DE102018005940A1

DE102018005940A1 - Filament, bristle made of a corresponding filament and brush with corresponding bristles

Info

Publication number: DE102018005940A1
Application number: DE102018005940.6A
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Pusch
Original assignee: Perlon GmbH
Current assignee: Perlon GmbH
Priority date: 2018-07-30
Filing date: 2018-07-30
Publication date: 2020-01-30

Abstract

Ein Filament aus Kunststoff besitzt einen Kern aus einem stabilen 1. Kunststoff-Material und einen den Kern umgebenden Mantel aus einem 2. Kunststoff-Material, das unterschiedlich zu dem 1. Kunststoff-Material und biologisch abbaubar ist. Eine Borste wird aus einem Abschnitt eines entsprechenden Filamentes gebildet und es ist eine Bürste mit zumindest einer entsprechenden Borste vorgesehen.A filament made of plastic has a core made of a stable 1st plastic material and a sheath surrounding the core made of a 2nd plastic material, which is different from the 1st plastic material and is biodegradable. A bristle is formed from a section of a corresponding filament and a brush with at least one corresponding bristle is provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filament aus Kunststoff, mit einem Kern aus einem stabilen 1. Kunststoff-Material und einem den Kern umgebenden Mantel aus einem 2. Kunststoffmaterial, das unterschiedlich zu dem 1. Kunststoff-Material ist.The invention relates to a filament made of plastic, with a core made of a stable 1st plastic material and a sheath surrounding the core made of a 2nd plastic material, which is different from the 1st plastic material.

Ferner betrifft die Erfindung eine aus einem entsprechenden Filament gebildete Borste und eine Bürste mit zumindest einer entsprechenden Borste.The invention further relates to a bristle formed from a corresponding filament and a brush with at least one corresponding bristle.

Bei einem Filament im Sinne der Erfindung kann es sich um ein Monofil oder ein Multifil handeln. Ein Monofil besteht aus einem einzigen Faden und besitzt vorzugsweise über seine gesamte Länge einen konstanten Querschnitt. Ein Multifil besteht aus mehreren Fäden, die parallel nebeneinander angeordnet oder miteinander verdrillt sein können. Die einzelnen Fäden können dabei über ihre Länge einen konstanten Querschnitt aufweisen. Filamente können auch zu einem Filamenbündel (Strang) zusammengeführt werden. Wird das Monofil oder das Multifil oder der Strang auf eine vorbestimmte Länge geschnitten, spricht man von einer Borste.A filament in the sense of the invention can be a monofilament or a multifilament. A monofilament consists of a single thread and preferably has a constant cross section over its entire length. A multifilament consists of several threads, which can be arranged side by side in parallel or twisted together. The individual threads can have a constant cross section over their length. Filaments can also be combined into a bundle of filaments (strand). If the monofilament or the multifilament or the strand is cut to a predetermined length, one speaks of a bristle.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Filamentes in Form eines Monofils erläutert, jedoch sollen entsprechende Multifile ausdrücklich mit umfasst sein.In the following, the invention is explained on the basis of a filament in the form of a monofilament, but corresponding multifilaments are to be expressly included.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik wird im Folgenden anhand einer Zahnbürste erläutert, jedoch treten gleichartige Probleme auch bei anderen Bürsten, insbesondere bei Schleifbürsten und technischen Bürsten auf, die durch die Erfindung ausdrücklich mit umfasst sein sollen.The problem on which the invention is based is explained below with the aid of a toothbrush, but similar problems also occur with other brushes, in particular with grinding brushes and technical brushes, which are to be expressly included in the invention.

