KR20230145574A - 에어로졸 스프레이, 에어로졸 스프레이 생성 방법,및 에어로졸 디스펜싱 시스템 - Google Patents

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KR20230145574A
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KR1020237027874A
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랜디 퍼넬 워싱턴
테레즈 에이. 로젝
키건 버그렌
케네스 마이클스
세바스티안 하식
댈러스 마츠
알렉산더 후퍼
앤 메첼드 르버
비체 니담
프란시스 마르티뉴스 베르호벤
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에스.씨. 존슨 앤 선 인코포레이티드
메드스프레이 비.브이.
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Abstract

에어로졸 스프레이들, 방향제 에어로졸 스프레이들을 생성하는 방법들, 및 이러한 에어로졸 스프레이들을 디스펜싱하기 위한 장비들. 에어로졸 스프레이들은, 방향제들과 같은 제품들에 대하여 스프레이들의 입자의 크기들 및 입자들의 스팬 팩터들을 포함하는, 고도로 이상적인 특성들을 가진다. 에어로졸 스프레이들을 제공하는 시스템들 및 방법들은 후에 에어로졸 입자들로 부수어지는 레일리 제트들을 형성하는 마이크로 기공들을 가지는 멤브레인을 사용한다. 에어로졸 스프레이들을 생성하기 위해 사용된 시스템들은 제품이 디스펜싱되도록 비가압형 용기 및 멤브레인의 마이크로 기공들을 통해 제품을 미는 힘을 제공하는 펌프를 가진다.

Description

에어로졸 스프레이, 에어로졸 스프레이 생성 방법, 및 에어로졸 디스펜싱 시스템
본 발명은 방향 에어로졸 스프레이들, 이러한 에어로졸 스프레이들을 생성하는 방법들, 및 이러한 에어로졸 스프레이들의 디스펜싱을 위한 시스템들에 관한 것이다.
에어로졸 스프레이들은 방향제(air fresheners), 탈취제(deodorizers), 살균제(disinfectants), 살충제(insecticides), 및 세제(cleaners)를 포함하여 많은 소비자 제품들을 제공하기 위해 사용된다. 이러한 에어로졸 스프레이들(aerosol spray)을 제공하기 위해, 상이한 유형들의 디스펜싱 시스템(dispensing system)들이 개발되었다. 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템 중 일부는 시스템이 스프레이들을 자동으로 디스펜싱하도록 유발하는 동력원(power source)을 갖거나 연결되었다. 다른 유형들의 에어로졸 디스펜싱 시스템들은 요구에 따라 사용자에 의해 구동(actuate)되는 용기(container)들에 제공된다.
매우 다양한 디스펜싱 시스템들 및 디스펜싱 시스템 구성들에도 불구하고, 일부 제품들에 있어 원하는 특성을 갖는 에어로졸 스프레이를 생성하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 방향 제품들의 경우, 시스템이 제품을 제공하여 디스펜싱 직후에 충분한 양의 향기(fragrance) 경험이 달성되는 것뿐만 아니라 향기 경험에 있어 지속성이 있는 것이 목표이다. 이를 달성하기 위해, 에어로졸 스프레이에서 입자들의 크기가 특정 범위 안에 있는 것, 및 입자들이 특정 크기들로부터 크게 벗어나지 않는 것이 보통 중요하다. 또한 방향제 스프레이에서 입자들이 스프레이가 디스펜싱 된 후 너무 빠르게 지면으로 떨어지지 않는 것 및 입자들이 디스펜싱 시스템으로부터 충분한 거리로 방출(discharge)되는 것이 보통 중요하다.
많은 에어로졸 디스펜싱 시스템은 액체 및 기체 부분들을 갖는 제품을 담는 용기를 포함한다. 액체 제품과 함께 포함된 기체는 시스템이 구동될 때 용기로부터 액체 제품을 방출하는 추진제(propellant)역할을 한다. 추진제는 액체 조성물을 담는 용기를 가압하고, 시스템이 작동될 때 용기로부터 액체 조성물이 배출(expel)하도록 힘(force)을 제공한다. 이러한 시스템에 대하여, 두 개의 주요한 유형의 추진제들이 있다: (1)탄화수소(hydrocarbon) 및 수소불화탄소(hydrofluorocarbon)(HFC)같은 액화 기체 추진제들(liquefied gas propellant)(LPG), 및 (2)이산화탄소(carbon dioxide) 및 질소(nitrogen)같은 압축 기체 추진제들(compressed gas propellant)(CGA). 일반적으로, CGA 추진제 시스템에 비하여, LPG 추진제를 사용하는 에어로졸 디스펜싱 시스템들은 스프레이에서 더 작고, 더 일정한 크기의 입자들을 생산하는 것이 가능하다. 따라서, 성능 관점에서, LPG 추진제를 사용하는 시스템이 추진제로서 CGA를 사용하는 시스템에 비하여 흔히 뛰어나다. 하지만, LPG 추진제는 높은 양의 휘발성 유기 화합물들(volatile organic compound)(VOC)을 포함해서, 그들의 사용이 여러 가지의 규제들을 받도록 만든다.
일 양태에 따르면, 본 발명은 방향제 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템을 제공한다.
시스템은 방향제 제형(air freshening formulation)을 보관하는 비가압형 용기를 포함한다. 또한 시스템은 용기와 유체 연통(fluid communication)하는 스프레이 노즐(spray nozzle)을 포함하고, 스프레이 노즐은 제품이 시스템으로부터 디스펜싱될 ?? 제품이 통과하는 마이크로 기공(micropore)들을 갖는 멤브레인(membrane)을 포함한다. 시스템은 또한 방향제 제형이 에어로졸 스프레이로서 시스템으로부터 방출되도록 방향제 제형이 용기로부터 및 스프레이 노즐을 통해(through) 이동하게 유발하는 힘을 제공하도록 구성된다. 스프레이의 입자는 약 30μm 내지 약 70μm의 Dv(50) 크기를 갖는다.
선택적으로, 에어로졸 스프레이는 스프레이 노즐에서 멤브레인의 마이크로 기공으로부터 레일리 제트(Rayleigh jet)로 발산(emanate)되고 이후에 에어로졸 스프레이의 입자(particle)들로 부서질 수 있다.
선택적으로, 노즐은 40 내지 125개의 마이크로 기공을 포함할 수 있고, 마이크로 기공들의 직경(diameter)은 약5μm 내지 약 10μm의 범위 안에 있을 수 있다.
선택적으로, 마이크로 기공들의 직경은 약 5μm 내지 약 8μm의 범위 안에 있을 수 있다.
선택적으로, 기공(pore)들에 의해 제공되는 멤브레인(membrane)의 표면 상의 총 개방 면적(total open area)은 약 1100μm2 내지 약 6150μm2일 수 있다.
선택적으로, 기공들에 의해 제공되는 멤브레인의 상기 표면들 상의 상기 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 3200μm2일 수 있다.
선택적으로, 에어로졸 스프레이는 (i)향기 오일(fragrance oil) 및 (ii)물 또는 용매(solvent)를 포함하는 적어도 하나의 방향제 조성물(air freshening composition)을 포함할 수 있다.
선택적으로, 펌프는 용적형 펌프(positive displacement pump)일 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 방향제 에어로졸 스프레이 생성(generate) 방법을 제공한다. 방법은 비-가압형 용기의 밖으로 방향제 조성물을 강제하는(forcing) 하는 단계; 및 레일리 제트가 생산되도록 멤브레인 상의 마이크로 기공들을 통해 상기 조성물을 통과시키는 단계-후에 상기 레일리 제트가 상기 에어로졸 스프레이의 입자들로 부서짐-;를 포함한다. 조성물은 (i)향기 오일 및 (ii)물 또는 용매를 포함한다.
마이크로 기공들의 직경은 약 5μm 내지 약 10μm의 범위 안에 있을 수 있고, 선택적으로 약 5μm 내지 약 8μm의 범위 안에 있을 수 있다.
선택적으로, 에어로졸 스프레이는 약 -3300까지의 (음수의) 스프레이 효능 및 약 -1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터(experience factor)를 가질 수 있다.
선택적으로, 에어로졸 스프레이는 약 -90μm까지의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 약 -1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 가질 수 있다.
선택적으로, 기공들에 의해 제공되는 멤브레인의 표면 상의 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 6150μm2일 수 있다.
