JP5102025B2 - 炭酸化洗浄組成物およびその使用方法 - Google Patents

Description

本出願は、エドワード・イー・デュラント（Ｅｄｗａｒｄ Ｅ．Ｄｕｒｒａｎｔ）により「炭酸化洗浄組成物およびその使用方法」という名称で２００４年７月７日に出願された米国非仮特許出願第１０／８８６，１９６号の優先権を主張するものである。

本発明は、織物繊維洗浄用炭酸化組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、二酸化炭素の生成を遅らせるために、炭酸塩および低溶解性の酸を含有する炭酸化組成物に関する。

カーペット、椅子張り、カーテンなどの織物繊維を洗浄するための洗浄組成物は無数に存在する。洗浄組成物のそれぞれのタイプは、物理的にまたは化学反応によって、織物繊維から汚れをほぐし、分散させるように配合されている。その後、汚れは、洗浄中の繊維から除去されるように溶解または懸濁される。

これらの洗浄組成物のほとんどは、一般に「界面活性剤」と称される石鹸または洗剤をベースにしている。「洗剤」は、油溶性の大きな非極性炭化水素末端と水溶性の極性末端とを有する両親媒性合成分子を意味する。「石鹸」もまた、長鎖脂肪酸の単一アルカリ塩または塩の混合物からなる両親媒性分子であり、酸末端は極性または親水性であり、脂肪酸鎖は非極性または疎水性である。洗剤はさらに、ノニオン系、アニオン系またはカチオン系に分類される。アニオン系またはノニオン系洗剤が最も一般的である。

これらの界面活性剤は、分子の疎水性末端が汚れおよび油分の表面を覆うかもしくは表面に吸着し、水溶性の親水性（極性）末端が水に溶解し、汚れと油分が水性雰囲気中に溶解または分散するのを促進するため機能する。

カーペットや椅子張りなどの繊維の洗浄に界面活性剤を使用することには、いくつかの問題がある。第１に、界面活性剤および懸濁または溶解している粒子を除去するために一般に大量の水を必要とする。これは、長時間の乾燥やカビの発生に繋がる。第２に、界面活性剤は一般に繊維表面に油性の疎水性被膜を残す。界面活性剤の疎水性末端に特有の油性は、たとえ表面の界面活性剤の被膜がわずかに単分子の厚さであったとしても、汚れの再付着が早期に起こる原因になる。第３に、界面活性剤は、これらの化学品に敏感な人々に対して、しばしば刺激またはアレルギー反応を引き起こす。第４に、石鹸や洗剤を使用することによっていくつかの環境問題が付随して起こる。すなわち、それらのあるものは非生分解性であり、また、あるものは環境上望ましくないリン酸塩を過剰に含有している。

これらの問題の少なくともいくつかを解決することが試みられるなかで、数多くの洗浄組成物が開発されてきている。織物繊維や、カーペットおよび椅子張りを洗浄する技術の大きな改良により、洗剤溶液を炭酸化して繊維に適用すると、溶液は速やかに繊維にしみ込み、炭酸化の起沸作用によって懸濁した汚れおよび油の粒子を繊維表面に急速に浮き上がらせ、掃除機をかけるかまたは吸収性表面へ移動させることによって除去できることが判ってきた。さらに、起沸作用によって、繊維に適用する石鹸または他の界面活性剤の量を減らすことができる。必要な石鹸または他の界面活性剤の量が減ることによって、洗浄に影響する水の量を減らすことができ、これにより、繊維は、従来の蒸気洗浄法または洗浄塗布で処理された繊維よりもより速く乾燥し、繊維上の残渣がほとんど残ることもない。この結果、残渣の減少によって汚れの再付着が起こり難くなり、繊維がより速く乾燥するためにブラウンアウト（ｂｒｏｗｎ ｏｕｔ）の可能性も減少する。この起沸作用の過程は従来技術の方法より明らかに優れているが、それでもなお、界面活性剤を、ある場合にはさらにリン酸塩を使用しなければならない。これらは今日の環境に対する関心の高い社会において好ましくないものである。

