CN109414020A - 将金属离子分配到洗涤系统中的制品和方法 - Google Patents

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Abstract

在洗涤和/或干燥循环中用抗菌化合物处理纺织品和其他材料的制品和方法。所述制品包括多孔基材和与该基材可释放地相关并且包含具有抗菌活性的金属离子的芯组合物。方法包括在洗涤和/或干燥循环中使用所述制品以提供对纺织品和材料的抗菌处理。

Description

将金属离子分配到洗涤系统中的制品和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年5月12日提交的美国临时专利申请第62/335,510号和于2016年10月31日提交的美国临时专利申请第62/415,222号的优先权权益，上述申请通过引用以其整体在此并入。
发明领域
本公开涉及纺织品和其他材料的抗菌处理。更具体而言，本公开涉及将金属离子赋予洗涤系统的清洗和/或干燥循环中用于纺织品和材料的抗菌处理的制品和方法。
背景技术
衣物、床单、毛巾、枕头、毯子及类似材料中所用的织物或亚麻的细菌污染会导致纺织品染色、讨厌的气味和疾病传播。先前的织物处理方法包括用包含或涂有诸如银或铜的金属的材料制成织物以提供长期的抗菌保护。然而，用金属处理的织物的抗菌功效会随着每次洗涤而下降。
发明内容
在一个方面，本公开涉及包括多孔基材和与该基材可释放地相关并且包含具有抗菌活性的金属离子的芯组合物的制品。金属离子可以是银离子或铜离子。基材可包括织物，诸如，棉和/或聚酯，海绵(其可为聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯中的一种或多种)或者开孔泡沫塑(其包括聚乙烯、聚丙烯及其组合)。开孔泡沫塑料可具有以下特征中的至少一种：(a)孔径为约10μM至约50uM，和(b)孔密度为每英寸约10-30孔。在一些实施方式中，基材可为潮湿的。
本公开的制品可包括包住基材并包含一个或多个将基材暴露于外壳外部的环境的一个或多个开口的中空外壳。中空外壳可包括硬塑料，并且可为类球形或球形的。
在一些实施方式中，芯组合物还可包括包含第二离子和第二抗衡离子的第二化合物，其中金属离子与第一抗衡离子的解离常数等于或大于金属离子与第二抗衡离子的解离常数。第二抗衡离子可为，例如，硝酸根、氟离子、硫酸根、碳酸根、氯离子、溴离子、碘离子或硫离子。此外，芯组合物还可包括包含粘合/粘结材料的第三化合物。基材可用该第三化合物涂布。
在另一方面，本公开涉及一种处理纺织品的方法。所述方法包括将纺织品与本公开的制品装载到包含水的清洗盆中，并且在该制品存在下洗涤纺织品。洗涤可包括清洗循环和漂洗循环中的至少一种。
在仍然另一方面，本公开涉及一种处理纺织品的方法。所述方法包括将纺织品与本公开的制品装载到包含水的清洗盆中并放入转筒式烘干机中，并且将纺织品和制品在烘干机中暴露于热和空气中的至少一种。所述方法可包括干燥纺织品。在一些实施方式中，所述方法包括在将制品装载到烘干机中之前向制品的基材提供水分。纺织品可为不可洗涤物品。另外，纺织品和制品在被装载到烘干机中时可为湿的或干的。
具体实施方式
冠词的单数形式“一/一个/一种”和“所述/该”包含复数指代物，除非上下文明确另外指出。例如，术语"一种化合物"或"至少一种化合物"可包括多种化合物，包括其混合物。
本公开涉及包括用金属离子浸渍的多孔基材的制品。基材可被添加到清洗盆(即，常规洗涤脱水机的)，或者添加到转筒式烘干机的干燥循环，以在清洗或干燥循环中将金属离子赋予纺织品。
