CN1726050A - 半封闭式凝胶释放系统 - Google Patents

Abstract

通过提供一种包含有挥发物的凝胶系统可以获得有线性释放率的活性物质的分配器，其中所述凝胶系统有特定的尺寸比率，以使得挥发物从所述凝胶系统的直接暴露表面区域的释放率与从不直接暴露到大气中的所述凝胶系统的表面区域的释放率总和在所述散发装置的整个寿命期基本保持恒定。

Description

半封闭式凝胶释放系统

相关申请

本申请要求的是2002年11月15日提出的美国临时申请号60/426,845的利益。

背景技术

本发明涉及挥发性材料的分配器，此分配器包含一块凝胶型固体或半固体材料，此材料块被设计成能随着时间以接近线性的释放率释放最大量的挥发性材料。也就是说，挥发性材料的释放率在分配器的整个寿命期内基本上是一致的。

公众对许多固体或凝胶类型的空气清新器或挥发性材料的分配器很熟悉。最熟悉的是面向大众出售的美国威斯康星州Racine市的S.C.Johnson & Son股份有限公司生产的Glade空气清新器和美国阿肯色州Scottsdale市的Dial公司生产的Renuzit空气清新器。虽然已知有其它的挥发性材料分配器和空气清新器，比如结合了液体以帮助液体蒸发的芯绳，和加热后能挥发出香气或其它可蒸发成分的材料，但本发明特别针对的是挥发性材料的分配器，其中，香气或其它挥发性活性物质被包围进一个固体或半固体材料内，并通过蒸发随时间流逝而释放出来，以提供令人愉悦的香气、释放杀虫剂或昆虫控制材料、对抗讨厌的气味或用作其它的目的。除了挥发性材料在分配器被出售给顾客之前从分配器中蒸发的问题以外，与这些分配器相关的一个问题是随着活性材料被释放，所述凝胶会变得干燥或皱缩，并最终变成无吸引力的、耗尽的、要被丢掉的硬块，并且活性物质或挥发性材料以不平均的或可变的释放率从凝胶中散发出去。也就是说，香气或其它活性材料在初始暴露到大气中时从凝胶中以高释放率被散发，并且随着时间的流逝释放率变慢，因此在散发装置及其包含的材料的寿命范围的末期时，所述挥发性材料以比初始释放率更慢的释放率被释放。

发明内容

我们已经发现，通过提供给凝胶一个特定的外形，活性物质从活性材料的凝胶类型分配器中近似线性释放，由此活性物质到大气的释放被加强。

一般来说，这样的系统可被归类为半封闭式凝胶系统或开放式凝胶系统。为了理解，我们将半封闭式凝胶系统界定为一个这样的系统，其中凝胶表面只有一部分直接暴露到周围流动的空气中，将开放式凝胶系统界定为这样的系统，其中基本上全部有效凝胶表面被暴露到周围空气中。本发明涉及的是半封闭式凝胶系统。

从开放式凝胶中的总释放率(TRR_OG)与整个凝胶的表面积成比例，如下面表达式所示：

(1)TRR_OG＝K*C_O*A_D

这里：C_O＝凝胶表面活性物质的浓度，

K＝质量传递系数，并且

A_D＝完全开放的装置中凝胶的表面积

基于等式1，在一个完全开放的凝胶系统中，只有当凝胶的表面积A_D保持恒定或在产品的整个寿命中只允许有少部分的改变时，可以获得一个接近于零次的释放率(即随时间恒定的释放率)。因此，通过小心地控制凝胶表面的外形，我们可以获得凝胶系统中活性材料的零次释放率，提供一个从初始打开到最终活性材料蒸发完而被处理这段期间的相对恒定的活性材料的释放率。

尽管如此，在半封闭式凝胶(与开放式凝胶相反)的情况下，除了凝胶的表面积外还有参数会影响从所述装置的总释放率。此结论是基于对半封闭式凝胶的分析。基于我们的分析，从半封闭式凝胶中的总释放率(TRR_SEG)由如下公式给出：

${\mathrm{TRR}}_{\mathrm{SEG}}=K*C_O*A_D+\frac{C_O*\sqrt{K*\frac{A_D}{G}*D*A_P}}{\tanh \left(\sqrt{k*\frac{A_D}{G*D*A_P}*H}\right)}$

