DE102018006789A1

DE102018006789A1 - Filament zur Herstellung einer Borste und Borste aus einem entsprechenden Filament

Info

Publication number: DE102018006789A1
Application number: DE102018006789.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Meid; Christian Fleschhut
Original assignee: Perlon GmbH
Current assignee: Perlon GmbH
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Ein Filament zur Herstellung einer Borste weist einen Kern, der überwiegend ein 1. Kunststoffmaterial enthält oder aus diesem besteht, und einen Mantel auf, der den Kern zumindest teilweise umgibt und überwiegend ein 2. Kunststoffmaterial enthält oder aus diesem besteht. Das 1. Kunststoffmaterial ist unterschiedlich zu dem 2. Kunststoffmaterial und das Filament weist über seine axiale Länge einen konstanten Querschnitt auf. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem 1. Kunststoffmaterial des Kerns und dem 2. Kunststoffmaterial eine stoffschlüssige Verbindung besteht. Eine Borste kann durch einen Abschnitt eines entsprechenden Filamentes gebildet sein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filament zur Herstellung einer Borste, mit einem Kern, der überwiegend ein 1. Kunststoffmaterial enthält oder aus diesem besteht, und einem Mantel, der den Kern zumindest teilweise umgibt und überwiegend ein 2. Kunststoffmaterial enthält oder aus diesem besteht, wobei das 1. Kunststoffmaterial unterschiedlich zu dem 2. Kunststoffmaterial ist und wobei das Filament über seine axiale Länge einen konstanten Querschnitt aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung eine Borste aus einem entsprechenden Filament, wobei die Borste vorzugsweise in einer Zahnbürste, einer Kosmetikbürste oder einer technischen Borste Verwendung findet.
Filamente des genannten Aufbaus mit einem Kern und einem Mantel werden üblicherweise koextrudiert und weisen dementsprechend über ihre gesamte axiale Länge einen gleichbleibenden Querschnitt auf. Es soll beispielhaft davon ausgegangen werden, dass der Kern vollständig von dem Mantel umgeben ist, es ist jedoch auch möglich, dass sich der Kern bis zur äußeren Mantelfläche des Filaments erstreckt und somit von der Außenseite des Filamentes sichtbar ist. Die Querschnittsformen des Kerns, des Mantels und des Filamentes sind beliebig und können je nach Verwendungszweck des Filamentes oder der Borste ausgestaltet sein.
Es ist bekannt, eine Borste als einen Abschnitt des „endlosen“ Filamentes herzustellen und die Borste anschließend an oder in einem Bürstenkörper zu befestigen, so dass die Borste frei von dem Bürstenkörper auskragt. Das freie axiale Ende kann nachträglich bearbeitet werden, wobei insbesondere das Material des Mantels über eine vorbestimmte axiale Länge im Endbereich der Borste abgetragen wird. Während dies früher in mechanischer Weise durch Schleifen erreicht wurde, finden heutzutage üblicherweise chemische Verfahren statt. Die Borste wird mit ihrem freien axialen Ende in ein Lösungsmittel eingetaucht, wodurch sich das Material des in das Lösungsmittel eingetauchten Abschnittes des Mantels vollständig auflöst und das entsprechende Material des Kerns vollständig oder zumindest annähernd vollständig erhalten bleibt. Die Art des Lösungsmittels ist von den für den Kern und Mantel verwendeten Kunststoffmaterialien abhängig, wobei es sich insbesondere entweder um eine Säure oder eine Lauge handelt.
Es hat sich gezeigt, dass das Kunststoffmaterial des Mantels auf diese Weise in dem eingetauchten Abschnitt der Borste schnell und zuverlässig vollständig entfernt werden kann, so dass anschließend der Kern in dem behandelten axialen Endbereich der Borste freiliegt. Nachteilig bei diesem Vorgehen ist jedoch, dass das Lösungsmittel auch in Abschnitten der Borste, die nicht in das Lösungsmittel eingetaucht sind, aufgrund von Kapilarkräften in den Verbindungsbereich zwischen der Außenoberfläche des Kerns und der Innenoberfläche des Mantels eindringt. Dies führt zu Spalten zwischen dem Kern und dem Mantel und zu ästhetisch unschönen Ausnehmungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filament der genannten Art zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile vermieden sind und bei dem sich der Mantel mit hoher Genauigkeit mittels eines Lösungsmittels entfernen lässt.
Darüber hinaus soll eine entsprechende Borste geschaffen werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filament mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass zwischen dem 1. Kunststoffmaterial des Kerns und dem 2. Kunststoffmaterial des Mantels eine stoffschlüssige Verbindung besteht.
Eine stoffschlüssige Verbindung im Sinne der Erfindung ist eine direkte Verbindung zwischen den beiden Kunststoffmaterialen infolge atomarer oder molekularer Kräfte. Die Verbindung ist nicht zerstörungsfrei lösbar, d.h. sie kann nur durch Zerstörung getrennt werden. Die Kunststoffmaterialien sind ohne weitere Hilfsmittel oder Hilfsstoffe direkt miteinander verbunden und insbesondere verschweißt oder miteinander verschmolzen.
Aufgrund der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem 1. Kunststoffmaterial des Kerns und dem 2. Kunststoffmaterial des Mantels ist eine großflächige oder vollflächige Verbindung zwischen diesen beiden Bereichen gegeben, wodurch verhindert ist, dass das Lösungsmittel zwischen den Kern und den Mantel eindringt.
Um zwischen dem 1. Kunststoffmaterial des Kerns und dem 2. Kunststoffmaterial des Mantels eine gute stoffschlüssige Verbindung herzustellen, kann vorgesehen sein, dass das 1. Kunststoffmaterial des Kerns einen thermoplastisches Elastomer (TPE) und insbesondere ein Styorol-Blockkopolymer (TPS) ist.
Vorzugsweise sollten zumindest 80Mas.-% des Materials des Kerns und insbesondere zumindest 90Mas.-% des Materials des Kerns von dem 1. Kunststoff-Material gebildet sein.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das 2. Kunststoff-Material des Mantels ein von dem 1. Kunststoff-Material verschiedenes thermoplastisches Elastomer (TPE) ist. Vorzugsweise ist das 2. Kunststoff-Material des Mantels aus der Gruppe der thermoplastischen Copolyesterelastomere (TPC), der thermoplastischen Copolyamide (TPA), der Polyakylenterephtalate, insbesondere Polybutylenterephthalat (PBT) und der aliphatischen Polyamide (PA) einschließlich Mischungen hieraus gewählt sein.
Vorzugsweise sollten zumindest 80Mas.-% des Materials des Kerns und insbesondere zumindest 90Mas.-% des Materials des Kerns von dem 2. Kunststoff-Material des Mantels gebildet sein.
Die Querschnittsgestaltungen des Filamentes, des Kerns, des Mantels und dementsprechend auch der Borste können beliebig sein. Der Gesamtquerschnitt des Filamentes kann viereckig, rechteckig, quadratisch, kreisförmig, oval oder jede beliebige geometrisch geschlossene Kurve sein. Entsprechendes gilt für den Querschnitt des Kerns, wobei auch ein sternförmiger Querschnitt oder ein kreuzförmiger Querschnitt des Kerns vorgesehen sein können.
Der Mantel kann den Kern vollständig außenseitig umhüllen, bei einem kreuzförmigen oder sternförmigen Querschnitt des Kerns kann sich dieser aber auch bis zur Außenseite des Filamentes erstrecken.
Eine erfindungsgemäße Borste ist durch einen Abschnitt eines Filamentes mit dem genannten Aufbau gebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kern in einem axialen Endbereich der Borste freiliegt, d.h. der Mantel in diesem Bereich teilweise oder vollständig entfernt ist.
Zum Entfernen des Mantels in dem axialen Endbereich kann die Borste in ein Lösungsmittel bzw. eine geeignete Flüssigkeit eingetaucht werden. Vorzugsweise führen die verwendeten Lösungsmittel bzw. Flüssigkeiten zu einer Hydrolyse. Eine Hydrolyse läuft besser und schneller ab, wenn man die Reaktion in sauren oder basischen Medium durchführt statt bei einem neutralen pH-Wert. Beispiele sind die saure Hydrolyse von Estern, die die Umkehrreaktion zur Veresterung darstellt, und die im Basischen ablaufende Verseifung. Da der Mantel chemisch abgebaut wird, handelt es sich vorzugsweise bei der Reaktion mit Lauge um eine Verseifung und bei der Reaktion mit Säure um eine Acidolyse.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung ersichtlich. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts des erfindungsgemäßen Filamentes,
2 eine perspektivische Ansicht eines Endabschnitts einer Borste mit abschnittsweise freiliegendem Kern und
3 verschiedene beispielhafte Ausgestaltungen des Querschnitts des Filamentes.

