles équivalentes, doit être limitée à une faible proportion pour qu'elle ne gêne pas le durcissement à l'état de gel mou désiré adhérant à l'acier.
Les organosiloxanes employés de préférence pour être réticulés sur la lame peuvent être définis de façon générale en tenant compte de ce qui précède comme étant des polymères initialement liquides composés de molécules contenant une chaîne d'atomes alternés de silicium et d'oxygène, chacun d'un nombre notable d'atomes de silicium de la chaîne ne portant que deux groupes substituants. Un nombre notable de ces groupes devraient être des groupes méthyle ou des atomes d'hydrogène en vue de permettre le durcissement en le gel mou désiré, mais une grande variété d'autres groupes tels que les groupes éthyle, n - propyle, i-propyle, n-butyle, n-amyle, vinyle, allyle ou phényle peuvent être présents, à condition qu'ils soient limités à une proportion suffisamment basse pour ne pas gêner le durcissement à l'état de gel mou désiré adhérant à l'acier.
Quand tous les groupes substituants sont des hydrogènes, le polymère liquide tend à surdurcir jusqu'à l'état indésirable vitreux dur. La proportion minimum ainsi que le maximum d'atomes d'hydrogène qui peuvent être remplacés par des autres groupes substituants varie suivant la nature de l'autre groupe substituant présent.
Environ 40 à 100 O/o des atomes d'hydrogène peuvent être remplacés par des groupes méthyle, mais seulement 40 à 80 8/o peuvent être remplacés par des groupes éthyle et seulement 40 à 50 /o par des groupes n-propyle ou n- butyle. Bien que des organosiloxanes contenant des proportions plus élevées d'atomes d'hydrogène qu'indiqué ci-dessus peuvent être appliqués aux lames pour donner les résultats de la présente invention pendant une courte durée après durcissement, on a trouvé que ces organosiloxanes tendent à surdurcir pendant le stockage pendant la période normale entre la fabrication et l'emploi par l'usager ; par suite on ne peut utiliser ces organosiloxanes que dans des conditions spéciales, par exemple en les appliquant au bord de la lame immédiatement avant emploi.
Des groupes phényle, isopropyle, vinyle, allyle et n-amyle peuvent être présents dans la molécule mais avantageusement seulement quand quelques groupes substituants additionnels autres que l'hydrogène seul sont également présents.
Dans le cas du diméthylsiloxane, jusqu'à environ 15 0/o des groupes méthyle peuvent être rem placés par des groupes phényle; jusqu'à environ 30 /o peuvent être remplacés par des groupes i-propyle, jusqu'à environ 50 o/o par des groupes n-propyle ou n-amyle et jusqu'à environ 7 O/o par des groupes éthyle sans destruction de l'efficacité de la matière, bien que dans le cas du méthylhydrogènesiloxane, jusqu'à environ 40 O/o des groupes méthyle puissent être remplacés par des groupes phényle, et jusqu'à environ 60 /o par des groupes isopropyle.
Il est également possible de remplacer une très petite proportion des groupes méthyle du diméthylsiloxane par des groupes vinyle ou allyle.
Ces polymères peuvent être cycliques ou à chaîne ouverte et dans ce dernier cas les groupes terminaux à chaque extrémité des chaînes polymères sont ordinairement des groupes hydroxyle ou des groupes aliphatiques ou aromatiques.
On peut également définir les organosiloxanes désirés comme étant des polymères initialement liquides ayant des structures de composition moyenne [RR'-SiO] n dans laquelle RR' sont l'hydrogène ou des groupes organiques tels que spécifiés ci-dessus et n peut avoir une valeur moyenne atteignant 5000 ou même plus.
On a trouvé que les polymères ayant de basses valeurs de n sont difficiles à utiliser pour plusieurs raisons. Quand leur point d'ébullition est trop bas ils se volatilisent sans se durcir in situ. Quand ils portent des groupes terminaux non condensables tels que des groupes triméthylsiloxy et qu'ils sont à bas poids moléculaire ils ne forment pas le gel mou désiré, même quand ils ne se volatilisent pas. Dans les deux cas cependant, la présence d'une très petite proportion de matière en polymère supérieur dans la composition peut conduire à un revêtement satisfaisant. Les matières à bas poids moléculaires portant des groupes terminaux condensables, à savoir des groupes hydroxyle, sont plus utiles que des matières à également bas poids moléculaire ayant des groupes terminaux non condensables.
