KR100564670B1

KR100564670B1 - 무기염의과산화수소복합체및이의합성방법

Info

Publication number: KR100564670B1
Application number: KR1019970047743A
Authority: KR
Inventors: 샤올란 첸; 쑤-민 린; 폴 티. 제이콥스
Original assignee: 죤슨 앤드 죤슨 메디칼 인코포레이티드
Priority date: 1996-09-19
Filing date: 1997-09-19
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2017-09-19
Also published as: CN1196886A; US5820841A; NO974306L; ZA978423B; SG90704A1; BR9704759A; CN1104201C; DE69738922D1; EP0831056B1; ATE405522T1; NO974306D0; TW518315B; CA2216061A1; EP0831056A3; MX9707168A; CA2216061C; KR19980024767A; EP0831056A2; ES2313731T3; JPH10182113A

Abstract

무기염-과산화수소(H₂O₂) 복합체를 제조하는 방법은 무기염을 연질 페이스트를 형성시키기에 충분한 시간 동안 충분한 물과 혼합하여 연질 페이스트를 형성시키는 단계(a), 생성된 연질 페이스트를 과산화수소 수용액과 혼합하여 무기염-과산화수소 페이스트를 형성시키는 단계(b) 및 무기염-과산화수소 페이스트를 건조시키는 단계(c)를 포함한다. 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)를 제조하는 하이드레이트 방법은 나트륨 피로포스페이트(Na₄P₂O₇) 10수화물 고체를 농도가 30중량% 미만인 과산화수소 수용액과 혼합하는 단계 및 이러한 혼합물을 건조시키는 단계를 포함한다. 무기염-과산화수소 복합체의 조성은 인산수소 칼륨 퍼옥시하이드레이트(K2HPO₄·3H₂O₂), 인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·H₂O₂), 칼슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Ca₂P₂O₇·nH₂O₂), 마그네슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Mg₂P₂O₇·nH₂O₂), 황산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂SO₄·nH₂O₂), 황산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K2SO₄·nH₂O₂), 나트륨 메타실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂SiO₃·nH₂O₂) 및 나트륨 트리실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂Si₃O₇·nH₂O₂)를 포함한다.

Description

무기염-과산화수소 복합체 및 이의 합성방법

본 발명은 무기염-과산화수소(H₂O₂) 복합체의 합성 방법 및 특정의 무기염-과산화수소 복합체에 관한 것이다.

통상적으로 의료 기구는 증기에 의해 제공되는 열, 또는 기체 또는 증기 상태의 포름알데하이드 또는 에틸렌 옥사이드와 같은 화학물질 중의 하나를 사용하여 살균시켜 왔다. 이러한 방법들은 각각의 결점을 지니고 있다. 많은 의료 장치(예: 섬유 광학 장치, 내시경, 전원 장치 등)는 열, 습기, 또는 이들 모두에 민감하다. 포름알데하이드 및 에틸렌 옥사이드는 모두 건강관리원에게 잠재적인 위험성을 부여하는 독성 기체이다. 특히, 에틸렌 옥사이드로 인한 문제점이 심각한데, 이는 이의 사용으로 인해, 살균된 제품에서 상기 독성 기체를 제거하기 위해서는 장시간에 걸친 통기가 필요하기 때문이다. 이것은 바람직하지 못할 정도로 살균 주기를 연장시킨다. 또한, 포름알데하이드와 에틸렌 옥사이드 모두는 시스템내에 상당한 양의 습기를 요한다. 따라서, 살균될 장치는 화학물질이 도입되기 전에 가습시켜야 하거나 또는 화학물질과 습기가 동시에 도입되어야만 한다. 습기는 기체 또는 증기 상태 하의 각종의 기타 화학물질을 이용하여 살균시키는데 있어서 에틸렌 옥사이드와 포름알데하이드에 덧붙여서 중요한 역할을 한다(표 1 참조).

1. Bruch, C. W. Gaseous Sterilization, Ann. Rev. Microbiology 15:245-262 (1961).

2. Janssen, D. W. and Schneider, P.M. Overview of Ethylene Oxide Alternative Sterilization Technologies, Zentralsterilisation 1:16-32(1993).

3. Bovallius, A. and Anas, P. Surface-Decontaminating Action of Glutaraldehyde in the Gas-Aerosol Phase. Applied and Environmental Microbiology, 129-134(Aug. 1977) .

4. Knapp, J. E. et al. Chlorine Dioxide As a Gaseous Sterilant, Medical Device ＆ Diagnostic Industry, 48-51(Sept. 1986).

5. Portner, D. M. and Hoffman, R. K. Sporicidal Effect of Peracetic Acid Vapor, Applied Microbiology 16:1782-1785(1968).

과산화수소 증기를 사용한 살균은 다른 화학물질을 이용한 살균 방법에 비해 몇몇 장점을 지니는 것으로 밝혀졌으며(참조: 미국 특허 제4,169,123호 및 제4,169,124호) 플라즈마와 과산화 수소의 조합은 추가의 장점을 제공한다(참조: 미국 특허 제4,643,876호). 이들 문헌에서, 과산화수소 증기는 과산화수소의 수용액으로부터 발생하며 이로써 시스템 내에 습기가 존재하게 된다. 이들 문헌은 표 1 에 요약된 것과 함께, 증기상의 과산화수소가 최대 포자 살균 활성을 나타내거나 또는 이에 효과적이기 위해서는 습기가 요구됨을 교시하고 있다. 하지만, 살균용 과산화수소 증기를 발생시키기 위해 과산화수소의 수용액을 사용하는 것도 문제점이 있을 수 있다. 보다 높은 압력(예: 대기압)에서, 시스템 내에 존재하는 과량의 물은 응축을 유발시킬 수 있다. 따라서, 수성 과산화수소 증기를 도입하기 전에 살균 용기 내의 상대습도를 감소시켜야만 한다.

길고 좁은 루멘과 같은 확산 제한 영역을 포함하는 제품의 살균은 다음과 같은 이유 때문에 과산화수소의 수용액으로부터 발생된 과산화수소 증기에 대해 특별한 문제점을 제공한다:

1. 물은 과산화수소 보다 높은 증기압을 가지며 과산화수소보다 더 빨리 수용액으로부터 기화될 것이다.

2. 물은 과산화수소 보다 저분자량이고 과산화수소 보다 더 빨리 증기 상태로 확산할 것이다.

이러한 이유 때문에, 과산화수소의 수용액이 기화되면, 물은 살균될 대상체에 보다 높은 농도로 먼저 도달한다. 따라서, 수증기는 과산화수소 증기가 확산 제한 영역(예: 작은 틈 및 길고 좁은 루멘) 내로 침투하는데 있어 장애가 된다. 수용액으로부터 물을 제거하고 보다 농축된 과산화수소를 사용하는 것은 이러한 용액의 산화성으로 인해 위험할 수 있다.

미국 특허 제4,642,165호 및 제4,744,951호는 상기 문제를 해결하려고 하였다. 전자의 특허에는 다음의 증액분이 첨가되기 전에 각각의 증액분이 증발되도록 하기 위하여 가열된 표면 위에서 소량 증액분의 과산화수소 용액을 계량하는 것에 관해 기술되어 있다. 이것이 과산화수소와 물 간의 증기압 및 휘발성의 차이를 없애는데 도움이 된다 할지라도, 물이 과산화수소 보다 더 빨리 증기 상태로 확산된다는 사실에 역점을 둔 것은 아니다.

후자의 특허에는 비교적 묽은 과산화수소와 물의 용액으로부터 과산화수소를 농축시키고 이와 같이 농축된 과산화수소를 증기 형태로 살균실로 공급하는 방법이 기술되어 있다. 상기 방법은 용액으로부터 대부분의 물을 증발시킨 다음, 농축된 과산화수소 증기를 살균실로 주입하기 전에 상기와 같이 생성된 수증기를 제거하는 것을 포함한다. 바람직한 과산화수소 용액 농도 범위는 50 내지 80중량%이다. 상기 방법은 위험 수위에 있는 수용액(즉, 65중량% 초과의 과산화수소)을 가지고 작업을 해야된다는 단점을 가지고 있으며 또한 증기 상태로부터 모든 물이 제거되지는 않는다. 물은 여전히 용액 중에 존재하기 때문에, 먼저 증발할 것이며 보다 빨리 확산하고 먼저 살균될 대상체에 도달하게 될 것이다. 이러한 효과는 길고 좁은 루멘에서 특히 두드러질 것이다.