선택적으로, 기공들에 의해 제공되는 멤브레인의 표면 상의 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 3200μm2일 수 있다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 향기 오일을 포함하는 방향제 조성물의 입자들을 갖는 방향제 에어로졸 스프레이를 제공한다. 입자들은 약 30μm 내지 약 70μm의 Dv(50) 입자 크기를 갖고, 에어로졸 스프레이는 약 0 내지 약 -3300의 (음수의) 스프레이 효능 및 약-1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터를 가진다.
선택적으로, 입자들은 약 35μm 내지 약 45μm의 Dv(50) 입자 크기를 가질 수 있다.
선택적으로, 조성물은 물을 포함할 수 있고, 에어로졸 스프레이는 스프레이는 약 0 내지 약 -400의 (음수의) 스프레이 효능 및 약 -0.75 내지 약 -1.0의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터를 가질 수 있다.
선택적으로, 조성물은 용매를 포함할 수 있고, 에어로졸 스프레이는 약 -950 내지 약 -3300의 (음수의) 스프레이 효능 및 약 -0.8 내지 약 -1.1의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터를 가질 수 있다.
추가적인 양태에 따르면, 본 발명은 향기 오일을 포함하는 조성물의 입자들을 갖는 방향제 에어로졸 스프레이를 제공한다. 입자들은 약 30μm 내지 약 70μm의 Dv(50) 입자 크기를 갖고, 에어로졸 스프레이는 약 -90μm까지의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 약 -1.25 까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 가진다.
선택적으로, 입자들은 약 35μm 내지 약 45μm의 Dv(50) 입자 크기를 가질 수 있다.
선택적으로, 조성물은 물을 포함할 수 있고, 에어로졸 스프레이는 약 -50μm 내지 약 -65μm의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 -0.75 내지 약 -1.0의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 가질 수 있다.
선택적으로, 조성물은 용매를 포함할 수 있고, 에어로졸 스프레이는 약 -40μm 내지 약 -65μm의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 -0.8 내지 약 -1.1의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예들에 따른 스프레이 노즐의 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 스프레이 노즐에서 마이크로 기공들을 갖는 멤브레인의 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 노즐로부터 발산하는 에어로졸 스프레이에 대한 원뿔각(cone angle)을 도시한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 마이크로 기공들을 갖는 멤브레인의 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템의 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 자동 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템의 또 다른 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베이스 용기(base container) 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템의 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 베이스 용기 에어로졸 시스템의 단면도이다.
도 9A-9C는 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이들의 입자 크기를 비교 시스템들에 의해 생성되는 에어로졸 스프레이들의 입자 크기와 비교하여 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이들의 스팬 팩터(span factor)들을 비교 시스템들에 의해 생성되는 에어로졸 스프레이들의 스팬 펙터들과 비교하여 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시 예들에 따른 시스템으로부터 디스펜싱되는 에어로졸 스프레이의 스프레이 거리(spray distance)를 비교 시스템들로부터의 에어로졸 스프레이들의 스프레이 거리들과 비교하여 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이들의 폴아웃(fallout)을 비교 시스템들에 의해 생성되는 에어로졸 스프레이들의 폴아웃과 비교하여 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따른 상이한 스프레이 노즐들을 사용하여 생성되는 에어로졸 스프레이들의 폴아웃을 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이의 지속성(longevity)을 비교 시스템들에 의해 생성되는 에어로졸 스프레이의 지속성과 비교하여 도시한다.
도 15는 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이들의 스프레이 경험 팩터들을 비교 시스템들에 의해 생성되는 에어로졸 스프레이들의 스프레이 경험 팩터들과 비교하여 도시한다.
도 16은 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이들의 입자 품질 팩터(particle quality factor)를 비교 시스템들에 의해 생성되는 에어로졸 스프레이들의 입자 품질 팩터와 비교하여 도시한다.
본 발명은 방향제 에어로졸 스프레이들, 이러한 에어로졸 스프레이들을 생성하는 방법들, 및 방향제 에어로졸 스프레이들을 디스펜싱하는 시스템들에 관한 것이다. 에어로졸 스프레이는 공기 또는 기체에서 입자들(고체 또는 액체)의 부유(suspension)이다. 많은 에어로졸 스프레이에서, 스프레이는 추진제 기체의 사용으로 시스템으로부터 디스펜싱된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 스프레이들은 추진제 기체들을 사용하여 형성되지 않는다. 그러므로, 에어로졸 스프레이는 추가적인 추진제 기체 없이 일반 공기에 부유되는(suspended) 입자들의 집합(collection)을 의미할 수 있다.
본 발명의 일부 실시 예에서, 에어로졸 스프레이는 방향 제품을 제공하기 위해 향기 복합물(compound)(들)을 포함한다.
본 명세서에 설명된 에어로졸 스프레이들의 특정 특성(property)들은 스프레이들을 방향 제품들에 유용하게 만든다. 하나의 이러한 특성은 스프레이에서 입자들의 크기이다. 입자 크기는 입자들의 Dv(50)에 의해 특징지어질 수 있고, 이 직경은 총 스프레이 부피의 50%가 상기 직경에 대하여 같거나 더 작은 직경의 물방울로 이루어진 직경이다. 에어로졸 스프레이가 방향 제품인 본 발명의 일부 실시 예들에서, 입자들의 Dv(50) 크기 범위는 약30μm 내지 약 70μm이다. 본 발명의 더 바람직한 실시 예들에서, 입자들의 Dv(50) 크기 범위는 약 35μm 내지 약 45μm이다. 본 명세서에 설명된 방법들 및 시스템들에 의해 생성된 에어로졸 스프레이들의 입자들의 크기들은 아래에서 추가적으로 설명될 것이고 다른 유형들의 시스템들에 의해 생성되는 스프레이들과 비교될 것이다.
본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이들의 또 다른 유리한 특성은 스프레이들에서 입자들의 크기들의 분배(distribution)이다. 크기 분배는 스팬 팩터(span factor)로서 수량화(quantify)될 수 있고, 이는 다음의 등식에 의해 정의된다:
Dv(10)은 직경이고 상기 직경에 대하여 총 스프레이 부피의 10%가 같거나 더 작은 직경의 방울(droplet)들로 이루어지고, Dv(50)은 직경이고 상기 직경에 대하여 총 스프레이 부피의 50%가 같거나 더 작은 직경의 방울들로 이루어지고, Dv(90)은 직경이고 상기 직경에 대하여 총 스프레이 부피의 90%가 같거나 더 작은 직경의 방울들로 이루어진다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스팬 팩터는 약 0.75 내지 약 1.25의 범위를 가질 수 있다. 물 제형을 갖는 방향제 복합물을 사용하는 본 발명의 특정 실시 예에서, 입자들에 대한 스팬 팩터는 약 0.75 내지 약 1.0의 범위를 가질 수 있다. 용매-베이스 제형의 방향 복합물들을 사용하는 본 발명의 다른 특정 실시 예들에서, 에어로졸 스프레이에서 입자들에 대한 스팬 팩터는 약 0.80 내지 약 1.1의 범위를 가질 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이의 또 다른 유리한 특성들은 디스펜싱 시스템으로부터 스프레이 입자들이 움직여 가는(travel) 거리, 공기 중의 스프레이로부터 지면 상으로의 입자들의 적은 양의 폴아웃, 및 시간의 경과에 따른 스프레이 입자들의 지속성이다. 이러한 특성들을 결정하는 방법들은 아래에 설명된 비교 실험과 함께 설명될 것이다.
또한 스프레이 경험 팩터와 같은 에어로졸 스프레이의 특성들의 조합들이 아래에 설명된다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 스프레이 경험 팩터는 입자들의 스팬 팩터의 음수 및 스프레이 효능의 조합에 의해 정의되고, 스프레이 효능은 스프레이 거리 및 퍼센트 폴아웃(percent fallout)의 곱(product)의 음수로서 정의된다. 통상의 기술자는 스프레이 경험 팩터는 방향제와 같은 제품에서 에어로졸 스프레이의 성능의 지표라는 것을 이해할 것이다. 방향 스프레이들을 제공하는 본 발명의 실시 예들에서, 스프레이 경험 팩터는 약 0부터 약 -3300까지의 (음수의(negative)) 스프레이 효능(efficacy) 및 약 -1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는다. 물-베이스(water-based) 제형을 갖는 방향 스프레이들을 제공하는 본 발명의 특정 실시 예들에서, 스프레이 경험 팩터는 약 0 내지 약 -400의 스프레이 효능 및 약 -0.75 내지 약 -1.0의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는다. 용매-베이스(solvent-based) 제형을 갖는 방향 스프레이들을 제공하는 본 발명의 다른 특정 실시 예들에서, 스프레이 경험 팩터는 약 -950 내지 -3300의 스프레이 효능 및 약 -0.80 내지 약 -1.1의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는다. 아래 논의되는 비교 데이터는 종래 기술의 시스템들로부터 디스펜싱되는 향기 스프레이들은 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이의 스프레이 경험 팩터의 범위에 해당되는 스프레이 경험 팩터들을 갖지 않는 것을 보여준다.
