KR101758035B1 - 화학물질 없이 미생물을 세정하는 방법 및 시스템 - Google Patents

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캐슬린 씨. 엥겔브레히트
데이비드 더블유. 퀘니그
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킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
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Abstract

표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 시스템이 설명된다. 시스템은, 전도 부재, 전압원, 및 정전기장 제어부를 포함한다. 전도 부재는 전도성 섬유를 포함하는 부직포 물질을 포함한다. 정전기장 제어부는 전도 부재에 전기적으로 접속되어 있고, 전압원을 통해 전도 부재에 약 15V 이하의 DC 전압을 인가하도록 구성된다. 접촉될 표면은 가정, 식품 산업 시설, 의료 시설에 존재하는 임의의 표면을 포함할 수 있다. 이러한 표면은, 테이블, 조리대, 벽, 캐비닛, 문, 손잡이, 문고리 등을 포함할 수 있다. 시스템은, 또한 음식 조리 장비, 의료 장치, 가전 제품 등의 전술한 환경에서 사용되는 임의의 장치를 처리하는 데 사용될 수 있다. 시스템은, 화학물질 사용, 고 전압, 또는 장시간 노출 없이 표면 상의 미생물의 양을, 적어도 약 1log(90%)만큼 감소시킬 수 있다.

Description

화학물질 없이 미생물을 세정하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM TO CLEAN MICROORGANISMS WITHOUT CHEMICALS}
관련 출원
본 출원은, 미국 특허출원 제14/191,617호(2014년 2월 27일 출원)에 대한 우선권을 주장하고, 상기 출원은 본원에 그것의 전체 내용이 참조로 원용된다.
본 발명은 화학물질 없이 미생물을 세정하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
일반적인 집단이 매일 접촉하는 표면 상의 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등의 미생물의 존재로 인해, 집단은 많은 질병과 질환이 성장하는 위험에 처할 수 있다. 예를 들어, 이러한 미생물들은, 병원, 양로원, 학교, 레스토랑, 식품점, 부엌, 욕실, 체육관 등의 표면 상에 존재할 수 있다. 이러한 표면을 세정하는 한 가지 방안은, 세제, 살생물제, 항생제, 또는 기타 화학물질을 함유하는 스프레이 또는 용액의 사용을 통해 미생물들을 사멸 및/또는 제거하는 것이다. 그러나, 사용되는 세제, 살생물제, 항생제, 또는 기타 화학물질이 표면으로부터 미생물들을 사멸 또는 제거하는 데 성공적일 수 있더라도, 이러한 화학물질들에 노출되는 것은 유해할 수 있다. 또한, 이러한 화학물질들은, “환경친화적”이지 않을 수 있으며, 환경에 대한 위협을 내포할 수 있다. 또한, 이러한 화학물질들의 사용이 증가함으로 인해, 세제, 살생물제, 항생제, 및 기타 화학물질에 대한 내성이 증가할 수 있다. 또한, 시간 경과에 따라, 이러한 화학물질들의 사용은 그 화학물질들이 도포되는 표면을 부식 또는 손상시킬 수 있다.
미생물을 제거하기 위해 이러한 화학물질들을 사용하는 전술한 문제점들을 경감하도록, 화학물질을 사용하지 않고, 전류의 사용 또는 이온화 등의, 미생물들을 제거하는 다른 방안을 시도하였다. 그러나, 이러한 방안들에서는, 약 5kV 내지 약 25kV의 고 전압이 인가되어야 하고 및/또는 그 전압이 오랜 기간 동안, 예를 들어, 최대 약 24시간 동안 인가되어야 한다. 이러한 고 전압은 가정용 소비자 설정에 있어서 위험할 수 있고, 이러한 오랜 기간에 걸쳐 전압 인가를 필요로 하는 것은 표면으로부터 미생물을 제거하는 효과적 또는 효율적 방법이 아니다.
전술한 바를 고려할 때, 항생제, 살생물제, 또는 기타 화학적 처리를 사용하지 않고 또한 연장된 기간 동안 고 전압을 인가하지 않고 표면으로부터 미생물을 제거하는 시스템 및 방법이 필요하다.
본 발명의 측면들 및 이점들은 다음의 설명에서 부분적으로 제시될 것이고, 또는 그 설명으로부터 자명할 수 있고, 또는 본 발명의 실시를 통하여 학습될 수 있다.
본 발명의 예시적인 일 측면은 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 전도 부재, 전압원, 및 정전기장 제어부를 포함한다. 상기 전도 부재는 부직포 물질을 포함하고, 여기서 상기 부직포 물질은 전도성 섬유(예, 중공 전도성 섬유), 전도성 시트를 포함한다. 상기 정전기장 제어부는 상기 전도 부재에 전기적으로 접속되어 있고, 여기서 전압원을 통해 전도 부재에 약 15V 이하의 직류 전압을 인가하도록 구성된다.
본 발명의 예시적인 다른 측면은 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 표면을 부직포 물질을 포함하는 전도 부재와 접촉시키는 단계로서, 여기서 부직포 물질은 전도성 섬유를 포함하는, 상기 접촉시키는 단계; 전압원에 결합된 정전기장 제어부를 사용하여, 약 15V 이하의 직류 전압을 전도 부재에 인가하는 단계; 및 표면과 전도 부재 간의 접촉을 유지하는 단계를 포함하고, 여기서 미생물들은 표면으로부터 전도 부재로 전사된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들, 측면들 및 이점들은 아래의 설명 및 첨부된 청구항을 참조하여 보다 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 수반된 도면들은 본 발명의 실시예를 설명하고 그리고 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는데 기여한다.
당업자에게 본 발명의 최상의 모드를 포함한 본 발명을 충분하고도 가능하게 하는 개시 내용이, 첨부 도면에 대한 참조를 포함하여 명세서의 나머지 부분에서 더욱 구체적으로 설명되어 있다:
도 1은 본 발명의 시스템 및 방법에 사용되는 전도성 부직포 물질을 형성하는 공정의 일 실시예의 측면도이고;
도 2는 본 발명의 시스템 및 방법에 사용되는 전도성 부직포 물질을 형성하는 공정의 또 다른 실시예의 측면도이고;
도 3a는 표면과 접촉하게 되기 전에, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 시스템의 측단면도이고;
도 3b는 표면과 접촉하는 동안, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 시스템의 측단면도이고;
도 3c는 표면과 접촉하게 된 후에, 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 시스템의 측단면도이고;
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 방법에 대한 흐름도이다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복적인 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위해 의도된다.
통상의 기술자라면, 본 설명이 예시적인 실시예들을 설명하는 것일 뿐이며 본 발명의 더욱 넓은 측면들을 한정하려는 것이 아니라는 점을 이해할 것이다.
