KR20050016943A - 이온성 액체 기재 제품 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

이온성 액체 기재 제품 및 이를 사용하는 방법

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Abstract

본 발명은 표면에 사용하기에 적합한 이온성 액체 또는 공기 처리 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 3개 이상의 상이한 하전된 이온성 액체 조성물을 포함하는 이온성 액체 혼합물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이온성 액체를 함유하는 조성물 또는 제품과 이를 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

이온성 액체 기재 제품 및 이를 사용하는 방법{Ionic liquid based products and method of using the same}
본 발명은 이온성 액체, 이온성 액체 기재 제품 및 이러한 이온성 액체, 제품 및/또는 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.
최근에, 이온성 액체가 광범위한 유기 합성 분야에서 전통적인 유기 용매에 대한 환경친화적 또는 "환경 보호적" 대체물로 널리 평가되고 있다. 또한, 이온성 액체는 유기 합성 용도에서 촉매로도 사용되어 왔다.
이온성 액체는 또한 전기화학 분야, 예를 들면, 연료 전지, 전기석출법 및 기타 전기화학 분야에서도 이용되어 왔다.
또한, 이온성 액체는 수계 화학 반응이 문제를 일으킬 수 있는 경우(예를 들면, 양성자 이동 또는 친핵성이 관련된 경우) 또는 특정 배위 화학 반응이 관련 기질에 악영향을 줄 수 있는 경우에 효과적인 것으로 밝혀졌다.
광범위한 이온성 액체가 과거에 연구되어 왔다. 널리 연구된 이온성 액체의 한 종류가 다음 화학식을 갖는 BMIM/PF6(부틸메틸이미다졸리늄 헥사플루오로포스페이트)와 같은 이미다졸리늄염이다.
기타 잘 알려진 이온성 액체는 통상 [emim]Cl-AlCl3로 불리는 N-1-에틸 3-메틸이미다졸리늄 클로라이드 알루미늄(III) 클로라이드; 및 통상적으로 [Nbupy]Cl-AlCl3로 불리는 N-부틸 피리디늄 클로라이드 알루미늄(III) 클로라이드를 포함한다.
광범위한 화학 공정을 위한 이들 및 이들과 유사한 이온성 액체의 통상적인 적용은 문헌["Ionic Liquid" by J.D. Holbrey and K.R. Seddon, 및 Clean Products and Processes, Vol. 1, pp. 223-236 (1999)]에 기재되어 있다.
화학 공정외에도 이온성 액체는 FR 2434156에 기재된 바와 같이 살균제/식물 성장 조절제로, JP 10-265674 및 미국 특허 제3,282,728호에 기재된 대전방지제로, 그리고 WO 01/19200호에 기재된 바와 같이 과일 및 채소 생산 처리제로서도 사용되어 왔다.
이온성 액체의 다른 용도는 잉크 조성물의 성분으로서 미국 특허 제6,048,388호에, 그리고 셀룰로오스를 용해시키는 작용제로 문헌[J. Am. Chem. Soc. Vol. 124, pp. 4974-4975 (2002)]에 개시되어 있다.
선행 기술은 소비자 제품 및/또는 산업용 제품을 위한 표면 또는 공기 처리 조성물에서 이온성 액체의 용도를 제시하지 않았다. 또한, 선행 기술은 상이한 이온성 액체 성분들의 혼합물을 포함하는 이온성 액체 혼합물을 교시하지 않았다.
따라서, 표면 처리 또는 공기 처리 조성물에 적합한 이온성 액체를 함유하는 조성물을 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 조성물이 소비자용(예를 들면, 주택용 또는 자동차용) 및/또는 산업용으로 적합한 것이 바람직하다.
이러한 조성물이 이온성 액체의 혼합물을 포함하여 여러 가지 이온성 액체에 의해 제공되는 원하는 이점이 강화되도록 하는 것도 또한 바람직하다.
발명의 요약
본 발명은 이온성 액체, 이온성 액체 기재 제품/조성물 및 이들을 이용하는 방법을 제공한다.
본 발명의 한 가지 양태에서, 이온성 액체를 함유하는 표면 또는 공기 처리 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에서, 표적 표면 또는 공기를 처리하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 양태에서, 본 발명의 방법에 의해 처리된 표면이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 기질 및 당해 기질과 결합된 이온성 액체를 함유하는 제조 용품이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 3개 또는 그 이상의 상이한 이온성 액체 성분들을 함유하는 이온성 액체 혼합물이 제공된다.
