改進的低密度牙線及其製造方法

2023-10-06 10:52:24 2

專利名稱：改進的低密度牙線及其製造方法
相關申請本申請是1999年8月31日提出的申請№09/387691的繼續申請。
發明的領域本發明涉及一種牙線，更具體地說，涉及一種低密度牙線。
發明的背景使用牙線仍然是預防和控制牙齦疾病最經常推薦使用的一種方法。目前已知和使用的有幾種類型的牙線。這些牙線都由尼龍、聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯(PTFE)和膨脹PTFE(ePTFE)之類的材料製成。其中，尤其優選使用ePTFE牙線，尤其是ePTFE單絲牙線，這部分因為它具有內在的低摩擦性能，使它在齒間易於滑動。
對於牙線，一般要考慮以下性能。首先，它應當耐磨，使它在使用期間經過使用者齒間時，不會破碎、磨損或斷裂。
為了使用方便，該牙線也應當可以抓住，即使用者用手抓住或其他裝置抓住牙線在齒間進行操作時，牙線不會從手中或其他裝置中滑脫。已經進行了幾種使PTFE牙線更易於抓住的努力。例如，如授予Dolan等人的美國專利№5518012所述，為了使牙線更易於抓住，在PTFE纖維上塗了蠟狀塗層。在授予Curtis等人的美國專利№5911228中，為了使纖維便於抓住，在PTFE纖維結構中加入了固態添加劑，而不需塗層。因此要求的是可以抓住的PTFE牙線，無需在其纖維上使用塗層，也無需在其纖維內使用添加劑來使牙線好抓住。
牙線還應當具有主觀感覺方面的優點，就是使使用者具有良好的「觸感」。該觸感包括纖維的總體手感和纖維在使用者口腔內清潔牙齒時的觸覺效果。所要求的是PTFE牙線應當柔軟並貼合，在使用者齒間舒適地滑動，同時在牙齦下操作時，提供使用者擦洗或清潔的感覺。該牙線還應當具有柔軟的手感和口腔內的粗糙感。具有所有這些優點和性能的PTFE牙線應該是人們要求的。
發明的概述本發明提供一種牙線，它含有旦數為100-3500、密度小於約0.8g/cc的纖維，在另一些實施方式中，密度小於約0.7g/cc，小於約0.6g/cc，小於約0.5g/cc，小於約0.4g/cc，小於約0.3g/cc，小於約0.2g/cc等等。該牙線具有適用作牙線的強度，一般大於約1.5lbs，在另一些實施方式中，大於約2lbs，大於約2.5lbs，大於約3lbs，大於約5lbs，大於約7.5lbs，大於約10lbs等等。該牙線可以是具有所要求任何剖面例如基本為橢圓形或矩形的中空纖維。該牙線也耐磨，在各種實施方式中，平均的摩擦斷裂強度大於2.8×10-3lbs/den，大於3.0×10-3lbs/den，大於4.0×10-3lbs/den，大於5.0×10-3lbs/den，大於6.0×10-31bs/den等等。本發明的牙線具有增大的表面粗糙度，平均粗糙度大於約0.3微米(優選約1.3微米)，均方根粗糙度大於約0.35微米(優選約1.6微米)，峰谷間距大於約1.7微米(優選約6.3微米)。該牙線也可以採用任何適用於牙線的材料，優選是多孔PTFE材料，尤其是泡沫PTFE材料。牙線內可以有許多根纖維，纖維的成分可以相同，也可以不同。牙線還可以含有填料。
在另一方面，本發明提供一種牙線的製造方法，它包括如下步驟提供PTFE樹脂，將所述樹脂擠出，形成擠出物，將擠出物膨脹成具有上述性能的纖維。在優選實施方式中，用擠出機內的芯軸進行擠出。在各種實施方式中，擠出機內的壓縮比可以大於150∶1，大於200∶1，大於250∶1，大於300∶1，或大於500∶1等等。在膨脹過程中，用非接觸加熱的方式加熱擠出物，即擠出物在該過程中不接觸熱源。
在又一方面，本發明提供具有上述性能和成分的長絲。
在再一方面，本發明提供一種改進的縫紉線，用於織造的纖維以及用於軸承和軸瓦結構中的長絲。
附圖的簡要說明

圖1是本發明一示範性實施方式牙線的剖面圖；圖2是本發明另一示範性實施方式牙線的剖面圖；圖3是用於製造本發明纖維的擠出機的側面剖面圖；圖3A是圖3所示擠出機的一部分的側面剖面圖3B是圖3A中一部分的細部圖；圖3C是用於實施例2的頂端拉伸的細部圖；圖4是在本發明方法一示範性實施方式中使用的設備側視圖；圖5是在本發明方法的另一示範性實施方式中使用的設備的側視圖；圖6是用來測試牙線耐磨性的測試儀透視圖；圖7是圖6所示測試儀的側視圖；圖8是本發明一示範性實施方式的牙線樣品表面放大100倍的掃描電子顯微鏡照片；圖9是現有技術的常規牙線樣品表面放大100倍的掃描電子顯微鏡照片；圖10是本發明一示範性實施方式的牙線樣品表面放大500倍的掃描電子顯微鏡照片；圖11是現有技術的常規牙線樣品表面放大500倍的掃描電子顯微鏡照片；發明的詳細說明本發明提供密度小於0.8g/cc的ePTFE牙線。該牙線耐磨，可以抓住，對使用者具有優良的觸感。