미국 특허 제4,943,414호에는 소량의 증발 가능한 액체 살균제 용액를 함유하는 용기를 루멘에 부착시켜, 살균 주기 동안에 압력이 강하됨에 따라 살균제가 증발되어 제품의 루멘 내로 바로 흐르게 하는 방법이 기술되어 있다. 이러한 시스템은 물과 과산화수소 증기가 압력차에 의해 루멘을 통해 이끌려 루멘에 대한 살균율을 증가시킨다는 장점을 가지고 있으나, 용기를 살균시키고자 하는 각각의 루멘에 부착시켜야만 한다는 단점을 지니고 있다. 또한, 물은 보다 빨리 증발되어 과산화수소 증기 보다 먼저 루멘 내로 들어가게 된다.

미국 특허 제5,008,106호에는 PVP와 과산화수소의 실질적인 무수 복합체가 표면의 미생물 함량을 감소시키는데 유용하다고 기술되어 있다. 백색 미세 분말 형태의 상기 복합체를 사용하여 항미생물성 용액, 젤, 연고 등을 제조한다. 이는 거즈, 소독면, 스폰지 등에도 적용될 수 있다. 과산화수소는 미생물을 함유하는 표면 상에 존재하는 물과 접촉하자마자 방출된다. 따라서, 상기 방법 역시 살균을 수행하기 위하여 습기를 필요로 한다.

하기 부류의 예를 포함하는 특정의 무기 과산화수소 복합체가 보고되었다: 알칼리 금속 및 탄산암모늄, 알칼리 금속 옥살레이트, 알칼리 금속 포스페이트, 알칼리 금속 피로포스페이트, 플루오라이드 및 하이드록사이드. 구소련 특허 제1681860호(Nikolskaya et al)에는 필수적으로 살균되지는 않는다 할지라도 불화암모늄 퍼옥시하이드레이트(NH₄F·H₂O₂)를 사용하여 표면을 정화시킬 수 있는 방법이 기술되어 있다. 하지만, 이러한 무기 과산화물 복합체는 단지 70 내지 86℃의 극히 좁은 범위에서만 정화를 제공한다. 상기 범위내에서 조차도, 정화 시간은 2시간 이상을 요구할 만큼 매우 길다. 또한, 불화암모늄은 40℃보다 높은 온도에서 암모니아와 불화수소산으로 분해된다. 이의 독성과 반응성으로 인해, 불화수소산은 대부분의 살균 시스템에서 바람직하지 못하다. 더욱이, 니콜스카야(Nikolskaya) 등은 60℃에서 이의 과산화수소의 90%가 방출됨에도 불구하고, 불화암모늄 퍼옥시하이드레이트가 상기 온도에서 표면의 정화에 비효과적이라는 것을 기술하고 있다. 따라서, 과산화수소와는 다른 요소가 정화에 관여하는 것으로 여겨진다.

과산화수소는 유기 화합물 및 무기 화합물 모두와 복합체를 형성할 수 있다. 이들 복합체 내의 결합은 복합 화합물과 과산화수소의 전자 풍부한 작용성 그룹 간의 수소결합에 의한 것이다. 이러한 복합체는 상업 및 산업적인 응용 분야(예: 표백제, 소독제, 살균제, 유기합성에서의 산화 시약, 및 자유-라디칼-유도된 중합 반응용 촉매)에서 사용되어 왔다.

일반적으로, 이러한 유형의 화합물은 수용액으로부터 상기 복합체를 결정화함으로써 제조되어 왔다. 예를 들어, 우레아 과산화수소 복합체는 문헌[참조: Lu et al., J. Am. Chem. Soc. 63(1):1507-1513(1941)]에 의해, 우레아 용액을 과산화수소 용액에 첨가하고 복합체를 적당한 조건하에서 결정화시킴으로써 액체 상에서 제조한다. 미국 특허 제2,986,448호에는 탄산나트륨(Na₂CO₃) 포화 수용액을 0 내지 5℃에서 4 내지 12시간 동안 밀폐된 순환 시스템에서 50 내지 90중량%의 과산화수소 용액으로 처리하여 탄산나트륨 과산화수소 복합체를 제조하는 것에 관해 기술되어 있다. 최근에, 미국 특허 제3,870,783호에는 배치식 또는 연속식 결정화기내에서 과산화수소와 탄산나트륨의 수용액을 반응시킴으로써 탄산나트륨 과산화수소 복합체를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 이러한 결정을 여과 또는 원심분리기로 분리하고 액체를 사용하여 탄산나트륨이 보다 많은 용액을 제조한다. 문헌[참조: Titova et al., Zhumal Neorg. Khim., 30:2222-2227, 1985]에는 고체 탄산 칼륨을 저온에서 과산화수소 수용액과 반응시킨 다음 복합체를 에탄올로부터 결정화함으로써 탄산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂CO₃·3H₂O₂)를 합성하는 것에 관해 기술되어 있다. 이들 방법은 수용액으로부터 안정한 결정상의 자유 유동 생성물을 형성하는 과산화물 복합체에 잘 적용된다.

미국 특허 제3,376,110호 및 제3,480,557호에는 수용액으로부터 중합체성 N-비닐헤테로사이클릭 화합물(PVP)과의 과산화수소의 복합체를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 이로써 생성된 복합체는 다양한 양의 과산화수소와 상당한 양의 물을 함유하고 있다. 미국 특허 제5,008,093호에는 자유 유동성이고 안정하며 실질적으로 무수 상태인, PVP와 과산화수소의 복합체가 에틸 아세테이트와 같은 무수 유기용매중에서, PVP의 현탁액과 과산화수소 용액을 반응시킴으로써 수득될 수 있다는 것이 교시되어 있다. 최근, 미국 특허 제5,077,047호에는 30 내지 80중량%의 과산화수소 수용액의 미분된 비말을 주위 온도 내지 60℃에서 유지시킨 PVP의 유동상에 첨가함으로써 PVP-과산화수소 생성물을 제조하는 상업적 방법이 기술되어 있다. 이로써 수득한 생성물은 15 내지 24중량%의 과산화수소 농도를 지닌, 안정하고 실질적으로 무수 상태의 자유 유동성 분말인 것으로 밝혀졌다.

미국 특허 제5,030,380호에는, 먼저 수용액 중에서 복합체를 형성한 다음 이러한 반응 생성물을 진공 하에서 또는 상기 생성물의 열 분해를 피하기에 충분히 낮은 온도에서 분무 건조시킴으로써 건조시켜, 과산화수소와의 고체 중합체성 전해질 복합체를 제조하는 방법이 기술되어 있다.

문헌[참조: Titova et al., Russ J. Inorg. Chem., 40:384-387, 1995]에는, 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·10H₂O)를 30 내지 90중량%의 H₂O₂ 용액과 혼합한 다음 진공 건조시킴으로써 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂) 복합체를 생성하는 방법이 기술되어 있다. 이러한 복합체는 120℃ 및 140℃에서 2시간 동안 등온성 노출 하에서 부분적으로 분해되는 것으로 관찰되었다.

과산화수소 복합체를 제조하는 앞서의 방법 모두는 과산화수소 용액을 사용한다. 복합체는 과산화수소를 함유하는 용액중에서 형성되거나 또는 과산화수소 용액의 비말을 반응 물질의 유동상으로 분무시킨다.

증기상 및 기상 반응은 널리 공지된 합성 방법이다. 예를 들어, 미국 특허 제2,812,244호에는 탈수소화, 열 분해(thermal cracking), 및 탈메탄화를 위한 고체-기체 방법이 기술되어 있다. 문헌[참조: Fujimoto et al., J, Catalysis, 133:370-382(1992)]에는 메탄올의 증기상 카복실화방법이 기술되어 있다. 문헌[참조: Zellers et al., Anal. Chem., 62:1222-1227(1990)]에는 사각-평면 유기 백금 복합체와 스티렌 증기와의 반응이 논의되어 있다. 하지만, 이들 선행 기술의 증기 및 기상 반응은 과산화수소 복합체를 형성시키는데에는 사용되지 않았다.

본 발명의 한 측면은 무기염-과산화수소 복합체를 제조하는 페이스트 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 (a) 무기염을 연질 페이스트를 형성시키기에 충분한 시간 동안 충분한 물과 혼합하여 연질 페이스트를 형성시키는 단계; (b) 생성된 연질 페이스트를 과산화수소 수용액과 혼합하여 무기염-과산화수소 페이스트를 형성시키는 단계 및 (c) 무기염-과산화수소 페이스트를 건조시키는 단계를 포함한다. 상기 무기염은 포스페이트 또는 축합된 포스페이트 염을 포함하는 각종 무기 염일수 있다. 이러한 염 중에서 바람직한 양이온으로는 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘이 있다. 따라서, 특히 바람직한 염은 나트륨 피로포스페이트(Na₄P₂O₇), 특히 생성된 복합체가 과산화수소 두 분자 이상을 갖는 것, 예를 들면, 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)이다. 또 다른 바람직한 복합체는 특히 과산화수소 두 분자 이상과 복합체를 형성한 인산칼륨(K₃PO₄)의 복합체, 예를 들면, 인산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₃PO₄·3H₂O₂)이다. 기타 바람직한 무기 염으로는 특히 양이온이 나트륨인 실리케이트 염이 있다. 따라서, 바람직한 복합체는 특히 과산화수소 한 분자 이상과 복합체를 형성한 나트륨 메타실리케이트(Na₂SiO₃)의 복합체이다. 사용된 과산화수소 수용액의 농도는 바람직하게는 약 12 내지 약 80중량%이다. 건조 단계는 진공 및/또는 오븐 건조를 수반한다.