一般に、二酸化炭素、したがって炭酸化は、炭酸塩の粉末と酸とを混合することによって生成する。二酸化炭素などのガスは、冷水より熱水に非常に溶け難いので、洗浄溶液中の炭酸化レベルを高く維持するために、一般に、冷水に洗浄溶液（粉末化した炭酸塩および粉末化した酸である粉末製品）を混合することが推奨されている。一部の二酸化炭素が周囲大気中に放出され失われるのは、粉末製品が水と混合されてから、混合物を収容している容器の蓋が閉められるまでの間である。洗浄溶液を作るために、熱水を使用すると、蓋が閉められるまでにより大量の二酸化炭素が逃げることになる。他方、洗浄溶液は、一般に、高温においてより効果的に洗浄する。

したがって、酸と炭酸塩を別々の容器に入れ、第３の容器中で混合される前、または織物にスプレーされる前に、溶液を個々に加熱するシステムが作られている。その結果、非常に多くの容器、バルブ、ノズル、ホース、溶液などを必要とする複雑で高価なシステムとなった。

したがって、熱水、炭酸塩および低溶解性の酸が単一容器中に配合され、長い時間にわたって遅延した高レベルの炭酸化を引き起こす洗浄組成物が要望されていることが明確に認識できよう。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
米国特許第６，５５４，２０７号明細書 米国特許第４，１８１，６２１号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１４８９１５号明細書 米国特許第６，５８３，１０３号明細書 米国特許第６，２３１，８４３号明細書 米国特許第３，６０７，６１２号明細書 米国特許第４，６００，５２４号明細書 米国特許第５，９０２，２２５号明細書 米国特許第６，２７１，１９１号明細書 米国特許第６，４５４，８７１明細書 米国特許第６，１２６，６９７号明細書 米国特許第５，９７７，０３７号明細書 米国特許第５，９２９，２５５号明細書 米国特許第５，４０９，６４０号明細書 米国特許第５，５４８，０３６号明細書 米国特許第４，６３１，１３１号明細書 米国特許第５，６６５，６９３号明細書 米国特許第４，８１４，１０８号明細書 米国特許第５，８８３，０５９号明細書 米国特許第４，２１９，３３７号明細書 米国特許第４，５６１，９９２号明細書 米国特許第４，０３５，１４８号明細書 米国特許第４，１９９，４８２号明細書 米国特許第４，２９４，７１１号明細書 米国特許第４，３０４，６１０号明細書 米国特許第４，８１４，０９５号明細書 米国特許第５，２５６，３２７号明細書 米国特許第５，３０６，４３９号明細書 米国特許第５，３３８，４７６号明細書 米国特許第５，３８４，３６４号明細書 米国特許第４，２５２，６６４号明細書 米国特許第４，３０３，５４２号明細書 米国特許第４，３４８，２９２号明細書 米国特許第５，０９８，５９８号明細書 米国特許第３，７６９，２２４号明細書 米国特許第３，９１５，６３３号明細書 米国特許第５，６２４，４６５号明細書 米国特許第４，１８０，４６７号明細書 米国特許第４，２１０，５５０号明細書 米国特許第５，７１８，７２９号明細書 米国特許第４，２１９，３３３号明細書 米国特許第５，２４４，４６８号明細書 米国特許出願公開第２００４／０００５９９２号明細書

本発明の種々の構成要素は、現行技術に対応して、特に、現在入手可能な洗浄組成物では十分に解決されていない当該技術分野における問題点とニーズに対応して開発されたものである。したがって、本発明は、低水溶性の酸を用いた改良内部炭酸化洗浄溶液を提供するものである。

