KR20160055949A - 저수분 클라우드 생성 세정 용품 - Google Patents

Abstract

세정 용품은 직물 기재를 포함하는 세정 용품 시트, 여기서 직물 기재는 내부에 포어들을 포함하고, 여기서 직물 기재는 중량 기준 배경 수분율을 갖는, 세정 용품 시트, 및 포어들 내부에 실질적으로 연결되지 않고 배치된 액체 물을 포함하고, 여기서 액체 물은 배경 수분율보다 5 내지 150% 포인트 높은 중량 기준 수분율을 갖는다. 부직포 기재는 섬유들 사이에 및/또는 섬유들 내에 형성된 포어들을 포함할 수 있고, 중량 기준 배경 수분율을 가질 수 있다. 기재는 처리제가 없는 기재의 유전 상수로부터 유전 상수를 증가시키기 위한 처리제를 포함할 수 있다. 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 용품의 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 600% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성될 수 있다.

Description

저수분 클라우드 생성 세정 용품{LOW-MOISTURE CLOUD-MAKING CLEANING ARTICLE}

본 발명은 저수분 클라우드 생성 세정 용품에 관한 것이다.

일반적인 세정업계에서는, 현재 건식 및 습식 세정 제품 모두를 판매하고 있다. 습식 제품은, 본질적으로, 건식 기재와 액체 세정제의 간단한 조합(예, 액체 세정제 및 함침된 습식 와이프(wipe))이다.

건식 제품과 포화된 습식 제품을 개별적으로 판매하는 것은, 유독한 화학 물질이 있는 과도한 액체 제제를 사용함으로 인한 표면/환경/인체에 대한 잠재적 위해에 대하여 세정업계와 일반 대중 모두가 관심을 갖지 않았거나 거의 갖지 않은 과거에는 매우 유효했다. 세정 분야가 급격히 변하고 친환경 세정 경향이 출현함에 따라, 계속해서 건식 제품과 습식 제품에만 머무르는 것은 이러한 새로운 세정 도전 과제들을 다루기 위한 서로 다른 한계 사항들에 직면하게 된다. 이는, 일반적으로 어린이들이 습식 제품의 유독한 화학 물질과 접촉하는 것을 부모들이 매우 우려하는 경우 가정용 세정에 있어서 특히 그러하다.

스마트폰, 태블릿, 개인용 뮤직 플레이어, 텔레비전, 랩탑, 모니터 등의 다양한 전자 기기들 또는 기구들의 표면 세정에 관한, 빠르게 성장하고 있는 다른 세정 분야에서는, 임의의 액체 세정제 또는 포화된 습식 와이프 또는 심지어 수돗물까지도 피할 것을 강력히 권고하고 있다. 유독한 화학 물질이 없는 와이프에 대한 요구와 결합된, 제한된 액체 요건들에서는, 현재의 액체기반 화학적 세정제 및 포화된 습식 와이프를 넘어서는 기술 해결책을 찾을 필요가 있음을 강조하고 있다. 다시 말하면, 건식 장점과 습식 장점이 단일 제품 사용시 전달되는 세정 패러다임이 필요하다.

행주, 스폰지, 및 기타 내구재는, 소비자들이 주방 표면을 닦고 세균이 없는 표면을 유지하도록 일상적으로 사용하는 것이다. 그러나, 이러한 용품들은, 빈번하게 눅눅한 조건에서 보관되기 때문에, 증식할 수 있고 이후 닦는 동안 표면으로 전달될 수 있는 대량의 세균을 종종 번식시킨다. 그 결과, 이러한 용품들을 반복 사용함으로써, 세균 제거 면에서 역효과를 낳을 수 있다.

세균이 있는 표면을 세정하기 위한 또 다른 일반적인 접근방안은 세정액을 표면 상으로 분사한 후, 그 표면을 종이나 천 타월로 닦는 것이다. 또 다른 접근방안은 흔히 이용가능한 수분 소독 또는 세정 와이프를 사용하는 것이다. 분사 세정제 또는 수분 소독 와이프를 사용하게 되면 세정 과정에 있어서 복잡성과 불편함이 증가한다. 세정 유체와 소독 와이프는 종이 타월에 비해 비교적 고가이다. 세정 유체와 수분 소독 와이프 모두는, 통상적으로 독성이 있는 화학 물질을 함유하거나 피부 접촉용을 의미하는 것은 아니었다. 그 성분들의 독성으로 인해, 세정 유체와 촉촉한 와이프는 일반적으로 조리대로부터 떨어져 보관되며, 이에 따라 빠르게 사용할 수 있도록 항상 편리하게 위치하는 것은 아니다. 제품을 사용 지점으로부터 멀리 위치시킬 필요가 있어서, 세균 제어 제품의 사용 빈도가 감소될 수 있으며, 따라서, 소비자가 추구하는 보호의 유효성이 감소될 수 있다.

따라서, 소비자가 사용하기 편한, 저가이면서 효과적인 세균제거 와이프 제품이 필요하다.

소정의 저수분(low-moisture) 세정 용품들이 단단한 표면으로부터 세균을 제거하는 데 뛰어나다는 예상 밖의 발견을 하게 되었다. 이어서, 제거된 세균들은 시트의 포어 구조 내에 격리되어, 세정된 표면 상에 다시 피착되는 것을 방지한다. 실제로, 이러한 세정 용품이 어떠한 소독제나 계면활성제 함유 세정액이 없는 경우 비다공성 표면으로부터 세균을 99% 넘게 제거할 수 있다고 판단되었다. 세균 제거는, 세정 용품 시트에 공급되는 수분에 의해 보조된다.

직물 기재를 포함하는 세정 용품 시트, 여기서 직물 기재는 내부에 포어들을 포함하고, 여기서 직물 기재는 중량 기준 배경 수분율(background moisture percentage)을 갖는, 상기 세정 용품 시트, 및 포어들 내부에 실질적으로 연결되지 않고 배치된 액체 물을 포함하는 세정 용품을 제공하며, 여기서 액체 물은 배경 수분율보다 5 내지 150% 포인트 높은 중량 기준 수분율을 갖는다.

또한, 섬유들을 갖는 부직포 기재를 포함하는 세정 용품 시트를 포함하는 세정 용품을 제공하며, 여기서 부직포 기재는 섬유들 사이에 및/또는 섬유들 내부에 형성된 포어들을 포함하고, 여기서 부직포 기재는 중량 기준 배경 수분율을 갖고, 여기서 기재는, 처리제가 없는 기재의 유전 상수로부터 유전 상수를 증가시키기 위한 처리제를 포함한다. 세정 용품은 또한 포어들 내부에 실질적으로 연결되지 않고 배치된 액체 물을 포함하고, 여기서 액체 물은 배경 수분율보다 5 내지 150% 포인트 높은 중량 기준 수분율을 갖고, 여기서 세정 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 세정 용품의 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 600% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성된다.

또한, 섬유들을 갖는 부직포 기재를 포함하는 세정 용품 시트, 여기서 부직포 기재는 섬유들 사이에 및/또는 섬유들 내부에 형성된 포어들을 포함하는, 상기 세정 용품 시트, 및 처리제가 없는 기재의 유전 상수로부터 유전 상수를 증가시키기 위한 기재 상의 처리제, 여기서 상기 처리제는 쌍성 이온을 포함하는, 상기 처리제를 포함하는 세정 용품을 제공한다. 또한, 세정 용품은 포어들 내부에 실질적으로 연결되지 않고 배치된 액체 물을 포함하고, 여기서 액체 물은 배경 수분율보다 5 내지 150% 포인트 높은 중량 기준 수분율을 갖고, 여기서 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 용품의 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 600% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성되고, 여기서 용품은 닦는 동안 ε1(와이프) > ε2(미생물 잔해) > ε3(표면)인 바람직한 유전 구배를 확립함으로써 박테리아를 제거하도록 구성된다.

