JP2014508779A - 第四級アンモニウム化合物の電気化学的生成 - Google Patents
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Abstract
第四級次亜ハロゲン酸塩の電気化学生成のための方法と装置が開示されている。新規な殺生物システムを形成するため、遊離塩素の能力と組み合わせることが可能である。好適には、溶解した第四級アンモニウムハロゲン化物塩を含んだ水溶液が電気分解され、第四級アンモニウム塩のハロゲン化物成分を対応するハロゲンに変換する。ハロゲンは水溶液に溶解し、次亜ハラス酸および次亜ハロゲン酸塩陰イオンを発生させる。1以上の第四級アンモニウム化合物と、ハロゲン化物塩、界面活性剤、及び/又は殺菌剤の組み合わせを電気分解することができる。溶液は、スプレーボトルまたは手動殺菌具のごとき搬送システムによって利用が可能であり、あるいは第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩として排出される第四級アンモニウムハロゲン化物塩を含浸した拭布を排出するシステムの一部として利用が可能である。
Description
本願は、2011年3月9日に出願された米国仮特許願第61/450735号「第四級アンモニウムハロゲン化物塩から第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩を生成する電気化学生成器」の優先権を主張する。
本願は、第四級アンモニウムハロゲン化物塩の第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩への電気化学変換に関し、好適には第四級アンモニウムハロゲン化物塩のハロゲン化物陰イオンの陽極酸化を通じた電気化学変換に関する
以下の説明はいくつかの刊行物および参考資料に言及する。本明細書でのそのような刊行物の説明は、科学的原理のさらに完全な背景の説明のためであって、そのような刊行物が、本発明の特許性の判定に関わる従来技術であると本出願人が自認しているわけではない。
空気中、物体表面上または液体内に存在する微生物の制御には消毒薬および殺菌剤が使用される。消毒剤として使用される通常の化学薬品には、アルコール類、アルデヒド類、酸化薬品類(ハロゲン類、次亜ハラス酸類、次亜ハロゲン酸塩陰イオン類、クロラミン類、過酸化水素、オゾン、等々)、フェノール類および第四級アンモニウム化合物類が含まれる。第四級アンモニウム化合物を含む一部の消毒剤は界面活性クリーニング(清浄)剤または腐食防止剤としても機能する。これら化学薬品のそれぞれは、様々な適用形態に適した独特で特殊な特性を有し、特に特定の利用形態において好適である。中でも塩素溶液は最も利用性があり、広範囲に利用される殺菌剤である。典型的には塩素溶液は塩素ガスを水中で泡立てる(上水道の消毒形態)か、塩素の濃縮水溶液形態で使用現場にまで搬送することで作製することが可能であるが、塩化ナトリウム(塩)から電気化学的に作製することもできる。塩化ナトリウム水溶液および他のアルカリ金属ハロゲン化物塩を含んだ鹹水の電気分解は、ハロゲン、次亜ハラス酸および次亜塩素酸塩溶液の作製のために長期にわたり利用されてきた。典型的には、消毒処理、衛生処理、清浄処理、その他の利用形態で利用が可能なハロゲン溶液の電気分解による作製のために寸法的に安定した陽極が使用される。
第四級アンモニウムハロゲン化物塩は、非飲用水でのハロゲン水溶液に対して通常に使用される別例の殺菌剤である。第四級アンモニウムハロゲン化物塩の一般的な化学構造はNR4Xである。ここでNは中心窒素原子であり、Rは有機炭化水素官能基であり、Xはハロゲン化物(Cl−、Br−またはI−)である。消毒および殺菌において普通に使用される第四級アンモニウムハロゲン化物の例には、塩化ベンザルコニウム(アルキル鎖は8個から18個の炭素原子を含む、N−アルキル−N−ベンジル−N−ジメチルアンモニウムクロライド)、塩化または臭化ベンゼトニウム、塩化または臭化セントリモニウム(塩化または臭化セチルトリメチルアンモニウム)、塩化セチルピリジウム、デクアリニウム、および塩化ジデシルジメチルアンモニウムが含まれる。第四級アンモニウム陽イオンは主要な活性成分であり、細胞膜に孔部を設けることによって微生物を破壊する。第四級アンモニウム陽イオンは環境的に安定しており、長寿命である残留消毒能を提供する。第四級アンモニウムハロゲン化物化合物は物体表面を消毒するが、特に医療産業、食品産業および飲料品産業で多用される。第四級アンモニウム化合物は他の利用形態でも消毒および殺菌のために使用されるが、それには石油/ガス掘削用の水圧破砕水または処理水の処理、抗菌用消費者製品の部材および冷却塔用水の処理が含まれるが、それらに限定はされない。それらは酸性溶液内の鉄および鋼の腐食防止剤としても、あるいは腐食防止用処方剤の重要な部分の一部としても使用される。
第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩を効果的に生成するための塩素溶液及び/又は混合酸化物溶液および第四級アンモニウム塩の組み合わせは、消毒剤溶液または殺菌剤溶液の殺菌特性を増強するために使用できる。しかし、典型的には、組み合わされた溶液は急速に劣化する。化合物の有機部分が次亜ハロゲン酸塩部分と反応し、消毒および殺菌のための全体的組み合わせの実効性を低減し、化合物と溶液の安定性に悪影響を及ぼすと考えられている。従って、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩化合物を使用現場で必要に応じて生成し、殺菌剤を使用直前に生成させる方法が所望されている。特に、前駆体(例えば、ハロゲン塩または鹹水および第四級アンモニウム塩)は非常に安定しており、長期にわたって保管できるため、そのような現場生成方法が所望されている。増強された抗菌活性の組み合わせを含んだ第四級アンモニウム陽イオンおよび次亜ハロゲン酸塩陰イオンまたはハロゲンを第四級アンモニウムハロゲン化物塩から使用現場で生成させる方法は知られていなかった。
ハロゲン化物イオンの電気化学的酸化処理は、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩化合物を現場で必要に応じて生成する1つの方法である。ハロゲン化物の電気化学的酸化処理を通じたそれぞれのハロゲン化物イオンからハロゲン(塩素、臭素またはヨウ素)の水溶液の電気化学的な作製は良く知られた技術である。しかし電気化学処理は(電極表面での酸化処理または還元処理を通じて)第四級アンモニウム化合物の水溶液など水に溶解した有機化合物を破壊する可能性がある。よって、効果的に消毒剤、殺菌剤、クリーニング剤、界面活性剤、及び/又は腐食防止剤として作用することができる第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩化合物を生成するために、そのような化合物を単独あるいは追加のアルカリハロゲン化物化合物と組み合わせて、それらを破壊することなく電気化学的に酸化させる方法を開発することが有利である。
本発明の1実施態様は溶液の製造方法であり、第四級アンモニウム化合物を溶液に含んだ第1溶液を電気分解するステップと、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩を含んだ第2溶液を準備するステップとを含んでいる。この第四級アンモニウム化合物は、好適には第四級アンモニウムハロゲン化物を含んだものである。第1溶液はオプションで、ハロゲン化物塩、好適にはアルカリ金属ハロゲン化物塩を追加的に含んでいる。第1溶液はオプションで、界面活性剤、有機界面活性剤、着色剤、香料、消毒剤、殺菌剤、殺生物剤で成る群から選択される化合物を含んでいる。第2溶液は好適には、ハロゲン化物系酸化物、ハロゲン、過酸化水素、オゾン、二酸化塩素、およびそれらの組み合わせから成る群からオプション的に選択される追加の酸化物種をさらに含んでいる。第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩と第2溶液内の追加の酸化物種との組み合わせは、好適には、混合された第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩と追加の酸化物種とを含んだ電気分解が施されていない溶液に対して、第2溶液の消毒効率を大きく向上させる。この第2溶液は好適にはハロゲン化物塩を実質的に含まない。