성능의 지표인 본 발명의 실시 예들에 따른 스프레이들의 특성들의 또 다른 조합은 입자 품질 팩터이고, 이는 스프레이에 대한 음수의 Dv(90) 입자 크기 및 스프레이 입자들에 대한 음수의 스팬 팩터에 의해 정의된다. 통상의 기술자가 알 수 있듯이, Dv(90)은 스프레이에서 더 큰 입자들의 양의 지표이고, 예를 들어, 더 낮은 Dv(90)은 더 큰 입자들의 더 적은 양을 지시한다. 그리고, 큰 입자들의 더 적은 개수는 보통 스프레이의 더 적은 폴아웃과 동일시된다. 본 발명의 실시 예들에서, 입자 품질 팩터는 약 -90μm까지의 (음수의) Dv(90) 및 약 -1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는다. 물-베이스 제형을 갖는 방향 스프레이를 제공하는 본 발명의 특정 실시 예들에서, 입자 품질 팩터는 약 50μm 내지 약 -65μm의 (음수의) Dv(90) 및 -0.75 내지 약 -1.0의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는다. 용매-베이스 제형을 갖는 방향 스프레이들을 제공하는 본 발명의 특정 실시 예들에서, 입자 품질 팩터는 약 -40μm 내지 약 -65μm의 (음수의) Dv(90) 및 약 -0.8 내지 약 -1.1의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는다. 아래에 논의되는 비교 데이터는 종래 기술의 시스템으로부터 디스펜싱되는 향기 스프레이는 본 발명의 실시 예들에 따른 에어로졸 스프레이의 입자 품질 팩터의 범위 안에 해당되는 입자 품질 팩터들을 갖지 않는다는 것을 보여준다.
본 명세서에서 설명된 에어로졸 스프레이들은 에어로졸 스프레이를 형성하는 제품이 통과하는 스프레이 노즐을 포함하는, 에어로졸 디스펜싱 시스템을 사용하여 생성될 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따른 스프레이 노즐(100)이 도 1 내지 3에 도시된다. 스프레이 노즐(100)은, 예를 들어, 아래에 설명되는 바와 같이, 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템들에 사용될 수 있다. 스프레이 노즐(100)은 플라스틱 캡 구조(plastic cap structure)(102), 멤브레인(104), 입자들이 멤브레인(104)에 도달하기 전에 큰 입자들을 수집(catch)하기 위한 필터들(106)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 멤브레인(104)은 세 개의 동심원들에 배열되는 복수의 마이크로 기공들(108)을 포함하고, 하나의 마이크로 기공(109)은 원들의 중심에 제공된다. 스프레이 노즐(100)이 사용되는 대응하는 디스펜싱 시스템은 디스펜싱되는 제품이 멤브레인에서 마이크로 기공들을 통해(through) 움직여 가도록 구성된다. 제품이 멤프레인에서 마이크로 기공들을 통해 통과한 결과, 제품은 후에 에어로졸 입자들로 부서지는 레일리 제트로 노즐(100)로부터 발산하고 스프레이를 만들어낸다. 레일리 제트는 연속적인 제트(jet)가 형성되도록 큰 속도로 노즐로부터 액체를 방출할 때 발생하는 현상이다. 그리고, 모세관힘(capillary force)으로 인해, 레일리 제트는 노즐을 떠난 직후 방울들로 부서진다. 본 명세서에서 설명된 시스템들 및 방법들과 함께, 많은 뛰어난 특성들을 갖는 에어로졸 스프레이를 결과로 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 노즐들이 도 1에 묘사된 스프레이 노즐(100)의 구성에 제한되지 않는 것임에 유의해야 한다. 예를 들어, 다른 실시 예들에서 필터링(filtering)은 노즐 구조 전에 수행된다. 그러므로 일부 스프레이 노즐들은 필터(105 및 106)을 포함하지 않는다.
본 발명의 특정 실시 예들에서, 노즐들과 함께 사용된 멤브레인들은 반도체 생산에 흔히 사용되는 잘 알려진 제조 기술들을 사용하여 제작(create)되는 실리콘 웨이퍼 칩(silicon wafer chip)들이다. 이러한 실리콘 웨이퍼 칩들 및 그들의 제조의 예시들은 미국 특허 번호. 8,936,160, 번호. 8,814,059, 번호. 9,556,398, 및 번호 10,632,265에서 확인할 수 있고, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합되었다.
본 명세서의 실시 예들에 따른 스프레이 노즐들에서 멤브레인들의 마이크로 기공들의 개수 및 레이아웃(layout)은 도 1에 도시된 구성에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 4는 또 다른 스프레이 노즐(200)의 도면을 도시한다. 이 실시 예에서, 노즐(200)은 마이크로 기공들(202)의 두 개의 동심원들을 포함한다. 다른 실시 예들에서, 스프레이 노즐들의 마이크로 기공들은 원형으로 위치될 필요는 없다. 예를 들어, 다른 실시 예들에서, 마이크로 기공들은 정사각형(square) 또는 별(star) 형상과 같이, 다른 대칭적인 기하학 구조(geometry)들로 배치(lay out)될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시 예에서, 다수의 멤브레인들은 하나의 노즐 구조에 사용될 수 있고, 다수의 멤브레인들의 각각에 있는 마이크로 기공들은 노즐로부터의 총 출력 스프레이(total output spray)의 일부를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 노즐들을 위한 하나의 설계 파라미터(design parameter)는 노즐에 사용된 멤브레인에서 마이크로 기공들의 총 개수, 즉, 노즐에서 마이크로 기공들의 개수이다. 본 발명의 일부 실시 예들에서, 스프레이 노즐을 위한 마이크로 기공들의 개수는 40 내지 125개의 범위를 갖는다. 스프레이 노즐들의 다른 설계 파라미터들은 멤브레인에서 마이크로 기공들의 직경 및 마이크로 기공들로부터 발산하는 스프레이의 원뿔각이다. 본 발명의 일부 실시 예들에서, 기공들의 직경들은 약 5μm 내지 약 10μm의 범위를 갖는다. 본 발명의 더 바람직한 실시 예에서 기공들의 직경들은 약 5μm 내지 약 8μm의 범위를 갖는다. 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에서, 기공들의 직경들은 약 5μm 내지 약 7μm의 범위를 갖는다. 원뿔각에 관해, 이는 마이크로 기공에 의해 생산되는 스프레이 제트의 마이크로 기공의 축에 대한 각도로서 정의된다. 예를 들어, 도 3에 묘사된 스프레이 노즐(300)에 도시된 바와 같이, 스프레이 제트는 노즐(300)의 축(A)에 대하여 스프레이를 원뿔각(α)으로 발사(release)하도록 각도를 갖고 발산한다. 본 발명의 실시 예들에서, 마이크로 기공들의 원뿔각은 약 0° 내지 약 15°의 범위를 갖는다. 본 발명의 더 바람직한 실시 예들에서, 마이크로 기공들의 원뿔각은 약 5° 내지 약 10°의 범위를 갖는다.
본 발명의 실시 예들에 따른 스프레이 노즐들의 파라미터를 설계하는 또 다른 방식은 기공들에 의해 제공되는 멤브레인에서의 개방 면적, 즉, 기공들의 개수에 의해 곱해진(multiplied) 멤브레인의 표면 상의 기공들의 단면 면적을 살펴보는 것이다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 스프레이 노즐에서의 멤브레인은 6μm의 직경들을 갖는 82개의 기공들을 갖고, 총 개방 면적은 약 2318μm2이다. 본 발명의 실시 예들에서, 멤브레인들 기공들에 의해 제공되는 멤브레인의 표면 상의 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 6150μm2이다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 기공들에 의해 제공되는 멤브레인의 표면 상의 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 3200μm2 이다. 통상의 기술자는 노즐에 대한 개방 면적이 디스펜싱 시스템들을 위한 작동 조건들, 특히, 멤브레인을 통해(through) 제형화(formulated)된 제품을 밀어내는 힘을 생성하는 수단(means)과 연관이 있을 것이라고 이해할 것이다. 예를 들어, (아래에 설명될) 펌프 메커니즘을 사용하는 본 발명의 실시 예들에서, 멤브레인의 기공들에 의해 제공되는 개방 면적은 제형화된 제품이 멤브레인을 통해 이동하도록 유발하기 위해 펌프가 생성하는 압력 힘(pressure force)과 연관성이 있다.
