JP6236666B2 - ポリアミド−４１０含有モノフィラメントを含むブラシ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、ポリアミド含有モノフィラメントを含むブラシ、特にこれらのモノフィラメントを含む歯ブラシに関する。

ナイロンとしても知られているポリアミドを含有するモノフィラメントを含むブラシは知られており、例えば英国特許出願公開第８００６１０Ａ号明細書に記載されている。英国特許出願公開第８００６１０Ａ号明細書には、ナイロンモノフィラメントを含むブラシが記載されており、この用途のためのナイロン−６６およびナイロン−６１０に言及している。ブラシ、特に歯ブラシでの用途では、所謂「湿潤時曲げ回復性」がモノフィラメントにとって必須の特性である。「湿潤時曲げ回復性」とは、濡れている間の変形後、元の形に戻る材料の能力のことをいう。湿潤時曲げ回復性が高いということは、モノフィラメントが容易に元の形に戻ることを意味し、例えば、これらのモノフィラメントを含むブラシをより長期間使用することが可能になる。

したがって、本発明の目的は、高い湿潤時曲げ回復性を示す、ポリアミドからなるモノフィラメントを含むブラシを提供することにある。

驚いたことに、この目的は、ポリアミド−４１０を含むポリアミドを含有するモノフィラメントを含むブラシを提供することにより達成された。ＰＡ−４１０を含むポリアミドを含有するモノフィラメントは、国際公開第００／０９５８６号パンフレットで知られている。しかしながら、国際公開第００／０９５８６号パンフレットには、湿潤状態でのフィラメントの特性について記載されておらず、またそれらをブラシで使用することについて記載されていない。

［ポリアミド−４１０］
本明細書では、ポリアミド−４１０は、１０個の炭素原子を有するジカルボン酸と４個の炭素原子を有するジアミンから誘導されるモノマー単位を含むポリアミドであると理解される。ジカルボン酸としては、１，１０デカン二酸の使用が好ましい。ジアミンとしては、１，４−ブタンジアミンの使用が好ましい。ＰＡ−４１０は、さらに他のモノマー単位、例えば、１０個未満の炭素原子を有するジカルボン酸、または４個超の炭素原子を有するジアミンを、ポリアミド全量に対し最大３０重量％まで含んでもよい。本発明のブラシに使用されるモノフィラメントに使用されるＰＡ−４１０は、カルボキシル基間に１０個の炭素原子からなる原子鎖を有するジカルボン酸と、４個の炭素原子を有するジアミンを、ポリアミドの全量に対して少なくとも８０重量％含むことが好ましく、ポリアミドの全量に対して少なくとも９０重量％含むことがより好ましく、ポリアミドの全量に対して少なくとも９５重量％含むことがより一層好ましく、少なくとも９９重量％含むことがより一層好ましく、ポリアミドの全量に対して少なくとも９９．９重量％含むことが最も好ましい。

本発明のブラシで使用するモノフィラメントは、ポリアミドの全量に対して、好ましくは少なくとも４０重量％のポリアミド−４１０、より好ましくは少なくとも５０重量％のポリアミド−４１０、最も好ましくは少なくとも６０重量％のポリアミド−４１０を含むポリアミドから製造される。ポリアミドは実質的にＰＡ−４１０からなることが最も好ましい。好ましい実施形態では、ポリアミド含有モノフィラメントは他のポリマーを含まない。

他の重要な改良点は、ポリアミド−４１０が少なくとも部分的に再生可能資源をベースとし得るため、本発明のモノフィラメントが、もはや完全には化石系炭素をベースとしないことである。モノフィラメントのポリアミドが、たとえ、ほんのわずかのポリアミド−４１０を含有し、そしてまた他ポリマーを含有するにしても、このことは特に有利である。少なくとも部分的に天然資源由来のモノマーをベースとするＰＡ４１０をモノフィラメントに使用することにより、特にモノフィラメント工業、およびその用途では、既に地球温暖化ガスおよびＣＯ_２の重要な削減をもたらしている。

本発明のブラシに使用するモノフィラメントの他の利点は、湿潤時の剛性保持力が良好なことである。本明細書では、「湿潤時剛性保持力」は、通常、ＩＳＯ５２７１Ａにしたがって、例えば相対湿度０％などの乾燥条件と比較した、高湿下、すなわち相対湿度５０％下で、引張弾性率としてＭＰａの単位で測定される剛性を保持する能力であると理解される。湿潤時の高い剛性保持力を歯ブラシに適用すると、歯磨きは湿潤状態で行われるものであるため、快適な歯磨き感が得られる。このように、モノフィラメントは、非常に良好な湿潤時曲げ回復性と良好な湿潤時剛性保持力とを併せ持つとき、歯ブラシの毛として有利に使用できる。