例如，在典型家用洗涤干燥系统中，家庭纺织品(衣物、床品、毛巾等)在常规的洗涤脱水机和转筒式烘干机中洗涤。脏污纺织品在洗衣机中在清洗和漂洗循环中洗涤，并且随后被移到烘干机以完成过程。根据本公开的制品可与脏污纺织品一起被直接添加到洗衣机中，或者其可与干净的湿纺织品一起添加到烘干机。在一些情况中，所述制品被添加到洗衣机中随后与纺织品一起被移到烘干机中。
在一个方面，所述制品包括用于容纳包含金属离子的芯组合物的基材。基材与金属离子相关并且保持该金属离子，直到基材与纺织品一起添加到清洗盆或常规洗涤脱水机中，在这里离子被释放到清洗和/或干燥循环的环境中。适合用于基材的材料包括能够载有金属离子并且能够将该离子释放到所需环境中的材料。
在一些实施方式中，基材包括开孔泡沫塑料，诸如，但不限于，聚乙烯、聚丙烯以及这些材料的组合。孔径可在约10μM至约50μM范围内。一个具体实施方式包括孔密度为每英寸约10-30孔的聚氨酯。正如本领域普通技术人员将会意识到的，基材材料的材料密度(孔径)和厚度与浸渍基材所用的化合物的溶解度的结合将决定对于给定的洗涤水温和搅拌量的释放(解离)速度。
在另一个实施方式中，基材可为海绵。海绵可为天然海绵或合成海绵(即，合成泡沫)。在一些实施方式中，海绵是包括例如纤维素、硅树脂、聚氨酯、低密度聚醚、聚乙烯醇、聚酯等的合成海绵。在一个实例中，海绵为合成聚氨酯海绵。
在一些实施方式中，基材可为织物，例如，吸收性织物，诸如，机织织物、非织造织物或其组合。织物可包括天然纤维，诸如，例如，亚麻、棉、羊毛、毡等。织物也可包含合成纤维，诸如，例如，粘胶纤维、醋酸纤维、尼龙、聚酯、斯潘德克斯纤维、莱赛尔纤维等。织物可为单片或多片形式。
在一些实施方式中，所述制品包括包住多孔基材的中空外壳。例如，基材可被具有使该基材暴露于外壳外部的环境(即，清洗或漂洗水或烘干机中的热空气)的一个或多个开口的中空外壳所围绕。在多个方面，中空外壳可包括不会在清洗或干燥循环中降解的塑料。这样的塑料是公知的，诸如，例如，氟碳树脂、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯等。中空外壳可为弹性或非弹性的。在一些实施方式中，中空外壳的表面被橡胶化。在一些实施方式中，中空外壳可包括为该中空外壳赋予一定水平的非弹性以防止基材在清洗或干燥循环中被压缩的任何材料。
中空外壳可为多种形状中的任何。在一些实施方式中，中空外壳为球形或类球形以避免会影响洗衣机或烘干机中纺织品的任何锋利边缘。在其他实施方式中，中空外壳为多面体，例如，中空外壳可为八面体、十二面体、二十面体等，并且可以包括倒圆边缘以避免损害纺织品的任何可能性。在一些实施方式中，中空外壳可以为例如其中装载了制品的转筒式烘干机中的纺织品提供额外的益处的方式成形。在本文所述制品的一个实例中，中空外壳可为星型多面体，或者中空外壳的表面可包括突起或刺突以便为其中装载了制品的转筒式烘干机中的纺织品提柔软效果。
中空外壳的一个或多个开口可为尺寸均匀并围绕中空外壳隔开的，可具有尺寸分布，和/或可位于中空外壳的一个或多个部分中。在一些实施方式中，一个或多个开口为球形的，或者它们可为延长的、线性的和/或狭窄的开口(即，狭缝)。开口应具有足够尺寸以允许基材自由接近清洗水或烘干机空气，但是避免能够抓住或挂住纺织品的任何部分(纽扣、拉链、拉带等)。开口可包括模制筛网或格子以防止除水和空气之外的任何东西进入外壳。