본 발명의 구체적인 실시 예들에 따른 노즐들의 구성들은 표 1에 도시된다. 표 1에 도시된 노즐들의 멤브레인들 및 마이크로 기공들의 레이아웃은 도 1에 도시된 바와 같다. 설계 번호 4 내지 6에서, "내측 링들(inside rings)"은 내부의 두 개의 동심 링(concentric ring)들을 지칭하고 "외측 링들(outside rings)"은 외부의 두 개의 동심 링들을 지칭한다.
설계 번호 마이크로 기공들의
직경 (μm)
마이크로 기공들의
개수
원뿔각
1 6 41
2 7 82 10°
3 6 82 10°
4 5 내측 링들
7 외측 링들
9 내측 링들
32 외측 링들
10°
5 5 내측 링들
7 외측 링들
18 내측 링들
64 외측 링들
10°
6 5 내측 링들
7 외측 링들
18 내측 링들
64 외측 링들
5° 내측 링들
15° 외측 링들
7 7 80 10°
8 7 52 10°
본 명세서에 설명된 스프레이 노즐들은 많은 상이한 유형들의 디스펜싱 시스템과 함께 사용될 수 있다. 종래 기술에서 잘 알려진 두 가지 유형들의 시스템들은 자동 에어로졸 디스펜서들 및 베이스-용기(base-container) 에어로졸 디스펜서들이다. 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템의 구체적인 예시는 위스콘신 주, 러신의 에스.씨. 존슨 & 손, 아이엔씨.(S.C. Johnson & Son, Inc.)(대상 출원의 양수인(assignee))에 의한 글레이드® 자동 스프레이(GLADE® Automatic Spray)라는 명칭으로 판매되고, 베이스-용기 에어로졸 디스펜싱 시스템의 구체적인 예시는 에스.씨. 존슨 & 손, 아이엔씨.에 의한 글레이드® 방향제(GLADE® Air Freshener)라는 명칭으로 판매된다. 이제 자동 에어로졸 디스펜서들 및 베이스-용기 에어로졸 디스펜서의 구성들 예시가 설명될 것이다.
도 5 및 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템(400)의 도면을 도시한다. 이러한 시스템은 몇 주와 같이, 장기간에 걸쳐 계량된 스프레이(metered spray)를 제공한다. 시스템(400)은 시스템의 작동 부분(operating part)들을 둘러싸는(enclose) 하우징(402)을 포함한다(작동 부분들을 도시하도록 하우징(402)의 일부가 제거됨). 시스템은 제형화된 제품이 에어로졸 스프레이로서 디스펜싱되도록 담는 용기(404)를 포함한다. 용기(404)는 용기(404)로부터 제품을 다 썼을 때 시스템이 다시 채워질 수 있도록 대체 가능할 수 있다. 스프레이 노즐(406)은 용기(404)와 유체 연통(fluid communication)되어서 시스템(400)이 구동될 때 용기로부터 스프레이 노즐로 제품이 위쪽을 향해(upwardly) 이동하고, 따라서, 제품이 노즐(406)을 통해(through) 통과한다. 스프레이 노즐(406)은 전술한 바와 같은, 마이크로 기공들을 갖는 멤브레인 구조를 포함한다. 구동 메커니즘(actuating mechanism)(410)은 용기(404)의 하단(bottom)에서 제공된다. 구동 메커니즘(410)은 묘사된 실시 예에서 배터리들(412)에 의해 동력이 공급되지만(powered), 대안적인 실시 예들에서, 디스펜싱 시스템은 전기 코드(electrical cord) 및 플러그(plug)와 같이 다른 수단들을 통해(through) 동력이 공급될 수 있다. 또한 시스템(400)은 구동 메커니즘(410)에 작동적으로 연결되는 컨트롤러(controller)를 갖는 서킷 보드(circuit board)(414)를 포함한다. 통상의 기술자는 도 5 및 6에 도시된 바와 같은 시스템(400)을 제공하기 위해 사용될 수 있는 구체적 유형들의 용기들, 구동 시스템들, 및 서킷 보드들을 쉽게 인식할 수 있을 것이다.
종래 기술의 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템과 달리, 본 발명의 실시 예들에 따른 시스템들은 용기로부터 제품의 방출을 초래하는 수단으로서 용기를 가압하기 위한 추진제 기체를 사용하지 않는다; 용기 안의 제품은 표준 대기압을 유지한다. 추진제 기체를 사용하는 대신에, 본 발명의 실시 예들에서 구동 메커니즘(410)은 펌프이다. 더 구체적으로, 구동 메커니즘(410)은 왕복 펌프(reciprocating pump) 및 로터리 펌프(rotary pump)와 같은, 용적형 펌프(positive displacement pump)의 형태일 수 있다. 예를 들어, 왕복 펌프로서, 펌프는 피스톤(piston), 플런저(plunger), 다이어프램(diaphragm), 또는 용기(404)의 밖으로 제품을 밀어내는 힘을 제공하는 기능을 하는 기타 구조를 포함할 수 있다. 로터리 펌프의 경우에서, 펌프는 용기로부터 제품을 방출하도록 힘을 생성하는, 기어(gear)들, 로브(lobe)들, 스크류(screw)들, 베인(vane)들, 및/또는 캠(cam)들을 포함할 수 있다. 본 발명의 특정 실시 예들에서, 펌프는 압력의 고도로 리니어한(linear) 전달(delivery)을 제공하도록 기능하는 사전압축 밸브(precompression valve)를 사용할 수 있고, 그 결과 시스템에서 제품이 일정하게 흐르게 된다.
본 발명의 실시 예들에 따른 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템들은 도 5 및 6에 도시된 구체적인 구성에 제한되지 않음에 유의해야 한다. 사실상, 통상의 기술자가 이해할 수 있듯이, 자동 시스템은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 에어로졸 스프레이들을 여전히 생성하는 반면 매우 다양한 구성들로 제공될 수 있고 많은 상이한 구조들을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5에서 노즐이 시스템의 사이드(side)에서 분사(spary out)하도록 위치되는 반면, 다른 실시 예들에서 시스템은 스프레이가 시스템의 상단에서, 즉, 수직 방향으로 디스펜싱되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 또 다른 실시 예들에서 시스템은 스프레이가 수평(0°) 및 수직(90°) 사이에서 임의의 각도로 디스펜싱될 수 있도록 조정 가능한(adjustable) 노즐로 구성될 수 있다. 본 발명과 함께 사용될 수 있는 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템의 구성들의 예시들은 미국 특허 번호. 8,061,562, 번호. 8,678,233, 번호. 9,247,724, 및 번호 9,833,533에 도시되고, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합되었다.
본 발명의 실시 예들에 따른 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템은 추진제 기체를 사용하지 않기 때문에, 시스템은 LPG들과 같은 VOC-포함 추진제 기체들을 사용하는 시스템들과 관련된 규제들을 받지 않을 것이다. 하지만, 아래 비교 결과들에 의해 보여질 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템들은 LPG 시스템에서 생성되는 스프레이들에 대해 균등하거나 더 나은 특성들을 갖는 제품 스프레이들을 제공할 수 있다. 더욱이, 발명 시스템들의 스프레이는 CGA와 같은 VOC-포함 추진제 기체들을 사용하지 않는 다른 유형들로부터 생성되는 스프레이들보다 뛰어난 경우가 많다.
도 7 및 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 베이스-용기 에어로졸 디스펜싱 시스템(500)의 예시를 도시한다. 시스템(500)은 요구에 따라 사용자에 의해 구동되고 담기도록 설계된다. 시스템(500)은 베이스 컵(base cup)(503)에 부착되는 병(bottle)(501)을 포함하고, 에어로졸 스프레이로서 디스펜싱되는 가압된 제품은 병(501)에 보관된다. 시스템(500)의 상단에는 밸브(504) 및 스프레이 노즐(506)을 포함하는 스프레이 메커니즘(spray mechanism)(502)이 있다. 전술한 바와 같이, 스프레이 노즐(506)은 마이크로 기공들을 갖는 멤브레인 구조를 포함한다. 병(501) 내에 보관된 가압된 제품들은 스프레이 메커니즘(502)의 구동을 통해(through) 디스펜싱된다. 비록 도시되지 않았지만, 스프레이 메커니즘(502) 위에(over) 캡(cap)이 제공될 수 있다. 통상의 기술자는 본 명세서에 설명된 유형의 고압의 디스펜싱 시스템과 함께 사용될 수 있는, 매우 다양한 밸브들, 스프레이 메커니즘들, 및 캡들을 인식할 것이다.
