JP7199667B2 - ポリケトン素材歯ブラシ用毛及びそれを含む歯ブラシ - Google Patents

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Description

本発明は、ポリケトン(polyketone)素材歯ブラシ用毛及びそれを含む歯ブラシに関する。
より詳しくは、本発明は、高剛性、高弾力及び耐磨耗性に優れたポリケトン素材で歯ブラシ用毛を製造することで、毛先の広がりが減少し、使用期間が延びた歯ブラシ用毛及びそれを含む歯ブラシを提供するためのものである。
また、ポリケトン素材の価格が、歯ブラシ用毛として主に使用されるナイロンやポリエステル系高分子、特にポリブチレンテレフタレート(PBT)より低いため、より安価な歯ブラシ用毛を供給することができる。
本出願は、2016年9月29日出願の韓国特許出願第10-2016-0125903号及び2017年7月14日出願の韓国特許出願第10-2017-0089694号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
歯ブラシは、歯と歯茎を含む口腔を清潔にするために用いられる道具であって、柄と歯ブラシ用毛から構成され、そのうち歯ブラシ用毛は通常弾性のある合成樹脂を用いて製造される。
従来の歯ブラシ用毛は、主に、ナイロンやポリエステル系高分子(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT))などで製造される。
ナイロンは、適当な柔軟性を有するとの長所があるものの、吸水性が高くて寿命が短く、強度が弱いため一定以上の太さを要し、ポリエステル系歯ブラシ用毛の場合は柔軟性が低いという短所がある。このような従来の歯ブラシ用毛は、短くは1ヶ月、長くは3ヶ月程度経れば、毛先が広がって交換しなければならない。
特に、PBTなどポリエステル系高分子で製造された微細毛の場合、歯ブラシの毛先が段々細くなる形態であるため、広がりや摩耗現象がより早く生じて歯ブラシを頻繁に交換しなければならず、不便である。
なお、本明細書において、多数の文献が参照されて引用されている。引用された文献の開示内容はその全体が本明細書に参照として組み込まれることで、本発明が属する技術分野の水準及び本発明の内容がより明確に説明されるであろう。
US2015/0017888A1
本発明者らは、従来のナイロン及びポリエステル系(PBTなど)歯ブラシ用毛の広がり問題、特に歯ブラシの毛先が段々細くなる形態である微細毛の場合、細い毛先のためより早く広がって摩耗する問題を解決しようと鋭意研究した結果、ポリケトン素材を使用して高剛性、高弾力及び耐磨耗性に優れた歯ブラシ用毛を製作し、本発明の完成に至った。
したがって、本発明は、ポリケトン(polyketone)を含む歯ブラシ用毛を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記歯ブラシ用毛を含む歯ブラシを提供することを他の目的とする。
本発明の他の目的及び長点は、下記する発明の詳細な説明、特許請求の範囲及び図面によってより明らかに分かるであろう。
本発明の一態様は、ポリケトンを含む歯ブラシ用毛を提供することである。
歯ブラシ用毛は、歯茎の損傷を最小化しながら、歯の洗浄力を極大化することが窮極の目標であると言えるが、一般に、歯茎の損傷を最小化するほど歯の洗浄力が低下し、洗浄力を高めるために高剛性素材を使用すれば、歯茎の損傷を伴うという問題があった。本発明者らはこのような問題を解決するために研究及び努力する過程で、ポリケトン樹脂を歯ブラシ用毛に使う場合、高強度及び高弾性特性のため、プラークを確実に取り除きながらも、同時に歯茎への刺激がほとんどないという驚くべき事実を見出した。