정의
본 명세서에서 사용되는 "소비자 제품"은 사용자(즉, 소비자)가 자기의 신체, 주택(예컨대, 부엌 표면, 화장실 표면, 카펫, 바닥, 창문, 거울 및 주방용 조리대), 자동차(예컨대, 자동차 내부, 자동차 외부, 금속 표면 및 전면 유리)에 관련하여 사용하는 물건, 및 기타 개인용 또는 가정용 용품(예컨대, 식기, 직물, 조리기구, 가정용품(utensil), 식탁용품 및 유리제품)을 의미한다. "소비자 제품 조성물"은 각종 시설(예컨대, 호텔, 식당, 사무실)에 있는 사용자 또는 서비스 제공자(예컨대, 상업적 드라이크리닝업자 및 주택관리 서비스)에 의해 사용되는 물건도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 "산업용 제품"은 용품을 만들기 위한 상업적 공정에서 사용되는 물질을 의미한다. 그 비제한적 예에는 금속과 같은 용품 탈지를 위한 탈지 조성물; 및 텍스타일을 의복, 커튼과 같은 직물 용품으로 가공 및/또는 마감처리하기 위한 텍스타일용 텍스타일 처리 조성물을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "처리"는 표적 표면 또는 공기를 세정, 리프레싱(refreshing) 또는 유지하기 위한 조성물 또는 공정을 의미한다. 예를 들면, "리프레싱"은 직물 용품으로부터 주름지거나 헤어진 외관을 제거하거나, 직물 용품, 공기 또는 경질 표면에 좋은 향기를 부여하는 공정을 포함한다.
이온성 액체
본 명세서에서 사용되는 "이온성 액체"는 실온, 통상적으로 약 20-25℃에서 액체 상태인 염을 의미한다. 통상적으로, 이온성 액체는 약 40℃ 이하의 융점을 갖는다. 이러한 염의 일부는 양이온성 성분으로 질소 함유 방향성 부분을 가질 수 있다. 다른 염은 인 함유 양이온성 성분을 가질 수 있다. 이러한 염의 통상적인 음이온성 성분에는 메틸설페이트, PF6 -, BF4 - 또는 할라이드가 포함되지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
용어 "이온성 액체", "이온성 액체들", 및 "IL"은 이온성 액체, 이온성 액체 복합물 및 이온성 액체들의 혼합물을 의미한다는 것을 알아야 한다.
이온성 액체가 갖고 있고 기존 용매에 대한 매력적인 대체물로서의 성질의 일부는 다음을 포함한다:
a) 이온성 액체는 넓은 액체 범위를 갖는다; 일부 이온성 액체는 -96℃까지 내려가도 액체 상태이고, 다른 어떤 것들은 200℃까지도 열적으로 안정할 수 있다. 이러한 점은 많은 유기 반응들에서 효과적인 속도 조절을 가능케 한다.
b) 이온성 액체는 유효 증기압이 없어서, 취급하기 쉽고 또 휘발성이 문제가 될 수 있는 상황에서 안전상의 우려를 감소시킨다.
c) 이온성 액체는 극성이 높기 때문에 넒은 범위의 유기 및 무기 물질에 대해 효과적인 용매이다.
d) 이온성 액체는 효과적인 브뢴스테드/루이스 산이다.
e) 이온성 액체는 원하는 구체적인 용도/화학적 특성에 맞게 조절될 수 있어서, 예를 들면 친수성에서 소수성에 이르는 성질을 선택적으로 만들 수 있다.
높은 극성 및 전하 밀도로 인해, 이온성 액체는 독특한 용매화 성질을 가지며 다양한 응용 분야에서 사용된다. 이러한 용도는 유기 합성에서의 친환경 용매, 전기화학(전지, 전기도금), 신소재 과학(액정, 겔, 고무) 및 연료 전지와 분리에서의 신규 막을 포함한다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 이온성 액체의 예는 하기 화학식의 부틸메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트 및 다양한 반대이온, 알킬쇄 길이 및 피리듐과 같은 대체 고리 구조를 갖는 수많은 유사체를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
이온성 액체의 성질을 특정 용도를 위해 맞춤 제조할 수 있도록 그러한 변수들을 조절하거나 혼합할 수 있다. 이러한 맞춤 제조된 이온성 액체를 "디자이너 용매"라고 부른다.
대표적인 이온성 액체는 다음 화학식 I 내지 VI을 가질 수 있으며, 생성된 염은 약 40℃ 이하에서 액체이다:
위의 화학식 I 내지 VI에서,
R1 내지 R4는 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형 알킬, 아릴, 알콕시알킬, 알킬렌아릴 하이드록시알킬 및 할로알킬로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,
X는 음이온이며,
Y는 양이온이며,
Z는 수소 결합이 가능한 중성 분자이며,
m 및 n은 전기적 중성을 제공하도록 선택되며,
q는 0 내지 1000의 정수이다.
X의 비제한적 예는 메틸설페이트, PF6 -, BF4 -, 또는 할라이드를 포함하고; Z의 비제한적 예는 글리세롤, 시트르산, 요소, 또는 기타 중성 양성자 공여체 또는 수용체를 포함하며; Y는 통상적으로 질소 또는 포스페이트와 같은 헤테로원자를 함유한다. R, X 및 Z 부분은 의도한 용도에 바람직한 용매화 성질, 점도, 융점 및 기타 성질을 제공하기 위해 변화시킬 수 있다.
이온성 액체 복합물은 상기 기재된 바와 같은 염(실온에서 고체일 수 있음)과 양성자 공여체 Z(액체 또는 고체일 수 있음)의 혼합물을 포함한다. 혼합시, 이들 성분은 약 40℃ 이하에서 액체로 바뀌고, 혼합물은 이온성 액체와 같이 행동한다. 화학식 III에 따른 다양한 염 및 양성자 공여체를 포함하는 이온성 액체 복합물은 WO 02/26701호에 개시되어 있고, 영국 런던의 사이오닉스사(Scionix Ltd.)로부터 입수가능하다.
