TWI750244B - 抗微生物親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿 - Google Patents

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Abstract

本揭露之發明人驚訝地認知到，在纖維素海綿上使用的抗微生物處理在親水性聚胺甲酸酯海綿中不起作用。因此，本揭露之發明人發現需要在親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿上使用抗微生物處理。本發明人發明了一種用於親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿的抗微生物組成物，其包括醋酸鹽溶液保濕劑。本發明人發明了另一種用於親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿的抗微生物組成物，其包括非鹵素保濕劑，該非鹵素保濕劑包含具有介於約3及10之間的pH及在25℃下小於0.9的水活性的鹽溶液。

Description

抗微生物親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿
本揭露大致上關於親水性聚胺甲酸酯海綿及其製造方法海綿在例如家庭和工業清潔應用中是有用的。
海綿是常見的清潔物品。海綿是具有吸收品質的輕型連結結構。海綿廣泛用於許多清潔應用。存在許多類型的海綿。最常使用的海綿是纖維素海綿。除了普遍的纖維素海綿之外，還存在聚胺甲酸酯或聚脲海綿。例如，美國專利第4,638,017號描述了一種例示性親水性聚胺甲酸酯/聚脲海綿。又，PCT專利公開第WO 2016/044512號描述了使用非磺化多元醇和磺化多元醇的多元醇混合物所製備的親水性聚胺甲酸酯發泡體。又，PCT專利公開第WO 2016/044073號描述了使得海綿具有較高吸水速率的親水性聚氨酯海綿，其包括微粒填料(例如，諸如澱粉基奈米粒子)。
在沒有實質含水量的情況下(亦即在其乾燥狀態下)，一些海綿傾向於收縮且變得過硬。在實質含水量的情況下(亦即在其潮濕狀態)，海綿是蓬鬆且柔軟的。消費者絕大多數喜歡購買蓬鬆且柔軟的海綿，而不是皺縮和僵硬的海綿。由於這種消費者偏好，那些在沒有實質含水量而皺縮的海綿經常被包裝在稍微潮濕的條件下向消 費者出售，以使其保持蓬鬆和柔軟。然而，這種潮濕的環境可能導致在海綿上和/或海綿包裝上非所欲的細菌、真菌、和/或黴菌生長。存在各種保存產品和促進包裝穩定性的方法，其包括使用抗微生物劑、防腐劑和滅菌技術。
本揭露之發明人驚訝地認知到，在纖維素海綿上使用的抗微生物處理在親水性聚胺甲酸酯海綿中不起作用。因此，本揭露的發明人發現需要開發能夠在親水性聚胺甲酸酯海綿上作用良好的抗微生物處理。
本揭露的發明人發現，將包括醋酸鹽溶液保濕劑的抗微生物組成物併入親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿內，部分地或完全地殺死親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿內的微生物，諸如但不限於細菌、真菌、黴菌、黴、和/或病毒。
本發明人亦發現，將抗微生物組成物併入用於親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿(該抗微生物組成物包括非鹵素保濕劑，其包含具有介於約3與10之間的pH、及在25℃下小於0.9的水活性之鹽溶液)部分地或完全地殺死親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿內的微生物，諸如但不限於細菌、真菌、黴菌、黴、和/或病毒。
本揭露的一些實施例關於親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其包含：包括醋酸鹽溶液保濕劑的抗微生物組成物。本揭露的一些實施例關於一親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其包含：一抗微生物組成物，其包括含有非鹵素之保濕劑，該含有非鹵素之保 濕劑包含具有介於約3與10之間的pH及在25℃下小於0.9的水活性之鹽溶液。
本揭露的一些實施例關於製造海綿的方法，其包括：提供親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿；使輸入溶液吸收至該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿中，該輸入溶液包含醋酸鹽溶液保濕劑；以及將海綿包裝在密封包裝中。在一些實施例中，該方法進一步涉及將醋酸鹽溶液保濕劑結合在海綿內。