ポリケトン樹脂は最近開発された新たな樹脂であって、一酸化炭素とオレフィンとから合成されるが、その機械的物性は高性能プラスチックの範疇に入る。米国特許第4,843,144号公報には、エチレン及びプロピレンなどのオレフィンと一酸化炭素とから合成される線状交互ポリマー(linear alternating polymer)が紹介されている。上記特許で使われたポリケトン樹脂は、耐衝撃性に優れ、室温及び低温のいずれにおいても反発弾性が高く、優れたクリープ(creep)特性を有している。
本発明の歯ブラシ用毛において、前記ポリケトンとしては一酸化炭素及びオレフィンを含む基本構造を有するものを使用することができる。
前記ポリケトンは、一酸化炭素とエチレンとの混合重合体、または、一酸化炭素とエチレンとプロピレンとの三元重合体を使用することができる。
また、前記ポリケトン成分は、下記化学式1で表されるものであり得る:
Figure 0007199667000001
化学式1において、x:yは1:10~10:1である。
本発明において、歯ブラシ用毛に使用されるポリケトンポリマーは、線状交互構造体であり得、また、不飽和炭化水素の一分子毎に実質的に一酸化炭素を含むものであり得る。ポリケトンポリマーの前駆体として使用可能なエチレン系不飽和炭化水素化合物は、1~20個の炭素原子を有し得、好ましくは1~10個の炭素原子を有し得る。さらに好ましくは、前記エチレン系不飽和炭化水素化合物は、エテンまたはα-オレフィン(例えば、プロペン(propene)、1-ブテン(butene)、イソブテン(iso-butene)、1-ヘキセン(hexene)、1-オクテン(octene))であり得る。
また、前記ポリケトン樹脂としては、パラジウム化合物を含む触媒組成物存在下で、アルコール溶媒を用いて一酸化炭素とオレフィンとを液状重合する方法で製造したものを使用することもできる。この場合、ポリマーは、重合した後、濾過、精製工程を経て回収し、残った触媒組成物はアルコールやアセトンなどの溶媒で除去する。
本発明の一具現例において、前記歯ブラシ用毛はポリケトン素材からなるものであり得る。
他の具現例において、前記歯ブラシ用毛は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリウレタン及びナイロン成分からなる群より選択される1以上の水不溶性高分子物質をさらに含むものであり得る。
例えば、本発明の歯ブラシ用毛は、一酸化炭素と少なくとも1種のエチレン系不飽和炭化水素とからなる線状交互ポリマーと、上述した1以上の水不溶性高分子物質とを混合して製造したポリケトンブレンド(blend)を含むものであり得る。
前記水不溶性高分子物質は、通常の歯ブラシ用毛の製造に使用される物質であって、そのうちナイロンは耐熱性、弾性率、強度が優れるものの、吸水性が高くて物性、寸法が変化する短所がある。特に、吸湿状態では耐衝撃性が変化する問題があり、それを改善する方法としてポリケトンとナイロンとを混合して本発明の歯ブラシ用毛の素材として使用することもできる。
前記ポリケトンブレンドにおいて、線状交互ポリケトンポリマーは60~80重量%、前記1以上の水不溶性高分子物質は20~40重量%で含むことができる。
前記ポリケトンブレンドにおいて、ポリケトンと1以上の水不溶性高分子物質とは9:1~7:3の重量比で混合することもできる。
前記ポリケトンブレンドは、それぞれの成分を高温で溶融した後、配合して製造でき、このとき、酸化防止剤、UV安定剤及び他の追加成分を混合することもできる。
さらに他の具現例において、前記歯ブラシ用毛は、抗炎抗菌剤、美白剤、しみ歯緩和剤、歯石沈着防止剤、香味剤、口臭除去剤、歯茎健康剤、虫歯予防剤、口腔洗浄剤、キシリトール、竹塩、天日塩、製剤塩、精製塩、松塩、煮塩、溶融塩、加工塩及びリン酸塩からなる群より選択される歯の健康に有用な成分をさらに含むものであり得る。