본 발명에 유용할 수 있는 이온성 액체의 다른 예는 미국 특허 제 6,048,388호에 기재되어 있다.
이온성 액체의 혼합물
상기 화학식 I 내지 VI에 기재된 바와 같이, 각 이온성 액체는 음이온성 IL 성분 및 양이온성 IL 성분을 포함할 수 있다. 이온성 액체가 액체 형태인 경우, 이러한 성분들은 서로 자유롭게 (예를 들면, 스크램블 형태로) 결합된다. 본 명세서에서 사용된 용어 "이온성 액체의 혼합물"은 하나 이상의 IL 성분이 양이온성이고 하나 이상의 IL 성분이 음이온성인, 3개 이상의 상이한 하전된 이온성 액체 성분들을 포함한다. 따라서, 혼합물 중의 양이온성 IL 성분과 음이온성 IL 성분의 쌍은 2개 이상의 상이한 이온성 액체가 될 수 있다.
이온성 액체의 혼합물은 상이한 IL 성분들을 갖는 개별 이온성 액체를 혼합하거나 조합 화학기술을 통해 제조함으로써 제조할 수 있다.
이온성 액체가 조합 화학기술을 통한 제조에 적합하다는 것에 특히 유의해야 한다. 예를 들면, 다음 이미다졸륨-기재 이온성 액체 혼합물은 조합적으로 3개의 개별 IL 성분들[알킬화된 이미다졸, 알킬 할라이드, 및 음으로 하전된 대이온(예: 할라이드 이온)]로부터 제조될 수 있다. 다음은 조합 화학기술로 이온성 액체의 혼합물을 어떻게 생성시키는 지를 나타낸다.
우선, 이미다졸 잔기는 10개의 상이한 종류의 R1Br과 반응하여 10개의 상이한 알킬화된 이미다졸 양이온 및 Br- 대이온의 혼합물을 생성한다. 이어서, 알킬화된 이미다졸 양이온은 10개의 상이한 종류의 R2Br과 반응하여 100개의 상이한 알킬화된 이미다졸 양이온 및 브롬 대이온의 혼합물을 생성한다. 이 혼합물은 10개의 상이한 종류의 X- 음이온과 추가로 반응하여 1000개의 이온성 액체의 혼합물을 생성한다. R1, R2 및 X 잔기는 화학식 I 내지 VI에 기재된 치환체 및 음이온으로부터 선택될 수 있다.
이온성 액체 혼합물은 다수의 작용기 및 대이온이 다양한 정도의 소수성 또는 친수성뿐만 아니라 다양한 정도의 기타 용매화능 특징을 부여하기 때문에 매우 유리하다. 이러한 혼합물은 이로 처리되는 표적 표면에 존재할 수 있는 얼룩/기질의 혼합물과 더욱 효과적으로 상호작용할 것이다. 예를 들면, 찜 냄비에 타붙은 라자냐 잔류물/얼룩은 상당 부분이 중합된 단백질/전분/지방의 불균질한 혼합물을 포함할 수 있다. 따라서, 이온성 액체 혼합물 중의 다수의 하전된 IL 성분은 이러한 얼룩과 상호작용하여 얼룩을 제거하는 데에 아주 효과적이다.
이온성 액체를 함유하는 조성물
이온성 액체는 의도하는 용도의 특성에 따라 상기 개시된 용도에서 사용하기에 적합한 다양한 조성물에 임의의 바람직한 유효량으로 존재할 수 있다. 통상적으로, 이온성 액체는 조성물 중량의 약 0.1% 내지 약 99.9%, 바람직하게는 약 1% 내지 약 85% 및 더욱 바람직하게는 약 5% 내지 약 75%의 양으로 존재한다. 일부 실시 양태에서, 이온성 액체는 조성물 중량의 약 50% 이상을 차지한다.
많은 이온성 액체는 흡습성이기 때문에 이온성 액체 중량의 약 0.01% 내지 약 50%에 이르는 인지할 수 있는 양의 물(본 명세서에서는 "고유수(innate water)"라고 지칭됨)을 함유할 수 있다. "자유수"가 본 발명의 조성물 제조시 첨가될 수 있다는 것에 유의해야 한다. 본 기술 분야의 통상적인 사람은 일단 상기 성분들(예를 들면, 고유수 및 자유수)가 조성물 내로 혼합되면, 그 성분들은 더 이상 그들의 출처에 의해 구별될 수 없고 전체적으로 총 조성물의 비율로서 보고된다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 조성물은 조성물 중량의 약 0.01% 내지 약 50%, 바람직하게는 약 1% 내지 약 40%, 더욱 바람직하게는 약 5% 내지 약 30%의 물을 그 출처에 상관없이 함유할 수 있다.
IL-함유 조성물은 액체, 겔, 페이스트, 폼 또는 고체의 형태로 조제될 수 있다. 조성물이 고체 형태이면, 과립, 분말, 정제 또는 바(bar)로 추가로 가공할 수 있다.
이온성 액체 조성물은 일반적으로 공기 또는 표면 처리 조성물로 사용되는 보조 성분들을 또한 포함할 수 있다. 보조 성분은 존재하는 경우 조성물 중량의 약 0.01 내지 약 10중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5중량%를 차지할 수 있다.