Zur Herstellung einer Zahnbürste wird ein Filament aus einem 1. Kunststoff-Material extrudiert und dann zur Bildung von Borsten in Abschnitte vorbestimmter Länge geschnitten, die an einem Borstenträger der Zahnbürste einzeln oder in Form von Bündeln befestigt werden. Bei Gebrauch der Zahnbürste sollen die Borsten die Verunreinigungen von der Oberfläche der Zähne lösen, weshalb die Borsten eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit aufweisen müssen. Darüber hinaus werden die Borsten bei Gebrauch der Zahnbürste stark verformt und verbogen. Nachdem keine verformende Kraft mehr auf die Borsten einwirkt, müssen die Borsten sich wieder in ihrer Ausgangsstellung bewegen, d.h. sie müssen ein hohes Wiederaufrichtvermögen besitzen. Um diese Anforderung an die Borsten zu erfüllen, bestehen die Borsten einer Zahnbürste üblicherweise aus einem stabilen Kunststoff-Material, beispielsweise aus Polyamid (PA) oder Polybutylenterephthalat (PBT) oder die genannten Materialien werden zumindest als Hauptbestandteil verwendet.To produce a toothbrush, a filament is extruded from a first plastic material and then cut into sections of predetermined length to form bristles, which are fastened individually or in the form of bundles to a bristle carrier of the toothbrush. When using the toothbrush, the bristles should loosen the dirt from the surface of the teeth, which is why the bristles must have sufficient rigidity and strength. In addition, the bristles are strongly deformed and bent when using the toothbrush. After the bristles no longer have any deforming force, the bristles must move back to their original position, i.e. they must have a high level of recovery. In order to meet this requirement for the bristles, the bristles of a toothbrush usually consist of a stable plastic material, for example of polyamide (PA) or polybutylene terephthalate (PBT), or the materials mentioned are used at least as the main component.

Bei Gebrauch einer Zahnbürste werden im Laufe der Zeit Mikropartikel an der Oberfläche der Borste abgerieben. Diese Mikropartikel werden von dem Benutzer der Zahnbürste entweder verschluckt oder beim Ausspülen des Mundes ausgespuckt, wodurch sie ins Abwasser gelangen. Da auf der Welt pro Jahr mehr als 5 × 10⁹ Zahnbürsten verwendet werden, summieren sich die Mikropartikel pro Jahr zu einer Menge von mehr als 150t oder 1,5 × 10⁵ kg. Die umwelt-schädlichen Mikropartikel sind so klein, dass sie mechanisch nicht oder nur mit einem übermäßig hohen Aufwand ausgefiltert werden können, so dass sich die Menge der im Wasser enthaltenen Mikropartikel im Laufe der Zeit allmählich in der Umwelt erhöht, was gesundheitlich bedenklich ist.When using a toothbrush, microparticles are rubbed off the surface of the bristle over time. These microparticles are either swallowed by the user of the toothbrush or spit out when the mouth is rinsed out, as a result of which they end up in the waste water. Since more than 5 × 10 ⁹ toothbrushes are used in the world each year, the microparticles add up to more than 150 tons or 1.5 × 10 ⁵ kg per year. The environmentally harmful microparticles are so small that they cannot be filtered out mechanically or only with an excessive amount of effort, so that the amount of the microparticles contained in the water gradually increases in the environment over time, which is harmful to health.

Es ist bekannt, ein Filament aus unterschiedlichen Kunststoffen auszubilden, um beispielsweise die Reinigungseigenschaften an spezielle Anwendungen anzupassen. Zu diesem Zweck wird das Filament mit einem die Matrix des Filaments bildenden Kern ausgebildet, der außenseitig von einem Mantel vollständig umhüllt ist. Der Mantel kann beispielsweise aus einem weich-elastischen thermoplastischen Kunststoff bestehen, der verhindern soll, dass der Benutzer einer Zahnbürste sein Zahnfleisch durch das relativ harte Kunststoff-Material der Borsten verletzt. Bei Gebrauch einer entsprechenden Zahnbürste werden dann Mikropartikel des Kunststoff-Materials des Mantels abgerieben, was ebenfalls zu den vorgenannten Problemen führt.It is known to form a filament from different plastics, for example to adapt the cleaning properties to special applications. For this purpose, the filament is formed with a core forming the matrix of the filament, which is completely covered on the outside by a jacket. The jacket can, for example, consist of a soft-elastic thermoplastic, which is intended to prevent the user of a toothbrush from injuring his gums through the relatively hard plastic material of the bristles. When using an appropriate toothbrush, microparticles of the plastic material of the jacket are then rubbed off, which likewise leads to the aforementioned problems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filament der genannten Art zu schaffen, bei dem der Abrieb von umwelt-schädlichen Kunststoff-Mikropartikeln bei Gebrauch zuverlässig vermieden ist und das die für den Gebrauch in einer Bürste notwendigen Verformungseigenschaften beibehält. The invention has for its object to provide a filament of the type mentioned, in which the abrasion of environmentally harmful plastic microparticles is reliably avoided during use and which maintains the deformation properties necessary for use in a brush.