在一些实施方式中，中空外壳可包括，例如，围绕外壳均匀隔开的不到100个开口。在其他实施方式中，中空外壳可包括，例如，密集在一起的一百或数百个相对小的开口(即，筛网)。开口将基材暴露于中空外壳外部的环境，允许金属离子在暴露于水和/或热时从基材释放。因此，中空外壳的开口允许金属离子从基材释放到清洗水或转筒式烘干机中。
在本公开制品的一些实施方式中，基材以干或潮湿形式提供在外壳中。基材可用例如水、醇、硅油等湿润，并且被包装在仅在使用前打开的气密性包装中。基材的水分可在暴露于烘干机中的热和/或空气使蒸发，同时将金属离子释放到环境中。在另一个实例中，基材可为干的，由此使得该基材能够在将制品添加到转筒式烘干机之前的一些时间通过添加水来润湿。在仍然另一个实例中，基材可为干的，但可吸收来自被添加到烘干机的湿纺织品的水。随后被润湿的基材与纺织品一起干燥同时释放金属离子。在仍然另一个实例中，基材可被干燥，由此使得基材能被清洗盆中所含的水润湿。在仍然另一个实例中，基材可为干燥的，由此使得其通过蒸汽或湿气释放金属离子。
在一个方面，中空外壳是可再利用的，并且基材是可更换的。在此方面，在洗涤周期之后可将基材从外壳中去除并丢弃。随后可将未使用的基材放置到外壳中以备下一次洗涤循环使用。外壳可具有允许更换基材的开口，或者外壳自身可通过诸如螺纹、铰链等的机构打开。另外，基材可为可更换的卡式(cartridge-like)插入物的形式。在一些实施方式中，整个制品是用完即弃的(即，一次性使用)。
如上所述，基材包括包含具有抗菌活性的金属离子(例如，银离子或铜离子)的芯组合物。能够提供金属离子的可解离的离子化合物是公知的。可调整化合物和离子的量以适应清洗盆的尺寸和洗涤负荷。另外，离子的量可被调节以适应金属离子从芯组合物释放的速度。为提供抗菌效果在洗涤过程结束时赋予纺织品的银离子的量在每kg纺织品中约1mg至约100mg的范围内，例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90和100mg/Kg(及其部分)。在处理过程中离子从基材转移到纺织品的效率将决定了过程开始时基材中所必需的离子量。
因此，在多个实施方式中金属离子的量可在约10至约100mg/kg范围内，取决于预期的洗涤负荷大小。作为一个实例，在具有盛装约10-20L水的清洗盆和约10kg纺织品的洗涤负荷的典型家用洗衣机中，芯组合物中的硝酸银量可在约16mg至约316mg范围内，其包含约10mg至约200mg银离子，例如，约10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190或200mg银离子。硝酸银的量可被调整以适应洗涤容量以及本文所述基材的变化。对于其他金属离子化合物可以使用类似的量以便以为所处理的纺织品提供抗菌功效的量的金属离子。
在其中金属离子是银且基材潮湿的一个实施方式中，基材包含银离子的水溶液。溶解在水溶液中的银离子的浓度可在约50ppm至约1000ppm范围内，例如，约75ppm至约900ppm，或约125ppm至约800ppm，或约150ppm至约700ppm，或约175ppm至约600ppm，或约200ppm至约500ppm，或约225ppm至约400ppm，或约250ppm至约350ppm。银离子的量可被调整以适应基材尺寸和释放曲线，并且适应大或者小的转筒式烘干机或洗涤负荷。