적합한 보조 성분은 효소, 표백제, 계면활성제, 향료, 공용매, 세정제, 항균제, 대전방지제, 증백제, 염료 고정제, 염료 탈색 억제제, 크로킹방지제, 주름 감소제, 주름 억제제, 오물 방출 중합체, 썬스크린제, 색바램 방지제, 빌더, 거품 발생제, 조성물 악취 조절제, 염료, 착색제, 스페클(speckles), pH 조절제, 방수제, 방오제 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
적합한 보조 성분들의 예는 비어스(Beerse) 등의 미국 특허 제6,488,943호; 부짜카리니(Buzzaccarini) 등의 미국 특허 제6,548,470호; 고든(Gordon) 등의 미국 특허 제6,482,793호; 시빅(Sivik) 등의 미국 특허 제6,573,234호; 프라이스(Price) 등의 미국 특허 제6,525,012호; 리티크(Littig) 등의 미국 특허 제6,566,323호; 잭슨(Jackson) 등의 미국 특허 제6,090,767호; 쉐리(Sherry) 등의 미국 특허 제6,420,326호에 개시되어 있다.
효소의 전형적인 예는 프로테아제, 아밀라아제, 리파제 및 이들의 혼합물을 포함한다. 효소들은 존재하는 경우 조성물 중량의 약 0.01 내지 약 10중량%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5중량%를 차지할 수 있다.
공용매의 전형적인 예는 선형 혹은 분지형 C1-C10 알코올, 디올 및 이들의 혼합물을 포함한다. 에탄올, 이소프로판올, 프로필렌 글리콜과 같은 공용매는 본 발명의 일부 조성물에서 사용된다.
저점도 이온성 액체 및 혼합물
전형적으로, 이온성 액체는 실온에서 높은 점도(약 1000mPa.s 초과)를 갖는다. 높은 점도는 조성물을 제형화하거나 도포하는 데 있어서 문제가 될 수 있다. 따라서, 본 발명은 20℃에서 측정시 약 750mPa.s 미만, 바람직하게는 약 500mPa.s 미만의 점도를 갖는 (보조물, 공용매 또는 자유수로 희석되지 않은) 이온성 액체 또는 이온성 액체의 혼합물에 대한 것이다. 일부 실시 양태에서, 희석되지 않은 이온성 액체의 점도는 약 0.1 내지 약 400mPa.s, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 300mPa.s, 더욱 바람직하게는 약 1 내지 약 250mPa.s의 범위이다.
이온성 액체 및 이를 함유하는 조성물의 점도는 상이한 점도의 물질들을 측정하기에 적합한 속도의 스핀들 S31번을 써서 20℃에서 브룩필드(Brookfield) 점도계 모델 번호 LVDVII+에서 측정할 수 있다. 일반적으로, 당해 측정은 약 1000mPa.s을 초과하는 점도의 제품을 측정하기 위해서는 12rpm에서, 약 500mPa.s 내지 약 1000mPa.s의 점도를 갖는 제품을 측정하기 위해서는 30rpm에서, 그리고 약 500mPa.s 미만의 점도를 갖는 제품을 측정하기 위해서는 60rpm에서 수행한다. 희석되지 않은 상태는 점도 측정 전 약 48 시간 이상 동안 실온에서 건조제(예를 들면, 염화칼슘)을 함유한 데시케이터내에 이온성 액체 또는 혼합물을 보관함으로써 제조한다. 이러한 평형 조성 기간은 희석되지 않은 샘플에서 고유수의 양을 균일하게 해 준다.
소비자 및 시설 사용을 위한 조성물에서 이온성 액체의 새로운 용도
본 발명자들은 놀랍게도 이온성 액체가 표면 처리 조성물에 첨가되어 세정 및 관리상의 이득을 증가시키는 것을 발견하였다. 이러한 이득은 오물 침투 및 처리 표면으로부터의 제거 또는 직물 및 섬유의 미학적 성질의 개선을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 표면은 부엌, 화장실, 자동차 등에서 발견되는 경질 표면 및 의류, 커튼, 리넨, 카펫 등에서 흔히 발견되는 섬유, 텍스타일, 직물 또는 직물 용품을 포함하는 연질 표면을 포함할 수 있다.
본 발명자들은 또한 이온성 액체가 공기 처리 조성물에서도 유리하게 사용될 수 있다는 것을 발견하였다.