本発明の別実施態様は溶液を準備する方法であり、第1の第四級アンモニウム化合物と第2成分とを含んだ第1溶液を電気分解するステップと、第2の第四級アンモニウム化合物と第2化合物とを含んだ第2溶液を準備するステップとを含んでいる。この第2成分はオプションでアンモニアまたはアンモニウム塩を含んでおり、第2化合物はハロアミンを含んでいる。あるいは、第2成分は亜塩素酸塩を含み、第2化合物は二酸化塩素を含む。あるいは、第2成分は、第1溶液の自然に溶解する酸素濃度よりも高い濃度で溶解した酸素を含んでおり、第2化合物は過酸化水素を含んでいる。この場合、電気分解ステップは好適には分割された電解槽内で第2の第四級アンモニウム化合物と共に実施され、過酸化水素が分割形態の電解槽の陰極隔室内で生成される。もし第1溶液が第四級アンモニウムハロゲン化物またはハロゲン化物塩を含んでいるなら、好適には第2溶液は、分割された電解槽の陽極隔室内にて生成される第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩をさらに含んでいる。
本発明の別実施態様は、請求項1から16に従って準備される溶液を排出させる装置の提供であり、陽極と陰極を含んだ通流型電解槽と、溶液を排出するスプレーノズルとを含んでいる。装置はオプションでスプレーボトル形状体を含んでおり、溶液の電気分解は引金装置によって起動される。あるいは装置はハンドクリーナを含み、溶液の電気分解はレバーによるか、少なくとも一方の手を装置の下側に配置することで起動できる。
本発明の別実施態様は溶液を含浸する拭布(ワイパー)を排出する装置であり、第四級アンモニウム化合物を含浸する拭布の供給源と、陰極および陽極を含むものであり、拭布は陽極と陰極との間で排出可能であり、排出時に第四級アンモニウム化合物が電気分解される。陽極はオプションでドラム型陽極を含むことができ、陰極はオプションでドラム型陰極を含むことができる。あるいは、陽極と陰極は平坦プレートを含み、装置はさらに、陽極と陰極との間で拭布を押圧する押圧機構を含んでいる。好適には拭液は第四級アンモニウムハロゲン化物、ハロゲン化物塩、界面活性剤、有機界面活性剤、着色剤、香料、消毒剤、殺菌剤および殺生物剤で成る群から選択される化合物を含む。
本発明の別実施態様は要求に応じて第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液を作製する方法であり、第四級次亜ハロゲン酸塩を含んだ第1溶液の所望量を信号するステップと、第四級アンモニウム化合物を含んだ第2溶液を、ハロゲン溶液を含んだ第3溶液と混合するステップとを含んでおり、第2溶液と第3溶液の量は第3溶液の所望量に対応したものである。さらにこの方法は、所望量の第3溶液を準備するステップと、所望の溶液を直ちに、または第3溶液の大きな劣化に先立って排出するステップとを含んでいる。
本発明の目的、利点、新規な特徴、および追加的利用範囲は、添付の図面を参考に付した以下の詳細な説明において一部が記載されており、その説明を読めば専門家には明確になるであろう。本発明の目的および利点は「請求の範囲」で特定的に記した特徴およびそれらの組み合わせによって実現および達成されるであろう。
添付図面は本発明の実施例を図示しており、本明細書の説明と共に本発明の原理を説明するものである。これら図面は、単に本発明の種々な実施例を図示しているだけであり、本発明を限定するものと理解されるべきではない。
本発明の実施例は、搬送システムの一部(例えばスプレーボトル)として、あるいは排出システムの一部としての独特な電気化学電解槽であり、その電解槽によって、好適には第四級アンモニウムハロゲン化物塩が溶解した溶液とし、好適には電気化学的に第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩に変換した溶液とし、拭具に吸収される第四級アンモニウムハロゲン化物塩を第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩として排出させる電気化学電解槽、並びにその方法である。第四級アンモニウム陽イオンと、ハロゲン系消毒剤(例えば、二原子ハロゲン、次亜ハラス酸または次亜ハロゲン酸塩陰イオン)との間の他の組み合わせ物も生成できる。適した第四級アンモニウムハロゲン化物塩を選択することで、腐食防止特性、スケール形成防止特性、界面活性特性またはクリーニング特性のごとき1以上の所望の特性を備えた対応する第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液が作製できる。
本発明の1実施例では、溶解した第四級アンモニウム塩を含んだ水溶液が電気分解され、第四級アンモニウム塩のハロゲン化物成分が対応するハロゲンに変換される。このハロゲンは水溶液に溶解され、次亜ハラス酸および次亜ハロゲン酸塩陰イオンが発生される。一般的な電気化学反応は単純化された以下の式で説明できる。
NR4 +X−+H2O→NR4 +XO−+H2
ここで、NR4+は、4個の炭化水素官能基(R)に結合された中心窒素原子を含んだ第四級アンモニウムイオンであり、X−はハロゲン化物イオン(例:Cl−、Br−またはI−)であり、XO−は次亜ハロゲン酸塩イオン(例:CIO−、BrO−、IO−)である。この方法で利用できる第四級アンモニウム化合物の例には、限定はしないが、塩化ベンザルコニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、塩化セチルメチルアンモニウム、塩化オクチルメチルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラプロピルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、塩化セチルピリジニウム、臭化ベンザルコニウム、臭化ジデシルジメチルアンモニウム、臭化セチルメチルアンモニウム、臭化オクチルメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、臭化セチルピリジニウム、ヨウ化ベンザルコニウム、ヨウ化ジデシルジメチルアンモニウム、ヨウ化セチルメチルアンモニウム、ヨウ化オクチルメチルアンモニウム、ヨウ化テトラメチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、およびヨウ化セチルピリジニウムが含まれる。例えば、ポリマー状の第四級アンモニウム化合物は、限定はしないが、ポリクォータニウムポリマーであり、これらの反応では第四級アンモニウムハロゲン化物源としても利用できる。
本発明の実施例は、第四級アンモニウムハロゲン化物塩を第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩に変換させる電気化学処理を利用する。その処理の1例は図1に図示されている。水溶液形態の第四級アンモニウムハロゲン化物塩10のハロゲン化物陰イオン14は第四級アンモニウム陽イオン16から部分的に分離されるが、その関連性は維持する。電気化学電解槽に電気エネルギーが供給されると、ハロゲン化物陰イオン14は陽極プレート18の表面でハロゲン22に酸化される。続いてハロゲン22は水中に溶解し、次亜ハラス酸24とハロゲン化水素酸26を生成する。陰極20の表面では水分子28が水素ガス30および水酸化物陰イオン32に変換される。次亜ハラス酸24、ハロゲン化水素酸26、水酸化物イオン32および第四級アンモニウム陽イオン16は、好適には相関作用して第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩12を形成する。
