KR101364216B1 - 휘발성 물질을 전달하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

연속적인 방식으로 주변 공기 중으로 휘발성 물질을 전달하는 방법이 개시된다. 본 방법은 휘발성 물질 혼합물을 포함하는 저장조를 갖는 전달 엔진을 제공하는 단계를 포함한다. 휘발성 물질 혼합물은, 총 중량을 기준으로, 각각 증기압이 25℃에서 약 13.3 Pa(0.1 torr)인 휘발성 물질들 약 40% 내지 약 100%를 포함한다. 전달 시스템은 또한 저장조를 봉입하는 미세다공성 막(microporous membrane)을 포함하며, 미세다공성 막은 약 0.01 내지 약 0.03 마이크로미터의 평균 기공 크기를 포함한다.

Description

휘발성 물질을 전달하기 위한 방법{METHOD FOR DELIVERING A VOLATILE MATERIAL}
본 발명은 연속적인 방식으로 주변 공기 중으로 휘발성 물질을 전달하기 위한 방법에 관한 것이다.
공기 청향(air freshening) 또는 공기의 방향(perfuming)과 같은 다양한 효과를 전달하기 위해, 휘발성 물질을 공간, 특히 집안 공간 내로 증발시키기 위한 장치를 사용하는 것이 일반적으로 공지되어 있다. 무동력식 시스템, 예를 들어 전기 에너지에 의해 동력을 공급받지 않는 시스템은 주변 공기 중으로 휘발성 물질을 전달하기 위한 대중적인 방식이다. 이러한 시스템은 에어로졸과 같이 사람의 작동을 요구하는 것과 심지(wick) 기반 시스템 및 젤과 같이 사람의 작동을 요구하지 않는 것으로 분류될 수 있다. 제1 유형은 요구시 휘발성 물질을 전달하고, 제2 유형은 보다 연속적인 방식으로 전달한다.
미국 특허 제4,161,283호는 저장조, 중합체성 시트 또는 막, 및 저장조의 외벽에 해제가능하게 접합된 장벽 층을 포함하는, 휘발성 물질을 전달하기 위한 용품을 개시한다. 이러한 유형의 용품이 갖는 결점 중 하나는, 보관 또는 비사용 동안 휘발성 물질이 막과 접촉하고 있기 때문에 탈층 및 누출에 취약하다는 것이다. 다른 결점은 보관 동안 휘발성 물질이 막 내에 누적되어, 장벽 층이 제거된 직후에 강도의 급등을 야기한다는 것일 수 있다. 다른 결점은 박리력이 중합체성 시트 또는 막을 손상시키지 않으면서 장벽 층을 제거하기 어렵게 만든다는 것일 수 있다. 또 다른 결점은, 낮은 증기압의 휘발성 물질이 중합체를 통과해 확산하는 것을 막이 쉽게 허용하지 않는다는 점에서, 막의 선택성일 수 있다.
미국 특허 제4,824,707호는 휘발성 방향제의 공급물을 포함하는 캡슐을 갖는 장식성 공기 청향기(air freshener) 유닛을 개시한다. 캡슐은 미세다공성 시트와 배킹 시트 사이에 포획된다. 캡슐은 인가되는 힘에 의해서 파열되고 방출된 방향제는 미세다공성 시트 내로 흡수되고 시트는 점진적으로 방향제를 발산한다. 이러한 접근법은 액체가 미세다공성 시트로 한번에 전부 방출되기 때문에 향기의 지속성을 제한할 수 있고, 액체가 미세다공성 시트를 적시는 방식이 거의 제어되지 않는다.
이와 같이, 광범위한 분자량 및 증기압을 갖는 휘발성 물질을 장기간에 걸쳐 연속적인 방출로 전달하기 위한 방법에 대한 요구가 존재한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 연속적인 방식으로 주변 공기 중으로 휘발성 물질을 전달하는 방법이 제공된다. 본 방법은 휘발성 물질 혼합물을 포함하는 저장조를 갖는 전달 시스템을 제공하는 단계를 포함한다. 휘발성 물질 혼합물은, 총 중량을 기준으로, 각각이 25℃에서 약 13.3 Pa(0.1 torr) 미만의 증기압을 갖는 휘발성 물질들 약 40% 내지 약 100%를 포함한다. 전달 시스템은 또한 저장조를 봉입하는 미세다공성 막(microporous membrane)을 포함하며, 미세다공성 막은 약 0.01 내지 약 0.03 마이크로미터의 평균 기공 크기를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 휘발성 물질을 수용하는 저장조, 저장조를 봉입하는 파열성 기재, 저장조 및 파열성 기재를 봉입하는 미세다공성 막, 파열성 기재와 미세다공성 막 사이에 위치되는 파열 요소를 포함하는 전달 엔진을 제공하는 단계와; 미세다공성 막과 파열 요소를 압축하여 파열성 기재를 파손시키는 단계를 포함하는, 휘발성 물질을 전달하는 방법이 제공된다.
본 명세서는 본 발명을 구체적으로 지시하며 명확하게 청구하는 특허청구범위로 결론을 맺지만, 본 발명은 첨부 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명으로부터 더 잘 이해될 것으로 믿어진다.
도 1은 본 발명의 장치의 일 실시 형태의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 전달 엔진의 일 실시 형태의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 파열 요소의 다른 실시 형태의 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 파열 요소의 다른 실시 형태의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 도 2의 전달 엔진의 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 하우징의 일 실시 형태의 정면도.
도 7은 도 6의 하우징의 평면도.
도 8은 도 1의 장치의 선 8-8에 따른 단면도.
도 9는 전달 엔진이 하우징에 의해 수납된 경우의 도 8의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 미세다공성 막으로부터 증발되는, 다양한 증기압 범위를 갖는 휘발성 물질의 증발 프로파일을 나타내는 그래프.
도 11은 폴리에틸렌 막으로부터 그리고 본 발명에 따른 미세다공성 막으로부터 증발되는 휘발성 물질의 증발 프로파일을 나타내는 그래프.
본 발명은 주변 공기 중으로 휘발성 물질을 전달하기 위한 장치에 관한 것이다. 장치는 휘발성 물질을 주변 공기 중으로 전달하는 다양한 응용에 사용하기 위해 구성될 수 있는 것으로 고려된다.
예를 들어, 본 장치는 동력 장치와 함께 사용하기 위해 구성될 수 있다. 예시적인 동력 장치는 전기 가열 장치일 수 있다. 더욱 구체적으로, 장치는 미국 특허 제7,223,361호에 설명된 것과 같은 전기 콘센트 공기 청향기; 배터리 동력 가열 장치; 또는 기타 가열 장치(예를 들어, 촉매 연료 시스템과 같은 화학 반응에 의해 동력이 공급되는 장치; 태양 동력 장치 등)일 수 있다. 그러한 장치에서, 휘발성 물질 전달 엔진은 가열 표면 옆에 놓여 휘발성 물질을 확산시킬 수 있다. 휘발성 물질 포뮬러(formula)는 전체적으로 더 낮은 증기압 포뮬러를 포함하도록 조정될 수 있다.
장치는 또한 정화된 공기와 휘발성 물질 둘 모두를 주변 공기 중으로 전달하도록 공기 정화 시스템과 함께 사용하기 위해 구성될 수 있다. 비제한적인 예는 작은 공간(예를 들어, 침실, 욕실, 자동차 등)에 사용하기 위한 이온화 및/또는 여과 기술을 사용하는 공기 정화 시스템, 및 집 전체의 중앙 공기 조화/난방 시스템(예를 들어, HVAC)을 포함한다.
장치는 또한 에어로졸 또는 비-에어로졸 에어 스프레이와 함께 사용하기 위해 구성될 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 전달 엔진은 사용자가 원할 때 휘발성 물질을 전달할 수 있거나, 또는 휘발성 물질을 주변 공기 중으로 자동으로 전달하도록 프로그래밍될 수 있다.
장치는 또한 휘발성 물질을 주변 공기 중으로 전달하도록 팬과 함께 사용하기 위해 구성될 수 있다.
본 발명을 상세히 예시하기 위하여, 하기에서 본 발명은 무동력식 시스템으로 설명된다. "무동력식"은 장치가 수동적이며, 외부 에너지원에 의해 동력이 공급될 필요가 없음을 의미한다. 특히, 장치는 열, 가스, 또는 전류의 공급원에 의해 동력 공급될 필요가 없으며, 휘발성 물질은 에어로졸 수단에 의해 전달되지 않는다.
무동력식 실시 형태에서, 본 발명의 장치는 장치가 휴지 위치에 있을 때 (즉, 장치가 움직이고 있지 않을 때) 실질적으로 연속적인 방식으로 휘발성 물질을 전달한다. 휘발성 물질의 발산 수준은 실질적으로 모든 휘발성 물질이 고갈될 때까지 균일한 강도를 나타낼 수 있다. 휘발성 물질의 연속적인 발산은 최대 20일, 30일, 60일, 90일, 더 짧거나 더 긴 기간, 또는 30 내지 90일 사이의 임의의 기간을 포함하지만 이로 한정되지 않는 임의의 적합한 길이로 될 수 있다.
본 발명의 장치는 방향제, 공기 청향제, 탈취제, 냄새 제거제, 악취 중화제(malodor counteractant), 살충제, 방충제, 약물, 살균제, 소독제, 기분 증강제(mood enhancer), 방향요법 보조제를 제공하기 위한 목적, 또는 주변 공기 또는 환경을 조절, 변경, 또는 달리 변화시키도록 작용하는 휘발성 물질을 사용하는 임의의 다른 목적에 적합하다. 본 발명을 상세하게 예시하기 위하여, 그러나, 본 발명의 범주를 제한하고자 함이 없이, 본 발명은 향료(perfume) 원재료를 포함하는 액체를 전달하기 위한 공기 청향 시스템에서 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치(10)가 도시된다. 장치(10)는 전달 엔진(100)과 하우징(200)을 포함한다.
전달 엔진
도 2를 참조하면, 전달 엔진(100)은 각각 x-축, y-축 및 z-축을 따른 폭, 길이 및 깊이를 포함한다. 폭, 길이, 및 깊이는 전달 엔진(100)이 소형 및/또는 휴대용으로간주되도록 하는 것일 수 있다. "소형" 또는 "휴대용"은 전달 엔진(100)을 주머니, 핸드백 등으로 편리하고 편안하게 운반할 수 있음을 의미한다. 전달 엔진(100)은 사용 후 버릴 수 있는 일회용 품목, 또는 휘발성 물질로 보충되는 품목으로서 구성될 수 있다.
전달 엔진(100)은, 전달 엔진(100)의 외주연부를 한정하며 휘발성 물질을 수용하기 위한 저장조(110)뿐만 아니라 수집조(112)의 둘레를 이룰 수 있는 립(lip; 102)을 포함할 수 있다. 전달 엔진(100)은 또한 저장조(110)에 고정된 파열성 기재(120); 파열성 기재(120)에 인접하여 위치되는 파열 요소(130); 및 립(102)에 고정되고 파열성 기재(120), 저장조(110), 및 수집조(112)를 봉입하는 미세다공성 막(140)을 포함할 수 있다.
전달 엔진(100)의 본체(104)는 임의의 공지된 재료를 사용하여 열성형되거나, 사출성형되거나, 또는 블로우 성형될 수 있다. 일부 실시 형태에서, 본체(104)는 전달 엔진(100)에서 파열성 기재(120), 파열 요소(130), 및 통기성 막(140)을 뺀 모든 구조적 태양을 포함한다. 다른 실시 형태에서, 본체(104)는 파열 요소(130)를 포함한다. 본체(104)는 휘발성 성분의 증발을 방지하기 위한 장벽 층과 파열성 기재(120)가 본체(104)에 열밀봉되게 하는 적어도 하나의 외층을 포함할 수 있는 다층 재료로 제조될 수 있다. 적합한 밀봉제 층은 저장조(110)의 누설 방지 밀봉을 가능하게 하는 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 또는 임의의 적합한 폴리올레핀 밀봉제의 층을 포함할 것이다. 전달 엔진(100)의 본체(104)를 형성하는 데 적합한 물질에는 플라스틱, 예를 들어 클로크너(Klockner)로부터 입수가능한 펜타플라스트 펜타폼(Pentaplast Pentaform)(등록상표) 2101이 포함된다. 일부 실시 형태에서, 재료는 착색되거나 착색되지 않은 투광형(see-through) 플라스틱이다. 투광형 재료는 액체 및 수명 종료의 관찰을 허용한다.
저장조
전달 엔진(100)은 휘발성 물질을 보유하기 위한 저장조(110)를 포함할 수 있다. 저장조(110)는 각각 x-축, y-축 및 z-축을 따른 폭, 길이 및 깊이를 가질 수 있다. 저장조(110)는 그의 폭 대 길이 비가 약 2:1 내지 4:1, 대안적으로 1.5:1 내지 2.5:1인 점에서 가늘고 길 수 있다. 저장조(110)는 폭이 약 45 ㎜ 내지 약 55 ㎜, 대안적으로 약 51 ㎜일 수 있고; 길이가 약 15 ㎜ 내지 약 30 ㎜, 대안적으로 약 23 ㎜일 수 있고; 깊이가 약 5 ㎜ 내지 약 15 ㎜, 대안적으로 약 11 ㎜일 수 있다. 저장조(110)의 치수는 휘발성 물질을 포함하는 액체를 약 2 ㎖ 내지 약 50 ㎖ 보유하도록 될 수 있다. 대안적으로, 저장조(110)는 휘발성 물질을 포함하는 액체를 약 2 ㎖ 내지 약 30 ㎖, 대안적으로 약 2 ㎖ 내지 약 10 ㎖, 대안적으로 약 2 ㎖ 내지 약 8 ㎖, 대안적으로 약 4 ㎖ 내지 약 6 ㎖, 대안적으로 약 2 ㎖, 대안적으로 약 6 ㎖ 보유할 수 있다.
