DE69030973T2

DE69030973T2 - Pinselborsten mit Mikrozellenstruktur

Info

Publication number: DE69030973T2
Application number: DE1990630973
Authority: DE
Inventors: Timothy D O'brien; William H Wagner
Original assignee: Newell Operating Co
Current assignee: Newell Operating Co
Priority date: 1990-04-03
Filing date: 1990-04-03
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2010-04-04
Also published as: DE69030973D1; ATE154746T1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Pinselborsten und ein Verfahren zu deren Herstellung und insbesondere mikrozellulare synethetische Pinselborsten.

Hintergrund der Erfindung

Obwohl synthetische Pinselborsten seit langer Zeit bekannt sind und einen erheblichen Marktanteil bei der Herstellung von Pinseln einnehmen, werden nach wie vor viele Pinsel aus Schweineborsten hergestellt. Schweineborsten jedoch bieten viele Schwierigkeiten einschließlich der Kosten, der sich ändernden Versorgungslage und der Schwierigkeiten der Handhabung für den Pinselhersteller. Die Vorteile von Schweineborsten liegen in den natürlich ausgefransten Spitzen und der schuppigen Oberfläche, welche dazu beitragen, die nasse Farbe in den Pinsel während der Verwendung zu halten. Ein weiterer Nachteil zusätzlich zu den Nachteilen hoher Kosten und der ungleichmäßigen Verfügbarkeit, wie dies oben dargelegt wurde, besteht in dem unregelmäßigen Querschnitt, wie dieser in Figur 2 veranschaulicht ist, die eine Mikroskopaufnahme eines Querschnitts einer Gruppe von Schweineborsten zeigt, und welche klar den von der Kreisform abweichenden Querschnitt zeigt. Ein kreisförmiger Querschnitt ist für den Pinselhersteller bei der Herstellung von Pinseln wünschenswert.
Es wurde seit langer Zeit gewünscht, eine synthetische Pinselborste zu schaffen, welche alle Eigenschaften von Schweineborsten aufweist und gleichzeitig keinen der Nachteile, und die Patentliteratur enthält viele Beispiele einschließlich der US-A-4,307,478; US-A-4,409,372; US-A-3,186,018; USA 3,256,545; US-A-3,344,457; US-A-3,706,111; US-A-4,559,268; US-A-2,418,492; US-A-3,173,163; und US-A-2,697,009. Aus diesen früheren Patenten ist ersichtlich, daß es vorgeschlagen wurde, Pinselborsten in einer Vielzahl unterschiedlicher Querschnittsformen, geradlinig oder sich verjüngend, hohl oder als Vollmaterial aus einer Vielzahl synthetischer Kunststoffmaterialien herzustellen.
Hohle synthetische Pinselborsten sind sehr populär geworden und unter diesen haben die sich verjüngenden hohlen Borsten, wie sie in dem oben erwähnten US-A-4,307,478 beschrieben sind, eine große Aufnahme gefunden. Vergleiche ebenso US-A- 4,376,746. Ein Problem besteht jedoch darin, daß die hohlen Borsten nicht mit zufriedenstellenden Spitzen versehen werden können, was für Pinselborsten wünschenswert ist. Hinzu kommt, daß die Oberfläche synthetischer Pinselborsten, ob hohl oder nicht, und unabhängig davon, ob sich verjüngend oder gerade, die Neigung zeigt, vergleichsweise glatt zu sein, so daß diese synthetischen Borsten folglich die Halteeigenschaften der nassen Farbe von mit rauhen Oberflächen versehenen Schweineborsten vermissen lassen.
Die Herstellung zellularer oder poröser Borsten oder Fasern ist ebenfalls bekannt, obwohl bisher noch nie erfolgreich mirkozellulare Borsten hergestellt werden konnten, soweit dies bekannt ist. In dieser Hinsicht müssen Pinselborsten eine Anzahl spezieller physikalischer Eigenschaften aufweisen, wie sie nicht notwendigerweise oder gegensätzlich zu den Eigenschaften sind, die sie Textilgarne und andere Typen von Borsten aufweisen müssen, beispielsweise das große Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht. Patente, welche poröse oder zellulare Besenborsten oder poröse Textilgarne, die zur Herstel lung von Geweben zweckdienlich sind, erwähnen, schließen die US-A-3,411,979; US-A-3,577,839; US-A-4,552,810; US-A- 2,907,096; US-A-4,485,141; US-A-3,785,919; US-A-3,893,957; US-A-3,723,240; US-A-4,144,371; und US-A-2,200,946 ein. Textilfasern sind sehr fein und weich, während Besenborsten grob und ausgesprochen steif sind. Mikrozellulare Borsten, welche insbesondere für die Verwendung bei Pinseln geeignet sind und welche die gewünschten Eigenschaften aufweisen, wurden jedoch bisher nicht in Betracht gezogen oder konnten nicht erfolgreich hergestellt werden.
Monofasern wurden ebenfalls aus synthetischen Materialien hergestellt, um eine Oberfläche zu schaffen, welche rauh und unregelmäßig ist. In diesem Zusammenhang soll die US-A- 3,671,381; US-A-3,134,122; US-A-3,325,845; US-A-3,567,569; US-A-4,254,182; US-A-4,297,414; und US-A-4,522,884 erwähnt werden.
Aus unerfindlichen Gründen war bisher eine mikroporöse Pinselborste mit den gewünschten Eigenschaften einschließlich den vorteilhaften Eigenschaften natürlicher Schweineborsten und mit den zusätzlichen Vorteilen gegenüber natürlichen Schweineborsten nicht verfügbar. Diese Eigenschaften schließen eine hohe "Rückspring"-Steifigkeit, ein hohes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, eine Gleichmäßigkeit des Querschnitts, eine rauhe, die Farbe haltende Oberfläche, ausgefranste oder gespitzte Enden und einen niedrigen Preis ein. Es wird angenommen, daß, obwohl möglicherweise bekannt war, daß eine zellulare Pinselborste vorteilhaft wäre, niemand bisher wußte, wie eine Borste mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen war.