Zusätzlich sollen eine Borste aus einem entsprechenden Filament und eine Bürste mit entsprechenden Borsten geschaffen werden.In addition, a bristle from a corresponding filament and a brush with corresponding bristles are to be created.

Erfindungsgemäß wird die oben genannte Aufgabe durch ein Filament mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass das 2. Kunststoff-Material biologisch abbaubar ist.According to the invention the above object is achieved by a filament with the features of claim 1. It is envisaged that the second plastic material is biodegradable.

Der Begriff „biologisch abbaubar“ im Sinne der Erfindung bedeutet entsprechend der europäischen Norm EN13432 / EN14995, dass sich ein Material nach einer festgeschriebenen Zeit unter definierten Temperatur-, Sauerstoff- und Feuchtebedingungen in der Anwesenheit von Mikroorganismen oder Pilzen zu mehr als 90% zu Wasser, Kohlendioxid (CO₂) und Biomasse abgebaut hat. Hinsichtlich der Einzelheiten der Definition wird auf die genannte Norm verwiesen.According to the European standard EN13432 / EN14995, the term "biodegradable" in the sense of the invention means that after a specified time under defined temperature, oxygen and humidity conditions, a material is more than 90% water in the presence of microorganisms or fungi , Carbon dioxide (CO ₂ ) and biomass. With regard to the details of the definition, reference is made to the standard mentioned.

Erfindungsgemäß wird von der Grundüberlegung ausgegangen, den Kern bzw. die Matrix des Filamentes weiterhin aus einem stabilen 1. Kunststoff-Material zu bilden, das bei einer aus dem Filament gebildeten Borste eine ausreichende Stabilität und insbesondere ein gutes Wiederaufrichtvermögen gewährleistet. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das 1. Kunststoffmaterial des Kerns bzw. der Matrix einen teilkristalinen, thermoplastischen Kunststoff enthält oder vollständig aus diesem besteht. Dabei kann vorgesehen sein, dass das 1. Kunststoff-Material des Kerns bzw. der Matrix ein Polyamid (PA) oder ein Polybutylenterephthalat (PBT) oder eine Mischung dieser Materialien enthält oder gänzlich hieraus gebildet ist. In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das 1. Kunststoff-Material des Kerns bzw. der Matrix ein PA10.10 oder ein PA12 oder ein PA6.10 oder eine Mischung aus zumindest zwei dieser Materialien enthält oder gänzlich hieraus gebildet ist. According to the invention, the basic idea is to continue to form the core or the matrix of the filament from a stable 1st plastic material which, in the case of a bristle formed from the filament, ensures sufficient stability and in particular good re-erection ability. It is preferably provided that the 1st plastic material of the core or the matrix contains a partially crystalline, thermoplastic plastic or consists entirely of this. It can be provided that the 1st plastic material of the core or the matrix contains a polyamide (PA) or a polybutylene terephthalate (PBT) or a mixture of these materials or is formed entirely from them. In a particularly preferred embodiment of the invention it is provided that the first plastic material of the core or the matrix contains or is formed entirely from a PA10.10 or a PA12 or a PA6.10 or a mixture of at least two of these materials.

