KR100483219B1

KR100483219B1 - 무기과산화물착물을이용한증기살균장치및방법

Info

Publication number: KR100483219B1
Application number: KR10-1998-0703075A
Authority: KR
Inventors: 폴 티. 제이콥스; 쭈 민 린; 샤올란 첸
Original assignee: 에티콘, 인코포레이티드
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 2005-11-28
Also published as: DE69637377D1; ATE317705T1; KR100457486B1; US5785934A; NO981827D0; EP0862466B1; DE69635826T2; JP2002515770A; DE69637377T2; TW343922B; KR970020122A; MX209103B; CA2235941A1; AU7446296A; ES2297336T3; EP1473044A2; ES2257754T3; AU704089B2; BR9611152A; EP1473044B1

Abstract

의료 기기와 유사 장비를 과산화수소 증기를 이용하여 살균하는 장치와 방법은 무기 과산화수소 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기를 이용한다. 과산화수소 증기는 실온 및 대기압에서 방출될 수 있다. 그러나, 50torr 미만의 압력과 86℃ 이상의 온도를 적용하여 과산화수소 증기의 방출을 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 용도에 바람직한 과산화수소 증기 착물에는 Na₄P₂O₇·3H₂O₂와 KH₂PO₄·H₂O₂가 포함된다. 가열 속도는 5℃ 이상일 수 있다. 임의로, 플라즈마를 과산화수소 증기와 결합시켜 이용할 수 있다.

Description

무기 과산화수소 착물을 이용한 증기 살균 장치 및 방법

도 1은 본 발명의 증기 살균 장치의 개략도이다.

도 2는 임의로 플라즈마를 발생시키기 위해 사용하는 전극을 포함하는 본 발명의 증기 살균 장치의 개략도이다.

도 3A는 과산화수소 착물을 가열하기 위해 사용할 수 있는 장치의 개략도이다.

도 3B는 본 발명에 따르는 살균용 과산화수소 공급원을 수용하기 위한 바람직한 컨테이너의 개략도이다.

도 4는 진공 불안정성 비수성 글리신 무수물 과산화물 착물로부터의 과산화수소 증기의 방출을 나타낸 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따르는 무기 과산화물 착물의 과산화수소 방출 또는 분해성을 측정하기 위해 사용하는 시차 주사 열량계(DSC)의 압력 조절 시스템의 개략도이다.

도 6은 착물을 덮는 뚜껑에 구멍이 한 개인 경우, 옥살산칼륨 과산화물 착물로부터의 과산화수소 방출에 대한 압력의 영향을 나타낸 그래프이다.

도 7A는 과산화수소 증기를 도입하기 전에 본 발명에 따라 챔버 속으로 과산화수소 증기를 도입하기 위한 송풍기의 개략도이다.

도 7B는 도입 공정 동안 과산화물 착물과 접촉된 가열판을 나타낸 도 7A의 송풍기의 개략도이다.

도 8은 무기 과산화수소 착물용 살균 챔버 및 가열 장치의 개략도이다.

도 9는 증기 살균에 사용하기 위한 과산화수소 착물의 확산 충전 층의 개략도이다.

도 10은 개방성 알루미늄 팬과 구멍이 두 개인 착물 덮개가 달린 팬의 대기압에서의 DSC 곡선에 대한 영향을 나타낸다.

도 11A는 Na₄P₂O₇·2H₂O₂와 Na₄P₂O₇·3H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 11B는 Na₄P₂O₇·4H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 12는 Na₃PO₄·5H₂O₂의 760torr, 7torr 및 0.35torr에서의 DSC 곡선이다.

도 13은 Na₂HPO₄·1H₂O₂와 Na₂HPO₄·2H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 14는 Na₅P₃O₁₀·H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 15는 K₃PO₄·3.34H₂O₂의 760torr, 7torr 및 1torr에서의 DSC 곡선이다.

도 16은 K₄P₂O₇·7H₂O₂의 760torr 및 7torr에서의 DSC 곡선이다.

도 17은 K₂HPO₄·3.15H₂O₂의 760torr 및 1torr에서의 DSC 곡선이다.

도 18은 KH₂PO₄·H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 19는 Na₂CO₃·1.5H₂O₂의 760torr 및 7torr에서의 DSC 곡선이다.

도 20은 Ca₂P₂O₇·3.42H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 21은 Mg₂P₂O₇·4.6OH₂O₂의 760torr 및 7torr에서의 DSC 곡선이다.

도 22는 Na₂SO₄·1.28H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 23은 K₂SO₄·0.62H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

도 24는 Na₂SiO₃·2.15H₂O₂의 760torr, 1torr 및 0.5torr에서의 DSC 곡선이다.

도 25는 Na₂Si₃O₇·0.68H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다.

과거에 사용한 과산화수소 살균기는 항상 살균제 공급원으로서 과산화수소 수용액을 사용하였다. 이들 살균기는 시스템 내에 물이 존재함으로써 발생되는 단점을 가지고 있다. 대기압과 같은 고압에서, 시스템 내의 과량의 물은 응축될 수 있다. 이로써 수성 과산화수소 증기를 도입하기 전에 허용 가능한 수준으로 살균시키기 위해 밀폐기 속의 대기의 상대습도를 감소시키는 추가의 단계를 수행해야 한다. 또한, 이들 살균기는 물이 증기압이 더 높기 때문에 과산화수소보다 더 빨리 수용액으로부터 기화되며, 분자량이 더 작기 때문에 과산화수소보다 더 빨리 확산된다는 사실에 의해 발생되는 단점을 가지고 있다. 의료 장비 등을 살균기 속에 넣을 때, 과산화수소 공급원으로부터 장비에 도달하는 초기 살균제는 공급원의 농도에 비례하여 희석된다. 희석된 살균제는 특히 살균할 장비가 내시경과 같이 좁은 내강을 포함하는 제품인 경우 다음에 도달하는 살균제에 대한 차단막이 될 수 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해 공급원으로서 농축 과산화수소 용액을 사용하는 경우 이들 용액이 유해하기 때문에 불만족스럽다.

본 발명에서, 선행 기술의 과산화수소 살균기의 단점은 실질적인 비수성 과산화수소 증기를 방출하는 실질적인 비수성(즉, 실질적인 무수) 과산화수소 공급원을 사용함으로써 극복된다. 바람직한 양태에서, 실질적인 비수성 과산화수소 증기가 실질적인 비수성 과산화수소 착물로부터 직접 생성된다. 그러나, 또한 실질적인 비수성 과산화수소 증기는 수성 착물을 진공과 같이 물을 제거하기 위한 기화 공정 동안 발생시킬 수 있다. 따라서, 수성 과산화수소 착물을 사용하는 경우, 본 발명의 제조방법을 수행하면서 수성 착물을 실질적인 비수성 과산화수소 착물로 전환시킬 수 있다. 바람직하게는, 실질적인 비수성 과산화수소 착물은 물을 약 20중량% 미만, 더욱 바람직하게는 약 10중량% 미만, 보다 더욱 바람직하게는 약 5중량% 미만, 가장 바람직하게는 약 2중량% 미만을 함유한다.

앞에 기재한 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 실질적인 비수성 과산화수소 착물 내의 바람직한 물의 백분율로부터 명백한 바와 같이, 가장 바람직한 과산화수소 착물과 이로부터 발생하는 과산화수소 증기는 실질적으로 물을 함유하지 않는다. 그럼에도 불구하고, 또한 이들 수치로부터 명백하게 밝혔듯이, 약간의 물이 시스템 내에 존재할 수 있다. 이 물의 일부는 부산물로서 물과 산소를 생성하는 과산화수소의 분해로부터 유도될 수 있으며, 이 물과 착물의 수소결합이 일부 형성될 수 있다.

물의 영향은 다양한 상대습도로 유지되는 살균 챔버를 사용한 일련의 시험으로 측정한다. 시험 조건은 다음의 실시예 1에 기재한 바와 같고, 포자를 3mm×50cm의 스테인레스 스틸(SS) 내강 속의 스테인레스 스틸 날 위에 지지시킨다. 표 2에 나타낸 바와 같이, 시험 조건하에서, 상대습도 5%에서는 효과에 영향을 미치지 않지만, 상대습도 10%에서는 살균율이 감소한다. 실시예 1은 비수성 과산화수소 착물로부터 과산화수소가 발생하는 시스템에서 소량의 물이 허용되며, 이 시스템내의 물의 존재는 노출 시간을 증가시킴으로써 극복할 수 있다.

과산화수소 공급원의 조성에 대한 기준은 온도 및 압력의 함수로서 이의 안정성과 과산화수소 증발 속도 사이의 관계이다. 살균 공정의 파라미터(예: 압력, 온도 등)에 따라, 바람직한 증발 속도가 더 높거나 더 낮을 수 있으며 과산화수소 공급원의 가열 공정이 필요 또는 불필요해질 수 있다. 과산화물 착물의 가열에 대한 필요성은 착물의 증기압에 따라 달라진다. 특정 과산화수소 착물은 충분한 양의 과산화수소 증기가 착물을 가열하지 않고 발생될 수 있을 정도로 증기압이 충분히 높다. 일반적으로, 착물을 가열하는 경우 과산화수소의 증기압이 증가하고 착물로부터의 과산화물의 방출이 가속화된다.

바람직한 높은 증발 속도를 제공하기 위해, 바람직하게는 공급원은 표면적이 커야 한다. 따라서, 공급원은 미세한 분말이거나 표면적이 큰 재료 위의 피복물일 수 있다. 물론, 안전성, 유용성 및 재료 비용 또한 중요한 기준이다. 과산화수소와 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6, 글리신 무수물 및 1,3 디메틸 우레아와의 착물로부터의 과산화수소의 방출을 평가할 수 있다. 과산화수소와 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6 및 글리신 무수물과의 착물은 고체이다. 1,3 디메틸 우레아 과산화물 착물은 액체이다. 글리신 무수물 과산화수소 착물은 감압하에 평가한 기타의 착물보다 안정성이 더 낮은 착물이고, 진공 조건하에서 과산화수소의 대부분이 추가의 가열 공정 없이 착물로부터 방출될 수 있다.

우레아 과산화수소 착물은 Fluka Chemical Corp. (Ronkonkoma, NY)에서 정제 형태로, Aldrich Chemical Co. (Milwaukee, WI)에서 분말 형태로 시판하고 있다. 또한 이 착물은 과산화우레아(urea peroxide), 과산화수소 우레아 착물, 우레아 과산화물(peroxide urea), 우레아 과산화물 부가물, 과산화우레아 부가물, 퍼카바미드, 카바미드 과수화물 및 과산화카바미드로서 공지되어 있다. 본원에서 사용하는 "과산화우레아"라는 용어는 앞의 모든 용어를 포함한다.

폴리비닐피롤리돈-과산화수소 착물(PVP·H₂O₂)을 국제특허공보 WO 제92/17158호에 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한 PVP, 나일론-6, 1,3 디메틸우레아 및 글리신 무수물 뿐만 아니라 기타의 유기 화합물 또는 무기 화합물과의 착물을 아래에 상세히 기재된 방법에 의해 제조할 수 있다.

무수 과산화물 증기의 공급원으로부터의 적합한 발생 속도는 승온 및/또는 감압에 의해 용이하게 달성될 수 있다. 따라서, 바람직하게는 과산화물 공급원을 가열하기 위한 가열기 및/또는 살균 챔버를 탈기시키기 위한 진공 펌프가 살균기에 포함된다. 바람직하게는, 공급원은 기체 투과성 재료(예: TYVEK™ 폴리에틸렌 부직포, SPUNGUARD™과 같은 폴리프로필렌 부직포 또는 유사 재료) 층으로 피복되어 있으며, 이 층을 과산화수소 증기는 통과하지만 과산화물 착물은 통과할 수 없다. 또한 덮개로서 다공성 알루미늄 또는 기타의 적합한 다공성 재료를 사용할 수 있다.

도 3A는 다양한 온도 조건하에서 과산화수소 착물로부터의 과산화수소의 방출을 측정하기 위해 사용할 수 있는 장비(80)을 나타낸다. 이 장비 내에서, 알루미늄 팬(90)은 기체 투과성 층(92)(예: 의료 등급인 TYVEK™)로 덮혀 있다. 팬(90)은 가열 패드(94) 위에 놓여 있고, 가열 패드(94)는 파이렉스 팬(96) 안에 놓여져 있다. 열전기쌍 온도계(98)이 팬(90)의 외부에 바닥으로부터 약 1cm 위치에 놓여 있다. 바람직한 양태에서, 알루미늄 팬(90)은 대기에 개방되어, 대기압에서 옥살산칼륨 과산화수소 착물의 방출이 더 많이 되도록 한다.

과산화수소 공급원을 수용하기 위한 바람직한 컨테이너(99)가 도 3B에 도시되어 있다. 컨테이너(99)는 금속 판(100)(예: 알루미늄 판)을 포함하며, 임의의 부착된 가열기를 사용하여 고체 과산화물 착물을 가열한다. 온도 측정기(101)(예: 온도계)을 금속 판(100) 위에 설치하여 온도를 측정할 수 있다. 과산화물 착물을 금속 판(100) 위에 직접 놓는다. 또한, 과산화물 착물 전체를 고르게 가열하기 위해 과산화물 착물을 금속 판(100) 위에 놓여진 하나 이상의 알루미늄 스크린(102), (104) 사이에 놓을 수 있다. 알루미늄 스크린(102), (104)는 표면적을 증가시키고 더 많은 양의 과산화물 착물을 사용하는 경우에 착물을 고르게 가열할 수 있다. 이어서, 과산화물 착물 또는 스크린(들)(102), (104)를 기체 투과성 층(106)(예: 의료 등급인 TYVEK™ 또는 SPUNGUARD™)으로 덮어, 착물로부터 방출되는 과산화수소가 챔버의 나머지 부분으로 확산되기 전에 덮개(106)을 통과하도록 한다. 다공성 알루미늄 판(108)을 임의로 TYVEK™ 또는 SPUNGUARD™ 층(106) 위에 놓아 착물을 가열 판(100)과 접촉시키기 위한 압력을 부여하고 과산화물 착물을 고르게 가열한다.