このように歯ブラシ用毛が歯の健康に有用な成分をさらに含む場合、歯磨きの際、歯磨き圧及び水分によって、歯の健康に有用な成分が放出され、このような成分が歯や歯茎に作用して抗菌、抗炎、消炎、歯石予防、しみ歯予防など各種口腔疾患の予防に役立つ。
また、本発明の歯ブラシ用毛は、微細毛の形態で製作することもできる。
微細毛の場合、毛が柔らかく、口腔内の隅々まで歯ブラシ用毛が届いて奥まった部分を磨き易く、特に歯と歯茎との間を確実に磨けるという長所がある。一方、一般微細毛の場合、毛先が摩耗し易くて広がり易いため、1~2ヶ月毎に交換が必要であるとの短所がある。したがって、歯ブラシ用毛、特に微細毛の耐久性を向上させるための研究も並行されねばならない。
本発明のポリケトン微細歯ブラシ用毛は、高剛性、高弾力であって、耐磨耗性に優れるため、使用期間中に最初の状態を維持しながら使用できるとの長所を有する。
本発明の一具現例において、前記歯ブラシ用毛は、歯ブラシ用毛の直径と先端直径とが同じであって、先端が丸くラウンド加工された一般毛形態であるか、または、先端の幅が徐々に細くなる針状の微細毛形態であり得る。
一般毛形態の場合は歯ブラシ用毛の直径が0.1mm~0.13mmであり得、微細毛形態の場合は先端の直径が0.02mm以下または0.01mm以下の超極細毛であり得る。
直径が0.1mm~0.13mmである一般毛形態の歯ブラシ用毛は、直径0.16~0.20mmの一般毛に比べて、3倍以上の数の歯ブラシ用毛をぎっしりと植え付けることができるため、弾力が良くて触感が柔らかい。それによって、歯と歯茎の洗浄はもちろん、歯茎マッサージの効果が良いため、一般の歯ブラシではできない歯の洗浄と歯茎マッサージの2つの機能を並行することができる。歯ブラシ用毛の先端の直径が0.02mm以下の微細毛の場合、歯と歯茎との間の一般的な隙間より細いため、歯と歯茎との間のプラークを洗浄し易くて歯肉炎の予防に効果がある。
本発明の歯ブラシ用毛は、両端を細く微細化した微細毛を予め製造した後、歯ブラシヘッドに「V」字状に植え付ける方式で製造することができる。
植え付けられる歯ブラシ用毛は、植え付け後のヘッド上面から歯ブラシ用毛の先端までの距離である毛部の長さが5mm~25mmであり得るが、これに制限されることはない。
植え付けられる微細毛は、全体長さが10~30mmまたは15~25mm、太さが0.01mm~0.1mmであり得、植毛部の長さが1mm~15mmであり得、植え付け後の歯ブラシ植毛面の上面から微細毛の高さが5mm~20mmであり得るが、これに制限されることはない。
本発明のポリケトンを含んで製造された歯ブラシ用毛は、弾性が優れるため屈曲の多い歯表面のプラーク除去に適し、従来の歯ブラシでは十分除去できなかった歯表面及び歯間のプラークを効果的に除去することができる。
そして、毎日数回行われる歯磨きの過程で、歯茎への刺激や出血なく適当な歯茎マッサージを一緒に行うことができ、別途の時間と努力をかけずに歯及び歯茎健康のためのマッサージ作用が得られ、持続的に歯を管理することができる。
本発明の他の態様は、上述したポリケトン歯ブラシ用毛を含む歯ブラシを提供することである。
一具現例において、本発明の歯ブラシは、ポリケトン歯ブラシ用毛に加えて、ゴム、シリコーンなどの弾性部材を歯ブラシヘッドに設けることで、歯磨きの際、物理的な洗浄及び歯茎マッサージ効果を付与した製品として製造することができる。
他の具現例において、本発明の歯ブラシは、所定厚さ及び幅を有する把柄部とこれと連結された歯ブラシヘッド部;前記歯ブラシヘッド部の上面に設けられるポリケトン歯ブラシ用毛;及び前記歯ブラシヘッド部に備えられるチップ;を備える形態で製造することができる。