본 발명의 또 다른 측면은 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)를 제조하는 하이드레이트 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 나트륨 피로포스페이트 10수화물을 농도가 30중량% 미만인 과산화수소 수용액과 혼합한 다음 이 혼합물을 건조시키는 단계를 포함한다. 과산화물의 농도는 바람직하게는 약 12중량%이다.

본 발명은 또한, 다음 중의 어느 하나가 혼입되는 것을 포함하는 수 많은 조성물에 관한 것이다: 인산수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂HPO₄·nH₂O₂)(여기서, n은 바람직하게는 3이다), 인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·nH₂O₂)(여기서, n은 바람직하게는 1이다), 칼슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Ca₂P₂O₇·nH₂O₂), 마그네슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Mg₂P₂O₇·nH₂O₂), 황산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂SO₄·nH₂O₂), 황산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂SO₄·nH₂O₂), 나트륨 메타실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂SiO₃·nH₂O₂) 또는 나트륨 트리실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂Si₃O₇·nH₂O₂).

본 출원은 본원에 참조문헌으로 삽입된, 현재 계류중인 본 출원인의 미국 특허원 제08/549,425호(1995.10.27)의 특정 개시내용을 포함한다.

과거에 사용되었던 과산화수소 살균기는 살균제의 공급원으로서 항상 과산화수소 수용액을 사용하였다. 이들 살균기는 시스템 내의 물의 존재로 인해 단점이 야기된다. 보다 높은 압력(예: 대기압)에서, 시스템내의 과량의 물은 응축을 일으킬 수 있다. 이는 수성 과산화수소 증기가 도입되기 전에 허용될 수 있는 수준으로 살균되기 위하여 폐쇄 용기내 대기의 상대습도를 감소시키는 추가의 단계를 수행하도록 한다. 또한, 이들 살균기는 보다 높은 증기압을 가지는 물이 수용액으로부터 과산화수소보다 더 빨리 증발된다는 사실과 저분자량의 물이 과산화수소 보다 더 신속히 확산된다는 사실에 의해 야기되는 결점을 지니고 있다. 의료 기구 등을 살균기 내로 도입할 때, 과산화수소 공급원으로부터 상기 기구에 도달되는 초기 살균제는 공급원의 농도와 비교하여 희석된다. 특히, 살균될 기구가 좁은 루멘을 가지는 내시경과 같은 의료 기구인 경우에는, 희석된 살균제가 나중에 도달되는 살균제에 대해 장벽이 될 수 있다. 이러한 결점들을 극복하기 위한 시도로서 공급원으로서 농축된 과산화수소 용액을 사용한다는 것은 불만족스러운데, 이는 상기 용액이 위험하기 때문이다.

본 발명에 있어서, 선행기술의 과산화수소 살균기의 결점은 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기를 방출시키는, 실질적으로 비수성인(즉, 실질적으로 무수 상태의) 과산화수소 공급원을 사용함으로써 극복될 수 있다. 바람직한 양태에서, 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기는 실질적으로 비수성인 과산화수소 복합체로부터 직접 제조된다. 하지만, 실질적으로 비수성인 과산화수소 증기는 물을 제거하기 위한 진공하에서의 증발 동안에 처리되는 수성 복합체로부터 형성될 수도 있다. 따라서, 수성 과산화수소 복합체가 사용되는 경우에는, 이러한 수성 복합체는 본 발명의 과정을 수행하는 동안 실질적으로 비수성인 과산화수소 복합체로 전환될 수 있다. 바람직하게는, 실질적으로 비수성인 과산화수소 복합체는 물을 약 20% 미만, 바람직하게는 약 10% 이하, 더욱 바람직하게는 약 5% 이하, 가장 바람직하게는 2% 이하 함유한다.

본 발명에 사용되는 실질적으로 비수성인 과산화수소 복합체중의 바람직한 물의 비율로부터 명백한 바와 같이, 가장 바람직한 과산화수소 복합체 및 이로부터 발생되는 과산화물 증기는 실질적으로 무수성이다. 그럼에도 불구하고, 이들 수치로부터 명백한 바와 같이 약간의 물이 시스템 내에 존재할 수 있다. 이러한 물의 일부는 과산화수소의 분해로부터 유도되어 부생성물로서 물과 산소를 형성시킬 수 있고 이러한 물과 복합체 간에 약간의 수소결합이 일어날 수 있다.

물의 효과는 각종 상대 습도로 유지시킨 살균실을 이용한 일련의 시험을 통하여 측정된다. 시험 조건은 3mm × 50cm 스테인레스 스틸(SS) 루멘 내의 스테인레스 스틸(SS) 블레이드 상에 지지된 포자를 사용하는 하기의 실시예 1에서 기술된 바와 같다. 표 2에 제시된 바와 같이, 이러한 시험 조건하에서 5%의 상대습도는 효능 면에 있어서 어떠한 영향도 미치지 않지만 10%의 상대습도는 살균율을 감소시킨다. 이러한 실시예는 소량의 습기가 비수성 과산화수소 복합체로부터 발생되는 과산화수소와 함께 시스템내에서 허용될 수 있으며 시스템 내의 물의 존재는 노출 시간을 증가시킴으로써 극복될 수 있음을 보여준다.

과산화수소 공급원의 조성에 대한 주요 기준은 온도와 압력의 함수로서 이의안정성과 과산화수소 증발률 간의 상관관계이다. 살균 공정의 변수(예: 압력, 온도 등)에 따라서, 보다 높거나 보다 낮은 과산화물의 증발률이 바람직할 수 있고 과산화물 공급원을 가열시키는 것이 요구되거나 요구되지 않을 수도 있다. 과산화물 복합체의 가열에 대한 필요성은 복합체의 증기압에 의존한다. 몇몇 과산화물 복합체는 상당한 양의 과산화수소 증기가 복합체의 가열없이도 방출될 수 있도록 하기에 충분히 높은 증기압을 갖는다. 일반적으로 복합체를 가열시키는 것은 과산화수소의 증기압을 증가시키고 복합체로부터 과산화물의 방출을 가속화시킨다.

목적하는 높은 기화율을 제공하기 위해서는, 상기 공급원의 표면적이 바람직하게는 커야 한다. 따라서, 이러한 공급원은 미세분말일 수 있거나 표면적이 큰 재료 상의 피복재일 수 있다. 물론, 안전성, 유용성, 및 재료의 비용 또한 중요한 기준이 된다. 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6, 글리신 무수물, 및 1,3디메틸 우레아와의 과산화수소 복합체로부터 과산화수소의 방출을 평가하였다. 우레아, 폴리비닐피롤리돈, 나일론-6, 글리신 무수물과의 과산화수소의 복합체는 고체이다. 1,3-디메틸 우레아 과산화물 복합체는 액체이다. 글리신 무수물 과산화수소 복합체는 감압하에서는, 평가된 다른 복합체보다 덜 안정한 복합체이고 진공조건하에서는, 대부분의 과산화수소가 추가의 가열 없이도 복합체로부터 방출될 수 있다.

우레아 과산화수소 복합체는 정제 형태(제조회사: Fluka Chemical Corp., Ronkonkoma, NY) 및 분말 형태(제조회사: Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI)로 시판된다. 이러한 복합체는 또한 우레아 과산화물, 과산화수소 우레아 복합체, 과산화물 우레아, 과산화물 우레아 부가물, 우레아 과산화물 부가물, 퍼카바미드, 카바미드 퍼하이드레이트, 및 카바미드 퍼옥사이드로서 공지되어 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이 용어 "우레아 과산화물"은 앞서의 용어 모두를 포괄한다.

폴리비닐피롤리돈-과산화수소 복합체(PVP-H₂O₂)는 국제공개공보 제WO92/17158호에 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다. 또 다른 방법으로는, PVP, 나일론-6, 1,3-디메틸우레아 및 글리신 무수물 뿐만 아니라 기타 유기 및 무기 화합물과의 복합체는 다음에 상세하게 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다.