在一些實施例中，該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿具有介於約0.2g/g發泡體與約10g/g發泡體之間的濕擦拭保水能力。在一些實施例中，該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿具有介於約3與約10之間的pH。在一些實施例中，該抗微生物組成物及/或該海綿通過ASTM G21。在一些實施例中，該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿及/或該抗微生物組成物通過在本文中所述之老化試驗。在一些實施例中，該抗微生物組成物進一步包括除生物劑、殺黴劑、防腐劑、除生物劑、抗真菌劑、殺蟲劑、及/或其組合。在一些實施例中，該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿及/或該抗微生物組成物具有在25℃下小於0.9的水活性。在一些實施例中，該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿進一步包括一或多個磺酸鹽基團。在一些實施例中，如前述請求項中任一項之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿係包裝在一包括水分的密封容器中。
將詳細描述多種實施例及實施方案。這些實施例不應解讀為以任何方式限制本申請案之範疇，且可做出變化及修改，而不偏離本發明之精神及範疇。此外，本文中僅描述一些最終用途，但本文中未具體述及之最終用途係包括於本申請案之範疇中。由此，本申請案之範疇應從申請專利範圍判定。
如本文中所使用，用語「發泡體(foam)」係指由兩種不相似材料形成的兩種相異相所製成之一膠態分散體。因此，一發泡體也可稱為一凝固膠態分散體。針對聚胺甲酸酯(PU)發泡體，例如分散一氣體(最常見為發泡反應期間形成的二氧化碳氣體)於該PU液體內，以形成一相異分散相。此分散體係隨後凝固，以獲得固態PU發泡體。如本文中所使用，用語「海綿」係用以描述一凝固膠態分散體。如本文中所使用的海綿及發泡體材料之定義可以與「Foundations of Colloid Science」，Vol.1,Robert J.Hunter,Oxford University Press,New York,1987中所定義者一致，其全文係以引用方式併入本文中。
在本文中所述之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿可以任何已知的方式製造。一些例示性如親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿包括，例如，描述於美國專利第4,638,017號、PCT專利公開第WO 2016/044512號、及PCT專利公開第WO 2016/044073號中者，其各者的全文併入本文中。 親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿係高親水性的，通常具有10倍於自身重量之水保持力。其等亦展示出極佳的濕強度，並且能夠給予流體及吸收液體兩者。親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿可含有額外材料如染料、香料、香氛、界面活性劑、和強化纖維。強化纖維可係天然纖維、薄紙屑(tissue dust)、開放碎漿纖維、棉纖維。天然纖維包括棉、羊毛、絲、麻、竹、黏膠纖維諸如嫘縈。
親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿的極佳吸水性品質可能會產生缺點。吸收到親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿中的水分可能含有非所要的微生物。一旦吸收到親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿中，微生物可以在包裝的海綿中所發現的潮濕環境中停留、生長、和繁殖。該微生物對潛在的消費者來說看起來沒有吸引力。在最壞的情況下，微生物可能會引起健康和安全顧慮。例如，在清潔期間，該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿內的各種微生物可能被轉移到使用者以為他們正在清潔的其他表面，而當時實際上他們正將微生物散佈到其他表面上。
本揭露的發明人發現，將包括醋酸鹽溶液保濕劑的抗微生物組成物併入親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿內，部分地或完全地殺死親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿內的微生物，諸如但不限於細菌、真菌、黴菌、黴、和/或病毒。例示性醋酸鹽包括，例如，醋酸鉀鹽、醋酸鋁鹽、和醋酸銨鹽。