本発明の歯ブラシは、相異なる素材で製造された2以上の歯ブラシ用毛を備える形態で製造することもできる。
例えば、本発明の歯ブラシは、所定厚さ及び幅を有する把柄部とこれと連結された歯ブラシヘッド部;前記ヘッド部の一部に固定される第1歯ブラシ用毛及び前記ヘッド部の他の一部に固定される第2歯ブラシ用毛を備え、前記第1歯ブラシ用毛はポリケトン素材からなり、前記第2歯ブラシ用毛はポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリウレタン及びナイロン成分からなる群より選択される1以上の水不溶性高分子素材からなるものであり得る。
本発明の歯ブラシには、従来のナイロン、PBTなどの素材がポリケトンで代替された点を除いて、本発明が属した分野で周知された歯ブラシ用毛の製造方法、構成成分などが同様に適用され得る。
本発明による新たな素材の歯ブラシ用毛は、通常の歯ブラシ用毛に比べて高剛性であり、弾力性に優れて歯の洗浄力が高く、耐磨耗性に優れて長期間使用することができる。また、毛先の広がりが減少するため、最初の状態を維持しながら使用することができる。
歯ブラシ用毛の直径毎の歯間プラーク除去率を測定した結果を示したグラフである。 ブラッシング直後のポリケトン歯ブラシ用毛及びナイロン歯ブラシ用毛の様子を撮影したものである。
以下、実施例を挙げて本発明をより詳しく説明する。これら実施例は本発明をより具体的に説明するためのものに過ぎず、本発明の範囲がこれら実施例によって制限されないことは本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者にとって自明であろう。
1.ポリケトン、ナイロン及びPBTの物性比較
歯ブラシ用毛の材質である樹脂の粉末として、ナイロン612(Dupont、Tynex)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)(KOLON)及びポリケトン(HYOSUNG、M310U及びM310U類似グレード)それぞれを加熱して押出装置のノズルで成形押出し、それを冷却して熱風で乾燥して、それぞれの素材で直径0.18mmの歯ブラシ用毛を製作した。
(1)引張強度
歯ブラシ用毛を製作した後、一本の剛性を評価するため、歯ブラシ用毛が破断する力である引張強度を測定して、従来の歯ブラシ用毛素材であるナイロン612及びPBTと比較評価した。
具体的に、ASTM D638標準規格試験法に従って歯ブラシ用毛一本の両端を固定具で固定した後、試片の軸方向に引っ張って破断に至る力、引張強度を測定した。
(2)弾力損失度
また、ポリケトンの耐久性を確認するため、ポリケトン歯ブラシ用毛を歯ブラシのヘッドに植え付けて歯ブラシを製作し、ナイロン612とPBT歯ブラシ用毛を適用した歯ブラシとの弾力損失度を比べた。
弾力損失度は、歯ブラシ使用時の耐久性(毛先の広がり)を評価するものであって、ブラッシングマシンでそれぞれ5000回、10000回の往復ブラッシングした後、広がった程度を下記数式1のような方法で測定した。弾力損失度の値が小さいほど、ブラッシング前/後の毛幅の差が小さく、より少なく広がることを意味する。
Figure 0007199667000002
(3)実験結果
毛の材質毎に歯ブラシ用毛の引張強度(Kgf)及び弾力損失度(%)を測定した結果を下記表1に示した。
Figure 0007199667000003
実験の結果、引張強度(Kgf)はポリケトン歯ブラシ用毛がナイロンに比べて2.0倍、PBTに比べて1.13倍高い値を見せ(表1)、歯ブラシ用毛として製作しても高剛性の物性を維持することを確認した。
