生物可降解牙刷的安全性評(píng)估

黃曉文 郭秀元 潘楚斌

(好來(lái)化工(中山)有限公司，廣東 中山 528411)

前言

牙刷是人們進(jìn)行口腔清潔和護(hù)理的必不可少的工具。根據(jù)衛(wèi)生部2009年發(fā)布的中國(guó)居民口腔健康指南，其建議一般應(yīng)每三個(gè)月左右更換一把牙刷[1]。按照全球77億人口和每三個(gè)月更換一支牙刷計(jì)算，全球一年將產(chǎn)生308億支廢棄牙刷。而目前的牙刷的主體材料為聚丙烯等石油基合成的材料，丟棄在自然中很難被微生物分解，形成固態(tài)垃圾，造成白色污染。

根據(jù)中國(guó)國(guó)標(biāo)《降解塑料的定義、分類、標(biāo)志和降解性能要求(GB/T 20197 -2006)》[2]，聚乳酸PLA作為聚酯材料中的一種可堆肥塑料，具有生物可降解性，在自然界中的微生物的作用下最終完全分解成二氧化碳和水。二氧化碳和水能夠被植物吸收，實(shí)現(xiàn)生態(tài)循環(huán)，因而對(duì)環(huán)境沒(méi)有危害。另外，生物可降解材料大部份來(lái)源于可再生資源，PLA可以由玉米、木薯等在微生物的作用下發(fā)酵成乳酸再聚合而成；聚羥基脂肪酸酯(PHA)可以由微生物直接在細(xì)胞內(nèi)聚合而成，生物基的可降解材料可減少對(duì)不可再生的石化材料的依賴，進(jìn)而緩解人類資源危機(jī)[3]。因此開(kāi)發(fā)生物可生物降解牙刷能有效地減少?gòu)U棄牙刷對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

PLA材料屬于聚酯類高分子材料，其分子主鏈上含有不穩(wěn)定的酯鍵[4]。酯鍵在遇到酸和堿的時(shí)候會(huì)發(fā)生水解，造成酯鍵斷裂，材料物理性能下降，并且PLA材料的熱穩(wěn)定性較差，容易老化。因此需要對(duì)生物可降解材料在不同條件下老化后的性能進(jìn)行安全性評(píng)估，從而確認(rèn)生物可降解材料能否廣泛應(yīng)用于牙刷產(chǎn)品中。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為好來(lái)化工(中山)有限公司開(kāi)發(fā)的新型生物可降解牙刷，其刷柄材質(zhì)主要為生物可降解材料，刷毛材質(zhì)為聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，相關(guān)規(guī)格尺寸如表1所示。

表1 新型生物可降解牙刷規(guī)格尺寸表(單位 mm)

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

電熱恒溫水槽；耐黃變老化試驗(yàn)機(jī)；電動(dòng)推拉測(cè)試臺(tái)；推拉力表；牙刷頸部疲勞測(cè)試儀；擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 水熱老化測(cè)試

設(shè)置電熱恒溫水槽的溫度為55℃，待溫度穩(wěn)定后，將一定量試樣放入電熱恒溫水槽中，分別進(jìn)行6h、24h、48h的水熱老化測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后，取出樣品在室溫條件下靜置自然干燥。干燥完畢后對(duì)其進(jìn)行刷柄性能測(cè)試(柄部抗彎、頸部抗彎)和刷毛性能測(cè)試(毛束拉力)。

1.3.2 紫外光熱老化測(cè)試

將試樣放置于燈泡式耐黃變老化試驗(yàn)機(jī)的轉(zhuǎn)盤上，使試樣暴露面朝向光源。然后將溫度設(shè)定為63℃，依次對(duì)試樣進(jìn)行33.3h、66.6h和99.9h的紫外光老化。老化測(cè)試后，樣品在室溫下靜置4h，然后再進(jìn)行刷柄性能測(cè)試(柄部抗彎、頸部抗彎)和刷毛性能測(cè)試(毛束拉力)。

1.3.3 刷柄性能及刷毛性能測(cè)試

刷柄性能及刷毛性能測(cè)試按照國(guó)標(biāo)《牙刷(GB19342-2013)》[5]所述試驗(yàn)方法對(duì)樣品的刷柄性能(柄部抗彎、頸部抗彎)和刷毛性能(毛束拉力)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物可降解牙刷水熱老化測(cè)試結(jié)果分析

