生物可降解牙刷的安全性评估

黄晓文 郭秀元 潘楚斌

(好来化工(中山)有限公司，广东 中山 528411)

前言

牙刷是人们进行口腔清洁和护理的必不可少的工具。根据卫生部2009年发布的中国居民口腔健康指南，其建议一般应每三个月左右更换一把牙刷[1]。按照全球77亿人口和每三个月更换一支牙刷计算，全球一年将产生308亿支废弃牙刷。而目前的牙刷的主体材料为聚丙烯等石油基合成的材料，丢弃在自然中很难被微生物分解，形成固态垃圾，造成白色污染。

根据中国国标《降解塑料的定义、分类、标志和降解性能要求(GB/T 20197 -2006)》[2]，聚乳酸PLA作为聚酯材料中的一种可堆肥塑料，具有生物可降解性，在自然界中的微生物的作用下最终完全分解成二氧化碳和水。二氧化碳和水能够被植物吸收，实现生态循环，因而对环境没有危害。另外，生物可降解材料大部份来源于可再生资源，PLA可以由玉米、木薯等在微生物的作用下发酵成乳酸再聚合而成；聚羟基脂肪酸酯(PHA)可以由微生物直接在细胞内聚合而成，生物基的可降解材料可减少对不可再生的石化材料的依赖，进而缓解人类资源危机[3]。因此开发生物可生物降解牙刷能有效地减少废弃牙刷对环境的负担。

PLA材料属于聚酯类高分子材料，其分子主链上含有不稳定的酯键[4]。酯键在遇到酸和碱的时候会发生水解，造成酯键断裂，材料物理性能下降，并且PLA材料的热稳定性较差，容易老化。因此需要对生物可降解材料在不同条件下老化后的性能进行安全性评估，从而确认生物可降解材料能否广泛应用于牙刷产品中。

1 试验部分

1.1 试验材料

试验材料为好来化工(中山)有限公司开发的新型生物可降解牙刷，其刷柄材质主要为生物可降解材料，刷毛材质为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，相关规格尺寸如表1所示。

表1 新型生物可降解牙刷规格尺寸表(单位 mm)

1.2 试验设备

电热恒温水槽；耐黄变老化试验机；电动推拉测试台；推拉力表；牙刷颈部疲劳测试仪；摆锤冲击试验机。

1.3 测试方法

1.3.1 水热老化测试

设置电热恒温水槽的温度为55℃，待温度稳定后，将一定量试样放入电热恒温水槽中，分别进行6h、24h、48h的水热老化测试。测试结束后，取出样品在室温条件下静置自然干燥。干燥完毕后对其进行刷柄性能测试(柄部抗弯、颈部抗弯)和刷毛性能测试(毛束拉力)。

1.3.2 紫外光热老化测试

将试样放置于灯泡式耐黄变老化试验机的转盘上，使试样暴露面朝向光源。然后将温度设定为63℃，依次对试样进行33.3h、66.6h和99.9h的紫外光老化。老化测试后，样品在室温下静置4h，然后再进行刷柄性能测试(柄部抗弯、颈部抗弯)和刷毛性能测试(毛束拉力)。

1.3.3 刷柄性能及刷毛性能测试

刷柄性能及刷毛性能测试按照国标《牙刷(GB19342-2013)》[5]所述试验方法对样品的刷柄性能(柄部抗弯、颈部抗弯)和刷毛性能(毛束拉力)进行测试。

2 结果与分析

2.1 生物可降解牙刷水热老化测试结果分析

日常使用中牙刷会经常接触到水，而且目前有部分消费者习惯性使用温水刷牙。因此对生物可降解牙刷进行55℃不同时间的水热老化测试，有利于更好地评估其在日常刷牙使用中的安全性。根据研究推荐的刷牙时间和次数，即每天刷牙至少两次，每次刷牙时间为2分钟来换算[6]，水热老化6h相当于实际使用3个月，以此类推24h相当于12个月，48h相当于24个月。图1为生物可降解牙刷55℃下水热老化0h、6h、24h和48h时其刷柄性能(柄部抗弯和颈部抗弯)的变化情况。由图1可得，其柄部抗弯随着水热老化时间增长，没有太大的变化，而其颈部抗弯性能略有下降。但根据国标，其刷柄性能(柄部抗弯和颈部抗弯)均合格。图2为生物可降解牙刷55℃下水热老化0h、6h、24h和48h时其刷毛性能(毛束拉力最小值)的变化情况。由图2可以看出，其刷毛性能随着水热老化时间增长，毛束拉力最小值略有下降，但根据国标，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热条件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

图1 生物可降解牙刷水热老化后刷柄性能

图2 生物可降解牙刷水热老化后刷毛性能

2.2 生物可降解牙刷紫外光热老化测试结果分析

牙刷在送到消费者手上之前还需经历一段运输期、货架展示期，在这一阶段牙刷会接触到紫外光、高温等，而这些因素都可能会导致生物可降解材料的分解。因此需对其进行紫外光热老化测试，从而评估生物可降解牙刷在这一阶段的安全性。图3为生物可降解牙刷紫外光老化33.3h、66.6h和99.9h后刷柄性能情况。由图3可得，其柄部抗弯性能随着紫外光老化时间增长，没有太大的变化，而其颈部抗弯性能略有下降。但根据国标，其刷柄性能(柄部抗弯和颈部抗弯)均合格。图4为生物可降解牙刷紫外光老化33.3h、66.6h和99.9h时其刷毛性能(毛束拉力最小值)的变化情况。由图4可以看出，其毛束拉力最小值随着紫外光老化时间增长，没有太大的变化，均符合国标要求。因此生物可降解牙刷在正常使用紫外光热条件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

图3 生物可降解牙刷紫外光热老化后刷柄性能

图4 生物可降解牙刷紫外光热老化后刷毛性能

3 结论

①55℃水热老化48h后，生物可降解牙刷其刷柄性能(柄部抗弯、颈部抗弯)和刷毛性能(毛束拉力)依然符合国标要求，因此其在正常使用水热条件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

②63℃紫外光热老化99.9h后，生物可降解牙刷其刷柄性能(柄部抗弯、颈部抗弯)和刷毛性能(毛束拉力)依然符合国标要求，因此其在正常使用紫外光热条件下，其刷柄性能和刷毛性能是可靠的。

③综上所述，好来化工(中山)有限公司开发的新型生物可降解牙刷在日常使用环境下其性能是安全可靠的。因此说明了将生物可降解材料应用于牙刷行业是具有可行性。同时生物可降解材料具有可降性，其引入能大大地降低废弃牙刷对环境的负担，减少环境污染。所以可降解牙刷将会是牙刷行业未来发展的一大方向。