ポリアミド−４１０は、例えば、実施例に記載するようにして調製することができる。モノフィラメントは、ポリアミド−４１０の粘度数（ＶＮ）が少なくとも１００ｍｌ／ｇであることが好ましく、少なくとも１１０ｍｌ／ｇであることがより好ましく、少なくとも１２０ｍｌ／ｇであることがより一層好ましく、少なくとも１４０ｍｌ／ｇであることが最も好ましい。粘度が高いほど、モノフィラメントの機械的特性が改善されるであろう。粘度数は高くとも２００ｍｌ／ｇであることが好ましい。粘度数が高すぎると、紡糸機の処理能力が限定される。粘度数は、ＩＳＯ ３０７、２００７年版にしたがい、ギ酸（９０重量％）中、濃度０．００５ｇ／ｍｌで、２５℃で測定される。

［モノフィラメント］
本発明のブラシに使用するモノフィラメントは、１マイクロメートル〜１．５ｍｍの平均直径を有することが好ましい。モノフィラメントは、１５マイクロメートル〜１．２ｍｍの平均直径を有することが好ましい。モノフィラメントは、ポリアミドを溶融させ、その後、ダイスに通して押し出すことにより製造できる。ダイスを出た後、モノフィラメントは急冷浴で冷却されることが好ましい。高品質のモノフィラメントを製造するために、糸を互いに離れた状態に維持することが好ましい。これは、分離ガイドまたは櫛によりなし得る。エアーギャップの長さ、すなわち紡糸板と水表面の距離は、モノフィラメントの表面および機械的特性に影響し得る。モノフィラメントに要求される特性に応じて、少なくとも単段または少なくとも２段の延伸工程を、例えば温浴中、または熱風炉もしくは赤外線加熱炉オーブン中で行うことができる。２段延伸プロセスの第２段は、通常、熱風炉中で行われ、第１段の温度より高い温度が要求される。非常に精密な交差が要求される場合、第１段に水浴を使用することが好ましい。

延伸比および適用する温度は、モノフィラメントの分子の物理的構造に影響する。引張強さ、伸び、弾性率、耐熱性および非反応性染料による染色性などの多くの特性が物理的構造に依存するため、延伸プロセスはモノフィラメントの特性に広く、かつ多様な影響を及ぼす。

任意選択による第３の工程として、熱安定性、引張強さ、破断伸びおよび染色性などのモノフィラメントの特性は、固定または緩和により所望のレベルに調整することができる。許容される緩和の割合および適用する温度は、最終的に要求される特性に大きく依存する。適切な固定／緩和を達成するには、第３工程におけるモノフィラメントの温度は、延伸過程での温度に少なくとも等しくすべきであり、むしろ通常はそれより高くすべきである。加熱炉の温度設定は、ライン速度、モノフィラメントの直径、炉長および気流速度に大きく依存する。

本発明のブラシに使用するモノフィラメントは、白色の外観を与えるために、二酸化チタンなどの顔料を含むことが好ましい。本発明のモノフィラメントはまた、透明性をより高めるために、エチレンビスステアリルアミン（ＥＢＡ）などの潤滑剤を含んでもよい。

モノフィラメントは、毛、好ましくは歯ブラシの毛に有利に使用することができる。このように、本発明はまた、モノフィラメントを含む歯ブラシに関する。歯ブラシは良好な湿潤時曲げ回復性と良好な湿潤時剛性保持力を併せ持つ。これにより、歯ブラシを廃棄する必要が生じるまでに、より長期に亘る使用が可能になる。さらにこれは、より長期間使用できることと、ブラシの少なくとも一部が再生可能資源から作られていることの両方から、ＣＯ_２削減においても有利である。

［実施例］
［ＰＡ−４１０の調製］
不活性な２Ｌのオートクレーブ反応器中で、４１０塩の４５％溶液を調製した。３４８．２ｇの固体１，１０−デカン二酸を加える前に、１，４−ジアミノブタンの６７．５％溶液２３０ｍｌを６５℃で５４０ｍｌの水に加えた。反応器の最大圧力を２ｂａｒＡに設定した。塩溶液を６０分で１５３℃まで加熱した。この過程で、水の濃度が１５３℃で１０％になるよう、過剰の水を蒸留除去した。反応器の圧力を１２ｂａｒＡに設定した。４１０塩溶液を１５分以内に加熱して圧力を１２ｂａｒＡとし、それにより塩溶液を重合させた。溶融ポリマーが得られ、かつ温度が２５０℃に達するまで、１２ｂａｒＡを維持しながら、さらに多くの水を蒸留除去する。２５０℃に達すると、６０分で２６５℃へと加熱しながら、また溶融ポリマーをさらに重合させながら、反応器を１．０２ｂａｒＡまで減圧した。溶融ポリマーをさらに２９０℃に加熱し、１．０２ｂａｒＡで１６時間その温度に維持した。溶融ポリマーの水を少量の窒素流れにより除去した。重縮合段階の終了後、水浴中へ内容物を注いで反応器を空にしてポリマーのストランドを得、これを切断して粒状とした。ＰＡ−４１０ポリマーは、９０％ギ酸中、１７９ｍｌ／ｇの溶液粘度を有していた。