日常使用中牙刷會(huì)經(jīng)常接觸到水，而且目前有部分消費(fèi)者習(xí)慣性使用溫水刷牙。因此對(duì)生物可降解牙刷進(jìn)行55℃不同時(shí)間的水熱老化測(cè)試，有利于更好地評(píng)估其在日常刷牙使用中的安全性。根據(jù)研究推薦的刷牙時(shí)間和次數(shù)，即每天刷牙至少兩次，每次刷牙時(shí)間為2分鐘來(lái)?yè)Q算[6]，水熱老化6h相當(dāng)于實(shí)際使用3個(gè)月，以此類推24h相當(dāng)于12個(gè)月，48h相當(dāng)于24個(gè)月。圖1為生物可降解牙刷55℃下水熱老化0h、6h、24h和48h時(shí)其刷柄性能(柄部抗彎和頸部抗彎)的變化情況。由圖1可得，其柄部抗彎隨著水熱老化時(shí)間增長(zhǎng)，沒(méi)有太大的變化，而其頸部抗彎性能略有下降。但根據(jù)國(guó)標(biāo)，其刷柄性能(柄部抗彎和頸部抗彎)均合格。圖2為生物可降解牙刷55℃下水熱老化0h、6h、24h和48h時(shí)其刷毛性能(毛束拉力最小值)的變化情況。由圖2可以看出，其刷毛性能隨著水熱老化時(shí)間增長(zhǎng)，毛束拉力最小值略有下降，但根據(jù)國(guó)標(biāo)，其刷毛性能(毛束拉力)均合格。因此生物可降解牙刷在正常使用水熱條件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

圖1 生物可降解牙刷水熱老化后刷柄性能

圖2 生物可降解牙刷水熱老化后刷毛性能

2.2 生物可降解牙刷紫外光熱老化測(cè)試結(jié)果分析

牙刷在送到消費(fèi)者手上之前還需經(jīng)歷一段運(yùn)輸期、貨架展示期，在這一階段牙刷會(huì)接觸到紫外光、高溫等，而這些因素都可能會(huì)導(dǎo)致生物可降解材料的分解。因此需對(duì)其進(jìn)行紫外光熱老化測(cè)試，從而評(píng)估生物可降解牙刷在這一階段的安全性。圖3為生物可降解牙刷紫外光老化33.3h、66.6h和99.9h后刷柄性能情況。由圖3可得，其柄部抗彎性能隨著紫外光老化時(shí)間增長(zhǎng)，沒(méi)有太大的變化，而其頸部抗彎性能略有下降。但根據(jù)國(guó)標(biāo)，其刷柄性能(柄部抗彎和頸部抗彎)均合格。圖4為生物可降解牙刷紫外光老化33.3h、66.6h和99.9h時(shí)其刷毛性能(毛束拉力最小值)的變化情況。由圖4可以看出，其毛束拉力最小值隨著紫外光老化時(shí)間增長(zhǎng)，沒(méi)有太大的變化，均符合國(guó)標(biāo)要求。因此生物可降解牙刷在正常使用紫外光熱條件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

圖3 生物可降解牙刷紫外光熱老化后刷柄性能

圖4 生物可降解牙刷紫外光熱老化后刷毛性能

3 結(jié)論

①55℃水熱老化48h后，生物可降解牙刷其刷柄性能(柄部抗彎、頸部抗彎)和刷毛性能(毛束拉力)依然符合國(guó)標(biāo)要求，因此其在正常使用水熱條件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

②63℃紫外光熱老化99.9h后，生物可降解牙刷其刷柄性能(柄部抗彎、頸部抗彎)和刷毛性能(毛束拉力)依然符合國(guó)標(biāo)要求，因此其在正常使用紫外光熱條件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

③綜上所述，好來(lái)化工(中山)有限公司開(kāi)發(fā)的新型生物可降解牙刷在日常使用環(huán)境下其性能是安全可靠的。因此說(shuō)明了將生物可降解材料應(yīng)用于牙刷行業(yè)是具有可行性。同時(shí)生物可降解材料具有可降性，其引入能大大地降低廢棄牙刷對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)，減少環(huán)境污染。所以可降解牙刷將會(huì)是牙刷行業(yè)未來(lái)發(fā)展的一大方向。