Zusammenfassung

Es ist folglich ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik, wie er oben angegeben ist, zu vermeiden.
Weiteres Ziel ist es, verbesserte Pinselborsten zu schaffen, die eine mikrozellulare Form aufweisen, und die beschnitten oder gespalten werden können, und die eine rauhe Oberfläche aufweisen und hierdurch die guten Eigenschaften natürlicher Schweineborsten simulieren.
Weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur zufriedenstellenden Herstellung mikrozellularer synthetischer Pinselborsten vorzuschlagen.
Weiteres Ziel der Erfindung ist es, bessere Pinselborsten zu schaffen, die eine überraschend bessere "Rückspring"- Steifigkeit aufweisen.
Ferner ist es ein Ziel der Erfindung eine synthetische Borste zu erzeugen, die bei der Herstellung von Pinseln zweckdienlich ist und die ein verringertes Gewicht, Mikrozellularität, eine hohe "Rückspring"-Steifigkeit, ein hohes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht, eine gute Gleichmäßigkeit des Querschnitts, eine Oberfläche, welche nasse Farbe gut hält, ein Ende, welches beschnitten oder gespalten werden kann, und niedrige Kosten aufweist.
Diese Ziele werden durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Borste mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erreicht. Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die bessere Pinselborste nach der Erfindung weist eine Länge von etwa 3,81 bis 17,78 cm (1,5 bis 7 Zoll) und einen mittleren Durchmesser von etwa 0,127 bis 0,3556 mm (5 bis 14 mil) auf; sie kann verjüngend oder gerade ausgebildet sein. Sie wird aus Nylon, Polyester, Polyolefin oder Mischungen dieser Materialien hergestellt. Im allgemeinen weist sie eine konsistente Querschnittsform über ihre Länge und eine rauhe unregelmäßige Oberfläche auf, wobei ein Spitzenende der Borste gespalten oder beschnitten ist oder gespalten oder beschnitten werden kann. Auf Basis des Volumens enthält sie 15 bis 40 % Zellen, wobei diese Zellen überwiegend geschlossene Zellen allgemein langgestreckter, eiförmiger Gestalt im Inneren der Borste sind und längs der Wandung der Borste jedoch offen sind, um eine rauhe und unregelmäßige Oberfläche zu formen, welche nasse Farbe gut hält. Die Zellen weisen typischerweise eine Länge von etwa 0,0254 bis 0,1524 mm (1 bis 6 Mil) und einen Durchmesser von 0,00762 bis 0,02286 mm (0,3 bis 0,9 mil) auf und die Borste weist eine Steifigkeit in dem Bereich von 5,1 bis 21,1 m kg/cm (1,8 bis 7,5 Fuß Pfund pro Kubikzoll) auf, gemessen in einem Bündel durch das Verfahren der Pendelauslenkung in einem Bindungswinkel von 50º.
Eine derartige Borste wird durch sorgfältige Steuerung des Extrusionsverfahrens erzielt einschließlich der richtigen Wahl der Ausgangsmaterialien und der Verfahrensparameter. Insbesondere ist die Wahl des Glasmittels und dessen Länge und die Zonentemperaturen des Extruders von großer Bedeutung.
Die oberen und anderen Ziele und die Natur und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden genaueren Be schreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser ersichtlich. In den Zeichnungen zeigt:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 eine vergrößerte schematische Ansicht teilweise im Schnitt einer geraden Borste nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine mikroskopische Fotografie des Endes eines Bündels von Schweineborsten und Fig. 3 eine ähnliche mikroskopische Fotografie des Endes eines Bündels mikrozellularer Borsten nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht einer polylobalen Pinselborste nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer sich verjüngenden Pinselborste mit einer gespaltenen oder ausgefransten Spitze;
Fig. 6 eine xerografische Vergrößerung einer Mikroskopfotografie bei 100-facher Vergrößerung von einer mikrozellularen Borste nach der Erfindung, welche deren Oberflächenrauhigkeit zeigt;
Fig. 7 eine vergrößerte xerografische Kopie einer mikroskopischen Fotografie bei 200-facher Vergrößerung von einer in Längsrichtung aufgeschnittenen Borste nach der vorliegenden Erfindung, welche die inneren Mikrozellen zeigt, und