저장조(110)는 바닥부(114) 및 단일 개구(116)를 포함할 수 있다. 저장조(110)는 또한 단일 개구(116) 또는 저장조(110)의 상부 에지의 둘레를 이루는 리지(ridge)(122)를 가질 수 있다. 이러한 리지(122)는 파열성 기재(120)가 고정될 수 있는 대체로 평평한 표면을 제공할 수 있다. 리지(122)는 파열성 기재(120)의 고정된 영역이 휘발성 물질이 보유될 저장조(110)의 내부벽으로부터 떨어져서 위치되게 한다.
본 발명의 방법은 동일하거나 상이한 휘발성 물질로 충전될 수 있는 둘 이상의 저장조(도시하지 않음)를 제공하는 단계를 포함할 수 있는 것으로 고려된다. 저장조는 파열 시에 미세다공성 막(140)과 접촉하는 임의의 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 저장조들은 플립가능한(flippable) 장치에 사용하기 위하여 대향하여 연결될 수 있다. 그러한 장치에서, 미세다공성 막(140)은 저장조들 사이에 유체 연결된다.
파열성 기재
여전히 도 2를 참조하면, 전달 엔진(100)은 파열성 기재(120)를 포함한다. 파열성 기재(120)는 전달 엔진(100)을 활성화 또는 파열하기 전에 저장조(110) 내의 휘발성 물질이 미세다공성 막(140)과 접촉하는 것을 방지하는 임의의 방식으로 구성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 파열성 기재(120)는, 활성화 전에, 단일 개구(116)를 가로질러 연장하여 저장조(110)의 리지(122)에 고정됨으로써 저장조를 봉입할 수 있다. 파열성 기재(120)는 접착제의 층, 열 및/또는 압력 밀봉, 초음파 접합, 크림핑(crimping) 등 또는 그 조합에 의해서 고정될 수 있다.
파열성 기재(120)는 파열에 도움이 되는 요소의 존재와 함께, 또는 그러한 존재 없이, 인가되는 힘에 의해 파열되는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 파열성 기재(120)는 보관 동안 휘발성 물질을 수용하도록 의도되기 때문에, 의도된 사용 전에 휘발성 물질이 증발하는 것을 방지하는 임의의 장벽 물질로부터 제조될 수 있다. 그러한 물질은 증기 및 액체에 대해 불투과성일 수 있다. 파열성 기재(120)를 위해 적합한 장벽 물질에는 가요성 필름, 예를 들어, 중합체 필름, 가요성 포일, 또는 복합재, 예를 들어, 포일/중합체 필름 라미네이트가 포함된다. 적합한 가요성 포일에는, 알칸 패키징(Alcan Packaging)으로부터 입수가능한, 니트로셀룰로오스 보호 래커, 20 마이크로미터 알루미늄 포일, 폴리우레탄 프라이머, 및 15 g/㎡ 폴리에틸렌 코팅으로 구성된 포일(리드포일(Lidfoil) 118-0092)과 같은 금속 포일이 포함된다. 적합한 중합체 필름에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 아크릴로니트릴 공중합체 장벽 필름, 예를 들어, 이노에스(INOES)에 의해서 상표명 바렉스(Barex)(등록상표)로 판매되는 것, 에틸렌 비닐 알코올, 및 그 조합이 포함된다. 코팅된 장벽 필름이 파열성 기재(120)로서 이용될 수 있는 것으로 또한 고려된다. 그러한 코팅된 장벽 필름에는 금속화된 PET, 금속화된 폴리프로필렌, 실리카 또는 알루미나 코팅된 필름이 포함되며, 사용될 수 있다. 임의의 장벽 물질이, 코팅되었든 코팅되지 않았든, 단독으로 및/또는 다른 장벽 물질과 조합하여 사용될 수 있다.
파열 요소
파열성 기재(120)는 파열 요소(130)의 작동에 의해서 휘발성 물질을 방출시키도록 파손될 수 있다. 파열 요소(130)는 폴리올레핀, 예를 들어 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 또는 성형에 적합한 것으로 알려진 다른 플라스틱을 사용하여 사출, 압축, 또는 가압 성형될 수 있다. 파열 요소(130)는 또한 원치 않는 부분을 제거하기 위한 별도의 커팅 단계를 갖는 열성형에 의해 제조될 수 있다.
파열 요소(130)는 파열성 기재(120)에 인접하며 미세다공성 막(140) 아래에 있는 전달 엔진 본체(104) 내에 형성된 공간(132)에 위치될 수 있다. 공간(132)은 파열 요소(132)가 공간 내에 놓이고 미세다공성 막(140)에 의해서 봉입되도록 구성될 수 있으며, 그에 따라서 파열 요소(132)를 전달 엔진(100) 내에 보유하기 위한 다른 수단을 필요로 하지 않는다. 일 실시 형태에서, 파열 요소(130)는 상기 파열성 기재(120)와 상기 미세다공성 막(140) 사이에 그리고 그들과 접촉하여 위치된다. 미세다공성 막(140)에 바로 인접한 파열 요소(130)는 미세다공성 막(140)의 습윤화를 용이하게 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 액체가 파열 요소(130)와 미세다공성 막(140) 사이로 스며들어 미세다공성 막(140)의 더 큰 습윤 표면적이 유지되게 할 수 있다.
파열 요소(130)는 사용자가 비교적 쉽게 파열 요소(130)를 수동으로 작동시키고 파열성 기재(120)를 파손시킬 수 있도록 하는 임의의 방식으로 구성될 수 있다. 일 실시 형태에서, 사용자는 파열 요소(130)를 수동으로 압축시켜서 작동시킬 수 있다. 다른 실시 형태에서, 파열 요소(130)는 파열 요소(130)와 결합하고 그를 압축하는 전달 엔진 하우징에 제공되는 요소와의 접촉을 통해 구동되어 파열성 기재(120)를 파손시킬 수 있다. 파열 요소(130)로 파열성 기재(120)를 파손하기에 적합한 압축력은 약 25 N 미만, 대안적으로 약 20 N 미만, 대안적으로 약 15 N 미만, 대안적으로 약 10 N 미만, 대안적으로 약 5 N 미만, 대안적으로 약 1 N 내지 약 15 N, 대안적으로 약 1 N 내지 약 10 N, 대안적으로 약 1 N 내지 약 5 N일 수 있다.
압축력은 폴리아미드로 제조된 변형된 UL 283 손가락 탐침과 함께, 전기기계 시험 시스템인, 엠티에스(MTS)로부터 입수가능한 큐테스트 엘리트(QTest Elite) 10을 사용하여 측정될 수 있다. UL 283 손가락 탐침은 문헌[Standard for Air Fresheners and Deodorizers, UL Standard 283, Fig. 10.1 (UL March 31, 2004)]에서 설명된다. UL 283, 도 10.1에 기재된 바와 같이, 손가락 팁의 반경은 3.5 ㎜이고; 손가락 팁의 높이는 5 ㎜이고; 손가락 팁의 깊이는 5.8 ㎜이다. 그러나, 앞서 언급된 문헌에 기재된 손가락 탐침과 달리, 변형 UL 283 손가락 탐침은 어떠한 관절형 조인트도 포함하지 않는다. 대신에, 시험이 수행 될 때 파열 요소(130)에 수직인 고정된 위치에 있다. 시험은 주위 온도(23±2℃)에서 행한다. 파열 요소(130)를 지지 고정구에 직접 접촉시키거나 직접 고정시키지 않은 채로, 전달 엔진(100)의 주변부를 지지 고정구 상에 얹는다. 전기기계 시험 시스템의 크로스헤드 속도는 30 ㎜/분으로 설정한다. 변형 UL 283 손가락 탐침은 파열 요소(130)를 향해 이동되어 파열성 기재(120)를 파열시키기 위해 변위가 요구되는 영역과 접촉한다. 본 명세서에 기재된 것과 같은 플랜지(134)가 이용되는 경우, 변위가 요구되는 영역은 플랜지(134)의 중간지점이다. 중간지점은 근위 단부와 원위 단부(136) 사이의 반이 되는 지점이다. 예를 들어, 플랜지(134)가 근위 단부로부터 원위 단부(136)까지 2 ㎝인 경우, 중간 지점은 1 ㎝에 위치한다. 기계는 파열 요소(130)가 6 ㎜ 만큼 변위될 때까지 작동한다. 0의 변위는 0.1 N의 힘(즉, 예비하중)이 적용된 지점으로서 정의된다. 파열성 기재(120)가 파괴되는 제1 피크에서의 하중이 파열하기 위한 힘으로서 기록된다. 당업자는 전달 엔진(100) 내의 미세다공성 막(140), 파열 요소(130), 및 파열성 기재(120)의 물리적 특성 및 위치에 따라 압축력이 달라질 것임을 이해할 것이다.
본 명세서에 기재된 파열 요소(130)의 수 많은 실시 형태가 있으며, 이들 모두는 비제한적인 예인 것으로 의도된다. 도 2는 파열 요소(130)의 한 가지 비제한적인 실시 형태를 나타낸다. 이러한 실시 형태에서, 파열 요소(130)는 파열 요소(130)에 힌지 연결된 플랜지(134)를 포함한다. 플랜지(134)는 사출성형될 수 있으며 원위 단부(136)를 포함할 수 있다. 원위 단부(136)는 z-방향으로, 또는 파열성 기재(120)를 향해 위치하는 하나 이상의 관통 요소(138)를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 원위 단부(136)는 z-방향으로 2개의 이격된 관통 요소(138)를 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 원위 단부(136)는 x-y 평면(도시하지 않음)을 따라 단일 지점(도시하지 않음)을 형성할 수 있다.
추가 지점의 파열이 요구되는 경우 파열 요소(130)는 하나 초과의 플랜지(134)를 포함할 수 있는 것으로 고려된다. 예를 들어, 파열 요소는 상기 파열 요소에 대향하여 힌지 연결된 제1 압축성 플랜지 및 제2 압축성 플랜지를 포함할 수 있다(도시하지 않음).
도 3은 상응하는 스프링형 부품(334) 상에 지지된 하나 이상의 관통 요소(332)를 포함하는 파열 요소(330)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 스프링형 부품(334)은 금속 코일, 폴리올레핀 또는 폴리우레탄 폼, 사출성형된 강모, 사출성형된 플라스틱 스프링 또는 힌지 부품 등일 수 있다. 파열성 기재(320)를 향하여 파열 요소(330)를 누를 때, 하나 이상의 관통 요소(332)가 파열성 기재(320)를 뚫은 다음 그의 원래의 위치로 되돌아 갈 것이다. 사용자는 플랜지(134) 상에 z-방향으로 수동으로 압축하거나 아래로 눌러서 파열성 기재(120)가 파손되고 휘발성 물질이 미세다공성 막(140)으로 방출되게 할 수 있다.
도 4는 저장조(410)와 일체로 형성되는 경우의 파열 요소(430)의 다른 실시 형태를 나타낸다. 이는 열성형, 가압 성형, 사출성형, 또는 플라스틱 부품을 성형하는 임의의 공지된 방법에 의해 달성될 수 있다. 이러한 실시 형태에서 파열 요소(430)는 저장조의 내측 바닥부(414)로부터 반대쪽으로 연장하는 예리한 관통 구조물이다. 사용자는 저장조(410)의 바닥부(414)를 압축시켜 파열 요소(430)로 파열성 기재(420)를 관통시킬 수 있다. 이러한 실시 형태는 별개의 파열 요소(430)를 제조할 필요가 없으나, 동일한 기능을 수행한다.
수집조
이제 도 5를 참조하면, 전달 엔진(100)은 파열성 기재(120)가 파손된 후 저장조(110)로부터의 휘발성 물질을 수집하기 위한 수집조(112)를 선택적으로 포함할 수 있다. 수집조(112)는 파열성 기재(120)의 파열 시 저장조(110) 및 통기성 막(140)과 유체 연통되기만 한다면, 임의의 크기, 형상 또는 구성일 수 있으며, 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있다. 수집조는 임의의 적합한 부피의 휘발성 물질을 수집하여 제어된 부피의 휘발성 물질을 통기성 막(140)에 제공하도록 하는 크기일 수 있다. 일 실시 형태에서, 수집조(112)는 약 1 ㎖ 내지 약 4 ㎖, 대안적으로 약 1 ㎖ 내지 약 3 ㎖, 대안적으로 약 1 ㎖ 내지 약 2.5 ㎖, 대안적으로 약 1.5 ㎖ 내지 약 1.8 ㎖의 휘발성 물질을 수집하도록 하는 크기일 수 있다.
일 실시 형태에서, 수집조(112)는 z-방향으로의 바닥부(118) 및 통기성 막(140)을 향해 개방된 상부를 포함할 수 있다. 통기성 막(140)은 개방 상부를 가로질러 놓여서, 수집조(112)를 봉입할 수 있으므로 액체는 통기성 막(140)을 통해 외부로 자유롭게 유동할 수 없다. 수집조(112)는 전달 엔진(100)의 본체(104)와 일체로 열성형 부품으로 구축될 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 일 실시 형태에서, 수집조(112)는 저장조(110)로부터 y-방향의 반대쪽 또는 아래쪽으로 위치된다. 전달 엔진(100)이 직립하여 놓이는 경우, 휘발성 물질은 자연적으로 저장조(110) 아래로 수집조(112) 내로 유동하여 미세다공성 막(140)으로의 제어된 연속적인 투여를 보장한다. 또한, 수집조(112)는 저장조(110)보다 깊이가 더 작은 z-축을 따른 깊이를 가지며, 수집조의 바닥부(118)는 저장조 바닥부(114)보다 미세다공성 막(140)에 더 가깝게 놓인다. 수집조 바닥부(118)와 미세다공성 막(140)의 근접은, 심지어 매우 적은 휘발성 물질이 전달 엔진(100)에 남았을 때조차, 휘발성 물질의 연속적인 공급 및 미세다공성 막(140)의 더 큰 습윤 표면적을 보장하는 데 도움이 된다. 미세다공성 막(140)의 액체 접촉 면적이 더 큰 경우, 휘발성 물질의 증발 속도는 더 크며 방향 강도가 더 오랜 기간에 걸쳐 유지될 수 있다.