일반적으로 말해서, 본 발명은, 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 예를 들어, 상기 시스템은 가정, 의료 시설, 식품 산업 시설 등에서 존재하는 임의의 표면을 포함하여, 이러한 미생물이 부착할 수 있는 임의의 면에서 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등의 미생물을 제거하는데 사용될 수 있다. 이러한 표면은, 테이블, 조리대, 벽, 캐비닛, 문, 손잡이, 문고리 등을 포함할 수 있다. 시스템은, 또한, 음식 조리 장비, 의료 장비 및 장치, 가전 제품 등의 전술한 환경에서 사용되는 임의의 장치를 처리하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 예를 들어, 시스템은, 부직포 물질, 전압원, 및 제1 전도 부재에 전기적으로 접속된 정전기장 제어부를 포함하는 전도 부재를 포함할 수 있다. 또한, 제어부는, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 집적 회로 로직 장치 등의 하나 이상의 제어 장치, 또는 다른 임의의 제어 장치를 포함할 수 있다. 제어부는, 전압원을 통해 전도 부재에 약 15V 이하의 직류 전압을 제공하도록 구성된다. 다른 일 실시예에서는, 표면으로부터 미생물을 제거하는 방법도 고려할 수 있다. 방법은, 표면을 부직포 물질을 포함하는 전도 부재와 접촉시키는 단계로서, 부직포 물질을 전도성 섬유를 포함하는, 상기 접촉시키는 단계; 전압원에 결합된 정전기장 제어부를 사용하여, 약 15V 이하, 예컨대, 약 1V 내지 약 15V, 예컨대, 약 2V 내지 약 12V, 예컨대, 약 3V 내지 약 10V의 직류 전압을 전도 부재에 인가하는 단계; 및 표면과 전도 부재 간의 접촉을 유지하는 단계를 포함하고, 미생물들은 표면으로부터 부직포 물질로 전사된다. 부직포 물질에는, 음으로 대전된 미생물들을 부직포 물질로 유인하기 위한 양의 전압이 인가될 수 있어서, 이러한 미생물들이 접촉면으로부터 제거될 수 있다. 이론적으로 한정하려는 것이 아니라, 미생물들이 접촉면으로부터 전도 부재로 전사되어 전기 영동 유인과 모세관력 메커니즘으로 인해 부직포 물질을 형성하는 섬유들 사이의 틈에 포획되도록 음으로 대전된 미생물들이 양으로 대전된 전도 부재로 유인된다고 여겨진다. 시스템 및 방법은, 화학물질 사용, kV 범위의 고 전압, 또는 장시간 노출 없이 표면 상의 미생물의 양을, 예컨대, 적어도 약 1log만큼 감소시킬 수 있다.
세정될 표면 상에 존재하는 미생물을 위한 포획부로서 사용될 수 있는 전도 부재는, 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 전도성 섬유들(예를 들어, 중공 전도성 섬유들), 전도성 시트들 등을 포함하는 부직포 물질을 포함한다. 부직포 물질의 형태로 된 전도 부재는, 전도 부재가 전도성을 갖도록 배터리 등의 전압원으로부터 전력을 제공할 수 있는 전계 제어부에 전기적으로 접속될 수 있다. 제어부와 전압원은 하우징 내에 배열될 수 있고, 전도 부재는 하우징의 외면에 탈착가능하게 부착될 수 있다. 이어서, 처리될 표면은, 전도 부재가 부착된 하우징의 외면과 접촉될 수 있고, 표면 상에 존재하는 미생물들이 표면으로부터 전기 영동 유인을 통해 전도 부재로 전사되도록 충분한 시간 양 동안 전압이 전도 부재에 인가되도록 제어부가 활성화될 수 있다. 예를 들어, 약 15V 이하, 예컨대 약 1V 내지 약 15V, 예컨대 약 2V 내지 약 12V, 예컨대 약 3V 내지 약 10V의 직류 전압이 전도 부재에 인가될 수 있고, 전도 부재는, 약 30분 이하, 예컨대 약 1분 내지 약 30분, 예컨대 약 2분 내지 약 20분, 예컨대 약 3분 내지 약 15분 동안 처리될 표면과 접촉될 수 있다.
전도성 섬유들은, 예를 들어, 부직포 물질이 전도성을 갖도록 부직포 물질 내에 포함될 수 있다. 부직포 물질은, 또한, 펄프 섬유를 포함할 수 있으며, 제지 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전도성 섬유들은, 섬유들의 수성 현탁액을 형성하도록 펄프 섬유들 및 물과 결합될 수 있고, 이어서 섬유들의 수성 현탁액은 전도성 부직포 물질을 형성하기 위한 다공성 표면 상에 증착된다. 그 결과 형성되는 부직포 물질의 전도성은, 구체적인 전도성 섬유들을 선택하고, 섬유들을 부직포 물질 내의 구체적인 위치에 위치시키고, 다양한 기타 인자들과 변수들을 제어함으로써, 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 부직포 물질 내에 포함된 전도성 섬유들은 절단된(chopped) 탄소 섬유들을 포함할 수 있다.
본 개시 내용에서 사용되는 전도 부재는, 부직포 물질을 형성하도록 전도성 섬유들을 펄프 섬유들 또는 다른 임의의 적절한 섬유들과 결합함으써 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 부직포 물질은 일회용일 수 있으며, 일회 사용될 수 있다. 이처럼, 전도성 부직포 물질은, 정전기장 제어부 및 전압원이 포함되어 있는 하우징의 외면에 부착 및 탈착되도록 설계된다.
본 개시 내용의 예시적인 측면들에 따른 시스템의 부직포 물질에서 사용될 수 있는 전도성 섬유들은 가변될 수 있다. 부직포 물질을 형성하도록 사용될 수 있는 전도성 섬유들은, 탄소 섬유, 금속 섬유, 전도성 물질을 포함하는 전도성 고분자 또는 고분자 섬유로부터 제조되는 섬유를 포함한 전도성 고분자 섬유, 금속 코팅 섬유, 및 이들의 조합을 포함한다. 사용될 수 있는 금속 섬유는, 예를 들어, 구리 섬유, 알루미늄 섬유 등을 포함할 수 있다. 전도성 물질을 포함하는 고분자 섬유는, 전도성 물질이 코팅된 열가소성 섬유, 또는 전도성 물질이 함침되거나 또는 배합된 열가소성 섬유를 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 은이 코팅된 열가소성 섬유를 사용할 수 있다.
부직포 물질 내에 포함된 전도성 섬유는 임의의 적절한 길이와 직경을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 전도성 섬유는 약 100:1 내지 약 1,000:1의 종횡비를 가질 수 있다.
부직포 물질에 포함되는 전도성 섬유의 양은, 부직포 물질에 포함되는 전도성 섬유의 유형 등의 서로 다른 많은 인자들에 기초하여 가변될 수 있다. 전도성 섬유는, 예를 들어, 부직포 물질의 총량에 기초하여 약 1중량% 내지 약 90중량%, 또는 그 이상의 양으로 부직포 물질에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 섬유는, 부직포 물질의 총량에 기초하여 약 2중량% 내지 약 20중량%, 예컨대, 5중량% 내지 약 15중량%, 예컨대, 8중량% 내지 약 12중량%의 양으로 부직포 물질에 존재할 수 있다.
본 개시 내용에서 사용될 수 있는 탄소 섬유는, 완전히 탄소로 제조된 섬유, 또는 섬유가 전도성을 갖도록 충분한 양으로 탄소를 함유하는 섬유를 포함한다. 일 실시예에서, 예를 들어, 폴리아크리로니트릴(즉 PAN) 고분자로 형성되는 탄소 섬유를 사용할 수 있다. 특히, 탄소 섬유는, 폴리아크릴로니트릴 PAN 고분자 섬유를 가열, 산화, 및 탄소화함으로써 형성된다. 이러한 섬유는, 통상적으로, 고 순도를 갖고, 비교적 고 분자량 분자를 함유한다. 예를 들어, 섬유는 약 85중량%를 초과하는 양으로 탄소를 함유할 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 탄소 섬유의 순도는, 약 85% 내지 약 95%, 예컨대, 약 88% 내지 약 92%일 수 있다. 고 순도 섬유가 더욱 양호한 전도성을 갖지만, 고 순도 섬유는 더 고가일 수 있다. 반면, 전술한 순도 범위를 갖는 섬유를 사용하여 충분한 전기적 특성을 취득할 수 있다.