위에 기재한 장비로 착물을 고르게 가열할 수 있으며, 이로써 과산화물 착물로부터 과산화수소 증기의 방출량이 증가한다.

도 1은 본 발명의 과산화수소 증기 살균 장치의 개략도를 나타낸다. 살균하고자 하는 제품(12)를 챔버(10)에 넣되, 편의상 선반(14) 위에 놓는다. 문(16)을 통해 챔버(10)의 내부에 넣는다. 과산화수소의 비수성 공급원(18)은 임의의 가열기(20) 위에 놓여져 있으며, 가열기(20)은 온도 조절기(22)에 의해 조절된다. 과산화물 농도를 임의의 모니터(24)로 관찰할 수 있다. 필요한 경우, 펌프(26)을 사용하여 챔버(10)을 탈기시킬 수 있다. 그러나, 대기압에서도 살균 공정을 수행할 수 있다.

살균하고자 하는 제품을 놓는 컨테이너는 통상의 탈기시킨 살균 챔버이거나 대기압의 컨테이너(또는 방)일 수 있다.

제품 살균에 필요한 시간은 제품의 특성, 수 및 포장과 챔버 내의 위치에 따라 달라진다. 또는, 살균시키는 것이 챔버 그 자체(또는 방 전체)일 수 있다. 어떠한 경우에라도, 최적 살균 시간은 경험적으로 결정할 수 있다.

살균제 기체의 통기성과 항미생물 활성을 증가시키기 위해 살균 분야에서 익히 공지되어 있는 가압 펄스 공정 또한 비수성 과산화수소 공정에 적용할 수 있다. 본원에 기재된 방법 및 장치와 결합시켜 적용할 수 있는 가압 펄스 공정의 한 예는 미국 특허 제5,527,508호에 기재되어 있다. 또한, 아래에 추가로 상세히 기재한 바와 같이, 플라즈마를 사용하여 추가로 활성을 증가시키고/거나 잔류물을 제거할 수 있다.

살균 공정의 후반에, 장비와 접촉한 공기를 환기시킴으로써 과량의 과산화수소를 과산화물에 친화성인 장비로부터 제거할 수 있다. 이것은 따뜻한 공기를 장시간 동안 장비 주위에 흐르게 하거나 챔버를 탈기시킴으로써 수행할 수 있다.

또한, 이미 과산화수소 증기에 노출시켜 살균한 제품 또한 플라즈마에 노출시켜 제품에 잔류할 수 있는 잔류 과산화수소를 제거할 수 있다. 과산화수소는 플라즈마 처리 동안 무독성 생성물로 분해되므로, 살균한 제품을 사용하는 데 추가의 단계가 필요없다.

과산화물 증기의 재흡수를 방지하기 위해 또는 플라즈마를 사용하는 경우에는 공급원의 플라즈마에 대한 노출을 방지하기 위해, 과산화물 증기가 방출된 후에 과산화물 공급원을 살균기로부터 분리하는 것이 바람직할 수 있다. 또한 사용하는 착물이 진공하에 안정하지 않은 경우 분리하는 것이 유리하다. 밸브 또는 당해 분야에 공지되어 있는 기타의 분리 장비를 사용하여 분리 공정을 수행할 수 있다.

도 2는 본 발명의 과산화수소 플라즈마 살균 시스템의 개략도를 나타낸다. 플라즈마를 사용하거나 사용하지 않고 살균 공정을 수행할 수 있다. 플라즈마를 사용하여 과산화물 증기의 포자 살균력을 증진시키고/거나 살균한 제품에 잔류하는 잔류 과산화수소를 제거할 수 있다.

살균 공정을 챔버(30) 안에서 수행하며, 이것은 문, 즉 입구(32)를 포함하며, 이것을 통해 살균하고자 하는 제품을 넣을 수 있다. 챔버(30)은 진공 펌프(36)으로 통하는 배출구(34)를 포함하며, 이것을 통해 챔버를 탈기시킬 수 있다. 배출구(34)는 챔버를 진공 펌프(36)으로부터 분리시키는 밸브(38)을 포함한다. 또한 챔버(30)는 과산화물 착물을 함유하는 밀폐기(42)에 부착된 입구(40)을 포함한다. 입구(40)은 밀폐기(42)를 챔버로부터 분리시킬 수 있는 밸브(44)를 포함한다. 또한 살균 시스템은 밀폐기(42)와 진공 펌프(36)을 연결시키는 입구(41)을 함유하며 입구(41)은 밸브(43)을 함유한다. 이 시스템은 밀폐기(42)와 챔버(30) 둘 다를 동시에 탈기시킬 수 있거나, 밀폐기(42) 또는 챔버(30)을 독립적으로 탈기시킬 수 있다. 탈기는 밸브(38), (44) 및 (43)의 개폐에 의해 조절한다. 또한, 당해 분야의 일반 기술을 가진 사람에게 명백한 바와 같이, 이 시스템에서 두 개의 펌프를 각각의 챔버를 위해 하나씩 사용할 수 있다.

밀폐기(42)는 과산화수소 착물의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기(46)에 부착된 임의의 가열기(49)를 포함한다. 증기 상태의 과산화수소 착물의 농도를 임의의 과산화물 모니터(48)에 의해 관찰할 수 있다. 챔버의 내부에는 고주파수(RF) 전극(50)이 함유되어 있으며, 이것에 매칭 네트워크(matching network)(52)와 RF 전원 장치(54)가 부착되어 있다. 사용하기 편리한 전극의 형태는 다공성 실린더로, 시료를 에워싸며 양끝이 개방되어 있다. 본 방법의 일반적인 공정은 다음과 같다.

1. 살균하고자 하는 제품(56)을 챔버(30) 안에 넣는다.

2. 챔버(30)은 대기압이거나, 또는 과산화수소의 침투를 용이하게 하기 위해 탈기시킬 수 있다. 밸브(38)을 열고 진공 펌프(36)을 작동시켜 탈기시킨다. 또는 챔버(30)과 밀폐기(42) 둘다 밸브(38), (44) 및/또는 (43)을 열어 탈기시킬 수 있다.

3. 밸브(38)과 (43)을 닫아 진공 펌프(36)을 챔버(30)과 밀폐기(42)로부터 분리시키고 밸브(44)를 연다. 과산화수소 증기가 과산화수소 공급원으로부터 챔버(30)으로 이동하며, 이 경우 공급원을 가열하여 과산화수소 증기의 방출을 용이하게 할 수 있다. 또한, 임의로, 공기 또는 불활성 기체를 첨가할 수 있다.

4. 살균하고자 하는 제품(56)을 과산화수소 증기로 살균될 때까지 처리하거나, 챔버(30) 내에서 과산화 수소 증기로 예비처리한 후, 살균력이 충분한 플라즈마를 발생시킨다. 필요한 경우, 이 때 챔버(30)을 탈기시켜 플라즈마의 발생을 용이하게 할 수 있다. 예비 플라즈마 보유 시간은 사용한 포장의 종류, 제품의 특성과 수 및 챔버 내의 제품의 위치에 따라 달라진다. 최적 시간은 경험적으로 결정할 수 있다.

5. 제품(56)을 RF 전극(50)에 RF 전원 장치(54)로부터 전력을 공급함으로써 플라즈마에 노출시킨다. 플라즈마를 발생시키기 위해 사용하는 RF 에너지는 펄스시키거나 또는 연속적일 수 있다. 제품(56)을 플라즈마 속에 일정 시간 동안 방치하여 완전히 살균시키고/시키거나 잔류하는 과산화수소를 제거한다. 특정 양태에서, 플라즈마를 5 내지 30분 동안 사용한다. 그러나 최적 시간은 경험적으로 결정할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 "플라즈마"라는 용어는 전기장을 인가한 결과, 생성될 수 있는 동반된 방사선을 포함하여, 생성된 전자, 이온, 유리 라디칼, 분리되고/되거나 여기된 전자 또는 분자를 함유하는 기체 또는 증기의 임의의 비율을 포함한 것을 나타낸다. 인가하는 전기장은 넓은 주파수 범위에 해당될 수 있다. 그러나 통상적으로 고주파수 또는 전자파를 사용한다.

또한 본 발명의 비수성 과산화수소 이동 시스템을 앞에서 언급한 미국 특허 제4,643,876호에 기재된 방법에 의해 발생시킨 플라즈마를 사용하여 이용할 수 있다. 또는, 미국 특허 제5,115,166호 또는 제5,087,418호에 기재된 방법에 의해 발생시킨 플라즈마를 사용하여 이용할 수 있으며, 이들 특허에서 살균하고자 하는 제품은 플라즈마 공급원으로부터 분리된 챔버 안에 위치한다.

앞에 기재한 장비는 진공하에 안정하지 않은 과산화물 착물을 사용하는 경우 특히 유리하다. 진공 단계 동안 과산화수소의 손실을 최소화하기 위해 사용할 수 있는 가능한 방법은 2가지 이상이다. 첫 번째로, 소형 챔버를 독립적으로 탈기시킬 수 있다. 두 번째로, 충분히 작은 챔버를 사용하는 경우에는 이 소형 챔버를 탈기시킬 필요가 전혀 없다.

상기한 불안정한 비수성 과산화물 착물 한 가지는 글리신 무수물 과산화물 착물이다. 이 화합물은 진공하에 방치될 때 과산화수소 증기를 방출한다. 도 4는 진공하에 글리신 무수물 과산화물 착물로부터의 과산화수소의 방출을 나타낸 그래프이다. 글리신 무수물 과산화물 착물로부터 과산화수소를 방출시키기 위해 사용하는 단계는 다음과 같다. (1) 주 챔버(30)을 밸브(43)과 (44)를 닫고 탈기시킨다. (2) 과산화수소 착물을 넣은 챔버(42)를 밸브(38)과 (44)를 닫고 밸브(43)을 열고 탈기시킨다. 밸브(43)을 닫고 밸브(44)를 열어 과산화수소 증기를 챔버(30) 속으로 확산시킨다.

그래프에 나타난 바와 같이, 과산화수소 증기는 추가의 가열 공정이 없더라도 압력이 감소할 때 착물로부터 발생된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 과산화수소 증기의 방출이 착물을 보다 높은 온도로 가열함으로써 상당히 증가된다. 따라서, 불안정한 과산화물 착물이라도 본 발명의 살균방법에 유용하다.

본 발명은 이전의 과산화수소 살균 시스템보다 4가지 이상의 장점을 제공한다.

1. 매우 유해한 농축 과산화수소 용액을 사용하지 않는다.

2. 응축을 방지하기 위해 살균 영역의 상대습도를 미리 감소시킬 필요가 없다.

3. 실질적으로 시스템으로부터 물이 제거되어, 물과 과산화수소 사이에 길고 좁은 내강 속으로의 확산에 대한 경쟁이 거의 없다.

4. 종종, 살균제 기체를 길고 좁은 속으로 이동시키기 위해 특정 용기를 부착할 필요가 없다.

과산화수소 증기를 실질적으로 수분이 존재하지 않는 상태에서 사용하여 살균을 수행할 수 있다는 것이 본 발명의 놀라운 발견 중의 하나이다. 선행 기술에서는, 화학적 기체 또는 증기 상태 살균 공정에서 살균을 수행하기 위해서는 물이 필요하다. 유리하게도, 본 발명은 실질적으로 시스템으로부터 물을 제거하여, 보다 빠르고 보다 효율적이고 효과적인 살균을 수행한다.

다양한 비수성 과산화수소 착물의 살균 효과는 다음의 실시예 1 내지 4에 기재한 바와 같이 측정한다.

실시예 1

생물학적 공격체(biological challenge)로서 금속 및 TEFLON™ 플라스틱 내강속의 바실루스 서브틸리스 변종(Bacillus subtilis var.)(niger) 포자에 대하여 실질적인 무수 과산화우레아 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기를 사용하여 효과 데이터를 수득한다.

A. 시험방법

1. 장치

분쇄한 과산화수소 우레아 부가물 정제(Fluka Chemical Corp, Ronkonkoma, NY) 4g을 도 3A에 나타낸 바와 같이, 알루미늄 팬(90) 안에 넣는다. 알루미늄 팬(90)의 상부를 의료 등급인 TYVEK™ 92(통기성 폴리에틸렌 부직포)으로 덮어, 착물로부터 방출되는 과산화수소가 챔버의 나머지 부분으로 확산되기 전에 TYVEK™ 덮개를 통과하도록 한다. 알루미늄 팬(90)을 알루미늄 살균 챔버의 바닥에 위치한 파이렉스 접시(96) 안의 가열 패드(94) 위에 놓는다(도 1 참조). 또한 용적이 약 173ℓ인 살균 챔버에는

· 증기 상의 과산화수소 농도를 측정하기 위한 과산화수소 모니터,

· 가열 패드의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기,

· 액체 과산화수소를 챔버 속으로 주입할 수 있는 주입구,

· 시험용 내강 장치를 포함하는 플라스틱 트레이를 올려 놓는 금속 선반 및

· 효과 시험 동안 챔버 온도 45℃를 유지하는 챔버 벽 외부의 전기 저항 가열기가 포함된다.

2, 생물학적 공격체와 시험

비수성 과산화물 이동 시스템의 효과를 평가하기 위해, 스테인레스 스틸 날위에 1.04×10⁶ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자를 포함하는 생물학적 공격체를 크기가 내경 3mm×길이 40cm, 내경 3mm×길이 50cm 및 내경 1mm×길이 50cm인 스테인레스 스틸 내강 각각의 끝으로부터 같은 거리에 놓는다. 이들 내경과 길이는 금속 장치에 사용하는 금속 내강에 있어서 전형적이다. 생물학적 시험 시료를 넣은 각각의 내강 중간의 분리재(compartment)는 크기가 내경 13mm×길이 7.6cm이다. 금속 내강을 사용하는 생물학적 시험에서, 한 시험당 총 9개의 내강을 평가한다. 이것은 내경과 길이가 상이한 사용 가능한 3가지 세트를 각각 3개씩 포함한다.

