От берёзового угля до полимеров: эволюция зубных щёток

Деревянные палочки с расщеплённым кончиком, свиная щетина, конский волос — все эти предметы когда-то служили человечеству зубными щётками. Только к концу 30-х годов XX века натуральный ворс заменили безопасные полимеры: в 1938 году компания DuPont представила первую в мире щётку с щетиной из нейлона.

Минусы натуральных материалов

На первый взгляд, идея использовать натуральный ворс кажется экологичной и правильной. Но с точки зрения микробиологии всё наоборот.

• Пористая структура. Натуральный волос полый, в нём есть поры и микротрещины. После использования в них забивались остатки пищи, налёт и бактерии, и удалить их оттуда было невозможно. Поэтому через несколько недель такая щётка превращалась в настоящую чашку Петри.
• Постоянная влажность. Натуральный ворс впитывает воду и долго сохнет. Микроклимат ванной комнаты создавал идеальные условия для размножения бактерий прямо на щётке.
• Острые края. Щетину или волос невозможно идеально обрезать и обработать на заводе. Их концы оставались острыми и рваными, что постоянно травмировало дёсны и царапало эмаль.

Полимерный прорыв

Появление нейлона (полиамида) решило все эти проблемы.

Полимерные нити создаются методом экструзии. В процессе производства расплавленный пластик выдавливается через тончайшие калиброванные отверстия — фильеры. Этот метод в сочетании с последующей физико-химической обработкой даёт инженерам стопроцентный контроль над характеристиками готовой щетины. К тому же экструзия позволяет выдавливать многослойные нити: например, жёсткую сердцевину покрывают мягкой полимерной оболочкой для защиты дёсен.

Преимущества нейлоновых нитей:

1. Внутренняя структура
   Нейлоновая щетина монолитна, в ней нет внутренних каналов и пор. Бактериям физически негде зацепиться внутри нити — они остаются только на поверхности, откуда легко смываются водой.
2. Округление кончиков
   Это главное достижение современной обработки. После того как пучки нейлона срезаются, их концы проходят механическую и лазерную полировку. Каждая щетинка на конце становится полусферической. Такая форма позволяет эффективно счищать налёт, бережно массировать дёсны и не повреждать зубную эмаль.
3. Управляемая жёсткость
   Производители могут создавать щётки любой жёсткости — от ультрамягких до жёстких. Этот параметр регулируется диаметром нити и молекулярной структурой полимера. Чаще всего используют нейлон-612. Он обладает низким влагопоглощением и сохраняет форму. Для ультрамягких щёток используют полиэстерные волокна, например, Curyn или PBT. С натуральным волосом добиться такого эффекта было невозможно.

Не только щетина: из чего сделана ручка?

Даже ручка зубной щётки — сложный продукт многокомпонентного литья из двух полимеров:

• Основа из полипропилена. Химики выбирают его за высокую прочность на изгиб, химическую стойкость к компонентам зубных паст и лёгкость. В отличие от хрупкого полистирола, полипропилен не ломается при сильном нажатии и не травмирует полость рта.
• Нескользящие элементы из термоэластопласта (ТЭП). Из этого материала делают яркие цветные вставки и прорезиненные части. Мягкий полимер с эффектом «софт-тач» позволяет надёжно удерживать щётку даже мокрыми руками. Он помогает правильно контролировать угол чистки, а также амортизирует избыточное давление, защищая дёсны от травм.

Будущее чистоты

Наука о полимерах ушла далеко вперёд. Сегодня ведущие нефтехимические компании, включая СИБУР, работают над созданием новых высокочистых пластиков для медицинской и гигиенической отраслей, например, медицинского полипропилена. Появляются модели с щетиной из сложных полиэфиров, в которые ещё на этапе производства внедряются ионы серебра или древесный уголь для дополнительного антибактериального эффекта.

Всё о науке в СИБУРе — на сайте.

Познакомиться с работой центра прикладных разработок СИБУР Полилаб, специализациях площадок в городах присутствия, типах исследований и доступном оборудовании можно на платформе. Также на ресурсе доступны вебинары и обучающие курсы.