本発明で利用できる様々な溶液組成物および運用条件が存在する。使用される第四級アンモニウムハロゲン化物塩は単塩、または1以上のハロゲン化物陰イオンと組み合わされた1以上の第四級アンモニウム部分を含んだ混合物であってもよい。同様に、第四級アンモニウム陽イオンの対イオンは塩化物、臭化物、あるいはヨウ化物でよい。第四級アンモニウム化合物に加えて、この電気分解処理において使用される溶液は、ハロゲン、次亜ハラス酸および次亜ハロゲン酸塩の生成能力を増進させるアルカリ金属ハロゲン化物塩のごとき追加のハロゲン化物を含むことができる。この場合の供給塩には、限定はしないが、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、およびヨウ化カリウムが含まれる。例えば、NaClおよび第四級アンモニウムハロゲン化物塩は同時的な電気分解が可能であり、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩および1以上の塩素系酸化物を含んだ組み合わせ殺菌溶液を作製する。さらに、本発明の電気分解処理中に使用される溶液は、第四級アンモニウム陽イオンに加えて、追加の殺菌剤のごとき他の殺菌成分や、着色剤および香料成分を含むことができる。
オプションで、電気分解に先立って、ハロゲン化物類、界面活性剤類(例:直鎖アルキルベンゼンスルフォン酸塩類)及び/又は殺生物剤のごとき他の殺菌性化合物が第四級アンモニウムハロゲン化物と共に溶液(鹹水等)に溶解される。もし、アルカリ金属ハロゲン化物塩(例:NaCl)のごときハロゲン化物が加えられるなら、第四級アンモニウムハロゲン化物だけではなく任意の第四級アンモニウム化合物が使用できる。なぜなら、ハロゲン化物塩はハロゲン化物を溶液に提供できるからである。本発明の実施例はまた、異なる消毒剤または界面活性剤の濃度を制御または調整する方法も含み、特定の消毒またはクリーニング利用のために相助作用を制御することもできる。
他の化合物を電気化学電解槽に使用される溶液または鹹水に加えることができる。もしアンモニアまたはアンモニウム塩(例:塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、等々)が加えられるなら、第四級アンモニウム化合物と、モノクロラミン、ジクロラミン、トリクロラミン、モノブロマミン、ジブロマミン、トリブロマミン、モノイオダミン、ジイオダミン、またはトリイオダミンのごときハロアミンとの両方を含んだ溶液が作製される。もし亜塩素酸塩(ClO2−)(亜塩素酸ナトリウム等)が加えられるなら、第四級アンモニウム化合物と二酸化塩素との両方を含む溶液が作製される。もし電気化学電解層に供給される溶液が増加した溶解酸素を含有するなら、第四級アンモニウム化合物と過酸化水素の両方を含有する溶液が作製される。この場合、電解槽が分割されていることが望ましい(すなわち陰極隔室と陽極隔室が分離されている電解槽)。第四級アンモニウム化合物と過酸化水素が陰極隔室内で生成される。加えて、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩が、そのような電解槽の陽極隔室で同時的に生成できる(供給流が第四級アンモニウムハロゲン化物及び/又はハロゲン酸塩を含有する場合)。
本発明の1実施例は図2で図示する仕切型電気化学電解槽である。好適にはこの電気化学電解槽は、1つの主陽極40、1つの主陰極42、および任意数の中間電極44を含んでいる。この電解槽は、1種の第四級ハロゲン化物塩または複数種の第四級アンモニウム塩を含有する水溶液40を含んだ容器46内に沈められる。オプションでは水中に溶解された種々なアルカリ金属ハロゲン化物塩及び/又は他の無機系および有機系殺菌剤と共に容器46内に沈められる。続いて、所望の第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩の溶液を作製するため、電解槽には電気接続線52を介して電源50から電気エネルギーが供給される。
本発明の別実施例は図3に図示するような通流型電気化学電解槽である。当初、溶液タンク60は電気分解される水溶液62を含んでいる。実際には、この溶液は、任意の様々な有機第四級アンモニウム陽イオン、ハロゲン化物陰イオン、追加されたアルカリ金属ハロゲン化物、界面活性剤及び/又は他の消毒剤を含有することができる。その後に溶液62は、好適にはポンプ64を使用してパイプ66を介して生成装置68と電気化学電解槽70に移動される。生成装置68は、好適には電力源72、運用システムコントロール74および運用表示・ユーザインターフェース76のごとき他の運用機器および制御機器を含んでいる。溶液が電気分解され、ハロゲン化物イオンがハロゲン、次亜ハラス酸、および次亜ハロゲン酸塩種に変換された後、作製された溶液はパイプ78を介して生成装置68を離れてタンク80に入れられ、生成物の溶液として回収される。オプションで、生成物の溶液82はポンプ84およびパイプ86によって送り出され、所望の利用形態の需要に応える。
電気化学電解槽70の実施例の詳細は図4に図示されている。この電解槽では、入ってくる溶液90は様々な第四級アンモニウム陽イオン、ハロゲン化物陰イオン、アルカリ金属陽イオン、界面活性剤、及び/又は他の殺菌剤を含むことができ、ハウジング92に入る。電解槽ハウジング92の内部には電気化学電解槽が存在し、好適には、この電解槽は主陽極94、主陰極96、および中間プレート98を含む。その後に生成物流100は電解槽ハウジング92を離れる。
全種類の電解槽の実際の運用は、第四級アンモニウムハロゲン化物塩の化学的性質、溶液中の全ハロゲン化物塩の濃度、生成物中のハロゲン、次亜ハラス酸、および次亜ハロゲン酸塩の所望量、酸化されるハロゲン化物イオンの種類、並びに追加殺菌剤の存在、等々の複数の要因によって変動する。変動する可能性がある電解槽の運用パラメータには、限定はしないが、電解槽電圧、電極間隔、電解槽電流、溶液通流速度、及び/又は電解槽運用温度が含まれる。さらに、限定はしないが、電極間隔、陽極表面被膜特性及び/又は陰極表面被膜特性を含んだ電解槽の構造が関与する他の要因も運用条件によって変化するであろう。
本発明の1実施例は、図5で示すスプレーボトルのような溶液搬送システム内の組み合わせ電解槽である。溶液ハウジング110は、第四級アンモニウム陽イオン、アルカリ金属陽イオン、ハロゲン化物陰イオン、界面活性剤及び/又は他の殺菌剤を含んだ溶液112で満たされる。この溶液は、管体114を介して、好適には、トリガー116のポンプ機構によって引き込まれ、ヘッドハウジング118に入る。ヘッドハウジング118の内部には通流型電気化学電解槽120(図4で説明されたものに類似)が存在し、溶液内のハロゲン化物イオンはハロゲン、次亜ハラス酸、および次亜ハロゲン酸塩陰イオンに変換され、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液を作製するが、それはノズル122を通ってスプレー124としてヘッドハウジング118から排出される。本発明の類似実施例は、スプレーボトルハウジングを電解液で満たす小型の仕切り電解槽または通流型電解槽タイプの生成装置に接続されるスプレーボトルを含むことができる。
本発明の1実施例は図6で示すようなハンドクリーナである。この実施例は、第四級アンモニウム陽イオン、アルカリ金属陽イオン、ハロゲン化物陰イオン、界面活性剤、及び/又は他の殺菌剤を含有した溶液132を含むハウジング130で成る。溶液132は、電解槽138を通る管体136を介して機構134の作用によって送り出され、ハロゲン化物はハロゲン、次亜ハラス酸、および次亜ハロゲン酸塩イオンに変換されて第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液140が作製され、続いて、ノズル142を介して排出される。オプションで溶液132は、排出に先立って電気分解工程を経るよう、電解槽136を通じて送り出しが可能な液体、ゲル、泡、または他の媒質を含有することができる。本発明の類似実施例は、床のクリーニングに使用される第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液を作製する清掃用バケツに取り付けられた電気化学生成システムを含む。
