Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby povrchově strukturovaného štětinového materiálu z plastu vytlačováním monofilu a štětin s povrchovou strukturou vyrobených tímto způsobem z prvního plastového materiálu, který tvoří hlavní složku. Vynález se dále týká kartáče, zejména zubního kartáčku nebo prostředku pro čištění mezizubních prostorů, který je alespoň zčásti opatřen povrchově strukturovanými štětinami.

Ačkoliv je vynález dále popsán v souvislosti se štětinami a štětinovým materiálem, spadají do rozsahu vynálezu výslovně i monofily, které lze zpracovat na tkaniny, rohože, filtry a podobně. Vynález lze kromě toho použít také u štětců, pro nanášení leštících a brusných prostředků a v čisticích, nanášecích, leštících nebo brusných zařízeních.

Dosavadní stav techniky

Štětiny z plastu, které se vyrábějí vytlačováním, jsou na svém povrchu obvykle hladké, což je podmíněno technologií výroby. Tyto štětiny působí v kartáčích libovolného druhu nejdříve a v první řadě svými volnými konci, které rozrušují znečištěnou plochu a škrábáním a stíráním uvolněné nečistoty odstraňují. Při silnějším přítlaku se štětiny ohnou a působí pak svými plášti. Klouzají pak po ploše šetrněji a přebíhají po ploše se šetrnějším účinkem. Také při nanášení barvy a podobně pomocí štětce se štětiny ohýbají, takže do styku s ošetřovanou plochou přicházejí nejen svými volnými konci, ale také svými plášti. Již delší dobu se proto uvažuje o tom, aby se k ošetřování ploch využily také pláště štětin, a to tak, že se na nich vytvoří strukturování, popřípadě profily.

Z dokumentů DD 32963 a US 2 642 705 je známo, že na pláště štětin, popřípadě štětinového materiálu, se nanesou abrazivní částice, které se uloží do povrchově nataveného štětinového materiálu. Takový postup je nejen velmi nákladný, ale ukázalo se navíc i to, že na povrchu uložené abrazivní částice se zejména při ohýbání štětin v průběhu používání mohou uvolňovat. Kromě toho působí takové štětiny natolik abrazivně a tím agresivně, že je v humánní oblasti nelze vždy použít k čištění zubů nebo jiné péči o lidské tělo.

Z již uvedeného dokumentu US 2 642 705, z dokumentu GB 1 327 329 a zejména z dokumentu DE 20 37 674 je známo, že abrazivní částice se mohou přimísit do plastového materiálu štětin. Podle dokumentu DE 20 37 674 se přitom použijí anorganické abrazivní částice z oxidu hlinitého, nasekaných skleněných vláken, azbestových částic nebo keramického materiálu, případně diamantový prášek, které všechny mají podstatně vyšší tvrdost než plastový materiál, který je obklopuje, takže se dosahuje velmi intenzivního brusného účinku, který je však v mnoha oblastech použití nežádoucí. V mnoha případech se abrazivní částice přidávají v tak vysokém procentním podílu, že se dotýkají povrchu štětiny, popřípadě z tohoto povrchu vystupují. Zkušenost kromě toho ukazuje, že takové integrované abrazivní částice se časem v důsledku opotřebení pláště štětiny obnažují, což přináší výrazné zvýšení abrazivního účinku štětin, takže takové štětiny nelze v humánní oblasti použít pro čištění zubů nebo při jiné péči o tělo, protože by s tím bylo spojeno značné nebezpečí poškození pokožky, zubů nebo sliznic uživatele. K odstraňování povlaku na zubech nebo nečistot z podlah nebo ulic je spíše než brusného účinku abrazivního materiálu zapotřebí tak zvaného odklízecího účinku, kterého lze dosáhnout povrchovou strukturou, popřípadě topografií štětin. Při přimíšení abrazivních částic lze takové povrchové struktury dosáhnout pouze při použití poměrně velkých částic. Odklízeči vlastnosti takové štětiny jsou pak dostatečné, velké abrazivní částice, které vystupují z povrchu štětiny, však současně přinášejí

-1 CZ 293224 B6 vysokou abrazivitu. Kromě toho, zaintegrováním velkých abrazivních částic dochází ke značnému zeslabení štětin, takže štětina pak má jen nedostatečnou pevnost.