Dans le cas des diméthylsiloxanes linéaires à groupes terminaux hydroxyle ou des diméthylsiloxanes cycliques dans lesquels la rupture du cycle produit des groupes terminaux condensables, un polymère ayant une valeur de n de l'ordre de 7 ou plus est aisé à utiliser. fl est préférable d'éviter des difficultés en employant des matières à poids moléculaire beaucoup plus élevé.
Il est bien entendu qu'il est également possible d'appliquer aux bords coupants de la lame une matière qui n'est pas elle-même un organosiloxane initialement liquide mais qui est convertie sur place en un siloxane. Par exemple, l'octaméthylcyclotétrasilazane [(CH3) 2-Si-NH], appliqué aux bords coupants d'une lame de rasoir et laissé à l'atmosphère pendant une période prolongée, s'hydrolyse pour former un siloxane liquide que l'on peut ensuite durcir de la manière usuelle.
On obtient les meilleurs résultats avec ceux des organosiloxanes dans lesquels R est le méthyle et R' est l'hydrogène ou le méthyle. Parmi eux les méthylhydrogène siloxanes liquides ayant la composition moyenne [(CH0)HSiQ]n dans laquelle n a une valeur moyenne telle qu'indiquée ci-dessus sont particulièrement préférables, bien que les diméthylsiloxanes liquides dans lesquels n a la valeur moyenne indiquée ci-dessus sont également très efficaces. Il est bien entendu que les compositions ci-dessus ne sont que des compositions moyennes et qu'il n'est pas nécessaire que toute molécule polymère linéaire soit faite d'une chape d'unités toutes identiques l'une à l'autre. En fait, on peut employer des mélanges de différentes molécules polymères, mélange ayant la composition moyenne précitée.
Il est également clair que les conditions optimums de durcissement pour un polymère de composition (CH8)2SiO diffèrent de celles pour un polymère de composition (CHHSiO, car on sait que les liaisons
Si-H s'oxydent plus facilement que les groupes méthyle fixés au silicium. De même, les conditions de durcissement doivent dépendre du poids moléculaire de la composition de siloxane, car à une température trop élevée un polymère volatil à bas poids moléculaire s'évapore avant de pouvoir être durci par oxydation.
Le polymère initialement fluide ou liquide est de préférence appliqué directement aux faces propres du bord de la lame de rasoir de sûreté de toute manière convenable, par exemple par trempage ou immersion du bord de la lame dans le polymère fluide, par pulvérisation du polymère fluide sur le bord coupant ou par écoulement du polymère fluide sur le bord depuis un tube capillaire ou goutte à goutte. Il est désirable, en vue d'obtenir l'adhérence ou la liaison optimum du polymère sur le métal sous-jacent de la lame, que toutes les matières étrangères, telles que graisses et huiles organiques, soient éliminées des faces de la lame avant application du polymère liquide. Ceci est possible par exemple par lavage de la lame avec un solvant volatil tel que le benzène, le trichloréthylène ou le tétrachlorure de carbone, et séchage.
Il peut être désirable de diluer le polymère par addition d'un solvant ou diluant organique volatil inerte tel que le tétrachlorure de carbone, l'hexaméthyldisiloxane ou le 1 ,4-dioxane en vue de faciliter l'application du polymère sur le bord affûté de la lame. Une fois que le bord coupant de la lame est enduit et que tout solvant ou diluant a été évaporé, le polymère fluide doit être partiellement durci in situ en un gel.
Quand on effectue le durcissement par chauffage de la lame enduite dans un four à air chaud, l'intervalle de temps et de température requis dépendent également du volume de l'air dans le four et de sa vitesse de circulation aussi bien que de la dimension, de la masse et de la forme géométrique des lames individuelles et du revêtement et du nombre total présent à chaque fois dans le four, tous ces facteurs affectant le taux de transfert thermique au revêtement et la rapidité à laquelle il est chauffé.
Il peut être désirable dans certains cas de refroidir la lame chauffée rapidement dans un courant d'air pour empêcher un surdurcissement.
Dans le cas des chaînes siloxanes ayant la composition moyenne (CH8)HSiO, on peut effectuer un durcissement efficace en chauffant la lame en présence d'air à 1500 pendant environ 15 minutes. En général, on préfère un chauffage à 1400-170 pendant 2 à 15 mn en présence d'air. On peut également atteindre un durcissement efficace en chauffant la lame enduite du polymère liquide pendant une période de temps plus longue à une température inférieure, par exemple pendant environ 2 1/2 h à 93o ou pendant un temps plus court à température plus élevée, par exemple pendant environ 20 secondes à 2040. I1 peut être désirable d'inclure des additifs qui peuvent être chimiquement inertes ou actifs comme aux exemples 2 et 3.