본 발명의 전술한 및 다른 특징들 및 측면들과 그것들을 얻는 방식은 보다 명백해질 것이고, 발명 자체는 다음의 설명, 첨부된 청구범위 및 수반되는 도면을 참조로 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 닦는 동안 수분 탑재(moisture loading) 레벨 및 전달 기구를 도시하는 개략도이며, 이때 좌측 이미지는 응축을 통해 닦인 표면으로의 수분 전달을 나타내고 우측 이미지는 크게 포화된 와이프용 표면으로의 수분의 통상적인 움직임을 나타내고;
도 2a는 PET/나일론(50:50) 마이크로섬유의 수분 저장 마이크로구조를 개략적으로 도시하고;
도 2b는 목재 펄프 셀룰로오스 섬유의 수분 저장 마이크로구조를 개략적으로 도시하고;
도 3은 대표적인 마이크로섬유 및 HYDROKNIT 부직포 와이프 물질의 포어 크기 분포를 도시하고; 그리고
도 4a, 도 4b, 도 4c는 포어 크기와 이완 시간 간의 관계를 도시하고;
도 5a와 도 5b는 각각 마이크로섬유 및 하이드로니트 의류에 대한 수분 탑재로 인한 와이프 유전 변화를 도시하고;
도 6은 세린과 다당류 표면의 상호 작용을 도시하고;
도 7은 다당류 표면과 모델 박테리아 표면에 대한 모세관 응축의 영향을 도시하고;
도 8은 습기의 역할과 최적 습기의 존재를 도시하는 모델 박테리아 표면과 세린-개질된 표면 간의 상호 작용력을 도시하고;
도 9는 마이크로섬유와 HYDROKNIT 부직포 직물에 대한 배경 수분 레벨의 전체 범위를 도시하고;
도 10은 내부 전반사 장애법(frustrated total internal reflection method)을 개략적으로 도시하고; 그리고
도 11은 셀룰로오스형 섬유 상에 표면 접목된 세린의 영향을 나타내는 펄스 NMR 이완 속도 스펙트럼을 도시하며, 총 피크 면적은 하나로 정규화된 스펙트럼에 대하여 동일하고; 더욱 빠른 이완 속도에서의 더욱 높은 피크가 가장 바람직하다.
본 명세서 및 도면에서 참조 문자의 반복적인 사용은 본 발명의 동일하거나 유사한 특징 또는 요소를 나타내기 위해 의도된다. 도면은 대표하기 위한 것이고 반드시 일정 축척으로 도출된 것은 아니다. 도면의 특정 비율은 과장된 반면, 다른 부분은 최소화되었다.

세정 효능 개선을 위해 건식 및 습식 세정 도구를 함께 결합하는 경우에는 전통적으로 건식 기재(예, 타월 또는 유사물)와 액체 세정제(예, 소독제 또는 세제 또는 기타 활성제를 갖는 제제)가 함께 수반된다. 액체 세정제는, 세정될 표면 상에 분사될 수 있고 또는 건식 기재 내에 직접 함침될 수 있다. 이러한 실행시, 물은 일반적으로 화학적 소독제 또는 세제 또는 화학적 소독제와 세제 모두 같은 세정 활성제를 운반하기 위한 용매로 고려되는 한편, 건식 기재는 표면으로부터 세정 액체를 닦아내는 데 사용된다. 포화된 습식 와이프의 경우에, 표면으로부터 잔여 액체(예, 와이프로부터 잔재물)를 닦아내는 최종 단계를 위해 건식 기재가 종종 필요하다. 제제 탑재량에 상관없이, 물은 여전히 세정을 행하고자 하는 화학적 활성제들의 운반체로서 여겨진다.

본 발명은, 물이 활성제로 여겨지며 ~6-10% 만큼 낮은 탑재 레벨로 와이프 또는 타월에 제공되는 새로운 세정 패러다임을 개시하였다. “클라우드 세정”(cloud cleaning)이라는 용어는, 와이프로부터 표면으로의 수분 전달이 공간을 통한 증발/응축에 의해 달성되는 세정 기구를 기술하는 것이다. 세정 기구는, 구름(와이프의 내부 포어 구조)으로부터의 자연적인 비/이슬 형성(응축)과 유사하며, 화학 물질이 전혀 없는 용액일 수 있다(물이 유일한 액체인 경우).

용품은, 합성 섬유, 셀룰로오스 섬유, 또는 합성 섬유와 셀룰로오스 섬유의 조합(및 선택사항으로 필름 층, 개방 셀형 폼층, 바인더, 접착제 등의 다른 성분들)으로 제조된 와이프 또는 타월 등의 기재를 포함하며, 그에 따라 기재는, (예를 들어, 현재의 상용 습식 와이프와는 다른) 증발/응축 기구에 의해 와이프로부터 표면으로 수분이 전달되는 한, 약 6% 내지 상한값(예를 들어 150중량%)의 양의 물 등의 액체를 포함한다. 수분 탑재의 바람직한 범위는 기재에 따라 다를 수 있다. 액체는 단일 성분 또는 성분들의 혼합물일 수 있다. 다공성 매질에 대하여, 통상적인 와이프에 있어서, 유체는 모두 연결되어 있다. 포화도는, 와이프의 한 코너로부터의 유체 제거가 그 와이프의 나머지에 있어서 유체의 균형에 영향을 끼칠 정도로 충분히 높다. 이러한 점이 발생하는 포화도 레벨은 일반적으로 많은 기재들에 있어서 100% 포화도(유체 그램/건식 와이프의 그램)보다 크다. 응축/증발 기구는, 모든 포화도에서 발생하지만, 훨씬 낮은 포화도 레벨, 예를 들어, 약 40% 미만에서 액체 이송의 지배적인 형태로 된다.

이러한 “저수분” 와이프는, 예들에서 설명하는 바와 같이 AOAC 살균 분사 시험 및 Residual Self-Sanitizing Activity of Dried Chemical Residues on Hard, Non-Porous Surfaces를 위한 US EPA 프로토콜의 맞춤형 절차 결합 요소들을 사용하여 행해지는 박테리아 제거 시험마다 99%를 초과하는 박테리아 제거 효능을 달성할 수 있다. (배경 수분만 있는) 건식 기재는 일반적으로 80% 미만의 박테리아 제거 효능을 나타낸다. 이하에서 더욱 상세히 설명하는 상기 이론은, 수분이 손으로부터의 닦는 동작/가압 동안 표면 상에 “응축”된다는 것이다. 이러한 응축은, 분자 모델링 산출로부터 관찰되는 유전 특성 변화와 함께, 고 박테리아 제거를 가능하게 하는 것이다. 세정 기구는, 구름 내의 (그러나 와이프의 내부 포어 구조로부터의) 자연적인 비/이슬 형성(응축)과 유사하며, 물이 유일한 액체인 경우 화학물질이 전혀 없는 용액일 수 있다.

“마이크로섬유” 또는 50/50 나일론/PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 와이프, HYDROKNIT 부직포 와이프 물질, 및 SCOTT 종이 타월을 사용하여 데이터를 수집하였다. 건식 내지 300% 수분 범위에 이르는 수분 레벨로 시험을 행하였다.

유독한 화학물질이 없는 세정은, 인식된 가장 중요한 영역들 중 하나이며, 세정 카테고리에 있어서 빠르게 성장하고 있는 분야이다.

습식 제품들은, 본질적으로 건식 기재와 액체 세정제(예, 액체 세정제 및 함침된 습식 와이프)의 단순한 조합이다.

본 발명은, 물이 단순히 화학적 활성제들의 용매 운반체라기보다는 활성제로서 더 많이 여겨지는 새로운 세정 패러다임을 제시한다. 이러한 새로운 패러다임에서, 물 탑재 레벨 및 물을 표면에 전달하기 위한 기구를 제어하고 규제한다. 더욱 구체적으로, 새로운 세정 패러다임은, 표 1에 도시한 바와 같이, 선택된 종이 타월, 일회용 마이크로섬유 기재, 및 HYDROKNIT 부직포가, ~6-10%만큼 낮은 수분을 갖고서 외부에 탑재되는 경우(주의: 소정의 기재에 대한 배경 수분이 총 수분에 추가되어야 함), 임의의 소독제나 화학물질의 첨가 없이 비다공성 터치스크린 표면 상에서 99% 초과의 박테리아 제거 효능에 효과적으로 도달할 수 있다는 발견에 의해 가능해진다.

다양한 기재와 표면의 제거 효능

파라미터 박테리아	와이프	표면	닦는 조건 (마모 기계)
			건식 (외부 물 탑재 없음)	습식(축축함) (~6-10% 외부 물 탑재)
S. Aureus ATCC 6538 (그램 양성)	마이크로섬유 (Kim Science)	터치스크린	~35%	>99%
		유리	~70%	>99%
	WypALL-60	터치스크린	~40%	>99%
		유리	~82%	>99%
P. Aeruginosa ATCC 15442 (그램 음성)	마이크로섬유 (Kim Science)	터치스크린	~72%	>99%
		유리	~64%	>99%
	WypALL-60	터치스크린	~72%	>99%
		유리	~66%	>99%
S. Enterica ATCC 10708 (그램 음성)	마이크로섬유 (Kim Science)	터치스크린	~71%	>99%
		유리	~52%	>99%
	WypALL-60	터치스크린	~81%	>99%
		유리	~79%	>99%

세정을 위해 물과 와이프 조합(또는 ~300% 탑재 레벨에서 포화된 습식 와이프)을 사용하는 것은 알려져 있지만, 99% 초과 박테리아 제거를 위해 와이프에서 요구되는 수분의 하한선 발견은 신규한 것이다. 첫째, 저수분 와이프는, 물과 와이프만이 관련되어 있으므로, 화학 물질이 없는 진정한 친환경 세정의 예이다. 둘째, 이러한 와이프는, 물이 가능한 한 풍부하게 제공되어야 한다는 일반적인 관행 및 신념에 맞서는 것이다.

특정한 이론에 구속되지 않고, “클라우드 세정”개념은, 저수분 레벨의 와이프로부터 세정할 표면으로의 빠른 수분 전달을 잠재적으로 담당하는 기구를 설명한다. 이러한 클라우드 세정 기구에 있어서, 수분 전달은, 도 1에 도시한 바와 같이, 보통의 닦는 동작의 시간 척도에서 공간(예, 와이프의 포어 구조)을 통한 빠른 수분 증발/응축에 의해 실현된다.