공급원으로부터 무수 과산화물 증기의 적합한 기화율을 성취하는 것은 승온 및/또는 감압에 의해 촉진될 수 있다. 따라서, 과산화물 공급원에 대한 가열기 및/또는 살균실을 배기시키기 위한 진공펌프가 바람직하게는 살균기의 일부일 수 있다. 바람직하게는, 당해 공급원은 기체 투과성 물질층[예: TYVEK™ 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포(예: SPUNGUARD™)] 또는 과산화물 증기는 통과되지만 과산화물 복합체 형성 물질은 통과되지 못하는 유사한 물질로 커버한다. 또한, 천공된 알루미늄 또는 기타 적합한 천공된 물질이 커버로서 사용될 수도 있다.

도 3a는 다양한 온도 조건하에서 과산화수소 복합체로부터의 과산화수소 방출을 측정하는데 사용될 수 있는 장치(80)를 보여준다. 이러한 장치에서는, 알루미늄 팬(90)을 기체 투과성 층(92)(예: 의학용 등급 TYVEK™의 층)으로 덮는다. 팬(90)은 파이렉스 팬(96)에 놓여진 가열 패드(94)의 상부에 놓아둔다. 열전쌍 온도계(98)는 팬(90)의 바닥으로부터 약 1cm의 높이의 팬의 외부에 놓아둔다. 바람직한 양태에서는, 알루미늄 팬(90)을 대기에 개방시켜 대기압 하에서 보다 많은 칼륨 옥살레이트 과산화수소 복합체의 방출을 가능하게 해준다.

과산화물 공급원을 유지하기에 바람직한 컨테이너(99)는 도 3b에 도시된다. 컨테이너(99)는 고체 과산화물 복합체를 가열시키는데 사용되는 가열기가 임의로 부착된 금속판(100)(예: 알루미늄판)을 포함한다. 온도 모니터(101)(예: 온도계)는 온도를 모니터하기 위해 판(100) 위에 놓아둘 수 있다. 과산화물 복합체를 판(100) 위에 직접 놓아둔다. 또 다른 방법으로는. 모든 과산화물 복합체를 가열하기 위하여, 과산화물 복합체를 판(100)의 상부에 놓여진 하나 이상의 알루미늄 스크린(102, 104)사이에 놓아둘 수 있다. 알루미늄 스크린(102, 104)은 보다 큰 표면적과 심지어 보다 다량의 과산화물 복합체가 사용될 때 복합체를 가열한다. 과산화물 복합체 또는 스크린(들)(102, 104)은 기체 투과성 층(106)(예: 의학용 등급의 TYVEK™ 또는 SPUNGUARD™)으로 덮어서 복합체로부터 방출되는 과산화수소가 살균실의 나머지 부분으로 확산하기 전에 층(106) 내로 통과된다. 천공된 알루미늄 판(108)은 경우에 따라 TYVEK™ 또는 SPUNGUARD™ 층(106)의 상부에 놓아두어, 당해 복합체가 가열판(100)과 접촉되도록 압력을 가하고 과산화물 복합체의 가열을 보장할 수 있도록 한다.

지금까지 기술한 장치는 복합체의 가열을 제공함으로써, 그 결과 과산화물 복합체로부터 방출되는 과산화수소 증기의 양을 증가시킨다.

도 1은 본 발명의 과산화수소 증기 살균 장치의 도식을 나타낸다. 살균실(10)은 편의상 선반(14)위에 위치하는 살균될 제품(12)을 수용한다. 도어(16)는 살균실(10) 내부로 접근하게 해준다. 과산화수소의 비수성 공급원(18)은 온도 조절기(22)에 의해 조절되는 임의의 가열기(20) 상에 나타내었다. 과산화물의 농도는 임의의 모니터(24)에 의해 검색될 수 있다. 경우에 따라, 살균실(10)은 펌프(26)를 사용하여 탈기시키지만 살균을 대기압에서 수행할 수도 있다.

살균될 제품을 수용하는 컨테이너는 탈기되는 통상적인 살균실일 수 있거나 또는 대기압에서의 컨테이너(또는 룸)일 수 있다.

제품을 살균하는데 요구되는 시간은 제품의 성질, 수량과 팩키징 및 살균실 내의 이의 위치에 좌우된다. 또 다르게는, 살균되어지는 살균실 자체(또는 전체룸)일 수도 있다. 어떠한 경우에서든, 최적 살균 시간은 실험적으로 결정될 수 있다.

또한, 살균 분야에 널리 공지된 살균제 기체의 침투 및 항미생물 활성을 향상시키기 위하여 압력 펄스를 사용하는 것이 비수성 과산화수소 공정에 적용될 수도 있다. 본원에 기술된 방법 및 장치와 연계하여 사용하기에 적합할 수 있는 압력 펄싱 공정의 하나의 예가 본원에 참조 문헌으로 삽입된 미국 특허 제5,527,508호에 기재되어 있다. 또한, 다음에 추가로 상세하게 기술된 바와 같이, 플라즈마를 사용하여 활성을 추가로 향상시키고/시키거나 잔류물을 제거할 수도 있다.

살균 공정의 말기에서, 과량의 과산화수소는 장치와 접촉하는 공기를 교환함으로써 과산화물에 대해 친화성을 지니는 장치로부터 제거될 수 있다. 이것은 연장된 시간 동안 상기 장치에 가온된 공기를 흘려주거나 또는 살균실을 탈기시킴으로써 성취될 수 있다.

이전에 과산화수소 증기로의 노출에 의해 살균시킨 제품은 또한 플라즈마에 노출시켜 제품상에 잔류하는 과산화수소 잔사를 제거할 수 있다. 이러한 과산화수소는 플라즈마 처리 동안에 비독성 생성물로 분해되며 살균된 제품은 추가의 단계를 요하지 않고 사용될 수 있다.

과산화물 증기가 방출된 후에 증기의 재흡수를 방지하거나 또는 플라즈마가 사용될 때 공급원을 플라즈마로 노출시키는 것을 회피하기 위하여 살균기로부터 과산화물 공급원을 격리시키는 것이 바람직하다. 또한, 사용된 복합체가 진공에서 안정하지 못할 경우에는 격리가 유리하다. 당해 기술분야에 널리 공지된 밸브 또는 기타 격리 장치를 사용하여 격리할 수 있다.

도 2는 본 발명의 과산화수소 플라즈마 살균 시스템의 도식을 나타내고 있다. 플라즈마를 이용하거나 이용하지 않고 살균할 수 있다. 플라즈마는 과산화물 증기의 포자 살균 활성을 향상시키는데 사용될 수 있고/있거나 살균된 제품 상에 잔류하는 잔여 과산화수소를 제거하는데 사용될 수 있다.

살균될 제품이 도입될 수 있는 도어 또는 개구(32)를 포함하는 살균실(30)에서 살균을 수행한다. 살균실(30)은 진공 펌프(36)에 대한 출구(34)를 포함하는데, 이를 통하여 살균실이 탈기될 수 있다. 이러한 출구(34)는 살균실을 진공 펌프(36)로 부터 격리시키는 밸브(38)를 포함한다. 또한, 살균실(30)은 과산화수소 복합체를 함유하는 폐쇄용기(42)에 부착된 유입구(40)를 포함한다. 이러한 유입구(40)는 폐쇄용기(42)를 살균실로부터 격리시키는 밸브(44)를 포함한다. 또한, 당해 살균 시스템은 밸브(43)를 함유하는, 폐쇄용기(42)와 진공 펌프(36)를 연결해주는 유입구(41)를 포함한다. 상기 시스템은 폐쇄용기(42)와 살균실(30) 모두를 동시에 탈기시키거나 또는 폐쇄용기(42) 또는 살균실(30) 줄의 어느 하나를 독립적으로 탈기시킨다. 탈기는 밸브(38, 44 및 43)를 개방하고 폐쇄함으로써 조절된다. 당해 분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 2개의 펌프(각 살균실당 하나)가 또한 상기 시스템에서 사용될 수 있다.

폐쇄용기(42)는 과산화수소 복합체의 온도를 조절하는 온도 조절기(46)에 부착된 임의의 가열기(49)를 포함한다. 증기 상태의 과산화수소 복합체의 농도는 임의의 과산화물 모니터(48)에 의해 모니터될 수 있다. 살균실의 내부는 매칭 네트워크(52) 및 RF 전원 공급기(54)가 부착된 고주파(RF) 전극(50)을 포함한다. 전극의 간단한 형태는 샘플을 둘러싸고 양끝이 개방된 천공된 실린더이다. 본 발명에 따르는 방법의 일반적인 작동은 다음과 같다:

1. 살균될 제품 기구(56)를 살균실(30)내에 위치시킨다.