유사한 시험을 종이 조각(6mm×4mm Whatman #1 크로마토그래프 종이) 위에 4.1×10⁵ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자를 포함하는 생물학적 공격체를 크기가 내경 1mm×길이 1m, 내경 1mm×길이 2m, 내경 1mm×길이 3m 및 내경 1mm×길이 4m인 TEFLON™ 내강의 끝으로부터 같은 거리에 놓고 실시한다. 생물학적 시험 시료를 넣은 이들 내강의 중심 분리재는 크기가 내경 15mm×길이 7.6cm이다. TEFLON™ 내강을 사용하는 생물학적 시험에서, 한 시험당 길이가 상이한 사용 가능한 4가지 세트를 각각 3개씩 포함하여, 총 12개의 내강을 평가한다.

생물학적 시험 시료를 넣은 내강을 플라스틱 트레이에 놓은 후 살균 챔버 내의 선반 위에 놓는다. 이어서 챔버 문을 닫고, 챔버를 진공 펌프로 0.2torr로 탈기시킨다. 다음에 과산화수소 우레아 부가물을 넣은 알루미늄 팬을, 알루미늄 팬의 옆면에 팬 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 열전기쌍 온도계로 측정하여 80 내지 81℃에서 5분 동안 가열한다. 이 시간 동안 챔버 안의 과산화수소의 농도는 과산화물 모니터로 측정한 결과 6mg/L까지 증가한다.

생물학적 시험 시료를 과산화수소 증기에 5, 10, 15, 20 및 25분 동안 노출시킨다. 과산화수소 증기에 노출시킨 후, 생물학적 시험 시료를 277unit의 카탈라아제를 함유하는 15ml의 트립티카아제 대두 브로스로 무균적으로 옮겨 시험 시료에 잔류할 수 있는 과산화수소 잔류물을 중화시킨다. 전체 시료를 32℃에서 7일 동안 배양하여 성장을 관찰한다.

또한, 살균 챔버 속으로 50% 과산화수소 수용액을 주입하고 가열 주입기(가열 금속 면)로부터 기화시키는 비교시험을 수행한다. 주입한 과산화수소 용액의 용적은 과산화수소의 증기 상 농도가 6mg/L가 된다. 이 시험에서 사용하는 시험용 내강과 생물학적 시험 시료는 비수성 과산화수소 시험에서 사용한 것과 동일하다. 과산화수소에 노출시킨 후의 생물학적 시험 시료의 처리 또한 동일하다.

B. 시험 결과

각각 표 3과 표 4에 나타낸 스테인레스 스틸과 TEFLON™ 내강을 사용한 시험 결과로부터 금속 및 비금속 내강을 사용한 비수성 과산화물 이동 시스템의 이점을 설명한다. 평가한 내경이 최소이고 길이가 최대인 내강에 대하여 비수성 과산화물 이동 시스템을 적용한 경우 5분 이내에 세균 포자가 완전히 사멸된다. 동시에 50% 과산화수소 용액의 경우 확산 시간 25분 후에도 세균 포자가 완전히 사멸되지 않는다.

과산화수소 이외의 다양한 살균제에 의한 화학적 기체/증기 상 살균 공정 동안에 일반적으로 수분이 존재한다는 사실의 관점에서, 실질적인 양의 물의 부재하에 급속히 살균 공정을 수행할 수 있다는 사실은 놀라운 것이다. 증기 상 과산화 수소 살균 시스템은 과산화수소 수용액을 사용하므로, 이 시스템에서도 마찬가지로 수분이 존재한다.

기타의 다양한 과산화물 착물의 살균 효과를 시험하기 위해 다음의 시험을 실시한다.

실시예 2, 3 및 4

실시예 1의 장치를 사용하여 폴리비닐피롤리돈 과산화수소 착물(실시예 2), 나일론 6-과산화수소 착물(실시예 3) 및 1,3-디메틸우레아 과산화수소 착물(실시예 4)의 효과를 시험한다. 이들 화합물은 이후의 실시예 12와 13에 기재한 방법에 따라 합성한다. 시험 파라미터는 다음과 같다.

각각의 경우, 포자 지지재는 플라스틱 내강 속에는 6mm×4mm 종이 기재이고 스테인레스 스틸 내강 속에는 스테인레스 스틸 날이다. 이 효과 시험의 결과는 표 5에 나타나 있다.

표 5의 결과에 의하면, 시험한 각각의 과산화수소 착물이 과산화수소를 발생시켜 단지 5분 노출 후에 효과적인 살균력을 제공한다.

위에 기재되어 있는, 고체 착물로부터 과산화수소 증기를 방출시키는 데에 필요한 온도는 알루미늄 팬 외부에 팬 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 열전기쌍 온도계로 측정한 것이다. 온도계(예: 불소 온도계)를 팬 내부 바닥 표면에 설치한 추가의 시험에 의하면, 팬 바닥에서의 온도가 다음 실시예 5에 기재한 바와 같이 약 30 내지 35℃ 더 높다. 따라서, 앞의 실시예에서, 열전기쌍 온도계로 80℃인 경우 팬 바닥에서의 온도는 약 110 내지 115℃이고, 열전기쌍 온도계로 110℃인 경우 팬 바닥에서의 온도는 약 140 내지 145℃이다.

실시예 5

고체 과산화물 착물을 넣기 위해 사용한 알루미늄 팬의 바닥에서의 온도를 측정하기 위해, 불소 온도계를 알루미늄 팬 내부 바닥에 테이프로 붙인다. 오가메(Omega)™ 열전기쌍 온도계를 알루미늄 팬 외부에 팬 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한다. 온도를 3회 반복하여 측정한다. 매회, 팬 옆면에 설치한 온도계로 측정하여 바람직한 온도까지 가열하고, 냉각한 후, 바람직한 온도까지 재가열한다. 기록한 온도는 아래에 기재되어 있다.

이 결과에 의하면, 알루미늄 팬 바닥에서의 온도가 팬 옆면에 설치한 열전기 쌍 온도계로 나타나는 온도보다 약 30 내지 35℃ 더 높다.

개방된(내강이 없는) 시스템에서 수성 및 비수성 과산화물 공급원을 사용하여 수득한 효과 데이터를 비교하기 위해 추가의 시험을 실시한다.

실시예 6

TYVEK™/MYLAR™(TYVEK™은 폴리에틸렌으로 제조된 기체 투과성 직물이고, MYLAR™은 기체 불투과성 폴리에스테르 재료이다) 봉지 안에 포장된 Whatman #1 크로마토그래프 종이 6mm×4mm 조각 위에 6.8×10⁵ 바실루스 서브틸리스 변종 (niger) 포자를 포함하는 생물학적 공격체를 사용하여 실시예 1의 장치를 이용한다. 포장된 생물학적 공격체 조각을 유연한 섬유성 S자형 스코프가 담긴 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 앞, 가운데 및 뒤에 놓는다. 트레이를 확산이 가능하도록 상부에 한 개의 포트 및 바닥에 두 개의 포트가 있는 폴리페닐렌 옥사이드 컨테이너 안에 놓는다. 직경 4inch의 포트를 통기성 폴리프로필렌 포장재(SPUNGARD™ Heavy Duty Sterilization Wrap, Kimberly-Clark, Dallas, TX)로 덮어 살균 후 컨테이너 내용물의 살균 상태를 유지한다. 컨테이너를 실시예 1의 장치 안에 넣고, 챔버의 압력을 0.2torr로 감소시킨다. 이어서 과산화수소 우레아 부가물(Fluka Chemical Corp.) 2g을 담은 알루미늄 팬을 알루미늄 팬 외부에 팬의 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 온도계로 측정하여 80 내지 81℃까지 5분 동안 가열하여, 챔버 안에 3mg/l의 과산화수소 증기를 공급한다. 생물학적 시험 시료를 5분 및 10분동안 과산화수소 증기에 노출시킨다. 노출 후 시험 시료를 실시예 1과 동일한 방법으로 처리한다.

또한, 살균 챔버 속으로 50%과산화수소 수용액을 주입하고 가열 주입기로부터 기화시키는 비교시험을 수행한다. 주입한 과산화수소 용액의 용적은 과산화수소의 증기 상 농도로 3mg/l이다. 시험의 구성, 생물학적 시험 시료의 조성 및 노출 후의 생물학적 시험 시료의 처리는 비수성 과산화수소 시험과 동일하다. 이 시험의 결과는 표 6에 나타나 있다.

이 시험의 결과에 의하면, 생물학적 시료를 내강 속에 넣지 않은 "개방" 시스템에서 수성 과산화수소 방법에 비해 비수성 과산화수소의 효과가 더 크다. 또 놀랍게도 비수성 시스템이 과산화수소를 길고 좁은 내강 속으로 확산시킬 필요가 없는 경우에도 더 뛰어난 살균력을 제공한다는 것이 밝혀졌다. 이로써 과산화수소의 작용 형태가 물이 존재하는 경우와 존재하지 않는 경우의 시스템에 대하여 동일하지 않음을 알 수 있다.

추가의 시험을 실시하여 비수성 과산화물 증기의 감압하지 않은 보통의 압력에서의 효과를 측정한다. 이 시험을 아래에서 더욱 상세히 설명한다.

실시예 7

대기압의 개방 시스템 내에서 과산화우레아 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기를 사용하여 효과 시험을 실시한다. 이 시험에서 스테인레스 스틸 칼 날 위에 1.04×10⁶ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자를 포함하는 생물학적 공격체를 TYVEK™/MYLAR™ 봉지 안에 포장한다. 포장된 생물학적 공격체 날을 폴리에틸렌 옥사이드 트레이의 앞, 가운데 및 뒤에 놓는다. 이 트레이를 실시예 1의 장치 안에 넣고 챔버 문을 닫는다. 과산화우레아(Fluka Chemical Corp.) 4.0g이 담긴 알루미늄 팬을, 알루미늄 팬 옆면에 팬의 바닥으로부터 약 1cm 위치에 설치한 열전기쌍 온도계로 측정하여 80 내지 81℃까지 시험하는 동안 가열한다. 생물학적 시험 시료를 5, 10, 20 및 30분 동안 과산화수소 증기에 노출시킨다. 노출 후 시험 시료를 실시예 1과 동일한 방법으로 처리한다. 이 시험의 결과는 표 7에 나타나 있으며, 이에 의해 대기압의 개방 시스템 내에서의 비수성 과산화물 방법의 효과가 입증된다.

추가의 시험을 실시하여 다양한 온도에서 과산화수소 우레아 착물에서 방출된 과산화물의 대략적인 양을 측정한다. 이 시험은 실시예 8에 기재되어 있다.

실시예 8

시판하는 정제(Fluka Chemical Corp.)를 분쇄하여 수득한 과산화우레아 분말을 크기가 12.7cm×12.7cm인 도 3B의 장치 안의 두 개의 알루미늄 스크린 사이에 놓는다. 이어서 알루미늄 판을 가열하고 알루미늄 판의 모퉁이 가까이에 설치한 온도계를 사용하여 온도를 측정한다. 표 8에 다양한 온도에서 5분 동안 가열한 후 방출된 과산화물의 대략의 백분율이 기재되어 있다. 데이터에 의하면 과산화물의 약 100%가 140℃의 온도에서 착물로부터 방출된다. 더 낮은 온도에서는 더 적은 백분율의 과산화물이 방출된다.

실온 및 대기압에서 과산화수소 증기를 방출할 수 있는 과산화물 착물(예: 과산화우레아 착물)는 다양한 살균 공정에 적용하여 사용하기에 효과적이다. 본 발명에 따르는 이 화합물을 앞에서 기재한 본 발명의 살균 장치에 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 자가 살균 포장재의 일부로서 사용하거나 가제, 스폰지, 면솜 등과 같은 지지재에 적용할 수 있다. 이 화합물에 의해 실온에서 또는 승온에서 밀봉한 포장의 살균이 가능하고, 특히 포장된 내과 또는 외과 제품의 살균에 유용하다.

본 발명의 화합물의 특정 용도가 다음 실시예에 기재되어 있다. 다음 실시예에서 사용하는 과산화물 착물은 정제 형태(Fluka Chemical Corp.) 또는 이 정제를 분쇄하여 수득한 분말 형태의 과산화우레아이다.

실시예 9

자가 살균 파우치를 다음과 같이 제조한다. 표면 위에 3.8×10⁵ 바실루스 서브틸리스 변종 (niger) 포자를 포함하는 외과용 칼을 멸균 페트리 접시에 놓는다. 페트리 접시를 더 큰 페트리 접시에 정제 또는 분말 형태의 과산화우레아 착물 1g과 함께 놓는다. 이어서 더 큰 페트리 접시를 TYVEK™/MYLAR™(기체 투과성, 표 9), MYLAR™/MYLAR™(기체 불투과성, 표 10) 또는 Paper/MYLAR™(기체 투과성, 표 10)으로 제조된 파우치 속에 넣는다. 이어서 파우치를 밀봉한다.

각각의 파우치를 아래의 표 9와 10에 나타낸 바와 같이 다양한 온도에서 다양한 시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 시료를 실시예 1에 기재한 바와 같이 살균력을 평가한다. 결과는 표 9와 10에 기재되어 있으며, "+" 기호는 세균 생육을 나타낸다.

표 10에 통기성 차단막을 사용한 경우(종이/MYLAR™)와 사용하지 않은 경우(MYLAR™/MYLAR™)의 파우치의 자가 살균 효과에 대한 데이터가 기재되어 있다. 파우치를 위에서 기재한 바와 같이 조립하지만, 과산화물 증기 공급원은 분말 형태의 과산화우레아만을 사용한다.

이 시험 결과에 의하면, 통기성 차단막을 사용한 파우치와 사용하지 않은 파우치에 넣은 본 발명의 과산화우레아 착물은 수분의 부재하 실온 및 대기압에서 단지 2 내지 3시간 후에 파우치 내부의 제품을 효과적으로 살균할 수 있다. 더 높은 온도에서는 단지 1시간 후에 살균 효과가 나타난다.

밀폐 컨테이너 속에서 본 발명의 살균 시스템의 효과를 측정하기 위해 다음시험을 실시한다.