La durée et la température requises pour le degré désiré de durcissement peuvent être réduites par emploi avec la composition polymère liquide de catalyseurs convenables connus. Des exemples de ces catalyseurs sont: le bicarbonate de choline, l'ammoniaque, la pipéridine, le dilaurate de dibutylétain, le laurate d'étain et la naphténate de zinc. Le durcissement minimum requis pour tout polymère liquide organosilicique de départ dépend également de sa longueur de chaîne, des températures plus basses et des temps plus courts étant requis par des matières de départ à plus longue longueur de chaîne.
Il est possible de déterminer facilement quand le polymère liquide organosilicique a atteint le degré désiré de durcissement par emploi de tests simples.
Dans le cas des siloxanes liquides ayant des chaînes de composition moyenne (CH,)HSiO, si la matière est complètement enlevée par essuyage avec un feutre ou un tissu ou si elle se dissout complètement dans le tétrachlorure de carbone à température ambiante, le durcissement est inférieur au minimum voulu. Un des meilleurs tests est naturellement de se raser avec les lames traitées et non traitées, et de comparer les résultats.
Les exemples particuliers suivants illustrent la présente invention. Dans ces exemples les lames employées sont toutes en acier au carbone standard dur et laqué à double bord de 0,125 mm d'épaisseur (lame gaillette Bleues ). Les franges indiquées sont dans tous les cas observées à la lumière blanche. Dans les exemples chacune des lames traitées a été trouvée, par des tests de rasage réels, avoir des caractéristiques rasantes remarquablement améliorées par rapport à une lame semblable non traitée.
Exemple 1
Un convoyeur à bande sans fin en acier inoxydable, muni de paires de nervures pour le maintien des lames en position avec leurs bords parallèles à la direction d'avancement est monté de façon à faire avancer les lames de façon continue dans un caniveau chauffant allongé et les en extraire. La largeur de la bande est inférieure à la moitié de la largeur des lames et elle a environ 0,125 mm d'épaisseur, les nervures étant disposées de façon que les lames successives soient espacées d'un peu moins de 9,5 mm. Le dispositif de chauffage, une masse d'aluminium d'aspect rectangulaire d'un mètre de long, pesant beaucoup plus que le poids d'une longueur égale de bande et de lames, présente un passage central longitudinal légèrement plus grand seulement que la section de la bande et des lames qu'elle porte.
Des bandes de chauffage par résistance électrique sont prévues sur le dessus et le fond du dispositif de chauffage, la température étant contrôlée par des thermocouples logés dans des cavités des parois du dispositif voisines du passage. La vitesse de la bande est ajustée de façon que chaque lame mette 3 minutes à traverser le dispositif maintenu à 1600.
Les lames à traiter sont lavées au trichloréthylène, séchées et montées sur la bande transporteuse qui les emmène dans une station d'application située à environ 1 mètre avant l'entrée du dispositif de chauffage. Dans cette station les deux bords coupants de chaque lame avancent longitudinalement dans des canaux étroits alimentés avec une solution à 12 /o en volume dans le tétrachlorure de carbone, de méthylhydrogènesiloxane ayant la composition moyenne CHlOSiO et ayant une viscosité spécifique réduite de 0,08 déterminée sur un viscosimètre Ostwald
Cannon-Penske série ASTM 50 (décrit dans l'appendice de l'ouvrage ASTM Tentative Method D-44546 T) en utilisant 5 cc d'une solution de xylène contenant 10 g du siloxane par 100 cc de solution à 270. Chaque bord coupant reçoit ainsi un revêtement de la solution.
A mesure que les lames continuent d'avancer vers le dispositif de chauffage le tétrachlorure de carbone s'évapore. Après un seul passage à travers le dispositif on laisse les lames refroidir à l'air. Les lames présentent sur leurs bords coupants un revêtement d'un gel mou adhérant à l'acier sous-jacent et présentant un motif de 7 franges d'interférence dans la zone s'étendant jusqu'à 0,025 mm du bord final.
Exemple 2
On prépare un diméthylsiloxane à haut poids moléculaire ayant la composition moyenne (CH3) , SiO par isomérisation catalytique et polymérisation du tétramère cyclique, le produit ayant une viscosité spécifique réduite de 0,4 déterminée comme à l'exemple 1 (sauf que la solution contient 5 g de siloxane par 100cc de solution, au lieu de 10g).