より詳しくは、本発明は、織物用内部炭酸化水性洗浄組成物であって、少なくとも１種の炭酸塩を約２０〜６０重量％、および、約２５℃における水１００グラム当たりの溶解度が２グラム未満である少なくとも１種の酸を約２０〜６０重量％含む、洗浄組成物に関する。二酸化炭素を生成するために、炭酸塩および酸に水性媒体が加えられる。

別の実施形態では、組成物は約４０〜６０％の酸および３５〜５０％の炭酸塩を含む。

１つの実施形態では、固体酸はフマル酸またはアジピン酸である。

別の実施形態では、炭酸塩は、炭酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム、過炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、過炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸アンモニウム、セスキ炭酸ナトリウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸リチウム、セスキ炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウム、または、他の有効な炭酸塩からなる群から選択される。

別の実施形態では、水性媒体は、３２℃を超える温度で、炭酸塩および酸に添加される。

別の実施形態では、組成物を水性媒体と混合して溶液を生成したとき、溶液中の炭酸塩と酸に由来する組成物濃度が約０．５〜３％である。

別の実施形態では、本発明は、織物繊維の洗浄方法であって、２０〜６０重量％の炭酸塩と、２０〜６０重量％の、２５℃における水１００グラム当たりの溶解度が２グラム未満である酸とを混合することによって調製された内部炭酸化洗浄組成物を繊維に塗布する工程を含み、炭酸塩と酸を水性媒体中で混合すると、炭酸塩と酸が反応して二酸化炭素を生成する方法に関する。

本発明のさらなる特徴と利点は、以下の説明と添付した特許請求の範囲によりさらに十分に明らかになるであろう。あるいは、後述する本発明の実施により理解することができるであろう。

本発明の利点を容易に理解するために、上で簡単に説明した本発明を、添付の図面に示された特定の実施形態を参照することにより、より詳しく説明する。これらの図面は本発明の典型的な実施形態を示すに過ぎず、したがって本発明の範囲を限定するものではないことが理解されるべきであり、添付の図面を用いてさらに特定的にかつ詳細に本発明を記載し説明する。

本明細書全体を通して、「１つの実施形態」、「ある実施形態」またはそれらに類似した用語への言及は、その実施形態に関連して記載された特定の特徴、構造または性質が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書の全体を通して、「１つの実施態様において」、「ある実施態様において」およびそれらに類似した用語の表現が現れたとき、それらはいずれも同じ実施形態に言及していてもよい。しかし、必ずしもそうである必要はない。

さらに、記載された本発明の特徴、構造または性質は、１つもしくはそれ以上の実施形態において、適切ないかなる方法で組み合わされていてもよい。しかしながら、１つもしくはそれ以上の特定の細部を省略したり、あるいは、他の方法、構成成分、材料などを用いて、本発明を実施できることは、当業者であれば、認識するであろう。他の例では、本発明の態様を不明確にすることを避けるために、周知の構造、材料または操作については記載もしくは詳細に説明することはしていない。

第一の実施形態において、固体酸および炭酸塩を調製し、単一の容器中で混合し、その後、所望量の水で希釈する。炭酸塩は、炭酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム、過炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、過炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸アンモニウム、セスキ炭酸ナトリウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸リチウム、セスキ炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウム、または、その他の有効な炭酸塩からなる群のいずれか１種もしくは組み合わせであってよい。固体酸は、好ましくは、２５℃における水１００グラム当たりの酸の最大溶解度が約２グラムという低溶解性を有する。低溶解性を有する固体酸の例としては、２５℃における水１００グラム当たりの溶解度が０．６３グラムのフマル酸、および、２５℃における水１００グラム当たりの溶解度が約１．４４グラムのアジピン酸が挙げられる。他の低溶解性を有する固体酸も使用できる。

固体酸および炭酸塩を混合するかまたは一緒に粉砕して固体混合物を形成する。固体混合物は、約２０％〜６０％の炭酸塩と約２０％〜６０％の低溶解性の天然固体酸とを含有する。特に好ましい混合物は、３５％〜５０％の炭酸塩と４０％〜６０％の酸とを含有する。