도 1은 제어된 저수분 클라우드 세정과 통상적인 고(포화된) 수분 세정 간의 차이를 도시한다. 전자의 경우에, 와이프 내의 수분은 개별적인 비연결 상태에 있는 작은 포어들에 대부분 구속되어 있다. 후자의 경우에, 수분은 연결되어 있으며, 자유 유체로서 주위로 이동할 수 있다. 수분 분포의 성질 때문에, 닦는 동안 와이프로부터 표면으로의 수분 전달이 근본적으로 다르다. 저수분 와이프에 대한 주요 전달 경로는, 공기 내의 수분뿐만 아니라 구름으로부터의 자연적인 비/이슬 형성을 모방하는 빠른 수분 증발/응축 과정에 의한 공간을 통한 것이다. 그 결과, 200 내지 350중량%를 초과하는 습식 제제가 통상 탑재된, 현재 시판되고 있는 습식 와이프는, 본 발명의 범위 내에 있지 않다.

클라우드로서 공간을 통한 물의 빠른 증발과 응축의 기구는, 닦기 마모 시험기와 고속 카메라 시스템을 결합하는 동적 와이프 스테이션에 의해 확인되었다. 와이프와 유리 표면 간의 접촉을 촬상하는 신규한 방법은, 닦는 동안 발생하는 응축의 이미지를 제공하였다. 이 방법은, 유체 또는 와이퍼 섬유들 간의 접촉 지점들의 이미지를 생성하도록 내부 전반사 장애를 이용하며, 닦는 동안 발생하는 응축을 쉽게 검출할 수 있다. 이 방법은, 와이프의 손쪽 표면이 피부 온도(33℃)에 있고 유리가 실온(23℃)에 있는 경우 50ms 내에서 발생하는 응축을 측정하였다.

저수분 레벨에서의 증가된 세균 제거 효능은, LuBos Hes 등 및 Liu 등이 나타낸 바와 같이, 와이프와 표면 간의 또는 표면들 간의 마찰에 대한 수분 레벨의 영향에 관한 그들의 연구에서, 부분적으로는 H-결합 또는 수분의 고 표면 장력에 의한 와이프와 표면 간의 증가된 마찰 덕분일 수 있다. LuBos Hes 등의, The effect of moisture on friction coefficient of elastic knitted fabrics, TEKSTLVE KONFEKSYON , P206, March, 2008, 및 Liu Y. 등의, Effect of trace moisture on friction, Appl. Phys. Lett. 96, 101902 (2010); dx.doi.org/10.1063/1.3356222, Materials Science and Engineering, University of Wisconsin53706, 미국 위스콘신주 매디슨 matmodel.engr.wisc.edu/Papers/Liu_APL_2009.pdf를 참고하기 바란다. LuBos Hes는, 수분 함량이 0부터 20~40%로 증가하는 경우 탄성 편직물의 마찰 계수 연구에 있어서 마찰이 급격하게 증가한 후 더 높은 수분 레벨에서 급격한 추가 증가 없이 안정됨을 입증하였다. 그러나, 대조적으로, 저수분 레벨에서의 본 발명의 박테리아 제거 데이터는 99% 초과 박테리아 제거에 도달하도록 이러한 저수분 레벨을 이용하는 첫번째 예이다.

관찰한 99% 초과 박테리아 제거 효능을 설명하도록 물을 활성제(즉, 통상적인 세정 화학 물질들의 운반체가 아님)로서 고려하는 것은 두 가지 방식으로 이론적 모델링에 의해 또한 지지된다. 첫째, 박테리아와 와이프 간의 물의 응축(모세관 응축)은 그 둘 간의 강력한 인력을 생성한다. 이러한 인력은 대응하는 반데르발스 힘 보다 큰 차수이어서, 강력한 “리프트(lift)”를 생성한다. 둘째, 물의 높은 유전 상수(ε 80 대 ε <5(와이프 물질))는, 미생물 잔해 영역들의 분자 단편들에 연관된 원자 전하들이 대비되는 유전 상수에 비례하는 세기를 갖는 인접하는 유전체들에서 이미지 전하들을 생성하는 환경을 생성하는 데 일조한다. 이러한 대비는, 유전 상수의 차수가 아래와 같이 조작되는 경우 개선된 세정 효능을 나타낸다:

ε1(와이프) > ε2(미생물 잔해) > ε3(표면).

물의 높은 유전 상수(ε 80)는, 와이프의 유전 상수를 와이프 물질(ε <5)보다 높게 상승시키는 데 있어서 핵심 역할을 한다.

물을 저수분 레벨에서의 활성제로서 설명하기 위한 다른 가설에 있어서, 박테리아가 저수분 와이프에 의해 제거되거나 풀어지는 경우 박테리아가 표면에 대한 부착을 재확립할 수 있게 할 만큼 표면 수분이 충분하지 않으면 박테리아는 붕괴되거나 죽거나 활력을 잃는다. 저수분 와이프에 의해 닦아진 표면으로부터의 빠른 수분 증발은 닦는 동작 동안 마찰에 의해 발생하는 열에 의해 더욱 향상된다고 여겨진다. 당해 기술에서는, 대기 수분으로부터의 표면 상의 이슬 형성이 온도 및 표면 특성에 크게 관련되어 있다고 알려져 왔다. 사용자의 손이나 닦는 동작으로부터의 열(즉, 마찰 유도 열) 전달을 용이하게 할 수 있는 와이프는, 수분 증발 속도를 증가시켜, 결국 표면 상의 이슬 형성을 증가시킨다.

외부 물 탑재의 대략 6-10%가 99% 초과 박테리아 제거를 위한 최소 수분 레벨이지만, 이것이 본 발명의 클라우드 세정 와이프가 물 탑재 레벨을 정확하게 6-10%로 한정해야 함을 의미하는 것을 아니라는 점에 주목한다. 효능의 핵심은, 통상적인 모든 습식 와이프와는 대조적으로,“공간을 통한” 증발/응축 수분 전달 기구이다. 클라우드 세정 와이프에 저장된 수분 레벨은, 수분 전달이 “공간을 통한” 증발/응축인 한은 99% 초과 제거를 위한 최소 탑재 레벨보다 상당히 높을 수 있다. 그 결과, 본 발명의 수분 레벨은 클라우드 세정 용품 및 그 용품의 물질의 고유한 수분 저장 특성들에 의해 결정된다. 이는, 부분적으로는, 비섬유 공간의 용적 대 총 구조 용적의 비인 용품의 다공성 때문이다. 일반적으로, 공간에서의 전달은, 다공성이 높을 때, 예를 들어, 약 80%를 초과할 때, 발생한다. 고 유체 포화도는 증기가 이동할 수 있는 이러한 개방된 용적을 감소시킨다는 점에 주목한다. 저수분 레벨은, 와이퍼를 통한 촉촉한 공기의 더욱 양호한 움직임을 가능하게 하며, 따라서, 증발과 응축으로 인한 전달 속도를 향상시킨다.

와이프로부터 표면으로의 원하는 “공간을 통한” 수분 전달을 달성하도록, 와이프를 형성하는 섬유 및 와이프의 마이크로구조는, 불연속적인 방식으로 수분 분포를 가능하게 하는 특정한 능력을 가져야 한다. 이러한 와이프는 물을 개별적이지만 연결되지 않은 구역들에 저장할 수 있는 마이크로구조를 가져야 한다. 이러한 점에서, 섬유간 포어들 내의 대부분의 물은, 물이 섬유들의 교차부에 의해 정의되는 섬유 표면들 상에 또는 포어나 공간 내에만 있을 수 있는 지점으로 최소화되어야 한다. 일부 측면에 있어서, 개별적이며 연결되지 않은 “클라우드” 수분은, 가공된 (마이크로섬유) 및 자연적으로 형성된 내강(셀룰로오스) 구조 등의 섬유의 내부 포어들 내에 적어도 부분적으로 저장될 수 있다. 이러한 가공되었거나 자연적으로 형성된 개별적이지만 연결되지 않은 영역들의 예는, 내강과 벽 포어가 있는 구획화된 마이크로섬유와 셀룰로오스 섬유를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다(도 2a와 도 2b 참조).

이렇게 가공되었거나 자연적으로 형성된 개별적이지만 연결되지 않은 영역들이 어떻게 형성되는지에 상관없이, 섬유들 사이에 또는 섬유들 내에 연결된 포어들은, 물리적으로 식별가능해야 하며,“클라우드”의 씨앗(seed)으로서 기능할 정도로 작아야 한다. 바람직하게, 가공되었거나 자연적으로 형성된 개별적이지만 연결되지 않은 영역들을 위한 100μm 미만의 포어 크기의 %는 적어도 90 내지 95%이어야 한다. 더욱 바람직하게, 가공되었거나 자연적으로 형성된 개별적이지만 연결되지 않은 영역들을 위한 50μm 미만의 포어 크기의 %는 적어도 80 내지 90% 이어야 한다. 일부 추가 측면에 있어서, 가공되었거나 자연적으로 형성된 개별적이지만 연결되지 않은 영역들을 위한 30μm 미만의 포어 크기의 %는 적어도 50 내지 70% 이어야 한다. 또한, 일부 추가 측면에 있어서, 가공되었거나 자연적으로 형성된 개별적이지만 연결되지 않은 영역들을 위한 20μm 미만의 포어 크기의 %는 적어도 20 내지 30% 이어야 한다.