On emploie une solution à 12 O/o en volume de ce siloxane dans le tétrachlorure de carbone comme composition de revêtement dans un processus semblable à celui de l'exemple 1 sauf que l'on arrête le convoyeur à bande de façon que chaque lame reste dans le dispositif de chauffage pendant 30 mn. Les lames traitées ont une couche mince de gel mou sur leurs bords coupants, adhérant à l'acier et présentant 4 franges dans la zone s'étendant à 0,025 mm depuis le bord coupant.
Exemple 3
On emploie comme composition de revêtement, sans aucun solvant, de l'éthylhydrogènesiloxane ayant la composition moyenne C2H5SiO et ayant une viscosité spécifique réduite de 0,03 déterminée comme à l'exemple 1. On trempe manuellement une pile d'environ 50 lames préalablement lavées au trichior- éthylène et séchées et disposées avec leurs côtés plats en contact et leurs bords alignés, dans la masse du polyxiloxane liquide, de façon que chaque bord aiguisé le long de toute sa longueur touche à peine la surface liquide. On monte ensuite les lames sur des paires de broches en acier, chaque lame étant espacée de 1,19 mm de celle qui est au-dessous dans la pile par une paire de rondelles de 14,2 mm de diamètre de façon à assurer un chauffage uniforme.
Un support portant 7 de ces paires de broches avec leurs 7 piles de lames disposées de façon que les bords des piles successives soient séparés de 6,35 mm, et ayant un poids en charge total d'environ 650 g, est placé dans un four à air chaud (Thelco n 18AD9,
Precision Scientific Co.) réglé à 1600 et on l'y laisse pendant 20 mn, après quoi on retire les lames et on les laisse refroidir à l'air. Chaque lame a sur ses bords coupants une mince couche de matière gélifiée molle adhérante à l'acier et présentant 5 franges dans la zone s'étendant sur 0,025 mm depuis le bord final.
Exemple 4
On emploie comme composition de revêtement du méthylhydrogènesiloxane liquide ayant une viscosité spécifique réduite de 0,08, déterminée comme décrit à l'exemple 1. La matière est appliquée aux bords des lames et durcie comme décrit à l'exemple 3, sauf que le four est maintenu à 1660 au lieu de 160 et que les lames n'y restent que 3 minutes.
Après refroidissement à l'air, les lames enduites sont soumises à une extraction pendant 21 heures par du benzène à la température de reflux dans un extracteur
Safety razor blade and method of manufacturing the blade
The present invention relates to a blade for a safety razor with a single or double edge making it possible to shave more easily than the blades known hitherto, as well as to a process for manufacturing this blade.
The safety blade according to the present invention is characterized in that it bears on at least one cutting edge an adherent coating consisting of a gel comprising a partially crosslinked organosilicon polymer.
The blades which can be started for carrying out the present invention are conventional improved steel blades which are 0.075 to 0.375 mm thick and have wedge-shaped cutting edges, the solid angle of which is greater than 140 and less than 35O. The faces or sides of some of these cutting edges may extend beyond the edge up to 2.5mm or even more. Each face need not be a single interrupted planar continuous surface or facet, but it may consist of two or more facets formed by successive grinding or sharpening (sharpening) operations and intersecting along parallel areas in the together at the final edge.
The final facet, i.e. the facet immediately adjacent to the final edge, can be as small as 0.0075 mm or even less, compared to the diameter of a beard which has an average of 0.1 to 0.125 mm, while the thickness of the final edge itself is usually less than 6000 A and preferably 2500 A. The steel from which the edge of the blade is made can be either carbon steel or hardenable stainless steel.
In both cases it is hardened by a suitable heat treatment. There is a limit to the point at which the blade can be subsequently heated as overheating would lead to loss of hardness. As a general rule, the hardened edges of the blade cannot be subjected to a temperature above 2040 for more than 5 minutes without the risk of the occurrence of some unwanted annealing or softening of the steel. However, it is also possible to start from blades having cutting edges made (or coated with) metals or metal alloys other than steel or stainless steel.
It has been found that a steel razor blade on a sharp edge having a coating of a gel as defined adhering to the underlying steel provides an easier shave as well as a remarkable reduction in traction. , that is, the force required to cut or cut the beard hairs, making it less important to soften the beard as completely as usual which allows to use a shorter time for the phase of softening of the beard. Cutting ability tests of the coated blades on the face under mechanically controlled conditions indicate that the force required to cut the water softened beard is considerably reduced by the present invention.