本発明の別例は、図7に図示するような様々な物体表面を消毒するのに使用される拭布に含浸される第四級アンモニウムハロゲン化物塩のハロゲン化物成分を酸化させる電解槽である。装置のハウジング150は、第四級アンモニウムハロゲン化物塩で含浸あるいは飽和された拭布152の供給源を保持する。オプションあるいは追加的に他の殺菌剤をこれら拭布の本体内に含浸させることができる。その後に拭布152は、陽極ドラム154と陰極ドラム156で成るドラム型電極を通過してハウジング150から排出される。拭具152がドラム型電極154と156を通過するとき、含浸されたハロゲン化物陰イオンが電気分解され、電気分解処理された拭布158上では、様々な物体表面の消毒および衛生処理に使用できる第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩が生成される。本発明の実施例の可能な変形例には、限定はしないが、1つのドラムが、非電気分解領域によって分離された陽極領域および陰極領域を含んだドラム型電極、電気分解された拭布を手により排出する類似装置、電気分解された拭布を自動的に排出する類似装置、および互い方向に押し付けられている2つの電極間に配置することで拭布が電気分解処理される類似装置が含まれる。
本発明の別実施例は、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩の溶液を、電気分解を利用せずに作製するため、第四級アンモニウムハロゲン化物塩とハロゲンの別々の水溶液を組み合わせることができる装置である。このような装置の1例は図8に図示されている。ここで、タンク160は第四級アンモニウムハロゲン化物水溶液162を含んでいる。この溶液は、好適にはタンク160から管体166を介してポンプ164によって送り出される。同様にタンク168はハロゲン水溶液(例えば、限定はしないが、漂白剤、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、次亜ヨウ素酸塩あるいは次亜ハロゲン酸塩)を含み、好適にはポンプ172によって管体174を介してタンク168から送り出される。ポンプ164と172は接続線178を介してコントロールボックス176に接続されている。コントロールボックス176は、組み合わされる第四級アンモニウムハロゲン化物塩水溶液162とハロゲン水溶液170との相対量を制御するのに使用される。これら溶液は、好適には、混合要素(タンク、等)180内で組み合わされ、さらに第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液として管体182を介して送られ、タンク186で保存される。その後に第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液184は、ポンプ188の作用によって管体190を介して移されることでタンク186から排出が可能である。この実施例の可能な変形例には、限定はしないが、第四級アンモニウムハロゲン化物塩水溶液またはハロゲン水溶液の組み合わせで3種以上の溶液を組み合わせることができる装置と、最終溶液のpHまたは他の特性を変更する追加の薬品注入ポンプと、中間保存性能を含まない装置とが含まれる。後者の実施例では、第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩を含有した溶液が、好適には溶液の組み合わせ処理後に直ちに排出される。このシステムは、現場での需要に応えて第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液を作製する現場生成方法において安定した性質を有する薬品を使用しているため、最終生成物の劣化は問題外である。
ここで解説するような電気化学方法は、2つの成分が単純に混合される方法とは実質的に異なる生成物を生成できる。第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩の場合には、比較方法は、電解質を使用しないでアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩の水溶液と第四級アンモニウムハロゲン化物の水溶液との物理的組み合わせと、第四級アンモニウムハロゲン化物酸のハロゲン化物部分の電気化学酸化とである。これら方法間の1つの大きな相違点は、これら2つの個々の成分の物理的組み合わせは、以下の化学式で表されるように、一定量の望ましくないアルカリ金属ハロゲン化物塩も生成することである。
NR4X+MOCl→NR4OCl+MX
ここで、NR4Xは第四級アンモニウムハロゲン化物塩であり、MOClは金属次亜ハロゲン化物であり、NR4OClは化学反応の意図する生成物である第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩化合物であり、MXは、NaCl等であるアルカリ金属ハロゲン化物副産物である。比較として、電気化学方法には、第四級アンモニウムハロゲン化物塩のハロゲン化物成分の酸化のみが関与するため、本質的には、得られた消毒溶液内には過剰なアルカリ金属ハロゲン化物は存在しない。この相違は、いくつかの適用形態では非常に重要なことであり、物体表面の消毒の場合には特に重要である。第四級アンモニウムハロゲン化物塩とアルカリ金属次亜ハロゲン酸塩との物理的組み合わせにより生成される余剰の塩は、清浄化対象の物体表面に残留する固体物の余剰形成を招く可能性がある。従って、余剰の塩を除去するために使用される副次的クリーニング作業あるいはクリーニング剤が必要となる。さらに、アルカリ金属ハロゲン化物塩はステンレス鋼および他の材料の腐食物質として知られており、よって、腐食しやすい材料の曝露を制限することが物体表面の消毒剤の選択においては重要な要素である。
第四級アンモニウムハロゲン化物塩とアルカリ(またはアルカリ性)金属次亜塩素酸塩との単純な組み合わせと、第四級アンモニウム次亜塩素酸塩化合物の電気化学生成との別の相違は、電気分解方法がハロゲン水溶液だけではなく他の酸化剤種も作製できることである。この酸化剤種は相助的な不活性化特性を示すことができる。例えば、主として塩素水溶液を含むが、他の酸化剤種も併せ有し、幅広い微生物の不活性化に一層効果的であると示されている混合酸化剤溶液を作製することができる電気化学電解槽が存在する。同様に、第四級アンモニウム次亜塩素酸塩化合物を生成するように設計されている電気化学電解槽が他の酸化剤種も生成でき、これら2つの対応する成分を単純に物理的混合するよりも微生物不活性化の効果が向上した消毒溶液を作製することができる。
実施例1
10gの塩化ベンザルコニウムを1000mLの脱イオン水に溶解し、1%(10000mg/L)溶液を作製することで塩化ベンザルコニウムの水溶液が調製された。200mLのこの水溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が20分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。20分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、ジエチル−p−フェニレンジアミン(DPD)法を用いて、溶液の遊離有効塩素(FAC)内容物は332mg/Lであると決定された。
10gの塩化ベンザルコニウムを1000mLの脱イオン水に溶解し、1%(10000mg/L)溶液を作製することで塩化ベンザルコニウムの水溶液が調製された。200mLのこの水溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が20分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。20分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、ジエチル−p−フェニレンジアミン(DPD)法を用いて、溶液の遊離有効塩素(FAC)内容物は332mg/Lであると決定された。
実施例2
0.5%(5000mg/L)の溶液を作製すべく、20mLの25重量%セチルトリメチルアンモニウム溶液を1000mLの脱イオン水に加えることで塩化セチルトリメチルアンモニウムの水溶液が調製された。200mLのこの溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が60分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。60分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、DPD法を用いて、溶液の遊離有効塩素(FAC)内容物は360mg/Lであると決定された。