本發明人亦發現，將抗微生物組成物併入用於親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿(該抗微生物組成物包括非鹵素保濕劑，其包含具有介於約3與10之間的pH、及在25℃下小於0.9的水活性之鹽溶 液)部分地或完全地殺死親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿內的微生物，諸如但不限於細菌、真菌、黴菌、黴、和/或病毒。在一些實施例中，pH係介於約4與約8之間。在一些實施例中，水活性在25℃下係小於0.8。在一些實施例中，水活性在25℃下係小於0.7。在一些實施例中，水活性在25℃下係小於0.6。
大多數用於海綿的抗微生物處理包括保濕劑。保濕劑提供多種用途。首先，藉由防止水從海綿過度蒸發，保濕劑被用來保持海綿的潮濕。在保濕劑不存在的情況下，大量的水將從包裝內的海綿中蒸發，並且該水蒸氣隨後可能在包裝膜的內表面上再凝結和/或可能擴散出包裝膜外。再凝結事件可能導致包裝內的液體水蓄積，其將對產品的外觀產生負面影響，而且也許更重要的是，可能促進包裝膜內表面和/或海綿上的黴菌生長。擴散事件最終將減少包裝中的總水量，其繼而可能促進海綿的皺縮以及蓬鬆度、柔軟度、和尺寸穩定性的喪失。
保濕劑所扮演的另一個角色是減少水活性，其繼而可防止和降低黴菌生長的可能性。在一般意義上，水活性可被設想為系統中「自由水含量」與「總水含量」的比。科學文獻證明，大多數生物體需要一定量的「自由」水來才能生存。大多數生物體亦似乎不能代謝「鍵結(bound)」水。因此，不是系統的總含水量，而是系統中「自由」水的程度通常決定生物體是否能在該環境中生存。許多微生物，諸如細菌，較喜歡水活性位準為0.99，且最需要高於0.91以生長。
在一些實施例中，可將額外的抗微生物劑和/或抗真菌劑併入海綿中。可選的抗微生物劑包括陽離子胺抗微生物化合物，其包括抗微生物質子化三級胺及小分子四級銨化合物。四級銨化合物通常被認為具有對抗革蘭氏陽性(gram positive)(例如，葡萄球菌)和革蘭氏陰性(gram negative)(例如，大腸桿菌)微生物兩者的功效之「廣效(broad spectrum)」抗微生物陽離子化合物。因此，當在包裝內時，可將四級銨化合物併入用於海綿的抗菌目的，並且應當以有效於此目的之量存在。四級銨化合物的選擇並不重要。一般他們較佳地選自單長鏈、三短鏈、四烷基銨化合物，二長鏈、二短鏈四烷基銨化合物，及其混合物。鏈可以是直鍊或支鏈的。N-雜環化合物亦被認為是四級氨化合物。例示性小分子四級銨化合物包括氯化苯二甲烴銨及其烷基取代衍生物、二長鏈烷基(C8-C18)四級銨化合物、十六烷基吡啶鹵化物及其衍生物，氯化本索寧(benzethonium chloride)及其烷基取代衍生物、奧替尼啶及其相容組合。
有多種方法將保濕劑導入纖維素海綿中。一種方法可以是在包裝之前將保濕劑包括在吸收到海綿中的輸入溶液中。在輸入溶液吸收到海綿中之後，海綿被擠壓出多餘的液體。隨後，將海綿轉換成適當的尺寸並包裝在密封的塑膠膜中。
雖然本揭露的特定實施例已於本文中展示與描述，應了解此等實施例僅在闡釋於本揭露原則的應用中可設想出的多種可能的具體配置。許多其他各種的配置可由所屬技術領域中具有通常知識者在不背離本揭露之精神與範疇下根據此等原則設想。因此，本揭露之 範疇應不侷限於本申請案中描述的結構，而是僅由申請專利範圍之語言所述的結構及這些結構的對等物加以定義。
在一些實施例中，親水性發泡體海綿及/或包括發泡體海綿之物品可展現所欲的濕擦拭保水能力。舉例而言，在一些實施例中，發泡體海綿可展現大於約0.2g/g發泡體、或大於約1.0g/g發泡體、或大於約2.0g/g發泡體、或大於約2.5g/g發泡體、或大於約3.0g/g發泡體、或大於約3.5g/g發泡體之濕擦拭保水能力。濕擦拭保水能力可為發泡體獲取水及可逆地保水之情況之指示。相對高濕擦拭保水能力可在多種應用包括但不限於清潔應用中為有用的。可以使用以下步驟來判定濕擦拭保水能力：(1)將25克自來水緩慢倒在拋光不銹鋼板上；(2)剛性塑料容器裝滿自來水，以及將乾的發泡體海綿樣本完全浸沒在容器中；隨後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以盡可能多地移除所浸泡之水。隨後，再次將經擠壓之發泡體樣本浸於自來水中。將此浸入/擠壓/再浸入循環重複五次。(3)在完成五個循環之後，將發泡體樣本自水中取出且藉由手壓力擠壓以盡可能多地移除所浸泡之水。隨後，經手擠壓之發泡體樣本利用在手壓力下操作之手動壓軋輥擰乾。重複多次壓軋之動作，直至不再見到有水移除。隨後，測定擰乾發泡體樣本之重量。將此重量值指稱為「擰乾重量」。(4)將擰乾發泡體樣本緩慢通過跨過傾倒於拋光不銹鋼盤上之水，同時稍微提起發泡體之前端以利於擦拭動作。(5)在發泡體樣本通過跨過水之後，測定吸收了水之發泡樣本之重量。將此重量值指稱為「第一遍 (first pass)」重量。(6)藉由將「第一遍」與「擰乾重量」之間的差除以「擰乾重量」，來計算濕擦拭保水能力。