2. 살균실(30)은 대기압하이거나 또 다르게는 탈기되어 과산화수소의 침투를 용이하게 한다. 탈기는 밸브(38)를 열고 진공펌프(36)를 작동시킴으로써 수행될 수 있다. 또다른 방법으로는, 밸브(38 및 44 및/또는 43)를 개방함으로써 살균실(30)과 폐쇄용기(42) 모두를 탈기시킬 수 있다.

3. 밸브(38 및 43)를 폐쇄시켜 진공 펌프(36)를 살균실(30)과 폐쇄용기(42)로부터 격리시키고 밸브(44)를 개방한다. 과산화수소 증기는 과산화수소 공급원으로부터 살균실(30)로 전달되고 과산화수소 증기 방출을 용이하게 하기 위하여 가열할 수도 있다. 임의적으로, 공기 또는 비활성 기체가 첨가될 수 있다.

4. 살균될 제품 기구(56)는 살균될때까지 과산화물 증기로 처리하거나 또는 살균에 충분한 전원을 이용하여 플라즈마가 생성되기 전에 살균실(30) 내에서 과산화물 증기로 예비처리한다. 경우에 따라, 이때 살균실(30)을 탈기시켜 플라즈마의 생성을 용이하게 한다. 프리-플라즈마의 존속 기간은 사용되는 팩키지의 유형, 살균될 제품 기구의 성질 및 수량, 및 살균실 내에서의 제품의 위치에 좌우된다. 최적시간은 실험적으로 결정할 수 있다.

5. 전원을 RF 전원 공급기(54)에서 RF 전극(50)으로 적용함으로써 제품(56)을 플라즈마에 적용시킨다. 플라즈마를 생성하기 위해 사용되는 RF 에너지는 펄스되거나 연속적일 수 있다. 제품(56)은 완전한 살균을 수행하고/하거나 잔여 과산화수소를 제거하기 위해 일정 기간 동안 플라즈마 속에 유지시킨다. 특정 양태에서는, 5 내지 30분의 플라즈마가 사용된다. 하지만, 최적시간은 실험적으로 결정될 수 있다.

본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용되는 용어 "플라즈마"는 생성될 수 있는 모든 수반되는 방사선을 포함하여, 인가된 전기장의 결과로서 생성된 전자, 이온, 자유 라디칼, 해리되고/되거나 여기된 원자 또는 분자를 함유하는 기체 또는 증기를 포함하는 것으로 간주된다. 인가된 전기장은 광범위한 주파수 범위를 포함할 수 있지만 고주파수 또는 마이크로파가 통상적으로 사용된다.

본 발명에 기술된 비수성 과산화수소 전달 시스템은 또한 앞서 언급한 미국 특허 제4,643,876호에 기술된 방법으로 발생된 플라즈마와 함께 사용될 수 있다. 또 다른 방법으로는, 미국 특허 제5,115,166호 또는 제5,087,418호에 기술된 플라즈마와 함께 사용될 수 있는데, 여기서는 살균될 제품이 플라즈마 공급원으로부터 격리된 살균실에 위치되어 있다.

본원에 기술된 장치는 진공하에서 안정하지 않은 과산화물 복합체를 사용할 경우에 특히 유리하다. 진공 단계 동안에 과산화수소의 손실을 최소화하기 위해 사용될 수 있는 2가지 이상의 가능한 방법이 있다. 첫 번째, 작은 살균실을 독립적으로 탈기시킬 수 있다. 두 번째, 작지만 충분한 살균실을 사용할 경우에, 작은 살균실을 탈기시킬 필요가 전혀 없다.

이러한 불안정한 비수성 과산화물 복합체 중의 하나는 글리신 무수물-과산화물이다. 이러한 화합물은 진공하에 놓여질 때 과산화수소 증기를 방출한다. 도 4는 진공하에서 글리신 무수물-과산화물 복합체로부터 과산화수소 증기의 방출을 설명하는 그래프이다. 글리신 무수물 복합체로 부터 과산화수소를 방출하는데 사용되는 방법은 다음과 같다: (1) 주 살균실(30)은 밸브(43, 44)를 폐쇄하여 탈기시킨다. (2) 과산화수소 복합체를 함유하는 살균실(42)은 밸브(38 및 44)를 폐쇄하고 밸브(43)을 개방하여 탈기시킨다. (3) 밸브(43)는 폐쇄하고 밸브(44)는 개방시켜 과산화수소 증기가 살균실(30) 내로 확산되도록 한다.

그래프에서 나타난 바와 같이, 과산화수소 증기는 심지어 추가의 가열 없이도 압력이 감소됨에 따라 복합체로부터 방출된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 과산화수소 증기의 방출은 복합체를 보다 높은 온도로 가열함으로써 상당히 증가된다. 따라서, 불안정한 과산화물 복합체도 본 발명의 살균 방법에 유용하다.

본 발명은 이전의 과산화수소 살균 시스템에 비해 4가지 이상의 잇점을 제공한다:

1. 잠재적으로 위험성 있는 농축된 과산화수소 용액의 사용을 피할 수 있다.

2. 응축을 방지하기 위하여 살균될 영역의 상대습도를 미리 감소시킬 필요가 없다.

3. 물이 당해 시스템으로부터 실질적으로 제거되기 때문에, 물과 과산화수소 간에 길고 좁은 루멘으로의 확산을 위한 경쟁이 거의 없다.

4. 살균제 기체를 길고 좁은 루멘으로 전달하기 위해 특별한 용기를 부착시킬 필요가 종종 없을 수 있다.

상기 살균이 습기의 실질적인 부재하에서 과산화수소 증기를 사용하여 수행될 수 있다는 것은 본 발명의 놀라운 발견중의 하나이다. 선행 기술은 물이 화학 물질 기체 또는 증기 상태 살균 과정에서 살균을 달성시키는데 요구된다는 것을 교시하고 있다. 유리하게도, 본 발명은 시스템으로부터 물을 거의 제거함으로써, 그 결과 보다 신속하고, 보다 효율적이고도 효과적인 살균이 수행될 수 있다.

각종의 비수성 과산화수소 복합체의 살균 효능은 하기에 기술된 바와 같이 실시예 1 내지 4에서 결정된다.

실시예 1

효능 데이터는 생물학적 챌린지로서 금속 및 TEFLON™ 플라스틱 루멘내의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) 변종(niger) 포자를 사용하여 실질적으로 무수 상태의 우레아 과산화물 복합체로부터 방출되는 과산화수소 증기를 이용하여 수득한다.

A. 시험 방법

1. 장비

4g의 파쇄된 과산화수소 우레아 부가물 정제(Fluka Chemical Corp, Ronkonkoma, NY)를 도 3a에서 기술한 바와 같이 알루미늄 팬(90)내에 놓아둔다. 팬(90)의 상단을 의학용 등급 TYVEK™(92)(통기성 스펀본드 폴리에틸렌 직물)으로 덮어 상기 복합체로부터 방출되는 모든 과산화수소가 살균실의 나머지로 확산되기 전에 TYVEK™ 커버링 내로 통과할 필요가 있다. 알루미늄 팬(90)을 알루미늄 살균실의 바닥에 위치한 파이렉스 디쉬(96)내의 가열 패드(94)상에 놓아둔다(도 1 참조). 약 173L 용적의 살균실은 다음과 같은 것을 포함한다:

· 증기상의 과산화수소 농도를 측정하기 위한 과산화수소 모니터

·가열 패드의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기

· 과산화수소 용액이 살균실로 주입될 수 있는 주입용 포트

· 루멘 장치를 포함하는 플라스틱 트레이가 시험을 위해 놓여져 있는 금속 선반

· 효능 시험 동안에 살균실 온도를 45℃로 유지시키는, 살균실 외벽 상에 위치한 전기 저항 가열기

2. 생물학적 챌린지 및 시험

비수성 과산화물 전달 시스템의 효능을 평가하기 위해, 스테인리스 스틸 메스 블레이드 상에 1.04 × 10⁶개의 바실러스 서브틸리스 변종(나이거)으로 구성되는 생물학적 챌린지를 소정 치수(내부 직경 × 길이 = 3mm × 40cm, 3mm × 50cm 및 1mm × 50cm)의 스테인레스 스틸 루멘의 각 말단으로부터 동등하게 멀리 떨어진 곳에 놓아둔다. 이들 내부 직경과 길이는 의료 기구에 사용되는 금속 루멘에 대해 전형적이다. 생물학적 시험 조각을 포함하는 각 루멘 중간의 구획 부분(compartment)은 내부 직경 13mm × 길이 7.6cm의 치수를 갖는다. 금속 루멘을 이용한 생물학적 시험에서는, 총 9개의 루멘이 시험마다 평가된다. 이들은 유용한 내부 직경 및 길이의 3가지 상이한 세트 각각으로부터의 3개의 루멘을 포함한다.