Fig. 8 eine xerografische Vergrößerung einer mikroskopischen Fotografie bei 200-facher Vergrößerung eines Querschnitts einer mikrozellularen Borste nach der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Pinselborste 10 nach der vorliegenden Erfindung, wobei der linke Teil der Zeichnung die Borste 10 in axialer Schnittansicht zeigt. Vergleiche ebenfalls die mikroskopischen Fotografien der Figuren 6 bis 8. Die Borste ist aus einem thermoplastischen Material hergestellt, welches typischerweise bei der Herstellung von Pinselborsten verwendet wird, wie beispielsweise Nylon, Polyester, ein Polyolefin oder Mischungen derselben, z.B. Mischungen von Polyester und Polyolefin, von Nylon und Polyester oder von Nylon und Polyolefin.
Die Borste 10 weist normalerweise eine Länge in dem Bereich von 3,81 bis 17,78 cm (1,5 bis 7 Zoll) auf, was von der geplanten Größe des Pinsels abhängt, in welchem die Borste verwendet werden soll. Es ist bevorzugt, daß die Borste 10 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, wie dies in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist, und dies stellt einen der Hauptvorteile der vorliegenden synthetischen Borste im Vergleich mit natürlichen Schweineborsten dar, welche einen ungleichmäßigen oder nicht konsistenten Querschnitt aufweisen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der runde oder kreisförmige Querschnitt ist während des Herstellungsverfahrens von Pinseln für den Pinselhersteller von Vorteil, da es typisch ist, verschiedene Borstengrößen zu mischen und ein Mischen weniger erforderlich ist, wenn die Borsten im Querschnitt kreisförmig sind, so daß hierdurch die Herstellkosten verringert werden und dem Pinselhersteller eine größere Kontrolle bei der Herstellung der besten Mischung verschiedener Borsten zur Maximierung der gewünschten Pinseleigenschaften anhand gegeben wird.
Für gerade, d.h. sich nicht verjüngende, Borsten liegt der Durchmesser der Borsten allgemein in dem Bereich zwischen 0,127 bis 0,3556 mm (5 bis 14 mil) und bevorzugt zwischen 0,2032 bis 0,3048 mm (8 bis 12 mil). Bei sich verjüngenden Borsten ist der Bereich bevorzugt 0,1778/0,1016 mm (7/4 mil) bis 0,4572/0,25 mm (18/10 mil), wobei die erste Zahl jeden Zahlpaares der Durchmesser am großen oder Hinterende ist und die zweite Zahl dem Durchmesser am kleinen oder spitzen Ende wiedergibt.
Wie in den Fig. 1, 7 und 8 gezeigt, ist die Borste 10 der vorliegenden Erfindung insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß sie eine große Anzahl von Mikroleerräumen oder Mikrozellen 12 in ihrem gesamten Inneren aufweist. Diese Mikrozellen 12 sind überwiegend geschlossene Zellen im Inneren der Borste 10 mit der Ausnahme, daß eine derartige Borste eine mit Taschen versehene oder offenzellige Haut mit offenen Oberflächenzellen 14 aufweist, um dadurch der Borste 10 eine rauhe und unregelmäßige Oberfläche zu geben, welche nasse Farbe in einer überragenden Weise im Vergleich mit bekannten synthetischen Borsten festhält. Der gesamte, durch die Fehlstellen oder Bläschen eingenommene Raum in der Borste 10 nach der vorliegenden Erfindung beträgt etwa 15 bis 40 % auf Basis des Volumens. Bevorzugt ist die Borste etwa 70 % Festkörper und enthält etwa 30 Vol.-% der Mikrozellen 12 und 14. Die Mikrozellen 12 und 14 haben typischerweise eine Länge von etwa 0,0254 bis 0,1524 mm (1 bis 6 mil) und einen Durchmesser von etwa 0,00762 bis 0,02286 mm (0,3 bis 0,9 mil). Die Zellen weisen allgemein eine langgestreckte eckförmige Form auf, deren Verhältnis von Länge zu Durchmesser etwa 3-6:1 beträgt und die eine Querschnittsfläche (sh. Fig. 7) von etwa 9,03 bis 21,9 × 10 cm (1,4 - 3,4 × 10&supmin;&sup5; Zoll²) aufweisen.