막
전달 엔진(100)은 미세다공성 막(140)을 포함한다. 미세다공성 막(140)은 증기 투과성이고 액체의 위킹(wicking)이 가능하나, 액체가 막(140) 외부로 자유롭게 유동하는 것을 방지하며, 그에 따라서 누출 문제를 해결한다. 미세다공성 막(140)은 휘발성 물질의 확산이, 통상적인 중합체의 확산 속도에 따라 좌우되는 것과 비교하여, 액체 방향제의 증발에 의해서 제어되도록 할 수 있다.
미세다공성 막(140)은 파열성 기재(120)가 저장조(110)의 리지(122)에 밀봉되는 것과 동일한 방식으로 전달 엔진(100)의 립(102)에 고정될 수 있다. 미세다공성 막(140)은 저장조(110), 파열성 기재(120), 파열 요소(130), 및 수집조(112)를 봉입한다. 이러한 방식에서는, 미세다공성 막(140)과 파열 요소(130)를 압축함으로써 파열성 기재(120)가 파손될 수 있다. 일단 파손되면, 휘발성 물질이 저장조(110) 외부로 흘러나와 미세다공성 막(140)에 접촉하고 주변 공기 중으로 전달된다. 파열성 기재가 파손될 때까지 미세다공성 막(140)은 휘발성 물질로부터 차폐되기 때문에, 방향 강도는 0에서부터, 미세다공성 막(140)이 완전히 젖었을 때의 그의 평형 방출 속도까지 천천히 증대될 수 있다.
본 발명의 미세다공성 막(140)은 제한된 선택성을 가져서 더 적은 향료 물질을 남길 수 있다. 선택성인 막, 예를 들어, 전통적인 폴리에틸렌은 폴리에틸렌에서 저 용해도 물질 및 고분자량 휘발성 물질이 그를 통해 확산하는 것을 막을 수 있다. 예를 들어, 다양한 휘발성을 갖는 매우 다양한 휘발성 물질을 갖는 제형을 사용하는 것이 전형적으로 요구되는 공기 청향제 분야에서, 이는 향료 제형을 제한할 수 있다. 예를 들어, 일부 막은, 향료 응용에서 널리 사용되는 알코올, 예를 들어, 리날로올 및 다이하이드로미르센올의 확산을 방해할 수 있다.
이론에 의해 제한하고자 함이 없이, 막의 물리적 특성이 막을 통한 휘발성 물질의 확산 또는 전달 속도에 영향을 줄 수 있다. 그러한 특성에는 사용되는 물질, 충전제의 사용여부, 기공 크기, 두께, 및 증발 표면적이 포함될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "휘발성 물질 접촉 표면"은 예를 들어, 하기에 더욱 상세히 기재된 바와 같이, 시험 저장조에 수용된, 휘발성 물질을 향해 있으며 전형적으로 그와 접촉하는 미세다공성 막의 표면이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "증기 방출 표면"은 휘발성 물질을 향해 있고/있거나 그와 직접 접촉하지 않으며, 그로부터 휘발성 물질이 기체 또는 증기 형태로 외부 공기 중으로 방출되는 미세다공성 막의 표면이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "(메트)아크릴레이트" 및 유사한 용어들, 예를 들어, "(메트)아크릴산의 에스테르"는 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 미세다공성 막의 "휘발성 물질 전달 속도"는 하기 설명에 따라 결정되었다. 2 밀리리터의 휘발성 물질, 예를 들어, 벤질 아세테이트를 수용하기에 충분한 내부 부피를 갖는 시험 저장조를 투명한 열가소성 중합체로 제작하였다. 저장조의 내부 치수는 대략 4 센티미터인 개방면의 에지에서의 원형 직경 및 1 센티미터 이하인 깊이에 의해 한정되었다. 개방면은 휘발성 물질 전달 속도를 결정하는 데 사용되었다. 시험 저장조를 (개방면이 위를 향하도록) 평평하게 놓은 채로, 약 2 밀리리터의 벤질 아세테이트를 시험 저장조에 도입하였다. 시험 저장조 내로 벤질 아세테이트가 도입된 채로, 두께가 0.15 내지 0.46 ㎜(6 내지 18 밀(mil))인 미세다공성 막의 시트를 시험 저장조의 개방면/측 위에 놓아서, 미세다공성 막의 휘발성 물질 접촉 표면의 10 ㎠를 저장조의 내부에 노출시켰다. 시험 저장조를 칭량하여 완전히 충전된 조립체의 초기 중량을 얻었다. 그 다음, 벤질 아세테이트를 수용하며 미세다공성 막의 시트로 봉입된 시험 저장조를 똑바로 세워서 1.5 m(높이) × 1.5 m(폭) × 0.61 m(깊이)(5 피트(높이) × 5 피트(폭) × 2 피트(깊이))의 대략적인 치수를 갖는 실험실 화학물질 흄 후드(fume hood)에 넣었다. 시험 저장조를 똑바로 세운 채로, 벤질 아세테이트를 미세다공성 막의 휘발성 물질 접촉 표면의 적어도 일부분과 직접 접촉시켰다. 흄 후드의 유리문을 당겨 내리고, 후드를 통과하는 공기 흐름을 시간당 8 턴(또는 턴오버)의 후드 부피를 갖도록 조절하였다. 달리 표시되지 않는다면, 후드 내 온도는 25℃±5℃에서 유지하였다. 흄 후드 내 습도는 주위 습도였다. 시험 저장조를 후드 내에서 규칙적으로 칭량하였다. 벤질 아세테이트의 계산된 중량 손실을, 경과 시간 및 시험 저장조의 내부에 노출된 미세다공성 막의 표면적과 함께 사용하여 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도를 ㎎/(시간, ㎠) 단위로 결정하였다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 25℃로부터 60℃까지의 본 발명의 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도의 퍼센트 증가율을, 상기에 기재된 방법에 따라 25℃ 및 60℃에서 개별적이나 실질적으로 동등한 미세다공성 막 샘플에 대해 결정하였다. 저장조를 큰 유리 벨 자(bell jar)에 넣되, 벨 자에 또한 수용된 염화칼륨의 50% 수용액 위에 놓았다. 내용물이 담긴 전체 벨 자를 60℃로 가열된 오븐에 넣었다. 저장조를 이러한 조건 하에서 7 내지 10시간 동안 유지하였다. 그 다음, 저장조를 다시 주위 조건의 후드에 하룻밤 놓아 두었고 며칠 동안 이 공정을 반복하였다. 벨 자에 넣기 전에 그리고 벨 자로부터 꺼낸 후에 각각의 저장조를 칭량하였다. 벨 자로부터 꺼낼 때, 각각의 저장조의 중량은 저장조가 주위 온도로 되돌아 간 후에 측정하였다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 미세다공성 막의 증기 방출 표면에 "액체 형태의 휘발성 물질이 실질적으로 없는 지"를 하기 설명에 따라 결정하였다. 상기한 바와 같이, 시험 저장조를 칭량할 때, 미세다공성 막의 증기 방출 표면을 육안으로 시각적으로 검사하여 액체의 방울 및/또는 필름이 그 위에 존재하는 지를 결정하였다. 액체의 방울(즉, 단일 방울) 및/또는 필름의 어떠한 증거가 증기 방출 표면 상에서 시각적으로 관찰되었으나, 표면에서 미끄러져 떨어지지 않는 경우, 미세다공성 막은 허용가능한 것으로 간주하였다. 방울이 표면에서 미끄러져 떨어지는 경우, 미세다공성 막은 불합격한 것으로 결정하였다. 액체의 방울들(즉, 한 방울이 아님) 및/또는 필름의 어떠한 증거도 증기 방출 표면 상에서 시각적으로 관찰되지 않은 경우, 미세다공성 막은 액체 형태의 휘발성 물질이 실질적으로 없는 것으로 결정하였다.
전달 속도
미세다공성막의 휘발성 물질 전달 속도는 0.7 ㎎/(시간*㎠) 이하, 또는 0.6 ㎎/(시간*㎠) 이하, 또는 0.55 ㎎/(시간*㎠) 이하, 또는 0.50 ㎎/(시간*㎠) 이하일 수 있다. 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 0.02 ㎎/(시간*㎠) 이상, 또는 0.04 ㎎/(시간*㎠) 이상, 또는 0.30 ㎎/(시간*㎠) 이상, 또는 0.35 ㎎/(시간*㎠) 이상일 수 있다. 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 이러한 상한값 및 하한값의 임의의 조합 사이의 범위일 수 있다. 예를 들어, 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 0.04 내지 0.6 ㎎/(시간*㎠), 또는 0.2 내지 0.6 ㎎/(시간*㎠), 또는 0.30 내지 0.55 ㎎/(시간*㎠), 또는 0.35 내지 0.50 ㎎/(시간*㎠)일 수 있다(각각의 경우에 언급된 값은 포함함).
이론에 의해 제한하고자 함이 없이, 미세다공성 막의 휘발성 물질 접촉 표면으로부터 증기 방출 표면으로 휘발성 물질이 이동될 때, 휘발성 물질은 액체, 증기, 및 그 조합으로부터 선택된 형태인 것으로 여겨진다. 또한, 그리고 이론에 의해 제한하고자 함이 없이, 휘발성 물질은, 적어도 부분적으로, 실질적으로 미세다공성 막 전반에서 연통하는 상호연결된 기공의 네트워크를 통해 이동하는 것으로 여겨진다.
밀도 및 코팅
미세다공성 막은 밀도가 0.7 g/㎤ 이상, 예를 들어, 0.8 g/㎤ 이상일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 미세다공성 막의 밀도는 미세다공성 막의 샘플의 중량 및 부피를 측정하여 결정된다. 미세다공성 막이, 예를 들어 0.04 내지 0.6 ㎎/(시간*㎠)의, 목표 휘발성 물질 전달 속도를 가지며, 휘발성 물질이 휘발성 물질 접촉 표면으로부터 증기 방출 표면으로 이동될 때 상기 증기 방출 표면에 액체 형태의 휘발성 물질이 실질적으로 없다면, 미세다공성 막의 밀도의 상한은 넓은 범위일 수 있다. 전형적으로, 미세다공성 막의 밀도는 1.5 g/㎤ 이하, 또는 1.2 g/㎤ 이하, 또는 1.0 g/㎤ 이하이다. 미세다공성 막은 밀도가 0.7g/㎤ 내지 1.5 g/㎤, 예를 들어, 0.8 g/㎤ 내지 1.2 g/㎤일 수 있다(언급된 값 포함).
미세다공성 막이 0.7 g/㎤ 이상, 예를 들어, 0.8 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 경우, 미세다공성 막의 휘발성 물질 접촉 표면 및 증기 방출 표면 각각은 그 위에 코팅 물질이 없을 수 있다. 위에 코팅 물질이 없는 경우, 휘발성 물질 접촉 표면 및 증기 방출 표면 각각은 미세다공성 막에 의해 한정된다.
미세다공성 막이 0.7 g/㎤ 이상, 예를 들어, 0.8 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 경우, 미세다공성 막의 휘발성 물질 접촉 표면의 적어도 일부분은, 선택적으로, 그 위에 제1 코팅을 가질 수 있고/있거나, 미세다공성 막의 증기 방출 표면의 적어도 일부분은, 선택적으로, 그 위에 제2 코팅을 가질 수 있다. 제1 코팅 및 제2 코팅은 동일하거나 상이할 수 있다. 휘발성 물질 접촉 표면의 적어도 일부분이 그 위에 제1 코팅을 갖는 경우, 휘발성 물질 접촉 표면은 제1 코팅에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 증기 방출 표면의 적어도 일부분이 그 위에 제2 코팅을 갖는 경우, 증기 방출 표면은 제2 코팅에 의해 적어도 부분적으로 한정된다.
제1 코팅 및 제2 코팅은 각각 액체 코팅 및 고체 미립자 코팅(예를 들어, 분말 코팅)으로부터 선택될 수 있다. 전형적으로, 제1 코팅 및 제2 코팅은 각각 독립적으로, 물, 유기 용매 및 그 조합으로부터 선택된 용매를 선택적으로 포함할 수 있는 액체 코팅으로부터 선택된다. 제1 코팅 및 제2 코팅은 각각 독립적으로, 가교결합성 코팅(예를 들어, 열경화성 코팅 및 광경화성 코팅), 및 비가교결합성 코팅(예를 들어, 공기 건조 코팅)으로부터 선택될 수 있다. 제1 코팅 및 제2 코팅은 본 기술 분야에서 승인된 방법, 예를 들어 분무 적용, 커튼 코팅, 딥 코팅, 및/또는 (예를 들어, 닥터 블레이드 또는 드로우-다운 바(draw-down bar)에 의한) 드로운-다운(drawn-down) 코팅 기술에 따라서 미세다공성 막의 각각의 표면에 적용될 수 있다.
제1 및 제2 코팅 조성물은 각각 독립적으로 본 기술 분야에서 승인된 첨가제, 예를 들어, 산화방지제, 자외광 안정제, 유동 조절제, 분산 안정제(예를 들어, 수성 분산물인 경우), 및 착색제(예를 들어, 염료 및/또는 안료)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 제1 코팅 및 제2 코팅 조성물은 착색제가 없으며, 그 자체로 실질적으로 투명하거나 불투명하다. 선택적인 첨가제들은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 예를 들어, 0.01 내지 10 중량%의 개별 양으로 코팅 조성물 중에 존재할 수 있다.
제1 코팅 및 상기 제2 코팅은 각각 독립적으로 분산된 유기 중합체성 물질을 포함하는 수성 코팅 조성물로부터 형성될 수 있다. 수성 코팅 조성물은 입자 크기가 200 내지 400 ㎚일 수 있다. 수성 코팅 조성물의 고형물은 각각의 경우에 수성 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 0.1 내지 30 중량%, 또는 1 내지 20 중량%로 매우 다양할 수 있다. 수성 코팅 조성물의 유기 중합체는 수평균 분자량(Mn)이 예를 들어, 1000 내지 4,000,000, 또는 10,000 내지 2,000,000일 수 있다.