0.5%(5000mg/L)の溶液を作製すべく、20mLの25重量%セチルトリメチルアンモニウム溶液を1000mLの脱イオン水に加えることで塩化セチルトリメチルアンモニウムの水溶液が調製された。200mLのこの溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が60分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。60分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、DPD法を用いて、溶液の遊離有効塩素(FAC)内容物は360mg/Lであると決定された。
実施例3
0.1gの塩化ベンザルコニウムと5gの塩化ナトリウムを1000mLの脱イオン水に溶解し、100mg/Lの塩化ベンザルコニウムと5000mg/Lの塩化ナトリウムを含んだ溶液を調製された。200mLのこの水溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が20分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。20分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、DPD法を用いて、溶液の遊離有効塩素内容物は3000mg/Lであると決定された。
0.1gの塩化ベンザルコニウムと5gの塩化ナトリウムを1000mLの脱イオン水に溶解し、100mg/Lの塩化ベンザルコニウムと5000mg/Lの塩化ナトリウムを含んだ溶液を調製された。200mLのこの水溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が20分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。20分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、DPD法を用いて、溶液の遊離有効塩素内容物は3000mg/Lであると決定された。
実施例4
100mg/Lの塩化セチルメチルアンモニウムと1000mg/Lの塩化ナトリウムを含んだ溶液が、0.4%の塩化セチルメチルアンモニウム溶液と、1gの塩化ナトリウムを1000mLの脱イオン水に溶解させることで調製された。200mLのこの溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が20分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。20分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、DPD法を用いて、溶液の遊離有効塩素(FAC)内容物は850mg/Lであると決定された。
100mg/Lの塩化セチルメチルアンモニウムと1000mg/Lの塩化ナトリウムを含んだ溶液が、0.4%の塩化セチルメチルアンモニウム溶液と、1gの塩化ナトリウムを1000mLの脱イオン水に溶解させることで調製された。200mLのこの溶液が250mLのビーカに移され、三電極型電解槽がその水溶液に沈められた。電解槽には12ボルトの電力が20分間供給された。この間、陰極電極には泡立ち現象が観察され、水溶液の表面上方に泡が形成された(図10aおよび図10bに類似)。20分後、電気分解された溶液のサンプルが抜かれ、DPD法を用いて、溶液の遊離有効塩素(FAC)内容物は850mg/Lであると決定された。
実施例5
図9は、どのようにして第四級アンモニウムハロゲン化物塩の電気分解から得られる溶液が、マゼンタ色を提供するためにDPDと反応する生成物の形成に導くかを示している。この実施例では、この反応は脱イオン水での1%ベンザルコニウム溶液の電気分解であった。この溶液は電解槽において12ボルトの電圧で5分間電気分解された。このマゼンタ色は、電解槽の陽極のベンザルコニウム陽イオンと関係する塩化物の酸化のために発生する遊離塩素の存在と調和する。
図9は、どのようにして第四級アンモニウムハロゲン化物塩の電気分解から得られる溶液が、マゼンタ色を提供するためにDPDと反応する生成物の形成に導くかを示している。この実施例では、この反応は脱イオン水での1%ベンザルコニウム溶液の電気分解であった。この溶液は電解槽において12ボルトの電圧で5分間電気分解された。このマゼンタ色は、電解槽の陽極のベンザルコニウム陽イオンと関係する塩化物の酸化のために発生する遊離塩素の存在と調和する。
実施例6
図10aと図10bは、第四級アンモニウムハロゲン化物溶液または第四級アンモニウムハロゲン化物/アルカリ金属ハロゲン化物溶液の電気分解中に時折発生する泡立ち現象を示す。これらの図では、電気分解されている溶液は100mg/Lの塩化ベンザルコニウムと20g/Lの塩化ナトリウム溶液であり、電気分解は電解槽に適用される12ボルトで実施された。塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、または塩化ジデシルジメチルアンモニウムを単独または塩化ナトリウムと組み合わせて含んだ鹹水の電気分解中にも同様な現象が観察された。電気分解されたときテトラアルキルアンモニウム塩化物(塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラプロピルアンモニウムおよび塩化テトラブチルアンモニウム、等々)の溶液が単独または塩化ナトリウム系の鹹水と共に調製されたが、電気分解中の泡形成は最小限であった。
図10aと図10bは、第四級アンモニウムハロゲン化物溶液または第四級アンモニウムハロゲン化物/アルカリ金属ハロゲン化物溶液の電気分解中に時折発生する泡立ち現象を示す。これらの図では、電気分解されている溶液は100mg/Lの塩化ベンザルコニウムと20g/Lの塩化ナトリウム溶液であり、電気分解は電解槽に適用される12ボルトで実施された。塩化セチルトリメチルアンモニウム、塩化オクチルトリメチルアンモニウム、または塩化ジデシルジメチルアンモニウムを単独または塩化ナトリウムと組み合わせて含んだ鹹水の電気分解中にも同様な現象が観察された。電気分解されたときテトラアルキルアンモニウム塩化物(塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラプロピルアンモニウムおよび塩化テトラブチルアンモニウム、等々)の溶液が単独または塩化ナトリウム系の鹹水と共に調製されたが、電気分解中の泡形成は最小限であった。
実施例7
図11は、対応する第四級アンモニウム塩化物化合物の電気分解により調製された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩化合物の溶液によって達成された増強微生物不活性化を示すグラフである。ここで、250mg/Lの塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTAC)の水溶液が2部分に分割された。一方は12Vの適用電圧で運用される電気化学電解槽を通過した。電気分解後、DPD法で測定された遊離有効塩素の濃度は6.8mg/Lであると決定された。その後、この溶液のサンプルはチオ硫酸ナトリウムと混合された。これは遊離有効塩素の失活に使用されたが、溶液の第四級アンモニウム成分とは反応しない。同様に、遊離有効塩素濃度6.5mg/Lを有する市販の漂白剤の希釈によって次亜塩素酸塩の溶液が準備された。続いて、全4種の溶液(6.5mg/LのFAC次亜塩素酸ナトリウム、250mg/Lの非電気分解CTAC、250mg/Lの電気分解されたCTAC、および250mg/Lの電気分解並びに不活化されたCTAC)が使用され、バチルス菌胞子の縣濁液の不活性化に使用された。バチルス菌との5分間の接触時間後、得られた溶液は希釈プレート法を活用して生存胞子数(コロニー形成単位(CFU))のために列記された。まとめると、特定量の溶液が細菌培養基プレート上に広げられて35℃で24時間培養され、その後に、生存胞子数が当初の胞子密度からの対数減少測定法によって定量化される。この実験の結果は図11で示されている。図11は、電気分解された250mg/LのCTAC溶液が最高度の胞子不活性化を示すことを表している。さらに、不活性化は相助的であり、追加的なものではない。これは生成直後の第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩が効力発揮のために重要であることを示している。さらに、非電気分解および電気分解/不活化処理された250mg/LのCTAC溶液は、ほぼ同程度のバチルス菌不活性化を提供したが、これは、この分子の第四級アンモニウム機能が電気分解によっては影響を受けなかったことを示している。