また、ある好ましい実施形態においては、水温が４８℃を超える。しかしながら、水温は、室温程度の低さでもよいと認められる。酸が水と混合される時間が非常に長くなることがあるので、温度は３２℃未満でないことが好ましい。酸と炭酸塩の固体混合物に水を加えると、成分が反応して二酸化炭素を生成し、起沸性の泡を発生する。

溶液は、好ましくは、織物にスプレーとして塗布する。しかしながら、他の知られた溶液塗布法を使用してもよい。例えば、加圧容器からワンドを通してスプレーすると、溶液が大気に曝されたときに圧力が解放され、炭酸化洗浄液は無数の小さな起沸性の泡になる。

炭酸化作用と洗浄溶液が組み合わされたことにより、水の使用量が低減される。具体的には、洗浄される繊維上の汚れまたは油分は、二酸化炭素の泡と、汚れに結合し懸濁させる極性および非極性末端を有する分子との複合体に囲まれる。その後、洗浄溶液は、繊維から周囲の炭酸化水性環境へ浮き上がる。「水性」とは、一定量の水が存在することを意味するが、それは大量の水の存在を示唆するものではない。実際、汚れまたは油の粒子を繊維からほぐしまたは除去する起沸性炭酸化溶液を浮き上がらせる作用を促進するには、繊維をわずかに湿らせるだけで十分であることがわかった。また、炭酸塩／炭酸水素塩の混合物から生成される活性な塩と、二酸化炭素と相互作用する物質または複合体が、掃除機をかけるか、または、布パッド、タオルもしくは類似の吸収材料に吸着させることによって汚れ粒子が繊維から除かれるのに十分な時間、それらを懸濁状態で保持することがわかった。

典型的には、酸、炭酸塩および水の成分は、単一容器中で混合される。有利なことに、酸は低溶解性であるので、炭酸化が生じるのは高溶解性の酸に比べて遅い。この遅い炭酸化によって、使用者には、成分を混合し、多量の炭酸が大気中に失われる前に容器を密封するのに十分な時間が与えられることになる。

図１に、フマル酸およびクエン酸による二酸化炭素生成の反応時間の比較グラフを示す。これらの結果を定量化すると、炭酸塩溶液の試料は、０．０１Ｍ濃度、１２０°Ｆ（約４９℃）で調製した。二酸化炭素イオン選択性電極（予め、１２０°Ｆ、すなわち４９℃で校正済み）を溶液に浸漬し、約１００秒間、初期読み取りを行った。最初の試験では、有効量のクエン酸結晶（炭酸塩溶液全部を中和するのに十分な０．００６７Ｍのクエン酸塩溶液）を炭酸塩溶液と混合した。二酸化炭素電極は、混合のほぼ直後に二酸化炭素を検出し始めた。図に示すように、二酸化炭素は、酸を加えてから約４５秒以内に０．００８２Ｍの最大濃度に達した。最大濃度を約１５秒間維持した後、二酸化炭素濃度は低下し始めた。

フマル酸の試料を使用して先の実験を繰り返した。有効量のフマル酸を炭酸塩溶液の試料と混合した。その濃度は、１２０°Ｆ（約４９℃）で０．０１Ｍであった。図に示すように、二酸化炭素の初期の生成は、クエン酸による二酸化炭素生成と比べると、わずかに遅かった。二酸化炭素は混合後約１２０秒以内に０．００９５Ｍの最大濃度に達した。最大濃度を約３０秒間（クエン酸による反応時間のほぼ２倍）維持した後、二酸化炭素濃度は低下し始めた。