また、5,000回往復したとき、ポリケトン歯ブラシ用毛を適用した歯ブラシがナイロン612、PBTに比べてそれぞれ34%、27%ほど低い弾力損失度を示し、これはナイロン612及びPBTに比べてポリケトンがそれぞれ34%、27%ほど広がりが少なかったことを意味する。同様に、10,000回往復したとき、ポリケトンがナイロン612、PBTに比べてそれぞれ31%、12%ほど広がりが少ない結果を見せた。
2.ポリケトン、PBT及びPESの歯茎刺激の測定
ポリケトンのように剛性が高く、優れた耐磨耗特性を有する高分子として、フッ素系樹脂(PTFE、PVDF)、POM、PBT、PESなどがあるが、フッ素系樹脂の場合は溶融点が高くて歯ブラシ用毛を製作し難く、POMの場合は脆い特性のため歯ブラシ用毛としては適しない。PBTとPESは、ポリケトンのように強度が十分高くて優れた耐磨耗性を有する素材であるため、これら素材を用いて上述した製造例と同じ方法で直径0.18mmの歯ブラシ用毛を製作した。毛先は別途の微細毛加工を施さずに植え付けて歯ブラシを製作した。その後、製作した3種の素材の歯ブラシを用いて、専門パネリストによる歯茎刺激の程度に対するアンケート調査を通じてパネリスト評価を行った。
アンケート調査は、20~40代の女性20名と男性20名を対象にして、それぞれ7日ずつ実験用歯ブラシを使用して比べるようにした。新しい歯ブラシを使用する前に、3日間の休止期を有し、休止期中には普段の習慣どおり歯を管理するようにした。アンケート調査の結果を下記表2に示した(複数選択可)。
Figure 0007199667000004
実験の結果、ポリケトンは歯茎への刺激が少なくて歯ブラシ用毛の素材として適する一方、PBT及びPESは歯茎への刺激が大きくて歯ブラシ用毛の素材として適しないことが確認できた。
3.ポリケトン及びナイロンの素材毎の官能評価
直径1.6mmの穴が32個形成された同じ歯ブラシのヘッドに、それぞれ直径5M(0.127mm)のナイロン歯ブラシ用毛とポリケトン歯ブラシ用毛を植え付けて実験用歯ブラシを製作した。これら歯ブラシをそれぞれ20~40代の女性20名と男性20名を対象に7日ずつ使用して比べるようにした。新しい歯ブラシを使用する前に、3日間の休止期を有し、休止期中には普段の習慣どおり歯を管理するようにした。
アンケートは歯ブラシの弾力性と洗浄力を評価可能な質問で構成し、それぞれ5点尺度(満足度が高いほど高い点数)で評価するようにした。
Figure 0007199667000005
実験の結果、ポリケトン素材歯ブラシ用毛は弾性に優れ、歯の表面及び歯間洗浄力がナイロン素材の歯ブラシ用毛より遥かに優れることが確認された。
4.歯ブラシ用毛の直径毎のプラーク除去効果の測定
直径の小さい歯ブラシ用毛を適用した歯ブラシであるほど、歯間洗浄力が優れるが、直径の小さい歯ブラシ用毛、特に従来最も多く適用されるナイロン毛の場合、歯ブラシ用毛が切れ易く、弾力がなくて広がり易いという短所がある。
本実施例では、ナイロン毛の短所を解消しようとして、強度の高いポリケトンを適用することで、直径が小さくても弾力を有して広がり難い歯ブラシ用毛を開発しようとして、直径が10mils(0.254mm)、8mils(0.203mm)、7mils(0.178mm)及び6mils(0.152mm)の歯ブラシ用毛を製作し、歯ブラシ用毛の直径毎のプラーク除去効果を測定した。
人工歯表面への細菌膜コーティングは、顎態模型の歯の部分を着色したポリマーに10秒ほど浸漬してから取り出し、一定厚さにするため、一定温度及び湿度が維持される恒温恒湿室(25℃、55%)で60分乾燥し、完全に乾燥してから使用した。それに直径10mils、8mils、7mils及び6milsの歯ブラシ用毛が植え付けられた歯ブラシを使用して、歯ブラシ用毛の断面とコーティングされた顎態模型の頬面とを水平に位置させて歯磨き行程のとき最大限に覆われるようにした。すべての歯ブラシに300gの圧力を加え、それぞれの製品に垂直行程30秒、水平行程30秒ずつ交互に8回実施した。その後、人工歯表面の細菌膜除去の前後の面積を顕微鏡を用いて測定し、プラーク除去率をパーセント(%)で評価してその結果を図1に示した。