實例 材料
在實例和比較例的製備中使用以下材料。
Figure 106136615-A0202-12-0009-1
試驗方法 抗真菌試驗
根據ASTM G21-15對濕發泡體樣品進行抗真菌試驗：進行4週，用於判定合成聚合材料對真菌的抗性的標準方法。儘管從相同樣本批次中的樣品與樣品之間沒有觀察到實質性變化，對於每個樣本測試了三個樣品。
試驗結果報告於表2中。根據ASTM G21方法，在4週結束時具有評級為1和2的樣本被指稱為「通過」。在4週結束時評級為3和4的樣本被指稱為「失敗」。
老化試驗
將通過抗真菌試驗的經處理發泡體樣本放入夾鍊夾鏈袋中並留置於烘箱(Despatch Industries,Minneapolis,M,USA，型號：LFD2-24-3)中14天。烘箱的設定溫度為49℃。14天後，將樣本從烘箱中移出，目視觀察任何顏色變化。顯示任何可見褪色的樣本指稱為「失敗」。否則，其等指稱為「通過」。如果樣本在抗真菌試驗中失敗，則不進行老化試驗。
實例1及2與比較例CE1至比較例CE5： 處理溶液的製備：
大多數處理溶液如下製備。將實驗室玻璃燒杯放置在天平上，並將所欲去離子水的量於25℃下加入到燒杯中。隨後將成分循 序緩慢地加入燒杯中的去離子水中。用pH儀(Orion 3-star benchtop pH meter,Thermo Fisher Scientific Inc.,Minneapolis,MN)測定如此製備之溶液的pH位準，並報告於表2中。將製備的處理溶液在用它們處理發泡體樣本前，於25℃下保持在實驗台上24小時。計算各處理溶液的成分的組成，並報告在表2中。
剩餘的處理溶液如下製備：在第一步中，將實驗室玻璃燒杯放置在實驗台上，並將所欲去離子水的量於25℃下加入到燒杯中。隨後將成分循序緩慢地加入燒杯中的去離子水中。最後成分加入後，將實驗室燒杯中的混合物置於檯面式往復式搖動器(Benchtop Reciprocal Shaker)(型號E5850,Eberbach Corp.,Ann Arbor,MI)上，並以每分鐘100次振蕩的速度混合2分鐘，以得到第一混合物。隨後停止搖動器，並藉由pH儀測量第一混合物的pH。如果pH處於所欲的位準，則在實驗中使用處理溶液，無需任何進一步的修改。如果pH值高於或低於所需值，則執行第二製備步驟。在第二步驟中，將所需的酸量加入到第一混合物中，以得到第二混合物。隨後將第二混合物再次放置在搖動器上，並以每分鐘100次振蕩的速度再混合2分鐘。然後，停止搖動器，測定第二混合物的pH。如果pH不在所欲的位準，則重複第二步驟，直到達到所欲pH位準。第二步驟被認為是緩衝。藉由pH儀判定第二混合物的最終pH位準，並在表2中報告為處理溶液之pH。將製備的處理溶液於在它們處理發泡體樣本前，於25℃下保持在實驗台上24小時。計算各處理溶液的成分的組成，並報告在表2中。
處理發泡體樣品
在進行任何實驗之前，在25℃、流動的去離子水下淋洗具有尺寸為20mm×20mm×2mm的所製備發泡體薄片段。將樣本淋洗並用手擠壓，以從發泡體樣品中移除任何多餘的水分。隨後，將淋洗的樣品在25℃下保持於實驗台上，以蒸發任何多餘的水分。觀察到留置在工作台上24小時的發泡體樣品實質上為乾燥的，則被指稱為乾樣品。乾樣品和濕樣品的重量用天平判定。隨後將乾樣品浸於預先製備的處理溶液中並保持於其中約2分鐘。觀察到乾發泡體樣品迅速地吸收了所製備的處理溶液。透過用手擠壓，從發泡體樣本中除去多餘的處理溶液。浸入並吸收處理溶液的發泡體樣品指稱為濕樣品。乾樣品與濕樣品的重量比保持在0.50與0.55之間。
Figure 106136615-A0202-12-0012-2
本說明書中提及的「一個實施例(one embodiment)」、「一些實施例(some embodiments)」、「一或多個實施例(one or more embodiments)」或「一實施例(an embodiment)」，不管是否在「實施例(embodiment)」之前加上「例示性(exemplary)」，都表示與該實施例連結描述的特定部件、結構、材料或特性都包括在本揭露某些例示性實施例的至少一個實施例之內。如此，在本說明書中許多地方出現的片語，例如「在一或多個實施例中(in one or more embodiments)」、「在某些實施例中(in certain embodiments)」、「在一個實施例中(in one embodiment)」或「在一實施例中(in an embodiment)」，並不必然參照本發明某些例示性實施例的相同實施例。更進一步，該等特定特徵、結構、材料、或特性可在一或多個實施例中用任何合適的方式結合。
由端點表述的所有數字範圍旨在包括在該範圍之內包含的所有數字(亦即，範圍1至10舉例而言包括1、1.5、3.33及10)。本文中所提及之所有參考之全文係以引用方式併入。