PTFE牙線一般通過擠出製成，並膨脹成較大的PTFE條，接著，將該條縱切成牙線要求尺寸的纖維。這樣的製備方法在例如授予Dolan等人的美國專利№5518012中有描述。根據本發明，本發明的牙線則用一新方法製成。
具體地說，根據本發明，PTFE牙線這樣製成擠出所要求尺寸的PTFE纖維(與條不同)，接著使纖維膨脹，在纖維內形成結點和原纖維結構，這是膨脹的PTFE的特徵。該膨脹的纖維具有所要求的牙線的最終尺寸。這樣，就從擠出機直接製成了牙線纖維本身，而不需插入縱切步驟。
根據本發明，PTFE纖維牙線由下述方式製成。用現有技術中已知的方法製成供擠出的PTFE樹脂，例如如授予Gore的美國專利№3953566所述，其內容參考結合於此。擠出機可以是常規的漿料制管擠出機，例如如圖3中10所示。該擠出機10包括位於中央部位的芯軸11。芯軸11有個端頭12(圖3A)，伸入在擠出機10開口中的模具13內。擠出機10具有筒體7和漸變段8。筒體的內徑如圖所示。圖3A示出了芯軸的直徑5。圖3B示出了所包括的模具模面的直徑尺寸2，和端頭的截面直徑尺寸4。圖3C示出了扁平的端頭截面。
芯軸11(和端頭12)可以完全伸入模具13內，使得從擠出機10出來的擠出物是中空的。另外，軸11(和端頭12)也可以從模具13內退回擠出機10本身內，減小擠出物內中央孔即內腔的相對尺寸，或者形成非中空剖面的擠出物。本發明的一個重要方面是，PTFE在擠出期間進行高很大的加工。對聚合物的加工量受擠出機壓縮比的影響。該壓縮比由擠出機的簡體面積除以模具面積表示。為了獲得本發明所要求的性能，最好是壓縮比大於150∶1，優選大於200∶1，更優選大於250∶1，再優選大於300∶1，最優選大於500∶1。
根據本發明，無論纖維是製成中空還不是中空的，不受理論的束縛，可以認為在擠出PTFE纖維過程中，使用具有端頭12的芯軸11可以對PTFE提供額外的加工量，從而對所述擠出物的有益性能有幫助。
可以採用任何適用的擠出機10操作條件製成合適的擠出物。下述一些實施例中將給出一些優選的條件。
擠出物離開擠出機10後，在捲筒40(圖4)上卷繞。接著，擠出物(圖4中的41)離開捲筒40，經過烘箱42，優選採用強制通風的烘箱。優選使用主動滾輪43和44控制擠出物41經過烘箱42的速度。擠出物經過烘箱42時被伸長。可以採用任何所要求的伸長比(或拉伸比)，它由主動滾輪的速度比確定，例如2∶1-120∶1或更大。在另一個實施方式中，可以採用兩個分開的烘箱51和52，如圖5所示，和相應的兩次分開的伸長。在這兩種情形下，所述方法都製成本發明纖維49，然後，纖維可以卷繞到最後的捲筒50上。
本發明的一個重要的特徵是擠出物41(或纖維49)的所有加熱過程都不接觸擠出物41。具體地說，本發明採用強制通風烘箱42(或51和52)，擠出物41在其中經過，不接觸烘箱壁。這與目前採用的製備PTFE牙線的方法不同，目前採用的方法是在加熱板上拖動纖維來實施熱傳遞。不受理論的束縛，可以認為這種與加熱板的接觸對PTFE纖維表面起著塗抹光滑化的作用，由此常規PTFE牙線的表面摩擦低，所以難以抓住。如下詳細所述，可以認為本發明纖維的非接觸加熱有助於製成比板接觸加熱方法更粗糙的纖維表面。所述更粗糙的表面則可使本發明的牙線表面摩擦大，從而可更好地抓住。
伸長後，纖維就具有所要求的牙線的最終性能。這些最終性能是例如厚度(圖1中用B表示)為0.0015-0.04英寸，寬度(圖1中用A表示)為0.3-4mm(0.01-0.16英寸)，旦數為100-3500。最重要的是，纖維的密度應當小於0.8g/cc，在另一些實施方式中，小於約0.7g/cc，小於約0.6g/cc，小於約0.5g/cc，小於約0.4g/cc，小於約0.3g/cc，小於約0.2g/cc等等。這些每種性能都用常規方法測試。厚度可以用任何常規的裝置測試，例如使用卡鉗、瞬動卡規、光學比較器或甚至掃描電子顯微鏡。將測得的纖維樣品質量(沒有任何塗層或添加劑)除以算得的樣品體積，可以獲得密度。將剖面基本為矩形的樣品測得的長度、寬度和厚度相乘可以算得體積，如果剖面為其他形狀的樣品也可由其他已知的方式算得體積，得到最準確的近似體積。旦數是每9000米長度上測得的樣品(沒有任何塗層或添加劑)質量的克數。
根據本方法製成的牙線的耐磨性也有提高。耐磨性使用圖6和7所示的裝置60測得。裝置60具有由不鏽鋼製成的基底61。伸長裝置62和63從基底61突出，通過插銷69以可調節的方式與基底結合。每個伸長裝置62和63都有通過插銷69結合上去的輥子64、65有個微細晶粒。碳化物刀片66(商品號AL-8，購自加拿大Los Angles的Micro-100 Inc.)，支撐在載體67上，該載體安裝在形成於基底61內的凹槽68內。