수성 코팅 조성물은 수성 폴리(메트)아크릴레이트 분산물, 수성 폴리우레탄 분산물, 수성 실리콘(또는 규소) 오일 분산물, 및 그 조합으로부터 선택될 수 있다. 수성 폴리(메트)아크릴레이트 분산물의 폴리(메트)아크릴레이트 중합체는 본 기술 분야에서 승인된 방법에 따라 제조될 수 있다. 예를 들어, 폴리(메트)아크릴레이트 중합체는 알킬 기에 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 (메트)아크릴레이트의 잔기(또는 단량체 단위)를 포함할 수 있다. 알킬 기 내에 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 알킬 (메트)아크릴레이트의 예에는, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 프로필 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시프로필 (메트)아크릴레이트, 아이소프로필 (메트)아크릴레이트, 부틸 (메트)아크릴레이트, 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, tert-부틸 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 라우릴 (메트)아크릴레이트, 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트, 및 3,3,5-트라이메틸사이클로헥실 (메트)아크릴레이트가 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 비제한적인 예시를 위하여, 그로부터 제1 및 제2 코팅 조성물이 각각 독립적으로 선택될 수 있는 수성 폴리(메트)아크릴레이트 분산물의 예는 루브리졸 어드밴스트 머티어리얼스, 인크(Advanced Materials, Inc.)로부터 구매가능한 하이카(HYCAR) 26138이다.
그로부터 제1 코팅 및 제2 코팅이 각각 독립적으로 선택될 수 있는 수성 폴리우레탄 분산물의 폴리우레탄 중합체에는 당업자에게 공지된 임의의 것들이 포함된다. 전형적으로, 폴리우레탄 중합체는 둘 이상의 아이소시아네이트 기를 갖는 아이소시아네이트 작용성 물질과, 둘 이상의 활성 수소 기를 갖는 활성 수소 작용성 물질로부터 제조된다. 활성 수소 기는, 예를 들어, 하이드록실 기, 티올 기, 1차 아민, 2차 아민, 및 그 조합으로부터 선택될 수 있다. 비제한적인 예시를 위해, 그로부터 제1 및 제2 코팅 조성물이 각각 독립적으로 선택될 수 있는 수성 폴리우레탄 분산물의 예는 켐투라 코포레이션(Chemtura Corporation)으로부터 구매가능한 위트코본드(WITCOBOND) W-240이다.
수성 실리콘 오일 분산물의 규소 중합체는 공지되고 본 기술 분야에서 승인된 수성 실리콘 오일 분산물로부터 선택될 수 있다. 비제한적인 예시를 위해, 그로부터 제1 및 제2 코팅 조성물이 각각 독립적으로 선택될 수 있는 수성 규소 분산물의 예는 모멘티브 퍼포먼스 머티어리얼즈(Momentive Performance Materials)로부터 구매가능한 모멘티브(MOMENTIVE) LE-410이다.
미세다공성 막이, 예를 들어 0.04 내지 0.6 ㎎/(시간*㎠)의, 목표 휘발 물질 전달 속도를 가지며, 휘발성 물질이 휘발성 물질 접촉 표면으로부터 증기 방출 표면으로 이동될 때 상기 증기 방출 표면에 액체 형태의 휘발성 물질이 실질적으로 없다면, 제1 코팅 및 제2 코팅은 각각 독립적으로 임의의 적합한 두께로 적용될 수 있다. 또한, 제1 코팅 및 제2 코팅은 각각 독립적으로 코팅 중량(즉, 미세다공성 막 상의 코팅)이 0.01 내지 5.5 g/㎡, 예를 들어, 0.1 내지 5.0 g/㎡, 또는 0.5 내지 3 g/㎡, 또는 0.75 내지 2.5 g/㎡, 또는 1 내지 2 g/㎡일 수 있다.
미세다공성 막은 밀도가 0.8 g/㎤ 미만일 수 있으며, 미세다공성 막의 휘발성 물질 접촉 표면의 적어도 일부분은 그 위에 제1 코팅을 가질 수 있고/있거나, 미세다공성 막의 증기 방출 표면의 적어도 일부분은 그 위에 제2 코팅을 가질 수 있다. 제1 코팅 및 제2 코팅은 동일하거나 상이할 수 있으며, 각각 독립적으로 0.7 g/㎤ 이상의 밀도를 갖는 미세다공성 막의 선택적인 제1 코팅 및 제2 코팅과 관련하여 본 명세서에서 앞서 기재된 바와 같다.
0.7 g/㎤ 미만인 경우, 미세다공성 막이, 예를 들어, 0.04 내지 0.6 ㎎/(시간*㎠)의, 목표 휘발성 물질 전달 속도를 가지며, 휘발성 물질이 휘발성 물질 접촉 표면으로부터 증기 방출 표면으로 이동될 때 상기 증기 방출 표면에 액체 형태의 휘발성 물질이 실질적으로 없다면, 본 발명의 미세다공성 막의 밀도는 임의의 적합한 하한을 가질 수 있다. 본 발명의 이러한 특정 실시 형태에서, 미세다공성 막의 밀도는 0.6 내지 0.8 g/㎤ 미만, 또는 0.6 내지 0.75 g/㎤(예를 들어, 0.60 내지 0.75 g/㎤) 또는 0.6 내지 0.7 g/㎤(예를 들어, 0.60 내지 0.70 g/㎤), 또는 0.65 내지 0.70 g/㎤일 수 있다.
추가로, 미세다공성 막의 휘발성 물질 접촉 표면의 적어도 일부분이 그 위에 제1 코팅을 가질 수 있고/있거나, 미세다공성 막의 증기 방출 표면의 적어도 일부분이 그 위에 제2 코팅을 가질수 있으며, 이때 제1 코팅 및 제2 코팅 각각은 독립적으로 폴리(비닐 알코올)을 포함하는 코팅 조성물로부터 선택된다.
본 발명의 폴리(비닐 알코올) 코팅된 실시 형태에서, 미세다공성 막(즉, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막)이 25℃로부터 60℃로의 온도 증가에 노출되면, 그의 휘발성 물질 전달 속도가 150% 이하만큼 증가한다. 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막이 온도 증가(예를 들어, 25℃의 주위 온도로부터 60℃로)에 노출될 때, 휘발성 물질 전달 속도가 전형적으로 증가하며, 예를 들어, 더 높은 주위 온도에 대한 노출에 의해 미세다공성 막이 손상된 경우가 아니라면 전형적으로 감소하지 않는다. 그와 같이, 그리고 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, "그의 휘발성 물질 전달 속도가 [서술된] 퍼센트 이하만큼 증가한다"(예를 들어, 150%)라는 서술은 0%의 하한을 포함하나 0% 미만인 하한은 포함하지 않는다.
예시를 위해, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막이 25℃에서 0.3 ㎎/(시간*㎠)의 휘발성 물질 전달 속도를 갖는 경우, 미세다공성 막이 60℃의 온도에 노출될 때, 휘발성 물질 전달 속도는 0.75 ㎎/(시간*㎠) 이하인 값으로 증가한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 미세다공성 막(즉, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막)이 25℃로부터 60℃로의 온도 증가에 노출될 때, 그의 휘발성 물질 전달 속도는 125% 이하로 증가한다. 예를 들어, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막이 25℃에서 0.3 ㎎/(시간*㎠)의 휘발성 물질 전달 속도를 갖는 경우, 미세다공성 막이 60℃의 온도에 노출될 때, 휘발성 물질 전달 속도는 0.68 ㎎/(시간*㎠) 이하인 값으로 증가한다.
추가로, 미세다공성 막(즉, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막)이 25℃로부터 60℃로의 온도 증가에 노출될 때, 그의 휘발성 물질 전달 속도는 100% 이하로 증가한다. 예를 들어, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막이 25℃에서 0.3 ㎎/(시간*㎠)의 휘발성 물질 전달 속도를 갖는 경우, 미세다공성 막이 60℃의 온도에 노출될 때, 휘발성 물질 전달 속도는 0.6 ㎎/(시간*㎠) 이하인 값으로 증가한다.
미세다공성 막이, 예를 들어, 0.04 ㎎/(시간*㎠) 이상의, 목표 휘발성 물질 전달 속도를 가지며, 미세다공성 막(즉, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막)이 25℃로부터 60℃로의 온도 증가에 노출될 때, 그의 휘발성 물질 전달 속도가 150% 이하로 증가한다면, 제1 및 제2 폴리(비닐 알코올) 코팅은 각각 독립적으로 임의의 적합한 코팅 중량으로 존재할 수 있다. 전형적으로, 제1 폴리(비닐 알코올) 코팅 및 제2 폴리(비닐 알코올) 코팅은 각각 독립적으로 코팅 중량이 0.01 내지 5.5 g/㎡, 예를 들어, 0.1 내지 4.0 g/㎡, 또는 0.5 내지 3.0 g/㎡, 또는 0.75 내지 2.0 g/㎡이다.
폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 0.02 ㎎/(시간*㎠) 이상일 수 있다. 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 0.04 ㎎/(시간*㎠) 이상, 또는 0.1 ㎎/(시간*㎠) 이상, 또는 0.2 ㎎/(시간*㎠) 이상, 0.30 ㎎/(시간*㎠) 이상, 또는 0.35 ㎎/(시간*㎠) 이상일 수 있다. 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 0.7 ㎎/(시간*㎠)이하, 또는 0.6 ㎎/(시간*㎠) 이하, 또는 0.55 ㎎/(시간*㎠) 이하, 또는 0.50 ㎎/(시간*㎠) 이하일 수 있다. 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 이러한 상한값 및 하한값의 임의의 조합 사이의 범위일 수 있다(언급된 값 포함). 예를 들어, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 휘발성 물질 전달 속도는 0.02 ㎎/(시간*㎠) 이상, 예를 들어, 0.04 내지 0.70 ㎎/(시간*㎠), 또는 0.04 내지 0.60 ㎎/(시간*㎠), 또는 0.20 내지 0.60 ㎎/(시간*㎠), 또는 0.30 내지 0.55 ㎎/(시간*㎠), 또는 0.35 내지 0.50 ㎎/(시간*㎠)일 수 있다(각각의 경우에 언급된 값 포함).
폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막이, 예를 들어, 0.04 ㎎/(시간*㎠)의, 목표 휘발성 물질 전달 속도를 가지고, 미세다공성 막(즉, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막)이 25℃로부터 60℃로의 온도 증가에 노출될 때, 그의 휘발성 물질 전달 속도가 150% 이하로 증가한다면, 본 발명의 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 미세다공성 막의 밀도는 매우 다양할 수 있다.
추가로, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 미세다공성 막의 밀도는 0.7 g/㎤ 이상, 예를 들어, 0.8 g/㎤ 이상(예를 들어, 0.8 내지 1.2 g/㎤)일 수 있다(언급된 값 모두 포함). 본 발명의 실시 형태에서, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 밀도(즉, 폴리(비닐 알코올) 코팅의 적용 이전의 미세다공성 막의 밀도)는 0.8 g/㎤ 미만이다. 예를 들어, 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막의 미세다공성 막의 밀도는 0.6 내지 0.8 g/㎤ 미만, 또는 0.6 내지 0.75 g/㎤(예를 들어, 0.60 내지 0.75 g/㎤) 또는 0.6 내지 0.7 g/㎤(예를 들어, 0.60 내지 0.70 g/㎤), 또는 0.65 내지 0.70 g/㎤일 수 있다(언급된 값 모두 포함).
본 발명의 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막을 사용하면, 휘발성 물질이 휘발성 물질 접촉 표면으로부터 증기 방출 표면으로 이동될 때, 증기 방출 표면에 액체 형태의 휘발성 물질이 실질적으로 없다.
폴리(비닐 알코올) 코팅은 물, 유기 용매 및 그 조합으로부터 선택된 용매를 선택적으로 포함할 수 있는 액체 코팅으로부터 선택될 수 있다. 폴리(비닐 알코올) 코팅은 가교결합성 코팅(예를 들어, 열경화성 코팅), 및 비가교결합성 코팅(예를 들어, 공기 건조 코팅)으로부터 선택될 수 있다. 폴리(비닐 알코올) 코팅은 본 기술 분야에서 승인된 방법, 예를 들어, 분무 적용, 커튼 코팅, 또는 (예를 들어, 닥터 블레이드 또는 드로우-다운 바를 사용한) 드로운-다운 코팅에 따라서 미세다공성 막의 각각의 표면에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에서, 제1 및 제2 폴리(비닐 알코올) 코팅은 각각 독립적으로 수성 폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물로부터 형성된다. 수성 폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물의 고형물은, 각각의 경우에 수성 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 0.1 내지 15 중량%, 또는 0.5 내지 9 중량%로 매우 다양할 수 있다. 폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물의 폴리(비닐 알코올) 중합체는 수평균 분자량(Mn)이 예를 들어, 100 내지 1,000,000, 또는 1000 내지 750,000일 수 있다.
폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물의 폴리(비닐 알코올) 중합체는 단일중합체 또는 공중합체일 수 있다. 그로부터 폴리(비닐 알코올) 공중합체가 제조될 수 있는 공단량체에는 비닐 아세테이트와 (라디칼 중합에 의해서) 공중합가능하며 당업자에게 공지된 것들이 포함된다. 예시를 위하여, 그로부터 폴리(비닐 알코올) 공중합체가 제조될 수 있는 공단량체에는 (메트)아크릴산, 말레산, 푸마르산, 크로톤산, 이들의 금속염, 이들의 알킬 에스테르(예를 들어, 이들의 C2-C10 알킬 에스테르), 이들의 폴리에틸렌 글리콜 에스테르, 및 이들의 폴리프로필렌 글리콜 에스테르; 비닐 클로라이드; 테트라플루오로에틸렌; 2-아크릴아미도-2-메틸-프로판 설폰산 및 그의 염; 아크릴아미드; N-알킬 아크릴아미드; N,N-다이알킬 치환된 아크릴아미드 및 N-비닐 포름아미드가 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
비제한적인 예시를 위해서, 본 발명의 폴리(비닐 알코올) 코팅된 미세다공성 막을 형성하는 데 사용될 수 있는 폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물의 예는 세키스이 스페셜티 케미칼즈(Sekisui Specialty Chemicals)로부터 구매가능한 셀볼(CELVOL) 325이다.