図２に、フマル酸および酒石酸による二酸化炭素生成の反応の比較グラフを示す。二酸化炭素イオン選択性電極による約８０秒間の初期読み取りの後、有効量の酒石酸を、１２０°Ｆ（約４９℃）で０．０１Ｍ濃度の炭酸塩溶液の試料と混合した。二酸化炭素生成の最大濃度は、ほぼ直後に起こり、約０．００８５Ｍに達した。弱酸性のフマル酸では、酸添加後約１２０秒以内に、二酸化炭素濃度が０．００９５Ｍの最大濃度に達した。

酒石酸はクエン酸よりフマル酸に近い関係にある。酒石酸は、フマル酸同様、各酸プロトンの酸強度がほとんど同じ二陽子の酸である。これらの酸の主な特徴は、水に対する溶解性の違いにある。フマル酸は、室温での水に対する溶解度が酒石酸の２００分の１である。

弱酸としてのフマル酸を使用すると、最大濃度の二酸化炭素の生成が約２分間遅延されるので、使用者は、洗浄溶液を単一容器中で熱水により混合し、大量の二酸化炭素を失わずに容器の蓋をすることができる。

実際には、２２７グラムのフマル酸を１９０グラムの炭酸ナトリウムと混合し、約１２０°Ｆ（約４９℃）で５ガロンの熱水と混合した。フマル酸および炭酸ナトリウムの量は、約５〜１０グラムの幅で増加させたり減少させたりすることができる。同様に、２５２グラムのアジピン酸を１６５グラムの炭酸ナトリウムと混合し、約１２０°Ｆ（約４９℃）で５ガロンの熱水と混合した。アジピン酸および炭酸ナトリウムの量は、約５〜１０グラムの幅で増加させたり減少させたりすることができる。

上記の処理が本発明の原理の適用の単なる一例に過ぎないことは理解されるべきである。本発明は、その趣旨または本質的特性から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化することができる。記載した実施形態は、あらゆる点で、例示に過ぎず、限定するものでないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の記載よりもむしろ添付の特許請求の範囲により示される。特許請求の範囲の意味とその等価な範囲内でなされる変更は全て、それらの範囲に包含されるべきである。

例えば、市販の洗浄組成物に一般に認められる他の添加剤は、酸と炭酸塩との相互作用および二酸化炭素の生成を阻害しないならば、本発明の範囲から逸脱することなく添加することができると考えられる。このようなものとしては、漂白剤、蛍光増白剤、充填剤、芳香剤、防腐剤、殺菌剤、染料、防汚剤、保存料および類似の物質が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。

また、洗浄組成物の成分（炭酸塩、酸および水）を織物に同時に、例えば、塗布の直前に混合、または、塗布しながら混合して、塗布することも考えられる。あるいは、洗浄組成物の成分を、所望の任意の順序で塗布し、これによって混合するようにしてもよい。例えば、酸の溶液を直接織物に塗布し、その後、炭酸塩溶液を塗布することができる。あるいは、炭酸塩溶液をまずスプレーし、その後、酸を含有する溶液を塗布することができる。中性でないｐＨを有する溶液は、中性のものよりはるかに洗浄力に優れる傾向があるので、どちらの手順も良好に働く。

このように、上記により、現状において本発明の最も実用的で好ましい実施形態であると考えられるものと関連させて、本発明を十分にかつ詳細に説明してきたが、特許請求の範囲に記載された本発明の原理および概念から逸脱することなく、多くの変更（サイズ、材料、形、形態、機能および操作方法、組み立て、並びに、使用の変更などが挙げられるが、これらに限定されるものではない）が加えられることは、当業者には明らかであろう。

本発明は、洗浄産業において利用することができる。本発明は本明細書に記載された成分を混合することによって実施することができる。本発明は、本明細書に記載された洗浄されるべき材料に塗布することによって使用される。

フマル酸とクエン酸の、時間に対する二酸化炭素の生成反応を比較するグラフを示す。 フマル酸と酒石酸の、時間に対する二酸化炭素の生成反応を比較するグラフを示す。

Claims (18)