如圖7所示，將牙線樣品70放置到裝置60上，使牙線70在三點位置接觸裝置60輥子64、刀片66和輥子65。伸長裝置62和63的角度要設置成使牙線70儘可能接近基底61，但實際上又不接觸基底61。牙線70的一端連接一個429克的重物100，另一端則連接到一線性往復促動器(未示出)，該促動器將牙線70在裝置60上反覆拉動。線性往復促動器的行程長度為13/16英寸，速度為1.5次/秒(每次為一個向後和向前的循環)。完成10次行程。然後，停止線性往復促動器，從刀片66上取下牙線70，刀片用清潔的棉巾擦拭。接著，重新裝上牙線，運行10次以上行程。然後停止線性往復促動器，再次取下牙線70，再次用清潔的棉巾擦拭刀片66，接著重新裝上牙線70，運行最後10次行程。這樣，完成共30次行程，中間進行2次清潔擦拭。
從裝置60上取下牙線70，並在購自摩洛哥Canton的Instron Co.的InstronModel 1130的纖維夾頭(喇叭型)之間進行拉伸。裝牙線70時，其磨毛的部位要對準夾頭之間的中心。Instron試驗儀的夾距長度是10英寸，十字頭速度為10英寸/分鐘。測得斷裂時的負荷(磅力)，對於每個測試樣品記錄為「摩擦斷裂強度」。在每個纖維樣品長度上，進行5次這樣的測試(摩擦和斷裂)，報告5次的平均值。可以將摩擦斷裂強度除以測試樣品的旦數，算得旦數歸一化的斷裂強度。本文中使用的「耐磨」術語就是指根據上述測試方法旦數歸一化的斷裂強度大於約2.8×10-3磅/旦數。測試樣品的數據列在表7中。
本發明的牙線與常規PTFE纖維相比，容易被抓住得多。因此，本發明的牙線具有一些牙線的功能，例如用於牙線剔牙，而不需任何提高可抓住性的塗層或添加劑。但是，也可以要求本發明牙線上塗以少量蠟塗層(例如2-3重量％蜂蠟或任何其他已知的提高可抓住性的塗層或添加劑)，以進一步提高可抓住性。但是，與常規PTFE牙線所需的量相比，本發明的牙線由於纖維自身的可抓住性提高了，只需要向牙線上施加非常少的蠟或其他添加劑或塗層。
不受理論的束縛，可以認為本發明牙線提高的可抓住性是來自於其比常規PTFE牙線大的表面粗糙度和低的密度。所述本發明纖維增大的表面粗糙度(至少部分是由於本發明方法中纖維的非接觸加熱)，由後述的掃描電子顯微鏡照片說明。
纖維的表面粗糙度用粗糙度測定法測得。測試在樣品寬度上(圖1和2中用A表示)500×500微米2的正方形代表性面積上進行。
粗糙度測定法用Tencor Profiler Model P-10進行，它測定樣品的500×500微米麵積。該Tencor粗糙度儀裝有MicroHead sr Exchangeable MeasurementHead(觸針尖端半徑為20微米，角度為60°)。粗糙度儀的菜單設置如下掃描長度500微米x方向數據的間距0.40微米y方向數據的間距0.20微米噪音過濾器關閉0.250微米波度關閉過濾器250微米表面粗糙度的測試值在後面報導。
本發明牙線的拉伸強度(也稱為「斷裂強度」或簡稱為「強度」)應當適合用作牙線。所要求的強度是大於1.5磅。強度優選大於2.0磅，大於2.5磅，大於3.0磅，大於5.0磅，大於7.5磅，或大於10磅等等。牙線的強度用拉伸測試儀測得，例如上述的INSTRON儀。拉伸測試儀的十字頭速度為10英寸/分鐘。夾距長度為10英寸(接兩個喇叭型夾頭上切點至切點的距離測得)。得。將測試過程中纖維上承受的最大負荷作為強度。
多孔PTFE樣品基體的拉伸強度由下式算出(2.2g/cc×拉伸強度)/密度，其中2.2g/cc取作無孔PTFE的密度。
將斷裂強度的單位從磅力轉變為克力，並將長絲的斷裂強度(克力)除以長絲的旦數，就算得強度。
纖維的伸長率由Instron試驗儀算得。將在Instron儀上斷裂時的樣品長度除以樣品的起始長度算得的應變作為伸長率。
根據本發明製成的一個示範性纖維的剖面如圖1所示。在圖1中，纖維20的剖面基本為矩形。從擠出機10擠出時，擠出物的剖面會是圓形，但是，擠出物被拉伸成纖維，並卷繞到捲筒上後，它就被壓縮成圖1所示的基本為矩形的形狀。擠出領域中的普通技術人員會明白，可以製備出任意剖面形狀的擠出物和纖維。
圖2示出了根據上述方法製成的另一種示範性纖維30，在該方法中芯軸插入模具內足夠深，形成了中空的剖面。雖然在纖維膨脹並卷繞到捲筒上後，纖維的中空芯最終會被壓癟，但是纖維離開擠出機10時，在纖維30的中心具有初始的孔31。在圖1和2中，纖維寬度通常用A表示，厚度通常用B表示，對於基本為矩形的剖面，剖面面積由A×B算得。如上所述，這些尺寸用於計算密度。