제1 및 제2 폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물은 각각 독립적으로 본 기술 분야에서 승인된 첨가제, 예를 들어, 산화방지제, 자외광 안정제, 유동 조절제, 분산 안정제(예를 들어, 수성 분산물인 경우), 및 착색제(예를 들어, 염료 및/또는 안료)를 포함할 수 있다. 전형적으로, 제1 및 제2 폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물은 착색제가 없으며, 그 자체로 실질적으로 투명하거나 불투명하다. 선택적인 첨가제들은 코팅 조성물의 총 중량을 기준으로 예를 들어, 0.01 내지 10 중량%의 개별 양으로 폴리(비닐 알코올) 코팅 조성물 중에 존재할 수 있다.
매트릭스
미세다공성 막의 매트릭스는 실질적으로 수불용성 열가소성 유기 중합체로 구성된다. 매트릭스로 사용하기에 적합한 그러한 중합체는 매우 다양할 수 있다. 일반적으로, 압출되거나, 캘린더링되거나, 압착되거나, 또는 필름, 시트, 스트립, 또는 웨브로 권취될 수 있는, 임의의 실질적으로 수불용성인 열가소성 유기 중합체가 사용될 수 있다. 중합체는 하나의 중합체일 수 있거나 또는 중합체들의 혼합물일 수 있다. 중합체는 단일중합체, 공중합체, 랜덤 공중합체, 블록 공중합체, 그래프트 공중합체, 어태틱 중합체, 아이소택틱 중합체, 신디오택틱 중합체, 선형 중합체, 또는 분지형 중합체일 수 있다. 중합체의 혼합물이 사용되는 경우, 혼합물은 균질하거나 또는 둘 이상의 중합체 상을 포함할 수 있다.
적합한 실질적으로 수불용성인 열가소성 유기 중합체의 부류의 예에는 열가소성 폴리올레핀, 폴리(할로-치환된 올레핀), 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리(비닐 할라이드), 폴리(비닐리덴 할라이드), 폴리스티렌, 폴리(비닐 에스테르), 폴리카르보네이트, 폴리에테르, 폴리설파이드, 폴리이미드, 폴리실란, 폴리실록산, 폴리카프로락톤, 폴리아크릴레이트, 및 폴리메타크릴레이트가 포함된다. 수불용성 열가소성 유기 중합체가 선택될 수 있는 혼성물 부류에는, 예를 들어 열가소성 폴리(우레탄-우레아), 폴리(에스테르-아미드), 폴리(실란-실록산), 및 폴리(에테르-에스테르)가 포함되며, 고려된다. 적합한 실질적으로 수불용성인 열가소성 유기 중합체의 추가적인 예에는 열가소성 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌("UHMWPE"), 폴리프로필렌(어택틱, 아이소택틱, 또는 신디오택틱), 폴리(비닐 클로라이드), 폴리테트라플루오로에틸렌, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체, 에틸렌과 메타크릴산의 공중합체, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 비닐리덴 클로라이드와 비닐 아세테이트의 공중합체, 비닐리덴 클로라이드와 비닐 클로라이드의 공중합체, 에틸렌과 프로필렌의 공중합체, 에틸렌과 부텐의 공중합체, 폴리(비닐 아세테이트), 폴리스티렌, 폴리(오메가-아미노운데칸산), 폴리(헥사메틸렌 아디프아미드), 폴리(엡실론-카프로락탐), 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)가 포함된다. 대체로 수불용성 열가소성 유기 중합체의 이러한 부류 및 예의 언급은 전부를 망라하는 것은 아니며, 예시를 위해서 제공된다.
실질적으로 수불용성인 열가소성 유기 중합체에는 예를 들어, 폴리(비닐 클로라이드), 비닐 클로라이드의 공중합체, 또는 그 혼합물이 특히 포함될 수 있다. 실시 형태에서, 수불용성 열가소성 유기 중합체에는 고유 점도가 10 데시리터/그램 이상인 초고분자량 폴리올레핀(예를 들어, 본질적으로 선형인 초고분자량 폴리올레핀); 또는 고유 점도가 6 데시리터/그램 이상인 초고분자량 폴리프로필렌(예를 들어, 본질적으로 선형인 초고분자량 폴리프로필렌); 또는 그 혼합물로부터 선택된 초고분자량 폴리올레핀이 포함된다. 특정 실시 형태에서, 수불용성 열가소성 유기 중합체에는 고유 점도가 18 데시리터/그램 이상인 UHMWPE(예를 들어, 선형 초고분자량 폴리에틸렌)이 포함된다.
UHMWPE는 무한한 분자량을 갖는 열경화성 중합체가 아니며, 기술적으로 열가소성 물질로 분류된다. 그러나, 분자가 실질적으로 매우 긴 사슬이기 때문에, UHMWPE는 가열 시 연화되지만 정상적인 열가소성 방법에서 용융 액체로서 유동하지는 않는다. UHMWPE의 매우 긴 사슬 및 그에 의한 독특한 특성이, 이러한 중합체를 사용하여 제조된 미세다공성 막의 바람직한 특성에 상당히 기여하는 것으로 여겨진다.
앞서 나타낸 바와 같이, UHMWPE의 고유 점도는 약 10 데시리터/그램 이상이다. 보통 고유 점도는 약 14 데시리터/그램 이상이다. 흔히 고유 점도는 약 18 데시리터/그램 이상이다. 많은 경우에, 고유 점도는 약 19 데시리터/그램 이상이다. 고유 점도의 상한에 특별한 제한은 없지만, 고유 점도는 종종 약 10 내지 약 39 데시리터/그램의 범위이다. 고유 점도는 흔히 약 14 내지 약 39 데시리터/그램의 범위이다. 대부분의 경우에, 고유 점도는 약 18 내지 약 39 데시리터/그램의 범위이다. 약 18 내지 약 32 데시리터/그램 범위의 고유 점도가 바람직하다.
UHMWPE의 공칭 분자량은 실증적으로 하기 방정식에 따라 중합체의 고유 점도와 관련된다:
M(UHMWPE) = 5.3×104[η]1.37
여기서, M(UHMWPE)은 공칭 분자량이고 [η]은 데시리터/그램으로 표시된 UHMW 폴리에틸렌의 고유 점도이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 고유 점도는 UHMWPE의 몇몇 묽은 용액의 환원 점도 또는 내재 점도(inherent viscosity)를 농도 0에 외삽하여 결정되며, 여기서, 용매는 0.2 중량%의, 3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시하이드로신남산, 네오펜탄테트라일 에스테르[CAS 등록 번호 6683-19-8]가 첨가된, 새로 증류된 데카하이드로나프탈렌이다. UHMWPE의 환원 점도 또는 내재 점도는, 상이한 농도의 몇몇 묽은 용액을 사용한 점을 제외하고는 ASTM D 4020-81의 일반적인 절차에 따라 우베로데(Ubbelohde) No. 1 점도계를 사용하여 135℃에서 얻어진 상대 점도로부터 확인된다. ASTM D 4020-81은, 전체적으로, 본 명세서에 참고로 포함된다.
매트릭스는 고유 점도가 10 데시리터/그램 이상인 실질적으로 선형인 UHMWPE와, ASTM D 1238-86 조건 E 용융 지수가 50 그램/10분 미만이고 ASTM D 1238-86 조건 F 용융 지수가 0.1 그램/10분 이상인 저분자량 폴리에틸렌의 혼합물을 포함할 수 있다. 저분자량 폴리에틸렌(LMWPE) 의 공칭 분자량은 UHMWPE보다 작다. LMWPE는 열가소성이며 다수의 상이한 유형들이 알려져 있다. 분류 방법 중 하나는, 하기 표 1에 요약된 바와 같이, ASTM D 1248-84(1989년 재승인됨)에 따라, 그램/세제곱센티미터로 표시되며 소숫점 이하 3자리로 반올림된 밀도에 의한 것이다.
[표 1]
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임의의 또는 모든 이러한 폴리에틸렌이 본 발명의 미세다공성 막에서 LMWPE로서 사용될 수 있다. 일부 응용에서, HDPE가 사용될 수 있는 데, HDPE가 대개 MDPE 또는 LDPE보다 더 선형인 경향이 있기 때문이다. ASTM D 1248-84(1989년 재승인됨)는, 전체적으로, 본 명세서에 참고로 포함된다.
다양한 LMWPE를 제조하기 위한 공정이 잘 알려져 있으며 문서에 잘 기록되어 있다. 이러한 방법에는 고압 공정, 필립스 페트롤륨 컴퍼니(Phillips Petroleum Company) 공정, 스탠다드 오일 컴퍼니(Standard Oil Company)(미국 인디애나주 소재) 공정, 및 지글러(Ziegler) 공정이 포함된다. LMWPE의 ASTM D 1238-86 조건 E(즉, 190℃ 및 2.16 킬로그램 하중) 용융 지수는 약 50 그램/10분 미만이다. 흔히 조건 E 용융 지수는 약 25 그램/10분 미만이다. 바람직하게는 조건 E 용융 지수는 약 15 그램/10분 미만이다. LMWPE의 ASTM D 1238-86 조건 F(즉, 190℃ 및 21.6 킬로그램 하중) 용융 지수는 0.1 그램/10분 이상이다. 많은 경우에, 조건 F 용융 지수는 약 0.5 그램/10분 이상이다. 바람직하게는 조건 F 용융 지수는 약 1.0 그램/10분 이상이다. ASTM D 1238-86은, 전체적으로, 본 명세서에 참고로 포함된다.
미세다공성 막에 그들의 특성을 제공하도록 충분한 UHMWPE 및 LMWPE가 매트릭스 중에 존재하여야 한다. 그 존재가 미세다공성 막의 특성에 불리한 방식으로 크게 영향을 주지 않기만 한다면 기타 열가소성 유기 중합체가 또한 매트릭스 중에 존재할 수 있다. 기타 열가소성 중합체는 하나의 기타 열가소성 중합체일 수 있거나 또는 하나를 초과하는 기타 열가소성 중합체일 수 있다. 존재할 수 있는 기타 열가소성 중합체의 양은 그러한 중합체의 속성에 따라 좌우된다. 선택적으로 존재할 수 있는 열가소성 유기 중합체의 예에는 폴리(테트라플루오로에틸렌), 폴리프로필렌, 에틸렌과 프로필렌의 공중합체, 에틸렌과 아크릴산의 공중합체, 및 에틸렌과 메타크릴산의 공중합체가 포함된다. 원한다면, 카르복실-함유 공중합체의 카르복실 기의 전부 또는 일부가 나트륨, 아연 등으로 중화될 수 있다.
UHMWPE와 LMWPE가 함께 매트릭스의 중합체의 65 중량% 이상, 매트릭스의 중합체의 85 중량% 이상을 구성할 수 있거나, 또는 UHMWPE와 LMWPE가 함께 매트릭스의 중합체의 실질적으로 100 중량%를 구성할 수 있다. UHMWPE가 매트릭스의 중합체의 1 중량% 이상을 구성할 수 있으며, UHMWPE와 LMWPE가 함께 매트릭스의 중합체의 실질적으로 100 중량%를 구성할 수 있다.
UHMWPE와 LMWPE가 함께 미세다공성 막의 매트릭스의 중합체의 100 중량%를 구성하는 경우, UHMWPE는 매트릭스의 중합체의 40 중량% 이상, 예를 들어, 매트릭스의 중합체의 45 중량% 이상, 또는 48 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상, 또는 55 중량% 이상을 구성할 수 있다. 또한, UHMWPE는 매트릭스의 중합체의 99 중량% 이하, 예를 들어, 매트릭스의 중합체의 80 중량% 이하, 또는 70 중량% 이하, 또는 65 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하를 구성할 수 있다. 매트릭스의 중합체를 구성하는 UHMWPE의 수준은 언급된 값을 포함하는, 임의의 이러한 값들 사이의 범위일 수 있다.
마찬가지로, UHMWPE와 LMWPE가 함께 미세다공성 막의 매트릭스의 중합체의 100 중량%를 구성하는 경우, LMWPE는 매트릭스의 중합체의 1 중량% 이상, 예를 들어, 매트릭스의 중합체의 5 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 또는 15 중량% 이상, 또는 20 중량% 이상, 또는 25 중량% 이상, 또는 30 중량% 이상, 또는 35 중량% 이상, 또는 40 중량% 이상, 또는 45 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상, 또는 55 중량% 이상을 구성할 수 있다. 또한, LMWPE는 매트릭스의 중합체의 70 중량% 이하, 예를 들어, 매트릭스의 중합체의 65 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하, 또는 55 중량% 이하, 또는 50 중량% 이하, 또는 45 중량% 이하를 구성할 수 있다. LMWPE의 수준은 언급된 값을 포함하는, 임의의 이러한 값들 사이의 범위일 수 있다.
본 발명의 임의의 앞서 기재된 미세다공성 막의 경우에 LMWPE는 고밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있음에 주의하여야 한다.
충전제
미세다공성 막은 본 기술 분야에 공지된 임의의 적합한 충전제 및 가소제로 충전될 수 있다. 충전제에는 미분된, 실질적으로 수불용성인 미립자 충전제 물질, 예를 들어, 미분된 실리카, 점토, 제올라이트, 카르보네이트, 목탄, 및 그 혼합물이 포함될 수 있다. 미립자 충전제 물질에는 유기 미립자 물질 및/또는 무기 미립자 물질이 포함될 수 있다. 미립자 충전제 물질은 전형적으로는 착색되지 않으며, 예를 들어, 미립자 충전제 물질은 백색 또는 오프-화이트(off-white) 미립자 충전제 물질, 예를 들어, 규산질 또는 점토 미립자 물질이다.
미분된 실질적으로 수불용성인 충전제 입자는 미세다공성 막의 20 내지 90 중량%를 구성할 수 있다. 예를 들어, 그러한 충전제 입자는 미세다공성 막의 20 내지 90 중량%, 예를 들어, 미세다공성 막의 30 내지 90 중량%, 또는 미세다공성 막의 40 내지 90 중량%, 또는 미세다공성 막의 40 내지 85 중량%, 또는 미세다공성 막의 50 내지 90 중량%, 그리고 심지어 미세다공성 막의 60 내지 90 중량%를 구성할 수 있다.