폴리아크릴로니트릴 PAN 고분자 섬유로 탄소 섬유를 형성하도록, 우선, 폴리아크릴로니트릴 PAN 섬유를 공기 등의 산소 환경에서 가열한다. 가열 동안, 폴리아크릴로니트릴 PAN 고분자 내의 시아노 사이트는, 테트라히드로피리딘의 반복 사이클 단위를 형성한다. 가열이 지속됨에 따라, 고분자는 산화되기 시작한다. 산화 동안, 수소가 방출되어, 탄소가 방향족 고리를 형성하게 된다.
산화 후, 섬유는, 산소 궁핍 환경에서 더 가열된다. 예를 들어, 섬유는, 약 1300℃를 초과, 예컨대 1400℃ 초과, 예컨대 약 1300℃ 내지 약 1800℃의 온도로 가열될 수 있다. 가열 동안, 섬유는 탄소화를 거친다. 탄소화 동안, 인접하는 고분자 체인들은 함께 결합되어 거의 순수 탄소의 라멜라 베이스 평면 구조를 형성하게 된다.
폴리아크릴로니트릴계 탄소 섬유는 많은 상업용 소스들로부터 이용가능하다. 예를 들어, 이러한 탄소 섬유는, 테네시주 록우드에 소재하는 Toho Tenax America, Inc.로부터 취득될 수 있다. 탄소 섬유를 제조하는 데 사용되는 다른 원시 물질들은, 레이온 및 페트롤륨 피치이다.
특히, 장점으로는, 형성된 탄소 섬유가 임의의 적절한 길이로 전달될 수 있다는 점이다. 본 개시 내용의 일 실시예에서, 예를 들어, 부직포 물질 내에 포함될 수 있는 절단된 탄소 섬유들은, 약 1mm 내지 약 15mm, 예컨대 약 2mm 내지 약 10mm, 예컨대 약 3mm 내지 약 8mm의 길이를 가질 수 있다. 또한, 섬유들은, 약 1μm 내지 약 20μm, 예컨대 약 3μm 내지 약 15μm, 예컨대 약 5μm 내지 약 10μm의 평균 직경을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 탄소 섬유들은, 약 3mm의 길이와 약 7μm의 평균 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 부직포 물질 내에 포함된 탄소 섬유들은 수용성 사이징(sizing)을 가질 수 있다. 그 사이징은, 부직포 물질의 중량에 기초하여 0.1중량% 내지 약 10중량%, 예컨대 0.5중량% 내지 약 8중량%, 예컨대 1중량% 내지 약 5중량%의 양으로 될 수 있다. 수용성 사이징은, 폴리아미드 화합물, 에폭시 수지 에스테르 및 폴리(비닐 피롤리돈)일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 이러한 식으로, 부직포 물질 형성 전에 물에 탄소 섬유들의 양호한 분산제를 제공하도록 물에서 탄소 섬유들을 혼합하는 경우 사이징이 용해된다. 사이징은, 또한, 공정 동안 섬유들이 추가되는 동안 공기로 운반되는 것에 대하여 섬유들을 제어함으로써 섬유 취급을 보조한다.
본 발명에 따라 사용되는 전도성 부직포 물질을 형성함에 있어서, 상기 전도성 섬유는 티슈 또는 제지 공정에 사용하기에 적합한 다른 섬유와 조합된다. 상기 전도성 섬유와 조합되는 섬유는, 코튼, 아바카, 케나프, 사바이 그래스, 아마, 에스파르토 그래스, 스트로, 황마, 바가스, 유액 분비(milkweed) 플로스 섬유, 조류 섬유, 파인애플 잎 섬유 등의 비목재 섬유; 및 북부 및 남부 연질목 크래프트 섬유 등의 연질목 섬유; 유칼립투스, 메이플, 자작나무, 사시 나무 등의 경질목 섬유를 비롯한, 낙엽성 및 침엽성 나무로부터 얻는 것 등의 목재 또는 펄프 섬유를 포함한 임의의 천연 또는 합성 셀룰로오스 섬유를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 펄프 섬유는 고 수율 또는 저 수율 형태로 준비될 수 있고, 크래프트법, 아황산법, 고수율 펄핑법, 및 알려져 있는 기타 펄핑법을 포함한 임의의 알려져 있는 방법으로 펄프화될 수 있다. 미국특허 제4,793,898호(Laamanen 등); 미국특허 제4,594,130호(Chang 등); 및 미국특허 제3,585,104호(Kleinert)에 개시된 섬유 및 방법을 포함하여, 오르가노솔브(organosolv) 펄프화 방법으로부터 제조된 섬유 또한 사용될 수도 있다. 유용한 섬유는 미국특허 제5,595,628호(Gordon 등)로 예시한 안트라퀴논 펄프화에 의해서도 제조될 수 있다.
일 실시예에서, 연질목 섬유가 부직포 물질을 제조하기 위해 사용된다. 제조 및 변환 도중에 미립자 방출을 감소시키는 연질목 섬유는 더 짧은 경향이 있다. 더 긴 펄프 섬유는 또한 탄소 섬유 등의 전도성 섬유와 더 엉키게 되는 경향이 있다.
각 섬유 상의 결합 부위들의 양을 증가시키도록 연질목 섬유와 같은 부직포 물질 내에 혼입되는 펄프 섬유는 또한 정제될 수 있다. 결합 부위의 증가는 최종 물질 내의 전도성 섬유와 펄프 섬유의 기계적 엉킴을 증가시킨다. 이는 공정 중에 탄소 섬유 탈락이 감소된 매우 평평하고 균일한 종이를 가능하게 한다. 정제 작업은 부직포 물질의 전체 강도를 증가시킨다. 예를 들어, 일 실시예에서, 펄프 섬유는 약 350ml 초과, 예컨대 약 375ml 초과의 캐나다 표준 여수도를 가질 수 있다. 예를 들어 펄프 섬유는 약 350ml 내지 약 600ml의 캐나다 표준 여수도가 되도록 정제될 수 있다.
건조중량 기준 최대 50% 이하, 또는 건조중량 기준 약 5% 내지 약 30% 등의 섬유들 중 일부는, 레이온, 폴리올레핀 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리비틸 알코올 섬유, 이성분 시스코어 섬유, 다성분 바인더 섬유 등의 합성 섬유일 수 있다. 예시적인 폴리에틸렌 섬유는 Hercules, Inc.에서 입수 가능한, PULPEXTM이다 (델라웨어주 윌밍턴). 합성 셀룰로오스 섬유 유형은, 모든 변형의 레이온 및 비스코스 또는 화학적 변형된 셀룰로오스로부터 유도된 다른 섬유들을 포함한다.