実験の結果、歯ブラシ用毛の直径が10mils(0.254mm)から6mils(0.152mm)に小さくなるほど、歯間のプラーク除去率が約4.5倍以上向上することが確認された。
5.ポリケトンとナイロンとの物性比較
(1)引張強度
一本の歯ブラシ用毛が破断する力を評価するため、万能試験機(UTM)で歯ブラシ用毛一本を上/下端を1cmの間隔を置き把持した後、200mm/minの速度で上端を引っぱって切れるときの力を測定した。
(2)弾力損失度
ブラッシングの後に歯ブラシの毛先が広がる程度を評価するため、歯ブラシのブラッシング評価機に往復5,000回ブラッシングした後広がった幅を測定し、ブラッシング直後のポリケトン歯ブラシ用毛及びナイロン歯ブラシ用毛の様子をそれぞれ撮影して図2に示した。
(3)弾力性
歯ブラシ用毛の弾力(または、柔らかさ)を評価するため、掛かる力の測定が可能なワイヤに歯ブラシ用毛の1/3地点を掛けて力を測定した。
(4)実験の結果
上記のように引張強度、弾力損失度及び弾力性を測定した結果を下記表4に示した。
Figure 0007199667000006
表4から、毛の直径が0.102mm(4mils)であるポリケトンとナイロン612との引張強度を評価した結果、ポリケトン(0.56kgf)がナイロン(0.40kgf)に比べて40%向上した引張強度を有することが確認できる。
毛の直径が0.127mm(5mils)であるポリケトンとナイロン612との弾力損失度を評価した結果、ポリケトンがナイロンに比べてブラッシング直後42%、完全乾燥後48.7%向上した値を有することが確認された(*値が小さいほど広がりが少ない)。
また、毛の直径が0.127mm(5mils)であるポリケトンとナイロン612との弾力性を評価した結果、ポリケトン(224.9cN)がナイロン(174.6cN)より28.8%ほど弾力性が高いことが確認された。

Claims (4)

  1. ポリケトンを含む歯ブラシ用毛であって、
    前記ポリケトンは、下記化学式で表され
    Figure 0007199667000007
    ここで、x:yは1:10~10:1であり、
    前記歯ブラシ用毛は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリウレタン及びナイロン成分からなる群より選択される1以上の水不溶性高分子物質をさらに含み、
    前記ポリケトンは、60~80重量%の含量で前記歯ブラシ用毛に含まれ、
    前記歯ブラシ用毛は、直径が0.1mm~0.13mmであることを特徴とする歯ブラシ用毛。
  2. 前記歯ブラシ用毛は、抗炎抗菌剤、美白剤、しみ歯緩和剤、歯石沈着防止剤、香味剤、口臭除去剤、歯茎健康剤、虫歯予防剤、口腔洗浄剤、キシリトール、竹塩、天日塩、製剤塩、精製塩、松塩、煮塩、溶融塩、加工塩及びリン酸塩からなる群より選択される1以上をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の歯ブラシ用毛。
  3. 前記歯ブラシ用毛は、毛先が針状である微細毛であることを特徴とする請求項1に記載の歯ブラシ用毛。
  4. 請求項1~請求項のうちいずれか一項に記載の歯ブラシ用毛を含む歯ブラシ。
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