일 실시 형태에서, 미세다공성 막은 총 중량을 기준으로 약 50% 내지 약 80%, 대안적으로 약 60% 내지 약 80%, 대안적으로 약 70% 내지 약 80%, 대안적으로 약 70% 내지 약 75%의 실리카로 충전될 수 있다.
미분된 실질적으로 수불용성인 미립자 충전제는 소립자(ultimate particle), 소립자의 응집체, 또는 둘 모두의 조합의 형태일 수 있다. 0.04 마이크로미터만큼 작은 입자 직경을 측정할 수 있는 레이저 회절 입자 크기 측정기인, 벡크맨 컬튼(Beckman Coulton)으로부터의 LS230을 사용하여 결정할 때, 미세다공성 막을 제조하는 데 사용되는 충전제의 약 90 중량% 이상이 0.5 내지 약 200 마이크로미터, 예를 들어, 1 내지 100 마이크로미터 범위의 총체적 입자 크기(gross particle size)를 갖는다. 전형적으로, 미립자 충전제의 90 중량% 이상이 10 내지 30 마이크로미터 범위의 총체적 입자 크기를 갖는다. 미세다공성 막을 제조하는 데 사용되는 성분들을 가공하는 동안 충전제 응집체의 크기가 감소될 수 있다. 따라서, 미세다공성 막 중의 총체적 입자 크기의 분포는 원래의 충전제 자체에서보다 더 작을 수 있다.
본 발명의 미세다공성 막에 사용될 수 있는, 적합한 유기 및 무기 미립자 물질의 비제한적인 예에는 미국 특허 제6,387,519 B1호 9 컬럼, 4줄 내지 13 컬럼, 62줄에 기재된 것들이 포함되며, 이의 인용된 부분은 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명의 특정 실시 형태에서, 미립자 충전제 물질은 규산질 물질을 포함한다. 미세다공성 막을 제조하는 데 사용될 수 있는 규산질 충전제의 비제한적인 예에는 실리카, 운모, 몬트모릴로나이트, 카올리나이트, 나노클레이(nanoclay), 예를 들어, 서던 클레이 프로덕츠(Southern Clay Products)로부터 입수가능한 클로이사이트(cloisite), 활석, 규조토, 질석, 천연 및 합성 제올라이트, 칼슘 실리케이트, 알루미늄 실리케이트, 나트륨 알루미늄 실리케이트, 알루미늄 폴리실리케이트, 알루미나 실리카 젤 및 유리 입자가 포함된다. 규산질 충전제에 더하여, 실질적으로 수불용성인 기타 미분된 미립자 충전제가 선택적으로 또한 사용될 수 있다. 그러한 선택적인 미립자 충전제의 비제한적인 예에는 카본 블랙, 목탄, 흑연, 산화티타늄, 산화철, 산화구리, 산화아연, 산화안티몬, 지르코니아, 마그네시아, 알루미나, 이황화몰리브덴, 황화아연, 황산바륨, 황산스트론튬, 탄산칼슘 및 탄산마그네슘이 포함된다. 비제한적인 실시 형태에서, 규산질 충전제는 실리카 및 임의의 전술한 점토를 포함할 수 있다. 실리카의 비제한적인 예에는 침전 실리카, 실리카 젤, 건식 실리카, 및 그 조합이 포함된다.
일반적으로 실리카 젤은 산을 사용하여 낮은 pH에서 용해성 금속 실리케이트, 예를 들어, 나트륨 실리케이트의 수용액을 산성화시켜 상업적으로 생산된다. 사용되는 산은 일반적으로 강 무기산, 예를 들어, 황산 또는 염산이지만, 이산화탄소가 사용될 수 있다. 점도가 낮을 때에는 젤 상과 주위의 액체 상 사이에는 본질적으로 밀도 차이가 없기 때문에, 젤 상이 침강하지 않으며, 즉, 침전하지 않는다. 결과적으로, 실리카 젤은 콜로이드성 비정질 실리카의 인접한 입자들의 비침전된, 응집성, 강성, 3차원 네트워크로서 설명될 수 있다. 세분 상태는 큰 고체 덩어리로부터 극미소 입자까지의 범위에 있으며, 수화 정도는 거의 무수 실리카로부터 중량 기준으로 실리카 1부당 100부 정도의 물을 포함하는 연질 젤라틴성 덩어리까지의 범위에 있다.
침전 실리카는 일반적으로 실리카의 콜로이드성 입자가 약알칼리성 용액 중에서 성장하고, 생성되는 용해성 알칼리 금속 염의 알칼리 금속 이온에 의해 응결되도록, 용해성 금속 실리케이트, 통상 알칼리 금속 실리케이트, 예를 들어 나트륨 실리케이트의 수용액과 산을 배합하여 상업적으로 생산된다. 무기산을 포함하지만 이로 한정되지 않는 다양한 산이 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 산의 비제한적인 예에는 염산 및 황산이 포함되지만 이산화탄소가 또한 침전 실리카를 생산하는 데 사용될 수 있다. 응결제(coagulant)의 부재 시, 실리카는 어떠한 pH에서도 용액으로부터 침전하지 않는다. 비제한적인 실시 형태에서, 실리카의 침전을 야기하는 데 사용되는 응결제는 콜로이드성 실리카 입자의 형성 중 생성되는 용해성 알칼리 금속 염일 수 있거나, 또는 첨가된 전해질, 예를 들어, 용해성 무기 또는 유기 염일 수 있거나, 또는 둘 모두의 조합일 수 있다.
침전 실리카는 피피지 인더스트리즈, 인크(PPG Industries, Inc)로부터 다수의 등급 및 형태로 입수가능하다. 이러한 실리카는 상표명 하이-실(Hi-Sil)(등록상표)로 판매된다.
본 발명을 위하여, 실질적으로 수불용성인, 미분된 미립자 규산질 충전제는 50 중량% 이상(예를 들어, 65 중량% 이상, 75 중량% 이상), 또는 90 중량% 이상의 실질적으로 수불용성인 충전제 물질을 포함할 수 있다. 규산질 충전제는 50 내지 90 중량%(예를 들어, 60 내지 80 중량%)의 미립자 충전제 물질을 포함할 수 있거나, 또는 규산질 충전제는 실질적으로 전부의 실질적으로 수불용성인 미립자 충전제 물질을 포함할 수 있다.
미립자 충전제(예를 들어, 규산질 충전제)는 전형적으로 큰 표면적을 가져서 충전제가 본 발명의 미세다공성 막을 생성하는 데 사용되는 대부분의 가공 가소제 조성물을 운반할 수 있다. 충전제 입자는 실질적으로 수불용성이며 또한 미세다공성 막을 제조하는 데 사용되는 임의의 유기 가공 액체에 실질적으로 불용성이다. 이는 미세다공성 막 내의 미립자 충전제의 보유를 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 미세다공성 막은 또한 가공에 사용되는 소량(미세다공성 막의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 5 중량% 이하)의 기타 물질, 예를 들어, 윤활제, 가공 가소제, 유기 추출액, 물 등을 포함할 수 있다. 열 안정성, 자외선 안정성 및 치수 안정성과 같은 특정 목적을 위해 도입되는 추가적인 물질이 미세다공성 막 중에 소량(미세다공성 막의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 15 중량% 이하)으로 선택적으로 존재할 수 있다. 그러한 추가적인 물질의 예에는 산화방지제, 자외광 흡수제, 보강 섬유, 예를 들어 촙핑된 유리 섬유 스트랜드(chopped glass fiber strand) 등이 포함되지만 이로 한정되지 않는다. 충전제 및 하나 이상의 특수한 목적을 위해 적용되는 임의의 코팅, 인쇄 잉크, 또는 함침제를 제외한, 미세다공성 막의 나머지는 본질적으로 열가소성 유기 중합체이다.
기공
본 발명의 미세다공성 막은 또한 실질적으로 미세다공성 막 전반에서 연통하는 상호연결된 기공의 네트워크를 포함한다. 무-코팅, 무-인쇄 잉크 및 무-함침제를 기반으로, 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같은 공정에 의해 제조될 때, 기공은 미세다공성 막의 총 부피를 기준으로 전형적으로 35 내지 95 부피%를 구성한다. 기공은 미세다공성 막의 총 부피를 기준으로 미세다공성 막의 60 내지 75 부피%를 구성할 수 있다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, 부피%로 표시되는, 미세다공성 막의 다공도(공극 부피로도 알려짐)는 하기 방정식에 따라 결정된다:
다공도 = 100[1-d1 /d2]
여기서, d1은 샘플 중량과, 샘플 치수의 측정에 의해 확인되는 것과 같은 샘플 부피로부터 결정되는, 샘플의 밀도이고; d2는 샘플 중량과, 샘플의 고형분의 부피로부터 결정되는, 샘플의 고형분의 밀도이다. 미세다공성 막의 고형분의 부피는 퀀타크롬 스테레오피크노미터(Quantachrome stereopycnometer)(퀀타크롬 코포레이션(Quantachrome Corp.))를 사용하여, 장비에 첨부된 작동 매뉴얼에 따라 결정된다.
미세다공성 막의 기공의 부피 평균 직경은 오토스캔 수은 다공도 측정기(Autoscan mercury porosimeter)(퀀타크롬 코포레이션)를 사용하여, 장비에 첨부된 작동 매뉴얼에 따라, 수은 다공도 측정법(mercury porosimetry)에 의해서 결정된다. 단일 스캔에 대한 부피 평균 기공 반경이 다공도 측정기에 의해 자동적으로 결정된다. 다공도 측정기의 작동 시, 스캔은 고압 범위(138 킬로파스칼 절대압 내지 227 메가파스칼 절대압)에서 이루어진다. 총 침투(intruded) 부피의 2% 이하가 고압 범위의 하한(138 내지 250 킬로파스칼 절대압)에서 발생하는 경우, 부피 평균 기공 직경은 다공도 측정기에 의해 결정되는 부피 평균 기공 반경의 2배로 취해진다. 그렇지 않다면, 저압 범위(7 내지 165 킬로파스칼 절대압)에서 추가 스캔을 행하고 부피 평균 기공 직경을 하기 방정식에 따라 계산한다:
d = 2 [ v1r1/w1 + v2r2/w2] / [v1/ w1 + v2/ w2]
여기서, d는 부피 평균 기공 직경이고; v1은 고압 범위에서 침투된 수은의 총 부피이고; v2는 저압 범위에서 침투된 수은의 총 부피이고; r1은 고압 스캔으로부터 결정된 부피 평균 기공 반경이고; r2는 저압 스캔으로부터 결정된 부피 평균 기공 반경이고; w1은 고압 스캔된 샘플의 중량이고; w2는 저압 스캔된 샘플의 중량이다.
본 발명의 미세다공성 막은 평균 기공 크기가 약 0.01 내지 약 0.06 마이크로미터, 대안적으로 약 0.01 내지 약 0.05 마이크로미터, 대안적으로 약 0.01 내지 약 0.04, 대안적으로 약 0.01 내지 약 0.03, 대안적으로 약 0.02 내지 약 0.04 마이크로미터, 대안적으로 약 0.02 마이크로미터일 수 있다.
일반적으로 무-코팅, 무-인쇄 잉크 및 무-함침제를 기반으로, 미세다공성 막의 기공의 부피 평균 직경은 0.02 마이크로미터 이상, 전형적으로 0.04 마이크로미터 이상, 및 더욱 전형적으로 0.05 마이크로미터 이상이다. 동일 기반으로, 미세다공성 막의 기공의 부피 평균 직경은 또한 전형적으로 0.5 마이크로미터 이하, 더욱 전형적으로 0.3 마이크로미터 이하, 및 추가로 전형적으로 0.25 마이크로미터 이하이다. 이러한 기반으로, 기공의 부피 평균 직경은 언급된 값을 포함하는, 임의의 이러한 값들 사이의 범위일 수 있다. 예를 들어, 미세다공성 막의 기공의 부피 평균 직경은 0.02 내지 0.5 마이크로미터, 또는 0.04 내지 0.3 마이크로미터, 0.05 내지 0.25 마이크로미터의 범위일 수 있다(각각의 경우에 언급된 값 포함).
상기에 기재된 절차에 의해서 부피 평균 기공 직경을 결정하는 과정에서, 검출된 최대 기공 반경이 또한 결정될 수 있다. 이는 실시되는 경우 저압 범위 스캔으로부터 취해지며; 그렇지 않다면 고압 범위 스캔으로부터 취해진다. 미세다공성 막의 최대 기공 직경은 전형적으로 최대 기공 반경의 2배이다.
코팅, 인쇄 및 함침 공정이 미세다공성 막의 기공의 적어도 일부분에서 충전을 야기할 수 있다. 게다가, 그러한 공정은 또한 미세다공성 막을 비가역적으로 압축할 수 있다. 따라서, 다공도, 기공의 부피 평균 직경, 및 최대 기공 직경과 관련된 파라미터는 하나 이상의 이러한 공정을 적용하기 전의 미세다공성 막에 대해 결정된다.
두께 및 표면적
미세다공성 막은 z-방향에서 두께가 약 0.01 ㎜ 내지 약 1 ㎜, 대안적으로 약 0.1 ㎜ 내지 0.4 ㎜, 대안적으로 약 0.15 ㎜ 내지 약 0.35 ㎜, 대안적으로 약 0.25 ㎜일 수 있다.
당업자는 미세다공성 막의 표면적이 전달 엔진(100)의 사용자 선호 크기에 따라 달라질 수 있음을 인지할 것이다. 일부 실시 형태에서, 미세다공성 막의 증발 표면적은 약 2 ㎠ 내지 약 100 ㎠, 대안적으로는 약 2 ㎠ 내지 약 35 ㎠, 대안적으로는 약 10 ㎠ 내지 약 50 ㎠, 대안적으로는 약 10 ㎠ 내지 약 45 ㎠, 대안적으로는 약 10 ㎠ 내지 약 35 ㎠, 대안적으로는 약 15 ㎠ 내지 약 40 ㎠, 대안적으로는 약 15 ㎠ 내지 약 35 ㎠, 대안적으로는 약 20 ㎠ 내지 약 35 ㎠, 대안적으로는 약 30 ㎠ 내지 약 35 ㎠, 대안적으로는 약 35 ㎠일 수 있다.