在一些实施方式中，芯组合物还包括第二化合物。因此芯组合物可为离子化合物与第二化合物的组合。在某些这样的实施方式中，第二化合物降低了清洗水中来自离子化合物的金属离子(例如，来自硝酸银的银离子)的浓度，因此其是浓度较低和毒性较小的。例如，第二化合物可具有“结合”性质，这通过提供与金属离子具有低解离常数的抗衡离子来限制溶液中游离金属离子的可利用度。第二化合物也可控制金属离子的释放速率。在某些这样的实施方式中，阻止了大部分金属离子在清洗循环中的早期释放。由于一些金属离子(诸如银离子)对织物的强吸引力，可控制离子释放到清洗循环中的速率以防止金属离子在整个洗涤负荷中的不均匀分布，这可能是因为制品中全部剂量的金属离子变得立即可用并且粘附到洗涤负荷中制品附近的织物上。
芯组合物可还包括第三化合物，其可为水溶性的并且包含粘合/粘结材料以控制离子化合物和如果存在的第二化合物溶解于水中的速率。可能希望离子在清洗循环的较晚时候递送(例如在漂洗循环中，而不是洗涤剂循环)以最小化在清洗循环完成之前可能被洗掉的离子数量，和第三化合物，以确保在洗涤循环的合适部分(洗涤、漂洗、干燥)中的合适时间存在足够的银。
在本公开的多个实施方式中，金属离子的释放是通过首先用离子化合物与任选的第二化合物和/或第三化合物的混合物浸渍基材来实现的。例如，在某些这样的实施方式中，基材可被浸泡在包含芯组合物的溶液中并使其干燥。在浸渍材料已干燥之后，施加同时具有粘结和粘合性质的第三化合物层以在基材上产生外层。这种外层在清洗中的作用是缓慢溶解从而延迟下层的第一化合物和第二化合物暴露于清洗水的时间点。当使用第三化合物作为外涂层时，下层的第一和第二化合物在第三化合物被完全(或大部分)去除之前均不会暴露。水溶性聚合物(诸如，聚乙烯醇和聚丙烯酰胺)是适合用作第三化合物的化合物类型的实例。
在另一个实施方式中，第三化合物可与第一化合物和化合物混合以形成一种芯组合物，所述芯组合物具有通过将基材在一次应用中浸渍而不是如上所述的两步法过程来简化生产过程的可能。
多种化合物可适合用作根据本公开的制品的第二化合物。第二化合物可以是离子性或非离子性的。非离子化合物的实例包括配体，诸如，胺、膦(phosphines)、苯甲酸和邻苯二甲酸；以及有机溶剂和非离子表面活性剂，包括长链醇，诸如，鲸蜡醇、硬脂醇和油醇；聚醚，诸如，聚乙二醇、聚丙二醇、聚甲醛、聚环氧乙烷和聚环氧丙烷；葡糖苷烷基醚；甘油烷基酯；和聚山梨酯。
可适合用于第二化合物的离子化合物的实例也在表1中示出，其提供了非排他性的可用化合物的列表，其以银离子和第二化合物的抗衡离子之间的解离常数的降序排列。通常，解离常数越小，溶液中可用银离子的浓度(即，溶解度)越低。例如，诸如硝酸钠和氟化钠之类的化合物可与硝酸银混合以减少芯组合物中的总银量。如表1中所示，该组合物将最快解离并且使银离子在清洗浴中可用。在其他实例中，与诸如氯化钠和硫酸钠的化合物的混合物将不仅减少芯组合物中的总银量，还将提供与银更强力相关的抗衡离子(例如，Cl-，SO4 2-)，限制了清洗浴中可用银离子的浓度。在这样的实例中，当从溶液中去除可用银离子(例如，通过沉积到布料或纺织品上)，更多的银将与第二抗衡离子解离并变为可用银离子。
表1
硫酸钠已在粉末状衣物洗涤剂中用作填料，因此其安全性和功效已被确认。除了表1中所示的化合物之外，也可使用提供其他离子(例如，溴离子和碘离子)的化合物(例如，溴化钠或溴化钾或者碘化钠或碘化钾)。在多个实施方式中，金属离子与第一抗衡离子的解离常数等于或大于金属离子与第二抗衡离子的解离常数。
离子交换过程如何以硝酸银作为离子化合物和以硫酸钠作为第二化合物的实例如下所述：