소정 치수(내부 직경 × 길이 = 1mm × 1미터, 1mm × 2미터, 1mm × 3미터 및 1mm × 4미터)의 TEFLON™ 루멘의 말단으로부터 균등하게 떨어져 위치하는 종이 스트립(6mm × 4mm 와트만 #1 크로마토그래피 종이)상의 4.1 × 10⁵개의 바실러스 서브틸리스 변종(나이거) 포자로 구성되는 생물학적 챌린지를 이용하여 유사한 실험을 수행한다. 생물학적 시험 조각을 포함하는 이들 루멘의 중앙 구획 부분은 내부 직경 15mm × 길이 7.6cm의 치수를 갖는다. TEFLON™ 루멘을 이용한 생물학적 시험에서는, 총 12개의 루멘이 시험마다 평가되며 유용한 4가지 상이한 길이 각각의 3개의 루멘을 포함한다.

생물학적 시험 샘플을 함유하는 루멘을 살균실내의 선반 위에 놓여진 플라스틱 트레이 내에 놓아둔다. 이어서, 살균실 도어를 폐쇄하고 진공 펌프를 이용하여 살균실을 0.2토르의 압력이 되도록 탈기시킨다. 알루미늄 팬의 바닥으로부터 약 1cm의 높이에서 상기 알루미늄 팬의 측벽 상에 놓여진 열전쌍 온도계에 의해 측정된 바와 같이, 과산화수소 우레아 부가물을 함유하는 알루미늄 팬을 5분 동안 80 내지 81℃로 가열한다. 이러한 시간 동안, 살균실내의 과산화수소의 농도는 과산화물 모니터에 의해 측정된 바와 같이 6mg/L로 증가된다.

생물학적 시험 샘플을 5, 10, 15, 20, 및 25분의 기간 동안 과산화수소 증기에 노출시킨다. 과산화수소 증기에 노출시킨 후에, 생물학적 시험 샘플을 시험 샘플상에 잔류할 수 있는 모든 과산화수소 잔사도 중화시키기 위해 카탈라제 277 단위를 함유하는 트립티카제 소이 브로쓰(TSB) 15ml 내로 무균적으로 옮긴다. 모든 샘플을 32℃에서 7일동안 배양하고 성장을 관측한다.

50중량%의 과산화수소 수용액을 살균실 내로 주입하고 가열된 주입기(가열된 금속 표면)로부터 기화시키는 비교 연구를 수행한다. 주입된 과산화수소 용액의 용량은 6mg/L의 과산화수소 증기상 농도를 생성한다. 이들 시험에 사용되는 시험 루멘 및 생물학적 시험 샘플은 비수성 과산화수소 시험에 사용되는 것과 동일하다. 과산화수소에 노출시킨 후 생물학적 시험 샘플을 조작하는 것도 동일하다.

B. 시험 결과

각각 표 3 및 4에 각각 제시되는, 스테인레스 스틸 및 TEFLON™ 루멘을 이용한 이들 시험 결과는 금속과 비금속 루멘 모두를 이용하는 비수성 과산화물 전달 시스템의 장점을 예시해주고 있다. 세균성 포자의 총 사멸은 평가된 가장 작은 내부 직경 및 가장 긴 루멘에 대한 비수성 과산화물 전달 시스템을 이용하여 5분 이내에 완료된다. 이와 동시에, 50중량%의 과산화수소 용액을 이용하여 25분의 확산 시간 후에도 완전한 사멸이 달성되지 못하였다.

상당량의 물의 부재하에서도 신속한 살균이 성취될 수 있다는 사실은 습기가 일반적으로 과산화수소 이외의 각종 살균제에 의한 화학물질 기체/증기상 살균 동안에 존재해 왔다는 사실에 비추어 볼 때 놀라운 일이다. 증기상 과산화수소 살균 시스템은 과산화수소 수용액을 사용하기 때문에 이들 시스템에도 역시 습기가 존재하여 왔다.

각종의 기타 과산화물 복합체의 살균 효능을 시험하기 위하여 하기의 실험을 수행한다.

실시예 2, 3 및 4

실시예 1의 장치를 사용하여 폴리비닐피롤리돈-과산화수소 복합체(실시예 2), 나일론 6-과산화수소 복합체(실시예 3), 및 1,3-디메틸우레아 과산화수소 복합체(실시예 4)의 효능을 시험한다. 이들 화합물은 하기 실시예 12 및 13에서 기술된 방법에 따라 합성한다. 시험 변수는 하기와 같다:

각각의 경우에, 포자 지지체는 플라스틱 루멘내의 6mm × 4mm 종이 기재이고 스테인레스 스틸 루멘내의 스테인레스 스틸 블레이드이다. 상기 효능 시험에 대한 결과가 표 6에 제시된다.

표 6에 나타낸 결과는 시험된 각각의 과산화수소 복합체가 단지 5분 노출후에 효능적인 살균을 제공하는 과산화물 증기를 발생시킨다는 것을 보여준다.

상기에 나타낸 고체 복합체로부터 과산화수소 증기를 방출하기 위해 요구되는 온도는 알루미늄 팬의 바닥으로부터 약 1cm 떨어진 상기 팬의 외부에 위치한 열전쌍 온도계에 의해 측정된 온도이다. 상기 팬 내부 바닥에 위치한 온도계(예: 형광광학(fluoroptic) 온도계)를 사용한 추가의 시험은 팬 바닥의 온도가 하기의 실시예 5에서 기술된 바와 같이, 약 30 내지 35℃ 정도 높다는 것을 지시하고 있다. 따라서, 앞서의 실시예에서, 팬 바닥의 온도는 열전쌍 온도계가 80℃를 가리킬 때 약 110 내지 115℃이고 열전쌍 온도계가 110℃를 가리킬 때는 약 140 내지 145℃이다.

실시예 5

고체 과산화물 복합체를 함유하기 위해 사용되는 알루미늄 팬 바닥의 온도를 결정하기 위하여, 형광광학 온도계를 알루미늄 팬의 내부 바닥에 테이프로 고정시킨다. 오메가™ 열전쌍 온도계를 알루미늄 팬의 바닥으로부터 약 1cm 떨어진 상기 알루미늄 팬의 외부에 놓아둔다. 온도계의 3가지 상이한 기록을 취한다. 각각의 경우에 팬을 팬의 측면상에 놓여진 온도계에 의해 지시된 목적하는 온도로 가열시키고 냉각시킨 다음, 목적하는 온도로 재가열한다. 기록된 온도는 하기에 열거되어 있다:

상기 결과는 알루미늄 팬의 바닥 온도가 이러한 팬의 측면에 위치한 열전쌍 온도계에 의해 지적된 온도보다 약 30 내지 35℃정도 높다는 것을 보여준다.

개방된 시스템(루멘이 아님)에서의 수성 및 비수성 과산화물 공급원을 사용하여 수득된 효능 데이터를 비교하기 위해 추가의 시험을 수행한다. 실험은 하기에 상세히 기술한다.

실시예 6

실시예 1의 장치는 TYVEK™/MYLAR™ 덮개 내에 팩키징된 6mm×4mm 스트립의 와트만 #1 크로마토그래피 종이 위에 6.8×10⁵개의 바실러스 서브틸리스 변종(나이거) 포자로 구성된 생물학적 챌린지와 함께 사용한다(TYVEK™는 폴리에틸렌으로 구성된 기체 투과성 섬유이며 MYLAR™은 기체 투과성이 아닌 폴리에스테르 물질이다). 팩키징된 생물학적 챌린지 스트립은 가요성 형광광학 S상 결장경을 포함하는 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 앞, 중앙, 뒤에 위치된다. 이 트레이를, 확산시키기 위하여 상부에 하나의 포트를 갖고 바닥에 2개의 포트를 갖는 폴리페닐렌 옥사이드 컨테이너에 위치시킨다. 4인치 직경의 포트를 통기성 폴리프로필렌 팩키징 물질(SPUNGUARD™ Heavy Duty Sterilization Wrap, Kimberly-Clark, Dallas, TX)로 덮어 살균후 컨테이너의 내용물의 살균성을 유지시킨다. 상기 컨테이너를 실시예 1의 장치에 위치시키고 살균실의 압력을 0.2토르로 감소시킨다. 2g의 과산화수소 우레아 부가물을 포함하는 알루미늄 팬을, 알루미늄 팬의 바닥으로부터 약 1cm 떨어진 알루미늄 팬의 외부에 놓여진 열전쌍 온도계에 의해 측정된 바와 같이, 5분 동안 80 내지 81℃로 가열하여 살균실에 3mg/L의 과산화수소 증기를 제공한다. 생물학적 시험 샘플을 5 내지 10분 동안 과산화수소 증기에 노출시킨다. 노출후 시험 샘플을 실시예 1에서와 같이 동일한 방법으로 조작한다.