본 발명을 위해 적합한 미세다공성 막에는 미국 특허 제7,498,369호에 기재된 바와 같은, 실리카로 선택적으로 충전된 UHMWPE-유형 막이 포함된다. 그러한 UHMWPE 막에는 다라믹(Daramic)으로부터 입수가능한 다라믹(Daramic™) V5, 디에스엠(DSM)(네덜란드 소재)으로부터 입수가능한 솔루포르(Solupor)(등록상표) 및 피피지 인더스트리즈로부터 입수가능한 테슬린(Teslin™) SP1100HD, 및 그 조합이 포함된다. 이러한 막은 전달 엔진(100) 내에 액체를 수용하는 동안 휘발성 물질이 자유롭게 흩어지게 하는 것으로 여겨진다.
발명의 일 태양에서, 미세다공성 막은, 접촉하는 휘발성 물질의 양에 감응하는 염료를 포함하여 수명 종료를 표시할 수 있다. 대안적으로, 미세다공성 막은 방향제 또는 휘발성 물질과 접촉 시 투명하게 변화하여 확산이 일어나고 있음을 표시할 수 있다. 본 기술 분야에 공지된, 수명 종료를 표시하기 위한 다른 수단이 본 발명을 위해 고려된다.
하우징
이제 도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 방법은 전달 엔진(100)과 해제가능하게 결합하는 하우징(200)을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 하우징(200)은 (도 1에 나타낸 바와 같이) 각각 x-축, y-축 및 z-축을 따른 폭, 길이 및 깊이를 포함할 수 있다. 하우징(200)은 유리, 세라믹, 목재, 플라스틱, 복합재 등과 같은 임의의 적합한 물질로 제조될 수 있으며, 전달 엔진(100)을 수용하기에 적합한 임의의 크기, 형상 및 구성을 가질 수 있다. 하우징(200)은 강성 또는 가요성일 수 있으며 주변 환경으로의 휘발성 물질의 전달을 허용하는 물질로 제조될 수 있다. 하우징(200)은 기부(210)와, 기부(210) 상에 지지되고 쉘(220) 내에 내측으로 놓인 중공 코어(240)를 포함할 수 있다. 하우징(200)은 또한 노치(270) 및 통기공(260)을 포함할 수 있다.
쉘 및 중공 코어
도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 하우징(100)은 기부(210) 상에 지지되고 쉘(220) 내에 내측으로 놓인 중공 코어(240)를 포함할 수 있다. 쉘(220)은 전방 벽(222) 및 후방 벽(224)을 가질 수 있으며, 이들 둘 모두는 일반적으로 중공 코어(240)의 전방 벽(242) 및 후방 벽(244)과 동연적일 수 있다. 중공 코어(240) 및 쉘(220)은 타원 원통형일 수 있으며 전달 엔진(100)을 수납하기 위한 수납 단부(230)를 포함할 수 있다. 수납 단부(230)는 하우징(200)의 기부(210)로부터 멀리 떨어져 배치될 수 있다.
리브 및 노치
도 9에 나타낸 바와 같이, 중공 코어(240)의 후방 벽(244)의 내부면은 전달 엔진(100)을 아래쪽으로 그의 최종 사용 중인 위치로 안내하기 위한 하나 이상의 보유 리브(retaining rib)(246)를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 보유 리브(246)는 후방 벽(244)의 내부면에 위치하는 제1 보유 리브 및 제2 보유 리브를 포함할 수 있으며 이들 둘 모두는 y-축을 따라 종방향으로 연장된다. 제1 및 제2 보유 리브는 중공 코어(240)의 전방 벽(242)과 후방 벽(244)의 교차점에 위치하여 전달 엔진(100)의 립(102)을 수납할 수 있다.
하우징(200)은 또한 하나의 노치(270), 또는 복수의 노치들을 포함하여, 전달 엔진(100)이 하우징(200) 내에 수납될 때, 파열 요소(130)와 결합하거나 그를 압축할 수 있다. 이러한 방식에서, 사용자는 하우징(200) 내에 전달 엔진(100)을 삽입하기 전에 이를 수동으로 활성화시킬 필요가 없다. 노치(270)는 노치(270)가 파열 요소(130)를 압축시키고 파열성 기재(120)를 파손하면서 전달 엔진(100)이 비교적 쉽게 하우징(200) 내로 삽입될 수 있도록 하는 임의의 방식으로 구성될 수 있다.
파열 요소(130)를 압축하고 파열성 기재(120)를 파손하는 전달 엔진(100)을 삽입하기에 적합한 삽입력은 약 25 N 미만, 대안적으로 약 20 N 미만, 대안적으로 약 15 N 미만, 대안적으로 약 5 N 미만, 대안적으로 약 1 N 내지 약 25 N, 대안적으로 약 1 N 내지 약 15 N, 대안적으로 약 5 N 내지 약 20 N, 대안적으로 약 5 N 내지 약 15 N, 대안적으로 약 8 내지 15 N을 포함한다.
삽입력은 전기기계 시험 시스템인, 엠티에스로부터 입수가능한 큐테스트 엘리트 10을 사용하여 측정될 수 있다. 전달 엔진(100)은 시험 시스템에 클램핑되고 파열성 기재(120)를 파손시키거나 파손시키는 것을 돕는 어떠한 노치(270) 또는 요소에 대해 어떠한 힘도 가하지 않으면서 하우징의 수납 단부에 놓인다. 전기기계 시험 시스템의 크로스헤드 속도는 50 ㎜/min으로 설정된다. 실온은 23+2℃이다. 파열성 기재(120)가 파손될 때까지 기계를 작동시킨다. 0의 변위는 0.1 N의 힘(즉, 예비하중)이 적용된 0.1 N 지점으로서 정의된다. 파열성 기재(120)가 파괴되는 제1 피크에서의 하중이 파열하기 위한 힘으로서 기록된다. 당업자는 노치(270), 미세다공성 막(140), 파열 요소(130), 및 파열성 기재(120)의 물리적 특성 및 위치에 따라, 삽입력이 달라질 것임을 이해할 것이다.
일 실시 형태에서, 제조 시 z-방향으로의 노치(270)의 더 적은 돌출이 필요하도록 노치(270)는 중공 코어(240)의 전방 벽(242)의 중심으로부터 측방향으로 오프셋될 수 있다. 따라서, 미세다공성 막(140)은 그만큼 신장될 필요가 없어서, 손상 가능성이 더 적어진다.
노치(270) 및 리브(246)는 삽입 시에 전달 엔진(100)을 구부릴 필요가 없도록 구성될 수 있어서 낮은 삽입력을 야기한다. 전달 엔진(100)이 하우징(200)에 삽입될 때, 노치(270)는 저장조(110)의 방향으로 미세다공성 막(140) 및 파열 요소(130)를 압축시켜 파열성 기재(120)를 파손하고 휘발성 물질을 미세다공성 막(140)으로 방출시킨다. 전달 엔진(100)의 삽입 동안, 리브(246)는 전달 엔진(100)이 노치(270)에 접촉하여 그에 대항하도록 전달 엔진을 안내하여, 전달 엔진(100)의 측방향 위치를 유지하여 노치(270)가 파열 요소(130)와 완전히 결합한다.
통기공
하우징(200)은 제1 개방 위치로 정렬된 복수의 통기공(260) 또는 구멍을 가져서, 미세다공성 막(140)으로부터 처리가 필요한 공간 또는 공간들의 주변 공기로의 휘발성 물질의 전달을 촉진할 수 있다. 통기공(260)의 유효 크기를 증가시키는 것은 휘발성 물질의 전달을 증가시킬 수 있다. 역으로, 통기공(260)의 유효 크기를 감소시키는 것은 휘발성 물질의 전달을 감소시킬 수 있다.
통기공(260)은 하우징(200) 상의 어디에나 배치될 수 있다. 도 6 내지 도 9에 도시된 실시 형태에서, 통기공(260)은 쉘(220) 및 중공 코어(240)의 전방 벽(222, 242) 상에 배치된다. 통기공(260)의 개수 및/또는 크기는 정해져 있지 않다. 통기공(260)의 크기는 다양한 수단을 통해 사용자에 의해서 제어될 수 있다. 사용자는 원하는 양의 발산물을 처리가 필요한 장소로 전달하도록 쉘(220)을 y-축을 따라 기부(210)를 향해 아래쪽으로 슬라이딩시켜서 하나 이상의 통기공(260)을 개방하거나, 부분적으로 개방하거나, 부분적으로 폐쇄하거나, 또는 폐쇄할 수 있다. 하우징(200)은 또한 x-축을 중심으로 쉘(240)을 회전시켜 통기공(260)의 개방 및 폐쇄가 가능하도록 구성될 수 있다(도시하지 않음). 통기공(260)에 더하여, 하우징(200)은 전달 엔진(100)의 시각적 조사를 위한 다른 수단을 가질 수 있다.
하우징(200)은 또한 하우징(200)이 원하는 개방 또는 폐쇄 위치에 있음을 사용자에게 신호로 알려주기 위한 클릭킹 메커니즘(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 그러한 클릭킹 메커니즘은 중공 코어(240)의 외부면을 따라 배치되는 제1 정합 부분(도시하지 않음) 및 쉘(220)의 내부면을 따라 배치되는 제2 정합 부분(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 정합 부분은 쉘(220)과 중공 코어(240)의 벽들이 서로에 대해 슬라이딩함에 따라 이들을 마찰 결합시킬 수 있다. 원하는 개방 또는 폐쇄 위치에 도달한 때, 정합 부분은 제자리에 해제가능하게 록킹될 수 있으며 클릭킹 음을 제공할 수 있다.
휘발성 물질
본 발명의 방법은 연속적인 방식으로 주변 공기 중으로 휘발성 물질을 전달한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "휘발성 물질"이라는 용어는 에너지 공급원이 필요 없이 실온 및 대기압에서 기화될 수 있는 물질을 말한다. 휘발성 물질은 단일 휘발성 물질로 전적으로 구성되는 조성물일 수 있다. 휘발성 물질은 또한 휘발성 물질 혼합물(즉, 혼합물은 하나를 초과하는 휘발성 성분을 가짐)로 전적으로 구성되는 조성물일 수 있다. 추가로, 조성물의 모든 성분 물질이 휘발성일 필요는 없다. 액체 또는 에멀젼을 포함하는 임의의 형태 또는 양의 임의의 적합한 휘발성 물질이 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에서 사용하기에 적합한 액체는 담체 물질(예를 들어, 물, 용매 등)과 같은 비휘발성 성분을 또한 가질 수 있다. 본 명세서에서 액체가 "전달", "발산", 또는 "방출"되는 것으로 설명될 때, 이는 그의 휘발성 성분의 휘발을 지칭하며, 그의 비휘발성 성분이 발산되는 것을 필요로 하지 않음을 또한 이해하여야 한다.
휘발성 물질은 방향유의 형태일 수 있다. 대부분의 통상의 방향 물질은 휘발성 정유이다. 휘발성 물질은 향료 공급자로부터 통상적으로 입수가능한 휘발성 유기 화합물일 수 있다. 또한, 휘발성 물질은 합성적으로 또는 천연적으로 형성된 물질일 수 있다. 그 예에는, 베르가못(bergamot), 비터 오렌지, 레몬, 만다린, 캐러웨이, 시더 립(cedar leaf), 클로브 립(clove leaf), 시더 우드(cedar wood), 제라늄, 라벤더, 오렌지, 오리가넘(origanum), 패티그레인(petitgrain), 화이트 시더(white cedar), 패출리(patchouli), 네로일리(neroili), 로즈 엡솔루트(rose absolute) 등의 오일이 포함되지만, 이로 한정되지 않는다. 공기 청향제 또는 방향제의 경우에, 다양한 휘발성 물질들은 유사하거나, 관련되거나, 상보적이거나, 대조적일 수 있다.
휘발성 물질은 또한 주위 온도에서 증기 상으로 승화될 수 있는 결정성 고체의 형태로 유래하거나 액체로서 방향에 사용될 수 있다. 임의의 적합한 양 또는 형태의 임의의 적합한 결정성 고체가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 적합한 결정성 고체는 바닐린, 에틸 바닐린, 쿠마린, 토날리드(tonalid), 칼론(calone), 헬리오트로펜(heliotropene), 사향 크실롤(musk xylol), 세드롤(cedrol), 사향 케톤 벤조헤논, 래즈베리 케톤, 메틸 나프틸 케톤 베타, 페닐 에틸 살리실레이트, 벨톨(veltol), 말톨(maltol), 메이플 락톤(maple lactone), 프로에우게놀 아세테이트(proeugenol acetate), 에베밀(evemyl) 등을 포함하지만, 이로 한정되지 않는다.
그러나, 발산 습관화(emission habituation)의 문제를 피하려는 시도로 상이한 휘발성 물질들이 사용되는 경우 휘발성 물질들이 너무 유사한 것은 바람직하지 않을 수 있다. 그렇지 않다면, 발산을 경험하는 사람은 상이한 물질이 발산되고 있음을 인지하지 못할 수 있다. 상이한 발산물은 각각 상이한 휘발성 물질(예컨대, 사향, 꽃, 과일 발산물 등)을 제공하는 복수의 전달 시스템을 사용하여 제공될 수 있다. 상이한 발산물은 공통 테마(theme)에 의해 또는 일부 다른 방법으로 서로 관련될 수 있다. 상이하지만 상보적인 발산물의 예는 시나몬 발산물과 애플 발산물일 수 있다.
본 발명의 휘발성 물질에 더하여, 전달 엔진(100)은 냄새를 중화시키기 위한 임의의 공지된 악취 조성물을 포함할 수 있다. 적합한 악취 조성물에는 사이클로덱스트린, 반응성 알데하이드 및 이오논이 포함된다.
이론에 의해 제한하고자 함이 없이, 휘발성 물질의 연속적인 전달은 막 기공 크기; 막 표면적; 휘발성 물질의 물리적 특성, 예를 들어, 분자량 및 포화 증기압("VP"); 및 휘발성 물질을 포함하는 조성물의 점도 및/또는 표면장력을 포함하는 다양한 인자들의 함수일 수 있다.