개별적이면서 연결되지 않은 클라우드 수분은, 수분 영역들이 일반적으로 분리되어 있으며 제한된 직접적 유체 대 유체 상호 작용만을 갖는다는 것을 의미할 뿐이라는 점에 주목한다. 수분은 공간을 통한 증기에 의해 여전히 활성을 가지며 동적인 연통 상태에 있다. 또한, 임의의 개별적이면서 연결되지 않은 클라우드 내의 물 분자들은 또한 내강 또는 내강형 벽뿐만 아니라 섬유의 벽 표면으로의 이동 및 그로부터의 이동을 통한 동적 연통에 의해 항상 움직이고 있다. 포어들이 작아질수록, 물 분자들은 더욱 빈번하게 표면을 찾게 되며; 이러한 과정은 펄스 핵 자기 공명 분광(펄스 NMR)에 의해 관찰할 수 있다. 이 방법에서, 섬유간 포어들 내의 대부분의 수분과 개별적이면서 연결되지 않은 포어들 내의 클라우드 수분은 물에서의 양성자의 이완 시간을 모니터링함으로써 구분될 수 있는데, 표면에 도달하는데 이동하는 거리가 짧기 때문에 작은 포어 내의 물이 큰 포어 내의 물보다 빠르게 이완되기 때문이다(도 4 참조).

클라우드 수분은, 펄스 NMR 측정에 있어서 빠르게 감소되는 이완 시간에 의해 증명되듯이, 수분 탑재 레벨이 감소되는 경우 점진적으로 지배적인 도메인으로 되는 것으로 밝혀졌다. 일례로, 수분 레벨이 3.4g/g에서 0.25g/g으로 감소된 경우 마이크로섬유 와이프에 대하여 이완 시간의 10배 감소를 관찰하였다. 다른 일례로, 클라우드 도메인은, 물 탑재 레벨이 3.3g/g에서 0.25g/g으로 감소된 경우 유일하게 관찰된 수분이다. 펄스 NMR 측정으로부터, 클라우드 수분은 와이프의 중량에 있어서 150% 미만이어야 하고, 바람직하게는, 100% 미만이어야 하고, 일부 추가 측면에서는 50% 미만이어야 하고, 일부 추가 측면에서는 20% 미만이어야 한다고 결론지었다. (예를 들어, 단단한 표면으로부터 99% 초과 박테리아 제거에 도달하는) 유효 세정을 위한 최저 클라우드 수분 경계값은 약 5% 내지 15% 수분이다.

와이프로부터 표면으로의 빠른 수분 증발 및 응축을 용이하게 할 수 있는 임의의 물질 및 방법은, 본 발명의 범위 내에 있다. 바람직하게, 증발/응축 경로에 의해 와이프로부터 표면으로 전달되는 수분의 양은 전달되는 총 수분의 적어도 51%이다. 더욱 바람직하게, 일부 측면에서, 증발/응축 경로에 의해 와이프로부터 표면으로 전달되는 수분의 양은 전달되는 총 수분의 적어도 75% 내지 85%이다. 일부 추가 측면에서, 증발/응축 경로에 의해 와이프로부터 표면으로 전달되는 수분의 양은 전달되는 총 수분의 적어도 85% 내지 95%이다. 가장 바람직하게, 증발/응축 경로에 의해 와이프로부터 표면으로 전달되는 수분의 양은 전달되는 총 수분의 적어도 95% 내지 100%이다.

본 발명의 클라우드 세정 용품은, 다음에 따르는 제품 형태들 중 하나 이상일 수 있다: 주문형(on-demand) 물 분배기와 결합되는 건식 와이프 또는 타월, 수분을 보존하기 위한 밀봉 패키지의 클라우드 세정 와이프, 및 99% 초과 박테리아 제거를 위한 개방된 공기 조건 하에서 수분 레벨을 유지할 수 있는 건조한 느낌이지만 촉촉한 와이프 또는 타월.

본 발명의 범위는, 액체의 탑재 레벨 및 액체의 전달 기구가 본 발명의 범위 내에 있는 한 임의의 제제를 포함하도록 확장될 수 있다는 점에 주목한다. 예를 들어, 보존제와 소독제 같은 활성제들은, 원하는 보존 기간과 박테리아 살균 등의 추가 장점들을 제공하도록 본 발명에 첨가될 수 있다. 다양한 다른 표면 오염물질들을 세정하는 데 일조하도록 계면활성제 및 기타 세정 활성제도 첨가할 수 있다.

수분 함량은, 용품의 건조 중량과 첨가되는 수분의 중량 비에 따라 산출된다. 예를 들어, 10%, 100%, 200% 수분 레벨은, 물 0.1그램, 1그램, 및 2그램이 중량 1그램의 건식 용품에 첨가되는 것을 의미한다.

적절한 세정 용품 시트는, 제한 없이, 크레이핑(crepe) 여부에 상관없이, 통기건조를 통해 생산되는 셀룰로오스 시트를 포함하며, 이는 당업계에 공지되어 있다. 이러한 시트는 적절한 포어 크기/분포를 갖는다. 비제한적인 예로, 이러한 세정 용품 시트는, 미국특허 3,879,257 A; 7,642,258 B2; 5,989,682 A; 5,672,248 A; 6,808,790 B2; 또는 6,423,180 B1에 개시된 방법들에 따라 제조될 수 있으며, 이들 문헌 모두는 본 명세서에 참고로 원용된다.

본 발명의 제품들은, 유효량의 항균제 없이 표면으로부터 세균을 제거하는 능력을 갖는다. 주목할 점은, 본 발명의 세정 용품이 천연이 아닌 합성 항균제 등의 유효량의 항균제를 함유하지 않는다는 점이다. “유효량”이라는 용어는, 비다공성 표면으로 전달되는 항균제의 양이 표면 상에서 독자 생존 가능한 박테리아의 4 로그 이상의 감소를 야기하는 데 충분하다는 것을 의미한다. 합성 항균제의 예들은, 살균 소독제의 활성 성분으로서 인식되는 것들이며, n-알킬 디메틸 벤질 암모늄 염화물, n-디데실, 디메틸 암모늄 염화물 및 n-알킬 디메틸 에틸벤질 암모늄 염화물 등의 지방족 및 방향족 알킬 사급 등의 표준 사차 암모늄 소독제를 포함한다. 그러나, 시트는, 소정의 항균 활성을 입증할 수 있지만 닦이는 표면 상의 세균을 제거하는 데 있어서 효과적이도록 충분한 양으로 존재하지는 않는, 양이온 습식 조강제, 건식 조강제, 및 사차 암모늄 결합 분리제(debonder) 등의 표준 제지 첨가제의 양을 함유할 수 있다.

간략하고 간결해 지도록, 본 발명에서 설명하는 값들의 임의의 범위는, 범위 내의 모든 값들을 고려하며, 해당하는 특정 범위 내의 정수 또는 그 외에는 유사한 수치인 종점들을 갖는 임의의 부 범위를 인용하는 청구항에 대하여 기재되어 있는 설명을 지지하는 것으로서 해석되어야 한다. 가상의 예시적인 예로서, 1 내지 5의 범위의 본 명세서에 개시는 특허청구범위들을 하기 범위 중 하나에 대해 지지하기 위해 고려되어야 할 것이다: 1-5; 1-4; 1-3; 1-2; 2-5; 2-4; 2-3; 3-5; 3-4; 및 4-5. 유사하게, 0.1 내지 0.5 범위의 본 명세서에 개시는 특허청구범위들을 하기 범위 중 하나에 대해 지지하기 위해 고려되어야 할 것이다: 0.1-0.5; 0.1-0.4; 0.1-0.3; 0.1-0.2; 0.2-0.5; 0.2-0.4; 0.2-0.3; 0.3-0.5; 0.3-0.4; 및 0.4-0.5. 또한, “약”이라는 용어가 선행되는 임의의 값은 그 값 자체를 위해 기재되어 있는 설명을 지지하는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어, “약 1 내지 약 5”라는 범위는, “1 내지 5”, “1 내지 약 5”, 및 “약 1 내지 5”의 범위를 개시하고 지지하는 것으로서 해석되어야 한다.