특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 이온성 액체의 근본적인 화학적 및/또는 물리적 성질이 표면 또는 공기 처리 조성물에 유리하게 사용될 수 있다고 여겨진다. 한 측면으로, 이온성 액체는 높은 극성과 전하 밀도로 인해 높은 용해력을 갖는다. 따라서, 이온성 액체는 오물에 대한 효과적인 용매일 수 있다. 따라서, 이온성 액체를 함유하는 조성물은 이온성 액체를 함유하지 않은 유사한 조성물에 비해 증가된 오물 제거 능력을 나타낸다. 다른 측면으로, 이온성 액체의 작용기 및 대이온은 다양하게 변화시킬 수 있어서 생성되는 이온성 액체는 표적 오물 또는 표면의 특성에 따라 "조율"되도록 할 수 있다. 예를 들면, 작용기는 생성되는 이온성 액체가 표적 오물 또는 표면과 더욱 강하게 또는 우선적으로 상호작용하기에 바람직한 정도의 친수성 또는 소수성을 갖도록 선택될 수 있다. 이온성 액체가 오물 또는 기질과 효과적으로 상호작용하는 메카니즘은 전하 이동, 이온 교환, 반 데르 바알스 힘 및 수소 결합을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 또 다른 측면으로, 이온성 액체의 효과적인 용매화 성질은 극소수의 용매 매질에서나 가용성인 특정 중합체성 물질을 용해시킬 수 있게 해 준다. 이러한 용해시키기 힘든 중합체의 예는 바이오필름, 베이킹 또는 쿠킹된 오물, 중합된 오물 등을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
직물 세정 및/또는 처리 용도에서, 이온성 액체는 물의 해로운 효과없이 높은 극성을 제공한다. 예를 들면, 물은 특정 직물에 손상을 입힐 수 있다; 그 손상은 수축, 염료 소실, 형태 손상 및 주름 등을 포함한다.
또한, 물의 친핵성 및 양성자성 속성은 직물 또는 유사한 연질 표면을 처리하고자 하는 조성물을 제형화하는 데 있어서 부적절한 효과를 야기할 수 있다. 예를 들면, 셀룰로오스를 팽창시키고 이와 수소 결합하는 물의 능력은 직물의 마모 및 수축을 증가시킬 수 있다. 이온성 액체는 비친핵성 및/또는 비양성자성이 되도록 설계 또는 선택될 수 있어서 셀룰로오스계 섬유 또는 직물에 이러한 나쁜 영향을 미치지 않는다.
또 다른 측면으로, 이온성 액체는 비휘발성이고 비가연성이며, 높은 열 안정성을 갖는다. 따라서, 안전성 및 미학적 이유 모두에서 표면 또는 공기 처리 조성물에 사용하기에 특히 적합하다. 소비자, 산업적 또는 시설 환경에서 사용되는 조성물에 화학적 증기 또는 낮은 발화점이 연관되는 것은 종종 바람직하지 않다. 또한, 조성물에 의해 처리된 표면상에 보기 흉한 줄무늬를 남기는 조성물도 부적절하다. 통상적으로 사용되는 유기 세정 용매는 독성이거나 가연성이거나 냄새가 나쁠 수 있는 화학적 증기를 갖기 쉽다. 통상적으로 사용되는 다른 조성물은 처리된 표면상에 보기 흉하거나 줄무늬진 잔사를 남길 수 있어서, 도포 후에 표면으로부터 제거하는 것(예를 들면, 닦아내기, 헹구기 등)이 필요하다. 이에 반해, 이온성 액체는 본질적으로 증기압이 없어서(즉, 실온 또는 실온 부근의 온도에서 증기압이 감지되지 않음) 용매 또는 활성 성분으로서 이온성 액체를 사용한 조성물은 화학적 증기와 관련된 문제를 피할 수 있어 매우 유리하다. 또한, 이러한 조성물은 도포 후 제거되지 않는 유형의 제품으로 사용될 수 있고 처리된 표면상에 미학적으로 좋은 결과를 만들어낼 수 있다.
따라서, 독특하고 맞춤 제작가능한 물리적 및 화학적 성질은 이온성 액체가 연질 또는 경질 표면 또는 공기를 처리하기 위한 선행 기술 조성물에서 지속되어온 몇 가지 문제를 극복할 수 있도록 한다.
따라서, 본 발명은 조성물, 소비자 제품, 산업용 제품 및 다음 용도에서 이들을 사용하는 방법에 관한 것이다: 식기/음식물 세정, 가사 관리(부엌/화장실), 바이오필름 제거, 드라이크리닝 (가정용 및 상업용), 세탁 (예비처리, 세정 및 직물 처리), 텍스타일 가공 및 마감처리, 자동차 관리(내부 및 외부), 산업 탈지 및 공기 관리.
이온성 액체는 순수한 용매(즉, 순수하고 희석되지 않은 이온성 액체 또는 이온성 액체 복합물)로서, 물 또는 기타 유기 용매와 함께 사용되는 공용매로서, 또는 연속상이 물 또는 기타 용매(예를 들면, 선형 또는 사이클릭 실록산, 할로카본)인 첨가제로서 이러한 용도 또는 제품에 사용될 수 있다. 다양한 보조 성분이 이러한 조성물에 혼입될 수 있다.
이온성 액체 또는 이를 함유하는 조성물은 표적 표면 또는 공기에 액체 또는 액체 조성물로서 펌프, 스프레이 등과 같은 전달 수단을 통해 전달될 수 있다. 이온성 액체 또는 이를 함유하는 조성물은 또한 시트 기질[예: 직물 또는 부직포 재료로 제작된 와이프(wipe)], 기포형 기질(예: 스폰지 또는 발포체) 또는 유사 기질과 같은 것을 통해 전달될 수 있다. 또한, 이온성 액체 또는 이를 함유하는 조성물은 분말, 정제 등과 같은 형태로 제조될 수 있는 불활성 다공성 지지 재료 속으로 혼입/침착될 수 있다.
가사 관리
집 주변의 경질 표면상의 특정 오물은 제거하기 매우 어렵고 전통적인 세정 제제로는 적합하게 처리 또는 제거되지 않는다. 이러한 오물은 부엌, 화장실, 변기 안과 주변, 가구 위 및 다른 장소에서 볼 수 있는 음식물 오물, 실외 오물, 자동차 오물 등을 포함한다.