조성물의 총 중량을 기준으로, 각각 VP가 25℃에서 약 1.3 Pa(0.01 torr) 미만인 휘발성 물질들 약 10% 내지 약 100%; 대안적으로 총 중량을 기준으로, 각각 VP가 25℃에서 약 13.3 Pa(0.1 torr) 미만인 휘발성 물질들 약 40% 내지 약 100%; 대안적으로 총 중량을 기준으로, 각각 VP가 25℃에서 약 13.3 Pa(0.1 torr) 미만인 휘발성 물질들 약 50% 내지 약 100%; 대안적으로 총 중량을 기준으로, 각각 VP가 25℃에서 약 39.9 Pa(0.3 torr) 미만인 휘발성 물질들 약 90% 내지 약 100%를 포함하는 휘발성 물질 혼합물을 포함하도록 조성물을 제형할 수 있다. 일 실시 형태에서, 휘발성 물질 혼합물은 총 중량을 기준으로, 각각 VP가 25℃에서 약0.53 Pa(0.004 torr) 내지 약 4.67 Pa(0.035 torr)인 휘발성 물질들 0% 내지 약 15%; 및 총 중량을 기준으로, 각각 VP가 25℃에서 약 13.3 Pa(0.1 torr) 내지 약 43.3 Pa(0.325 torr)인 휘발성 물질들 0% 내지 약 25%; 및 총 중량을 기준으로, 각각 VP가 25℃에서 약 4.67 Pa(0.035 torr) 내지 약 13.3 Pa(0.1 torr)인 휘발성 물질들 약 65% 내지 약 100%를 포함할 수 있다. 휘발성 물질의 포화 증기압을 얻기 위한 출처 중 하나는 유에스 인바이론멘탈 프로텍션 에이전시(U.S. Environmental Protection Agency)로부터 입수가능한 이피아이 스위트(EPI Suite™) 버전 4.0이다.
다양한 VP의 휘발성 물질들을 갖는 휘발성 물질 혼합물을 포함하는 2개의 예시적인 조성물이 하기에 표 2 및 표 3에 설명된다. 이러한 조성물은 예시의 방식으로 나타내며 어떠한 식으로든 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
[표 2]
Figure 112011080538684-pct00002
[표 3]
Figure 112011080538684-pct00003
휘발성 물질의 점도는 휘발성 물질이 미세다공성 막(140)으로 전달되는 방식 및 시점을 제어할 수 있다. 예를 들어, 덜 점성인 휘발성 물질은 더 점성인 휘발성 물질보다 더 빠르게 유동할 수 있다. 따라서, 막은 덜 점성인 물질로 먼저 적셔질 수 있다. 덜 점성인 상보다 다소 작거나 유사한 밀도인, 더 점성인 휘발성 물질은 중력에 의해 수집조(112)에 남아있을 수 있다. 따라서, 덜 점성인 휘발성 물질이 미세다공성 막(140)으로 전달되고 주변 공기 중으로 더 빨리 발산될 수 있다. 미세다공성 막(140)을 통해 액체가 스며나오는 것을 방지하는 데 도움을 주기 위하여, 휘발성 물질은 약 23 cP 미만의 점도 및 약 33 mN/m 미만의 표면 장력을 가질 수 있다.
일 실시 형태에서, 휘발성 물질을 포함하는 조성물은 점도가 약 1.0 cP 내지 약 25 cP 미만, 대안적으로 약 1.0 cP 내지 약 23 미만, 대안적으로 약 1.0 cP 내지 약 15 cP 미만일 수 있다.
휘발성 물질을 포함하는 조성물은, 조성물이 약 19 mN/m 내지 약 33 mN/m 미만, 대안적으로 약 19 mN/m 내지 약 30 mN/m 미만, 대안적으로 약 19 mN/m 내지 약 27 mN/m 미만의 표면장력을 포함할 수 있도록 설계될 수 있다.
[실시예]
하기 실시예는 본 발명을 제한하는 것으로 파악되어서는 아니 되는데, 이는 본 발명의 다수의 변경이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어남이 없이 가능하기 때문이다.
실시예 1
본 실시예에서는, 증발 표면적이 약 34㎠인 다라믹 V5 막을 사용하는 2개의 동일한 공기 청향 전달 엔진을 설계한다. 상이한 VP 범위의 휘발성 물질을 갖는 휘발성 물질 혼합물을 각각 갖는 2개의 향료 조성물, RJJ-577 및 RJJ-573-8을, 공기 청향 전달 엔진에서 증발 속도에 대해 시험한다. 휘발성 물질들의 VP가 표 4 및 표 5에 나타나있다.
[표 4]
Figure 112011080538684-pct00004
[표 5]
Figure 112011080538684-pct00005
전달 엔진 하나에는 6000 ㎎의 향료 조성물 RJJ-577을 로딩하고; 다른 하나에는 6000 ㎎의 향료 조성물 RJJ-573-8을 로딩한다. RJJ-577은 RJJ-573-8보다 비교적 더 높은 VP의 성분들을 포함한다. 각각의 충전된 전달 엔진을 칭량하고; 중량을 기록한다. 전달 엔진 둘 모두를 하우징에 넣고 실내에서 21℃에서 유지한다. 도 10에 나타낸 시점에, 전달 엔진을 칭량하고; 중량을 기록한다. 도 10은 약 2주 후에 RJJ-577의 증발 속도가 거의 평평해져서 다른 전달 엔진을 필요로 함을 나타낸다. 이는 비용이 들며 소비자에게 부담으로 여겨질 수 있다. 다른 한편, 미세다공성 막을 사용한 향료 RJJ-573-8은 더 장기간에 걸쳐 변함없는 선형 강도를 전달한다.
실시예 2
본 실시예에서는, 상이한 막을 사용하여 2개의 공기 청향 전달 엔진을 구성한다. 각각을 실시예 1에서 이용된 RJJ-573-8을 사용하여 증발 속도에 대해 시험한다. 6000 ㎎의 RJJ-573-8을, 평균 기공 크기가 약 40 마이크로미터인 저밀도 폴리에틸렌 막(LDPE)을 갖는 전달 엔진에 로딩한다. 6000 ㎎의 RJJ-573-8을, 다라믹 V5 미세다공성 막을 갖는 전달 엔진에 로딩한다. 도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, LDPE 막보다 미세다공성 막이 상대적으로 낮은 증기압의 향료를 방출하는 데 훨씬 더 효율적이다. 따라서, 본 발명에 따른 미세다공성 막을 사용하는 것이 더 큰 강도의 더 낮은 증기압을 전달한다(즉, 더욱 상쾌한 "베이스 노트" 향료 원재료가 전달될 수 있다).
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an", 및 "the")는, 그 내용이 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 복수의 지시 대상을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "휘발성 물질"은 하나를 초과하는 휘발성 물질을 포함할 수 있다.
본 명세서 전반에 제시된 모든 수치 범위는, 이러한 더 넓은 수치 범위 내에 있는 모든 더 좁은 수치 범위가 마치 본 명세서에 모두 명시적으로 기재된 것처럼 이러한 더 좁은 수치 범위를 포함할 것이다. 예를 들어, "1 내지 10"으로 언급된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이(이들을 포함)의 임의의 그리고 모든 하위범위를 포함하는 것으로 간주되어야 한다; 즉, 모든 하위범위는 1 이상의 최소값으로 시작하고 10 이하의 최대값으로 끝나며, 예를 들어, 1 내지 6.1, 3.5 내지 7.8, 5.5 내지 10 등이다.
또한, 본 명세서에 개시된 치수 및 값은 열거된 정확한 수치적 값에 엄격하게 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 대신, 달리 명시되어 있지 않는 한, 각각의 그러한 치수는 기재된 값 및 그 값 주변의 기능적으로 동등한 범위를 의미하는 것으로 의도된다. 예를 들어, "40 ㎜"로 개시된 치수는 "약 40 ㎜"를 의미하는 것으로 의도된다.
임의의 상호 참조된 또는 관련된 특허 또는 특허 출원을 포함하는 본 명세서에 인용된 모든 문헌은 명백하게 배제되거나 달리 제한되지 않는 한 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다. 어떠한 문헌의 인용도, 그것이 본 명세서에 개시되거나 청구된 임의의 발명에 대한 종래 기술인 것으로, 또는 그것 단독으로, 또는 임의의 다른 참고 문헌 및 참고 문헌들과의 임의의 조합으로 임의의 그러한 발명을 교시하거나 제안하거나 개시하는 것으로 인정하는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에서의 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고로 포함된 문헌의 동일한 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충될 경우, 본 명세서에서의 그 용어에 할당된 의미 또는 정의가 우선할 것이다.
본 발명의 특정 실시 형태가 예시되고 설명되었지만, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 다양한 다른 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 있는 모든 그러한 변경 및 수정을 첨부된 특허청구범위에서 포함하도록 의도된다.

Claims (14)

  1. a. 휘발성 물질 혼합물을 포함하는 저장조 - 상기 휘발성 물질 혼합물은 향료 물질을 포함하고, 총 중량을 기준으로, 각각이 25℃에서 13.3 Pa(0.1 torr) 미만의 증기압을 갖는 휘발성 물질들 40% 내지 100%를 포함함 - ;
    b. 상기 저장조를 봉입하는 미세다공성 막 - 상기 미세다공성 막은 2 ㎠ 내지 35㎠의 증발 표면적 및 0.01 내지 0.03 마이크로미터의 평균 기공 크기를 포함함 - 을 포함하는 전달 엔진을 제공하는 단계를 포함하는 휘발성 물질을 전달하는 방법으로서,
    상기 전달 엔진이 상기 저장조를 봉입하는 파열성 기재를 추가로 포함하고, 상기 파열성 기재는 전달 엔진을 활성화 또는 파열하기 전에 저장조 내의 휘발성 물질이 미세다공성 막과 접촉하는 것을 방지하기 위해 활성화 전에, 단일 개구를 가로질러 연장하여 저장조의 리지에 고정됨으로써 저장조를 봉입하고, 가요성 필름으로 제조되며,
    상기 미세다공성 막이 상기 파열성 기재와 상기 저장조를 봉입하고,
    상기 전달 엔진이 상기 파열성 기재와 상기 미세다공성 막 사이에 위치되고 폴리올레핀 또는 폴리에스테르를 사출, 압축 또는 가압 성형하여 제조되는, 파열성 기재 파손용 파열 요소를 추가로 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 휘발성 물질 혼합물은 총 중량을 기준으로, 각각이 25℃에서 13.3 Pa(0.1 torr) 미만의 증기압을 갖는 휘발성 물질들 50%를 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 휘발성 물질 혼합물은
    a. 총 중량을 기준으로, 각각이 25℃에서 0.53 Pa 내지 4.67 Pa(0.004 torr 내지 0.035 torr)의 증기압을 갖는 휘발성 물질들 0% 내지 15%;
    b. 총 중량을 기준으로, 각각이 25℃에서 13.3 Pa 내지 43.3 Pa(0.1 torr 내지 0.325 torr)의 증기압을 갖는 휘발성 물질들 0% 내지 25%; 및
    c. 총 중량을 기준으로, 각각이 25℃에서 4.67 Pa 내지 13.3 Pa(0.035 torr 내지 0.1 torr)의 증기압을 갖는 휘발성 물질들 65% 내지 100%를 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 휘발성 물질 혼합물은 1.0 cP 내지 15 cP 미만의 점도를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 휘발성 물질 혼합물은 19 mN/m 내지 27 mN/m 미만의 표면 장력을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 미세다공성 막은 0.02 마이크로미터의 평균 기공 크기를 포함하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 다음 단계들 중 하나를 추가로 포함하는 방법:
    상기 파열성 기재를 파손시키기 위하여 상기 미세다공성 막과 상기 파열 요소를 압축하는 단계; 또는
    상기 전달 엔진을 하우징 내에 삽입하는 단계로서, 상기 하우징은 상기 미세다공성 막과 상기 파열 요소를 압축하기 위한 노치를 포함하는 단계.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전달 엔진은 상기 파열성 기재의 파열 시 상기 미세다공성 막 및 상기 저장조와 유체 연통하는, 저장조로부터의 휘발성 물질을 수집하기 위한 수집조(collection basin)를 추가로 포함하는 방법.
  10. a. i. 휘발성 물질을 포함하는 저장조;
    ii. 상기 저장조를 봉입하는 파열성 기재로서, 전달 엔진을 활성화 또는 파열하기 전에 저장조 내의 휘발성 물질이 미세다공성 막과 접촉하는 것을 방지하기 위해 활성화 전에, 단일 개구를 가로질러 연장하여 저장조의 리지에 고정됨으로써 저장조를 봉입하고, 가요성 필름으로 제조되는 파열성 기재;
    iii. 상기 저장조 및 상기 파열성 기재를 봉입하는 미세다공성 막 - 상기 미세다공성 막은 2 ㎠ 내지 35 ㎠의 증발 표면적을 포함함 - ;
    iv. 상기 파열성 기재와 상기 미세다공성 막 사이에 위치되고 폴리올레핀 또는 폴리에스테르를 사출, 압축 또는 가압 성형하여 제조되는, 파열성 기재 파손용 파열 요소를 포함하는 전달 엔진을 제공하는 단계와;
    b. 상기 파열성 기재를 파손시키기 위하여 상기 미세다공성 막과 상기 파열 요소를 압축하는 단계를 포함하는 휘발성 물질을 전달하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전달 엔진을 하우징 내에 삽입하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 하우징은 상기 미세다공성 막과 상기 파열 요소를 압축하기 위한 노치를 포함하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 파열 요소는 압축성 플랜지를 포함하며, 상기 플랜지는 상기 파열성 기재를 향하여 파열 요소를 누를 때, 파열성 기재를 뚫는 관통 요소를 포함하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 미세다공성 막은 0.02 마이크로미터의 평균 기공 크기를 포함하는 방법.
  14. 제10항에 있어서, 압축하는 단계는 15 N 미만의 압축력을 포함하는 방법.
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