섬유의 표면은, 박테리아 등의 미생물 잔해에 부착하는 섬유의 능력을 향상시키도록 개질될 수 있다. 연속체 관점에서 볼 때, 이는 표면의 화학적 성질을 조작함으로써 달성됨으로써 섬유 표면 상의 유전 상수가 미생물 잔해의 유전 상수보다 크게 된다. 명백한 원자 관점에서 볼 때, 미생물 표면에 인접하여 위치하는 다당류- 또는 쌍성이온-그래프트된 섬유 표면에서는, 중간 수분 조건에서 섬유 표면에 대한 강력한 미생물 부착을 용이하게 하는 나노-모세관 응축 이벤트가 발생한다. 섬유성 와이프는, 쌍성이온기를 셀룰로오스형 표면에 고정하도록 다양한 알콕시실란 결합제를 사용함으로써 원하는 표면 그래프트를 갖출 수 있다. 이러한 측면은, 환경에 전달될 수 있는 화학 성분들을 사용하지 않고서 세정 용품의 유효성을 증가시킴으로써 본 발명의“친환경” 성질을 향상시킨다.

이러한 효과는 혼합된 길이-척도로 검사할 수 있으며, 섬유들은 유전 연속체로서 여겨지며, 미생물 잔해는 유전 연속체 내에 내장된 분자계로서 여겨진다. 분자계는, 일반적으로, 그램-음성 박테리아에 고정된 다당류 사슬들, 예를 들어, 리포 다당류(LPS)의 통상적인 세트로 이루어진다. 부착은, 다당류 사슬들에 속하는 부분적인 원자 전하들에 응답하여 섬유 연속체 내에 형성된 이미지 전하들의 전개 덕분일 수 있다. 부분적 원자 전하들과 이들의 이미지들 간의 인력에 의해 부착이 야기되는 것을 알게 되었다. 높은 유전 상수를 갖는 섬유들은 높은 이미지 전하들을 전개하기 때문에, 높은 섬유 유전 상수가 바람직한 것으로 여겨진다. 그러나, 다당류 사슬들에 의해 점유되는 공간의 증가된 유전 상수는 부착성 상호작용을 억제한다. 수분은 미생물 잔해 공간 또는 섬유에 대한 유전 상수를 설정하는 역할을 행하기 때문에, 최적의 수분 함량의 존재가 예상되며, 이에 따라 너무 많거나 너무 적은 물을 가지고, 부착이 억제된다. 따라서, 섬유 표면의 유전 상수를 향상시키도록 충분한 수분이 존재해야 하지만, 미생물 잔해가 물로 포화되어 섬유에 부착되지 않을 정도로 너무 많아서도 안 된다.

일 측면에 있어서, 미생물 잔해/필름을 위한 최적의 유전 상수를 찾을 수 있다. 예를 들어, 세정할 표면이 e(표면)로 지정된 유전 상수를 가지면, e(필름)으로 지정된 박테리아를 함유하는 필름의 원하는 또는 목표 유전 상수는, e(필름) = 2.414 e(표면)일 때 최적으로 된다. 예시적인 일례로, 세정할 표면이 유전 상수 3.5(매우 흔한 값)를 가지면, 그 표면으로부터 박테리아를 가장 효과적으로 제거하는 것은, 필름 유전 상수가 8.45로 증가될 때이다. 물을 필름에 추가로 첨가함으로써 그 값을 초과하게 되면, 장점이 없게 된다. 물을 필름/계로부터 제거함으로써 그 값의 미만으로 되면, 성능이 더욱 불량해진다. 또한, 섬유가 박테리아 잔해 필름에 부착된다면, 섬유는 또한 8.45를 초과하는 유전 상수(바람직하게는, 훨씬 높은 유전 상수, 예를 들어, 약 20을 초과하는 유전 상수)를 가져야 한다. 이러한 상관관계가 마이크로섬유와 하이드로니트에 대하여 각각 도 5a와 도 5b에 도시되어 있다.

본 발명의 대부분의 측면들에 있어서, 와이퍼-섬유 유전 상수는, 적어도 15, 바람직하게는 적어도 20, 더욱 바람직하게는 적어도 30이어야 한다. 박테리아를 포함하는 필름의 유전 상수가 높을수록 와이프의 섬유 표면 상의 유전 상수가 높아야 한다는 점에 주목한다. 이것이 바로 물을 박테리아 필름에 거의 첨가할 필요가 없는 이유이다.

다양한 응용 분야에서 사용되는 통상적인 베이스시트들은 셀룰로오스 섬유 및 PET/나일론 마이크로섬유이고, 이러한 베이스시트들의 섬유들은, 약 3이며 일반적으로 5보다 작은 유전 상수를 갖는다. 예를 들어, 이러한 베이스시트의 유전 상수는, 수분 범위가 약 150%로 증가하면, 대략 600% 증가하면 2.5부터 15를 초과하도록 점진적으로 증가될 수 있다. 특정한 일례에서, 유전 상수의 50% 증가는 약 10%의 수분 탑재 레벨로부터 발생할 수 있다. 15보다 큰 유전 상수를 얻도록 더욱 많은 수분을 첨가할 수 있지만, 수분 레벨은, 터치스크린 및 새롭게 출현하고 있는 표면에 대하여 150% 미만처럼 바람직하게 소정의 응용 분야들에 대하여 한정된다.

측정된 유전 상수는 표면 값이 아니라 벌크 값이라는 점에 주목한다. 15 넘는 벌크 값은 일반적으로 표면 위상을 위한 높은 값을 가리킨다. 다시 말하면, 측정된 벌크 유전 상수 15는, 섬유 표면 위상 값이 15보다 커야 함을 의미한다.

일 측면에서, 고정된 세린의 유무에 따른, 분자 동역학 시뮬레이션으로부터 얻어지는 촉촉한 표면 유전 상수는 각각 34와 17이었다.

이러한 작용 기구는 또한 완전한 원자론적 모델에 의해 확인되었다. 분자 동역학 접근방안을 이용하여 두 개의 표면 간의 상호 작용력을 직접 산출하였으며, 하나의 표면은 통상적인 그램 음성 박테리아에서 발견되는 화학적 성질을 복제하기 위한 것이고, 나머지 하나의 표면은 물과의 상호 작용을 향상시키도록 다당류 표면 또는 쌍성이온형 기를 모델링하기 위한 것이다. 세린은 예시적인 쌍성이온 선택 사항이다. 수분의 역할을 조사하고 전술한 바와 같은 최적의 물 레벨의 존재를 증명하도록, 이러한 시뮬레이션은, 습도를 조절하는 시뮬레이션 장치인 습도 조절기를 포함하였다.

와이프 표면의 두 가지 유형(다당류 또는 쌍성이온)에 대한 수분/습도 레벨의 정량적 효과는 다소 다르지만, 둘 다 습도 레벨의 급격한 영향을 나타낸다. 세린으로 코팅된 표면이 물 저장소(습도 제어 장치 즉 “습도 조절기”)와 평형 상태에 있는 경우, 세린으로 코팅된 표면 상의 물의 대부분은 세린 쌍성이온과 근접해 있지만, 이 물은 접목 면에 속하며 이에 따라 고 유전 상수의 영역을 생성한다. 이는, 세린(쌍성이온)이 좌측 표면 상에 그래프트된 알킬 사슬 상에 부착되어 있는 도 6의 상부 패널에 도시되어 있다. 박테리아 표면(LPS)을 세린 접목된 표면에 더욱 가깝게 하면, 모세관 응축이 발생하여 세린 접목된 표면과 박테리아 표면 간의 인력을 야기한다. 다당류 와이프에 있어서, 전체 와이프는 (도 6 하부 패널에 도시한 바와 같이) 물을 균일하게 운반한다. 또한, 박테리아 표면을 와이프에 더욱 가깝게 하면, 모세관 응축으로 인해 강력한 인력이 발생한다. 와이프와 박테리아 간의 강력한 인력을 야기하는 모세관 응축으로 인한 네크(neck) 형성이 도 7에 도시되어 있다.

적절한 습도 레벨에서, 세린 그래프트된 표면과 박테리아 표면 간의 인력은, 도 8에 도시한 바와 같이, 크기에 있어서 동일한 박테리아 표면과 다당류(친수성) 표면 간의 인력보다 다소 크다. 따라서, 적절한 습도에서, 세린으로 코팅된 표면은, 다당류 표면보다 박테리아를 표면으로부터 “리프트”(lift)하는 경향이 큰 것으로 예상된다. 반면에, 매우 낮은 습도 레벨에서는, 다당류 와이프가 박테리아를 당기는 데 더욱 효과적이다. 매우 높은 습도 레벨에서는(또는 와이프가 물로 완전히 적셔진 경우), 박테리아를 제거하는 와이프의 양측 유형의 능력을 무시할만하다.

전술한 모델링의 결과는, 쌍성이온을 친수성/다당류/셀룰로오스 분자 상에 접목하는 등의 표면 개질이 단순히 와이프의 양측 유형보다 박테리아 당김의 더욱 넓은 범위를 가능하게 함을 제시한다. 이를 위해, 셀룰로오스형 섬유 상에 원하는 표면 그래프트를 구축하도록 다양한 시도를 행하였다. 통상적으로, 이는, 알콕시실란 결합제를 사용하고 세린 등의 적절히 기능화된 쌍성이온이 존재할 것을 포함한다. 이에 대하여 실험을 통해 달성되고 검증된 일례는 다음과 같다.