ＰＡ−４１０を２７０℃の温度にして溶融させ、その後、ダイスに通して押し出すことにより、直径０．２ｍｍのモノフィラメントを得た。

［測定］
［粘度数（ＶＮ）］
ＩＳＯ ３０７ ２００７年版にしたがい、ＰＡ−４１０試料を０．００５ｇ／ｍｌの濃度でギ酸（９０重量％）に溶解させ、ウベローデ（Ｕｂｅｌｏｈｄｅ）粘度計により、溶媒の流下時間（ｔ０）と溶液の流下時間（ｔ１）を２５℃で測定し、式ＶＮ＝［（ｔ１／ｔ０）−１］×２００ｍｌ／グラムから粘度数を計算することにより、粘度数を求めた。

［ピンチ曲げ回復試験］
所謂、ピンチ穴曲げ回復法により、各種モノフィラメントについて曲げ回復試験を行った。この方法は、各種サイズの金属板の穴を使用する（それぞれ、１．５ｍｍ、２．５ｍｍおよび３．５ｍｍの穴を有する板Ａ、ＢおよびＣ）。以下の手順を用いた。

２０±１℃の温度の水にモノフィラメントを１８時間浸漬した。穴の中央にモノフィラメントを置き、モノフィラメントをもつれさせないように、鈍器を用いて穴の中に静かに押し込んだ。モノフィラメントが穴の半径からはみ出さないように位置決めした。

モノフィラメントを含む金属板を５０±２℃の水に２分間、その後２０±２℃の水に３０秒間浸漬した。板を水から取り出し、モノフィラメントを穴から取り出した。２０±２℃の水を満たしたペトリ皿の中にモノフィラメントを入れた。１５分間の浸漬後、モノフィラメントを取り出し、モノフィラメントが平滑面上に横にして置かれているのを確認しながら、夾角を測定した。

回復率を式［１］により算出した。
回復率＝夾角×１００／１８０％ ［式１］
結果を表１に示す。

驚いたことに、表１は、歯ブラシ用繊維に通常使用されている、特にＰＡ−６１０およびＰＡ−６１２と比べて、ＰＡ−４１０が３つの全ての径で高い回復率を有することを示している。

［マンドレル湾曲回復試験］
直径２．５ｍｍの心棒に繊維を接着し、１０回巻き付ける心棒回復試験も行った。この後、心棒に巻いた繊維をその位置のまま室温で１時間放置し、その後心棒から繊維を切り離して、水が入った皿の中で１時間回復させた。％で表される心棒湾曲回復性は、回復期間の最後における繊維の巻き数に対する心棒に巻きつけた巻き数である。結果を表２に示す。

これらの試験はまた、特に、歯ブラシ用繊維に通常使用されているポリアミド−６１０およびポリアミド−６１２と比較して、ＰＡ−４１０からなるモノフィラメントが非常に高い回復性を有することを示している。

ＩＳＯ ５２７ １Ａにしたがって、ＰＡ−４１０板の引張弾性率を測定し、他のポリアミドと比較した。結果を表３に示す。

ＰＡ−４１０の剛性保持率は、ＰＡ−６およびＰＡ−６６より高いことが示されている。しかしながら、ＰＡ−４１０の本質的により高い剛性のために、湿潤状態でのＰＡ−４１０の剛性もまたＰＡ−６１０およびＰＡ−６１２の剛性より高い。これらのデータは、湿潤時曲げ回復性の結果と併せて、本発明のモノフィラメントが、例えば歯ブラシ用の毛の用途で要求される、これらの特性の最良の組み合わせを与えることを示している。

Claims (6)

1. ポリアミドの全量に対して少なくとも８０重量％のポリアミド−４１０を含むポリアミドを含有するモノフィラメントを含み、
   前記ポリアミド−４１０の粘度数が１００〜２００ｍｌ／ｇである、ブラシ。
2. 前記ポリアミドが、実質的にポリアミド−４１０からなる請求項１に記載のブラシ。
3. 前記ポリアミド−４１０の粘度数が少なくとも１２０ｍｌ／ｇである請求項１または２に記載のブラシ。
4. 前記ポリアミド−４１０の粘度数が少なくとも１４０ｍｌ／ｇである請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシ。
5. 前記モノフィラメントが二酸化チタンをさらに含む請求項１〜４のいずれか一項に記載のブラシ。
6. 前記ブラシが歯ブラシである請求項１〜５のいずれか一項に記載のブラシ。