실시예 10

자가 살균 컨테이너를 다음과 같이 제조한다. 표면에 3.8×10⁵ 바실루스 서브틸리스 변종 (niger) 포자(표 11) 또는 9.2×10⁵ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자(표 12)를 포함하는 스테인레스 스틸 지지재를 표면에 구멍(크기 3/16inch)이 20개인 소형 폴리에틸렌(PE) 바이얼 안에 넣는다. 이 바이얼을 더 큰 PE 바이얼에 넣고, 이것을 공기 밀폐 캡(air tight cap) 또는 기체 투과성 SPUNGUARD^R(CSR Wrap) 층으로 덮는다. 또한, 더 큰 바이얼에 마찬가지로 표면에 구멍(크기 3/16inch)이 20개인 제2 PE 바이얼을 넣는다. 이 바이얼에 정제 또는 분말 형태의 과산화우레아 1g을 넣고, 이것을 SPUNGUARD^R(CSR Wrap) 또는 TYVEK™ 파우치 안에 밀봉한다.

각각의 컨테이너를 아래의 표 11과 12에 나타낸 바와 같이 다양한 온도에서 다양한 시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 시료를 실시예 1에 기재한 바와 같이 살균력을 평가한다. 결과는 표 11과 12에 기재되어 있으며, "+" 기호는 세균 생육을 나타낸다.

이 시험 결과에 의하면, 통기성 차단막을 사용한 컨테이너와 사용하지 않은 컨테이너에 넣은 비수성 과산화우레아 착물에 의해 실온에서 단지 3 내지 4시간 후에 효과적으로 살균할 수 있다. 더 높은 온도에서는 단지 30분 후에 살균 효과가 나타난다.

과산화물 증기를 방출하는 비수성 과산화물 착물은 실온에서 제품의 살균에 유용하며, 그리고 더 높은 온도에서는 더욱 효과적으로 유용한 것으로 밝혀졌다. 이들 착물은 파우치, 컨테이너, 챔버, 방 또는 임의의 밀폐 가능한 영역 안에 넣을 수 있으며, 여기서 이들은 제품을 효과적으로 살균하는 과산화물 증기를 방출한다. 착물을 가열함으로써 증기의 방출을 용이하게 하고 실온 살균에 필요한 시간보다 더 짧은 시간 내에 살균할 수 있다. 따라서, 본 발명의 화합물은 살균이 필요한 경우에 유용하게 다양한 분야에 적용할 수 있다. 살균하고자 하는 제품 또는 제품들이 포함된 밀폐 영역에 단순히 당해 착물을 방치함으로써 살균이 가능하다. 선행 기술의 방법과 대조적으로, 과산화수소를 활성화시키기 위해 수분과 접촉시킬 필요가 없다.

비수성 과산화물 착물을 사용하여 더 낮은 압력에서 더 짧은 시간 내에 살균을 효과적으로 할 수 있는지 확인하기 위해 다음 시험을 실시한다.

실시예 11

자가 살균 컨테이너를 다음과 같이 제조한다. 표면에 9.2×10⁵ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자를 포함하는 스테인레스 스틸 지지대를 표면에 구멍(크기 3/16inch)이 20개인 소형 PE 바이얼 안에 넣는다. 이 바이얼을 더 큰 PE 바이얼에 넣고, 이것을 기체 투과성 SPUNGUARD^R(CSR 랩) 층으로 덮는다. 또한, 더 큰 바이얼에 마찬가지로 표면에 구멍(크기 3/16inch)이 20개인 또 다른 PE 바이얼을 넣는다. 이 바이얼에 정제 또는 분말 형태의 과산화우레아 1mg을 넣는다. 이어서 이것을 CSR 랩 또는 TYVEK™ 파우치 안에 밀봉한다.

대형 바이얼을 4.5ℓ 살균 챔버 또는 173ℓ 살균 챔버 내에 방치한다. 각각의 컨테이너를 표 13에 나타낸 바와 같이 100torr, 23℃에서 2시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 시료를 실시예 1에 기재한 바와 같이 살균력을 평가한다. 결과는 표 13에 기재되어 있다.

이 시험 결과에 의하면, 통기성 차단막을 사용한 컨테이너에 넣은 비수성 과산화우레아 착물에 의해 100torr, 실온에서 단지 2시간 후에 효과적으로 살균할 수 있다. 이 시험 결과를 표 12의 결과와 비교해 보면, 본 발명의 과산화물 착물은 감압시 대기압에서 살균하는 데 필요한 시간 보다 더 짧은 시간 내에 살균을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명의 과산화수소 착물을 사용하여 상당히 짧은 시간 내에 효과적인 살균을 할 수 있다. 추가로, 앞에서 논의한 바와 같이, 플라즈마를 사용하여 또한 과산화수소 증기의 살균력을 증가시킬 수 있다. 살균할 제품을 과산화물 증기 노출 후 플라즈마 처리하고 완전한 살균을 수행하는 데 충분한 시간 동안 플라즈마 속에 유지시킨다.

과산화수소 증기에 노출시켜 살균한 제품을 플라즈마에 접촉시킴으로써 제품에 잔류하는 잔류 과산화수소를 제거할 수 있다. 잔류 과산화수소는 플라즈마 처리 동안 무독성 생성물로 분해되기 때문에, 살균한 제품을 처리 후 추가의 단계없이 즉시 사용할 수 있다.

비수성 과산화물 착물은 자가 살균 포장의 구성 성분으로서의 용도를 포함하여, 유용하게 다양한 분야에 적용할 수 있다. 추가로, 이 착물은 미국 특허 제4,943,414호에 기재된 방법과 같이, 제품을 증기 살균하는 다양한 방법에 사용하는데 적합하다. 미국 특허 제4,943,414호에는 소량의 기화성 액체 살균제 용액이 담긴 용기가 내강에 부착되어 있고, 살균 주기 동안 압력을 감소시킴에 따라 살균제가 기화되어 제품의 내강 속으로 직접 흘러들어 가는 방법이 기재되어 있다. 이 특허에 기재된 방법을 변형하여 비수성 과산화물 화합물에 사용할 수 있다. 화합물을 용기에 넣고 살균하고자 하는 제품의 내강에 연결시킨다. 이어서 제품을 컨테이너 안에 넣고 컨테이너를 탈기시킨다. 제품의 내강과 제품의 외부는 비수성 화합물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 접촉시킨다. 임의로 플라즈마를 발생시켜 살균력을 증가시키고/거나 시스템에 잔류하는 잔류 과산화수소를 제거하고 앞에서 기재한 바와 같이 수용액 내의 물이 과산화수소보다 더 빨리 기화되어 먼저 내강 속으로 들어간다는 단점을 극복한다. 따라서, 더욱 효과적으로 살균을 수행할 수 있고 살균을 수행하는 데에 더 짧은 시간이 필요하다. 글리신 무수물과 같은 과산화수소 착물은 감압하에 추가로 가열할 필요없이 상당한 양의 과산화수소를 방출하기 때문에 특히 유리하다.

비수성 과산화수소 착물의 합성 공정

추가로, 본 발명은 앞에 기재한 바와 같이 과산화수소 증기 살균기 내의 공급원 또는 자가 살균 포장의 구성 성분으로서 유용한 비수성 과산화수소 착물을 제조하는 방법을 제공한다. 물론, 과산화수소 착물을 기타의 용도(예: 표백제, 콘택트 렌즈 용액, 촉매 및 당해 분야의 일반 기술자들에게 익히 공지된 기타의 용도)로 사용할 수 있다.

본 발명의 과산화수소 착물을 제조하는 일반적인 방법은 다음과 같다.

(1) 반응물 재료를 챔버 안에 넣는다

과산화수소와 반응시킬 재료는 다양한 형태(예: 분말, 결정, 필름 등, 바람직하게는 반응 속도를 증가시키기 위한 표면적이 큰 형태)일 수 있다. 또한 반응물 재료는 챔버 내의 압력을 감소시킨 후 용매를 증발시키는 데에 충분한 시간이 주어지는 경우, 물 또는 다른 용매 속의 용액으로서 존재할 수 있다. 또한 반응물 재료는 비점이 과산화수소(150℃)보다 더 높은 액체일 수 있다. 반응 속도가 승온에서 더 빠르기 때문에, 바람직하게는 챔버를 반응물 조성물을 넣기 전 또는 후에 가열한다. 그러나 온도가 반응물이 비등하거나 기화될 정도로 높아서는 안된다.

반응물 조성물을 과산화수소와 접촉시킬 수 있는 컨테이너에 담을 수 있다. 반응물이 챔버를 탈기시킬 때 날릴 수 있는 분말 또는 기타의 형태인 경우, 반응물을 통기성 컨테이너에 유지시켜 과산화수소를 컨테이너 속으로 확산시킬 수 있다.

(2) 챔버를 탈기시킨다

특정 양태에서 챔버를 대기압 미만의 압력, 예를 들면 과산화수소의 증기압(농도와 온도에 따라 달라진다) 미만의 압력으로 탈기시켜, 과산화물 전체가 증기상이 되도록 한다. 증기압은 온도를 증가시키면 증가하고 과산화물 농도를 증가시키면 감소한다. 대부분의 시험의 경우, 챔버를 약 0.2torr로 탈기시키고 온도는 실온 이상으로 한다.

(3) 과산화수소 증기를 발생시킨다

과산화수소 증기를 과산화수소 용액 또는 실질적인 비수성 과산화수소 착물로부터 발생시킬 수 있다. 실질적인 비수성 과산화수소 착물은 증기 상태의 무수 과산화수소를 생성하며, 이것은 과산화수소 증기와 반응시킬 재료 또는 생성될 착물이 흡습성인 경우 이점이 된다. 실질적으로 물을 함유하지 않은 착물로부터 과산화수소 증기를 발생시키는 경우, 또 다른 이점은, 생성되는 착물 내의 과산화수소의 백분율이 H₂O₂ 수용액으로부터 증기가 발생하는 경우보다 더 높다는 것이다. 이것은 수용액을 사용하여 H₂O₂ 증기를 발생시키는 경우 착물의 결합 부위에 대한 물 분자와 H₂O₂ 분자의 경쟁에 의한 것일 수 있다.

반응물 재료가 포함된 동일한 챔버 또는 진공 밸브에 의해 분리된 또 다른 챔버 내에서 과산화수소 증기를 발생시킬 수 있다.

(4) 반응물 재료와 과산화수소를 반응시킨다

물론 반응에 필요한 시간은 반응물과 과산화수소의 반응 속도에 따라 다르다. 이것은 압력을 측정함으로써 경험적으로 결정할 수 있으며, 압력은 과산화물이 반응물 재료와 결합하는 동안 감소한다. 전형적으로 반응 시간은 약 5 내지 30분이다. 기화된 과산화수소의 농도와 초기 재료의 중량에 의해 최종 반응 생성물내의 과산화물의 중량%가 결정된다. 반응물의 과산화수소에 대한 중량비가 증가함에 따라, 착물 내의 과산화수소의 중량%가 감소한다. 반응을 여러 번 반복하여 착물 내의 과산화수소 농도를 증가시킬 수 있다.

(5) 챔버를 다시 탈기시킨다

반응 시간 후반에, 챔버를 약 2torr로 추가로 탈기시켜 반응하지 않은 과산화수소를 제거한다.

(6) 챔버를 배출시키고 과산화수소 착물을 회수한다

과산화수소가 반응물 재료와 착물을 형성하는 메카니즘은 완전히 알려져 있지 않다. 착물의 형성은 과산화수소와 반응물 재료의 산소 및/또는 질소를 포함하는 전자가 많은 작용성 그룹 사이에 수소 결합의 형성과 관련된 것으로 생각된다. 이것이 유일한 결합 형태인지는 알려져 있지 않다. 그러나 광범위한 작용성 그룹을 포함하는 재료가 과산화수소와 착물을 형성하는 것으로 알려져 있다.

과산화수소 착물을 제조하는 선행 방법에 비해 증기 상 반응의 이점에는 다음이 포함된다.

1. 반응물 재료에 대한 과산화수소의 비율을 증기 상태로 존재하는 과산화수소의 양 또는 증기에 노출되는 반응물 재료의 양을 변화시킴으로써 정확하게 조절할 수 있다.

2. 반응 생성물로부터 용매를 제거할 필요가 없다.

3. 액체 또는 고체(예: 분말, 결정, 필름 등)의 과산화물 착물을 제조할 수 있다.

4. 흡습성 재료의 과산화물 착물을 제조할 수 있다.

본 발명에 따르는 비수성 착물의 합성이 추가로 다음 실시예에 기재되어 있다. 이들 화합물의 다수는 당해 분야의 일반 기술자들이 즉시 인정하는 바와 같이 촉매로서의 용도 뿐만 아니라 본원에 더욱 상세히 기재되어 있는 용도로 사용된다. 실시예에 의해 본 발명의 조성물과 방법의 양태를 제시하지만 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다.

실시예 12

글리신 무수물과 과산화수소와의 착물을 다음과 같이 제조한다. 글리신 무수물(Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) 시료 1.0g을 45℃의 온도로 유지된 173ℓ 챔버 내의 알루미늄 트레이 안에 넣는다. 알루미늄 트레이 상부를 통기성의 과산화수소를 흡수하지 않는 TYVEK™ 편직물로 덮어, 글리신 무수물이 챔버 내의 압력이 감소될 때 트레이 밖으로 나오는 것을 방지한다. 챔버 문을 닫고 진공 펌프로 챔버를 탈기시켜 챔버 내의 압력을 0.2torr로 감소시킨다. 과산화수소 농도를 적합한 용적의 70% 과산화수소(FMC Corp., Philadelphia, PA) 수용액을 증발시킴으로써 10mg/l로 한다. 과산화수소 증기를 20분 동안 글리신 무수물과 접촉시켜 유지한다. 반응 종료시, 챔버 압력을 2torr로 감소시킨 후 다시 대기압으로 증가시킨다. 반응 생성물을 챔버로부터 꺼내고 다음의 요오드 환원 적정 반응에 의해 과산화수소 중량%를 분석한다.

전분 지시약을 요오드-나트륨 티오설파이트 적정 반응에 사용하여 종말점에서 색 변화를 증가시킨다. 과산화수소 중량%를 다음 식에 의해 계산한다.

글리신 무수물 착물 내의 과산화수소의 중량%는 24.3%로 나타난다.

실시예 13

다양한 무기 착물 및 유기 착물과 과산화수소와의 착물을 실시예 12의 방법을 이용하여 제조한다. 각각의 경우에 반응 조건은, 글리신 무수물 대신에 표 14에 제시된 화합물을 각각 1.0g 사용하는 것을 제외하고 실시예 12와 동일하다.