Fig. 4 zeigt schematisch, daß eine Borste 10' der vorliegenden Erfindung einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweisen kann, beispielsweise im Falle von Fig. 4 eine tetralobale Querschnittsform. Die mikrozellulare Borste kann ebenso hohl ausgebildet sein. In Fig. 5 ist eine Borste 10" veranschaulicht, die eine sich verjüngende Gestalt aufweist und deren Ende 16 gespalten oder ausgefranst ist. Es ist offensichtlich, daß die Borste 10 von Fig. 1 ebenfalls ein gespitztes oder gespaltenes Ende aufweisen kann, wie auch die Borste 10" gemäß Fig. 4, und daß ferner eine polylobale Borste, wie beispielsweise die Borste 10" von Fig. 4 verjüngt ausgebildet sein kann, wie das in Fig. 5 gezeigt ist, anstelle wie in Fig. 1 geradlinig zu sein. Ein besonderer Vorteil der nicht hohlen Borste nach der vorliegenden Erfindung besteht in deren Fähigkeit, am Ende angespitzt oder beschnitten zu sein, was mit hohlen Borsten nicht möglich ist.
Von besonderer Bedeutung und eine überraschende Eigenschaft der Borsten 10, 10' und 10"-nach der vorliegenden Erfindung sind ihre Eigenschaften hinsichtlich der Steifigkeit. Die Borsten nach der vorliegenden Erfindung weisen eine Steifigkeit auf, welche bei Durchmessern von etwa 0,2286 mm (9 mil) und größer nicht nur genauso gut ist, wie bei voll ausgebildeten synthetischen Borsten, sondern tatsächlich überragend ist. Beispielsweise wurde ein Steifigkeitsvergleich nach dem Pendelauslenkversuch bei 50º Drehung zwischen sich verjüngenden Borsten nach der vorliegenden Erfindung aus Polyester und einem Durchmesser am Hinterende von etwa 0,3048 mm (12 mil) und einem Durchmesser an der Spitze von 0,2032 mm (8 mil) und ansonsten identischen Borsten aus der gleichen Polyestermischung durchgeführt, die jedoch nicht mikrozellular waren. In diesem Versuch wiesen die voll ausgebildeten runden Borsten nach dem Stand der Technik eine Steifigkeit von 0,016 m kg/cm³ (1,9 Fuß Pfund per Kubikzoll) auf, während die mikrozellularen runden Borsten nach der vorliegenden Erfindung eine Steifigkeit von 0,0271 m kg/cm³ (3,2 Fuß Pfund pro Kubikzoll) aufwiesen.
Borsten nach der vorliegenden Erfindung haben gegenüber denen nach dem Stand der Technik viele Vorteile, wie dies bereits oben beschrieben wurde. Zusätzlich ergibt sich ein erheblicher Ausbeutevorteil aufgrund der verringerten Verwendung von Polymeren, um ein gleiches Volumen an Borsten zu erzeugen. In dem spezifischen Gewicht ausgedrückt, ist der folgende Vergleich typisch:
Übliche Polyesterborsten 1,31 g/cm³
mikrozellulare Polyesterborsten 0,92-1,03 g/cm³
Schweineborsten 1,18 g/cm³.
Folglich simulieren die mikrozellularen Borsten nicht nur Schweineborsten, sondern sie sind besser als Schweineborsten, da sie runder sind, gleichmäßiger sind und einen Ausbeutevorteil für den Pinselhersteller bieten. Folglich schließen die Vorteile die folgenden ein:
1) Vergrößerte Ausbeute für den Pinselhersteller, d.h. mehr Pinsel pro Kilogramm oder Pfund an Borsten.
2) Eine unregelmäßige rauhe oder orangenhautähnliche Oberfläche, welche natürlichen Borsten ähnlich ist und dennoch aus einem polymeren Material besteht.
3) Eine volle runde Konfiguration, wobei dennoch die Ausbeute hohler Borsten erreicht wird und gleichzeitig die Borsten wie als Vollkörper runde Borsten beschnitten oder angespitzt werden können. Hohle Borsten können nicht angespitzt werden.
Die Herstellung ist zur Erzielung der mikrozellularen Borsten nach der vorliegenden Erfindung ein kritischer Faktor. Das chemische Blas- oder Treibmittel wird mit den verschiedenen Polymeren in den Extruder eingegeben. Unter Verwendung spezieller Extrusionstemperaturen, welche die Geschwindigkeit und Rate des Blasens oder Treibens steuern, wird das chemische Treibmittel mit dem Polymer durch ein Gesenk oder Spinndüse extrudiert, welche die Größe und den Querschnitt der Borste bestimmen. Wie in der normalen Herstellung von Monofilaren werden die Borsten in einem Wasserbad abgeschreckt, in einem einstufigen oder doppelstufigen Ofen ausgerichtet und anschließend angelassen. Das Erzeugnis wird dann in unterschiedlichen Größen von Packungen geschnitten oder aufgewikkelt.