这里，

A_D＝直接暴露到周围流动空气中的凝胶表面积；

A_P＝封闭物内产生的蒸气能扩散的有效面积；

G＝间隙高度；

H＝凝胶高度；

D＝扩散系数。

仔细检查等式2可以知道，有两个参数，叫做A_D与A_P，对决定半封闭式凝胶的总释放率起着重要的作用。等式2右侧的第一项描述的是所述凝胶的暴露部分对总释放率的直接蒸发贡献。第二项表示的是封闭物内产生的蒸气对总释放率的扩散贡献。通常，因为A_D的值随时间递减，所以直接蒸发贡献也随时间递减。尽管如此，因为A_P的值随时间递增，所以扩散贡献也随时间递增(事实上，在所述凝胶的横截面纵横比接近于1的情况下，A_P能达到最大值)。如果按以下所述来实施，那么等式2中的第一项与第二项的抵消作用可以导致一个接近于零次的释放率。

附图说明

图1是根据本发明所描述的一个凝胶类型的挥发性材料分配器的外部容器的透视图。

图2是根据本发明所描述的凝胶系统的平面关系坐标图。

图3描述的是容器与本发明的凝胶系统间的关系，显示了挥发性材料的释放面积，即释放的挥发性材料的流通线。

具体实施方式

本发明涉及一种活性物质或挥发性材料的凝胶类型分配器，本类型普遍地应用于空气清新、昆虫控制、消除气味及其它类似的方面。如图1所示，这样一个分配器(1)通常包含一个基部(2)，和一个盖子或关闭部件(3)，其中所述基部包含挥发性材料，例如空气清新除臭剂或香气，并且其中所述关闭部件或盖子相对于基部可以手动移置，以提供能控制活性材料挥发或蒸发的有效速率的手段。这样的盖子或关闭部件相对于基部通常可以被主动地锁定，如图1所示，以阻止活性材料的不期望的蒸发或挥发。在打开关闭部件以暴露所包含的凝胶后，所述盖子关于基部可以被调节，以允许对凝胶挥发率的实质控制或变更。虽然其它材料也可以利用，但所述基部和盖子优选的是模制塑料材料。所述容器可以进一步包含支撑部件或支柱，可以是单个或多个，为容器中的凝胶材料提供支撑与强度，凝胶部件环绕着支撑部件或支柱而被模制或成型。本发明所涉及的凝胶材料对本领域的从业者来说是公知的，同样制造方法和如图1所示的容器内的布置方式也是公知的，因此在本发明中不做更详细的讨论。用于本发明散发装置的活性物质或挥发性材料的供应与选择也是公知的，因此不需要进一步讨论。相反，本发明针对的是装置中包含活性物质的凝胶或固体材料的尺寸关系。

为了使凝胶系统内挥发物获得恒定(零次)释放率，考虑包含活性物质的材料(在以下为凝胶系统)的三维外形是很有用的，如图2所示。在图2中，描述了维度x，y与z，在所述维度交叉处有一个原点(0，0，0)，其中所述凝胶系统应当被以这样的方式放置，即它应完全位于x，y，z坐标系统的第一象限中并且一点要接触原点(0，0，0)。维度x，y与z和其它参数因此被定义为：

x_i＝在挥发初始时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在x方向上度量的最长维度；

y_i＝在挥发初始时凝胶系统的直接暴露区域在x-y平面中的投影在y方向上度量的最长维度；

z_i＝在挥发初始时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度；

H_i＝在挥发初始时整个凝胶系统在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度；

x_F＝在挥发终止时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在x方向上度量的最长维度；

y_F＝在挥发终止时凝胶系统的直接暴露区域在x-y平面中的投影在y方向上度量的最长维度；

z_F＝在挥发终止时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度；并且

H_F＝在挥发终止时整个凝胶系统在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度；

如图3所示，通过盖子3离开基部2的运动，挥发性材料的蒸发或流通可沿箭头5的方向，从不直接暴露到大气中的表面区域开始，并通过间隙4，在被定义为A_P的区域发生，所述区域A_P即扩散区域，即不直接暴露到大气中但是能够挥发活性材料的区域。当然，挥发性材料的蒸发或流通也可以沿箭头6和7的方向通过间隙4从直接暴露到大气中的区域A_D发生。