형성된 유기 착물은 과산화수소와 수소 결합을 형성할 수 있는 다음 범위의 작용성 그룹을 포함한다: 알콜, 에테르, 케톤, 산, 아미노산, 에스테르, 유기염, 아민, 아미드, 폴리아미드, 폴리우레탄, 우레아 및 뷰렛. 무기 착물은 탄산나트륨, 탄산칼륨 및 탄산루비듐 뿐만 아니라 중탄산나트륨을 포함한다. 추가로, 수산화칼슘 및 피로인산사나트륨과 과산화수소와의 착물도 제조된다. 개시 물질은 두께 0.12mm의 필름으로서 제조된 나일론 6,6과 50중량%의 수용액인 폴리비닐 메틸 에테르를 제외하면 미세 분말 또는 약간 큰 결정성 물질이다.

이들 재료를 사용하여 시험 조건하에 수득한 과산화수소 착물은 폴리비닐피롤리돈, 히스타민, 폴리(비닐 메틸 에테르), 폴리(비닐 메틸 케톤), 프로피온아미드 및 1,3-디메틸우레아의 경우를 제외하면 고체이다. 1,3-디메틸우레아 및 프로피온아미드의 과산화수소 착물은 최종 생성물을 수득하기 위해 용매를 제거할 필요가 없기 때문에 증기 상 합성 공정에서 용이하게 처리할 수 있는 자유 유동성 액체이다. 히스타민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(비닐 메틸 에테르) 및 폴리(비닐 메틸케톤) 착물은 처리하기 쉽지 않은 점성 재료이다.

실시예 14와 15에서 자유 유동성 고체 생성물로서 과산화물 착물을 수득하기 위해 상이한 제조 조건하에 폴리비닐피롤리돈을 사용하여 추가로 시험한다.

실시예 14

증기 상태의 과산화수소 농도에 대한 폴리비닐피롤리돈의 중량비를 변화시킴으로써 폴리비닐피롤리돈 착물 내의 과산화수소 백분율을 변화시켜 폴리비닐피롤리돈의 과산화수소 착물을 제조한다. 이 시험 조건은 폴리비닐피롤리돈의 중량을 1.0g에서 3.0g, 5.0g으로 증가시킨 것을 제외하면 실시예 12와 동일하다. 모든 시험에서, 과산화수소의 농도는 10.0mg/챔버 용적 1로 일정하게 유지한다. 이 시험의 결과는 표 15에 나타나 있다.

실시예 15

과산화수소와 우레아와의 착물로부터 과산화수소를 이동시켜 PVP의 과산화수소 착물을 제조한다. 과산화수소가 이 방법으로 이동되는 경우, 실질적으로 물이 존재하지 않는다. 본 실시예에서, PVP 5g을 반응 챔버 안에 넣고 우레와의 H₂O₂ 35% 착물 약 7g을 약 110℃에서 약 5분 동안 가열함으로써 10mg H₂O₂/챔버 용적 l를 이동시킨다. 이 시험에서 나머지 조건은 실시예 12와 동일하다. PVP 착물 내의 과산화수소 백분율과 착물의 물리적 상태가 표 15에 나타나 있다.

이 시험 결과에 의하면, PVP 과산화수소 착물의 경우, 증기 상태의 과산화수소에 대한 PVP의 비율을 조절함으로써 또는 실질적으로 물을 함유하지 않는 과산화수소 증기 공급원을 사용함으로써 자유 유동성 고체가 수득할 수 있다.

무기 과산화수소 착물

무기 과산화수소 착물도 유기 과산화수소 착물에 대하여 앞에서 상세히 기재한 바와 같이 살균제로서 적합하다. 과산화물 증기는 대기압 및 실온에서 무기 착물로부터 방출될 수 있다. 그러나, 아래에 더욱 상세히 기재한 바와 같이, 과산화수소 증기의 실질적인 양이 특정 방출 온도로 급속히 가열할 때 대기압과 감압하 두 조건에서 무기 과산화물 착물로부터 방출될 수 있다. 무기 과산화물로부터 과산화수소를 효과적으로 방출시키기 위한 무기 과산화물 착물의 가열 속도는 바람직하게는 5℃/min 이상, 더욱 바람직하게는 10℃/min 이상, 보다 더욱 바람직하게는 50℃/min 이상, 가장 바람직하게는 1000℃/min 이상이다.

이들 무기 과산화물 착물의 대표적인 항목과 과산화물 중량%가 표 16에 기재되어 있다. 바람직한 무기 착물은 분해되어 할로겐화수소산을 형성하지 않는 것이다. 따라서, 특히 바람직한 착물은 할로겐을 함유하지 않는다. 또한 과산화수소 증기의 공급원으로서 과산화물 착물의 혼합물을 제공할 수 있다. 이러한 혼합물은 예비제조된 두 가지 상이한 과산화물 착물을 물리적으로 혼합한 "물리적 혼합물" 또는 착물 내의 화합물을 과산화물 착물을 제조하기 전에 혼합한 "화학적 혼합물"일 수 있다.

착물 내의 H₂O₂의 중량%를 측정하기 위해 이용하는 적정방법은 실시예 12에 기재되어 있다. 탄산나트륨 H₂O₂ 착물은 Fluka Chemical Corp.로부터 구입한다. 무기 과산화물 착물을 합성하기 위해 이용하는 증기 상 합성 방법은, 고체 무기 시료를 1 내지 5g 대신 10g을 사용하고 1회의 반응 주기 대신 2회의 반응 주기를 적용하는 것을 제외하면, 실시예 12에 기재한 바와 동일하다.

실시예 16

무기 과산화수소 착물의 액상 합성을 위한 반응 공정은 필수적으로 Jones 등이 기술한 바와 같다[참조: J. Chem. Soc., Dalton, 12: 2526-2532, 1980]. 간단히 말해서, 먼저 무기 고체를 30% 과산화수소 수용액에 용해시켜 포화 용액을 제조한 후, 에탄올을 적가한다. 옥살산칼륨 및 탄산루비듐 착물의 경우, 첨가하는 에탄올의 양을 점차 증가시킴에 따라 백색 과산화물 침전이 형성된다. 탄산칼륨, 피로인산칼륨 및 피로인산나트륨의 경우, 포화 용액을 -10℃에서 수 시간 동안 항온처리하여 용이하게 결정성 과산화물 착물을 형성한다. 착물을 진공 여과에 의해 액체로부터 분리하고, 에탄올로 3회 이상 세척한 후 진공 건조시킨다.

시차 주사 열량계(DSC)(Model PDSC 2920, TA 및 Metler-Toledo Model DSC 27HP instruments)를 사용하여 무기 과산화물 착물의 H₂O₂ 방출 또는 분해 특성을 측정한다. DSC를 가열 속도 10℃/min로 30 내지 220℃의 온도 범위에서 대기압과 다양한 진공 압력 조건하에서 작동시킨다. 도 5에서, DSC는 시료 챔버(110), 가열판(112) 및 압력 조절 시스템을 포함한다. 압력 조절 시스템은 압력계(116)에 연결된 압력 변환기(114)를 포함한다. 압력계(116)은 조절기(118)에 연결되어 있고, 조절기(118)은 압력 조절 밸브(120)에 차례대로 연결되어 있다. 압력 변화기(114)는 압력 조절 밸브(120) 및 펌프(122)와 유체가 교류된다.

앞에서 기재한 바와 같이 합성한 옥살산칼륨 과산화수소 착물을 DSC에 넣고, 50 내지 170℃의 온도 범위에서 특정의 진공압을 가한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 이 DSC 조건하에 구멍이 한 개인 시료 팬의 뚜껑을 사용하는 경우 압력이 낮을수록 흡열 반응인 H₂O의 방출이 더 증가하는 반면, H₂O₂의 발열 분해 반응은 압력이 높을수록 유리하다. 그러나, 도 10에 나타낸 바와 같이, 동일한 시험을 팬 위에 덮개를 사용하지 않고(즉, 팬을 개방함) 반복하는 경우 대기압에서도 과산화물이 일부 방출될 수 있다. 따라서, 일부 과산화수소 착물의 경우, 보다 개방된 시스템 및/또는 보다 낮은 압력에서 착물로부터 H₂O₂의 방출을 용이하게 할 수 있다.

살균용 무기 과산화물 착물을 사용하는 경우, 알루미늄 판을 무기 과산화물 조성물과 접촉시키기 전에 예열함으로써 급속히 가열하는 것이 착물의 안전성에 중요하다. 또한 무기 과산화물 화합물을 사용하는 경우, 온도가 86℃ 이상인 것이 바람직하다.

앞에서 논의한 바와 같이, 무기 과산화수소 착물을 빠르게, 즉 1000℃/min 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 이것은 과산화물 착물을 예열한 가열 판과 접촉시킴으로써 이루어질 수 있다. 이와 같이 급속히 가열하기 위한 바람직한 양태는 도 7A와 7B에 나타나 있다. 도 7A에서, 과산화물 증기를 밀폐 상태의 살균챔버(131)속으로 주입하기 위한 장치(125)가 나타나 있다. 무기 과산화수소 착물을 과산화물 디스크(132)에 넣는다. 디스크(132)는 5층(3층의 CSR 랩, 과산화물 착물 분말 및 폴리프로필렌으로 피복된 알루미늄 호일)으로 구성되어 있다. 디스크(132)의 가장자리 주위를 가열 밀봉하여 과산화물 착물 분말을 유지하도록 한다. 과산화물 디스크(132)를 알루미늄 부착 조각(142)로 하우징(housing)(150)에 부착시킨 다공성 알루미늄 판(130) 아래에 놓는다. 디스크(132)를 0링(151) 사이에 여유있게 유지시킨다. 챔버 속으로 과산화물 증기를 주입하기 전에, 가열한 알루미늄 압반(134)는 과산화수소 디스크(132)와 분리시키고 알루미늄 판(136)에 부착시킨다. 송풍기(138) 내의 스프링(나타나 있지 않음)으로 알루미늄 판(136)을 아래에로 내려 밀폐 상태로 만든다. 챔버(131)을 탈기시킬 때, 송풍기(138) 또한 탈기시킨다. 알루미늄 판(136)을 0링(148)로 내려, 과산화물 방출 챔버(152)를 통로(158)로부터 분리한다. 장치를 제자리에 유지시키고 볼트(144), (146), (154) 및 (156)으로 살균 챔(131)에 부착시킨다.

도 7B에서, 압반(134)를 위로 올려 과산화물 디스크(132)와 접촉시키기 위해 송풍기(138)을 배출시킨다. 일단 압력이 증가하면, 송풍기(138)이 위로 올라가고, 이로써 가열된 알루미늄 압반(134)를 과산화물 디스크(132) 쪽으로 움직인다. 바람직한 양태에서, 알루미늄 압반(134)를 175℃까지 예열한다. 그러나 다른 온도로 예열할 수 있다. 이어서 과산화물 증기가 분말로부터 CSP 층을 통해 방출되어, 다공성 알루미늄 판(130) 내의 구멍(160)을 통과하고, 과산화물 방출 챔버(152)로 이동한다. 또한, 가열한 알루미늄 압반(134)를 위로 올림으로써 과산화물 방출 챔버(152)가 개방되어, 살균 챔버와 유체 형태로 접촉하는 통로(158)로 과산화물 증기가 이동하게 된다.

도 8에서, 내부에 다수의 유리봉(172)이 직각으로 배열된 살균 챔버(170)이 도시되어 있다. 각각 챔버(170)의 상부와 바닥에 놓여진 스테인레스 스틸 칼 날(174)와 (176)은 표면에 바실루스 스테아로써모필루스(Bacillus stearothermophilus)를 함유한다. 과산화수소 착물(예: 피로인산 나트륨 과산화수소 착물(Na₄P₂O₇·3H₂O₂), 옥살산칼륨 과산화수소 착물(K₂C₂O₄·H₂O₂))를 가열하기 위해 사용하는 장치(178)은 살균 챔버(170)에 포함되며 이것의 오른쪽에 나타나 있다. 장치(178)은 챔버(170)의 바닥에 위치한 파이렉스 용기(180)를 포함한다. 파이렉스 접시(182)를 파이렉스 용기(180) 위에 놓는다. 알루미늄 판(184)이 달린 가열 패드(186)을 파이렉스 접시(182) 위에 놓는다. 과산화물 착물을 알루미늄 판(184) 위에 놓는다. 전력 코드(188)을 가열 패드(186)에 부착하고, 온도계(190)을 알루미늄 판(184)에 부착한다. 칼 날(174)를 알루미늄 판(184)위 2in 위치에 놓는다.

특정 양태에서, 살균하고자 하는 제품을 넣는 컨테이너와 유체 형태로 접촉하는 별도의 밀폐기 안에 과산화수소 착물을 넣는다. 밀폐기와 컨테이너안의 압력은 동일하거나 상이할 수 있다. 밀폐기 내의 포지티브 압력 차이에 의해 밀폐기안의 과산화물 착물로부터 방출되는 과산화물 증기가 용이하게 컨테이너 속으로 이동한다. 이러한 포지티브 압력은 특히 컨테이너가 큰 경우(예: 방 전체인 경우)에 유용하다.

또 다른 바람직한 양태에서, 분말 형태의 과산화물 착물을 접착성 표면에 적용할 수 있다. 바람직한 접착성 표면에는 내열성 접착성 테이프(예: A10 및 A25 접착성 테이프(3M Corp., Minneapolis, MN))가 포함된다. 이어서 과산화물 착물 분말로 도포시킨 접착성 테이프를 예를 들면 도 3A, 7A 및 8에 나타낸 장치를 사용하여 가열함으로써 이로부터 과산화물을 방출시킨다.

도 9에서, 과산화수소 착물 분말(202)로 도포된 내열성 접착성 테이프(200)을 알루미늄 호일 층(204) 위에 놓는다. 하나 이상의 CSR 층(206)을 접착성 테이프 층(200) 위에 적재한다. 이 배열은 재료의 개별적 시트 형태를 취하거나 롤로 만들어질 수 있다.

실시예 17과 18에서 과산화수소 방출량과 살균 효과를 측정하기 위해 사용한 무기 과산화물 착물은 피로인산칼륨(K₄P₂O₇·3H₂O₂: PP), 옥살산칼륨(K₂C₂O₄·1H₂O₂: PO) 및 탄산나트륨(Na₂CO₃·1.5H₂O₂: SC)이다.