50중량% 과산화수소 수용액을 살균실 내로 주입하고 가열된 주입기로부터 기화시키는 비교 연구를 수행한다. 주입되는 과산화수소 용액의 용량은 3mg/L의 증기상 농도를 생성시킨다. 시험의 구성, 생물학적 시험 샘플의 조성 및 노출후 생물학적 시험 샘플의 조작은 비수성 과산화수소 시험에 사용된 것과 모두 동일하다. 이들 시험의 결과는 표 8에 나타낸다.

이들 시험의 결과는 생물학적 샘플을 루멘에 놓아두지 않는 "개방" 시스템내의 수성 과산화수소 방법과 비교할 때 비수성 과산화수소 방법의 보다 큰 효능을 입증해준다. 다시 한번, 비수성 시스템이, 과산화수소의 길고 좁은 루멘으로의 확산이 요구되지 않은 경우에서도 보다 우수한 살균을 제공하는 것으로 밝혀진 것은 놀라운 일이다. 이것은 과산화수소의 작용 방식이 물이 있거나 없는 시스템에 대해 동일하지 않다는 것을 제시해준다.

감소되지 않은 상압에서 비수성 과산화수소 증기의 효능을 결정하기 위하여 추가의 시험을 수행한다. 이 시험을 하기에 상세하게 기술한다.

실시예 7

대기압에서 개방 시스템내의 우레아 과산화물 복합체로부터 방출된 과산화수소 증기를 사용하여 효능 시험을 수행한다. 이 시험에서는, 스테인레스 스틸 수술용 블레이드상에 1.04×10⁶개의 바실러스 서브틸리스 변종(나이거)의 생물학적 챌린지를 TYVEK™/MYLAR™ 덮개에 팩키징한다. 팩키징한 생물학적 챌린지 블레이드를 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 앞, 중앙 및 뒤에 놓아둔다. 이 트레이를 실시예 1의 장치에 놓아두고 살균실 도어를 폐쇄한다. 4g의 우레아 과산화물(Fluka Chemcal Corp.)을 포함하는 알루미늄 팬을, 알루미늄 팬의 바닥으로부터 약 1cm 떨어진 상기 팬의 측면상에 놓여진 열전쌍 온도계에 의해 측정된 바와 같이, 시험 동안에 80 내지 81℃로 가열한다. 생물학적 시험 샘플을 5, 10, 20, 및 30분 동안 과산화수소 증기에 노출시킨다. 노출후에 시험 샘플을 실시예 1에서와 동일한 방식으로 조작한다. 이들 시험 결과는 표 9에 제시되고 대기압에서 개방 시스템내의 비수성 과산화물 방법의 효능을 입증해준다.

다양한 온도에서 과산화수소 우레아 복합체로부터 방출되는 적당량의 과산화물을 결정하기 위해 추가의 시험을 수행한다. 이 시험을 실시예 8에서 기술한다.

실시예 8

시판용 정제(Fluka Chemical Corp.)를 파쇄하여 수득한 우레아 과산화물 분말을 12.7cm×12.7cm 치수의 도 3b에 따른 장치의 2개의 알루미늄 스크린 사이에 놓아둔다. 이어서, 알루미늄 판을 가열시키고 온도를 알루미늄 판의 코너 근처에 위치한 온도계를 사용하여 모니터링한다. 표 10은 5분 동안 가열한 후에 다양한 온도에서 방출된 과산화물의 대강의 비율을 열거한 것이다. 데이터는 약 100중량%의 과산화물이 140℃의 온도에서 복합체로부터 방출된다는 것을 보여준다. 보다 낮은 비율의 과산화물은 보다 낮은 온도에서 방출된다.

실온 및 대기압에서 과산화수소 증기를 방출하는 능력을 갖춘 과산화물 복합체(예: 우레아 과산화물 복합체)가 다양한 살균 응용에서 사용하기에 효과적이다. 이들은 상기 기술한 본 발명의 살균장치에서 사용될 수 있을 뿐만 아니라 본 발명의 화합물을 또한 자가 살균 팩키징 물질의 일부로서 사용할 수 있거나 거즈, 스폰지, 면등과 같은 지지체상에 적용시킬 수도 있다. 당해 화합물은 실온에서 또는 승온에서 밀봉된 팩키징을 살균시켜 주고 팩키징된 의료용 또는 수술용 제품의 살균에 특히 유용하다.

본 발명의 화합물의 특정 용도가 하기 실시예에 기술된다. 하기의 실시예에서 사용되는 과산화물 복합체는 정제형태(Fluka Chemical Corp.) 또는 정제를 파쇄하여 수득한 분말 형태의 우레아 과산화물이다.

실시예 9

자가 살균 파우치는 하기와 같이 조립한다: 표면상에 3.8×10⁵개의 바실러스 서브틸리스 변종(나이거) 포자를 가지는 수술용 메스를 살균용 페트리 접시에 놓아둔다. 상기 접시를 정제 또는 분말 형태의 우레아 과산화물 복합체 1mg와 함께 보다 큰 페트리 접시에 놓아둔다. 보다 큰 페트리 접시를 TYVEK™/MYLAR™(기체 투과성, 표 11), MYLAR™/MYLAR™(기체 비투과성, 표 12) 또는 종이/MYLAR™(기체 투과성, 표 12)으로 형성된 파우치로 주입시킨다. 이어서, 파우치를 밀봉한다.

각각의 파우치를 표 11 및 표 12에서 보여지는 바와 같이 다양한 시간 동안 각종 온도에 노출시킨다. 생물학적 시험 샘플을 실시예 1에서 기술한 바와 같이 살균에 대해 평가된다. 결과를 표 11 및 12에 나타내었는데, + 부호는 세균 성장을 나타낸다.

표 12는 통기성 장벽이 있거나(종이/MYLAR™) 없이 (MYLAR™/MYLAR™) 자가 살균 파우치에 대한 효능 데이터를 열거하고 있다. 파우치를 상기 기술한 바와 같이 조립하지만 과산화물 증기 공급원은 단지 분말 형태의 우레아 과산화물이다.

상기 시험 결과로부터, 통기성 장벽을 갖거나 갖지 않는 파우치내에 포함되어 있는 본 발명에 따른 우레아 과산화물 복합체가 실온 및 대기압에서 물의 부재하에서 단지 2 내지 3시간 후에 파우치 내부의 제품을 효과적으로 살균시킬 수 있다는 사실을 알 수 있다. 보다 고온에서는, 단지 1시간 후에라도 살균시킬 수 있다.

밀폐된 컨테이너 내에서 본 발명에 따른 살균 시스템의 효능을 결정하기 위해, 다음 실험을 수행한다.

실시예 10

자가 살균 컨테이너를 다음과 같이 조립한다: 표면상에 3.8×10⁵개의 바실러스 서브틸리스 변종 나이거 포자를 갖거나(표 13) 9.2×10⁵개의 바실러스 서브틸리스 변종 나이거 포자를 갖는(표 14) 스텐레스 스틸 지지체를, 표면상에 20개의 구멍(3/16" 크기)이 있는 작은 폴리에틸렌(PE) 바이알 내부에 놓아둔다. 이 바이알을 기밀된(airtight) 캡이나 SPUNGUARD^R(CSR 랩)의 기체 투과성층으로 덮은 큰 PE 바이알에 놓아둔다. 이러한 큰 바이알에 또한, 표면상에 20개의 구멍(3/16" 크기)이 있는 제2 PE 바이알을 놓아둔다. 이 바이알은 분말 또는 정제 형태의 우레아 과산화물을 1g 함유시키고 SPUNGUARD™(CSR 랩) 또는 TYVEK™ 파우치로 밀봉시킨다.

각 컨테이너를 다음 표 13 및 14에 나타낸 바와 같은 각종 온도에서 각종 시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 샘플을 대상으로 하여 실시예 1에서 기술된 바와 같이 살균에 대해 평가한다. 그 결과가 표 13 및 14에 나타나있으며, "+" 부호는 세균 성장이 있음을 나타낸다.

상기 시험 결과로부터, 통기성 장벽을 갖거나 갖지 않는 컨테이너내에 포함되어 있는 본 발명에 따른 비수성 우레아 과산화물 복합체가 실온에서 단지 3 내지 4시간 후에라도 효과적인 살균효과를 나타낸다는 사실을 알 수 있다. 보다 고온에서는, 30분 정도의 짧은 시간후에라도 살균시킬 수 있다.