図11は、対応する第四級アンモニウム塩化物化合物の電気分解により調製された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩化合物の溶液によって達成された増強微生物不活性化を示すグラフである。ここで、250mg/Lの塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTAC)の水溶液が2部分に分割された。一方は12Vの適用電圧で運用される電気化学電解槽を通過した。電気分解後、DPD法で測定された遊離有効塩素の濃度は6.8mg/Lであると決定された。その後、この溶液のサンプルはチオ硫酸ナトリウムと混合された。これは遊離有効塩素の失活に使用されたが、溶液の第四級アンモニウム成分とは反応しない。同様に、遊離有効塩素濃度6.5mg/Lを有する市販の漂白剤の希釈によって次亜塩素酸塩の溶液が準備された。続いて、全4種の溶液(6.5mg/LのFAC次亜塩素酸ナトリウム、250mg/Lの非電気分解CTAC、250mg/Lの電気分解されたCTAC、および250mg/Lの電気分解並びに不活化されたCTAC)が使用され、バチルス菌胞子の縣濁液の不活性化に使用された。バチルス菌との5分間の接触時間後、得られた溶液は希釈プレート法を活用して生存胞子数(コロニー形成単位(CFU))のために列記された。まとめると、特定量の溶液が細菌培養基プレート上に広げられて35℃で24時間培養され、その後に、生存胞子数が当初の胞子密度からの対数減少測定法によって定量化される。この実験の結果は図11で示されている。図11は、電気分解された250mg/LのCTAC溶液が最高度の胞子不活性化を示すことを表している。さらに、不活性化は相助的であり、追加的なものではない。これは生成直後の第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩が効力発揮のために重要であることを示している。さらに、非電気分解および電気分解/不活化処理された250mg/LのCTAC溶液は、ほぼ同程度のバチルス菌不活性化を提供したが、これは、この分子の第四級アンモニウム機能が電気分解によっては影響を受けなかったことを示している。
実施例8
第四級アンモニウムハロゲン化物化合物の電気分解により生成された第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩化合物と、第四級アンモニウムハロゲン化物化合物とアルカリ(またはアルカリ性)金属次亜塩素酸塩化合物の混合溶液との相違が確認された。ここで、500mg/LのCTAC溶液が上述のように電気分解され、計測された32mg/LのFACとの溶液が作製された。同様に、CTACと市販漂白剤溶液を組み合わせることで500mg/LのCTACと、31.2mg/LのFACを含んだ溶液が調製された。対照として、電解質も追加の漂白剤も入れることなく500mg/LのCTAC溶液が調製された。これら3種の溶液は、接触時間2分、5分、および10分でバチルス菌胞子の不活性化に使用された。この試験結果は図12で示されている。図示のごとく、接触時間に応じて、非電気分解状態(漂白剤は無添加)の500mg/LのCTAC溶液は、バチルス菌胞子の1.25から1.29の対数不活性化をもたらした。漂白剤と混合されたCTACの場合には、少々上昇した対数不活性化が観察され、最大対数不活性化は10分の接触時間での1.86であった。しかし電気分解されたCTACは、大幅に上昇した対数不活性化を示し、最大対数不活性化は10分の接触時間での8.37であった。電気分解で生成された消毒剤と、CTACおよび漂白剤の組み合わせで準備された消毒剤との相違は、遊離有効塩素種ではなく酸化剤の共生成に関係する可能性があり、それは溶液の第四級アンモニウム成分とFAC成分の両方と協調作用し、微生物不活性化効果の大きな増強を提供する。
第四級アンモニウムハロゲン化物化合物の電気分解により生成された第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩化合物と、第四級アンモニウムハロゲン化物化合物とアルカリ(またはアルカリ性)金属次亜塩素酸塩化合物の混合溶液との相違が確認された。ここで、500mg/LのCTAC溶液が上述のように電気分解され、計測された32mg/LのFACとの溶液が作製された。同様に、CTACと市販漂白剤溶液を組み合わせることで500mg/LのCTACと、31.2mg/LのFACを含んだ溶液が調製された。対照として、電解質も追加の漂白剤も入れることなく500mg/LのCTAC溶液が調製された。これら3種の溶液は、接触時間2分、5分、および10分でバチルス菌胞子の不活性化に使用された。この試験結果は図12で示されている。図示のごとく、接触時間に応じて、非電気分解状態(漂白剤は無添加)の500mg/LのCTAC溶液は、バチルス菌胞子の1.25から1.29の対数不活性化をもたらした。漂白剤と混合されたCTACの場合には、少々上昇した対数不活性化が観察され、最大対数不活性化は10分の接触時間での1.86であった。しかし電気分解されたCTACは、大幅に上昇した対数不活性化を示し、最大対数不活性化は10分の接触時間での8.37であった。電気分解で生成された消毒剤と、CTACおよび漂白剤の組み合わせで準備された消毒剤との相違は、遊離有効塩素種ではなく酸化剤の共生成に関係する可能性があり、それは溶液の第四級アンモニウム成分とFAC成分の両方と協調作用し、微生物不活性化効果の大きな増強を提供する。
実施例9
図13は、電気分解されたCTAC溶液を使用したバチルス菌胞子の不活性化に対する溶液pHの影響を示す。微生物を不活性化する遊離有効塩素の能力にpHが大きな影響を及ぼすことは良く知られている。これは、次亜塩素酸(HOCl)が次亜塩素酸塩(ClO−)陰イオンよりも微生物の不活性化においては効果が高いという事実によるものである。溶液に存在するこれら物質の相対量はpH依存性である。pHが7.5未満ならHOClが主要種であり、pHが7.5を超えるとClO−が支配的になる。従って、塩素水溶液はpHが7.5未満のときに一層効果的である。第四級アンモニウム次亜塩素酸塩化合物に対するpHの影響を試験するため、250mg/LのCTACを含んだ溶液が電気分解され、複数の部分に分割された。これらCTACの部分溶液のpHは6.5から9の間に調節され、これら溶液はバチルス菌胞子縣濁液を不活性化するのに使用された。一連の類似した可変pHの溶液が250mg/Lで非電気分解CTACから調製され、バチルス菌胞子の不活性化に使用された。図12で示すように、pHは電気分解されたCTACの不活性化効果にはほとんど影響を及ぼさなかったが、驚くべきは、塩素水溶液および他のハロゲン水溶液の消毒作用であった。これらデータは、電気分解による第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩生成物が、電気分解ステップが介在しなければ可能ではない有効形態にて安定することである。