실시예 17

SC, PO 및 PP로부터의 과산화물의 방출

SC, PO 및 PP로부터 H₂O₂가 방출되는 이상적인 온도를 DSC로 측정한다. 이들 각각의 착물 2g으로부터 방출되는 H₂O₂의 실제 양을 75ℓ 챔버와 도 7A와 7B에 나타낸 장치를 사용하여 다양한 온도에서 측정한다. 175℃에서 PP로부터 방출된 H₂O₂의 양은 SC와 PO의 경우보다 더 많다. SC가 175℃에서 가장 적은 양의 H₂O₂를 방출하지만, 시료의 양을 증가시키는 경우 방출량이 상당히 더 많아진다.

실시예 18

SC, PO 및 PP를 사용한 효과 시험

2×10⁶ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자를 SS 날 위에 접종한다. 먼저 세 개의 접종한 날을 Spunguard(스펀가드)로 씌운 10"×21"×3.5"의 폴리페닐렌옥사이드 트레이의 앞, 가운에, 뒤에 놓는다. 이어서 당해 트레이를 초기 진공압이 0.2torr인 75ℓ 진공 챔버 안에 넣는다. 5.5"의 과산화물 디스크를 3층의 스펀가드와 폴리프로필렌 필름으로 피복된 1층의 알루미늄 호일 층 사이의 SC, PO 및 PP 무기 과산화물 분말을 가열 밀봉함으로써 제조한다. 디스크를 175℃까지 예열시킨 알루미늄 판과 2분 동안 접촉시켜 과산화물을 방출시킨 후, 추가로 8분 동안 확산시켜 전체 10분 동안 노출시킨다. 처리 후, 3개의 날을 따로따로 32℃에서 7일 동안 트립티케이스 소이 브로스(Trypticase Soy Broth)(TSB)에 방치하고 세균 생육 수를 센다. 표 18에 결과가 요약되어 있다.

표 18에서 알 수 있듯이, 2g SC(1/3)의 경우을 제외하면 포자 생육이 관찰되지 않는다. 그러나 기화시키는 SC의 양을 3g으로 증가시키면 세균 생육이 관찰되지 않는다. 이 결과는 무기 과산화수소 착물을 사용한 경우 살균 효과가 우수함을 보여준다.

무기 과산화수소 착물을 유기 과산화물 착물과 배합하여 위에서 기술한 살균 방법에 용이하게 도입할 수 있다. 예를 들면, 무기 착물을 플라즈마 살균 방법과 결합시키거나 또는 과산화물이 착물로부터 서서히 방출되는 자가 살균 밀폐기와 결합시켜 사용할 수 있다. 또한 이와 유사하게 무기 착물을 좁은 내강을 포함하는 제품의 살균에 사용할 수 있으며, 여기에는 이를 포함하는 용기가 내강에 연결되어 있다. 추가로, 무기 과산화물 착물로부터 방출된 증기를 가압 펄스시킬 수 있다. 살균용 무기 착물 용도의 다른 예는 본원을 참고로 당해 분야의 일반적인 기술을 가진 사람들에게 명백할 것이다.

인산 및 응축 인산 과산화물 착물의 합성 공정

몇 가지 인산 및 응축 인산 과산화물 착물과 문헌에 보고되어 있는 합성 방법이 표 19에 요약되어 있다. 일반적으로, 이들 착물은 인산염과 과산화수소 수용액을 혼합(고체를 과산화물 용액에 첨가하거나 또는 과산화물 용액을 고체에 첨가)함으로써 합성할 수 있다. 반응에 의해 발생된 열로 인해 과산화수소가 분해될 수 있기 때문에 고체를 과산화물 용액과 서서히 혼합하거나 또는 냉각시킨(예: 0℃) 과산화물 용액을 사용함으로써 반응 온도를 조절한다. 또한 과산화물 착물을 인산염 또는 응축 인산염의 수화물을 과산화물 용액 속에 용해시킴으로써 제조한다.

1. Richmond, Howard, PCT 공개공보 WO 제95/05341호.

2. Xiao 등, Faming Zhuanli Shenqing Gongkai Shoumingshu, CN 1,097,798, 25 Jan 1995.

3. Titova 등, Russ. J. Inorg. Chem. 40[3]:384 (1995).

4. Titova 등, Russ. J. Inorg. Chem. 39[5]:754 (1994).

5. Kudo, I., Japan Kokai, (C1.C01B), Aug. 29, 1975, Appl. 74 15,389, Feb. 08, 1974.

6. Kirsanova, M. P., Bogdanov, G. A., Dymova, Z. N., Safonov, V.V., Izv. Vyssh. Ucheb. Zaved. Kjim. Khim. Tekhnol. 15(2): 183-6 (1972).

7. Majewski, H. W., 미국 특허 제3,650,750호.

분무법

과거에 문헌에 기재된 바와 유사한 방법을 수행하여 인산 및 응축 인산 착물 제조방법의 용이성과 제한성을 평가한다. 일반적으로, 착물은 과산화물 용액을 고르게 펼친 고체염에 분무한 후 진공 또는 오븐 건조시킴으로써 제조한다. 표 20에 분무법으로 합성한 과산화수소 착물이 요약되어 있다. Na₄P₂O₇·3H₂O₂는 30% H₂O₂ 용액을 사용하여 합성할 수 없으며, 이것은 선행 기술과 일치한다. K₃PO₄ 과산화물 착물은 실온에서 H₂O₂ 용액을 직접 무수 K₃PO₄에 첨가함으로써 제조할 수 없다. 상세한 합성 조건은 다음의 실시예 21 내지 36에 기재되어 있다.

Na ₄ P ₂ O ₇ ·nH ₂ O ₂ 의 액체 분무 합성 방법

일반적으로, 피로인산나트륨과 과산화수소와의 무수 착물(Na₄P₂O₇·nH₂O₂)는 액체-고체 상 반응을 이용하여 합성한 후 진공 및/또는 오븐 건조시켜 합성한다. 다음의 실시예 21 내지 27에 기재한 바와 같이, 피로인산나트륨과 과산화수소와의 착물의 액체-고체 합성시 다수의 파라미터를 변화시킨다. 농축 과산화수소 용액(30 내지 90% H₂O₂)을 피로인산나트륨(98%, Aldrich)에 적상 분무한다. 혼합물을 10℃, 25℃ 또는 45℃에서 1 내지 16시간 동안 항온처리한 후, 25 내지 60℃에서 진공 건조 및/또는 60℃에서 오븐 건조시킨다. H₂O₂ 농도, Na₄P₂O₇에 대한 H₂O₂의 초기 몰 비, 액체에 대한 고체의 비율, 항온처리 시간 및 온도, 건조 방식, 건조 온도 및 개시재의 양을 생성물 조성에 대한 그 영향을 측정하기 위해 다음의 실시예에 기재한 바와 같이 변화시킨다.

실시예 21 내지 23에서는, 25℃에서 2시간 동안 반응시켜 수득한 착물 내의 최종 H₂O₂의 중량%에 대한 건조방법(각각, 30℃에서 진공 건조, 60℃에서 진공 건조 및 60℃에서 오븐 건조시킴)의 영향을 나타낸다.

실시예 24에서는, 25℃에서 진공 건조시 반응 시간의 영향을 나타낸다. 이 결과에 의하면, 1시간 동안 반응시킴으로써 충분히 피로인산나트륨의 H₂O₂에 대한 비율이 1:3인 착물을 형성시킬 수 있다.

실시예 25에서는, 과산화물 착물 형성에 대한 반응 온도의 영향을 나타낸다. 결과에 의하면, 소량의 개시재를 적용하는 경우에 약 1:3의 비율을 갖는 착물이 4 5℃ 미만의 온도에서도 형성될 수 있다.

실시예 26에서는, 액체 분무 합성방법을 이용하여 수득한 과산화물 착물의 조성에 대한 과산화수소 농도의 영향을 나타낸다. 표 26에 나타낸 바와 같이, 30% H₂O₂를 고체 피로인산나트륨에 분무하는 경우, H₂O₂의 SP에 대한 초기 몰 비가 4:1이더라도 수득된 착물 Na₄P₂O₇·1.64H₂O₂는 H₂O₂의 SP에 대한 비율이 2:1 미만이다(비스-퍼옥시하이드레이트). 트리스-퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)는, H₂O₂의 농도가 45% 이상, 바람직하게는 50% 이상인 경우 형성될 수 있다. H₂O₂의 SP에 대한 비율이 4:1인 Na₄P₂O₇·4H₂O₂의 조성은 60℃ 미만의 온도에서만 안정하다.

실시예 27에 의하면, 다량의 Na₄P₂O₇를 사용하는 경우 피로인산나트륨 트리스-퍼옥시하이드레이트 착물을 액체-분무법에 의해 성공적으로 제조할 수 없다.

실시예 21

30℃에서의 진공 건조

H₂O₂(59%)와 피로인산나트륨(SP)을 고체의 액체에 대한 중량부를 1:0.8, 1:0.9 및 1:1.1로 하여 혼합하고, 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 30℃에서 4시간 동안 또는 30℃에서 4시간 이후에 60℃에서 15시간 동안 진공 건조시킨다. 생성물 수율은 84 내지 99%의 범위이다. 표 21에 결과가 요약되어 있다.

실시예 22

60℃에서의 진공 건조

H₂O₂(59%)와 피로인산나트륨을 고체의 액체에 대한 중량부를 1:0.8, 1:0.9 및 1:1.1로 하여 혼합하고, 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 60℃에서 4시간 동안 진공 건조시킨다. 표 22에 결과가 요약되어 있다.

실시예 23

60℃에서의 오븐 건조

H₂O₂(59%)와 피로인산나트륨을 고체의 액체에 대한 중량부를 1:0.8, 1:0.9 및 1:1.1로 하여 혼합하고, 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 60℃에서 6시간 또는 21시간 동안 오븐 건조시킨다. 표 23에 결과가 요약되어 있다.

실시예 24

반응 시간의 영향

H₂O₂(59%)와 피로인산나트륨을 고체의 액체에 대한 중량부를 1:0.8로 하여 혼합하고, 25℃에서 1, 2 및 16시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 4시간 동안 진공 건조시킨다. 표 24에 결과가 요약되어 있다.

실시예 25

반응 온도의 영향

H₂O₂(59%)와 피로인산나트륨을 고체의 액체에 대한 중량부를 1:0.8, 1:1.1 또는 1:1.3으로 하여 혼합하고, 10℃, 20℃ 및 45℃에서 항온처리한 후, 진공 건조시킨다. 표 25에 결과가 요약되어 있다.

실시예 26

H₂O₂ 농도의 영향

상이한 농도의 H₂O₂ 용액을 피로인산나트륨(Aldrich, 98%)에 적가한다. 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 4시간 동안 진공 건조시킨 다음, 60℃에서 15시간 동안 오븐 건조시키고, 예외적으로 표 26의 마지막 줄의 시료는 25℃에서 4시간 동안 진공 건조시킨 후, 40℃에서 9시간 동안 오븐 건조시킨다. 표 26에 결과가 요약되어 있으며, 이 결과는 H₂O₂의 SP에 대한 몰 비가 약 1:3인 과산화물 착물을 제조하기 위해서는 과산화물 농도가 보다 높아야 한다는 것을 나타낸다.

실시예 27

개시 화합물량의 영향

59% H₂O₂ 용액을 상온에서 고체 피로인산나트륨에 천천히 분무한다. 그러나, 혼합물의 온도가 증가한다. 59% H₂O₂를 SP 300g에 첨가할 때, 혼합물의 온도가 60℃ 이상까지 상승한다. 따라서 다량의 SP는 보다 소량인 경우 만큼 양호하게 작용하지 않는 것 같다. 표 27에 결과가 요약되어 있다.

추가의 과산화물 착물의 몇 가지 추가의 액체-분무 합성 공정이 실시예 28 내지 34에 기재되어 있다.

실시예 28

Na₃PO₄·5H₂O₂의 액체-분무 합성 공정

과산화수소 농도가 30%, 59% 및 70%인 과산화수소 수용액을 3염기성 고체 o-인산나트륨(SPT; 96%, Aldrich)에 분무하여 페이스트를 제조한다. 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 28에 결과가 요약되어 있다.

실시예 29

Na₂HPO₄·H₂O₂와 Na₂HPO₄·2H₂O₂의 액체 합성 공정

2염기성 고체인 인산나트륨(99.95%, Aldrich)을 과산화수소 수용액에 용해시키고 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 수득한 생성물은 Na₂HPO₄/H₂O₂ 비율이 약 1:2인 겔이다. 겔을 추가로 건조시켜 Na₂HPO₄/H₂O₂ 비율이 약 1:1인 분말을 수득한다. 표 29에 결과가 요약되어 있다.

실시예 30

Na₅P₃O₁₀·1.2H₂O₂의 액체-분무 합성 공정

농축 과산화수소 용액을 트리폴리인산나트륨 (85%, Aldrich)(SPT)에 적상 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨 다음, 60℃에서 오븐 건조시킨다. 표 30에 결과가 요약되어 있다.

실시예 31

K₃PO₄·nH₂O₂의 액체-분무 합성 공정

59% H₂O₂를 실온에서 3염기성 인산칼륨(97%, Aldrich)에 적가한다. 반응 혼합물의 온도가 분무 공정 동안 약 80℃까지 상승한다. 페이스트 혼합물을 4시간 동안 진공 건조시킨다. 표 31에 결과가 요약되어 있으며, 이 결과는 착물 내의 과산화수소의 대부분이 높은 반응 온도로 인해 분해됨을 나타낸다.

실시예 32

K₄P₂O₇·nH₂O₂의 액체-분무 합성 공정

과산화수소 농도가 59% 또는 70%인 과산화수소 수용액을 피로인산칼륨(PP)(97%, Aldrich)에 분무하여 페이스트를 제조하며, 분무 공정 동안 이의 온도는 약 30 내지 35℃이다. 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 32에 결과가 요약되어 있다.

실시예 33

K₂HPO₄·3H₂O₂의 액체-분무 합성 공정

농축 과산화수소 용액을 인산수소칼륨(98%, Aldrich)(PHP)에 적상 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 33에 결과가 요약되어 있다.

