CN109750384A - 生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，包括原料优化组合共混、牙刷丝的制备、牙刷丝的结晶热处理和牙刷丝头部锥体等四个步骤。本发明使用生物降解材料制备牙刷丝，能够实现牙刷包括牙刷柄和刷丝全生物降解；利用组合的生物降解树脂能够实现刷丝回弹性和耐温性的综合突破，采用生物酶降解腐蚀牙刷丝尖部，相比现有的采用强酸强碱化学腐蚀的技术更加环保，对环境更加友好。

Description

生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法

技术领域

本发明涉及生物降解刷丝技术领域，尤其涉及一种生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法。

背景技术

牙刷是人类生活不可缺少的日常消耗用品，使用量极其庞大。目前人们常用的牙刷丝多采用尼龙(PA)、聚丁二醇对苯二甲酸酯(PBT)、聚丙烯(PP)等高分子材料，牙刷柄也多采用AS、PS、PP以及TPU等高分子材料。这类材料都是不可降解的材料，能在自然界存在几百上千年。这类材料在方便人们的生活的同时，也对自然界形成很大的污染。随着环境保护的要求原来越高，生物降解材料逐步走入人们的日常生活。

生物降解材料是一类能够在堆肥和自然常态环境中能够经过一系列物理化学变化，最终变化成二氧化碳和水，最终对自然界无毒无害。目前已经规模化生产的生物降解材料有PBS、PLA、PBAT、PHA等，这些材料具有生物降解性能的同时，也具有高分子材料的一些不同特性，如可熔融加工性，不同材料具有不同的柔韧性、刚性等机械性能，通过不同的共混组合，可以制备不同的产品。

由于牙刷丝的生产工艺复杂，刷丝有耐温、弹性、磨尖等要求，采用生物降解材料来制备，一直没有突破，不能成为真正意义上的全生物降解。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，使用全新的生产工艺技术，同时又利用现有的牙刷丝生产设备，实现完全意义上的生物降解，缓解环境压力。

根据本发明实施例的一种生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，包括以下步骤：

S1：原料优化组合共混：采用生物降解树脂优化组合熔融共混，并加入滑石粉、抗氧剂、润滑剂和成核剂来调节刷丝的回弹性、刚性，以及耐温性能，保持牙刷丝的耐温性能在70～100℃之间；

S2：牙刷丝的制备：使用共混后的原料，加入单螺杆挤出机后，经过塑化挤出、喷丝、冷却、一级拉伸、二级拉伸、定型、卷绕工序，制备不同粗细的牙刷丝；

S3：牙刷丝的结晶热处理：将制备好的牙刷丝，放入烘箱中，升温结晶处理，冷却后，切断、梳直、包装；

S4：牙刷丝头部锥体：将制备好的刷丝切成单丝，末端部分垂直浸泡在生物酶溶液中，在一定的pH值、浓度、温度、时间充分降解腐蚀，至规定尺寸，并经过中和、清洗、干燥、整理包装，牙刷植入刷丝后再经过磨毛机械进行研磨,使表面光滑。

优选的，所述步骤S1中的生物降解树脂为可降解的脂肪族聚酯，所述脂肪族聚酯为PBAT(聚丁二醇己二酸对苯二甲酸酯)、PBS(聚丁二醇丁二酸酯)、PBST(聚丁二醇丁二酸对苯二甲酸酯)、PLA(聚乳酸)、PHA(聚羟基脂肪酸酯)、淀粉中一种或者多种。

优选的，所述生物降解树脂为PBS和PLA组合物，其质量比为20:80，所述PLA为高结晶度聚乳酸。

优选的，所述可生物降解树脂熔融指数(190℃，2.16kg)小于20g/10min。

优选的，所述步骤S2中的的制备生产线一级拉伸和二级拉伸采用热风或者水槽控温的方法。

优选的，所述步骤S3中的升温结晶处理，采用逐级升温处理的方法，分别在50℃、70℃、90℃、100℃各处理2小时，保证结晶处理的完全度和控制刷丝最小的变形程度。

优选的，所述步骤S4中的生物酶溶液，对于PLA材料采用蛋白酶K溶液，对于PBS材料，生物酶采用固定化假丝酵母菌脂肪酶溶液。

优选的，所述蛋白酶K溶液的pH值为8.5-10、浓度为0.3-0.6mg/mL、温度50-60℃，所述的脂肪酶溶液的溶剂是四氢呋喃、甲苯和水的混合溶液，脂肪酶的浓度为0.5-0.8mg/mL，温度40-60℃。