Kromě toho je známo, že povrch štětin se může mechanicky zdrsnit, a to tak, že struktura na 5 bocích štětin se vytvoří nástrojem - viz dokumenty US 3 325 845, US 3 229 347. Zdrsnění boků štětin lze dosáhnout brusným zařízením nebo také tryskáním pískem. Přitom se však projevuje nevýhoda spočívající v tom, že ve štětinách dojde k narušení molekul orientovaných v podélném směru štětiny, čímž dojde k zeslabení štětin. Postup je kromě toho velmi nákladný. Povrch štětin se přitom roztřepí a rozvlákní, v důsledku čehož vzniká nebezpečí, že se uvolní částice materiálu ío štětin. Ukázalo se, že tímto způsobem nelze docílit definované topografie povrchu štětiny.

Z dokumentu FR 2 450 580, ze kterého jako nejbližšího stavu techniky se vychází, je známo, že štětiny se za účelem zvýšeného pojímání tekutiny opatří zesíleními ve tvaru vydutí nebo perliček a přídavně také drážkami, které probíhají v podélném směru štětiny. Je toho dosahováno tak, že 15 monofíl se před svým konečným protažení podrobí procesu praní. Ani tímto způsobem nelze dosáhnout definované topografie povrchu.

V dokumentu EP 0 360 938 je navrženo, aby se do materiálu štětin vmísil nadouvací prostředek a zdrsnění povrchu štětiny se dosáhlo napěněním tohoto nadouvacího prostředku. Komůrky nebo 20 bublinky, které se takto vytvářejí v celém objemu štětinového materiálu, však vedou k podstatnému snížení pevnosti štětiny. Povrch štětin je kromě toho v důsledku protržených bublinek nerovnoměrný a nemá definovanou hloubku struktury, popřípadě topografie, která je zapotřebí pro účinné odklízení.

Úkolem vynálezu je nalezení takové štětiny, popřípadě štětinového materiálu, které budou mít předem definovanou topografii povrchu s předem definovanou nebo jen nepatrnou abrazivitou, při zvýšeném odklízecím účinku. Kromě toho se má nalézt způsob výroby štětinového materiálu, který umožní jednoduchou výrobu takových štětin.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých způsobů tohoto druhu do značné míry odstraňuje způsob výroby povrchově strukturovaného štětinového materiálu z plastu vytlačováním mono35 filu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že k za tepla tavitelnému prvnímu plastovému materiálu, který tvoří hlavní složku monofilu, se před vytlačováním nebo v průběhu vytlačování přidávají granulátová zrna z druhého plastového materiálu, který má vyšší tepelnou odolnost než první plastový materiál, přičemž velikost granulátových zrn se volí tak, že monofíl po následujícím předtažení se v průřezech, kde se nenacházejí žádná granulátová zrna nebo jen málo 40 granulátových zrn, příčně stáhne více než v průřezech s větším množstvím granulátových zrn.

Použije-li se jako druhý plastový materiál termoplastická hmota, má tato vyšší teplotu tavení. Jestliže se použije jiný plastový materiál, musí být zajištěno, že tento se nestane kapalným vůbec nebo nejméně ne dříve než první plastový materiál. Granulátová zrna přitom neslouží jako abrazivní částice, nýbrž pouze jako tvarovací nebo distanční tělíska, jejichž účelem je místně zabránit 45 stažení materiálu štětin v příčném směru.

První plastový materiál, což může být známý polyamid, polyester, polyolefín nebo podobně, se při provádění způsobu podle vynálezu zahřeje ve vytlačovacím zařízení, čímž se učiní tekutým. Poté se při nebo před vytlačováním přidají granulátová zrna druhého plastového materiálu 50 v množství s výhodou v rozsahu 5 až 30 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost materiálu štětin. Rozměry granulátových zrn a jejich tvar závisejí na požadované struktuře povrchu štětinového materiálu. Tyto rozměry mohou kolísat, neměly by se však volit příliš malé. Jedno z výhodných provedení vynálezu spočívá v tom, že velikost granulátových zrn je v rozsahu mezi 10 a 50 % průměru štětinového materiálu.