본 명의 실시 예들에 따른 베이스-용기 에어로졸 디스펜싱 시스템들은 도 7 및 8에 도시된 구체적인 구성에 제한되지 않는다. 사실상, 통상의 기술자가 이해할 수 있듯이, 베이스-용기 에어로졸 디스펜싱 시스템들은 본 명세서에서 설명된 바와 같이 에어로졸 스프레이들을 여전히 생성하는 반면 매우 다양한 구성들로 제공될 수 있고 많은 상이한 구조들을 가질 수 있다. 예를 들어, 베이스-용기 에어로졸 디스펜싱 시스템들은 미국 특허 번호. 9,040,024, 번호. 9,242,256, 번호. 9,393,336, 번호. 9,802,752, 및 번호. 10,633,168 및 미국 특허 출원 공개 번호. 2022/0062489에 도시되는 바와 같은 구성들을 가질 수 있고, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합되었다.
본 발명의 실시 예들에서, 추진제 기체는 베이스-용기 디스펜싱 시스템으로부터 에어로졸 제품의 방출을 초래하는데 사용된다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 자동 및 베이스-용기 에어로졸 디스펜싱 시스템에서 용기들은 추진제 기체로 가압될 수 있다. 전술한 바와 같이, 많은 종래 시스템들에서, 추진제 기체들은 상당한 양의 휘발성 유기 화합물들(volatile organic compound)(VOC)을 포함한다. 추진제들은 저VOC(low VOC), 무VOC(no VOC), VOC면제(VOC exempt)로 분류될 수 있다. 디메틸에테르(dimethyl ether)와 같은, 저VOC 추진제들은 낮은 증기압을 갖고 제품들에서 VOC 수준(VOC level)을 감소시키기 위해 사용된다. 디메틸에테르(Dimethyl Ether)는 물과 함께 혼합(blend)될 수 있다. 비-VOC(non-VOC) 추진제는 HFC 152a, HFC 134, 및 에탄(ethane)을 포함한다. 프로페인(propane), 뷰테인(butane) 및 아이소뷰테인(isobutane)과 같은 LPG들은 VOC들로 간주된다. 노스캐롤라이나주(North Carolina), 샬럿(Charlotte)의 허니웰 인터내셔널 아이엔씨.(Honeywell International Inc.)에 의해 판매되는 추진제 HFO 1234ze는 차세대 VOC 면제 추진제들 중 일부이다. 이와 함께, 저VOC는 VOC-프리(VOC-free) 추진제 또는 용매 또는 VOC 면제 추진제 중 하나와 VOC 추진제의 조합일 수 있다. 본 발명의 실시 예들에 따른 베이스-용기 에어로졸 시스템들은 저VOC, 무VOC, 및 VOC 면제 추진제들을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 베이스-용기 에어로졸 시스템들의 다른 실시 예들에서는 추진제 기체가 사용되지 않는다. 대신, 이 실시 예들에서 펌핑 메커니즘(pumping mechanism)이 스프레이 노즐을 통해(through) 제품을 방출하기 위한 압력 힘을 생성한다. 이러한 펌핑 메커니즘들의 예시들은 소비자 제품들에서 흔히 발견되는 것과 같은, 핸드-구동 트리거 시스템(hand-actuated trigger system)들을 포함한다. 구체적인 예시들은 미국 특허 번호. 5,474,215, 번호. 6,189,739, 및 번호. 6,708,852에서 확인할 수 있고, 이들은 그 전체가 본 명세서에 참조로서 통합되었다. 전술한 비-추진제 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템들의 경우와 같이, 본 발명에 따른 베이스-용기 에어로졸 시스템들은 VOC를 포함하는 LPG들을 포함하지 않고 원하는 특성들을 갖는 에어로졸 스프레이들을 제공한다. 상이한 제형들이 공기에 향기를 전달하기 위한 무수한 상업 제품에 사용된다. 단상의(single phase) 베이스-용기 CGA 에어로졸 디스펜싱 시스템은 일반적으로 물, 유화제(emulsifier) 및 향기를 포함하는 물-베이스 제형들을 가지는 경향이 있다. 다른 경우에는, 물-베이스 제형들은 이중상의(dual phase) 제형을 제작하도록 LPG와 함께 사용된다. 이러한 경우들에서, 제품을 흔들어 물 제형들 내에 LPG를 확산시킨다. 종종 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템은 향기를 위한 조용매(co-solvent)로서 LPG 추진제에 의존한다. 이러한 자동 장비들에서 향기는 단상의 제형을 생성하기 위해 LPG와 혼합되고(blended) 유기 용매(organic solvent)에 용해된다(dissolved). 디퓨징(diffusing) 시스템들은 다양한 용매들과 섞인 보통 아로마 화학물질(aroma chemical)들로 구성되는 향기 오일을 사용한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 아래와 같이, 방향제 조성물은 물, 유화제, 및 향기 오일을 포함하는 물-베이스 제형일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에서, 방향 복합물(air freshening compound)은 성분들의 가용화(solubilization)를 용이하게 하기 위한 알코올(alcohol)과 같은, 조용매를 갖는 용매-베이스 제형일 수 있다. 바람직하게, 조용매는 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 아이소프로판올(isopropanol), 뷰탄올(butanol) 또는 아이소뷰탄올(isobutanol)과 같은, 저분자량(low molecular weight) 일가 씨 알코올(monohydric C alcohol)이다. 아세톤(acetone)과 같은, 다른 조용매들은 에어로졸 조성물에 포함될 수도 있다. 일반적인 실시 예에서, 유화제는 상술한 바와 같이 존재할 수 있다. 조용매가 유화제의 존재 없이 에멀젼(emulsion)을 형성하기에 불충분한 양으로 조성물 안에 존재하는 경우, 유화제는 이러한 경우 약 0.4 내지 약 4 중량 퍼센트(wt.%)의 범위를 갖는 양으로 존재할 수 있다. 향기, 부식 방지제(corrosion inhibitors), pH 적정제(pH adjustors), 항미생물제(antimicrobials), 방부제(preservatives) 등과 같은 기타 추가적인 보조제(adjuvants)가 포함될 수도 있다. 상기 나열된 보조제들에 대한 바람직한 개별적인 범위들은 0 내지 약 5중량 퍼센트(wt.%), 더 바람직하게는 0 내지 약 2중량 퍼센트(wt.%)이다.
또 다른 실시 예에서, 에어로졸 조성물은 스위스 베르니어(Vernier)의 지보단 컴퍼니(Givaudan Company), 일본 도쿄(Tokyo)의 타카사고 인터네셔널 코퍼레이션(Takasago International Corporation), 및 독일 홀츠민덴(Holzminden)의 서마이즈 에이지(Surmise AG)에 의해 개발되는 향기 오일들만으로 구성될 수 있다. 이러한 제품들은 일반적으로 디퓨저(diffuser)들 또는 플러그 인 향수 오일들(plug in scented oils)에 사용된다. 추가적으로, 향기 오일은 DPMA(디프로필렌 글라이콜 에테르 아세테이트(dipropylene glycol ether acetate)), (텍사스주 어빙(Irving)의 엑손모빌 케미컬 컴퍼니(ExxonMobil Chemical Company)의) 아이소파?? 엠(Isopar?? M), DPM(디프로필렌 글라이콜 모노메틸 에테르(dipropylene glycol monomethyl ether)), 에탄올(ethanol), 및 그것의 조합들과 같이 저증기압 용매와 같은 용매에 추가될 수 있고, 더 적은 폴아웃 및 향기 경험을 개선하기 위해 증기압을 추가하기 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 저-VOC 제형들은 저-VOC 용매들을 사용하여 제작될 수 있다. 저-VOC 용매들에 대하여, 어떤 부류(class)의 재료들은 아세톤(acetone), 디메틸 탄산염(demthyl corbonate), 메틸 아세테이트(methyl acetate), 파라클로로벤조트리플루오라이드(parachlorobenzotrifluoride)(뉴욕주, 뉴욕의 마나에 의해 옥솔® 100(OXOL® 100)의 브랜드 명칭으로 판매됨), 3차-뷰틸 아세테이트(tert-butyl acetate), 및 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)를 포함할 수 있다.