Von besonderer Bedeutung ist die richtige Wahl des Blas- oder Treibmittels und das Profil der Extrudertemperaturen. Folglich werden mikrozellulare Borsten nach der vorliegenden Erfindung während des Extrusionsprozesses geformt, indem ein chemisches Treibmittel zersetzt wird. Eine Anzahl derartiger Treibmittel wurden versuchsweise eingesetzt und viele erwiesen sich als nicht zufriedenstellend einschließlich Hostatron P1941 (Hoechst) und PBT-Treibmittel (General Electric). Andere nicht annehmbare Treibmittel sind diejenigen, die auf Azo- Verbindungen beruhen, wie beispielsweise Azodikarbonarnid und Diisopropylhydrazodikarboxylat. Andere Treibmittel erwiesen sich als nicht zufriedenstellend aufgrund der schlechten Kompatibilität, beispielsweise schlechte Verteilbarkeit in der Polymerschmelze einschließlich Expandex 175 (Bariurnsalz von 5-Phenyltetrazol) und Expandex 5PT (5-Phenyltetrazol), beide Produkte von Olin.
Treibmittel erwiesen sich als nicht erfolgreich, da u.a. einige nicht bei den Bearbeitungstemperaturen der Polymere aktivierbar waren und/oder zu Verarbeitungsproblemen bei stromabwärtsliegenden Verfahrenszuständen führten, so daß die erforderlichen physikalischen Eigenschaften, wie Biegbarkeit, Ziehverhältnis, Steuerung der Borstengröße, Treiben oder Blasen, nicht erreicht werden konnte.
Treibmittel, die sich am zufriedenstellendsten erwiesen, basieren auf einer festen Säure und einer festen Base, wie beispielsweise Zitronensäure und basisches Natriumbikarbonat. Am besten war Hydrocerol CF 70 (Boehringer Ingelheim), welches aus einer Mischung aus Zitronensäure und basischem Natriumkarbonat besteht. Treibmittel dieser Art sind einzigartig, da, obwohl die volle Aktivierung nicht bis 266ºC (510ºF) auftritt, das Blasmittel bei sehr viel niedrigeren Temperaturen beginnt aktiviert zu werden, d.h. bei etwa 160ºC (320ºF) Nicht zufriedenstellende Treibmittel andererseits weisen entweder eine festgelegte Aktivierungstemperatur oder eine anfängliche Aktivierungstemperatur auf, die sehr viel höher ist, beispielsweise 243 bis 271ºC (470 bis 520ºF).
Die Menge des Treibmittels ist ebenfalls von großer Bedeutung. Folglich muß die Menge des Treibmittels nicht 2 Gew.-% auf der Basis der Gesamtmischung übersteigen und der bevorzugte Bereich liegt bei 0,4 bis 1 Gew.-%, wobei die insbesondere bevorzugte Menge etwa 0,7 % beträgt. Mengen von weniger als etwa 0,3 % ergeben ein nicht ausreichendes Blasen oder Treiben, während Mengen über etwa 2 % ein unkontrolliertes offenzelliges Produkt mit nicht zufriedenstellenden Eigenschaften ergeben. Als ein Resultat der Verwendung der bevorzugten Treibmittel enthält die resultierende Borste das Reaktionsprodukt der Treibmittel Bestandteile, d.h. Kohlendioxid und Natriumzitrat, sowie in einigen Fällen eine sehr geringe Menge von nicht reagiertem Treibmittel. Es ist nicht bekannt, ob oder ob nicht diese Reste in dem Endprodukt zu dessen überragenden Eigenschaften beitragen.
Was die Verfahrensparameter betrifft, so besteht in allgemeinen bei der Verarbeitung von Polymeren ohne Treibmittel ein größerer Spielraum als bei der mit Treibmitteln. Insbesondere sind spezielle Extrusionstemperaturen erforderlich, um die gewünschte Zellstruktur im Inneren der Borste zu erzielen und um die gewünschten Oberflächeneigenschaften zu erreichen. Allgemein wurde gefunden, daß, um zufriedenstellende Borsten nach der vorliegenden Erfindung herzustellen, die Anfangszonen des Extruders kühler als normal sein müssen. Beispielsweise wenn das Polymer ein Nylon 6,12 oder Polyolefin ist, sollten die ersten beiden Zonen des Extruders bei etwa 254ºC (490ºF) gehalten werden, wenn mikrozellulare Borsten hergestellt werden, wohingegen eine Temperatur von 260ºC (500ºF) in diesen beiden Zonen üblich ist, wenn nichtzellulare Borsten hergestellt werden. Ähnlich werden bei der Herstellung von Polybutylenterephthalat-Borsten und Borsten aus Polyester/Nylonmischungen die ersten und zweiten Extruderzonen normalerweise bei 316ºC (600ºF) bzw. 310ºC (590ºF) für die Herstellung nichtzellularer Borsten gehalten, wohingegen bei der Verwendung der gleichen Polymere zur Herstellung mikrozellularer Borsten es erforderlich ist, daß die erste und die zweite Extruderzone bei lediglich 271ºC (520ºF) gehalten werden.
Die folgenden Beispiele der Erfindung werden zur Erläuterung angeboten:

Beispiel 1

Mikrozellulare Nylon-6,12-Borsten nach der vorliegenden Erfindung werden sowohl in geraden als auch sich verjüngenden Formen hergestellt, wobei die üblichen Extrusionsanlagen verwendet werden, die bei der Herstellung nichtzellularer Pinselborsten üblich sind. Als Treibmittel wird das oben erwähnte Hydrocerol CF 70 in einer Menge von 0,7 Gew.-% verwendet. Das Temperaturprofil in dem Extruder im Vergleich mit dem Temperaturprofil für die normale nichtzellulare Borste ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben: TABELLE 1
Die resultierenden mikrozellularen Borsten weisen exzellente Eigenschaften sowohl bei den geraden als auch den sich verjüngenden Borsten auf, wobei deren Enden leicht spaltbar oder anspitzbar sind.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wird wiederholt, wobei Nylon 6,10, Nylon 6 und Nylon 6,6 verwendet werden. In sämtlichen Fällen wurden mikrozellulare Borsten exzellenter Qualität erhalten.

Beispiel 3

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde nochmals wiederholt, wobei Polypropylen als Polymer verwendet wurde, und wobei das gleiche wie in Tabelle 1 gezeigte Temperaturprofil zur Anwendung kam. Wiederum wurden mikrozellulare Pinselborsten exzellenter Qualität erhalten.