이온성 액체 조성물은 액체 형태일 수 있으며, 표적 표면에 액체 스프레이, 에어로졸 스프레이, 또는 (제직, 부직 또는 편성 기술로 제조된) 섬유질 웹 기질, (종이 타월, 티슈를 비롯하여 에어펠트 또는 습식 성형 기술로 제조된) 펄프 기재 기질, 스폰지 또는 발포체 기질과 같은 기질을 통해 표적 표면에 직접 또는 간접적으로 부을 수 있는 붓는 액체로서 도포될 수 있다. 또 다른 사용 방식은 이온성 액체 조성물을 이러한 기질 속으로 또는 기질 상에 배합(예를 들면, 와이프 또는 장갑에 함침시킴)시켜, 완전한 건조가 필요한 용도에서 잔사 문제를 경감시키는 것이다.
이온성 액체의 속성은 가사 관리 용도에서 바이오필름 제거에 특별하다. 바이오필름은 표면상에 고정된 높은 세포 밀도의 미생물체 집단으로 이루어지며; 통상적으로 미생물이 다당류 매트릭스 속에 박혀 있다. 바이오필름은 매우 질기고 전통적인 항미생물제로의 처리에 내성을 갖는다. 매우 공격적인 세정제(예를 들면, 염소 표백제)로도, 바이오필름은 표적 표면에서 제거 또는 청소되지 않는다. 이온성 액체는 많은 유기 물질에 대해 효과적 용매이기 때문에 다당류를 용해시키는 능력을 나타낸다. 따라서, 이온성 액체를 함유하는 조성물은 경질 및 연질 표면상에서 바이오필름, 곰팡이 및 기타 미생물-함유 오물의 세정 및/또는 제거에 유용하다.
또한, 이온성 액체의 양이온성 부분은 4급 알킬암모늄 또는 알킬포스포늄기일 수 있고, 이들이 살균성을 갖는 것으로 여겨진다. 따라서, 하나 이상의 이러한 양이온성 부분을 함유한 이온성 액체는 살생물제로서 미생물 유기체와 상호작용하여 소독이란 이점을 제공한다. 이러한 세정 및 살생물 기능은 오물 제거뿐 아니라 소독이 매우 중요한 시설(예: 병원 또는 식당)과 같은 비가정용 환경에 또한 적용될 수 있다.
식기 세정 및 식기 관리
이온성 액체 및 조성물은 또한 식기류, 식탁용 기구 및 조리 기구 위의 일부 단단한 음식물 얼룩을 세정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 고열 또는 높은 기계적 에너지(예를 들면, 격렬한 문지름)를 사용할 때를 제외하고는 제거하기가 거의 불가능한 타붙거나 눌어붙은 오물을 효과적으로 예비처리하기 위해 사용될 수 있다. 특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 중합체성 또는 극성 물질을 용해시키는 이온성 액체의 능력이 이러한 단단한 오물을 세정 및/또는 제거하는 데에 효과적이라고 여겨진다. 이온성 액체는 요리 도중 눌어붙거나 타붙은 유지 또는 오일로부터 생긴 중합된 유지 (설상가상으로 중합된 유지는 대개 반복된 사용 및 사용하는 사이의 비효과적 세정을 통해 장기간에 걸쳐 축적됨)를 제거하는 데에 특히 효과적이다. 이온성 액체 조성물이 중합된 유지 제거시 가장 강력한 유기 용매 또는 유기 용매 혼합물보다 더욱 효과적임이 밝혀졌다. 대부분의 부엌에서 발견되는 다양한 음식물 오물의 처리를 위해, 공용매를 사용한 이온성 액체 혼합물을 함유하는 조성물이 바람직하다.
세탁
이온성 액체는 그 용해력 때문에, 세탁 세제로서 놀라운 이점을 갖는다. 본 발명의 한 양태에서, 이온성 액체는 특히 전통적인 용매 및 계면활성제가 비효과적인 얼룩, 예를 들면, 자동차 오일 얼룩, 및 미립자, 지방, 단백질 등의 혼합물을 포함하는 "불균질" 신체 오물 얼룩에 대해 예비처리 이점을 제공한다. 이러한 용도에서, 이온성 액체는 순수한 액체 또는 조성물일 수 있고, 예비처리 제품 또는 손빨래 또는 기계 세탁 세제에 첨가제로서 적용될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 이온성 액체는 강력 세탁(HDL) 세제에 제형상 이점을 제공할 수 있다. 화학적 또는 물리적 불안정성 및/또는 다른 성분들과의 비혼화성으로 인해 세탁 세제로부터 상분리, 침전 등을 일으켜서, 세탁 세제로 제형화되지 못하는 성분들이 많다. 이러한 "혼입시키기 힘든" 성분은 특정 음이온성 중합체 및 특정 표백제 성분(예를 들면, 폴리카복실레이트)을 포함한다. 이온성 액체의 용해력, 극성 및 조정 가능한 친수성 및/또는 소수성은 이러한 성분들과의 제형화를 더욱 용이하게 만든다.