화학적으로 처리된 천연 셀룰로오스 섬유, 예컨대 광택 가공된 펄프, 화학적으로 경화된 또는 가교된 섬유, 또는 술폰화된 섬유를 또한 사용할 수 있다. 제지 섬유를 사용하는 데 있어서 양호한 기계적 특성을 위해, 섬유들이 비교적 손상되지 않고 대략적으로 미정제 상태거나 약간만 정제된 상태인 것이 바람직할 수 있다. 광택 가공된 섬유, 재생된 셀룰로오스 섬유, 미생물에 의해 제조된 셀룰로오스, 레이온, 및 기타 셀룰로오스 재료 또는 셀룰로오스 유도체를 사용할 수 있다. 적절한 섬유는, 또한, 재활용된 섬유, 버진 섬유, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 부직포 물질에서 사용될 수 있는 다른 제지 섬유들은, 페이퍼 브로크(paper broke) 또는 재활용된 섬유 및 고수율 섬유를 포함한다. 고수율 펄프 섬유는, 약 65% 이상, 더욱 구체적으로는 약 75% 이상, 더욱 구체적으로는 약 75% 내지 약 95%의 수율을 제공하는 펄핑 공정에 의해 제조되는 제지 섬유이다. 수율은, 초기 목재 질량의 퍼센트로서 표현되는 처리된 섬유들의 양이다. 이러한 펄핑 공정은, 표백 화학 열 기계식 펄프(bleached chemithermomechanical pulp; BCTMP), 화학 열 기계식 펄프(CTMP), 압력/압력 열 기계식 펄프(PTMP), 열 기계식 펄프(TMP), 열 기계식 화학적 펄프(TMCP), 고 수율 술파이트 펄프, 고 수율 크래프트 펄프를 포함하며, 이들 모두는 형성되는 섬유에 고 수준의 리그닌을 갖게 한다. 고 수율 섬유는, 통상적인 화학적 펄핑 섬유에 비해 건식 상태와 습식 상태 모두에 있어서 단단한 것으로 널리 알려져 있다.
일반적으로, 티슈 또는 종이 웹을 형성할 수 있는 임의의 공정은 본 발명의 전도 부재에 사용된 부직포 물질을 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 제지 공정은, 엠보싱, 습식 프레싱, 에어 프레싱, 통기 건조, 언크레이프 통기 건조, 수력엉킴, 에어 레잉, 및 당해 기술에 알려져 있는 다른 단계들을 이용할 수 있다. 부직포 물질은 적어도 50중량%, 예컨대 적어도 60중량%, 예컨대 적어도 70중량%, 예컨대 적어도 85중량%의 양으로 펄프 섬유를 함유하는 섬유 지료로부터 형성될 수도 있다.
습식 및 건식 조강제를 본 발명의 시스템에 사용된 부직포 물질에 인가하거나 혼입할 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, “습식 조강제”는 습윤 상태에서 섬유들 간의 접합을 고정하는 데 사용되는 재료이다. 통상적으로, 페이퍼 및 티슈 제품들에 있어서 섬유들이 함께 유지되게 하는 수단은, 수소 결합을 포함하고, 때로는 수소 결합과 공유 결합 및/또는 이온 결합의 조합을 포함한다. 본 발명에서, 섬유간 접합 지점들을 고정하고 이들을 습윤 상태에서 분열에 저항하게 하는 방식으로 섬유들에 대한 접합을 가능하게 하는 부직포 물질을 제공하는 것이 유용할 수 있다. 또한 본 발명에서, 습식 조강제는 부직포 물질에 포함된 섬유의 나머지 부분, 예를 들면, 탄소 섬유 등의 전도성 섬유를 결합하는 것을 돕는다. 이와 같이, 전도성 섬유는 추가 처리 및 사용 동안 부직포 물질의 탈락이 억제된다.
본 발명의 목적상, 부직포 물질 또는 시트에 첨가되는 경우 약 0.1을 초과하는, 평균 습식 기하학적 인장 강도/건식 기하학적 인장 강도 비율을 티슈 시트에 제공하는 결과를 가져오는 임의의 재료를 습윤 조강제라 칭할 수 있다. 일반적으로 이 물질들은 영구 습식 조강제 또는 “임시” 습식 조강제라고 명명된다. 영구 습식 조강제를 일시 습식 조강제와 구별할 목적으로, 영구 습식 조강제는, 종이 또는 티슈 제품에 혼입되는 경우, 적어도 5 분 동안 물에 노출된 후 원래의 습식 강도를 50% 넘게 보유하는 종이 또는 티슈 제품을 제공할 이러한 수지로서 정의될 것이다. 임시 습식 조강제는 5 분 동안 물에 포화된 후 원래의 습식 강도를 50% 이하 보여주는 것들이다. 습식 조강제의 양쪽 분류 모두 본 발명의 예시적인 측면들에 따른 시스템 및 방법에서 사용되는 부직포 물질에 사용될 수 있다. 펄프 섬유에 첨가되는 습식 조강제의 양은 섬유의 건조 중량을 기준으로 적어도 약 0.1 건조 중량%, 더욱 구체적으로 약 0.2 건조 중량% 이상, 더 더욱 구체적으로 약 0.1 내지 약 3 건조 중량%일 수도 있다.
영구 습식 조강제는 일반적으로 부직포 물질의 구조에 다소 장기간의 습윤 탄성을 제공할 것이다. 대조적으로, 임시 습식 조강제는 일반적으로 저밀도 및 고탄성을 갖는 부직포 물질을 제공할 것이지만, 물 또는 체액에 노출시 장기간 내성을 가진 구조를 제공하지는 않을 것이다.
임시 습식 조강제는 양이온성, 비이온성 또는 음이온성일 수도 있다. 이러한 화합물은 Cytec Industries (뉴저지주 웨스트 파터슨)에서 입수가능한 양이온성 글리옥실화 폴리아크릴아미드인 PAREZTM 631 NC 및 PAREZTM 725 임시 습식 조강제를 포함한다. 이들 및 유사한 수지는 미국특허 제3,556,932호(Coscia 등) 및 미국특허 제3,556,933호(Williams 등)에서 설명된다. 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Hercules, Inc.에 의해 제조되는 Hercobond 1366가 본 발명의 예시적인 측면들에 따라 사용될 수도 있는 또 다른 시판중인 양이온성 글리옥실화 폴리아크릴아미드이다. 임시 습식 조강제의 추가적인 예시로는 디알데히드 전분, 예컨대 National Starch and Chemical Company의 COBONDTM 1000 및 기타 알데히드 함유 중합체, 예컨대 미국특허 제6,224,714호(Schroeder 등); 미국특허 제6,274,667호(Shannon 등); 미국특허 제6,287,418호(Schroeder 등); 및 미국특허 제6,365,667호(Shannon 등)에 기재된 것들을 포함하며, 이들의 개시 내용은 본원에서 참조로 원용된다.
양이온성 올리고머 및 고분자 수지를 포함하는 영구 습식 조강제가 본 발명의 부직포 물질의 성분에 사용될 수 있다. 폴리아미드-폴리아민-에피클로로히드린 형 수지는 또한 폴리아미노아미드-에피클로로히드린 수지로도 지칭하며, 예컨대 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Hercules, Inc.에 의해 판매되는 KYMENETM 557H가 본 발명의 시스템 및 방법에서 부직포 물질에 사용하기에 적절한 영구 습식 조강제이다. 그러한 물질은 미국특허 제3,700,623호(Keim); 미국특허 제3,772,076호(Keim); 미국특허 제3,855,158호(Petrovich 등); 미국특허 제3,899,388호(Petrovich 등); 미국특허 제4,129,528호(Petrovich 등); 미국특허 제4,147,586호(Petrovich 등); 및 미국특허 제4,222,921호(van Eenam)에 기재되었다. 다른 양이온성 수지는 포름알데히드와 멜라민 또는 우레아의 반응에 의해 얻어지는 폴리에틸렌이민 수지 및 아미노플라스트 수지를 포함한다. 또한, 본 발명의 전도 부재의 구성성분인 부직포 물질에 영구 및 임시 습식 조강제 수지 모두를 사용하는 것이 유리할 수 있다.