図13は、電気分解されたCTAC溶液を使用したバチルス菌胞子の不活性化に対する溶液pHの影響を示す。微生物を不活性化する遊離有効塩素の能力にpHが大きな影響を及ぼすことは良く知られている。これは、次亜塩素酸(HOCl)が次亜塩素酸塩(ClO−)陰イオンよりも微生物の不活性化においては効果が高いという事実によるものである。溶液に存在するこれら物質の相対量はpH依存性である。pHが7.5未満ならHOClが主要種であり、pHが7.5を超えるとClO−が支配的になる。従って、塩素水溶液はpHが7.5未満のときに一層効果的である。第四級アンモニウム次亜塩素酸塩化合物に対するpHの影響を試験するため、250mg/LのCTACを含んだ溶液が電気分解され、複数の部分に分割された。これらCTACの部分溶液のpHは6.5から9の間に調節され、これら溶液はバチルス菌胞子縣濁液を不活性化するのに使用された。一連の類似した可変pHの溶液が250mg/Lで非電気分解CTACから調製され、バチルス菌胞子の不活性化に使用された。図12で示すように、pHは電気分解されたCTACの不活性化効果にはほとんど影響を及ぼさなかったが、驚くべきは、塩素水溶液および他のハロゲン水溶液の消毒作用であった。これらデータは、電気分解による第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩生成物が、電気分解ステップが介在しなければ可能ではない有効形態にて安定することである。
実施例10
第四級アンモニウムハロゲン化物化合物を含んだ溶液とアルカリ(またはアルカリ性)金属次亜ハロゲン酸塩を含んだ溶液の組み合わせにより作製された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩溶液と、第四級アンモニウムハロゲン化物化合物の直接的電気分解との相違の1例として、CTAC(150mg/L)と次亜塩素酸ナトリウム(1mg/Lから50mg/LのFACの可変FAC濃度)とを組み合わせることでCTACに基づく溶液が調製された。同様に、CTAC(167mg/L)が電気化学電解槽で電気分解され、FAC濃度が4.2mg/Lの溶液が作製された。167mg/LのCTACは0.90±0.14のバチルス菌胞子の対数不活性化を達成でき、その溶液は電気分解後に2.93±0.19のバチルス菌胞子の対数不活性化を達成できた。一方、混合されたCTACと漂白剤は、FAC濃度が少なくとも20mg/Lになるまで低いバチルス菌胞子の対数不活性化を示し、その濃度で溶液は1.23±0.17の対数不活性化を達成できるだけであった。他のCTAC濃度と他の第四級アンモニウム化合物を使用した他の濃度の混合および電気分解された溶液を比較したときにも同様な結果が観察された。個別の成分の混合によって生成された第四級アンモニウムではなく、電気分解で生成された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩による増強された胞子不活性化は、過酸化水素等の酸化剤が含まれる他の酸化殺生物剤によるものである。
第四級アンモニウムハロゲン化物化合物を含んだ溶液とアルカリ(またはアルカリ性)金属次亜ハロゲン酸塩を含んだ溶液の組み合わせにより作製された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩溶液と、第四級アンモニウムハロゲン化物化合物の直接的電気分解との相違の1例として、CTAC(150mg/L)と次亜塩素酸ナトリウム(1mg/Lから50mg/LのFACの可変FAC濃度)とを組み合わせることでCTACに基づく溶液が調製された。同様に、CTAC(167mg/L)が電気化学電解槽で電気分解され、FAC濃度が4.2mg/Lの溶液が作製された。167mg/LのCTACは0.90±0.14のバチルス菌胞子の対数不活性化を達成でき、その溶液は電気分解後に2.93±0.19のバチルス菌胞子の対数不活性化を達成できた。一方、混合されたCTACと漂白剤は、FAC濃度が少なくとも20mg/Lになるまで低いバチルス菌胞子の対数不活性化を示し、その濃度で溶液は1.23±0.17の対数不活性化を達成できるだけであった。他のCTAC濃度と他の第四級アンモニウム化合物を使用した他の濃度の混合および電気分解された溶液を比較したときにも同様な結果が観察された。個別の成分の混合によって生成された第四級アンモニウムではなく、電気分解で生成された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩による増強された胞子不活性化は、過酸化水素等の酸化剤が含まれる他の酸化殺生物剤によるものである。
実施例11
本発明の実施態様によっては、作製された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩溶液のFAC成分と第四級アンモニウム成分の相対量を変えることが必要であろう。これは、アルカリ金属ハロゲン化物塩を第四級アンモニウムハロゲン化物化合物と混合し、電気分解される混合鹹水を作製することで本発明によって簡単に達成が可能である。1特定実施例では、CTACは塩化ナトリウムと混合され、塩化ナトリウムの濃度は20g/Lで一定であるがCTACの濃度は異なる一連の鹹水を調製した。鹹水中のCTACの濃度は、50、100、500、1000および5000mg/Lに設定された。これら溶液は電気分解され、電気分解された溶液のFAC濃度はそれぞれ4550、4000、3000、2650および1600mg/Lであった。これら溶液は希釈され、FAC濃度は5または10mg/Lとされ、5mg/LのFAC溶液では、0.06、0.13、0.83、1.9、および16mg/Lの等価セチルトリメチルアンモニウム濃度とされ、10mg/LのFAC溶液では0.11、0.25、1.67、3.78、および31mg/Lとされた。その後、これら溶液はバチルス菌胞子の不活性化に使用され、その試験結果は図14と表1で示されている。
本発明の実施態様によっては、作製された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩溶液のFAC成分と第四級アンモニウム成分の相対量を変えることが必要であろう。これは、アルカリ金属ハロゲン化物塩を第四級アンモニウムハロゲン化物化合物と混合し、電気分解される混合鹹水を作製することで本発明によって簡単に達成が可能である。1特定実施例では、CTACは塩化ナトリウムと混合され、塩化ナトリウムの濃度は20g/Lで一定であるがCTACの濃度は異なる一連の鹹水を調製した。鹹水中のCTACの濃度は、50、100、500、1000および5000mg/Lに設定された。これら溶液は電気分解され、電気分解された溶液のFAC濃度はそれぞれ4550、4000、3000、2650および1600mg/Lであった。これら溶液は希釈され、FAC濃度は5または10mg/Lとされ、5mg/LのFAC溶液では、0.06、0.13、0.83、1.9、および16mg/Lの等価セチルトリメチルアンモニウム濃度とされ、10mg/LのFAC溶液では0.11、0.25、1.67、3.78、および31mg/Lとされた。その後、これら溶液はバチルス菌胞子の不活性化に使用され、その試験結果は図14と表1で示されている。
図示のごとく、5mg/LのFAC濃度に基づく溶液の対数不活性化は典型的には1.1であり、最大対数不活性化は1.51であり、等価セチルトリメチルアンモニウム濃度は16mg/Lであった。しかし、FAC濃度が10mg/Lであるとき、セチルメチルアンモニウム濃度とは無関係に全溶液は対数不活性化が3.5(この試験では最大観測可能なもの)であった。類似濃度および曝露時間の非電気分解CTAC溶液は、典型的には約0.27から0.30の対数不活性化となり、これら条件下のFAC溶液は、典型的には1未満の対数不活性化となる。このデータは、電気分解のために使用される鹹水に入れる第四級アンモニウムハロゲン化物化合物とアルカリ金属ハロゲン化物塩との適した混合比を選択することで、所望の効能の殺生物剤が提供可能であることを示す。加えて、これらの結果は驚くべきものである。なぜなら、電気分解された第四級アンモニウム次亜塩素酸塩化合物の溶液で相助的消毒効果を達成するには、ほんの少量のCTACが必要とされるだけだからである。他の濃度のCTACおよび塩化ナトリウムおよび他の第四級アンモニウム化合物も同様な結果をもたらす。主な相違点は、生成された溶液内の第四級アンモニウム化合物とFACの実際の比であり、それは第四級アンモニウム化合物の化学的性質に応じて異なる不活性化効果を示した。
実施例12