용매-베이스 제형들에 대하여, 방향제 조성물은 다음과 같을 수 있다:
본 발명의 일시 예들에 따른 에어로졸 스프레이들의 독특한(unique) 특성들을 보여주기 위해, 상업적으로 가능한 에어로졸 디스펜싱 시스템으로부터 디스펜싱되는 스프레이들에 대하여 스프레이들의 특성들을 비교하기 위해 실험들이 수행되었다.
본 발명의 실시 예들에 따른 시스템을 모델링(model) 하기 위해, 발명 시스템들은 상술한 바와 같이 스프레이 노즐들을 사용하여 제작되었다. 특히, 상기 표 1에서의 설계 번호 1-9의 구성들을 갖는 스프레이 노즐들은 발명 시스템들에 사용되었다. 스프레이 노즐들은 상술한 펌프 구동 메커니즘들을 갖는 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템을 시뮬레이션하는 테스트 기구(testing apparatus)에 부착된다. 테스트 기구는 구동 플레이트(actuating plate)가 조성물이 용기의 밖으로 및 본 발명의 실시 예들에 따른 스프레이 노즐을 통해 이동하기 위한 힘을 생성하도록 작동하는 스테퍼 모터(stepper motor)를 포함한다. 힘은 자동 디스펜싱 시스템의 밖으로 제형화된 제품을 방출하는데 사용되는 힘과 비슷했다. (상술한 바와 같은) 물-베이스 제형 및 용매-베이스 제형 모두는 스프레이 노즐들과 함께 테스트되었다.
테스트 기구로부터 디스펜싱된 방향 에어로졸 스프레이들은 상용화된 자동 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템, 베이스-용기 에어로졸 디스펜싱 시스템들, 및 기타 유형의 에어로졸 디스펜싱 시스템들로부터 디스펜싱되는 방향 스프레이에 비교되었다. 5개의 상이한 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템들이 테스트되었다. 자동 에어로졸 디스펜싱 시스템들은 용매-베이스 제형들을 사용했다. 자동 시스템들 중 3개는 상술한 자동 시스템들에서 일반적으로 볼 수 있는 구성으로, 추진제 기체들을 사용하여 에어로졸 스프레이를 생성하는 자동 시스템들에 관한 구성이다. 다른 2개의 자동 에어로졸 시스템들은 종래 기술에서 잘 알려진, 심지 디퓨저 시스템들(wick diffuser system)(이하 "디퓨저")이다. 추진제로서 압축 기체(CGA)와 물-베이스 제형을 갖는 8개의 상이한 베이스 에어로졸 시스템들, 및 물-베이스 제형들과 액화된 기체 추진제(LPG)를 갖는 5개의 상이한 베이스 용기 에어로졸 시스템이 테스트되었다. 또한 백-온-밸브(bag-on-valve) 구성을 갖는 2개의 베이스-용기 에어로졸 시스템이 테스트되었다. 이러한 백-온-밸브 시스템들은 종래 기술에서 잘 알려진 것이고, 이러한 시스템들의 예시는, 예를 들어, 미국 특허 번호. 9,902,552에서 확인할 수 있다. 물-베이스 제형들을 갖는 3 개의 트리거-베이스(trigger-based) 디스펜싱 시스템이 추가적으로 테스트되었고, 이러한 디스펜싱 시스템들은 상술한 바와 같이, 에어로졸 스프레이를 생성하기 위해 펌프를 작동하는 손으로-작동되는 트리거(hand-operated trigger)를 갖는다.
본 발명의 시스템들 및 비교 시스템들로부터 디스펜싱되는 에어로졸 스프레이들은 실내 환경 조건(ambient indoor conditions), 즉 70°F 및 상습(ordinary humidity)에서 평가되었다. 시스템들은 테스트들 전에 적어도 24시간 동안 저장(store)되었다. 스프레이 평가(spray rate)는 10초 스프레이 동안 중량 변화를 통해(through) 결정되었으며, 1초당 그램(gram)으로서 보고되었고, 샘플 수명(sample life)의 첫 40초 동안 2 번의 스프레이에 대하여 평균되었다. 자동 에어로졸 분사 시스템들은 각각의 시도에 대하여 5번 구동되었다. 베이스-용기 에어로졸 시스템들(즉, LPG, CPG, 및 백-온-밸브 시스템들)을 위한 구동기(actuator)는 각각의 시도에 대하여 5초 동안 완전히 눌렸으며(depressed), 시스템들은 스프레이 전에 적절히 흔들어 졌고, 흔들기와 스프레이 사이에 2초 내지 4초까지 걸렸다. 트리거-베이스 디스펜싱 시스템들은 각각의 시도당 5번 구동되었다. 다수의 시도들이 각각의 시스템에 대하여 수행되었다.
질량 중앙 직경(mass median diameter)으로서 입자 크기, Dv(50)는 마이크론(micron)(마이크로미터(micrometer), μm) 단위로, 300mm 렌즈가 장착된 맬번 레이저 회절 입자 크기 분석기(Malvern laser diffraction particle size analyzer)로부터 결정된다. 베이스-용기 에어로졸 시스템 및 트리거 시스템들은 빔(beam)으로부터 6인치의 거리에서 스프레이된다. 자동 시스템들은 렌즈들로부터 1 내지 2인치로 스프레이된다. 모든 제품들은 렌즈들 상에 어떤 제품도 없도록 스프레이되었다. "빔 스티어링(beam steering)"에 의해 유발되는 고스트 피크(ghost peak)들을 제거하기 위해 301.7μm에서 컷오프(cutoff)가 적용되었다. 스팬 팩터는 회절 입자 크기 분석기로부터의 측정값들에 기초하여 결정되고 상술한 등식에 따라 계산된다.
폴아웃 및 제품 스프레이 거리는 공기 기류로 인한 날림(drfit)을 최소화하기 위해 저기류 공간에서 테스트되었다. 각각의 시스템들은 실험실 잭(lab jack) 상에 놓였고 3피트(ft) x 100인치(in)의 크래프트 용지(craft paper)에 수평으로 스프레이되었다. 스프레이 높이는 바닥으로부터 약 18 인치로 조정(adjust)되었다. 각각의 시스템들은 5초 동안 스프레이되었거나 또는 크래프트 용지 상에 재현 가능한(reproducable) 양의 제품을 얻기 위해 10번 구동되었다. 폴아웃은 제품을 스프레이하기 전후의 크래프트 용지의 중량 변화를 통해 결정되었다. 제품의 중량(패키지(package) 및 리필(refill))은 테스트 전후로 결정되었다. 용지 상의 제품의 양은 중량 측정에 의해(gravimetrically) 결정되었다. 폴아웃은 공기 중에 스프레이된 제품의 양 및 크래프트 용지 상에 축적된 제품의 양의 몫(quotient)에 100을 곱함으로써 결정된다.
스프레이 거리는 용지 상 또는 공기 중 다수의 방울(droplet)의 시각적 검사(visual inspection)에 의해 결정되었다. 스프레이 거리는 제품의 끝 부분(tip)으로부터 플럼(plume)의 단부(end)까지의 거리로서 (인치(inch)로) 측정되었다.
에어로졸 스프레이들의 지속성은 24 입방 피트(cubic feet)의 혼합 챔버(mixed chamber)에서 총 입자의 밀집도를 모니터링(monitoring)함으로써 측정되었다. 스프레이들의 동일한 분량(dosage)이 발명 및 비교 시스템으로부터 챔버 내로 디스펜싱되었으며 밀집도는 25분 동안 20 초의 가격을 두고 TSI 3321 공기역학적 입자 측정기(aerodynamic particle sizer)를 사용하여 측정되었다. 발명 및 비교 시스템들은 혼합되고 공기 교환이 없는 챔버의 하단 중앙에 똑바로(upright) 배치되었다. 샘플링은 플럼에서 대략 2피트 위에 있는 0.5인치 포트(port)를 통해(via) 이루어졌다. 지속성은 5% 입자 농도를 가르치는(teach) 시간으로서 결정되었다.
실험들의 결과들이 도 2에 도시된다. 표에 나열된 발명 시스템에 대하여, "SN"은 스프레이 노즐 번호(상술한 구성들에 따라)를 나타내고, "WB"는 물-베이스 제형이 사용되었다는 것을 지칭하고, "SB"는 용매-베이스 제형이 사용되었다는 것을 지칭한다. 결과에 대한 논의는 다음과 같다.