优选的，所述步骤S4中的浸泡时间为0.5-10小时。

优选的，所述步骤S1中生物降解树脂：滑石粉：抗氧剂：润滑剂：成核剂之间的质量比为90-100:1-10：0.1-0.5:0.3-1:0.1-0.5。

本发明涉及的术语“生物降解”是指在微生物和酶的作用下，有机化合物被微生物和酶分解为二氧化碳和水或者甲烷，及其所含物质的矿化盐和新的生物质

本发明中的有益效果是：本发明使用生物降解材料制备牙刷丝，能够实现牙刷包括牙刷柄和刷丝全生物降解；利用组合的生物降解树脂能够实现刷丝回弹性和耐温性的综合突破，采用生物酶降解腐蚀牙刷丝尖部，相比现有的采用强酸强碱化学腐蚀的技术更加环保，对环境更加友好。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

实施例1

选用高结晶PLA 70kg(MFR＝4g/10min),PBAT 20kg(MFR＝4g/10min),添加2000目滑石粉10kg，抗氧剂0.1kg(1010+168)、EBS润滑剂0.3kg，成核剂0.1kg,放入高速混合机内混合均匀后，在双螺杆设备共混挤出造粒,双螺杆挤出机温度设定为170℃。

将改性好的材料，加入拉丝生产线的单螺杆挤出机中，单螺杆温度设定为180℃，拉伸烘箱温度为75℃，稳定化烘箱80℃，拉伸比设定为3:1，生产0.02mm单丝，卷绕后放置24小时。

将卷绕好的丝，放置在烘箱中，分别在50℃、70℃、90℃、100℃热风加热2小时，充分结晶处理，冷却、切断、梳直、包装。

按照制备牙刷丝的长度要求，进一步切割刷丝到一定的长度，并固定到夹具上，头部浸入配置好的蛋白酶K溶液中，蛋白酶K的溶液浓度是0.3mg/mL,pH值为8.5，溶液的温度为50℃，浸泡2小时后，取出，用清水清洗干净，干燥。

将刷毛植入牙刷柄后，将牙刷毛进一步机械研磨，使表面光滑。

实施例2

选用高结晶PLA 80kg(MFR＝4g/10min),PBS 20kg(MFR＝3.8g/10min),添加2500目滑石粉5kg，抗氧剂0.3kg(1010+168)、EBS润滑剂0.5kg、成核剂0.2kg，放入高速混合机内混合均匀后，在双螺杆设备共混挤出造粒，双螺杆挤出机温度设定为180℃。

将改性好的材料，加入拉丝生产线的单螺杆挤出机中，单螺杆温度设定为190℃，拉伸烘箱温度为75℃，稳定化烘箱80℃，拉伸比设定为5:1，生产0.01mm单丝，卷绕后放置24小时。

将卷绕好的丝，放置在烘箱中，分别在50℃、70℃、90℃、100℃热风加热2小时，充分结晶处理，冷却、切断、梳直、包装。

按照制备牙刷丝的长度要求，进一步切割刷丝到一定的长度，并固定到夹具上，头部浸入配置好的蛋白酶K溶液中，蛋白酶K的溶液浓度是0.6mg/mL,pH值为10，溶液的温度为50℃，浸泡0.5小时后，取出，用清水清洗干净，干燥。

将刷毛植入牙刷柄后，将牙刷毛进一步机械研磨，使表面光滑。

实施例3

选用高结晶PLA 25kg(MFR＝4g/10min),PBS 75kg(MFR＝3.8g/10min),添加2500目滑石粉1kg、抗氧剂0.4kg(1010+168)、EBO润滑剂0.7kg、成核剂0.4kg，放入高速混合机内混合均匀后，在双螺杆设备共混挤出造粒,双螺杆挤出机温度设定为160℃。

将改性好的材料，加入拉丝生产线的单螺杆挤出机中，单螺杆温度设定为180℃，拉伸烘箱温度为75℃，稳定化烘箱85℃，拉伸比设定为3:1，生产0.02mm单丝，卷绕后放置24小时。

将卷绕好的丝，放置在烘箱中，分别在50℃、70℃、90℃、100℃热风加热2小时，充分结晶处理，冷却、切断、梳直、包装。

按照制备牙刷丝的长度要求，进一步切割刷丝到一定的长度，并固定到夹具上，刷丝端部侵入到脂肪酶溶液中，脂肪酶采用固定化假丝酵母菌脂肪酶，采用THF和甲苯和少量水作溶剂，THF/甲苯/水的体积比(v/v)＝2:1：0.5，脂肪酶溶液的浓度为0.5mg/mL,温度60℃，浸泡10小时后，取出，用清水清洗干净，干燥。