Der Abrieb der Mikropartikel von dem Filament bzw. der daraus hergestellten Borste geschieht fast vollständig an der äußeren Mantelfläche. Erfindungsgemäß ist deshalb vorgesehen, den Kern bzw. die Matrix des Filamentes mit einem Mantel aus einem biologisch abbaubaren 2. Kunststoff-Material zu umgeben. Wenn aus dem Filament eine Borste hergestellt und diese in einer Zahnbürste verwendet wird, erfolgt der Abrieb bei Gebrauch der Zahnbürste lediglich an dem Mantel. Da dieser aus einem biologisch abbaubaren Material besteht, entstehen zwar ebenfalls Mikropartikel infolge des Abriebs, jedoch lösen diese sich im Laufe der Zeit auf.The abrasion of the microparticles from the filament or the bristle made therefrom occurs almost completely on the outer surface. According to the invention, it is therefore provided to surround the core or the matrix of the filament with a jacket made of a biodegradable second plastic material. If a bristle is made from the filament and used in a toothbrush, the toothbrush will only wear off on the jacket. Since this consists of a biodegradable material, microparticles also arise as a result of the abrasion, but they dissolve over time.

Das 2. Kunststoff-Material des Mantels kann ein Polylactid (PLA) oder eine Polyhydroxyfettsäure (PHF) oder ein Polyhydroxyvalerat (PHV) oder ein Polyhydroxybutyrat (PHB) oder eine Mischung aus zumindest zwei dieser Materialien enthalten oder gänzlich hieraus gebildet sein.The second plastic material of the sheath can contain or be formed entirely from a polylactide (PLA) or a polyhydroxy fatty acid (PHF) or a polyhydroxyvalerate (PHV) or a polyhydroxybutyrate (PHB) or a mixture of at least two of these materials.

Vorzugsweise besitzt das Filament und somit auch eine daraus gebildete Borste über die gesamte axiale Länge einen konstanten Querschnitt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Kern und der Mantel des Filamentes koextdrudiert sind.The filament and thus also a bristle formed therefrom preferably has a constant cross section over the entire axial length. This can be achieved, for example, by coextruding the core and the sheath of the filament.

Die Querschnittsform und die Abmessungen des Kern sind üblicherweise auf den Verwendungszweck der Borste und die dabei auftretenden Kräfte abgestimmt. Beispielsweise kann der Kern einen Kreisquerschnitt aufweisen und einen Durchmesser d im Bereich von 100µm bis 300µm und insbesondere im Bereich von 150µ bis 200pm aufweisen. Mit einem derartigen Kern kann eine für eine Zahnbürste gute Steifigkeit einer Borste und insbesondere ein gutes Wiederaufrichtvermögen erreicht werden.The cross-sectional shape and the dimensions of the core are usually matched to the intended use of the bristle and the forces that occur. For example, the core can have a circular cross section and a diameter d in the range from 100 μm to 300 μm and in particular in the range from 150 μm to 200 μm. With such a core, a good stiffness of a bristle for a toothbrush and in particular a good ability to straighten up can be achieved.

Der Mantel sollte insbesondere bei einem Kreisquerschnitt eine Dicke s aufweisen, die sicherstellt, dass der Abrieb bei Gebrauch einer Bürste mit einer entsprechenden Borste immer nur aus dem biologisch abbaubaren 2. Kunststoff-Material besteht. Beispielsweise kann der Mantel eine Dicke s im Bereich von 10pm bis 30µm und insbesondere im Bereich von 12µm bis 25µm aufweisen oder eine Dicke s von 15µm haben. Eine derartige Dicke s des Mantels stellt bei einer Zahnbürste sicher, dass der Abrieb bei ordnungsgemäßen Gebrauch der Zahnbürste nur aus dem biologisch abbaubaren 2. Kunststoff-Material besteht.In particular in the case of a circular cross section, the jacket should have a thickness s which ensures that the abrasion when using a brush with a corresponding bristle always consists only of the biodegradable second plastic material. For example, the sheath can have a thickness s in the range from 10 pm to 30 μm and in particular in the range from 12 μm to 25 μm or a thickness s of 15 μm. In the case of a toothbrush, such a thickness s of the casing ensures that the abrasion, when the toothbrush is used properly, only consists of the biodegradable second plastic material.