실시예 34

KH₂PO₄·H₂O₂의 액체-분무 합성 공정

농축 과산화수소 용액을 인산이수소칼륨(98%, Aldrich)(PDHP)에 적상 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 34에 결과가 요약되어 있다.

실시예 35

Ca₂P₂O₇·3.42H₂O₂의 액체-분무 합성 공정

59% 과산화수소 수용액을 고체 피로인산칼슘(Aldrich)에 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 35에 결과가 요약되어 있다.

실시예 36

Mg₂P₂O₇·4.60H₂O₂의 액체-분무 합성 공정

59% 과산화수소 수용액을 고체 피로인산마그네슘(Aldrich)에 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 36에 결과가 요약되어 있다.

몇 가지 인산 과산화물 착물이 기재되어 있지만, 안정한 착물을 제조하기 위한 일반적인 합성방법은 공지되어 있지 않다. 과산화수소 용액과 인산 또는 응축인산 사이의 반응은 발열 반응이다. 이 발열 반응에 의한 열에 의해 과산화수소가 분해될 수 있다. 결과적으로, 착물이 불안정하거나, 인산 또는 응축 인산에 대한 과산화물의 비율이 목적하는 것보다 더 낮아질 수 있다. 특히 이러한 문제는 다량의 착물을 제조하는 경우 나타난다.

페이스트법

본 발명자들은 과산화수소 용액과 인산 또는 응축 인산과의 반응에 의해 발생하는 열을 조절하기 위해, 다양한 합성방법을 개발하였다. 본 발명자들은 이러한 한 가지 방법을 "페이스트"법이라 지칭하는데, 그 이유는 초기에 인산 또는 응축 인산과 물로부터 페이스트가 형성되기 때문이다. 무기 과산화수소 착물을 제조하기 위한 이 페이스트-액체 합성방법에서는 바람직한 무기 화합물과 물을 혼합하여 연질 페이스트를 제조한다. 페이스트를 냉각시키고, 과산화수소 수용액을 무기 페이스트에 첨가한다. 생성된 혼합물을 건조시켜 물을 제거하고, 무기 과산화수소 착물을 수득한다.

이 합성 반응의 주요한 이점은 무기 화합물과 물과의 반응이 발열 반응인 반면, 무기 과산화물 착물의 형성 동안 열이 거의 발생하지 않기 때문에 합성 공정동안 과산화수소의 분해를 방지할 수 있다. 이것은 상당한 양의 열이 발생하여 과산화수소가 분해되는 선행 방법에 비해 상당히 개선된 것이다. 수득된 무기 과산화물 착물의 결정은 기타의 방법에 따라 제조한 것보다 더 미세하고 더 안정하며, 또한 보다 저 농도의 H₂O₂를 사용할 수 있다.

어떠한 이론 또는 작용 메카니즘에 얽매이지 않고서, 본 발명자들은 페이스트 제조시 초기에 수화물이 형성되며 이어서 수화물로부터 물이 과산화수소로 대체되어 무기 과산화물 착물이 형성된다고 생각한다. 실시예 37과 38에 두 가지 상이한 인산 과산화물 착물의 제조방법이 예시되어 있다.

실시예 37

상이한 H₂O₂ 농도를 이용한 Na₄P₂O₇·2.3H₂O₂의 페이스트-액체 합성 공정

고체 피로인산나트륨(98%, Aldrich)을 탈이온수와 혼합하고 천천히 교반하여 연질 페이스트를 제조한다. 이 반응은 발열 반응이므로, 페이스트를 실온으로 냉각시킨다. H₂O₂ 농도가 상이한 수성 H₂O₂ 용액을 페이스트와 혼합한다. 온도는 상승하지 않는다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 진공 건조시킨 시료를 추가로 60℃에서 오븐 건조시켜 잔류 수분을 제거한다. 표 37에 결과가 요약되어 있다.

표 37은 과산화수소 착물을 제조하기 위한 페이스트법의 몇 가지 이점을 나타낸다.

1. H₂O₂의 초기 농도를 피로인산나트륨 트리스-퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)를 제조하기 위해 50% 이상으로 제한하지 않는다. 12% 만큼 저농도의 H₂O₂ 용액을 적용하는 경우 착물을 제조할 수 있다.

2. H₂O₂ 용액을 SP-물 페이스트와 혼합하는 동안 온도가 상승하지 않기 때문에, 더 많은 양의 개시재(예: SP 200g)를 사용하여 성공적으로 Na₄P₂O₇·3H₂O₂를 제조할 수 있다.

3. 초기 혼합물 내의 H₂O₂의 SP에 대한 몰 비를 조절함으로써 상이한 조성의 과산화물 착물을 용이하게 제조할 수 있다.

실시예 38

K₃PO₄·nH₂O₂의 페이스트-액체 합성 공정

3염기성의 인산칼륨(97%, Aldrich)(PPT)을 탈이온수와 혼합하고 천천히 교반하여 연질 페이스트를 제조한 후 실온으로 냉각시킨다. 수성 H₂O₂ 용액(59%)을 페이스트와 혼합한다. 온도는 상승하지 않는다. 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 38에 결과가 요약되어 있다. 인산칼륨 과산화물은 대부분의 인산 과산화물 착물 합성에 이용하는 액체-분무법(실시예 31에 기재되어 있음)에 의해 제조할 수 없다. 과산화수소 용액을 고체 인산칼륨에 분무할 때, 반응 혼합물의 온도가 약 80℃까지 상승한다. 이렇게 온도가 높으면 과산화수소가 분해되어 과산화수소가 인산칼륨에 최소량 혼입되는 것 같다. K₃PO₄·3H₂O₂ 착물을 제조하는 데에 확실히 페이스법이 액체-분무법보다 더 적당하다.

실시예 39

분무법과 페이스트법을 이용하여 제조한 Na₄P₂O₇·3H₂O₂의 열안정성

착물 시료 약 0.3g을 뚜껑이 열린 상태(개방, 조건(1)) 또는 뚜껑이 완전히 닫힌 상태(밀봉, 조건(2))의 5ml 플라스틱병에 저장한다. 개방된 병 및 밀봉된 병을 23℃, 상대습도(RH) 50%의 항온기 또는 60℃ 오븐 내에 방치한다. 이어서 착물의 H₂O₂ 함량을 측정한다. 표 39에 결과가 요약되어 있다.

표 39에 기재된 결과를 비교하면, 60℃에서, 분무법으로 제조한 착물의 안정성이 페이스트법으로 제조한 착물보다 안정성이 낮다. 그러나, 23℃ 및 상대습도 50%에서의 안정성은 거의 비슷하다. 따라서, 페이스트법은 불리한 저장 조건(예: 선적하는 동안 통상적으로 나타나는 조건) 하에 매우 뛰어난 안정성을 제공한다.

수화물법

앞에 기재한 바와 같이, 본 발명자들은 페이스트법 초기에 인산 또는 응축 인산의 수화물이 제조된다고 생각한다. 다수의 인산 또는 응축 인산의 수화물은 당해 분야의 일반 기술자들에게 익히 공지된 기술을 이용하여 즉시 제조할 수 있거나 구입 가능하다. 따라서, 본 발명자들은 과산화물 착물을 합성하기 위해 이전방법의 초기 페이스트 형성 단계를 생략하는 대신 제조된 수화물을 사용하는 수화물법을 시도하였다. 이전 방법에서와 같이 수화물의 물 분자가 과산화물로 대체되는 것으로 생각된다. 다음 실시예 40에 수화물 합성방법이 예시되어 있다.

실시예 40

Na₄P₂O₇·3H₂O₂의 수화물 합성 공정

고체 피로인산나트륨 10수화물(99%, Aldrich)을 12%, 30% 또는 59% 과산화수소 수용액과 혼합하고, 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 결과는 표 40에 요약되어 있다. 결국, 이 착물은 30% 이하의 과산화수소 용액을 사용하여 제조할 수 있다.

황산 과산화물 착물의 합성 공정

또한 본 발명자들은 본원에 기재한 살균방법에 사용하기 위한 황산염의 과산화수소 착물을 합성한다. 실시예 41과 42에 황산염 착물의 두가지 예에 대한 합성 세부 사항이 기재되어 있다.

실시예 41

Na₂SO₄·1.28H₂O₂의 액체 분무 합성 공정

59% 과산화수소 수용액을 고체 황산나트륨(99%+, Aldrich)에 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 41에 결과가 요약되어 있다.

실시예 42

K₂SO₄·0.62H₂O₂의 액체-분무 합성 공정

59% 과산화수소 수용액을 고체 황산칼륨(99%+, Aldrich)에 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 42에 결과가 요약되어 있다.

규산 과산화물 착물의 합성 공정

또한 본 발명자들은 본원에 기재한 살균방법에 사용하기 위한 규산염의 과산화수소 착물을 합성한다. 실시예 43과 44에 규산염 착물의 두가지 예에 대한 합성 세부 사항이 기재되어 있다.

실시예 43

Na₂SiO₃·nH₂O₂의 페이스트-액체 합성 공정

고체 메타규산나트륨(Na₂SiO₃, Aldrich)을 물과 혼합하여 연질 페이스트를 제조한 후 실온으로 냉각시킨다. 과산화수소 수용액(12%)을 페이스트와 혼합한다. 혼합 공정 동안 온도는 30 내지 35℃이다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 43에 결과가 요약되어 있다.

실시예 44

Na₂Si₃O₇·0.68H₂O₂의 수화물 합성 공정

59% 과산화수소 수용액을 고체 삼규산나트륨 수화물(Na₂Si₃O₇·xH₂O₂, Aldrich)에 분무한다. 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 후, 25℃에서 진공 건조시킨다. 표 44에 결과가 요약되어 있다.

따라서, 본 발명자들은 폭넓고 다양한 무기염의 과산화수소 착물을 제조할 수 있음을 보여 준다. 본 발명자들은 수소 결합을 할 수 있는 다수의 음이온염(예: 하나 이상의 산소 및/또는 질소 원자를 포함)을 본원에 기재된 살균방법에 사용하여 H₂O₂의 방출을 성공적으로 수행할 수 있다고 생각한다. 본 발명의 방법에 사용할 수 있는 유기 착물과 추가의 무기 착물의 예는 앞의 표 14를 참고한다.

착물로부터의 과산화물의 방출

앞의 실시예(예: 실시예 6)에 기재한 DSC 곡선은 구멍이 한 개인 팬 덮개를 사용하여 대기압 및 감압에서 수득한다. DSC에서 옥살산칼륨 과산화물 착물에 대하여 구멍이 한 개인 뚜껑을 사용하는 경우 1기압에서 발열 피크가 나타난다. 다음의 실시예 45에 기재한 바와 같이, 동일한 시험을 대기압하에 반복하여, 보다 개방된 시스템을 사용하는 경우 과산화물이 더 많이 방출될 수 있는지 측정한다.

실시예 45

대기압에서 K₂C₂O₄ 과산화물 착물로부터의 H₂O₂의 방출

옥살산칼륨 과산화수소 착물(K₂C₂O₄·H₂O₂)을 가열 판(112) 위의 시료 팬의 밀봉된 뚜껑에 구멍이 두 개이거나 또는 알루미늄 팬이 대기에 개방된 도 5의 장치를 사용하여 대기압에서 가열한다. 도 10에 DSC 곡선이 나타나 있다. 팬이 개방된 경우 큰 흡열 피크 이후에 작은 발열 피크가 나타나며, 이것은 H₂O₂가 일부 방출됨을 나타낸다. 팬이 뚜껑에 구멍이 두 개인 경우 작은 흡열 피크 이후에 큰 발열 피크가 나타나며 이것은 H₂O₂가 약간 방출되고, 대부분 분해됨을 나타낸다.

팬이 개방된 경우 상당량의 H₂O₂가 방출되지만, 구멍이 두 개인 뚜껑을 사용하는 경우 그렇지 않다는 실시예 45의 결과의 견지에서, 본 발명자들은 대기압에서 개방된 팬을 사용 및 감압하에 구멍인 한 개인 뚜껑을 덮은 팬을 사용하여 착물로부터의 과산화물의 방출 시험을 DSC로 수행하였다. 다수의 무기 착물의 DSC 곡선이 도 11 내지 25에 도시되어 있으며, DSC 시험에서 과산화물 착물의 열 특성을 표 45에 요약하여 나타내었다.

도 11A는 Na₄P₂O₇·2H₂O₂와 Na₄P₂O₇·3H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 나타난 바와 같이 한 개의 흡열 피크가 관찰되며, 이것은 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다,

도 11B는 Na₄P₂O₇·4H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 나타난 바와 같이 두 개의 흡열 피크가 관찰되며, 이것은 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 12는 Na₃PO₄·5H₂O₂의 760torr, 7torr 및 0.35torr에서의 DSC 곡선이다. 이 착물은 액체-분무법을 이용하여 합성한다. 나타난 바와 같이 흡열 피크 이후에 작은 발열 피크가 나타나고, 이것은 1기압에서 부분적인 방출이 일어남을 나타낸다. 그러나, 진공 하에서, 넓은 흡열 반응 효과는 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 13은 Na₂HPO₄·1H₂O₂와 Na₂HPO₄·2H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 두가지 착물 모두 DSC에서 흡열 효과를 나타내며, 이것은 대기압에서 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 14는 Na₅P₃O₁₀·H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 수 개의 흡열 피크는 대기압에서 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 15는 K₃PO₄·3.34H₂O₂의 760torr, 7torr 및 1torr에서의 DSC 곡선이다. 대기압에서 DSC 내의 발열 피크는 대부분의 H₂O₂가 대기압에서 분해됨을 나타내지만, 진공하에서 흡열 피크가 발열 피크 이전에 관찰되므로 진공하에서는 부분적인 방출이 일어난다.