드라이크리닝, 비수성 세정 및 특수 직물 관리
이온성 액체 및 이를 함유하는 조성물은 드라이크리닝 전용 또는 섬세한 직물이 관련된 직물 세정 용도에서 특히 유용하다. 앞서 언급한 바와 같이, 이온성 액체 조성물은 물의 해로운 효과를 피하면서도, 기존의 드라이크리닝 용매에 대해 그리 민감하지 않은 극성 얼룩(예: 음식물, 음료 및 미립자)을 용해시키는 데 필요한 높은 극성을 제공한다.
이온성 액체는 예비처리 용매 또는 주 세정 용매로서 사용될 수 있다. 기존의 예비처리 또는 드라이크리닝 용매의 대부분은 수성 기재 또는 휘발성 유기 화합물(VOC) 기재이다. 이온성 액체는 이러한 섬세한 직물에 대한 물의 해로운 효과를 갖지 않는 한편, 다른 한편으로는 유기 용매의 휘발성과 관련된 건강 및 안전성 문제도 갖지 않는다.
또한, 이온성 액체의 효능은 이온 교환이 이루어질 수 있는 얼룩이나 물 또는 유기 용매에 용해되지 않는 얼룩에 대해서도 높게 나타난다. 예를 들면, 이온성 액체는 단백질과 상호작용하여 데카메틸사이클로펜타실록산(D5)과 같은 실리콘 용매에 단백질이 더욱 가용성이 되도록 할 수 있다. 사용되는 곳은 상업용 드라이크리닝, 가정용 드라이크리닝 기구 또는 "가정용 드라이크리닝" 키트[예: 드라이엘(Dryel)R]를 포함한다.
또한, 이온성 액체는 이온성 중간체의 전하 이동/생성이 일어날 있게 함으로써 드라이크리닝 시스템에서 표백이 이루어지도록 할 수 있다. 추가로, 용매 재생을 수반하는 시스템에서 이온성 액체는 용매의 정화 및 재생을 용이하도록 한다.
텍스타일 가공 및 가정에서의 직물 관리
이온성 액체 및 이를 함유하는 조성물은 또한 직물 처리 용도로, 특히 면과 같은 셀룰로오스계 직물에 대해 유용하다.
특정 이론에 얽매이고자 하는 것은 아니지만, 셀룰로오스를 용해시키는 이온성 액체의 능력이 셀룰로오스의 특정한 결정 구조 변화를 촉진시키는 것으로 여겨지며; 이러한 변화는 텍스타일의 질을 개선시키는 것으로 나타났다. 셀룰로오스는 거의 모든 것에 불용성이다. 또한, 셀룰로오스 내의 변화를 유도하는 것은 혹독한 화학적 처리에 의지하지 않고는 어렵거나 비용이 많이 든다.
사용되는 곳은 가정에서의 사용을 위한 소비자 직물 관리 제품 또는 텍스타일 가공 및 마감처리 산업에서의 사용을 위한 산업용 직물 처리 제품을 포함한다. 예를 들면, 이온성 액체는 소비자가 직물 표면에 스프레이한 후 다림질을 하는 다림질-보조 조성물의 형태로 소비자 용도를 찾을 수 있다. 텍스타일 가공 산업에서, 이온성 액체 조성물은 텍스타일 또는 섬유의 이로운 변화를 유도하기 위해 배스(bath) 또는 액체 미립자로서 사용될 수 있다. 이온성 액체는 또한 다른 텍스타일 활성 물질 또는 공정이 그 텍스타일 또는 섬유에 적용될 수 있게 해 주는 "하도제"로서 사용될 수도 있다. 어떠한 경우에도, 이온성 액체 조성물로 처리된 직물, 텍스타일 또는 섬유는 기능상 또는 미학적으로 더욱 만족스러운 외관을 나타낼 뿐만 아니라 내구성 다림질 효과, 주름방지 효과, 대전방지 효과, 섬유 강화 효과, 수축방지 효과 및 직물 관리 효과와 같은 다른 효과를 나타낸다.
또한, 이온성 액체는 증기압이 없으므로 그 액체 처리조는 화학적 증기를 생성시키지 않고 산업적 사용자에게 휘발성 유기 화합물(VOC) 관련 안전 또는 환경 문제를 일으키지 않는다.
자동차 관리
자동차 내부 및 외부에서 발견되는 특정 오물들은 제거하기 매우 어렵고, 특히 엔진 열 또는 양태에의 노출로 인해 눌어 붙었을 때는 더욱 어렵다. 이러한 오물은 타르, 죽은 곤충, 유지, 검댕, 새똥, 음식물 또는 음료수 엎지른 것을 포함할 수 있다. 이온성 액체는 이러한 오물에 침투하고 그 제거를 돕도록 선택될 수 있다. 또한, 유기 용매와는 달리, 이온성 액체의 화학적 구조는 처리할 표면, 예를 들면 자동차 외부 마무리 재료에 손상을 주지 않도록 "조율"될 수 있다. 조성물의 적용은 스프레이, IL 조성물로 함침시킨 와이프의 형태 또는 액체 조성물을 전달하는 것으로 본 기술 분야에 알려진 다른 형태일 수 있다. 이온성 액체의 불활성으로 인해, 이온성 액체는 자동차 부동액 조성물로서 사용될 수도 있다.