This reduction in traction and smoother shave can persist for several successive shaves with the same coated blade edge, although it does not last indefinitely. Other important advantages are realized by the use of the invention, such as the inhibition of the edges of the blade against chemical deterioration during shaving.
The gel layer may extend over all of the wedge faces from the final edge or even further or cover only the portion of the final facet immediately adjacent to the final edge. It has been found that in some cases excessively thin layers, on the order of 300 Å or less in thickness, so thin that their presence can only be detected with considerable difficulty, are clearly effective during the first easy shave with the blade. There is no precise upper limit on the thickness of the material layer and it has been found that thicknesses many times greater than the above order of thickness are satisfactory in some cases.
It is not necessary, and generally is not the case, for the thickness to be uniform over the entire extent of the layer, but the layer may become thinner towards the edges.
The word gel used in the present description denotes a structure consisting of a partially crosslinked polymer having an insoluble, infusible, coherent three-dimensional network, in which is contained a fluid material of low molecular weight.
We must distinguish this structure from a hard glass structure. The preferred form of material is a soft stable gel adhered to an underlying steel surface. By the term soft gel is meant that the gel has low shear strength, internally, at its surface, or both, compared to hard glassy materials. By stable is meant that a cutting edge of a blade coated with the soft gel still possesses superior shaving characteristics when stored under normal conditions of resale for a period of at least three months. Preferably, the gel should be insoluble in water and conventional shaving soaps and creams and be non-toxic.
The presence of such a composition is preferably ensured by curing, in situ on the slide, of a selected organosilicon polymer bearing several siloxy groups, such as an organosiloxane, a silylpolyester or a modified organosiloxane in which a small proportion of atoms of silicon has been replaced by atoms of another metal. For example, a silicon atom at 20 is replaced by a tin atom.
Curing serves to provide a crosslinked structure in which a proportion of the silicon atoms of the polymer chains are crosslinked and in which the polymer is adherent to the underlying steel blade. The curing is preferably carried out by heating in hot air, referred to as air curing, although prolonged exposure at room temperature to radiation such as radium is also effective.
It is not essential that all curing take place in situ as the polymer containing the organosilicon compound may be partially cured in advance and curing completed in situ on the slide.
The adhesion or bond of the material to the facets adjacent to the cutting edge should be high enough that the film is not completely removed from the surface of the facet adjacent to the cutting edge during shaving. The consistency of the material or its adhesion to the pile should be less than its adhesion or bond to the metal surface by allowing the material to be sheared without being completely removed from the metal. As the number of shaves during which the effect of the material persists is limited to several shaves it is assumed that a little wear of the material occurs during use.
The degree to which the coating shears depends on the state of cure. In the case of methylhydrogen siloxane (as used in Example 1 below), when a relatively thick coating (six microns) is cured at a distance of 0.125 to 0.150 mm from the edge for a short time, the upper portion of the coating usually remains liquid and is removed when using the blade for the first time, leaving on the metal surface a layer of polymer gel less than one micron thick, still effective, producing the much improved shaving characteristics of the present invention for at least one shave.
When the same type of plaster is hardened for a little longer, its entire mass becomes a gel, however it is still soft and soft enough that, during the first shave, the top portion is removed from the underlying thin layer. (less than 2 microns) in the area extending about 0.050 to 0.125 mm from the edge. The remaining thin layer, which adheres strongly to the underlying metal, remains effective for several shaves.
The ten micron thick layer can be cured for even longer until the entire mass of the coating becomes a rigid material and it still retains its effectiveness.
When a film of the same material and thickness is cured to a higher degree, it becomes a hard vitreous coating with occasional sharp breakage. A blade with such a coating is no better than an untreated blade for its shaving qualities, and may be worse.
Blades with a very thin initial coating, on the order of 1 to 2 microns thick of the same material, exhibit the same behavior as hardening is progressively increased, except that the residual film remaining in the vicinity of the metal afterwards. removal of the liquid or very soft gel covering it, may be less than 2000 Å in thickness, as shown by the absence of any interference fringes.
In general, very thick coatings of the same material many times thicker than the aforementioned ten microns should not be cured beyond the point (previously indicated) at which the upper portion of the coating is taken during the first use of the blade.
The useful cure interval is wide, but not unlimited, and depends on the particular organosilicon polymer of the present invention; in the case of methylhydrogen siloxane, the interval is quite wide, but by no means unlimited. Both underhardening and overhardening lead to coatings which do not improve the shaving properties of the blades. The organosilicon polymer, uncured or undercured, has little or no adhesion to the steel surface of the blade.
The organosilicon polymers which can be used in the invention include organosiloxanes.