所屬技術領域中具有通常知識者將了解，可對上述的實施例及實施方案而做出許多變化，而不偏離其等之基本原則。再者，本發明中的各種修改與變更對於所屬技術領域中具有通常知識者將為顯而易見且不悖離本發明之精神及範疇。因此，本申請案之範疇應僅由下列之申請專利範圍及其均等物判定。

Claims (23)

  1. 一種親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其包含：抗微生物組成物，其包括醋酸鹽溶液保濕劑。
  2. 如請求項1之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿具有介於約0.2g/g發泡體與約10g/g發泡體之間的濕擦拭保水能力。
  3. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物具有介於約3與約10之間的pH。
  4. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物通過ASTM G21。
  5. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物通過在本文中所述之老化試驗。
  6. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物進一步包括除生物劑。
  7. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物具有在25℃下小於0.9的水活性。
  8. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿進一步包括一或多個磺酸鹽基團。
  9. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿係包裝在一包括水分的密封容器中。
  10. 一種親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其包含：抗微生物組成物，其包括含有非鹵素之保濕劑，該含有非鹵素之保濕劑包含具有介於約3與10之間的pH及在25℃下小於0.9的水活性之鹽溶液。
  11. 如請求項10之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物包括醋酸鹽溶液。
  12. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿具有介於約0.2g/g發泡體與約10g/g發泡體之間的濕擦拭保水能力。
  13. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物具有介於約4與約8之間的pH。
  14. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物通過ASTM G21。
  15. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿通過在本文中所述之老化試驗。
  16. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物進一步包括除生物劑。
  17. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物具有在25℃下小於0.8的水活性。
  18. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿進一步包括一或多個磺酸鹽基團。
  19. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該海綿係包裝在一包括水分的密封容器中。
  20. 一種製造一海綿之方法，其包含：提供一親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿；使輸入溶液吸收至該親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿中，該輸入溶液包含醋酸鹽溶液保濕劑；以及將該海綿包裝在一密封包裝中。
  21. 如請求項20之方法，其進一步包含：將該醋酸鹽溶液保濕劑結合在該海綿內。
  22. 如請求項1或2之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生 物組成物進一步包括殺黴劑、防腐劑、抗真菌劑、殺蟲劑、及/或其組合。
  23. 如請求項10或11之親水性聚胺甲酸酯發泡體海綿，其中該抗微生物組成物進一步包括殺黴劑、防腐劑、抗真菌劑、殺蟲劑、及/或其組合。
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