根據本發明，雖然PTFE，尤其膨脹PTFE是用作牙線的優選材料，但是其他材料，包括聚合物例如聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯和尼龍也可以用來製備具有本文所述性能的牙線。
根據本發明製成的纖維或可還含有一種或多種填料，也稱為添加劑。纖維具有結點結構，結點由形成貫通通道的原纖維互相聯結。填料可以包含於ePTFE自身的基質內，也可包含於所述結構形成的通道內，或這兩者當中。在本發明中空(也稱為中孔)纖維的情況下，填料也可以包含於中孔內。
所要求的填料或添加劑可以包括著色劑、香味劑、藥物、抗微生物劑、抗生素、抗菌劑、抗真菌劑、潔牙劑、補充礦物質劑、漂白劑、免疫劑、抗酒石劑或抗齲劑、抗斑劑、溶菌酶(lysozmes)、消炎劑、止血劑、止痛劑、氟化鈉、氯化鋅、焦磷酸四鈉、焦磷酸鈉、焦磷酸四鉀、維生素K、可溶於水的鈣鹽、促使凝結物層疊的血因子、氨基己酸、凝血酸、腎上腺素、明礬、去甲基腎上腺素、離子鹽和海藻酸鈣、單氟磷酸鈉、氟化亞錫、雙氯苯雙胍己烷、六氯酚、氯化十六烷基吡啶鎓、氯化苄乙氧銨、尿素酶、碳酸鈣、碳酸鎂、正磷酸、磷酸單鈉、磷酸單鉀、磷酸二鈉、磷酸二鉀、磷酸半鈉、苯並噻鎓(benzothonium)、氯化物、溴化乙醯基三甲基銨、血根草屬、二氯苯氧氯酚、四環素、氯化十六烷基吡啶鎓、氯化苯並噻鎓、二甲聚矽氧烷熔體的乳液及其混合物。為了使本發明的牙線更容易被抓住，也可以使用任何合適的抓住劑例如二氧化矽、熱解二氧化矽或氟化鈉，或者塗層例如蠟，雖然如下所述，本發明的牙線不需這些試劑或塗層就比常規牙線更容易被抓住。
下面的實施例用於進一步說明本發明，但是它們絲毫不限制本發明，也不應當將它們理解為限制本發明。
實施例1(中空的牙線實施例)將5磅購自德拉瓦州Wilmington的ICI的CD 123 PTFE樹脂通過10目的篩篩入2加侖玻璃瓶中，並與675ml Isopar K.(22.6重量％潤滑油，以PTFE樹脂乾重計)混合。將玻璃瓶放到滾動混合機的斜板上，滾動30分鐘。接著，從混合機內取出玻璃瓶，在放置過夜後進行造粒。擠壓預成品，壓力達到300psi，從造粒機內取出，並放入密封管中預加熱。將預成品加熱至40℃為時16小時，然後進行擠出。使用的擠出機是常規的漿料管擠出機，筒體2英寸。筒體和模具溫度設置為40℃。實驗採用的模具，其模面直徑為0.153英寸。使用的端頭的截面直徑為0.142英寸，用0.750英寸的芯軸固定在原位。算得的裝置的壓縮比為1095∶1。擠出溼擠出物。採用僅足以防止擠出物與捲筒之間產生鬆弛的張力，將溼擠出物卷繞到芯直徑為4英寸的捲筒上。擠出速率約為40英尺/分鐘。擠出物的壁厚約為0.013英寸，包括模口的脹大。將繞有溼擠出物的捲筒放置到張力松卷裝置上，並餵到一套直徑為5英寸的主動滾輪上。然後，擠出物從主動滾輪上經過一強制通風烘箱，不與烘箱壁接觸，該烘箱4英尺長，內徑1英寸。離開烘箱後，擠出物卷繞到一套直徑為7英寸的主動滾輪上。然後，擠出物從該主動滾輪上經過第二個強制通風烘箱，不與烘箱壁接觸，該烘箱4英尺長，內徑為1英寸。離開烘箱後，接著，擠出物再卷繞到一套直徑為7英寸的主動滾輪上，並採用芯直徑為7.5英寸的捲筒，進行張力卷繞。所述的所用烘箱前是逆流烘箱，氣流流量設置為9英尺3/分鐘。烘箱的纖維出口溫度設置為380℃，纖維入口溫度設置為220℃。主動滾輪1與主動滾輪2之間的初始速度比設置為5∶1，第一主動滾輪速率設置為2英尺/分鐘。第一主動滾輪速率在整個測試過程中保持2英尺/分鐘。在該實施例中，主動滾輪2與3之間的速度比設置為1.2∶1。然後，在步驟5中將主動滾輪1與2之間的速度比逐段提高(每段提高5)至速度比達到15∶1。在該設置情形下，運行一定長度的物料，然後將速度比增到20∶1。以速度比25∶1和30∶1，重複該過程。提高速度比的同時升高烘箱溫度。速度比開始為15∶1，逐段提高，每段提高5，以保持物料的無定形鎖定。在主動滾輪1與3之間的速度比達到36∶1時，第三主動滾輪的速率為72英尺/分鐘，烘箱的纖維出口溫度為400℃。當擠出物卷繞時，在擠出物上放置標識物，以識別變化發生的部位。當它卷繞在捲筒上時，纖維會變扁平，變為基本如圖1所示的形狀。測試由該方法獲得的纖維的寬度、厚度、旦數和強度。結果如表1所示(測試強度之前，用2％天然蜂蠟塗敷樣品，採用購自賓夕法尼亞州Spring City的Cezoma International Inc.的卷繞和上蠟機，型號CE-1487，將蜂蠟施加到樣品上。蜂蠟施加到樣品上之前，要加熱至97℃)。