The nature of the individual substituent groups affects the chemical as well as the physical properties of the organosiloxane, while the chain length and the number of crosslinks (some of which result in curing) primarily affects the physical properties. In general, in the case of an organosililoxane bearing particular alkyl substituent groups, the viscosity increases with the chain length. When a large proportion of the substituents are hydrogen atoms the organosiloxane is easily cured or crosslinked by an oxidation reaction; when the substituent groups are aromatic, such as phenyl, they are much less subject to oxidation.
When crosslinking is little or no dimethylsiloxanes are fluid, as the chain length of the siloxane increases the viscosity of the fluid increases to the point where the material becomes a gum. As a fluid dimethylsiloxane is cured or crosslinked it gels and as the degree of crosslinking increases it gradually becomes harder and more brittle until it loses its gel character and becomes a material of hardness and of increasing lack of flexibility, resin-like.
The proportion of structural units of an organosiloxane is determined by its composition. Hence the average functionality is indicated by the average or empirical composition as well as by the structural formula. Thus the average compositions (C118) 2SiO and (CH) HSiO corresponding to organosiloxane polymers prepared from bi-functional units such as a viscous liquid or a gum or a soft elastomer, while a CH3SiOl o composition corresponds to a polymer prepared from units having an average functionality of 3, and hence to a fully crosslinked siloxane resin.
Like the composition CH8SiOt, can also represent a polymer composed entirely of units
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or equal numbers of units
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it follows that the average composition is the conventional way to describe or define a given polysiloxane. However, it is obvious to a specialist that very high proportions of trifunctional and tetrafunctional units, although they can be compensated for by equivalent numbers of monofunctional units, can cause stereochemical interference with the condensation process so that the curing characteristics of the polymer are changed.
For this practical reason, in every organosiloxane system and indeed in every system containing a polymeric organosilicon compound, the substitution of trifunctional (or tetrafunctional) units, plus the equivalent monofunctional units, should be limited to a small proportion to that it does not interfere with the hardening to the desired soft gel state adhering to the steel.
The organosiloxanes preferably employed to be crosslinked on the slide can be defined in a general manner taking into account the above as being initially liquid polymers composed of molecules containing a chain of alternating atoms of silicon and oxygen, each of which is a significant number of silicon atoms in the chain carrying only two substituent groups. A notable number of these groups should be methyl groups or hydrogen atoms in order to allow the curing to the desired soft gel, but a wide variety of other groups such as ethyl, n-propyl, i-propyl groups , n-butyl, n-amyl, vinyl, allyl or phenyl may be present, provided that they are limited to an amount low enough not to interfere with the hardening to the desired soft gel state adhering to the steel.
When all of the substituent groups are hydrogens, the liquid polymer tends to overharden to the undesirable hard glassy state. The minimum proportion as well as the maximum of hydrogen atoms which can be replaced by other substituent groups varies according to the nature of the other substituent group present.
About 40 to 100 O / o of the hydrogen atoms can be replaced by methyl groups, but only 40 to 80 8 / o can be replaced by ethyl groups and only 40 to 50 / o by n-propyl or n groups - butyl. Although organosiloxanes containing higher proportions of hydrogen atoms than indicated above can be applied to slides to give the results of the present invention for a short time after curing, it has been found that these organosiloxanes tend to overharden. during storage during the normal period between manufacture and use by the user; therefore these organosiloxanes can only be used under special conditions, for example by applying them to the edge of the blade immediately before use.
Phenyl, isopropyl, vinyl, allyl and n-amyl groups can be present in the molecule but preferably only when some additional substituent groups other than hydrogen alone are also present.
In the case of dimethylsiloxane, up to about 15% of the methyl groups can be replaced by phenyl groups; up to about 30 / o can be replaced by i-propyl groups, up to about 50% by n-propyl or n-amyl groups and up to about 7 O / o by ethyl groups without destruction efficiency of the material, although in the case of methylhydrogen siloxane, up to about 40% of the methyl groups may be replaced by phenyl groups, and up to about 60% by isopropyl groups.
It is also possible to replace a very small proportion of the methyl groups of the dimethylsiloxane with vinyl or allyl groups.
These polymers can be cyclic or open chain and in the latter case the end groups at each end of the polymer chains are usually hydroxyl groups or aliphatic or aromatic groups.
The desired organosiloxanes can also be defined as being initially liquid polymers having structures of average composition [RR'-SiO] n in which RR 'are hydrogen or organic groups as specified above and n can have a value average reaching 5000 or even more.