일 실시예에서, 비교적 다량의 습식 조강제가 부직포 물질에 혼입된다. 습식 조강제는 또한 제품의 건조 강도에 추가할 수도 있다. 또한, 습식 조강제는, 전도성 섬유의 보유를 향상시키기 위해 물질 속의 섬유의 화학적 엉킴을 돕는다. 부직포 물질에 첨가된 습식 조강제의 양은 여러 가지 요인에 의존할 수 있다. 일반적으로, 예를 들면, 습식 조강제는 약 1kg/mton 내지 약 12kg/mton, 예컨대 약 5 kg/mton 내지 약 10kg/mton의 양으로 첨가할 수 있다. 특정 실시예에서, 가능한 한 많은 습식 조강제를 첨가하는 것이 바람직할 수도 있다. 이들 실시예에서, 예를 들면, 습식 조강제는 약 7kg/mton 초과의 양, 예컨대 약 8kg/mton 초과의 양으로 첨가될 수 있다.
건식 조강제는 당업계에 주지되어 있으며, 개질된 전분 및 다른 다당류, 예컨대 양이온성, 양쪽성 및 음이온성 전분 및 구아 및 로커스트 빈 검, 개질된 폴리아크릴아미드, 카르복시메틸셀룰로오스, 설탕, 폴리비닐 알코올, 키토산 등을 포함하지만, 이들에만 한정되지 않는다. 이러한 건식 조강제는 일반적으로 부직포 물질의 형성 이전 또는 크레이핑 패키지의 일부로서 섬유 슬러리에 첨가된다.
본 발명에 따라 제조되는 부직포 물질은 단일한 균질 섬유 층을 포함할 수 있고 또는 성층(stratified) 혹은 다층(layered) 구조를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 부직포 물질은 섬유의 두 개 또는 세 개의 층을 포함할 수 있다. 얼마나 많은 층들이 본 개시 내용의 시스템의 부직포 물질 내에 포함되는지에 상관없이, 일 실시예에서, 부직포 물질은, 일반적으로 웨트레이드(wetlaid) 공정에 따라 제조될 수 있다. 본 실시예에서, 섬유들은 수용성 현탁액을 형성하도록 물과 결합된 후, 습식 부직포 물질이 형성되는 다공성 형성면 상에 증착된다. 일 실시예에서는, 펄프 섬유들을 함유하는 수성 현탁액을 먼저 제조한다. 이어서, 탄소 섬유들 등의 전도성 섬유들이, 형성면 상의 수성 현탁액의 증착 전에 펄프 섬유들의 수성 현탁액 내에 주입된다. 예를 들어, 전도성 섬유들은, 형성면 상의 섬유들의 증착 전에 헤드박스의 펄프 섬유들의 수성 현탁액 내에 주입될 수 있다. 예를 들어, 펄프 섬유들의 수성 현탁액은, 중량수 99%를 초과하는 양을 함유할 수있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 펄스 섬유들의 수성 현탁액은, 1중량% 미만의 양으로, 예컨대 약 0.5중량% 미만의 양으로 펄프 섬유들을 함유할 수 있다. 이어서, 전도성 섬유들은 유사한 희석으로 수성 현탁액 내에 주입될 수 있다. 예를 들어, 약 0.5중량%의 양으로 탄소 섬유들을 함유하는 탄소 섬유들의 수성 현탁액이 펄프 섬유들의 수성 현탁액 내에 주입될 수 있다.
전도성 섬유들을 펄프 섬유들의 수성 현탁액 내에 주입함으로써, 탄소 섬유들의 플록들(flock) 형성을 감소시킨다고 밝혀졌다. 플록들은, 섬유들이 함께 혼합되는 시간의 양이 증가할 때 형성되는 경향이 크다고 밝혀졌다. 플록들의 형성은, 예를 들어, 그 결과로 형성되는 물질에 약한 스폿을 생성할 수 있고, 부직포 물질이 이후에 본 개시 내용의 시스템 및 방법에서 처리되거나 사용되는 경우 습식 파괴부를 야기할 수 있다.
일단 섬유들의 수성 현탁액이 부직포 물질로 형성되면, 부직포 물질은 다양한 기술과 방법을 이용하여 처리될 수 있다. 예를 들어, 도 1을 참조해 보면, 언크레이프 통기건조(throghdried) 부직포 물질을 제조하는 방법이 도시되어 있다. 일 실시예에서는, 언크레이프 통기성 건조 공정을 이용하여 부직포 물질을 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 형성 동안 부직포 물질을 크레이핑하면, 부직포 물질 내의 전도성 섬유들의 망을 파괴함으로써 전도성 섬유들이 손상될 수 있고 이에 따라 부직포 물질이 비전도성으로 된다고 밝혀졌다.
간략하게, 여러 직물을 정의하는 데 개략적으로 사용되는 다양한 장력부여 롤들이 도시되어 있지만, 번호는 부여되어 있지 않다. 일반적인 공정으로부터 벗어나지 않고 도 1에 도시한 장치 및 방법을 변경할 수 있음을 인식할 것이다. 제지 섬유들의 수성 현탁액의 스트림(36)을 형성 롤(39) 상에 위치하는 형성 직물(38) 상에 주입하거나 증착하는 다층 헤드박스 등의 제지 헤드박스(34)를 구비하는 트윈 와이어 형성기가 도시되어 있다. 형성 직물은, 부직포 물질이 약 10 건조 중량 퍼센트의 농도로 부분적으로 탈수될 때 공정에 있어서 새롭게 형성된 습식 부직포 물질을 지지하고 하류측으로 반송하도록 기능한다. 부직포 물질이 형성 직물에 의해 지지되는 동안, 예를 들어 진공 흡입에 의해 습식 부직포 물질의 추가 탈수를 실행할 수 있다.
이어서, 습식 부직포 물질은 형성 직물로부터 전사 직물(40)로 전사된다. 선택적인 일 실시예에서, 전사 직물은, 증가된 스트레치를 부직포 물질에 부여하도록 형성 직물보다 느린 속도로 이동할 수 있다. 이는 일반적으로 “급속”(rush) 전사라고 칭한다. 두 개의 직물 간의 상대 속도 차는, 약 0% 내지 약 15%, 더욱 구체적으로는 약 0% 내지 약 8%일 수 있다. 전사는, 바람직하게, 형성 직물과 전사 직물이 진공 슬롯의 선단 에지에서 동시에 수렴 및 발산하도록 진공 슈(42)의 보조에 의해 실행된다.
이어서, 부직포 물질은, 진공 전사 롤(46) 또는 진공 전사 슈의 보조에 의해, 선택적으로, 전술한 바와 같이 고정된 갭 전사를 다시 이용하여, 전사 직물로부터 통기건조 직물(44)로 전사된다. 통기건조 직물은, 전사 직물에 대하여 대략 동일한 속도 또는 다른 속도로 이동할 수 있다. 필요하다면, 스트레치를 더욱 향상시키도록 통기건조 직물이 더욱 느린 속도로 이동할 수 있다. 전사는, 통기건조 직물에 부합하는 시트의 변형을 확실히 하도록 진공 보조에 의해 실행될 수 있고, 이에 따라 필요시 원하는 벌크 및 외관을 야기할 수 있다. 적절한 통기건조 직물은, 미국특허 제5,429,686호(Chiu 등) 및 미국특허 제5,672,248호(Wendt 등)에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 본원에 참고로 원용된다.
일 실시예에서, 통기건조 직물은 비교적 매끄러운 표면을 제공한다. 대안으로, 직물은 긴 고 임프레션 너클들(impression knuckle)을 함유할 수 있다.