실시예

다음에 따르는 시험 절차는, 임의의 그램 양성 또는 그램 음성 박테리아와 함께 본 발명에서 설명하는 임의의 와이프 물질에 대하여 유사한 시험들을 행할 수 있지만, 마이크로섬유 의류의 박테리아 제거 효능을 평가하는 데 사용된다. 그 절차는 AOAC 살균 분사 시험 및 Residual Self-Sanitizing Activity of Dried Chemical Residues on Hard, Non-Porous Surfaces를 위한 US EPA 프로토콜의 요소들을 결합한다.

1) 와이프 "A" (건식 조건에 대한 3개의 복제물 및 습식 조건에 대한 3개의 복제물)

2) 와이프 "B" (건식 조건에 대한 3개의 복제물 및 습식 조건에 대한 3개의 복제물)

3) 와이프 "C" (습식 조건만을 위한 3개의 복제물)

시험 물질: S. aureus ATCC 6538

절차: 매일 배양물을 매월 작업 스톡 배양물로부터 개시하고, 시험 전에 연속적으로 적어도 3번, 24±2 시간마다 전달한다. 최종 매일 계대 배양으로부터, 4mm(id) 루프를 10ml 영양배지를 함유하는 시험관 내에 전달함으로써 시험 배양을 개시한다. 시험 배양 관들을 48 내지 54시간 동안 36±1℃에서 배양한다. 시험 배양물들을 혼합하고, 10분 이상 견디도록 허용한다. 우태혈청이 보충된 살균 영양배지에서 시험 배양물의 1:10 희석을 수행하여 1-10 x 107 CFU/ml의 시험 미생물 농도 및 5% (v/v)의 최종 우태혈청 농도를 얻어냈다.

습식 및 건식 조건 하에서의 터치스크린 운반체로부터의 박테리아 제거 측정

보충된 시험 배양물의 0.03ml 부분 표본을 각 스크린의 깨끗한 직사각형 부분 위에 균일하게 펴바른다. 운반체들을 36 ± 1℃에서 30 내지 40분 동안 건조시킨다. 건조 후 약 5log 시험 미생물/운반체 농도를 얻도록 운반체들을 준비한다.

처리 전 마이크로섬유 의류 샘플의 습윤: 1초 넘지 않게 75±1cm의 거리에서, 살균된 Preval 분무기를 사용하여 의류에 살균된 정제수를 분사함으로써 각 습식 마모 사이클 전에 습식 마모에 사용되는 마이크로섬유 의류를 개별적으로 준비하고, 즉시 사용한다.

접종된 운반체의 처리: 마이크로섬유 의류 샘플들을 Gardner 마모 보트의 폭(~2인치)과 대략 균등한 폭 및 단부들을 마모 보트에 편리하게 부착하는데 충분한 길이(~7 내지 8인치)로 절단한다. 최종 치수를 기록하고 보고한다. “TexWipe 의류 와이퍼(wiper)”를 전술한 마이크로섬유 절개부로 교체하는 점을 제외하고는, Residual Self-Sanitizing Activity of Dried Chemical Residues on Hard, Non-Porous Surfaces를 위한 미국 EPA 프로토콜에서 특정되어 있는 바와 같이 Gardner 마모 시험기(1080-1090그램 중량 보트)를 준비하였다. 접종된 운반체들을, 마모 보트의 경로가 있는 표면 레벨에서 4.25" x 2.25" 터치스크린 운반체를 수용하도록 배열된 마모 기계의 플로어 상의 스페이서들 내에 무균으로 배치한다. 총 2개의 사이클 동안 EPA 잔여 위생 처리 방법에 따라 운반체들을 닦고, 여기서 한 사이클은 운반체를 우측에서 좌측으로 전달하고 운반체를 좌측에서 우측으로 복귀시키는 것을 포함한다. 이 절차를, 각 마이크로섬유 의류 유형과 각 미생물에 대하여 개별적으로 행한다.

닦인 운반체의 계수: 닦인 운반체들을, 20ml의 Letheen Broth를 함유하는 살균된 “Whirl-Pak” 또는 균등한 봉지 내에 무균 배치한다. 채취된 운반체들을, 3분±5초 동안 200rpm으로 고정된 오비탈 셰이커(orbital shaker)를 통해 교반한다. 희석액들이 이중으로 도말되어 있는 표준 희석 및 부어 심기 평판 기술들을 이용하여 샘플들을 나열한다.

실험 대조군: 추가 3개의 운반체를 (전술한 시험에서와 같이) 접종하고 건조시키고, 건조 후에 즉시 채취하며, 처리 전의 각 운반체 상의 시험 미생물(들)의 초기 농도를 나타낸다. 각 미생물의 시험 배양마다 분리 획선(streak)을 수행하여 배양 순도를 검증한다. 0.100ml의 “흙”을 살균 확인을 위해 적절한 한천에 도말한다. 모든 배지(성장 배지 및 계수 배지)의 평판 또는 부분 표본을 계수 평판들의 측면을 따라 배양하여 배지 살균성을 검증한다. 희석 시험 미생물 배양물을 계수하여 CFU/ml를 결정한다.

평판과 대조물의 배양: 모든 계수 평판들과 대조물들을 평가 전에 48±4 시간 동안 36±1℃에서 배양한다.

산출: 운반체 계수: [(평판 카운트 1 + 평판 카운트 2) / 2] x 희석 인자 x 용적 용리액 = CFU/운반체 CFU 리프트: (평균 수 대조군 CFU/운반체) (처리된 CFU/운반체) = CFULIFT %(%) 리프트: [(CFULIFT) / (평균 수 대조군 CFU/운반체)] x 100 = % 리프트.

약 43%의 상대 습도에서 배경 수분을 갖는 건식 와이프를 사용함으로써 박테리아 제거 데이터를 얻었다. 일반적으로, 와이프를 위한 배경 수분 범위는 30-60%의 상대 습도이어야 하며, 온도 범위는 68°- 79°(F)이어야 한다. 도 9는, (30093, 미국 조지아주 노르크로스, 4356 커뮤니케이션 드라이브에 소재하는 Micromeritics Instruments에 의해 제조된) 동적 기상 수착(DVS) 장비에 의해 측정되는, 77°(F)(25℃)에서의 마이크로섬유와 HYDROKNIT 부직포 와이프 물질에 대한 배경 수분 레벨의 전체 범위를 도시한다.

응축 속도 실험 방법

장비(Equipment):

5+” X 10+” 관심 물질(유리, 알루미늄, 스테인리스 스틸)로 제조된 평평한 시험 평판

5+” X 10+” 수분을 도포하기 위한 평평한 유리 평판

Kimwipes

1/100g 까지 정밀한 저울

가열된 와이퍼 블록(첨부 D 참조)

온도 제어형 수조 순환기

표면 온도 측정 시스템

공기 온도 & 습도 측정 장치

종이 타월

4”X4” 시험될 건식 와이퍼 베이스 시트(3x)

(단단한 스피드볼 고무 롤러와 같은) 고무 핸드 롤러

10” X 10” 플라스틱 지퍼백

초 단위까지 정밀한 스톱워치

절차:

a. 본 연구는 관심 습도와 실온을 갖는 연구실에서 행해야 한다.

b. 시험 평판을 세정하고 연구실에 두어, 시험 평판이 실온에 도달할 수 있게 한다. 시험 평판의 표면 온도를 시험하고 기록한다.

c. 유리 평판을 세정한다.

d. 고무 롤러를 세정한다.

e. 물 순환기를 켜고, 온도를 원하는 온도(예를 들어, 35℃)로 설정한다.

f. 가열된 시험 블록이 원하는 “손” 온도에 도달할 때까지 물 순환기 온도를 조절한다.

g. 종이 타월을 DI 수로 포화(또는 부분적으로 포화)시켜 유리 평판 상에 평평하게 둔다. 주름이 없는지 확인한다.

h. 시험 와이퍼 물질을 계량한다. 건식 중량을 M_dry로서 기록한다.

i. 시험 와이퍼 물질을 습식 종이 타월 상에 둔다.

j. 고무 롤러를 사용하여 와이퍼에 압력을 가한다. 압력의 양은 와이퍼에서의 원하는 최종 수분 함량에 의존한다.

k. 지퍼백 내에 둔다.

l. KIMWIPE 연구실 티슈 등의 연구실 티슈의 단일 건식 시트의 중량을 기록한다. 이 값을 N_dry로서 기록한다.

m. 10분 넘는 동안 대기한다. 이는 액체 물이 와이퍼 내에서 이동하기 위한 시간을 제공한다. 서로 다른 와이퍼 설계들에서는 더욱 긴 시간을 필요로 할 수도 있다.

n. 와이퍼를 백으로부터 제거하고 즉시 계량한다. 습식 중량이 매우 크면, 수분이 와이퍼로부터 공기 중으로 증발할 수 있게 한다. 이 단계를 최소화하도록 종이 타월의 포화 레벨 또는 가해지는 롤러 압력에 대하여 일부 조절이 필요할 수도 있다. 대량의 증발은 와이퍼 온도를 변화시키기 때문에 바람직하지 못하다. 시간 경과에 따라 와이퍼를 플라스틱 백들 사이에 배치함으로써, 수분 있는 와이퍼가 실온에 도달할 수 있다. 이 값을 M_wet로서 기록한다.

o. 수분 있는 와이퍼를 시험 평판 상에 즉시 배치하고, 가열된 시험 블록으로 덮는다. 스톱워치를 시작한다.

p. 연구실 티슈를 시험 블록과 와이퍼에 가깝게 유지함으로써 준비 상태에 있게 한다.

q. 30초 후에, 와이퍼와 시험 블록을 제거한다. 시험 평판의 응축을 즉시 닦다. 연구실 티슈를 구겨 볼로 되게 한다. 티슈를 저울에 가져갈 때 손으로 덮은 상태로 유지한다.

r. 구겨진 티슈를 1/100그램에 가장 가깝게 계량한다. 이 값을 N_wet로서 기록한다.

s. 모든 시험 샘플에 단계 g 내지 r을 반복한다.