一部の第四級アンモニウムハロゲン化物化合物においては、化合物のハロゲン化物化合物の電気酸化は予期せぬ殺生物能力を付与できる。1例として塩化テトラメチルアンモニウム(TMAC)の場合、第四級アンモニウム化合物は殺微生物剤として効果がないものであると考えられてきた。500mg/LのTMAC溶液が電気分解されると、テトラメチルアンモニウム次亜塩素酸塩が生成され、非電気分解状態、電気分解状態および電気分解/不活化状態のTMAC溶液がバチルス菌胞子を不活性化するのに使用された。図15は、それら不活性化試験の結果を示す。非電気分解状態および電気分解/不活化状態のTMAC溶液は接触時間2分と5分でそれぞれ約0.27および0.36対数不活性化を示した。これらの実験は第四級アンモニウム塩化物形態であるTMACの低い殺生物効果と一致する。しかし、電気分解されたTMACは曝露時間とは無関係に3.6の対数不活性化を達成した。
一部の第四級アンモニウムハロゲン化物化合物においては、化合物のハロゲン化物化合物の電気酸化は予期せぬ殺生物能力を付与できる。1例として塩化テトラメチルアンモニウム(TMAC)の場合、第四級アンモニウム化合物は殺微生物剤として効果がないものであると考えられてきた。500mg/LのTMAC溶液が電気分解されると、テトラメチルアンモニウム次亜塩素酸塩が生成され、非電気分解状態、電気分解状態および電気分解/不活化状態のTMAC溶液がバチルス菌胞子を不活性化するのに使用された。図15は、それら不活性化試験の結果を示す。非電気分解状態および電気分解/不活化状態のTMAC溶液は接触時間2分と5分でそれぞれ約0.27および0.36対数不活性化を示した。これらの実験は第四級アンモニウム塩化物形態であるTMACの低い殺生物効果と一致する。しかし、電気分解されたTMACは曝露時間とは無関係に3.6の対数不活性化を達成した。
本発明をいくつかの好適実施例を利用して詳細に説明したが、他の実施態様であっても同様な結果を得ることが可能である。本発明の変更および修正は専門家には自明であり、よって本発明はそれら変更および修正、並びに均等形態も包含するものである。引用した特許および出版物に開示されている内容は本願においても有効である。
Claims (25)
- 溶液を作製する方法であって、
溶解した第四級アンモニウム化合物を含んだ第1溶液を電気分解するステップと、
溶解した第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩を含んだ第2溶液を作製するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 前記第四級アンモニウム化合物は第四級アンモニウムハロゲン化物を含んでいることを特徴とする請求項1記載の方法。
- 前記第1溶液は溶解したハロゲン化物塩をさらに含んでいることを特徴とする請求項1または2記載の方法。
- 前記ハロゲン化物塩はアルカリ金属ハロゲン化物塩を含んでいることを特徴とする請求項3記載の方法。
- 前記第1溶液は、界面活性剤、有機界面活性剤、着色剤、香料、消毒剤、殺菌剤および殺生物剤で成る群から選択される化合物を含んでいることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の方法。
- 前記第2溶液は追加の酸化剤種をさらに含んでいることを特徴とする請求項1から5および9のいずれかに記載の方法。
- 前記追加の酸化剤種は、ハロゲン化物系酸化剤、ハロゲン、水素、過酸化水素、オゾン、二酸化塩素、並びにそれらの組み合わせで成る群から選択されることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 前記第2溶液内の前記第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩と前記追加酸化剤種の組み合わせは、前記第四級ハロゲン酸塩と前記追加酸化剤種が共に溶解している電気分解されていない溶液に比して、該第2溶液の消毒効果を実質的に高めることを特徴とする請求項6記載の方法。
- 前記第2溶液はハロゲン化物塩を実質的に含まないことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の方法。
- 溶液を作製する方法であって、
溶解した第1の第四級アンモニウム化合物と第2成分とを含んだ第1溶液を電気分解するステップと、
溶解した第2の第四級アンモニウム化合物と第2化合物とを含んだ第2溶液を作製するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 前記第2成分はアンモニアまたはアンモニウム塩を含んでおり、前記第2化合物はハロアミンを含んでいることを特徴とする請求項10記載の方法。
- 前記第2成分は亜塩素酸塩を含んでおり、前記第2化合物は二酸化塩素を含んでいることを特徴とする請求項10記載の方法。
- 前記第2成分は、前記第1溶液の自然に溶解された酸素の濃度よりも大きな濃度で溶解酸素を含んでおり、前記第2化合物は過酸化水素を含んでいることを特徴とする請求項10記載の方法。
- 前記電気分解ステップは分割された電解槽で実行され、前記第2の第四級アンモニウム化合物と前記過酸化水素は該分割された電解槽の陰極隔室内で生成されることを特徴とする請求項13記載の方法。
- 前記第1溶液は第四級アンモニウムハロゲン化物またはハロゲン化物塩を含んでいることを特徴とする請求項14記載の方法。
- 前記第2溶液は、前記分割された電解槽の陽極隔室内で生成された第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩を含んでいることを特徴とする請求項15記載の方法。
- 請求項1から16のいずれかに記載の方法で作製された溶液を排出する装置であって、
陽極と陰極とを含んだ通流型電解槽と、
溶液を排出するスプレーノズルと、
を含んでいることを特徴とする装置。 - スプレーボトル形状を含んでおり、溶液の電気分解はユーザによるトリガー操作によって起動されることを特徴とする請求項17記載の装置。
- 溶液の電気分解はユーザによるレバー操作によって、またはユーザが少なくとも片方の手を本装置の下側へ配置することによって起動されることを特徴とする請求項18記載の方法。
- 溶液を含浸させた拭布を排出する装置であって、
第四級アンモニウム化合物を含んだ拭布の供給源と、
陽極と、
陰極と、
を含んでおり、前記拭布は前記陽極と前記陰極との間に配置でき、同時的に前記第四級アンモニウム化合物が電気分解されることを特徴とする装置。 - 前記拭布は、第四級アンモニウムハロゲン化物、ハロゲン化物塩、界面活性剤、有機界面活性剤、着色剤、香料、消毒剤、殺菌剤および殺生物剤で成る群から選択される化合物を含浸していることを特徴とする請求項20記載の装置。
- 前記陽極はドラム型陽極を含んでおり、前記陰極はドラム型陰極を含んでいることを特徴とする請求項20または21記載の装置。
- 前記陽極と前記陰極はそれぞれ平坦プレートを含んでおり、本装置は、拭布を前記陽極と前記陰極との間で押圧する機構をさらに含んでいることを特徴とする請求項20または21記載の装置。
- 需要に応じて第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩溶液を作製する方法であって、
作製すべき溶解した第四級アンモニウム次亜ハロゲン酸塩を含んだ第1溶液の所望量を信号するステップと、
溶解した第四級アンモニウム化合物を含んだ第2溶液を、ハロゲン溶解物を含んだ第3溶液と混合するステップであって、該第2溶液および該第3溶液の量は前記第1溶液の前記所望量に対応している、ステップと、
前記第3溶液の所望量を作製するステップと、
所望される溶液を直ちに、あるいは前記第3溶液の実質的劣化に先立って排出するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 前記ハロゲン溶液は、漂白剤、次亜塩素酸、次亜臭素酸、次亜ヨウ素酸、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、次亜ヨウ素酸塩、および次亜ハロゲン酸塩で成る群から選択される化合物を含んでいることを特徴とする請求項24記載の方法。
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