시스템



Dv(10)
(μm)


Dv(50)
(μm)


Dv(90)
(μm)


스팬 팩터


스프레이 거리


% 폴아웃



SN 1 - WB 25.83 39.19 59.2 0.851 46 0.0001
SN 2 - WB 23.46 38.41 62.21 1.009 33 2.82
SN 3 - WB 20.98 33.41 52.61 0.947 32 1.73
SN 4 - WB 28.44 42.45 63.3 0.821 36 5.34
SN 5 - WB 21.14 35.36 58.49 1.057 46 9.3
SN 6 - WB 20.95 34.33 55.51 1.007 36 10.58
SN 7 - WB 23.32 36.42 56.53 0.91 37 7.78
SN 8 - WB 24.69 36.35 53.42 0.792 50 7.4
SN 1 - SB 25.29 38.05 57.01 0.835 28 34.83
SN 2 - SB 22.18 36.49 59.23 1.016 51 63.9
SN 3 - SB 21.59 33.77 52.5 0.915 39 48.37
SN 5 - SB 21.08 35.17 42.66 1.086 34 43.77
SN 6 - SB 22.12 34.73 54.08 0.922 37 32.5
SN 7 - SB 23.03 36.23 56.49 0.924 36 44.4
SN 8 - SB 26 40.45 62.36 0.899 42 58.4
LPG 17.51 34.84 65.03 1.365 94 13.99
LPG 17.76 36.11 68.37 1.402 94 17.82
LPG 18.65 42.86 85.39 1.555 84 28.66
LPG 21.34 51.17 101.73 1.569 94 36.35
LPG 14.58 29.54 54.44 1.349 98 2.05
백-온-밸브 41.79 71.7 118.3 1.068 72 52.83
백-온-밸브 44.07 71.49 113.47 0.972 73 50.96
CGA 39.71 63.19 99.55 0.945 60 65.6
CGA 41.77 72.73 127.33 1.171 64 69.79
CGA 40.04 65.31 103.89 0.976 63 72.76
CGA 41.81 71.53 118.57 1.072 72 59.3
CGA 43.1 75.79 129.93 1.16 60 58.31
CGA 37.04 66.97 114.1 1.153 56 52.98
CGA 36.98 64.47 107.4 1.094 58 53.36
CGA 39.81 67.44 111.27 1.061 58 53.25
트리거 39.94 64.9 117.63 1.492 34 51.14
트리거 43.66 123.9 312.63 2.175 53 76.62
트리거 38.4 65.6 110.07 1.097 43 63.41
자동 9.65 19.59 37.82 1.476 38 4.65
자동 13.22 42.05 91.77 1.87 43 22.27
자동 7.18 17.84 35.98 1.613 45 2.14
디퓨저 3.58 7.06 13.26 1.367 20 0.0001
디퓨저 3.59 6.84 12.47 1.318 11 0.0001
도 9A-9C는 비교 시스템들로부터 디스펜싱되는 에어로졸 스프레이 및 발명 시스템들로부터 디스펜싱되는 에어로졸 스프레이의 입자 크기 Dv(10), Dv(50), 및 Dv(90)을 도시한다. 발명 시스템들이 약 21μm 내지 약 29μm의 Dv(10) 크기, 약 35μm 내지 약 42μm의 범위에서 Dv(50) 크기, 및 약 43μm 내지 약 62μm의 범위에서 Dv(90) 크기를 갖는 입자들을 생성했다는 것을 알 수 있다. 또한 발명 에어로졸 스프레이들에서 입자 크기들은 CGA 및 백-온-밸브 시스템의 입자 크기보다 더 작다는 것 및, 발명 에어로졸 스프레이에서 입자 크기들이 LPG 디스펜싱 시스템으로부터의 입자 크기에 매우 비슷하다(comparable)는 것을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 에어로졸 디스펜싱 시스템에서 추진제들로부터 VOC들의 양을 저감 또는 제거하는 것이 이상적이기 때문에, 이는 의미가 있다(significant). 그리고, LPG 시스템들과 달리, 발명 시스템들은 VOC-포함 LPG 추진제들을 사용하지 않는다. CGA 및 백-온-밸브 시스템들에서 추진제는 없거나 매우 적은 VOC를 갖는 반면, 결과는 이러한 시스템들로부터 디스펜싱되는 스프레이들에서 입자 크기가 더 큰 것으로 나타났다. 따라서, 추진제들 없이 생성되었던, 발명 에어로졸 스프레이들은 LPG 시스템들에서 생성된 에어로졸 스프레이들의 입자 크기들과 유사한 입자 크기를 갖고 CGA 및 백-온-밸브 시스템으로부터의 스프레이에서 발견되는 바와 같이 큰 입자 크기를 갖지 않는다.
도 10은 발명 시스템으로부터 디스펜싱되는 에어로졸 스프레이의 입자들에 대한 스팬 팩터들 및 비교 시스템들로부터 디스펜싱되는 입자들에 대한 스팬 팩터들을 도시한다. 자료는 발명 시스템들은 비교 시스템들보다 더 낮지 않더라도 비슷하게 낮은 스팬 팩터를 갖는다는 것을 도시한다. 일반적으로 상술한 바와 같이, 더 낮은 스팬 팩터는 스프레이들에서 입자들의 크기가 더 일정하다는 것을 의미한다. 그리고, 방향 제품들의 경우, 일정한 입자 크기는 더 일정한 소비자 향기 경험을 제공한다.
도 11은 발명 시스템들로부터 디스펜싱되는 에어로졸 스프레이들의 입자들에 대한 스프레이 거리들 및 비교 시스템들로부터 디스펜싱되는 입자들에 대한 스프레이 거리들을 도시한다. 발명 시스템들로부터의 스프레이 거리는 일반적으로 비교 시스템들, 특히 자동 및 트리거-베이스 시스템으로부터의 거리와 일반적으로 비슷하다.
도 12는 발명 시스템들 및 비교 시스템들로부터 디스펜싱되는 에어로졸 스프레이들의 입자들에 대한 폴아웃의 비교를 도시한다. 도 13은 본 발명의 실시 예들에 따라 상이한 스프레이 노즐들 및 제형들로 생성된 폴아웃을 추가적으로 비교한 것이다. 특히, 스프레이 노즐 설계 번호 1-8은 물-베이스 제형(도 13에서 1/W, 2/W 등으로 지칭됨)으로 테스트되었고 스프레이 노즐 설계 번호 1, 2, 및 4-8은 용매-베이스 제형(도 13에서 1/S, 2/S 등으로 지칭됨)으로 테스트되었다.
과도한 폴아웃은 소비자 만족 관점에서 바람직하지 않기 때문에 폴아웃은 에어로졸 스프레이들의 평가에서 중요한 팩터이다. 도 12 및 13에 도시된 자료는 물-베이스 제형을 갖는 발명의 에어로졸 스프레이들은 약 0 내지 10% 범위의 폴아웃을 가졌다. 특히, 이 폴아웃의 범위는 CGA 및 백-온-밸브 시스템으로부터의 폴아웃보다 더 적었고, LPG 베이스-용기 시스템들로부터의 폴아웃과 동등했다. 상술한 바와 같이, 발명 에어로졸 스프레이는 발명 시스템은 추진제 기체들을 포함하지 않기 때문에 LPG 추진제 베이스-용기 시스템에 비하여 유리했다. 따라서, 물-베이스 용제를 갖는 발명 시스템들은 LPG 시스템들에서 발견되는 고VOC 추진제의 단점 없이 LPG 시스템들에서 발견되는 낮은 폴아웃의 장점을 갖는다.
발명 시스템 및 비교 시스템들에 대한 지속성 테스트들의 결과들은 표 4 및 도 14에 도시된다. 상술한 바와 같이, 지속성은 5% 입자 밀집도를 가르치는(teach)시간으로서 결정되었다. 이 테스트들에 대하여, 물-베이스 제형 및 설계 번호 1을 갖는 스프레이 노즐이 사용되었다. 비교를 위해, 1개의 LPG 시스템, 2개의 백-온-밸브 시스템들, 4개의 CGA 시스템들, 2개의 자동 시스템들, 및 2개의 디퓨저 시스템들이 테스트되었다.
시스템 지속성
(sec)
발명 740
LPG 760
백-온-밸브 1060
백-온-밸브 1240
CGA 340
CGA 180
CGA 800
CGA 520
자동 60
자동 280
자동 240
디퓨저 200
디퓨저 60
발명 시스템으로부터의 에어로졸 스프레이의 지속성이 자동 및 디퓨저 시스템들로부터의 에어로졸 스프레이의 지속성보다 더 컸고, CGA 추진제 시스템들의 대부분보다 더 컸고, LPG 추진제 시스템과 비슷했다.