在第一步骤，硝酸银(AgNO3)将与硫酸钠(Na2SO4)混合以提供芯组合物。当化合物在清洗水存在下在制品中时，形成包含银离子(Ag+)、钠(Na+)、硝酸根(NO3 -)和硫酸根(SO4 2-)的溶液。在第二步骤中，银和硫酸根离子强力相关形成硫酸银(Ag2SO4)，限制了溶液中的银离子可用度。当硫酸银在清洗水中存在时，银和硫酸根离子将缓慢解离并被释放到清洗浴中。当银离子被沉积到布料或纺织品上时，更多的银将与硫酸根解离，成为可用银离子。或者，银(来自硫酸银)可与布料或纺织品接触并直接沉积于其上，例如，在烘干机中。
或者，硫酸银可被替换为芯组合物中的两种成分硝酸银和硫酸钠。这种相同的替换选择适用于表1中所列出的所有其他化合物。区别是在清洗水存在下时所列出的不同化合物仅发生步骤2。
类似地，碳酸钠和硫酸钾也将形成溶解度低于硝酸银的银化合物。这两种化合物与硝酸银的化学过程如下所示：
碳酸钠
硫酸钾
在本公开的一些实施方式中，基材还可包括为纺织品提供益处的多种材料或化合物。例如，基材可包括香料、衣物柔软剂或其组合。在一些实施方式中，基材可包括润滑剂或能够在例如转筒式烘干机中提供防静电作用的带正电的材料。
本文所述的本公开的另一方面是一种通过将纺织品装载到包含水的清洗盆(即常规的洗涤脱水机中的)中并装载本公开的制品来处理纺织品的方法。在清洗循环中，所述制品释放金属离子，后者附着到纺织品上。在清洗循环结束时，当使用机械干燥循环时，制品可与湿布料或亚麻一起取出并被移到烘干机中。在烘干机中，额外的金属离子可从制品沉积到布料或亚麻上。最后，在干燥循环结束后，当被干燥的衣物被取出和分离时，制品可被去除并扔到垃圾中。至此，预期全部或大部分金属化合物将已离开制品。
本文所述的本公开的另一方面是通过将纺织品与本公开的制品一起装载到衣物烘干机中来处理纺织品的方法。这样的方法不需要显著量的水或者清洗盆，而且产生很少或者不产生流出物。在该方法的一些实施方式中，基材是潮湿的。在该方法的其他实施方式中，制品的基材不是潮湿的，在这种情况中本文所公开的方法还可包括在将制品装载到烘干机之前润湿基材。在该方法的其他实施方式中，制品的基材不是潮湿的，在这种情况中本文所公开的方法可包括将湿纺织品装载到烘干机中。
在该方法的一些实施方式中，被装载到烘干机或者包含水的清洗盆中的物品可包括任何纺织品或可洗涤物品，诸如，例如，衬衫、长裤、袜子、床单、窗帘、枕头、毛巾、毯子、内衣等。在该方法的一些实施方式中，被装载到烘干机中的物品可包括任何不可洗涤物品(例如，不能在常规洗衣机中洗涤的物品)，诸如，例如，运动服、运动垫、绳子、鞋等。这些物品可以在干燥循环中处理。在一些实施方式中，物品是湿的或潮湿的。在一些实施方式中，物品在进入烘干机时是干的。
实施例
下面的实施例是解释本公开具体实施方式及其多个用途的。它们仅为了解释的目的，并且不应被视为限制本公开。
实施例1：烘干机中的洗衣球
将47mL的317ppm银离子添加到被包装在塑料中空外壳的聚氨酯海绵中，所述塑料中空外壳具有3.5英寸直径，并且具有31个直径在3/32英寸到3/16英寸范围内的均匀隔开的圆形开口。制品被包含在湿装载的纺织品(干重6.7lb)中，在标准家用烘干机中以“重负荷(heavy duty)”、“高温(High Temperature)”(120-155°F)和“高烘干(More dry)”的设定进行55分钟的转筒式烘干循环。三次独立运转得到了被纺织品摄入的银含量为1.2、6.2和3.7mg/kg，平均银含量摄入为3.7mg/kg。制品也被包含在干装载的纺织品中，使用与湿装载的纺织品相同的参数进行转筒式烘干循环。三次独立运转得到了被纺织品摄入的银含量为0.9、1.0和4.8mg/kg，平均银含量摄入为2.2mg/kg。
实施例2：洗衣机中的洗衣球