공기 관리
이온성 액체는 또한 공기 관리 조성물 또는 기구에서 유리한 용도를 찾을 수 있다. 본 발명의 한 실시예에서, 이온성 액체는 증기압이 본질적으로 0이기 때문에 정전기적 침전제로서 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 이온성 액체는 사이클론-방식 공기 시료 채취기에서 용매로서 장점을 제공할 수 있다. 추가로, 이온성 액체는 전하 이동 메카니즘/회합을 통해 공기로부터 하전된 미립자(검댕 등)를 제거할 수 있어서, 고가의 기질/섬유 기재 기술을 필요로 하지 않거나 이러한 필요성을 감소시킬 수 있고 필터를 관통하여 공기를 펌핑하는 데에 고압이 필요없기 때문에 증가된 작업량을 통해 효율을 증가시킬 수 있다.
산업적 탈지
많은 산업 분야에서, 유지(특히, 고열 및/또는 기계에 존재하는 마찰로 인해 중합된 유지)는 주요한 문제이다. 세정은 통상적으로 유기 용매 또는 고압 증기로 이루어진다. 이온성 액체 또는 이를 함유하는 조성물은 단단한 유지를 제거하는 데에 효과적이고 휘발성 화합물 또는 고압 증기의 사용보다 안전하기 때문에 이러한 용도에서 매우 유리하다.
다음은 이온성 액체를 함유한 소비자 제품 조성물의 비제한적 예이다.
상기한 조성물은 모두 흡수성 기질의 한 면 또는 양면에 함침시켜 특정 용도에 사용하기 위한 "와이프"를 제공할 수 있다. 상기 흡수성 기질은 임의의 제직 또는 부직 섬유질 웹 또는 발포체 웹으로부터 형성될 수 있다. 상기 흡수성 기질은 유효량의 이온성 액체 함유 조성물을 유지하기 위해 충분한 습강도를 가져야 한다.
인용된 모든 문헌은 관련 부분이 본 명세서에 포함되어 참고되는 것이며, 어떠한 문헌의 인용이 본 발명과 관련된 선행 기술로서의 인정으로 파악해서는 안된다.
본 발명의 특정 실시 양태를 나타내고 설명했지만, 본 기술 분야의 기술자들에게는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어남 없이 다양한 다른 변화 및 개조가 이루어질 수 있다는 것이 명백하다. 따라서, 본 발명의 범주 내에 속하는 이러한 모든 변형 및 수정을 첨부된 청구의 범위에 포함시키고자 한다.

Claims (15)

  1. 이온성 액체를 포함하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 이온성 액체가 약 40℃ 이하에서 액체이고 다음 화학식의 화합물 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
    화학식 I
    화학식 II
    화학식 III
    화학식 IV
    화학식 V
    화학식 VI
    위의 화학식 I 내지 VI에서,
    R1 내지 R4는 치환되거나 치환되지 않은 선형 또는 분지형 알킬, 아릴, 알콕시알킬, 알킬렌아릴 하이드록시알킬 및 할로알킬로 이루어진 그룹으로부터 선택되며,
    X는 음이온이며,
    Y는 양이온이며,
    Z는 수소 결합이 가능한 중성 분자이며,
    m 및 n은 전기적 중성을 제공하도록 선택되며,
    q는 0 내지 1000의 정수이다.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 이온성 액체가, 희석되지 않은 형태로 20℃에서 측정시, 점도가 750mPa.s 미만임을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 이온성 액체가 조성물 중량의 0.1 내지 99.9중량%를 차지함을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 조성물이 세정제, 향료, 효소, 표백제, 계면활성제, 미학적 물성 개선제, 물, 공용매 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 보조 성분을 추가로 포함함을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 조성물이 고체, 액체, 겔, 페이스트, 폼 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 형태임을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 조성물이 과립, 분말, 정제, 바 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 고체 형태임을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서, 조성물이 세탁 세제, 식기 세정제, 경질 표면 세정 조성물, 드라이크리닝 조성물, 공기 관리 조성물, 자동차 관리 조성물, 텍스타일 처리 조성물 또는 산업용 탈지 조성물임을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 세탁 세제가 강력 세탁 세제, 예비처리 조성물 및 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 표면 또는 공기 처리 조성물.
  10. 표적 표면 또는 공기를 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따르는 조성물과 접촉시키는 단계를 포함하는, 표적 표면 또는 공기 처리방법.
  11. 제10항에 있어서, 표적 표면이 연질 표면, 경질 표면 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 표적 표면 또는 공기 처리방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 연질 표면이 직물 용품, 텍스타일, 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, 경질 표면이 식기류, 조리 기구, 가정용품, 유리제품, 주방용 조리대, 화장실 표면, 부엌 표면, 바닥, 창문, 자동차 내부, 자동차 외부, 금속 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는, 표적 표면 또는 공기 처리방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 따르는 방법에 의해 처리된 표면.
  14. 기질과 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 기재되어 있는 이온성 액체를 포함함을 특징으로 하는 제품.
  15. 제14항에 있어서, 기질이 제직 섬유상 기질, 부직 섬유상 기질, 편성 섬유상 기질, 펄프계 에어펠트 기질, 펄프계 습식 성형 기질, 발포체, 스폰지 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 제품.
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