實施例2(中空的剖面基本橢圓形的實施例)使用與實施例1所述同樣的混合樹脂，用與實施例1所述同樣的模具擠出，並使用剖面如圖3C中200所示的扁平端頭。該裝置的壓縮比約為265∶1。擠出物沿其長度有「D」形孔，形成中空纖維。繞有溼擠出物的捲筒放置到張力松卷裝置上，並與實施例1所述相似的方式進行加工。主動滾輪1與主動滾輪2之間的速度比設置為4∶1，主動滾輪2與3之間的速度比如表2所示變化。當纖維卷繞在捲筒上時，纖維會變扁平，成為基本如圖2所示的形狀。測試由此實施例2製成的纖維捲筒的寬度、厚度、旦數和強度。結果如表2所示(測試強度之前，用2％天然蜂蠟塗敷樣品，如實施例1所述)。
實施例3(非中空的剖面基本矩形的實施例)使用實施例1中所述同樣的混合樹脂，採用模面為矩形0.075英寸×0.037英寸的模具擠出。端頭為錐體，縮小至一點。從接觸位置後退約0.5英寸，使擠出的擠出物為矩形剖面(非中空)。筒體尺寸為0.850英寸，芯軸是0.315英寸，算出的壓縮比為176∶1。此實施例中，筒體和模具溫度設置為45℃。採用實施例1所述方式卷繞該溼擠出物。繞有溼擠出物的捲筒放置到張力松卷裝置上，並與實施例1所述相似的方式進行加工。該實施例3中使用的速度比如表3所示。測試採用此方法得到的纖維的寬度、厚度、旦數和強度。結果如表3所示(測試強度之前，用2％天然蜂蠟塗敷樣品，如實施例1所述)。
實施例4(非中空的剖面基本圓形的實施例)使用實施例1中所述同樣的混合樹脂，採用模面為圓形的模具擠出，模面直徑為0.057英寸，並採用實施例3中使用的同樣的端頭，使擠出的擠出物為圓形剖面(非中空)。筒體尺寸為0.650英寸，芯軸是0.315英寸，算出的壓縮比為99∶1。此實施例中，筒體和模具溫度設置為45℃。採用實施例1所述方式卷繞該溼擠出物。繞有溼擠出物的捲筒放置到張力松卷裝置上，並與實施例1所述相似的方式進行加工。此實施例中使用的速度比如表4所示。測試採用該方法得到的纖維的寬度、厚度、旦數和強度。結果如表4所示(測試強度之前，用2％天然蜂蠟塗敷樣品，如實施例1所述)。
實施例5(含有添加劑的非中空纖維)將CD 123 PTFE樹脂與10重量％SiO2混合。然後該樹脂與320ml/磅異丙醇混合，放置過夜然後造粒。在0.850英寸筒體內擠壓預成形品，壓力達到300psi，並預加熱至45℃。採用0.850英寸筒體、0.315英寸芯軸、0.098英寸模面直徑的模具和0.050英寸截面直徑的端頭擠出預成品。算出的該組合裝置的壓縮比為87∶1。在此實施例中，筒體與模具溫度設置為45℃。採用實施例1所述方法卷繞該溼擠出物並加工，但是作了下述改進第一主動滾輪的速率設置為2英尺/分鐘，使用單向強制通風烘箱，烘箱內氣流流量為10英尺3/分鐘，烘箱出口溫度為375℃。在速度比為2∶1、5∶1、10∶1、14∶1、18∶1和27∶1加工物料的情形下，製備了幾個實施例。測試用此實施例方法獲得的纖維的寬度、厚度、旦數和強度。結果如表5所示(測試強度之前，用2％天然蜂蠟塗敷樣品，如實施例1所述)。
測試了JJ ReachEasy SlideMint的對比牙線樣品的某些性能，以便與本發明樣品測得的性能對比。對比樣品的測試結果如表6所示。能夠看出，本發明纖維在除了一個條件以外的所有條件下，其密度都遠低於對比樣品。
採用上述測試方法，分別測試了上述實施例的一些樣品的耐磨性。在測試耐磨性之前，用2％天然蜂蠟塗敷本發明樣品。採用購自賓夕法尼亞州SpringCity的Cezoma International Inc.的卷繞和上蠟機，型號CE-1487，將蜂蠟施加到樣品上。蜂蠟施加到樣品上之前，加熱至97℃。也測試了JJ ReachEasySlideMint的對比樣品的耐磨性。結果如表7所示。
測試結果說明，本發明的纖維樣品的耐磨性比對比樣品高，這由本發明纖維旦數歸一化的斷裂強度較高所證明。當測試了耐磨性之後重新測試時，本發明纖維的殘留強度仍很高。該數值在表7中記錄為強度衰減。(要注意，由於初始纖維樣品在摩擦測試中要斷裂以測得斷裂強度，所以使用經過摩擦測試的同種樣品用於對比。任何明顯的強度增加都被認為在實驗誤差範圍內，記錄為0)。本文所述的「強度衰減」定義為纖維經過所述摩擦測試後的強度損失的百分率。如表7所示，本發明纖維與對比樣品相比，強度衰減較小，這是有利的。本發明牙線與對比牙線相比，強度衰減的明顯改善也就模擬了在使用者口腔內的行為。當使用者在牙齒之間反覆移動牙線時，使牙線受到反覆摩擦，重要的是牙線儘可能保留高的強度，有助於避免斷裂。本發明牙線有改善的強度衰減說明，它可保留較高的強度。
圖8顯示了本發明實施例1的牙線(該實施例中總速度比為24∶1)放大100倍的表面。可以看到明顯的表面粗糙度。圖8與圖9對比，圖9顯示放大同樣倍數的常規PTFE牙線的表面(將JJ ReachEasy SlideMint牙線浸在二甲苯中10分鐘脫除其表面塗層，然後空氣乾燥之)。圖8所示本發明牙線與圖9所示對比牙線的表面形態之間的明顯差異是驚人而意外的。可以認為，本發明牙線表面形態的這種意外的粗糙度增大可提高可抓住性和其他有利的性能。圖10和11同樣對比了放大500倍的表面形態，也進一步說明了這一點。可以看出，圖10所示的本發明實施例1的牙線的表面(該樣品的總速度比為24∶1)明顯比圖11所示的對比樣品(J J ReachEasy SlideMint的牙線，其表面塗層已經如上所述被脫除)粗糙得多。