1. 織物用内部炭酸化水性洗浄組成物であって、
   少なくとも１種の炭酸塩を２０〜６０重量％、および、
   フマル酸およびアジピン酸からなる群から選択される少なくとも１種の酸を２０〜６０重量％含み、
   前記炭酸塩と前記酸が単一容器中で、水性媒体を容器に添加すると、前記炭酸塩、前記酸および前記水性媒体が反応して二酸化炭素を生成するように混合されるものであり、前記炭酸塩および前記酸の合計は１００重量％とされるものである、洗浄組成物。
2. 前記組成物は、
   ４０〜６０重量％の酸、および、
   ３５〜５０重量％の炭酸塩
   を含む請求項１に記載の洗浄組成物。
3. 前記炭酸塩は、炭酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム、過炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、過炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸アンモニウム、セスキ炭酸ナトリウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸リチウム、セスキ炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムからなる群から選択される構成要素である請求項１に記載の洗浄組成物。
4. 前記酸は、フマル酸である請求項１に記載の洗浄組成物。
5. 前記水性媒体は、水である請求項１に記載の洗浄組成物。
6. 前記水性媒体は、３２℃を超える温度で、前記炭酸塩および前記酸に添加される請求項１に記載の洗浄組成物。
7. 前記水性媒体は、３２℃を超える温度で、前記炭酸塩および前記酸に添加される請求項１に記載の洗浄組成物。
8. 前記組成物は、４０〜６０重量％の酸、および、３５〜５０重量％の炭酸塩を含み、前記組成物を前記水性媒体と混合して溶液を生成したとき、前記溶液中の前記炭酸塩および酸に由来する前記組成物濃度が０．５〜３％である請求項１に記載の組成物。
9. 織物繊維の洗浄方法であって、
   ２０〜６０重量％の炭酸塩と、
   ２０〜６０重量％の、フマル酸およびアジピン酸からなる群から選択される酸と
   の混合物を形成するために混合する工程であって、前記炭酸塩および前記酸の合計は１００重量％とされるものである、前記混合する工程と、
   洗浄組成物を形成するために、前記炭酸塩と前記酸との混合物に水性媒体を添加する工程と、
   織物に前記洗浄組成物を適用する工程と、
   を有し、前記洗浄組成物を形成するために前記炭酸塩と前記酸との混合物が前記水性媒体に添加されるときに、前記炭酸塩と前記酸とは、反応して二酸化炭素を生成するものである、方法。
10. 前記組成物は、
    ４０〜６０重量％の酸と、
    ３５〜５０重量％の炭酸塩と
    を混合することによって調製される請求項９に記載の方法。
11. 前記炭酸塩は、炭酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸リチウム、過炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸カリウム、過炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸アンモニウム、セスキ炭酸ナトリウム、セスキ炭酸カリウム、セスキ炭酸リチウム、セスキ炭酸アンモニウムおよび炭酸水素アンモニウムからなる群から選択される構成要素である請求項９に記載の方法。
12. 前記酸は、フマル酸である請求項９に記載の方法。
13. 前記織物に前記洗浄組成物を適用する工程は、前記織物に前記洗浄組成物をスプレーする工程を有するものである、請求項９に記載の方法。
14. 前記水性媒体は、水である請求項９に記載の方法。
15. 前記水は、３２℃を超える温度で添加される請求項１４に記載の方法。
16. 前記水は、４８℃を超える温度で添加される請求項１４に記載の方法。
17. 前記組成物は、４０〜６０重量％の酸と３５〜５０重量％の炭酸塩とを混合することによって調製され、前記組成物を前記水性媒体と混合して溶液を生成したとき、前記溶液中の前記炭酸塩および酸に由来する前記組成物濃度が０．５〜３％である請求項９に記載の方法。
18. 前記洗浄組成物を織物に塗布する工程、および、
    前記洗浄組成物を前記織物から除去する工程
    をさらに含む請求項９に記載の方法。

Images