Beispiel 4

Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde erneut ausgeführt, wobei diesmal Polybutylenterephthalat verwendet wurde und sich verjüngende mikrozellulare Borsten unter Verwendung des in Tabelle 2 gezeigten Ternperaturprofils hergestellt wurden (wiederum im Vergleich mit dem üblichen Temperaturprofil, wie es bei der Herstellung nichtzellularer Borsten verwendet wird): TABELLE 2
Wiederum sind die Resultate exzellent und die erhaltenen mikrozellularen Polyesterborsten weisen eine exzellente Qualität auf.

Beispiel 5

Das Verfahren gemäß Beispiel 4 wurde wiederholt, wobei eine Mischung hauptsächlich aus Polyester mit einer kleinen Menge von Nylon 6,12 verwendet wurde. Wiederum sind die Resultate höchst zufriedenstellend, wobei mikrozellulare, sind verjüngende Pinselborsten exzellenter Qualität erhalten wurden.

Beispiel 6

Mikrozellulare gerade Polyesterborsten nach der vorliegenden Erfindung wurden einem Vergleichstest mit ansonst gleichen, nichtzellularen Polyesterborsten hinsichtlich der Steifigkeit unterzogen. Drei verschiedene Größen wurden untersucht, nämlich 0,2032 mm (8 mil) kreisförmig, 0,254 mm (10 mil) kreisförmig und 0,3048 mm (12 mil) kreisförmig. Die Steifigkeit wurde nach dem Pendelauslenkverfahren untersucht, wobei ein Bündel von Borsten mit einer gemessenen Bündelquerschnittsfläche gegen eine Biegestange gedreht wird. Der Druck der Borsten gegen die Stange bewegt ein Pendel und der Unterschied in den Drehwinkeln zwischen der Basis des Borstenbündels und dem Pendel stellt ein Maß der Steifigkeit oder Flexibilität der Borsten dar. Die Resultate sind in der untenstehenden Tabelle 3 zusammengefaßt: TABELLE 3
Dem Fachmann ist offensichtlich, daß verschiedene andere Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, abzuweichen, und die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, was in den Zeichnungen gezeigt und in der Beschreibung beschrieben ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer synthetischen mikrozellularen Borste (10) zur Verwendung in Pinseln, welches die Bildung einer Vielzahl geschlossener Zellen (12) in dem Inneren der Borste durch Zugabe eines Treibmittels zu dem geschmolzenen synthetischen Material einschließt, wodurch die Zellen durch Gasbläschen des Treibmittels gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß, um zu gewährleisten, daß die Zellen 15 bis 40 % der Borste auf Basis des Volumens umfassen, und daß der Borste eine allgemein gleichmäßige Querschnittsform über ihre Länge mit einer Außenfläche der Borste, die im wesentlichen gerade über ihre Länge ist, gegeben wird, wobei die Zellen längs der Wandungsoberfläche geöffnet werden, um eine rauhe und unregelmäßige Oberfläche längs der Wandungsoberfläche zu erzeugen, die folgenden Verfahrensschritte in dem Verfahren enthalten sind:

(a) 0,3 bis 2 Gew.-% eines Treibmittels auf Basis der Gesamtmischung wird in einen Extruder eingespeist, wobei das Treibmittel aus einer Mischung einer festen Base und einer festen Säure besteht und eine anfängliche Aktivierungstemperatur aufweist, die geringer ist als die Temperatur in dem Extruder; und