为了保持一个不会严重偏离零次释放的释放率，必须满足如下比率：

1)x_i/y_i＞1.5，优选的是＞2.0，并且最优选的是＞5.0；

2)H_i/z_i＞2.0，优选的是＞4.0，并且最优选的是＞5.0；

3)x_F/y_F＞2.0，优选的是＞5.0，并且最优选的是＞20.0；

4)

优选的是＞0.4，并且最优选的是＞0.7；

其中：A_D＝直接暴露到周围流动空气中的凝胶表面积；

      A_P＝封闭物内产生的蒸气能扩散的有效面积；

5)

优选的是＞0.75，并且最优选的是＞0.9；且

6) 优选的是＜3.5，并且最优选的是＜1.5；

获得一个接近于零次的释放率的优选方法是要确保在产品的寿命期间，在A_D与A_P中的百分比的变化均要被限定在一定的界限内。下面的表格显示的是在本发明与传统的Renuzit空气清新器的情况下在产品的寿命期间参数A_D与A_P的百分比变化。

	直接蒸发区域(AD)			扩散区域(AP)			纵横比
								初始	终止	终止/初始	初始	终止	终止/初始
	本发明	32.39	23.75	0.7333	6.88	26.6								3.866	1.75
Renuzit							26	9	0.3462	4.62	31.84	6.892	1

基于上面的表格，我们相信，只要坚持下面的条件，就可以获得不会严重偏离零次的释放率：

A_D的终止值比初始值的比率应当大于0.65；

A_P的终止值比初始值的比率应当小于4.0；并且

所述凝胶横截面的纵横比应该大于1.5。

另外有实验证明，通过遮盖封闭物内的凝胶部分的表面来消除扩散流，使得在产品寿命的延长期间零次释放行为是可行的。这能够发生是因为位于装置封闭区域内的凝胶可以被用作一个贮备来为直接蒸发区域供应凝胶，以将其表面区域的分数变化维持在一个更小值(根据等式1，要达到零次释放行为必须满足的一个条件)。

Claims (4)

1.一种用于释放挥发性材料的半封闭式凝胶系统，其中在x，y，与z维度方向所述凝胶系统的尺寸如下：

a.x_i/y_i＞1.5，优选的是＞2.0，并且最优选的是＞5.0；

b.H_i/z_i＞2.0，优选的是＞4.0，并且最优选的是＞5.0；

c.x_F/y_F＞2.0，优选的是＞5.0，并且最优选的是＞20.0；

d. 优选的是＞0.4，并且最优选的是＞0.7；

其中：A_D＝直接暴露到周围流动空气中的凝胶表面积；

A_P＝封闭物内产生的蒸气能扩散的有效面积；

e. 优选的是＞0.75，并且最优选的是＞0.9；且

f. 优选的是＜3.5，并且最优选的是＜1.5；

其中：

x_i＝在挥发初始时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在x方向上度量的最长维度；

y_i＝在挥发初始时凝胶系统的直接暴露区域在x-y平面中的投影在y方向上度量的最长维度；

z_i＝在挥发初始时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度；

H_i＝在挥发初始时整个凝胶系统在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度；

x_F＝在挥发终止时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在x方向上度量的最长维度；

y_F＝在挥发终止时凝胶系统的直接暴露区域在x-y平面中的投影在y方向上度量的最长维度；

z_F＝在挥发终止时凝胶系统的直接暴露区域在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度；并且

H_F＝在挥发终止时整个凝胶系统在x-z平面中的投影在z方向上度量的最长维度。

2.根据权利要求1所述的半封闭式凝胶系统，其特征在于：

a.A_D的终止值比初始值的比率大于0.65；

b.A_P的终止值比初始值的比率小于4.0；并且

c.所述凝胶横截面的纵横比大于1.5。

3.根据权利要求2所述的半封闭式凝胶系统，其特征在于，所述挥发性材料是从由用作空气清新、昆虫控制、和气味消除的材料组成的群组中选择出来的。

4.根据权利要求2所述的半封闭式凝胶系统，其特征在于，所述挥发性材料是香气。

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