It has been found that polymers having low values of n are difficult to use for several reasons. When their boiling point is too low they volatilize without hardening in situ. When they bear non-condensable end groups such as trimethylsiloxy groups and are of low molecular weight they do not form the desired soft gel, even when they do not volatilize. In either case, however, the presence of a very small proportion of the higher polymer material in the composition can result in a satisfactory coating. Low molecular weight materials bearing condensable end groups, i.e., hydroxyl groups, are more useful than also low molecular weight materials having non-condensable end groups.
In the case of linear dimethylsiloxanes having hydroxyl end groups or cyclic dimethylsiloxanes in which the breaking of the ring produces condensable end groups, a polymer having an n value on the order of 7 or more is easy to use. It is preferable to avoid difficulties by employing materials of much higher molecular weight.
Of course, it is also possible to apply to the cutting edges of the blade a material which is not itself an initially liquid organosiloxane but which is converted on site into a siloxane. For example, octamethylcyclotetrasilazane [(CH3) 2-Si-NH], applied to the sharp edges of a razor blade and left in the atmosphere for an extended period, hydrolyzes to form a liquid siloxane which is can then harden in the usual way.
The best results are obtained with those of organosiloxanes in which R is methyl and R 'is hydrogen or methyl. Among them, liquid methylhydrogen siloxanes having the average composition [(CH0) HSiQ] n in which n has an average value as given above are particularly preferable, although liquid dimethylsiloxanes in which n has the average value indicated above are also very effective. It is understood that the above compositions are only average compositions and that it is not necessary for every linear polymer molecule to be made of a layer of units which are all identical to one another. In fact, it is possible to employ mixtures of different polymer molecules, a mixture having the above-mentioned average composition.
It is also clear that the optimum curing conditions for a polymer of composition (CH8) 2SiO differ from those for a polymer of composition (CHHSiO, because it is known that the bonds
Si-H oxidize more easily than methyl groups attached to silicon. Likewise, the curing conditions should depend on the molecular weight of the siloxane composition, because at too high a temperature a volatile low molecular weight polymer will evaporate before it can be cured by oxidation.
The initially fluid or liquid polymer is preferably applied directly to the clean faces of the edge of the safety razor blade in any suitable manner, for example by dipping or immersing the edge of the blade in the fluid polymer, by spraying the fluid polymer onto it. the edge cutting or by flowing the fluid polymer over the edge from a capillary tube or drip. In order to achieve optimum adhesion or bonding of the polymer to the underlying metal of the blade, it is desirable that all foreign material, such as organic fats and oils, be removed from the faces of the blade prior to application. liquid polymer. This is possible for example by washing the slide with a volatile solvent such as benzene, trichlorethylene or carbon tetrachloride, and drying.
It may be desirable to dilute the polymer by adding an inert volatile organic solvent or diluent such as carbon tetrachloride, hexamethyldisiloxane or 1,4-dioxane to facilitate application of the polymer to the sharp edge of the machine. the blade. After the cutting edge of the blade is coated and any solvent or diluent has evaporated, the flowable polymer should be partially cured in situ to a gel.
When curing by heating the coated blade in a hot air oven, the time and temperature interval required will also depend on the volume of air in the oven and its flow rate as well as the size. , the mass and geometric shape of the individual blades and the coating and the total number present each time in the oven, all of which affect the rate of heat transfer to the coating and how quickly it is heated.
It may be desirable in some instances to cool the heated blade rapidly in a stream of air to prevent overhardening.
In the case of siloxane chains having the average composition (CH8) HSiO, effective curing can be carried out by heating the blade in the presence of air at 1500 for about 15 minutes. In general, heating at 1400-170 for 2 to 15 minutes in the presence of air is preferred. Efficient curing can also be achieved by heating the slide coated with the liquid polymer for a longer period of time at a lower temperature, for example for about 2 1/2 hours at 93o or for a shorter time at higher temperature, for example. example for about 20 seconds at 2040. It may be desirable to include additives which may be chemically inert or active as in Examples 2 and 3.
The time and temperature required for the desired degree of cure can be reduced by use with the liquid polymer composition of suitable known catalysts. Examples of these catalysts are: choline bicarbonate, ammonia, piperidine, dibutyltin dilaurate, tin laurate and zinc naphthenate. The minimum cure required for any starting liquid organosilicon starting materials is also dependent on its chain length, lower temperatures and shorter times being required by longer chain length starting materials.
It is easy to determine when the liquid organosilicon polymer has reached the desired degree of cure by the use of simple tests.