통기건조 직물과 접촉하는 부직포 물질의 일측 면은, 통상적으로, 부직포 물질의 “직물측”이라 칭한다. 전술한 바와 같이, 부직포 물질의 직물측은, 직물이 통기건조기에서 건조된 후 통기건조 직물의 표면에 부합하는 형상을 가질 수 있다. 반면, 부직포 물질의 반대측 면은 통상적으로 “공기측”이라 칭한다. 부직포 물질의 공기측은, 통상적으로, 정상적인 통기건조 공정 동안 직물측보다 매끄럽다.
부직포 물질 전사에 사용되는 진공의 레벨은, 수은의 약 3 내지 약 15인치(수은의 75 내지 약 380mm), 바람직하게는 수은의 약 5인치(125mm)일 수 있다. 진공 슈(음의 압력)는, 물질을 진공에 의해 다음 직물 상으로 흡입하는 것에 더하여 또는 그를 대신하여, 물질을 다음 직물 상으로 블로잉(blow)하도록 부직포 물질의 반대측으로부터의 양의 압력의 사용에 의해 보조되거나 대체될 수 있다. 또한, 진공 롤 또는 롤들을 사용하여 진공 슈(들)를 대체할 수 있다.
부직포 물질은, 통기건조 직물에 의해 지지되는 동안, 마지막으로, 통기건조기(48)에 의해 약 94% 이상의 농도로 건조된 후 캐리어 직물(50)로 전사된다. 건조된 부직포 물질(52)은, 캐리어 직물(50)과 선택적 캐리어 직물(56)을 사용하여 릴(54)로 전사된다. 가압된 터닝 롤(58)을 선택적으로 사용하여 부직포 물질이 캐리어 직물(50)로부터 직물(56)로 전사되는 것을 용이하게 할 수 있다. 이를 위한 적절한 캐리어 직물은 Albany International 84M 또는 94M 및 Asten 959 또는 937이며, 이들 모두는 미세한 패턴을 갖는 비교적 매끄러운 직물들이다. 도시하지는 않았지만, 릴 캘린더링 또는 후속 오프라인 캘린더링을 이용하여, 부직포 물질의 매끄러움과 부드러움을 개선할 수 있다. 또한, 부직포 물질을 캘린더링함으로써, 전도성 섬유들이 소정의 평면으로 또는 소정의 방향으로 배향될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 부직포 물질은, 일차적으로 모든 전도성 섬유들이 X-Y 면에 놓이고 Z 방향으로는 놓이지 않도록 캘린더링될 수 있다. 이러한 식으로, 부직포 물질의 부드러움을 또한 개선하면서 부직포 물질의 전도성이 개선될 수 있다.
일 실시예에서, 부직포 물질(52)은 평평한 상태에서 건조된 물질이다. 예를 들어, 부직포 물질은, 통기건조 직물 상에 있는 동안 형성될 수 있다. 언크레이핑 통기건조된 직물들을 제조하는 공정들은, 예를 들어, 미국특허 제5,672,248호(Wendt 등), 미국특허 제5,656,132호(Farrington 등), 미국특허 제6,120,642호(Lindsay 등), 미국특허 제6,096,169호(Hermans 등), 미국특허 제6,197,154호(Chen 등), 미국특허 제6,143,135호(Hada 등)에 개시되어 있으며, 이들 문헌은 본원에 참고로 원용된다.
도 1에는, 언크레이프 통기성 건조된 웹 또는 부직포 물질을 제조하는 공정이 도시되어 있다. 그러나, 크레이핑을 이용하지 않는 임의의 적절한 공정 또는 기술을 이용하여 전도성 부직포 물질을 형성할 수 있음을 이해하도록 한다. 예를 들어, 도 2를 참조해 보면, 본 개시 내용의 시스템 및 방법에 사용되는 부직포 물질을 형성하는 데 사용될 수 있는 다른 공정이 도시되어 있다. 도 2에 도시한 실시예에서, 새롭게 형성된 부직포 물질은 공정 동안 습식 가압된다.
본 실시예에서, 헤드박스(60)는, 복수의 유도 롤(64)에 의해 지지되고 구동되는 형성 직물(62) 상에 섬유들의 수성 현탁액을 방출한다. 헤드박스(60)는 도 1에 도시한 헤드박스(34)와 유사할 수 있다. 또한, 섬유들의 수성 현탁액은 전술한 바와 같이 전도성 섬유들을 함유할 수 있다. 진공 박스(66)는 성형 직물(62) 아래에 배치되고 섬유 지료로부터 물을 제거해서 부직포 물질을 형성을 원조하는 데에 적합하다. 성형 직물(62)로부터, 형성된 부직포 물질(68)은 와이어 혹은 펠트 중 하나일 수 있는 제2 직물(70)에 전사된다. 직물(70)은 복수의 가이드 롤(72)에 의한 연속식 경로 주위로 움직이기 위해 지지된다. 또한 직물(62)에서 직물(70)로 부직포 물질(68)의 전사를 용이하게 하도록 설계된 픽업 롤(74)이 포함된다.
본 실시예에서는, 섬유(70)로부터, 부직포 물질(68)은 양키 건조기와 같은 회전식 가열된 건조기 드럼(76)의 표면에 전사된다. 도시된 바와 같이, 부직포 물질(68)은 상기 건조기 표면의 회전 경로의 일부분을 통해 운반될 때, 부직포 물질 속에 함유된 대부분의 수분이 증발되게 하는 열이 부직포 물질에 부여된다. 그런 다음 부직포 물질(68)은 부직포 물질을 크레이핑하지 않고 건조기 드럼(76)에서 제거된다.
사용될 수 있는 이형제는, 예를 들어, 폴리아미도아민 에피클로로히드린 고분자, 예컨대, Hercules Chemical Company에 의해 REZOSOLTM이라는 상품명으로 판매되는 것을 포함할 수 있다. 본 개시 내용에서 사용될 수 있는 구체적인 이형제들은, Hercules Chemical Company에 의해 모두 시판되는 Release Agent 247, Rezosol 1095, Crepetrol 874, Rezosol 974, ProSoft TQ-1003, Buckman Laboratories에 모두 의해 시판되는 Busperse 2032, Busperse 2098, Busperse 2091, Buckman 699, 및 Nalco에 의해 모두 시판되는, 640C release, 640D release, 64575 release, DVP4V005 release, DVP4V008 release를 포함한다.
도 1 또는 도 2에 도시한 부직포 물질 등의 부직포 물질을 제조하는 공정 동안, 부직포 물질은 평평해질 수 있고 고밀화될 수 있다. 부직포 물질을 평평하게 하거나 고밀화하는 한 가지 기술은, 대향하는 캘린더 롤들의 닙을 통해 부직포 물질을 공급하는 것이다. 부직포 물질을 평평하게 하고 고밀화하는 것은, 추가 처리 동안 탄소 섬유의 부정적 결과(fallout)를 감소시키는 것으로 밝혀졌다. 또한, 부직포 물질을 평평하게 함으로써, 전체 캘리퍼 또는 두께를 감소시키고 전도성 섬유 망과 균일성을 증가시킴으로써 부직포 물질의 전도성을 증가시킨다. 증가된 전도성은, 마무리 가공된 부직포 물질의 함유된 전도성 섬유들의 중량 퍼센트의 전체 감소를 가능하게 할 수 있다.
부직포 물질을 캘린더링할 때, 부직포 물질은 건조 상태 또는 습식 상태에서 캘린더링될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 캘린더 롤들은, 적어도 선형 인치당 900파운드(PLI)의 압력, 예컨대 약 900LI 내지 약 1100LI를 가할 수 있다. 예를 들어, 구체적인 일 실시예에서, 캘린더링 롤들에 의해 인가되는 압력은 약 950LI 내지 약 1000PLI, 예컨대 약 980PLI일 수 있다.