Statt eines Kreisquerschnittes kann das Filament bzw. die Borste auch einen Polygon-Querschnitt, insbesondere einen dreieckigen Querschnitt, einen viereckigen Querschnitt, einen quadratischen Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt oder auch einen sternförmigen Querschnitt aufweisen. Entsprechende Querschnittsformen sind auch für den Kern möglich, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Kern von einem Mantel konstanter Dicke umgeben ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Kern und der Mantel unterschiedliche Querschnittskonfigurationen aufweisen, so dass der Mantel über den Umfang des Filaments bzw. der Borste eine sich ändernde Dicke aufweist.Instead of a circular cross section, the filament or the bristle can also have a polygon cross section, in particular a triangular cross section, a square cross section, a square cross section or an oval cross section or also a star-shaped cross section. Corresponding cross-sectional shapes are also possible for the core, it preferably being provided that the core is surrounded by a jacket of constant thickness. However, it is also possible for the core and the sheath to have different cross-sectional configurations, so that the sheath has a changing thickness over the circumference of the filament or the bristle.

Vorzugsweise sollte die Dicke des Mantels bei jeder Querschnittsform des Filamentes bzw. der Borste im Bereich von 10µm bis 30µm liegen.The thickness of the sheath should preferably be in the range from 10 μm to 30 μm for each cross-sectional shape of the filament or bristle.

Die oben genannte Aufgabe wird hinsichtlich einer Borste durch eine Borste gelöst, die aus einem Abschnitt eines Filamentes mit den genannten Merkmalen besteht.With regard to a bristle, the above-mentioned object is achieved by a bristle which consists of a section of a filament with the features mentioned.

Eine erfindungsgemäße Bürste besitzt zumindest eine Borste und vorzugsweise eine Vielzahl von Borsten und Borstenbünddeln, die aus Borsten mit dem genannten Aufbau bestehen und aus einem Filament mit dem genannten Aufbau hergestellt sind.A brush according to the invention has at least one bristle and preferably a plurality of bristles and bundles of bristles, which consist of bristles with the structure mentioned and are made of a filament with the structure mentioned.

Bei der Bürste kann es sich um eine Zahnbürste, eine Schleifbürste oder um eine technische Bürste handeln.The brush can be a toothbrush, an abrasive brush or a technical brush.

Der Benutzer sollte die Bürste und insbesondere die Zahnbürste nur solange benutzen, wie der Kern vollständig von dem Mantel umgeben ist. Zwar verringert sich die Dicke des Mantels bei Benutzung der Bürste, solange der Mantel jedoch den Kern umgibt, werden bei Gebrauch der Bürste lediglich Mikropartikel des biologisch abbaubaren 2. Kunststoff-Materials abgerieben.The user should only use the brush and in particular the toothbrush as long as the core is completely surrounded by the jacket. Although the thickness of the jacket is reduced when the brush is used, as long as the jacket surrounds the core, only microparticles of the biodegradable plastic material are rubbed off when the brush is used.