도 16은 K₄P₂O₇·7H₂O₂의 760torr 및 7torr에서의 DSC 곡선이다. 독립적으로 수득한 중량 손실을 데이터를 기준으로 하여, 대기압에서 140 내지 180℃의 범위의 흡열 피크는 발열 피크에 의해 상쇄되는 것 같다. 따라서, DSC에 의하면 대기압에서 부분적인 방출이 일어난다. 진공하에서 수 개의 흡열 피크는 이 조건에서 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 17은 K₂HPO₄·3.15H₂O₂의 760torr 및 1torr에서의 DSC 곡선이다. 수 개의 흡열 피크 이후에 발열 피크가 나타나고, 이것은 대기압에서 부분적인 방출이 일어남을 나타내지만, 진공 하에서는 발열 피크가 나타나지 않고, 이것은 이 조건에서 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 18은 KH₂PO₄·H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 두 개의 흡열 피크가 나타나고, 이것은 대기압에서 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 19는 Na₂CO₃·1.5H₂O₂의 760torr 및 7torr에서의 DSC 곡선이다. 대기압 및 진공 모든 조건하에 90 내지 100℃에서의 흡열 피크는 H₂O₂의 방출을 나타내는 것으로 생각된다. 대기압하에 약 150℃에서의 발열 피크는 대부분의 H₂O₂가 분해됨을 나타낸다. 그러나, 진공하에 발열 피크는 흡열화되고 이어서 작은 발열 피크가 나타나며, 이것은 대부분의 H₂O₂가 방출됨을 나타낸다.

도 20은 Ca₂P₂O₇·3.42H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 흡열 피크는 H₂O₂ 의 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 21은 Mg₂P₂O₇·4.60H₂O₂의 760torr 및 7torr에서의 DSC 곡선이다. 흡열 피크 이후에 발열 피크가 나타나고, 이것은 대기압에서 H₂O₂의 부분적인 방출이 일어남을 나타내지만, 진공 하에서는 큰 흡열 피크가 나타나고, 이것은 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 22는 Na₂SO₄·1.28H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 흡열 피크는 대기압에서 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 23은 K₂SO₄·0.62H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 흡열 피크는 대기압에서 거의 완전한 방출이 일어남을 나타낸다.

도 24는 Na₂SiO₃·2.15H₂O₂의 760torr, 1torr 및 0.5torr에서의 DSC 곡선이다. 대기압 및 감압하에 흡열 피크는 대부분의 H₂O₂가 이들 조건하에 분해됨을 나타낸다.

도 25는 Na₂Si₃O₇·0.68H₂O₂의 760torr에서의 DSC 곡선이다. 대기압에서 흡열피크는 대부분의 H₂O₂가 분해됨을 나타낸다.

아래의 표 45에 DSC 연구에서의 과산화물 착물의 열특성이 요약되어 있다.

효과 시험 결과

앞의 실시예(예: 실시예 17과 18)에서 무기 과산화물 착물은 진공 조건 하에서 본원 및 기타에 기재된 기술과 함께 살균력을 제공할 수 있음이 증명되었다. 이들 무기 착물이 대기 조건하에 살균력을 제공할 수 있음을 증명하기 위해, 본 발명자들은 다수의 화합물의 살균 효과를 시험하였다. 실시예 46A는, DSC 분석시 1기압에서 하나의 흡열 피크만을 나타내는 착물에 대하여 1기압 및 저온(≤60℃)에서 살균 공정을 수행한 결과를 제공한다. 실시예 46B는, DSC 측정시 1기압에서 흡열 피크와 발열 피크를 둘다 나타내는 착물에 대하여 1기압 및 저온(≤60℃)에서 살균 공정을 수행한 결과를 제공한다. 실시예 46C는, DSC 분석시 1기압에서 하나의 발열 피크만을 나타내는 착물에 대하여 1기압 및 저온(≤60℃)에서 살균 공정을 수행한 결과를 제공한다. 실시예 47은, DSC 분석시 1기압에서 하나의 흡열 피크만을 나타내는 착물에 대하여 1기압에서 착물을 가열하여 살균 공정을 수행한 결과를 제공한다. 실시예 48은, DSC 분석시 1기압에서 흡열 피크와 발열 피크를 둘다 나타내는 착물에 대하여 1기압에서 착물을 가열하여 살균 공정을 수행한 결과를 제공한다. 아래에 나타낸 바와 같이, 이러한 조건하에 이들 착물, 심지어 DSC 분석시 발열 피크만을 나타내는 착물을 사용하여 1기압에서 효과적인 살균을 수행할 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, DSC 상에서 발열 피크만을 나타내는 착물을 사용한 경우 효과적으로 살균되는 것을 고려해 볼 때, 어떤 경우에는 흡열 피크가 동일한 온도 범위 내에 나타나는 발열 피크에 의해 상쇄되는 것으로 생각된다.

실시예 46A

KH₂PO₄·H₂O₂ 과산화물 착물을 사용한 살균 공정

(1기압 및 저온)

자가 살균 파우치를 다음과 같이 제조한다. 표면에 7.7×10⁵ 바실루스 스테아로써모필루스 포자를 포함하는 스테인레스 스틸 날을 멸균 페트리 접시(60×15mm) 안에 넣는다. KH₂PO₄·H₂O₂ 착물 분말(20.31중량%의 H₂O₂를 함유함) 2g을 또 다른 페트리 접시 안에 넣는다. 두 개의 페트리 접시를 TYVEK™/MYLAR™으로 제조된 100×250mm 파우치 속에 함께 넣는다. 파우치를 밀봉하여 실온(약 23℃), 40℃(항온기 안) 및 60℃(오븐 안)에서 상이한 시간 동안 노출시킨다. 살균 시험 결과는 표 46A에 요약되어 있다.

실시예 46B

K₂C₂O₄·H₂O₂ 과산화물 착물을 사용한 살균 공정

(1기압 및 저온)

자가 살균 파우치를 다음과 같이 제조한다. 표면에 1.34×10⁶ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자를 포함하는 스테인레스 스틸 날을 멸균 페트리 접시(60×15mm) 안에 넣는다. K₂C₂O₄·H₂O₂ 착물 분말(14.21중량%의 H₂O₂를 함유함) 2g을 또 다른 페트리 접시 안에 넣는다. 두 개의 페트리 접시를 MYLAR™/MYLAR™으로 제조된 100×250mm 파우치 속에 함께 넣는다. 파우치를 밀봉하여 40℃(항온기 안)와 60℃(오븐 안)에서 상이한 시간 동안 노출시킨다. 살균 시험 결과는 표 46B에 요약되어 있다.

실시예 46C

Na₂CO₃·1.5H₂O₂ 과산화물 착물을 사용한 살균 공정

(1기압 및 저온)

자가 살균 파우치를 다음과 같이 제조한다. 표면에 1.34×10⁶ 바실루스 서브틸리스 변종(niger) 포자를 포함하는 스테인레스 스틸 날을 멸균 페트리 접시(60×15mm) 안에 넣는다. Na₂CO₃·1.5H₂O₂ 착물 분말(27.78중량%의 H₂O₂를 함유함) 2g을 또 다른 페트리 접시 안에 넣는다. 두 개의 페트리 접시를 MYLAR™/MYLAR™으로 제조된 100×250mm 파우치 속에 함께 넣는다. 파우치를 밀봉하여 60℃(오븐 안)에서 상이한 시간 동안 노출시킨다. 살균 시험 결과는 표 46C에 요약되어 있다.

실시예 47

Na₄P₂O₇·3H₂O₂ 과산화물 착물을 사용한 살균 공정

(1기압 및 승온시킨 착물 온도)

Na₄P₂O₇·3H₂O₂(27중량%)를 도 8에 나타낸 살균 장치 내에서 사용한다. 살균 공정의 파라미터는 다음과 같다: 챔버 크기=6.25"×6.25"×7"(4.5ℓ); 챔버 온도=40℃; 챔버 압력=760torr; 가열 온도=175 내지 180℃. 바실루스 스테아로써모필루스(1.5×10⁶/칼 날)을 접종원로서 사용한다. 결과는 표 47A와 47B에 요약되어 있다. 표 47A에서 입증된 바와 같이, 가열 장치의 2inch 위에 위치한 칼 날을 단지 착물 0.01g을 사용하여 완전히 살균할 수 있다. 대조적으로, 챔버 바닥에 위치한 접종원의 경우 완전히 살균하는 데에 0.3g의 착물이 필요하다.

실시예 48

K₂C₂O₄·H₂O₂ 과산화물 착물을 사용한 살균 공정

(1기압 및 승온시킨 착물 온도)

K₂C₂O₄·H₂O₂(16.3중량%)를 도 8에 나타낸 살균 장치 내에서 사용한다. 살균 공정의 파라미터는 가열 온도가 155 내지 160℃인 것을 제외하고 실시예 47에 기재한 바와 같다. 이 시험에서, 접종한 칼 날을 가열판 위에만 위치시킨다. 결과는 표 48에 요약되어 있다.

옥살산칼륨 착물의 경우, 0.01g을 30분 동안 노출시켜 완전히 살균할 수 있다. 세가지 모든 주기에서 착물 0.03g을 사용하여 완전히 살균할 수 있다.

요약하면, H₂O₂를 1기압 및 실온에서 착물로부터 발생시킬 수 있다. 승온 및 감압시 H₂O₂를 용이하게 발생시킬 수 있다.

과산화수소 착물로부터 증기를 방출시키기 위한 시스템

도 7A와 7B와 관련하여 앞에서 논의한 장치를 과산화수소 착물로부터 과산화수소 증기를 방출시키기 위한 시스템 내에 사용할 수 있다. 이러한 장치는 디스크 형태의 과산화물 착물과 함께 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명자들은 분말 형태로 사용하는 경우, 보다 완전하고 효율적으로 증기가 방출될 수 있음을 밝혔다. 도 7A와 7B와 관련하여 앞에서 기재한 바와 동일한 메카니즘을 이용하여 분말을 장치 안에 넣을 수 있다. 그러나, 분말을 초기에 고온용 접착 테이프에 도포함으로써 또 다른방법으로 분말을 넣을 수 있다. 예를 들면, 3M Coporation에서는 접착제 A10을 사용한 고온용 테이프 9469를 제조한다. 분말을 접착제 상에 뿌리고 테이프를 챔버 속으로 넣어 과산화수소 증기를 방출시킨다. 이 목적을 위한 또 다른 접착 테이프의 예는 3M 접착제 A25와 3M 테이프 9485로 제조된 테이프를 예로 들 수 있다.

결론

본 발명은 본 발명의 상세한 설명에 기재한 양태로만 제한되지 않는다. 본 발명의 취지에 부합하는 양태는 어느 경우나 본 발명의 범위에 속하는 것으로 고려해야 한다. 그러나, 본 발명은 다음의 청구 범위에 의해서만 제한된다.

발명의 배경

발명의 분야

본 발명은 의료 기기와 같은 제품을 살균하기 위한 과산화수소 증기의 이용 장치와 이용방법에 관한 것이며, 보다 특히, 이 방법에 이용하기 위한 무기 과산화수소 착물의 용도에 관한 것이다.

Claims

살균하고자 하는 제품을 수용(受容)하는 컨테이너 및

분해되어 할로겐화수소산을 형성하지 않는 무기 과산화수소 착물을 포함하며 과산화수소 증기가 제품과 접촉하여 살균을 수행할 수 있도록 배치되어 있는, 컨테이너와 유체 형태로 접촉하는 과산화수소 증기 공급원을 포함하는, 과산화수소를 이용하여 제품을 살균하는 장치.
제1항에 있어서, 통기성 차단막을 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 과산화수소 증기 공급원이 컨테이너 안에 위치하는 장치.
제1항에 있어서, 과산화수소 증기 공급원이 컨테이너와 유체 형태로 접촉하는 밀폐기 안에 위치하는 장치.
제1항에 있어서, 무기 과산화수소 착물을 가열하는 데 적합한 가열기를 추가로 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 컨테이너를 탈기시키기 위한 펌프를 추가로 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 플라즈마를 발생시키기 위한 메카니즘을 추가로 포함하는 장치.
제1항에 있어서, 착물이 과산화수소와 인산염 또는 응축 인산염과의 착물인 장치.
제1항에 있어서, 착물이 과산화수소와 탄산염과의 착물인 장치.
할로겐화수소산으로 분해되지 않는 무기 과산화수소 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 제품을 접촉시킴을 포함하여, 과산화수소 증기를 이용하여 제품을 살균하는 방법.
제10항에 있어서, 착물을 가열하여 착물로부터 과산화수소 증기의 방출을 용이하게 함을 추가로 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 과산화수소 증기를 컨테이너 속으로 도입시킨 후에 제품 주위에 플라즈마를 발생시킴을 추가로 포함하는 방법.
제10항에 있어서, 무기 착물이 인산염 또는 응축 인산염과 과산화수소와의 착물인 방법.
제10항에 있어서, 무기 착물이 과산화수소와 Na₂CO₃와의 착물인 방법.
제품과 접촉하여 살균할 수 있는 과산화수소 증기를 생성하도록 Na₄P₂O₇ 과산화수소 착물을 가열함으로써, 방출되는 과산화수소 증기를 제품과 접촉시킴을 포함하여, 과산화수소 증기를 이용하여 제품을 살균하는 방법.
제품을 컨테이너 안에 넣는 단계,

분해되어 할로겐화수소산을 형성하지 않는 무기염과 과산화수소와의 착물을 증기 형태로 컨테이너와 접촉시키는 단계 및

착물로부터 과산화수소 증기를 방출시키기에 충분한 시간 동안 약 70℃ 미만의 온도에서 컨테이너를 유지시켜 제품을 살균하는 단계를 포함하여, 과산화수소를 이용하여 제품을 살균하는 방법.
제16항에 있어서, 컨테이너가 파우치, 챔버 또는 방(room)인 방법.
제16항에 있어서, 제품을 플라즈마에 노출시킴을 추가로 포함하는 방법.
분해되어 할로겐화수소산을 형성하지 않는 과산화수소 착물을 함유하는 용기를 제품의 내강(lumen)에 연결시키는 단계,

제품을 컨테이너 안에 넣는 단계,

컨테이너를 감압하여 탈기시키는 단계 및

제품의 내강을 과산화수소 착물로부터 방출되는 과산화수소 증기와 접촉시키는 단계

를 포함하여, 외부 및 내부의 좁은 내강을 포함하는 제품을 과산화수소를 이용하여 살균하는 방법.
과산화수소 증기를 방출시킬 수 있는 무기 과산화수소 착물과 멸균 제품을 함유하는 밀봉된 밀폐기.