본 개시 내용의 전도 부재로서 사용되는 부직포 물질은, 약 15gsm 내지 약 60gsm 이상의 평량을 가질 수 있다. 예를 들어, 부직포 물질은, 약 20gsm 내지 약 50gsm, 예컨대, 약 30gsm 내지 약 40gsm의 평량을 가질 수 있다.
부직포 물질은, 일단 평평해지거나 고밀화되면, 비교적 작은 벌크로 제조될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 일부 공정에서, 부직포 물질은 형성시 고밀화될 수 있다. 이러한 부직포 물질들의 벌크는, 예를 들어, 약 2cc/g보다 작을 수 있는데, 예컨대 약 1cc/g, 예컨대 약 0.5cc/g일 수 있다.
시트 "벌크"는, gsm으로 표현되는 건조 평량으로 나눈, μm로 표현되는 건식 티슈 시트의 캘리퍼의 몫으로서 산출된다. 얻어진 시트 벌크는 cm3/g로 표현된다. 더욱 구체적으로, 캘리퍼는, 10개의 대표적인 시트의 스택의 총 두께로서 측정되며, 스택의 총 두께를 10으로 나눔으로써 측정되며, 스택 내의 각 시트는 동일한 면을 위로 해서 배치한다. 캘리퍼는, 적층된 시트들에 대한 Note 3이 있는 TAPPI 테스트 방법 T411 om-89 "Thickness (caliper) of Paper, Paperboard, and Combined Board"에 따라 측정된다. T411 om-89를 실행하는 데 사용되는 μm는 오레건주 뉴버그 소재의 Emveco, Inc.로부터 입수가능한 Emveco 200-A Tissue Caliper Tester이다. μm는, 2.00kPa(132g/in2)의 부하, 2500mm2의 압력 풋 면적, 56.42mm의 압력 풋 직경, 3초의 지속 시간, 및 0.8mm/s의 하강 속도를 갖는다.
본 개시 내용에 따라 제조되는 부직포 물질은, 또한, 미생물들이 제거될 습식 또는 건식 표면과의 접촉 및 취급을 용이하게 하도록 충분한 강도를 가질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 부직포 물질은, 기계 또는 길이 방향으로 약 5000그램 힘보다 큰, 예컨대 약 5500그램 힘보다 큰, 예컨대 약 6000그램 힘보다 큰 강도(또는 피크 하중)를 가질 수 있다. 부직포 물질의 인장 테스트는, 예를 들어, 300mm/min 및 75mm 게이지 길이에서 1인치 폭 시편에 대하여 행해질 수 있다.
또한, 부직포 물질의 전도성은, 부직포 물질 내에 포함된 전도성 섬유들의 유형, 부직포 물질 내에 포함된 전도성 섬유들의 양, 및 전도성 섬유들이 부직포 물질에서 위치하고, 집중되고, 또는 배향되는 방식에 따라 가변될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 부직포 물질은, 약 1500Ohms/square 미만, 예컨대 약 100Ohms/square 미만, 예컨대 80Ohms/square 미만의 저항을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 부직포 물질은, 약 20Ohms/square 내지 약 80Ohms/square, 예컨대 약 20Ohms/square 내지 약 40Ohms/square의 저항을 가질 수 있다.
부직포 물질의 전도성은, 부직포 물질의 폭에 대한 길이의 비로 나누어진, Ohms로 표현되는 부직포 물질의 저항 측정값의 몫으로서 산출된다. 그 결과, 부직포 물질의 저항은 단위 면적당 오옴(Ohms per square)으로 표현된다. 더욱 구체적으로, 저항 측정은, ASTM F1896-98 "Test Method for Determining the Electrical Resistivity of a Printed Conductive Material”에 따른 것이다. ASTM F1896-98을 실행하기 위한 저항 측정 장치(또는 오옴 미터)는, Fluke alligator clips (model AC120)을 구비하는 Fluke multimeter (model 189)이며, 이들 모두는 워싱턴주 에버렛에 소재하는 Fluke Corporation에 의해 시판된다.
탄소 섬유를 사용하는 경우, 그 결과 형성되는 부직포 물질은, 일반적으로 회색 또는 흑색이다. 필요하다면, 부직포 물질은, 미학성을 개선하도록 구체적인 색조로 염색될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 부직포 물질은 보라색 또는 청색으로 염색될 수 있다. 사용될 수 있는 구체적인 염료는, PANTONE 264U 보라색 염료 또는 PANTONE 291U 청색 염료를 포함한다.
대체 실시예에서, 부직포 물질은, 접착제 등을 사용하여 부직 또는 고분자 필름 물질에 적층될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 부직포 물질은, 폴리프로필렌 섬유 등의 고분자 섬유로 제조되는 멜트블로운 웹 및/또는 스펀본드 웹에 적층될 수 있다. 전술한 바와 같이, 일 실시예에서, 부직포 물질은 합성 섬유들을 함유할 수 있다. 본 실시예에서, 부직포 물질은, 멜트블로운 웹 또는 스펀본드 웹 등의 합성 섬유들을 함유하는 대향하는 웹에 결합될 수 있다.
이제 도 3a, 도 3b, 및 도 3c를 참조해 보면, 본 개시 내용의 시스템을 이용하여 표면으로부터 미생물을 제거하는 방법을 설명한다. 도 3a는 표면과의 접촉을 행하기 전에 표면으로부터 미생물을 제거하는 시스템의 측단면도이고, 도 3b는 표면과 접촉하고 있는 동안 표면으로부터 미생물을 제거하는 시스템의 측단면도이고, 도 3c는 표면과의 접촉 후에 표면으로부터 미생물을 제거하는 시스템의 측단면도이다. 시스템(100)은, 전압원(102), 및 전압원(102)으로부터 전도 부재(106)로 인가되는 전압을 조절하는 정전기장 제어부(112)를 포함하는 하우징(104)을 포함한다. 제어부(112)는, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 집적 회로 로직 장치 등의 하나 이상의 제어 장치, 또는 다른 임의의 제어 장치를 포함할 수 있다. 전도 부재(106)는 하우징(104)의 외면(114)에 부착된다. 시스템의 사용 동안, 전도 부재(106)는, 미생물(110)이 제거될 표면(108)과 접촉된다. 이어서, 약 15V 이하, 예컨대, 약 1V 내지 약 15V, 예컨대 약 2V 내지 약 12V, 예컨대 약 3V 내지 약 10V의 직류 전압이 전압원(102)으로부터 제어부(112)를 통해 전도 부재(106)로 인가될 수 있다. 약 30분 이하, 예컨대 약 1분 내지 약 30분, 예컨대 약 2분 내지 약 20분, 예컨대 약 3분 내지 약 15분 동안 전도 부재(106)와 처리될 표면(108) 간의 접촉 후, 미생물(110)이 표면(108)으로부터 전도 부재(106)로 이동하였으며, 전도 부재에서 포획되었다. 시스템(100)은, 화학물질, kV 범위의 전압, 또는 연장된 기간을 이용하지 않고 표면(108) 상의 미생물(110)의 양을, 적어도 약 1log만큼, 예컨대 약 2log만큼, 예컨대 약 3log만큼 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 개시 내용에 의해 고려할 수 있는 바와 같이 표면으로부터 미생물을 제거하는 한 방법(400)을 입증하는 흐름도를 도시한다. 방법(400)은, 세정될 표면을 전도 부재와 접촉시키는 단계(401); 제어부에 의해 DC 전압을 전도 부재에 인가하는 단계(402); 표면과 전도 부재 간의 접촉을 유지하는 단계(403); 및 충분한 양의 시간이 흐르게 하여 미생물을 표면으로부터 전도 부재(예를 들어, 부직포 물질)로 전사할 수 있게 하는 단계(404)를 포함한다.