Um dem Benutzer zuverlässig anzuzeigen, dass die Bürste ausgewechselt werden sollte, kann das Filament bzw. die Borte eine integrierte Verbrauchsanzeige besitzen. Diese kann beispielsweise dadurch gegeben sein, dass das 1. Kunststoff-Material des Kerns und das 2. Kunststoff-Material des Mantels farblich unterschiedlich sind. Beispielsweise kann der Kern blau oder rot und der Mantel weiß sein. Wenn der Mantel im Laufe der Benutzung allmählich abgerieben wird, tritt die Farbe des Kerns für den Benutzer immer deutlicher hervor, was ihm anzeigt, dass der Mantel bald abgerieben sein wird und die Bürste nicht weiterverwendet werden sollte.In order to reliably indicate to the user that the brush should be replaced, the filament or the border can have an integrated consumption indicator. This can be the case, for example, in that the 1st plastic material of the core and the 2nd plastic material of the jacket are different in color. For example, the core can be blue or red and the coat can be white. As the coat gradually wears down in use, the color of the core becomes more apparent to the user, indicating that the coat will soon be worn off and the brush should no longer be used.

Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich. Es zeigen:

1 Einen schematischen Längsschnitt eines Abschnitts des erfindungsgemäßen Filamentes und
2 einen Querschnitt des Filaments gemäß 1.

Further features of the invention can be seen from the following description of an exemplary embodiment. Show it:

1 A schematic longitudinal section of a section of the filament and
2 a cross section of the filament 1 ,

Die 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Filament 10, das einen Kern 11 bzw. eine Matrix aus einem stabilen 1. Kunststoff-Material besitzt, bei dem es sich um das oben genannte Material handeln kann.The 1 shows a longitudinal section through a filament 10 that has a core 11 or has a matrix of a stable 1. plastic material, which can be the material mentioned above.

Wie 2 zeigt, besitzt der Kern 11 einen Kreisquerschnitt und ist vollständig von einem Mantel 12 aus einem 2. Kunststoff-Material umgeben, das biologisch abbaubar ist. Die Dicke s des Mantels 12 ist über den Umfang des Filamentes 10 konstant und das Filament 10 besitzt einen über seine axiale Länge konstanten Querschnitt. Vorzugsweise sind der Kern 11 und der Mantel 12 koextrudiert.How 2 shows, has the core 11 a circular cross-section and is completely of a mantle 12 surrounded by a second plastic material that is biodegradable. The thickness s of the jacket 12 is about the size of the filament 10 constant and the filament 10 has a constant cross-section over its axial length. Preferably the core 11 and the coat 12 coextruded.

Claims

Filament made of plastic with a core (11) made of a stable 1st plastic material and a sheath (12) surrounding the core (11) made of a 2nd plastic material, which is different from the 1st plastic material, characterized that the 2nd plastic material is biodegradable.

Filament after Claim 1 , characterized in that the 1st plastic material contains a partially crystalline, thermoplastic or consists entirely of this.

Filament after Claim 1 or 2 , characterized in that the first plastic material contains a polyamide (PA) or a polybutylene terephthalate (PBT) or a mixture of these materials or is formed entirely therefrom.

Filament after Claim 2 or 3 , characterized in that the first plastic material contains or is formed entirely from a PA10.10 or a PA12 or a PA6.10 or a mixture of at least two of these materials.

Filament after one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the second plastic material contains or is formed entirely from a polylactide (PLA) or a polyhydroxy fatty acid (PHF) or a polyhydroxyvalerate (PHV) or a polyhydroxybutyrate (PHB) or a mixture of at least two of these materials.

Filament after one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the core (11) and the jacket (12) are co-extruded.

Filament after one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the core (11) has a diameter d in the range from d = 100 µm to d = 300 µm.

Filament after Claim 7 , characterized in that the core (11) has a diameter d in the range from d = 150 µm to d = 200 µm.

Filament after one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the jacket (12) has a thickness s in the range from s = 10 µm to s = 30 µm.

Filament after Claim 9 , characterized in that the jacket (12) has a thickness s in the range from s = 12 µm to s = 25 µm.

Filament after Claim 9 or 10 , characterized in that the jacket has a thickness s of 15 µm.

Bristle consisting of a section of filament according to any one of the preceding claims.

Brush with at least one bristle according to Claim 12 ,

Brush after Claim 13 , characterized in that the brush is a toothbrush.