Ein Filament 10 besitzt einen inneren Kern 11, der im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kreisquerschnitt aufweist. Der Kern 11 ist von einem Mantel 12 vollständig umgeben, wobei der Mantel 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Kreisring-Querschnitt aufweist, so dass das Filament 10 über seine gesamte axiale Länge einen konstanten kreisförmigen Querschnitt besitzt.
Der Kern 11 enthält oder besteht aus einem 1. Kunststoffmaterial beispielsweise in Form eines thermoplastischen Elastomers (TPE) und insbesondere eines Styrol-Blockcopolymers (TPS). Der Mantel 12 besteht aus einem davon unterschiedlichen 2. Kunststoffmaterial insbesondere ebenfalls in Form eines thermoplastischen Elastomers (TPE). In einer Kontaktfläche 13 zwischen dem Kern 11 und dem Mantel 12, d.h. in der Kontaktebene zwischen der Außenoberfläche des Kerns 11 und der Innenoberfläche des Mantels 12 ist eine formschlüssige Verbindung gebildet.
Zur Bildung einer Borste 14 wird von dem Filament 10 ein Abschnitt vorbestimmter Länge abgeschnitten. Bei der in 2 dargestellten Borste 14 liegt der Kern 11 in einem axialen Endbereich der Borste 14 frei. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Borste 14 mit ihrem endseitigen Endabschnitt in einem Lösungsmittel eintaucht, wobei das Lösungsmittel so auf das 1. Kunststoffmaterial des Kerns 11 und das 2. Kunststoffmaterial des Mantels 12 abgestimmt ist, dass es das 2. Kunststoffmaterial des Mantels 12 vollständig auflöst und das 1. Kunststoffmaterial des Kerns 11 nicht oder nur in vernachlässigbarem Maße auflöst. Durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem 1. Kunststoffmaterial des Kerns 11 und dem 2. Kunststoffmaterials des Mantels 12 in der Kontaktfläche 13 ist verhindert, dass das Lösungsmittel abseits des in das Lösungsmittel eintauchenden Abschnittes zwischen den Kern 11 und den Mantel 12 eindringt.
Die Querschnittsgestaltungen des Filamentes 10, des Kerns 11, des Mantels 12 und dementsprechend auch der Borste 14 können beliebig sein. 3 zeigt einige mögliche Ausführungsformen. Dabei kann der Gesamtquerschnitt des Filamentes 10 viereckig (s. 3.1 und 3.3), rechteckig (3.3), quadratisch (3.3), kreisförmig (3.2, 3.4, 3.5), oval oder jede beliebige geometrisch geschlossene Kurve sein. Entsprechendes gilt für den Querschnitt des Kerns 11, wobei in 3 beispielhaft auch ein sternförmiger Querschnitt (s. 3.3, 3.4) und ein kreuzförmiger Querschnitt (s. 3.5) des Kerns 11 dargestellt ist.
Der Mantel 12 kann den Kern 11 vollständig außenseitig umhüllen, in 3.5 ist beispielhaft jedoch ein kreuzförmiger Querschnitt des Kerns 11 dargestellt, der sich bis zur Außenseite des Filamentes 10 erstreckt.