(b) die Anfangszonen in dem Extruder werden bei einer niedrigeren Temperatur gehalten im Vergleich mit der Temperatur, die üblicherweise für eine Borste aus dem besagten synthetischen Material verwendet wird, wenn das Treibmittel nicht verwendet wird, beispielsweise 6 bis 45ºC (10 bis 80ºF) niedriger.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel in einer Menge von 0,4 bis 1 % verwendet wird und aus einer Mischung aus Zitronensäure und basischem Natriumkarbonat besteht, wobei das Treibmittel eine anfängliche Aktivierungstemperatur von etwa 160ºC (320ºF) und eine normale Aktivierungstemperatur von etwa 266ºC (510ºF) aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere aus der aus (a) synthetischem Polymer, (b) einem Copolymer, (c) einer Legierung oder (d) einer Mischung synthetischer Polymere bestehenden Gruppe ausgewählte Materialien bei einer Temperatur geschmolzen werden, die für die Extrusion einer heißen Schmelze durch Öffnungen mit kleinem Durchmesser ausreicht, daß ein ein Treibmittel darstellendes Material dem geschmolzenen oder den geschmolzenen Materialien beigegeben wird, um gasförmige Bläschen in der Gesamtmasse des Materials in seiner anschließenden extrudierten Form zu erzeugen, um dadurch eine Vielzahl zufällig verteilter Zellen zu schaffen, die aus der Wirkung des Treibmittels innerhalb und durch das gesamte synthetische Material resultieren, und um die Zellen in axialer Richtung der Borste zu verlängern, und daß das geschmolzene Material oder Materialien gezogen wird, um eine Borste zu bilden, die eine im wesentlichen gleichbleibende Querschnittsgestalt aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Treibmittel eine schuppige äußere Wandungsoberfläche auf der Borste aufgrund der zufällig verteilten Krater erzeugt, die gebildet werden, wenn die durch das Treibmittelmaterial erzeugten Bläschen die Außenfläche durchbrechen und zusätzliche, zufällig verteilte Spitzen, die durch die Wirkung der Gasbläschen erzeugt werden, die nahe der Außenfläche liegen, die sie jedoch nicht aufbrechen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Borste im wesentlichen kreisförmig im Querschnitt ist.

6. Synthetische mikrozellulare Borste (10), hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder einem der anschließenden Unteransprüche, wobei die Borste eine Vielzahl geschlossener Zellen (12) im Inneren aufweist, die durch die Wirkung von Gasbläschen eines Treibmittels erzeugt wurden, welches dem geschmolzenen synethetischen Material beigegeben wurde, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) die Borste eine Pinselborste mit einer im wesentlichen konsistenten Querschnittsform über ihre Länge ist und eine rohe, unregelrnäßige Wandungsoberfläche aufweist, wobei die Borste 15 bis 40 % auf Basis des Volumens an Zellen enthält und offene Zellen längs ihrer Wandung aufweist, um die rauhe und unregelrnäßige Oberfläche zu bilden, wobei die Außenfläche der Borste im wesentlichen gerade über ihre Länge ist;

(b) die Borste weist eine Länge von etwa 3,81 bis 17,78 cm (etwa 1,5 bis 7 Zoll) und einen mitteleren Durchmesser von etwa 0,127 bis 0,3556 mm (5 bis 14 Mil) auf; (c) die Borste ist aus einem thermoplastischen Material hergestellt, welches aus der aus Nylon, Polyester, Polyolefin und Mischungen derselben bestehenden Gruppe gewählt wurde und weist ein Ende auf, welches gespalten oder angespitzt ist;

(d) die Zellen weisen eine Länge von etwa 0,0254 bis 0,1524 mm (1 bis 6 Mil) und einen Durchmesser von etwa 0,00762 bis 0,02286 mm (0,3 bis 0,9 Mil) auf; und (e) die Borste hat eine Steifigkeit in dem Bereich von 5,1 bis 21,1 m kg/cm³ (1,8 bis 7,5 Fuß Pfund/Zoll³).

7. Synthetische mikrozellulare Borste nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie über ihre Länge verjüngend ausgebildet ist.

8. Synthetische mikrozellulare Borste nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.

9. Synthetische mikrozellulare Borste nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen multilobalen Querschnitt aufweist.

10. Synthetische mikrozellulare Borste nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Nylon 6,12 besteht.

11. Synthetische mikrozellulare Borste nach einem der Ansprüche 6 bis 9, hergestellt aus einer Mischung aus Polyester und Polyolefin.

12. Synthetische mikrozellulare Borste nach einem der Ansprüche 6 bis 9, hergestellt aus einer Mischung aus Nylon und Polyester.

13. Synthetische mikrozellulare Borste nach einem der Ansprüche 6 bis 9, hergestellt aus einer Mischung von Nylon und Polyolefin.

14. Synthetische mikrozellulare Borste nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine kleine Menge an Natriumzitrat enthält, und daß die Zellen überwiegend Kohlendioxid enthalten.

15. Synthetische mikrozellulare Borste nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Äußere der Borste eine unregelmäßige, schuppenartige Oberfläche aufweist, die durch zufällig verteilte Krater und zufällig verteilt Spitzen gebildet ist, wobei die Krater gebildet wurden, wenn ein Gasbläschen die Außenfläche durchbricht und die Spitzen durch die Wirkung von Gasbläschen gebildet wurden, die nahe der Außenfläche liegen, diese jedoch nicht durchbrechen.