도 15는 발명 시스템들로부터의 에어로졸 스프레이의 스프레이 경험 팩터들 및 비교 시스템들로부터의 에어로졸 스프레이들의 스프레이 경험 팩터들을 도시한다. 상술한 바와 같이, 스프레이 경험 팩터는 스프레이 효능 및 입자 스팬(particle span)의 조합에 의해 정의되고, 스프레이 효능은 스프레이 거리 및 퍼센트 폴아웃(percent fallout)의 곱(product)의 음수로서 정의되고, 스팬은 입자들의 스팬 팩터의 음수로서 정의된다. 도 15에 도시된 결과와 같이, 발명 에어로졸 스프레이들은 약 -0.75 내지 약 -1.1의 (음수의) 스팬 및 약 0 내지 약 -3300의 스프레이 효능을 갖는 스프레이 경험 팩터를 가졌다. 비교 시스템들 중 어느 것도 발명 시스템의 범위에서 스프레이 경험 팩터를 가지지 않았다. 제품이 더 일정한 입자 크기(낮은 스팬 팩터) 및 더 큰 스프레이 성능(더 큰 스프레이 거리 및 더 작은 폴아웃)을 포함하는 특성들의 조합을 가질 것이기 때문에 이는 발명 에어로졸 제품들이 예를 들어, 방향 제품들로서 사용될 때 더 나은 성능을 갖는 것을 보여준다.
도 16은 발명 시스템들 및 비교 시스템들에 대한 입자 품질 팩터를 도시한다. 상술한 바와 같이, 입자 품질 팩터는 스프레이에 대한 Dv(90) 입자 크기의 음수 및 스프레이 입자들에 대한 스팬 팩터의 음수에 의해 정의된다. 도 16에 도시된 결과는 발명 에어로졸 스프레이들이 비교 시스템들로부터의 스프레이들에서 발견되지 않은 입자 품질 팩터들을 가지며, (음수의) Dv(90)의 범위는 약 -40μm 내지 약 -65μm이고 (음수의) 스팬 팩터의 범위는 약 -0.75 내지 약 -1.1이다. 따라서, 발명 시스템들로부터의 스프레이들은 좁은 범위(narrow range)에 들어가는 큰 크기의 입자들을 더 적게 포함했다. 발명 스프레이들에 대한 입자 품질은 뛰어난 방향 제품들을 제공한다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 종래 기술에서 발견되지 않은 에어로졸 스프레이들, 에어로졸 스프레이들을 생성하는 방법들, 및 에어로졸 스프레이들을 생성하는 시스템들을 제공한다. 발명 에어로졸 스프레이들은 많은 적용들, 특히 방향 제품들에 대하여 이상적으로 스프레이하도록 하는 특성들 및 특성들의 조합을 갖는다.
본 명세서에서 본 발명의 다양한 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서, 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다. 관련 기술의 통상의 기술자에게 형태 및 세부 사항에 있어 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 발명은 상술한 실시 예들 중 어떤 것에 의해서도 제한되어서는 안 되고, 오직 다음의 청구범위 및 그들의 균등물에 따라서 정의되어야 한다.
산업상 이용가능성(Industrial Applicability)
본 명세서에서 설명된 본 발명은 에어로졸 디스펜싱 시스템들의 상업적 생산(commercial production)에 사용될 수 있다. 이러한 에어로졸 디스펜싱 시스템은 예를 들어, 방향 제품들의 시장과 같은, 매우 다양한 용도로 사용된다.

Claims (23)

  1. 방향제 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템에 있어서,
    방향제 제형을 보관하는 비-가압형 용기;
    상기 용기와 유체 연통되는 스프레이 노즐-상기 스프레이 노즐은 상기 제품이 상기 시스템으로부터 디스펜싱될 때 상기 제품이 통과하는 마이크로 기공들을 갖는 멤브레인을 포함함-; 및
    상기 방향제 제형이 에어로졸 스프레이로서 상기 시스템으로부터 방출되도록 상기 방향제 제형이 상기 용기로부터 및 상기 스프레이 노즐을 통해 이동하게 유발하는 힘을 제공하도록 구성되는 펌프를 포함하고,
    상기 스프레이에서 입자들은 약 30μm 내지 약 70μm의 Dv(50) 크기를 갖는, 방향제 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에어로졸 스프레이는 상기 스프레이 노즐에서 상기 멤브레인의 마이크로 기공들로부터 레일리 제트로 발산되고 이후에 상기 에어로졸 스프레이의 입자들로 부서지는, 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노즐은 40 내지 125개의 마이크로 기공을 포함하고,
    상기 마이크로 기공들의 직경은 약 5μm 내지 약 10μm의 범위 안에 있는, 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    마이크로 기공들의 직경은 약 5μm 내지 약 8μm의 범위 안에 있는, 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기공들에 의해 제공되는 상기 멤브레인의 상기 표면 상의 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 6150μm2인, 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기공들에 의해 제공되는 상기 멤브레인의 상기 표면들 상의 상기 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 3200μm2 인, 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에어로졸 스프레이는 (i)향기 오일 및 (ii)물 또는 용매를 포함하는 적어도 하나의 방향제 조성물을 포함하는, 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항에 있어서,
    상기 펌프는 용적형 펌프인, 에어로졸 스프레이 디스펜싱 시스템.
  9. 방향제 에어로졸 스프레이 생성 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    비-가압형 용기의 밖으로 방향제 조성물을 강제하는 하는 단계; 및
    레일리 제트가 생산되도록 멤브레인 상의 마이크로 기공들을 통해 상기 조성물을 통과시키는 단계-후에 상기 레일리 제트가 상기 에어로졸 스프레이의 입자들로 부서짐-;를 포함하고,
    상기 방향제 조성물은 (i)향기 오일 및 (ii)물 또는 용매를 포함하는, 방향제 에어로졸 스프레이 생성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로 기공들의 직경은 약 5μm 내지 약 10μm의 범위 안에 있는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로 기공의 직경은 약 5μm 내지 약 8μm의 범위 안에 있는, 방법.
  12. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에어로졸 스프레이는 약 -3300까지의 (음수의) 스프레이 효능 및 약 -1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터를 가지는, 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에어로졸 스프레이는 약 -90μm까지의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 약 -1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 갖는, 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기공들에 의해 제공되는 상기 멤브레인의 상기 표면 상의 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 6150μm2인, 방법
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기공들에 의해 제공되는 상기 멤브레인의 상기 표면 상의 총 개방 면적은 약 1100μm2 내지 약 3200μm2인, 방법.
  16. 방향제 에어로졸 스프레이에 있어서,
    향기 오일을 포함하는 방향 조성물의 입자들을 포함하고,
    상기 입자들은 약 30μm 내지 약 70μm의 Dv(50) 입자 크기를 갖고,
    상기 에어로졸 스프레이는 약 0 내지 약 -3300의 (음수의) 스프레이 효능 및 약-1.25까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터를 가지는, 방향제 에어로졸 스프레이.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 입자들은 약 35μm 내지 약 45μm의 Dv(50) 입자 크기를 갖는, 에어로졸 스프레이.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 조성물은 물을 포함하고,
    상기 에어로졸 스프레이는 약 0 내지 약 -400의 (음수의) 스프레이 효능 및 약 -0.75 내지 약 -1.0의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터를 가지는, 에어로졸 스프레이.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 조성물은 용매를 포함하고,
    상기 에어로졸 스프레이는 약 -950 내지 약 -3300의 (음수의) 스프레이 효능 및 약 -0.8 내지 약 -1.1의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 스프레이 경험 팩터를 가지는, 에어로졸 스프레이.
  20. 에어로졸 스프레이에 있어서,
    향기 오일을 포함하는 조성물의 입자들을 포함하고,
    상기 입자들은 약 30μm 내지 약 70μm의 Dv(50) 입자 크기를 갖고,
    상기 에어로졸 스프레이는 약 -90μm까지의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 약 -1.25 까지의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 가지는, 에어로졸 스프레이.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 입자들은 약 35μm 내지 약 45μm의 Dv(50) 입자 크기를 가지는, 에어로졸 스프레이.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 조성물은 물을 포함하고,
    에어로졸 스프레이는 약 -50μm 내지 약 -65μm의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 -0.75 내지 약 -1.0의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 가지는, 에어로졸 스프레이.
  23. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 조성물은 용매를 포함하고,
    에어로졸 스프레이는 약 -40μm 내지 약 -65μm의 (음수의) Dv(90) 입자 크기 및 -0.8 내지 약 -1.1의 (음수의) 스팬 팩터를 갖는 입자 품질 팩터를 가지는, 에어로졸 스프레이.
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