Claims

Filament (10) zur Herstellung einer Borste, mit einem Kern (11), der überwiegend ein 1. Kunststoffmaterial enthält oder aus diesem besteht, und einem Mantel (12), der den Kern (11) zumindest teilweise umgibt und überwiegend ein 2. Kunststoffmaterial enthält oder aus diesem besteht, wobei das 1. Kunststoffmaterial unterschiedlich zu dem 2. Kunststoffmaterial ist und wobei das Filament (10) über seine axiale Länge einen konstanten Querschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem 1. Kunststoffmaterial des Kerns (11) und dem 2. Kunststoffmaterial des Mantels (12) eine stoffschlüssige Verbindung besteht.
Filament nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Kunststoffmaterial des Kerns (11) ein thermoplastisches Elastomer (TPE) ist.
Filament nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das 1. Kunststoffmaterial des Kerns (11) ein Styrol-Blockcopolymer (TPS) ist.
Filament nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 80 Mass.-% des Materials des Kerns (11) von dem 1. Kunststoffmaterial gebildet sind.
Filament nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 90 Mass.-% des Materials des Kerns (11) von dem 1. Kunststoffmaterial gebildet sind.
Filament nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das 2. Kunststoffmaterial des Mantels (12) ein von dem 1. Kunststoffmaterial verschiedenes thermoplastisches Elastomer (TPE) ist.
Filament nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 2. Kunststoffmaterial des Mantels (12) aus der Gruppe der thermoplastischen Copolyesterelastomere (TPC), der thermoplastischen Copolyamide (TPA), der Polyalkylenterephthalate, insbesondere Polybutylenterephthalat (PBT), und der aliphatischen Polyamide (PA) einschließlich Mischungen hieraus gewählt ist.
Filament nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 80 Mass.-% des Materials des Mantels (12) von dem 2. Kunststoffmaterial gebildet sind.
Filament nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest 90 Mass.-% des Materials des Mantels (12) von dem 2. Kunststoffmaterial gebildet sind.
Borste, gebildet durch einen Abschnitt eines Filamentes nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Borste nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (11) in einem axialen Endbereich der Borste (14) freiliegt.