測試本發明實施例1的牙線(該樣品的總速度比為24∶1)和對比樣品牙線(J J ReachEasy SlideMint)的表面粗糙度。兩種樣品都是將牙線浸在二甲苯中10分鐘，然後空氣乾燥而製成。在上述條件下用裝置測得的平均粗糙度、均方根粗糙度和峰與谷的間距的結果如下所述。
從數據能夠看出，本發明纖維由所報導的所有特徵測得的粗糙度都比對比樣品大很多。
再次不受理論的束縛，可以認為與常規PTFE牙線相比，本發明的PTFE牙線的低密度和其他特徵對提高牙線的性能有很大貢獻。本發明的這些特徵有助於提供可抓住的牙線，它在口腔內具有粗糙的觸感，可提高感覺得到的有效性，同時還具有所要求的柔軟性、可擠壓的手感，而且在製造過程中還能節省很多材料。本發明人發現，現有的密度大於0.8g/cc的PTFE牙線用目前已知的製造方法在同時不明顯降低纖維強度的情況下制不出更低的密度。本發明提供具有本文所述優點，也具有對牙線用途適合的強度的低密度PTFE纖維。
作為一個附加優點，本發明人發現本發明的牙線潮溼的時候具有甚至更大的可感覺到的可抓住性。在使用期間，這應當能進一步提高使用者抓住牙線的能力。
如上所述，本發明牙線一個尤其有利的用途是採用牙線裝置來使用時。由於本發明牙線的表面粗糙度和可抓住性增大，該裝置可以製成使本發明牙線留在其中，不需採用增大可抓住性的塗層或添加劑。本發明製成了這種牙線裝置的樣本裝置，它基本由聚丙烯製成，如歐洲專利申請EP922440 A2所述，使用於本發明的ePTFE牙線，根據優選測試中選出的使用者的經驗，本發明牙線可被此裝置充分保持住。
另外，本發明的方法和纖維還可以用於多種其他用途。雖然本文所述的是單絲牙線，但是根據本發明也可以用許多纖維製成復絲牙線。本發明的纖維也，例如通過加捻，或用粘合劑結合，與常規的牙線纖維組合形成複合牙線。
另外，利用本發明的高孔隙率特徵，還可提供改進的縫紉線。縫紉線一般用蠟、油或其他潤滑劑塗敷或浸漬，以提高縫紉過程中的使用性能。所述的比傳統ePTFE縫紉線增大的孔隙率需要加入和使用更多的潤滑油。另外，當長絲表面上存在潤滑油和或其他塗層時，本發明增大的表面粗糙度形態就提供了受保護區域。這些區域有助於使塗層在縫紉、其他加工和長絲使用的過程中從長絲表面上擦掉潤滑油的可能性減小。由於纖維的負荷較大和表面粗糙度增大，可以認為潤滑油或其他塗層或浸漬物的耐久性也會提高。
由於本發明長絲的孔隙率增大和尤其是軸瓦的情形下環氧化物浸漬纖維的能力增強，本發明也提供一種改進的軸承和/或軸瓦材料。將長絲織成套結構，將環氧化物施加到織成的套上。重要的是織成的套與環氧化物之間產生了粘合。本發明提供表面粗糙度增大的表面，它可使環氧化物附著於上面。另外，本發明增大的孔隙率可使環氧化物或其他可流動的物質進入多孔長絲，由此形成粘合。
當用導電或導熱物質填充時，本發明能提供一種其電阻和熱絕緣性與密度比增大的長絲。此外，由於本發明可以提供密度較低的長絲，而通過隨後的擠壓或膨脹或本領域內已知的其他方法其填料含量和密度可以改變，所以長絲的導電性和其電阻可以在更寬的範圍內變化。
雖然上面描述和說明了本發明的具體實施方式
，但是本發明不應當局限於上述描述和說明。應當明白，對其進行的變化和改變作為本發明的一部分構成本發明，落入在本發明所附的權利要求範圍內。
表1
ER＝膨脹比(所列的數值是對於1的比，即所列的數值「10」意思是「10∶1」)；MTS＝基體的拉伸強度表2
ER＝膨脹比(所列的數值是對1的比，即所列的數值「10」意思是「10∶1」)；MTS＝基體的拉伸強度表3
ER＝膨脹比(所列的數值是對1的比，即所列的數值「10」意思是「10∶1」)；MTS＝基體的拉伸強度表4
ER＝膨脹比(所列的數值是對1的比，即所列的數值「10」意思是「10∶1」)；MTS＝基體的拉伸強度表5
ER＝膨脹比(所列的數值是對1的比，即所列的數值「10」意思是「10∶1」)；
表6J J的對比樣品
MTS＝基體的拉伸強度表權利要求
1.一種牙線，它含有聚四氟乙烯(PTFE)纖維，該纖維的旦數為100-3500，密度小於約0.7g/cc。
2.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述密度小於約0.6g/cc。
2.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述密度小於約0.5g/cc。