In the case of liquid siloxanes having chains of medium composition (CH 3) HSiO, if the material is completely removed by wiping with a felt or cloth or if it completely dissolves in carbon tetrachloride at room temperature, hardening is less than the desired minimum. One of the best tests naturally is to shave with the treated and untreated blades, and compare the results.
The following specific examples illustrate the present invention. In these examples, the blades used are all in standard hard and lacquered carbon steel with double edge 0.125 mm thick (blue gaillette blade). The fringes indicated are in all cases observed in white light. In the examples each of the treated blades was found, by actual shaving tests, to have remarkably improved grazing characteristics compared to a similar untreated blade.
Example 1
A stainless steel endless belt conveyor, fitted with pairs of ribs for holding the blades in position with their edges parallel to the direction of advance is mounted so as to continuously advance the blades in an elongated heating channel and extract them. The width of the strip is less than half the width of the blades and is about 0.125mm thick with the ribs arranged so that successive blades are spaced a little less than 9.5mm apart. The heater, a rectangular-looking aluminum mass one meter long, weighing much more than the weight of an equal length of strip and blades, has a longitudinal central passage only slightly larger than the cross section. of the band and blades she wears.
Electric resistance heating bands are provided on the top and bottom of the heater, the temperature being controlled by thermocouples housed in cavities in the walls of the device adjacent to the passage. The speed of the belt is adjusted so that each blade takes 3 minutes to pass through the device maintained at 1600.
The slides to be treated are washed with trichlorethylene, dried and mounted on the conveyor belt which takes them to an application station located approximately 1 meter before the entry of the heating device. In this station the two cutting edges of each blade advance longitudinally in narrow channels supplied with a 12 / o solution by volume in carbon tetrachloride, of methylhydrogen siloxane having the average composition CHlOSiO and having a specific viscosity reduced by 0.08 determined on an Ostwald viscometer
Cannon-Penske ASTM 50 series (described in the appendix to ASTM Tentative Method D-44546 T) using 5 cc of a xylene solution containing 10 g of the siloxane per 100 cc of the 270 solution. Each cutting edge thus receives a coating of the solution.
As the blades continue to advance towards the heater the carbon tetrachloride evaporates. After a single pass through the device, the slides are allowed to cool in air. The blades have on their cutting edges a coating of a soft gel adhering to the underlying steel and having a pattern of 7 interference fringes in the area extending up to 0.025 mm from the final edge.
Example 2
A high molecular weight dimethylsiloxane having the average composition (CH3), SiO is prepared by catalytic isomerization and polymerization of the cyclic tetramer, the product having a reduced specific viscosity of 0.4 determined as in Example 1 (except that the solution contains 5 g of siloxane per 100cc of solution, instead of 10g).
A 12% by volume solution of this siloxane in carbon tetrachloride is employed as a coating composition in a process similar to that of Example 1 except that the conveyor belt is stopped so that each blade remains. in the heater for 30 minutes. The treated blades have a thin layer of soft gel on their cutting edges, adhering to the steel and having 4 fringes in the area extending 0.025mm from the cutting edge.
Example 3
Ethylhydrogen siloxane having the average composition C2H5SiO and having a reduced specific viscosity of 0.03 determined as in Example 1 is used as a coating composition, without any solvent. A stack of approximately 50 previously washed slides is manually quenched. with trichiorethylene and dried and arranged with their flat sides in contact and their edges aligned, in the bulk of the liquid polyxiloxane, so that each sharp edge along its entire length barely touches the liquid surface. The blades are then mounted on pairs of steel pins, each blade being spaced 1.19 mm from the one below in the stack by a pair of 14.2 mm diameter washers to provide heating. uniform.
A support carrying 7 of these pairs of pins with their 7 stacks of blades arranged so that the edges of the successive stacks are separated by 6.35 mm, and having a total loaded weight of about 650 g, is placed in an oven hot air (Thelco n 18AD9,
Precision Scientific Co.) set to 1600 and left there for 20 min, after which the slides were removed and allowed to air cool. Each blade has on its cutting edges a thin layer of soft gelled material adhering to the steel and having 5 fringes in the area extending 0.025 mm from the final edge.
Example 4
Liquid methylhydrogen siloxane having a reduced specific viscosity of 0.08, determined as described in Example 1. The material is applied to the edges of the blades and cured as described in Example 3, except that the oven is applied as the coating composition. is maintained at 1660 instead of 160 and the slides only stay there for 3 minutes.
After cooling in air, the coated slides are subjected to extraction for 21 hours with benzene at reflux temperature in an extractor.