산출:

다음에 따르는 식은 수분 있는 와이퍼의 수분 함량을 산출한다.

여기서, M_wet는 수분 있는 와이퍼 물질의 질량이고, M_dry는 와이퍼의 초기 건식 중량이다. 수분 함량은 단위가 없다(g/g).

다음에 따르는 식은 시험 샘플에 대한 물 응축 속도를 산출한다.

여기서, N_wet는 구겨진 티슈의 중량이고, N_dry는 티슈의 건식 중량이다. 값 A는 제곱 센티미터로 되는 가열된 와이퍼 블록의 면적이다. 이 시험에서 사용되는 블록 설계에서는, A=50cm²이다. 응축 속도 R은 g/cm²s이다.

이 절차를 이용하여 응축 속도를 시험하는 연구를 행하였다. 연구에서는, 와이프 베이스 물질 유형의 영향, 닦인 표면(베이스 유형), 및 블록의 온도(손 대용)를 조사하였다. 요약이 표 2에 도시되어 있다.

연구 결과의 요약

				와이퍼의 초기 수분 (g/g)		총 응축 (g/cm2)		응축 속도 (mg/cm2s)
와이프 유형	베이스 유형	블록 설정 온도 (℃)	N 행	평균	표준 편차	평균	표준 편차	평균	표준 편차
A60 HK	알루미늄	29	3	0.988	0.084	1.1E03	8.8E-05	3.5E-02	2.9E-03
A60 HK	알루미늄	33	3	0.694	0.105	1.3E03	1.3-E04	4.3E-02	4.4E-03
A60 HK	유리		0
A60 HK	유리	22	3	0.107	0.073	4.9E-04	1.8E-04	1.6E-02	6.1E-03
A60 HK	유리	29	3	0.906	0.099	1.2E-03	2.3E-05	4.0E-02	7.8E-04
A60 HK	유리	33	6	0.707	0.333	1.2E-03	1.6E-04	4.1E-02	5.3E-03
마이크로섬유	알루미늄	33	3	1.581	0.109	1.4E-03	1.0E-04	4.8E-02	3.4E-03
마이크로섬유	유리	22	3	0.066	0.014	4.1E-04	2.0E-04	1.4E-02	6.8E-03
마이크로섬유	유리	29	3	0.413	0.073	8.9E-04	5.4E-05	3.0E-02	1.8E-03
마이크로섬유	유리	33	6	0.153	0.064	9.3E-04	1.6E-04	3.1E-02	5.3E-03

도 10에 도시한 도는, 닦는 동안 응축된 유체 및 와이퍼 유체의 접촉을 가시화하도록 사용되는 방법의 시각적 표현을 나타낸다. 입사광선은 유리/공기 경계로부터 떨어져 다시 유리 내로 반사될 만큼 충분히 작은 각도로 되어 있다. 반사광선을 관찰함으로써, 내면의 이미지를 제공한다. 이미지는 유리/공기 표면의 접촉이 없는 곳에서 밝다. 무엇인가가 유리와 접촉하고 있다면, 광은 물질 내로 부분적으로 또는 완전히 전달될 것이며, 광은 표면으로부터 반사되지 않을 것이다. 반사광 손실은, 무엇인가가 표면과 접촉하고 있음을 나타내는 것이다. 도 10에 도시한 경우에, (거의 원형 액적으로서 도시된) 응축된 유체는 입사광을 방해할 것이며, 이에 따라 입사광은 반사되지 않고 어두운 스팟으로서 보일 것이다.

부직포 시트에 대한 유전 상수 평가 방법:

부직포 물질의 유전 상수는, E5017C 네트워크 분석기(Agilent Technologies), LCR 미터(BK Precision LCR Meter 889A), 및 Agilent 16451B 유전 시험 고정물을 사용하여 다양한 수분 레벨에 대하여 특징화된다. 병렬 평판 커패시터의 용량을 초기에 측정하고, 유전 상수를 측정한 용량 값으로부터 산출한다. 더욱 높은 물 함량을 갖는 샘플의 전도성이 출력을 방해할 수 있고 이에 따라 잘못된 결과를 나타낼 수 있기 때문에 그러한 샘플을 특징화하도록 특별한 보정 기술들이 개발되어 있다. 고 수분 레벨의 부직포 시트는 전도성이 높으며, 이는 시험 결과에 있어서 부정확한 값을 야기할 수 있다. 병렬 평판 커패시터 방법도, 부직포 시트와 같은 얇은 샘플에 대하여 특히 물질 특징화에 있어서 제한된다. 보다 얇은 물질을 측정하는 데 있어서의 한계 사항들은, 용량 값을 내리고 임의의 주변 값을 감산함으로써 기구의 다수의 보정에 의해 극복된다.

샘플 준비 절차: KIMWIPES EX-L 부직포 시트의 단일 시트를 절반으로 절단하여 약 0.22그램의 샘플 베이스 시트 중량을 제공하였다. 원자화 오리피스를 갖춘 작은 분사 병을 사용하여 세린의 3% 용액을 물에 도포하였다. 표면을 스프레이로 포화한 후 세정 용품으로 닦았으며, 여기서 닦음이라는 것은 섬유 표면 상에 용액의 박막을 남겨두는 것을 의미한다. 다음으로, 메탄올의 알콕시실란 결합제의 3% 용액을 동일한 유형의 분사 병으로 도포하고 다시 세정 용품으로 닦았다. 다시, 여기서의 닦음은 벌크 반응이라기보다는 표면 반응을 촉진시키고자 하는 것이다. 샘플들을 실온에서 건조시킨 후 50%의 상대 습도와 70°F로 제어되는 방에서 평형을 유지시켰다. 이러한 첨가 후의 중량 변화는 베이스 시트 중량의 약 5% 또는 약 0.011그램이었다.

알콕시실란 결합제는 Sigma-Aldrich 에 의해 시판되는 비스[3-(트리메톡시실릴) 프로필]아민이었다.

알콕시실란 결합제에 의해 결합되는 세린과 셀룰로오스 표면 간의 성공적인 표면 접목의 효과를, 펄스 NMR 이완 방법을 사용하여 검증하였다. 간략하게, 수분이 약간 있는 와이프의 물은 다양한 크기의 도메인들에 존재하며, 더욱 큰 비드 상태의 물은 바람직하지 못한 것으로 여겨지는 한편 매우 얇은 물의 필름은 바람직한 것으로 여겨진다. 펄스 NMR 이완 방법은 물 위상에 대한 자화 이완 속도(s)를 결정한다. 느린 이완 속도는 비드형 또는 더욱 벌크형의 물에 연관되는 한편, 매우 빠른 이완 속도는 섬유 상에 박막을 과도하게 형성하는 물에 연관된다. 본 데이터를 고려해 볼 때, 벌크 물은 약 0.5sec^-1 미만의 이완 속도를 갖는다.

표 3은, KIMWIPE EX-L 부직포 시트 대조 표본을 전술한 바와 같이 처리된 KIMWIPES EX-L 부직포 시트 샘플과 대조한다. 과도한 물(1.25g/g 초과)을 함유하는 와이프에 대하여, 3개의 이완 속도가 공통적으로 발견되었다. 이 경우, 물 함량은 1.25g/g인 임계값 미만으로 유지하고, 따라서, 2개의 이완 속도, 또는 2개의 물 도메인만이 존재한다. 컬럼에 표시된 느림, 중간, 빠름은, 그 카테고리에 속하는 전체 물의 %를 제공하는 것을 의미한다. 컬럼 R-x는, 관찰 카테고리들의 각각에 있어서 물이 접지 상태로 이완되는 속도를 제공한다. 더욱 빠른 이완을 나타내는 물의 큰 %가 바람직하다. 이러한 예들에서, 4개의 실험 복제물은 모두 대조군보다 훨씬 양호하다. 표를 참조해 볼 때, 대조군의 물의 15%만이 빠른 이완 속도 카테고리에 속하는 한편, 처리된 표면에 대해서는, 물의 약 40%가 빠른 이완을 나타낸다. 따라서, 처리된 와이프 내에 유지되는 훨씬 많은 물이 매우 얇은 필름 상태에서 존재하며, 셀룰로오스형 섬유 표면 상에 그래프트되는 세린(본 발명의 쌍성이온 모델)의 긍정적인 영향을 증명한다. 도 11은 동일한 데이터를 그래픽 형태로 도시하며, 피크는 물 도메인에 대응한다. 더욱 우측에 위치하는 (정규화된) 피크들은 더욱 빠른 이완을 나타내며, 즉, 물이 섬유 표면에 걸쳐 분산된 박막형 상태에서 존재한다.