-2CZ 293224 B6

Protože druhý plastový materiál granulátu má vyšší tepelnou odolnost, to jest vyšší teplotu tání než první plastový materiál, který tvoří hlavní složku, může se dosáhnout toho, že druhý plastový materiál se působením teploty prvního plastového materiálu netaví vůbec nebo jen povrchově, takže granulátová zrna jsou při vytlačování obsažena v tekutém prvním plastovém materiálu jako samy o sobě pevné vměstky.

Také granulát je podle vynálezu z plastu. S tím je spojena výhoda spočívající v tom, že granulát lze vyrobit jednoduchým způsobem, například tak, že se vyrobí vytlačovaný monofil, který se podle potřeby naseká na kousky. Osvědčilo se přitom volit délku granulátových zrn rovnou nebo větší než je průměr monofilu.

Alternativně ktomu je však také možné vyrobit granulát rozemletím plastu. V zájmu dosažení poměrně rovnoměrné zrnitosti může být granulát běžným způsobem roztříděn prosetím.

Ukázalo se, že jako granulát se mohou použít také takové více tepelně odolné plasty, které se dosud s ohledem na jejich molekulární strukturu pro výrobu štětin použít nemohly, protože technické hodnoty podle vynálezu vyrobeného štětinového materiálu závisí na materiálu granulátu jen sekundárně.

Jestliže se první plastový materiál s příměsí granulátu vytlačuje tryskou vytlačovacího stroje a vystupující monofil je odtahován rychlostí, která je vyšší než výstupní rychlost z trysky, proběhne první protažení monofilu. Tažné síly však působí pouze na první plastový materiál, protože granulátová zrna jsou v tomto prvním plastovém materiálu uložena v podstatě volně. Tímto protažením se dosáhne toho, že pokroucené molekuly prvního plastového materiálu se zorientují v podélném směru a stažením v příčném směru dojde ke zmenšení průměru monofilu. Zmenšení průměru však neproběhne po délce monofilu rovnoměrně, protože granulátová zrna tomuto stažení v příčném směru brání, takže v oblasti granulátového zrna dojde k menšímu zmenšení průřezu než v oblasti, ve které se nenachází žádné granulátové zrno. Protažení monofilu tedy vede k vytvoření povrchové struktury monofilu.

Ještě tekutý monofil s povrchovou strukturou se následně známým způsobem ochladí, čímž se dosáhne jeho zpevnění. Je výhodné, jestliže se monofil podrobí dalšímu protahování, které vede k protažení na několikanásobnou délku a především také k dalšímu zmenšení jeho průměru. Nedojde přitom k narušení v podélném směru orientovaných molekul prvního plastového materiálu.

Následně se běžným způsobem může provést stabilizace monofilu, popřípadě štětinového materiálu.

Jestliže je v dalším rozvinutí vynálezu abrazivita druhého plastového materiálu granulátových zrn maximálně tak vysoká jako abrazivita prvního plastového materiálu, předejde se spolehlivě tomu, aby abrazivita štětinového materiálu byla závislá na tom, zda a případně v jakém množství se granulátová zrna nacházejí na povrchu monofilu nebo se tam uplatní. Dokonce i tehdy, jestliže se boční strana nebo plášť štětiny časem opotřebí a granulátová zrna by pak mohla vystoupit na povrch, má štětina maximálně stejnou abrazivitu jako první plastový materiál, který tvoří hlavní složku.

Jedno z výhodných provedení vynálezu spočívá v tom, že granulátová zrna jsou uložena v prvním plastovém materiálu a jsou tímto prvním plastovým materiálem v podstatě překryta. Je toho dosaženo tak, že granulátová zrna jsou prvním plastovým materiálem smočena ve vytlačovacím stroji tak, že jsou při průchodu tryskou tímto prvním plastovým materiálem do značné míry překryta. Zásluhou toho má monofil plášť, který je v podstatě tvořen prvním plastovým materiálem.