3.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述密度小於約0.4g/cc。
4.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述密度小於約0.3g/cc。
5.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述密度小於約0.2g/cc。
6.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述密度約為0.6g/cc。
7.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維含有膨脹的PTFE。
8.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維具有適用作為牙線的強度。
9.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度大於約1.5磅。
10.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度大於約2.0磅。
11.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度大於約2.5磅。
12.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度大於約3.0磅。
13.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度大於約5.0磅。
14.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度大於約7.5磅。
15.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度大於約10磅。
16.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維是中空的。
17.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的剖面基本為橢圓形。
18.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的剖面基本為圓形。
19.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的剖面基本為矩形。
20.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維是耐磨的。
21.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的平均摩擦斷裂強度大於2.8×10-3磅/旦。
22.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的平均摩擦斷裂強度大於3.0×10-3磅/旦。
23.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的平均摩擦斷裂強度大於4.0×10-3磅/旦。
24.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的平均摩擦斷裂強度大於5.0×10-3磅/旦。
25.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的平均摩擦斷裂強度約為6.0×10-3磅/旦。
26.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度衰減小於35％。
27.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度衰減小於10％。
28.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維的強度衰減小於5％。
29.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於有許多所述纖維。
30.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述纖維含有填料。
31.如權利要求31所述的牙線，其特徵在於所述纖維的結構包括形成互相貫通通道的膨脹PTFE基體，和在所述通道內的填料。