KIMWIPES: 처리된 및 미처리된 펄스 NMR 이완 결과

샘플	WC (g/g)	느림-1 (%)	중간-2 (%)	빠름-3 (%)	속도1 (sec-1)	속도2 (sec-1)	속도3 (sec-1)
대조군	1.198	0	85.5	14.7		26.9	168
61-복제물1	0.991	0	56.2	43.8		50.8	180
61-복제물2	0.849	0	66.8	33.2		76.9	216
61-복제물3	0.778	0	53.7	46.3		71	190
61-복제물4	1.047	0	59.2	40.8		40.6	161

본 발명은 섬유들과 미생물 잔해 간의 부착을 향상시키는 방식을 제공하며, 이에 따라, 박테리아를 더욱 효과적으로 제공하는 와이프를 제조할 수 있다. 섬유 표면들은, 다양한 아미노산 또는 그 유사물 또는 세린 등의 쌍성이온 기의 부착을 통해 개질된다. 수분이 약간 있는 쌍성이온 표면은, 일단 섬유 표면에 고정되면, 높은 유전 상수를 전개하여 박테리아 입자에 대한 부착을 촉진한다.

아미노산 등의 쌍성이온을 셀룰로오스 섬유 등의 섬유의 표면에 실록산 결합제 등의 결합제를 사용하여 그래프트함으로써, 특히 고 유전 상수의 영역의 생성으로 인해 수분이 약간 있는(그러나 완전히 젖지 않은) 경우, 섬유들과 미생물 잔해(박테리아) 간의 향상된 인력/부착을 제공한다. 이는, 수분이 약간 있는 기재를 사용하여 99.9%의 박테리아를 표면으로부터 효과적으로 제거할 수 있는 와이프를 제조할 수 있게 한다.

섬유는, 표면 OH, -NH2, 또는 COOH 기 등의 적절한 “표면 기능화”를 포함하는 모든 섬유들로 일반화될 수 있다. UV 처리 또는 기타 몇몇 방사형 처리에 의해 임의의 섬유가 기능화될 수 있기 때문에, 셀룰로오스 섬유는 많은 예들 중 일례일 뿐이다.

본원에 개시된 치수들과 값들은 인용된 정확한 수치 값으로 엄밀하게 제한되는 것으로 이해되어서는 안된다. 대신, 달리 명시되지 않는 한, 각각의 이러한 치수는, 인용된 값 및 이 값 주변의 기능적으로 동등한 범위 모두를 의미하고자 하는 것이다. 예로서, "40mm"라고 개시된 치수는 "약 40mm"를 의미하고자 하는 것이다.

발명의 상세한 설명에 인용된 모든 문헌은 본원에서 참고문헌으로 관련 부분에서 통합되어 있고; 어떤 문헌의 인용은 본 발명과 관련하여 선행 기술이라고 인정하는 것으로 해석되어선 안 된다. 본원에서 기재된 용어의 임의의 의미 또는 정의가 참고 문헌으로 원용된 문헌들의 용어의 임의의 의미 또는 정의와 상충되면, 본 명세서에 기재된 용어에 할당된 의미 또는 정의가 우선한다.

본 발명의 구체적인 측면들을 예시하고 설명하였지만, 본 발명의 다양한 사상과 범위로부터 벗어나지 않고서 다른 변경과 수정을 행할 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위들에서 본 발명의 범주 내에 있는 이러한 모든 변경과 변형을 포괄하고자 한다.

Claims (20)

1. 세정 용품으로,
   직물 기재를 포함하는 세정 용품 시트, 여기서 상기 직물 기재는 내부에 포어들을 포함하고, 여기서 상기 직물 기재는 중량 기준 배경 수분율을 가지는, 상기 세정 용품 시트; 및
   상기 포어들 내부에 실질적으로 연결되지 않고 배치된 액체 물을 포함하고, 여기서 상기 액체 물은 상기 배경 수분율보다 5 내지 150% 포인트 높은 중량 기준 수분율을 갖는, 세정 용품.
2. 제1항에 있어서, 상기 직물 기재는 섬유들을 갖는 부직포 물질이고, 여기서 상기 포어들은 상기 섬유들 사이에 형성되는, 세정 용품.
3. 제1항에 있어서, 상기 직물 기재는 섬유들을 갖는 부직포 물질이고, 여기서 상기 포어들은 상기 섬유들 내부에 형성되는, 세정 용품.
4. 제1항에 있어서, 상기 직물 기재는 셀룰로오스 물질을 포함하는, 세정 용품.
5. 제1항에 있어서, 상기 직물 기재는 다당류 물질을 포함하는, 세정 용품.
6. 제1항에 있어서, 상기 용품은 액체 물을 표면에 전달하도록 구성되고, 여기서 상기 표면에 전달된 물의 대부분은 응축에 의해 전달되는, 세정 용품.
7. 제6항에 있어서, 상기 용품은 상기 표면에 전달된 액체 물의 대부분을 재흡수하도록 구성되는, 세정 용품.
8. 제1항에 있어서, 상기 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 용품의 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 700% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성되는, 세정 용품.
9. 제1항에 있어서, 상기 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 용품의 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 700% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성되고, 여기서 상기 용품은 닦는 동안 ε1(와이프) > ε2(미생물 잔해) > ε3(표면)인 바람직한 유전 구배를 확립함으로써 박테리아를 제거하도록 구성되는, 세정 용품.
10. 제1항에 있어서, 상기 기재는, 처리제가 없는 기재의 유전 상수로부터 상기 유전 상수를 증가시키기 위한 처리제를 포함하는, 세정 용품.
11. 제10항에 있어서, 상기 처리제는 쌍성 이온을 포함하는, 세정 용품.
12. 제11항에 있어서, 상기 쌍성이온은 세린인, 세정 용품.
13. 제9항에 있어서, 알콕시실란 결합제를 더 포함하는, 세정 용품.
14. 제9항에 있어서, 상기 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 용품의 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 700% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성되고, 여기서 상기 용품은 닦는 동안 ε1(와이프) > ε2(미생물 잔해) > ε3(표면)인 바람직한 유전 구배를 확립함으로써 박테리아를 제거하도록 구성되는, 세정 용품.
15. 세정 용품으로,
    섬유들을 갖는 부직포 기재를 포함하는 세정 용품 시트, 여기서 상기 부직포 기재는 상기 섬유들 사이에 및/또는 상기 섬유들 내부에 형성된 포어들을 포함하고, 여기서 상기 부직포 기재는 중량 기준 배경 수분율을 갖고, 여기서 상기 기재는, 처리제가 없는 상기 기재의 유전 상수로부터 유전 상수를 증가시키기 위한 처리제를 포함하는, 상기 세정 용품 시트; 및
    상기 포어들 내부에 실질적으로 연결되지 않고 배치된 액체 물을 포함하고, 여기서 상기 액체 물은 상기 배경 수분율보다 5 내지 150% 포인트 높은 중량 기준 수분율을 갖고, 여기서 상기 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 용품의 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 600% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성되는, 세정 용품.
16. 제15항에 있어서, 상기 처리제는 쌍성 이온을 포함하는, 세정 용품.
17. 제16항에 있어서, 상기 쌍성이온은 세린인, 세정 용품.
18. 제16항에 있어서, 알콕시실란 결합제를 더 포함하는, 세정 용품.
19. 세정 용품으로,
    섬유들을 갖는 부직포 기재를 포함하는 세정 용품 시트, 여기서 상기 부직포 기재는, 상기 섬유들 사이에 및/또는 상기 섬유들 내부에 형성된 포어들을 포함하는, 상기 세정 용품 시트;
    처리제가 없는 상기 기재의 유전 상수로부터 상기 유전 상수를 증가시키기 위한 상기 기재 상의 처리제, 여기서 상기 처리제는 쌍성 이온을 포함하는, 상기 처리제; 및
    상기 포어들 내부에 실질적으로 연결되지 않고 배치된 액체 물을 포함하고, 여기서 상기 액체 물은 상기 배경 수분율보다 5 내지 150% 포인트 높은 중량 기준 수분율을 갖고, 여기서 상기 용품의 수분은 배경 수분만이 있는 동일한 용품의 상기 유전 상수보다 적어도 50% 내지 최대 600% 높은 유전 상수를 나타내도록 구성되고, 여기서 상기 용품은 닦는 동안 ε1(와이프) > ε2(미생물 잔해) > ε3(표면)인 바람직한 유전 구배를 확립함으로써 박테리아를 제거하도록 구성되는, 세정 용품.
20. 제17항에 있어서, 상기 쌍성이온은 세린인, 세정 용품.

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