-3CZ 293224 B6

Ukázalo se, že topografie povrchu, která je vyvolána místně rozdílnými staženími monofilu v příčném směru, závisí na tvaru granulátových zrn a vyplývá z tohoto tvaru. Granulátová zrna mohou za účelem dosažení různých topografií povrchu mít tvar kuliček, kvádříků nebo hranolků, popřípadě lze použít směs granulátových zrn různých tvarů.

Jak již bylo uvedeno, může se použít řešení spočívající v tom, že granulátová zrna se při procesu vytlačování netaví, takže tato granulátová zrna tvoří pevné a tvarově stabilní vměstky v prvním plastovém materiálu. Alternativně k tomu je také možné, že granulátová zrna z plastu se při vytlačování taví, avšak pouze povrchově, takže dojde k jejich pevnému spojení a povrchovému splynutí s prvním plastovým materiálem, který je obklopuje. Musí však být přitom zajištěno, aby se granulátová zrna neroztavila úplně, protože jinak by se smísila s prvním plastovým materiálem. Povrchovým roztavením lze mimo to odstranit z granulátových zrn otřepy.

Jako první plastový materiál a druhý plastový materiál se s výhodou mohou použít kombinace 15 materiálů z termoplastů, které se navzájem dobře spojují. Zejména u zubních kartáčků se osvědčilo použít jako první plastový materiál pro jejich štětiny Nylon 6.12 v kombinaci s granulátovými zrny z polyfenylsulfídu. Jako zvláště výhodné se přitom osvědčilo, jestliže rozdíl bodů tavení mezi Nylonem 6.12 (218 °C) a polyfenylsulfidem (260 °C) činí přibližně 40 °C.

Jak první plastový materiál, tak i druhý plastový materiál granulátových zrn může, avšak nemusí, obsahovat plnivo.

Ukázalo se, že povrchové strukturování je nejlépe patrné tehdy, jestliže je k prvnímu plastovému materiálu přidáno jen poměrně malé množství granulátu. Na druhé straně, v důsledku malého 25 počtu výstupků na plášti monofilu pak klesá abrazivita monofilu. Abrazivitu lze v tomto případě opět zvýšit tak, že se do prvního plastového materiálu přidají plniva. Takto lze dosáhnout štětiny, která má s mírně abrazivní příměsí dobrou strukturu povrchu.

V některých případech použití může být účelné, jestliže granulátová zrna jsou z materiálu, který 30 je tvrdší než první plastový materiál. Takto se podpoří vytváření struktury povrchu a zvýší se také její trvanlivost. Alternativně k tomu je však také možné, že granulátová zrna budou z materiálu, který je měkčí než první plastový materiál. Takto se dosáhne poddajnější struktury povrchu štětiny, která je vhodná zejména u zařízení pro ošetřování citlivějších oblastí, například dásní nebo mezizubních prostorů. Za tímto účelem je možné, aby granulátová zrna byla z materiálu 35 podobného pryži.

V některých oblastech použití musí být zajištěno, aby uživatel rozeznal jako takové štětiny podle vynálezu, které mají odstraňovači účinek, a nepoužil je k jinému účelu. Toto může být v dalším provedení vynálezu zajištěno tak, že první plastový materiál je transparentní nebo průsvitný.

Takto může uživatel skrze první plastový materiál spatřit překrytá granulátová zrna, která mají s výhodou jinou barvu než první plastový materiál. Aby byly vizuálně patrné různé druhy granulátu, lišící se navzájem tvarem, velikostí nebo účinkem, mohou být tyto granuláty uloženy v transparentním nebo průsvitném prvním plastovém materiálu v různých barvách.

Co se týká štětiny, je uvedený úkol vynálezu vyřešen tím, že štětina sestává z prvního plastového materiálu, který tvoří hlavní složku a je vněm uložen granulát z druhého plastového materiálu tak, že je v podstatě překryt tímto prvním plastovým materiálem, přičemž granulát vytváří strukturu na povrchu štětiny. Také v tomto případě může být použito řešení spočívající v tom, že abrazivita druhého plastového materiálu granulátu je maximálně rovna abrazivitě prvního 50 plastového materiálu. U takových štětin nejsou požadované masážní a čisticí účinky dosahovány plnivem, popřípadě granulátem, nýbrž povrchovou strukturou štětin, která je dána dimenzováním granulátu. Další znaky a výhody těchto štětin vyplývají zvýše uvedeného popisu způsobu. Zmíněné znaky a výhody může nést také monofil, který se používá v některých prostředcích pro

-4CZ 293224 B6 čištění mezizubních prostorů. Štětiny, popřípadě monofil, mohou mít libovolné průřezy, to jest mohou mít zejména průřez ve tvaru kruhu, oválu, trojúhelníku, hvězdice a podobně.