将刷毛植入牙刷柄后，将牙刷毛进一步机械研磨，使表面光滑。

实施例4

选用高结晶PLA 15kg(MFR＝4g/10min),PHA 15(MFR＝10g/10min)、PBS 70kg(MFR＝3.8g/10min)，添加2500目滑石粉2kg、抗氧剂0.5kg(1010+168)、EBO润滑剂1g、成核剂0.5kg，放入高速混合机内混合均匀后，在双螺杆设备共混挤出造粒,双螺杆挤出机温度设定为160℃。

将改性好的材料，加入拉丝生产线的单螺杆挤出机中，单螺杆温度设定为180℃，拉伸烘箱温度为75℃，稳定化烘箱85℃，拉伸比设定为4:1，生产0.016mm单丝，卷绕后放置24小时。

将卷绕好的丝，放置在烘箱中，分别在50℃、70℃、90℃、100℃热风加热2小时，充分结晶处理，冷却、切断、梳直、包装。

按照制备牙刷丝的长度要求，进一步切割刷丝到一定的长度，并固定到夹具上，刷丝端部侵入到脂肪酶溶液中，脂肪酶酶采用固定化假丝酵母菌脂肪酶，溶液为THF、甲苯和蒸馏水，THF/甲苯/蒸馏水的体积比(v/v)＝30：30:1，溶液的浓度为0.8mg/mL,温度60℃，浸泡40分钟后，取出，用清水清洗干净，干燥。

将刷毛植入牙刷柄后，将牙刷毛进一步机械研磨，使表面光滑。

结果测试

耐热温度测试方法为将牙刷丝浸入100℃的开水，牙刷丝不发生弯曲变形；

降解性能1测试标准为ISO14855，降解性能2测试方法为将牙刷丝埋入土中，在半年内消失；

数据表明生物降解牙刷丝的耐温完全达到使用要求，降解性能也达到标准要求，之所以采用降解性能2测试，主要了考虑家庭或者酒店使用后，可以直接埋土降解。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：其方法步骤如下：

S1：原料优化组合共混：在生物降解树脂中加入滑石粉、抗氧剂、润滑剂和成核剂熔融共混；

S2：牙刷丝的制备：使用步骤S1共混后的原料，加入单螺杆挤出机后，经过塑化挤出、喷丝、冷却、一级拉伸、二级拉伸、定型、卷绕工序，制备不同粗细的牙刷丝；

S3：牙刷丝的结晶热处理：将步骤S2中制备好的牙刷丝，放入烘箱中，升温结晶处理，冷却后，切断、梳直、包装；

S4：牙刷丝头部锥体：将步骤S3制备好的刷丝切成单丝，末端部分垂直浸泡在生物酶溶液中，在一定的pH值、浓度、温度、时间降解腐蚀，并经过中和、清洗、干燥、整理包装，牙刷植入刷丝后再经过磨毛机械进行研磨。

2.根据权利要求1所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的生物降解树脂为可降解的脂肪族聚酯，所述脂肪族聚酯为PBAT、PBS、PBST、PLA、PHA、淀粉中一种或者多种。

3.根据权利要求2所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述生物降解树脂为PBS和PLA组合物，其质量比为20:80，所述PLA为高结晶度聚乳酸。

4.根据权利要求1-3任一项所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述可生物降解树脂熔融指数小于20g/10min。

5.根据权利要求1所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中的的制备生产线一级拉伸和二级拉伸采用热风或者水槽控温。

6.根据权利要求1所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中的升温结晶处理，采用逐级升温处理，分别在50℃、70℃、90℃、100℃各处理2小时，保证结晶处理的完全度和控制刷丝最小的变形程度。

7.根据权利要求2所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的生物酶溶液，对于PLA材料采用蛋白酶K溶液，对于PBS材料，生物酶采用固定化假丝酵母菌脂肪酶溶液。

8.根据权利要求7所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述蛋白酶K溶液的pH值为8.5-10、浓度为0.3-0.6mg/mL、温度50-60℃，所述的脂肪酶溶液的溶剂是四氢呋喃、甲苯和水的混合溶液，脂肪酶的浓度为0.5-0.8mg/mL，温度40-60℃。

9.根据权利要求1所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中的浸泡时间为0.5-10小时。

10.根据权利要求1所述的生物降解尖细丝牙刷毛的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中生物降解树脂：滑石粉：抗氧剂：润滑剂：成核剂之间的质量比为90-100:1-10：0.1-0.5:0.3-1:0.1-0.5。