본 개시 내용은, 다음에 따르는 실시예들을 참조하여 더욱 잘 이해할 수 있다.
실시예 1
습식 및 건식 상태들 하에서 스테인리스 스틸 쿠폰들을 Escherichia coli 박테리아로 시딩(seed)한 후 본 개시 내용의 시스템과 접촉시켰다. 우선, Escherichia coli ATCC 11229를 매릴랜드주 스팍스에 소재하는 Becton Dickinson and Company의 TSB(tryptic soy broth)에서 밤새 37℃에서 배양하였다. 배지를, 매사추세츠주 월섬에 소재하는 Thermo Scientific의 인삼염 완충 식염수(PSB)에서 한번 세정한 후, 건조 쿠폰에 대해서는 100배 내지 107개 집락 형성 단위(CFU/mL)로 희석하고 습식 쿠폰에 대해서는 10배 내지 106개 CFU/mL로 희석하였다.
다음으로, 스테인리스 스틸 쿠폰들을 세정하고 살균하였다. 쿠폰들은, 2.54cm x 2.54cm이었으며, 미네소타주 마운즈 뷰에 소재하는 FedTech의 18 gauge 304 Stainless Steel #8로 제조된 것이다. 건조 샘플에 대하여, 15μL의 희석된 박테리아를 스테인리스 스틸 쿠폰들에 접종하였으며, 쿠폰들을 테스트 전에 37℃에서 30분 동안 건조될 수 있었다. 습식 샘플에 대해서는, 100μL의 희석된 박테리아가 스테인리스 스틸 쿠폰들이었으며, 쿠폰들을 즉시 테스트하였다.
건식 및 습식 테스트 조건 모두에 대하여, 탄소 섬유들을 함유하는 부직포 물질을 스테인리스 스틸 쿠폰들의 접종된 측면 상에 두고, 40그램 중량을 부직포 물질의 최상부 상에 두어 정상적인 세정력을 시뮬레이션하였다. 이어서, 매사추세츠주 에버렛에 소재하는 Fluke Inc.의 Flueke 189 True-RMS Digital Multimeter에 의해 전류가 감시되는 조정 전원 공급부를 사용하여 1분 동안 전압을 부직포 물질에 인가하였다. 전압 인가 없이 대조 샘플들을 전술한 바와 같이 처리하였다. 이어서, Becton Dickinson and Company의 20mm의 Letheen broth에서 200rpm으로 3분간 흔들어 박테리아를 수확한 후 카운팅하였다.
이하의 표 1에 도시한 바와 같이, 전압이 건조된 박테리아와 접촉하고 있던 부직포 물질에 인가된 경우, 박테리아가 건조 스테인리스 스틸 쿠폰으로부터 부직포 물질로 전사되었다. 1V와 5V의 전압이 인가된 경우, 1log의 박테리아(90%)가 부직포 물질로부터 회복되었다. 부직포 물질 상에 존재하는 박테리아의 양은, 0V가 인가된 경우에 비해 전압이 인가된 후 증가하였다.
부직포 물질은, 또한, 습식 스테인리스 스틸 쿠폰으로부터 박테리아를 제거 및 포획할 수 있었다. 10V가 인가된 경우, 전압이 인가되지 않은 경우에 비해 스테인리스 스틸 표면 상에서 1.4log를 초과하는 박테리아(>90%)가 감소되었다.
샘플 인가 전압 Log CFU/mL 박테리아 회복 % E. coli % E. coli 감소
(n=3) (V) SS 표면 전도성 NW NW로 이동 SS 표면 상
건식 0 4.42 0.00 N/A N/A
1 3.76 1.15 90 N/A
5 3.43 1.00 90 N/A
습식 0 3.42 4.74 N/A N/A
10 <2.0 4.27 N/A >90
본 발명에 대한 이들 및 다른 변형예들 및 변경예들이 첨부된 청구항들에 보다 구체적으로 기재되어 있는, 본 발명의 사상 및 범주를 이탈하지 않고서, 당 기술분야에 통상의 지식을 가진 자에 의해 실시될 수 있다. 또한, 다양한 실시예들의 측면들을 전체적으로 또는 부분적으로 상호 교환할 수 있다는 점을 이해하기 바란다. 또한, 당 기술분야에 통상의 지식을 가진 자는 상기한 설명이 예시만을 위한 것이고, 이러한 첨부된 청구항들에 더 설명되어 있는 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아님을 인지할 것이다.

Claims (20)

  1. 표면으로부터 미생물을 제거하기 위한 시스템으로,
    부직포 물질을 포함하고, 여기서 상기 부직포 물질은 전도성 섬유를 포함하고, 여기서 상기 전도성 섬유는 상기 부직포 물질에 걸쳐 균일하게 분포되어 있는, 전도 부재;
    전압원; 및
    상기 전도 부재에 전기적으로 접속되어 있고, 여기서 상기 전압원을 통해 상기 전도 부재에 약 15V 이하의 직류 전압을 인가하도록 구성된, 정전기장 제어부를 포함하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전압원은 배터리를 포함하는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압원 및 정전기장 제어부는 하우징 내에 배치된, 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전도 부재는 상기 하우징의 외면에 부착되는, 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전도 부재는 일회용인, 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전도성 섬유는 상기 부직포 물질의 총량에 기초하여, 약 1중량% 내지 약 90중량%의 범위의 양으로 존재하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전도성 섬유는 탄소, 구리, 알루미늄, 은, 또는 이들의 조합을 포함하고, 여기서 상기 전도성 섬유는 중공형인, 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 부직포 물질은 셀룰로오스 섬유를 더 포함하는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 표면 상의 미생물의 양을, 적어도 약 1log만큼 감소시키는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 시스템은 상기 표면 상의 미생물의 양을, 약 2log만큼 감소시키는, 시스템.
  11. 표면으로부터 미생물을 제거하는 방법으로, 상기 방법은
    상기 표면을 부직포 물질을 포함하는 전도 부재와 접촉시키는 단계로서, 여기서 상기 부직포 물질은 전도성 섬유를 포함하고, 여기서 상기 전도성 섬유는 상기 부직포 물질에 걸쳐 균일하게 분포되어 있는, 상기 접촉시키는 단계;
    전압원에 결합된 정전기장 제어부를 사용하여, 약 15V 이하의 직류 전압을 상기 전도 부재에 인가하는 단계; 및
    상기 표면과 상기 전도 부재 간의 접촉을 유지하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 미생물은 상기 표면으로부터 상기 전도 부재로 전사되는, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 접촉은 약 30분 이하의 시간 동안 상기 표면과 상기 전도 부재 간에 유지되는, 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 표면은 건식인, 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 표면은 습식인, 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 전도 부재는 일회용인, 방법.
  16. 제11항에 있어서, 상기 전도성 섬유는 상기 부직포 물질의 총량에 기초하여, 약 1중량% 내지 약 90중량%의 범위의 양으로 존재하는, 방법.
  17. 제11항에 있어서, 상기 전도성 섬유는 탄소, 구리, 알루미늄, 은, 또는 이들의 조합을 포함하는, 방법.
  18. 제11항에 있어서, 상기 부직포 물질은 셀룰로오스 섬유를 더 포함하는, 방법.
  19. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 표면 상의 미생물의 양을, 적어도 약 1log만큼 감소시키는, 방법.
  20. 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 표면 상의 미생물의 양을, 약 2log만큼 감소시키는, 방법.
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