将55mL的317ppm银离子添加到被包装在塑料中空外壳中的棉纺织品和聚酯纺织品的混合物中，所述塑料中空外壳具有3.5英寸直径，并且具有31个直径在3/32英寸到3/16英寸范围内的均匀隔开的圆形开口。制品被包含在以干重6.7lb装载的纺织品中，在标准家用洗衣机中用21加仑水以及“正常设定”和“冷”温度进行55分钟的清洗循环，这包括以下步骤：加水10.5分钟，搅拌14.5分钟，排水/甩干(spin)6分钟，加水10.5分钟，搅拌5.5分钟，和排水/甩干8分钟。该循环得到了纺织品摄入的银含量为1.33mg/kg。
尽管本公开的优选实施方式已在本文中示出和描述，本领域技术人员明显可知这样的实施方式仅作为实例提供。现在本领域技术人员将作出多种变动、改变和替换而不背离本公开。应理解本文所述的本公开的实施方式的多个替代方案可用于实施本公开。预计后面的权利要求限定了本公开的范围并且这些权利要求及其等价方案的范围内的方法和结构也由此被涵盖。

Claims (25)

1.一种制品，包括：
(a)多孔基材；和
(b)芯组合物，其包括具有抗菌活性的金属离子；
其中芯组合物与基材可释放地相关。
2.如权利要求1所述的制品，其中金属离子是银离子。
3.如权利要求1所述的制品，其中金属离子是铜离子。
4.如权利要求1所述的制品，其中基材包括织物。
5.如权利要求4所述的制品，其中织物包括棉和聚酯中的至少一种。
6.如权利要求1所述的制品，其中基材包括海绵。
7.如权利要求6所述的制品，其中海绵包括聚乙烯、聚丙烯和聚氨酯中的至少一种。
8.如权利要求1所述的制品，其中基材是开孔泡沫塑料。
9.如权利要求8所述的制品，其中开孔泡沫塑料包括聚乙烯、聚丙烯及其组合。
10.如权利要求8所述的制品，其中开孔泡沫塑料具有以下性质中的至少一种：(a)孔径为约10μM至约50μM，和(b)孔密度为每英寸约10-30孔。
11.如权利要求1所述的制品，其中基材为潮湿的。
12.如权利要求1所述的制品，还包括包住基材的中空外壳，其中所述中空外壳包括将基材暴露于外壳外部的环境的一个或多个开口。
13.如权利要求12所述的制品，其中中空外壳包括硬塑料。
14.如权利要求12所述的制品，其中中空外壳为类球形或球形的。
15.如权利要求1中任一项的制品，其中芯组合物还包括包含第二离子和第二抗衡离子的第二化合物，其中金属离子与第一抗衡离子的解离常数等于或大于金属离子与第二抗衡离子的解离常数。
16.如权利要求15所述的制品，其中第二抗衡离子选自硝酸根、氟离子、硫酸根、碳酸根、氯离子、溴离子、碘离子和硫离子。
17.如权利要求15所述的制品，其中芯组合物还包括包含粘合/粘结材料的第三化合物。
18.如权利要求17所述的制品，其中基材用包含粘合/粘结材料的第三化合物涂布。
19.一种处理纺织品的方法，包括：
将纺织品和权利要求1-18中任一项所述的制品装载到含水的清洗盆中，和
在制品的存在下洗涤纺织品。
20.如权利要求20所述的方法，其中洗涤包括清洗循环和漂洗循环中的至少一个。
21.一种处理纺织品的方法，包括：
将纺织品和权利要求1-18中任一项所述的制品装载到滚筒式烘干机中，和
将纺织品和制品在烘干机中暴露于热和空气中的至少一种。
22.如权利要求21所述的方法，还包括干燥纺织品。
23.如权利要求21所述的方法，包括在将制品装载到烘干机中之前向制品的基材提供水分。
24.如权利要求21所述的方法，其中纺织品是不可洗涤物品。
25.如权利要求21所述的方法，其中纺织品和制品在被装载到烘干机中时是干的。
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