Vynález se dále týká kartáče, zejména zubního kartáčku nebo prostředku pro čištění mezizubních prostorů, který je opatřen množinou štětin, sdružených případně ve svazcích, přičemž nejméně některé ze štětin jsou provedeny podle vynálezu. Aby bylo možno přizpůsobit štětinu jejím účinkem na zadané rámcové podmínky, lze štětiny podle vynálezu také kombinovat a zapracovat do zubního kartáčku spolu se štětinami jiných konfigurací. Jsou také známy takové prostředky pro čištění mezizubních prostorů, které jsou tvořeny jediným monofílem. Vynález zahrnuje i takové prostředky pro čištění mezizubních prostorů, u kterých je monofil proveden podle vynálezu.

Kromě zmíněných kartáčů a zubních kartáčků lze vynález využít také u štětců k dosažení lepšího pojímání barvy, u vlasových kartáčů pro dosažení dobrého čisticího a odmašťovacího účinku, u masážních kartáčů pro lepší třecí účinek, u ručních a strojních košťat pro zvýšení schopnosti pojímání nečistot, u stěrek pro leštění a broušení se zvýšenou účinností zásluhou struktury povrchu štětin, jakož iu tkaných, pletených nebo jinými způsoby vyrobených rohoží, čisticích zařízení, aplikátorů a leštících nebo brousicích zařízení. Vynález lze kromě toho použít také ve filtrech, které pak zásluhou struktury povrchu obsahují monofily se zvětšeným povrchem.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují:

- na obr. 1 monofil po vytlačení, v podélném řezu;

- na obr. 2 monofil po předvytažení;

- na obr. 3 monofil po dalším vytažení.

Příklady provedení vynálezu

Jak je znázorněno na obr. 1, má monofil 10 bezprostředně po opuštění vytlačovací trysky po délce v podstatě rovnoměrný průřez s hladkým pláštěm 13, přičemž v prvním plastovém materiálu 11, který tvoří hlavní složku monofilu 10, jsou nepravidelně rozložena granulátová zrna 12 z druhého plastového materiálu. Ve znázorněném příkladu mají granulátová zrna 12 zčásti tvar kulový a zčásti tvar kvádru. První plastový materiál 11 je schopen tečení, zatímco granulátová zrna 12 jsou pevná, sama o sobě stabilní tělíska. Monofil 10 se po opuštění vytlačovací trysky předtáhne, to jest předběžně vytáhne - viz šipky na obr. 1, zásluhou čehož se stažením v příčném směru dosáhne zmenšení jeho průřezu. Granulátová zrna 12 však tomuto stažení v příčném směru místně brání, takže průřezy, ve kterých se nenachází žádné granulátové zrno 12 nebo jen málo granulátových zrn 12. se v příčném směru stáhnou více než průřezy, ve kterých se nachází relativně více granulátových zrn 12. Toto vede k tomu, že po délce monofilu 10 se nepravidelně mění průřez a rozměry tohoto monofilu 10, takže při pohledu zvenčí se na plášti 13 vytvoří struktura, která je znázorněna na obr. 2.

Po ochlazení se monofil 10 vytáhne ještě jednou - viz šipky na obr. 2 - a protáhne se na několikanásobek své dosavadní délky. Při tomto dojde stažením v příčném směru k dalšímu zmenšení průřezů, kterému opět místně brání granulátová zrna 12. Takto zdůrazněné strukturování pláště 13 monofilu 10 je znázorněno na obr. 3. Je přitom patrné, že takto vzniklý tvar pláště 13 závisí na tvaru granulátových zrn 12. Při použití kulových granulátových zrn 12 se obecně dosáhne měkčího tvaru pláště 13 než při použití granulátových zm 12 například ve tvaru kvádříků.