32.如權利要求31所述的牙線，其特徵在於所述纖維的結構包括形成互相貫通通道的膨脹PTFE基體，和在所述膨脹的PTFE基體內的填料。
33.如權利要求31所述的牙線，其特徵在於所述纖維具有中孔，所述填料在所述中孔內。
34.如權利要求31所述的牙線，其特徵在於所述填料含有提高抓住性的物質。
35.如權利要求31所述的牙線，其特徵在於所述填料含有生物活性成分。
36.如權利要求31所述的牙線，其特徵在於所述填料選自著色劑和香味劑。
37.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於在所述纖維上還包含至少一層塗層。
38.一種牙線，它包含至少一種如權利要求1所述的纖維和至少一種其他纖維，其特徵在於所述纖維和所述至少一種其他的纖維捻在一起，或由粘合劑粘合在一起。
39.一種製備牙線的方法，它包括如下步驟(a)提供PTFE樹脂，(b)將所述樹脂擠出形成擠出物，(c)使所述擠出物膨脹，形成適用作為牙線的纖維。
40.如權利要求41所述的方法，其特徵在於所述擠出樹脂的步驟包括採用大於150∶1的壓縮比。
41.如權利要求41所述的方法，其特徵在於所述擠出樹脂的步驟包括採用大於200∶1的壓縮比。
42.如權利要求41所述的方法，其特徵在於所述擠出樹脂的步驟包括採用大於250∶1的壓縮比。
43.如權利要求41所述的方法，其特徵在於所述擠出樹脂的步驟包括採用大於300∶1的壓縮比。
44.如權利要求41所述的方法，其特徵在於所述擠出樹脂的步驟包括採用大於500∶1的壓縮比。
45.如權利要求41所述的方法，其特徵在於所述擠出物膨脹的步驟包括同步地非接觸地加熱所述擠出物。
46.如權利要求1所述的並用於牙線裝置內的牙線。
47.一種牙線裝置，它使用如權利要求1所述的牙線。
48.一種縫紉線，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數為100-3500，密度小於約0.7g/cc，強度大於約1.5磅。
49.一種軸承，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數為100-3500，密度小於約0.7g/cc，強度大於約1.5磅。
50.一種軸瓦，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數為100-3500，密度小於約0.7g/cc，強度大於約1.5磅。
51.一種織造纖維，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數為100-3500，密度小於約0.7g/cc，強度大於約1.5磅。
52.一種牙線，它含有膨脹的PTFE纖維，所述纖維具有如下表面特性平均粗糙度大於0.3微米，均方根粗糙度大於0.35微米，峰與谷的間距大於1.7微米。
53.如權利要求52所述的牙線，其特徵在於所述的平均粗糙度約為1.306微米。
54.如權利要求52所述的牙線，其特徵在於所述的均方根粗糙度約為1.570微米。
55.如權利要求52所述的牙線，其特徵在於所述峰與谷的間距約為6.316微米。
56.一種使用牙線清潔牙齒的方法，它包括如下步驟(a)提供含有旦數為100-3500、密度小於約0.7g/cc的纖維的牙線，(b)將所述牙線插入牙齒之間。
57.如權利要求1所述的牙線，其特徵在於所述牙線表面的平均粗糙度約為1.306微米，均方根粗糙度約為1.570微米，峰與谷的間距約為6.316微米。
58.一種牙線，它含有膨脹的PTFE，所述膨脹PTFE的旦數為100-3500，密度小於約0.7g/cc，強度大於約1.5磅。
59.一種含有PTFE的長絲，它的表面上具有結點和原纖維結構，如表面的掃描電子顯微照片所示，所述結點約佔表面積的3-20％，所述原纖的平均長度小於100微米。
60.如權利要求59所述的長絲，其特徵在於所述掃描電子顯微照片的放大倍數為100倍。
61.如權利要求59所述的長絲，其特徵在於所述掃描電子顯微照片的放大倍數為500倍。
62.如權利要求59所述的長絲，其特徵在於所述長絲是牙線。
全文摘要
本發明涉及一種牙線,它含有密度低於約0.7g/cc的多孔PTFE纖維。本發明的牙線耐磨,可抓住,手感柔軟,在口腔內觸感粗糙。該牙線用擠出方法製成,在隨後的膨脹期間,用非接觸加熱,使無定形區鎖定。
文檔編號D06M13/02GK1382030SQ00812207
公開日2002年11月27日 申請日期2000年8月31日 優先權日1999年8月31日
發明者R·L·貝利, J·H·查斯頓, J·W·多蘭, W·H·威利 申請人:戈爾企業控股股份有限公司