과산화물 증기를 방출시키는 비수성 과산화물 복합체는 실온에서, 보다 효과적으로는 보다 고온에서 제품의 살균에 있어서 유용한 것으로 밝혀졌다. 이들 복합체는 파우치, 컨테이너, 살균실, 방, 또는 밀봉시킬 수 있는 어떠한 영역에라도 놓아둘 수 있으며, 여기서 이들은 제품을 효과적으로 살균시키는 과산화물 증기를 방출시킨다. 이 복합체를 가열하여 증기의 방출을 촉진시키고 실온살균시 요구되는 시간 보다 적은 시간내에 살균을 수행할 수 있다. 따라서, 본 발명의 화합물은 살균이 요구되는 각종 적용 분야에 유용하다. 당해 복합체를 단순히, 살균시키고자 하는 제품(들)을 함유하는 밀봉된 영역내에 놓아둠으로써 살균을 성취할 수 있다. 선행기술의 방법과는 대조적으로, 과산화수소의 활성화를 위해 습기와 접촉시킬 필요성이 없게된다.

보다 저압하에서 적은 시간 동안 비수성 과산화물 복합체를 사용하여 살균을 수행할 수 있는지를 확인하기 위해, 다음 실험을 수행한다.

실시예 11

자가 살균 컨테이너를 다음과 같이 조립한다: 표면상에 9.2×10⁵개의 바실러스 서브틸리스 변종 나이거 포자를 갖는 스텐레스 스틸 지지체를, 표면상에 20개의 구멍(3/16" 크기)이 있는 작은 폴리에틸렌(PE) 바이알 내부에 놓아둔다. 이 바이알을 CSR랩(SPUNGUARD^R)의 기체 투과성 층으로 덮은 큰 PE 바이알에 놓아둔다. 이러한 큰 바이알에 또한, 표면상에 20개의 구멍(3/16" 크기)이 있는 제2 PE 바이알을 놓아둔다. 이 바이알에 분말 또는 정제 형태의 우레아 과산화물을 1g 함유시키고 CSR 랩 또는 TYVEK™ 파우치로 밀봉시킨다.

상기와 같은 큰 바이알을 4.5L 살균실 또는 173L 살균실 내에 놓아둔다. 각 컨테이너를 표 15에 나타낸 바와 같이, 100토르 압력 및 23℃ 온도에서 2시간 동안 노출시킨다. 생물학적 시험 샘플을 대상으로 하여 실시예 1에서 기술된 바와 같이 살균에 대해 평가한다. 그 결과가 표 15에 나타나 있다.

상기 결과는 통기성 장벽을 갖는 컨테이너 내에 포함된 비수성 우레아 과산화물 복합체가 100토르 및 실온에서 단지 2시간 후에라도 효과적으로 살균시킬 수 있음을 보여준다. 표 14에 나타낸 결과와 비교할 때, 상기 결과는 본 발명에 따른 과산화물 복합체가 대기압하에서 살균시키는데 요구되는 것보다 적은 시간내에 감압하에서 살균시킬 수 있음을 입증해준다.

따라서, 본 발명에 따른 과산화수소 복합체는 상당히 단시간내 효과적으로 살균시킬 수 있다. 또한, 앞서 논의된 바와 같이, 플라즈마를 사용하여 과산화수소 증기의 살균 능력을 증진시킬 수도 있다. 살균시키고자 하는 제품을, 과산화물 증기에 노출시킨 후, 플라즈마 적용시키고 살균이 완료되기에 충분한 시간 동안 플라즈마내에서 유지시킨다.

과산화수소 증기에 노출시킴으로써 살균시킨 제품을 플라즈마에 노출시켜 제품상에 잔존하는 어떠한 과산화수소도 제거할 수 있다. 잔존하는 과산화수소는 플라즈마 처리동안 비-독성 생성물로 분해되기 때문에, 살균시킨 제품을 어떠한 추가의 단계도 필요없이 즉시 다음 처리를 위해 사용할 수 있다.

비수성 과산화물 복합체는 자가 살균 패키징의 성분으로서 사용되는 등의 각종 적용분야에 유용하다. 또한, 상기 복합체는 미국 특허 제4,943,414호에 기재된 방법과 같은 제품의 각종 증기 살균법에 사용하기 적합하다. 상기 특허에는 소량의 기화성 액체 살균제 용액을 함유하는 도관(vessel)을 루멘에 부착시키고 살균제를 기화시켜 살균주기 동안 압력이 저하됨에 따라 제품의 루멘내로 직접 유동시키는 방법이 기재되어 있다. 상기 특허에 기재된 방법을 변형시켜 비수성 과산화물 화합물에도 사용될 수 있도록 할 수 있다. 상기 화합물을 도관에 놓아두고 살균시키고자 하는 제품의 루멘에 연결시킨다. 이어서, 이 제품을 컨테이너내에 놓아둔 다음 컨테이너를 탈기시킨다. 제품의 루멘과 제품이 외부를, 비수성 화합물로부터 방출시킨 과산화수소 증기를 통해 접촉시킨다. 플라즈마가 임의로 발생될 수 있으며 이를 사용하여 살균을 증진시키고/시키거나 제품으로부터 잔류하는 모든 과산화수소를 제거할 수 있다.

상기 기재된 시스템내에서 비수성 과산화물 복합체를 사용함으로써, 수용액 중의 물이 보다 신속하게 기화되어 과산화수소 증기 보다 먼저 루멘 내로 흘러들어가는 단점을 극복할 수 있다. 따라서, 보다 효과적인 살균이 달성되며 적은 시간이 요구된다. 글리신 무수물과 같은 과산화수소 복합체가 특히 유리한데, 이는 이들 복합체가, 복합체를 부가적으로 가열시킬 필요없이 감압하에서 상당량의 과산화수소를 방출시키기 때문이다.

비수성 과산화수소 복합체의 합성

추가로, 본 발명은 과산화수소 증기 살균기 중의 공급원으로서, 또는 상기 기재된 바와 같은 자가 살균 패키징의 한 성분으로서 유용한 비수성 과산화수소 복합체의 제조방법을 제공한다. 물론, 당해 과산화수소 복합체는 기타 적용분야, 예를 들면, 표백제, 콘택트 렌즈 용액, 촉매, 및 당해 분야의 숙련인에게 널리 공지될 기타 적용 분야에 사용할 수 있다.

본 발명의 과산화수소 복합체를 제조하는 일반적인 방법은 다음과 같다:

(1) 반응 물질을 살균실 내에 놓아둠

과산화수소와 반응될 물질은 각종 형태의 고체(예를 들면, 바람직하게는 반응속도를 증가시키는 높은 표면적을 지닌 분말, 결정, 필름 등)일 수 있다. 반응물질은 또한, 압력을 살균실내에서 강하시킨 후 용매를 기화시키기에 충분한 시간이 허용된다면 수중 또는 또다른 용매중의 용액으로서 존재할 수 있다. 상기 물질은 또한 비점이 과산화수소의 비점(150℃) 보다 높은 액체일 수 있다. 반응 속도는 승온하에서 보다 빠르기 때문에, 반응 조성물이 도입되기 전이나 후이든지 간에 살균실을 가열하는 것이 바람직하다. 그러나, 온도는 반응물이 비등되거나 기화될 만큼 높아서는 안된다.

반응 조성물은 과산화물 증기에 대한 접근을 제공해주는 어떠한 컨테이너내에서도 함유될 수 있다. 이 조성물이 분말 형태 또는 살균실이 탈기될 때 흩날릴 수 있는 기타 형태인 경우, 반응 물질은 과산화수소를 컨테이너내로 확산시켜 줄 수 있는 투과성 컨테이너내에 보존시킬 수도 있다.

(2) 살균실을 탈기시킴

특정의 양태에서는, 과산화물 모두가 증기상으로 존재하도록 하기 위해서는, 과산화물의 증기압(이는 이의 농도와 온도에 의존한다) 보다 낮은 압력과 같은 대기압 이하의 압력이 되도록 살균실을 탈기시킨다. 증기압은 온도가 증가함에 따라 상승되고 과산화물 농도가 증가함에 따라 강하된다. 대부분의 실험에서는, 살균실을 약 0.2토르로 탈기시키고 온도를 주위 온도 이상으로 한다.

(3) 과산화수소 증기를 발생시킴

과산화수소 증기를 과산화수소 용액으로부터 또는 실질적으로 무수 상태의 과산화수소 복합체로부터 발생시킬 수 있다. 실질적으로 무수 상태의 과산화수소 복합체는 증기 상태의 무수 과산화수소를 생성시키는데, 이는 증기와 반응될 물질 또는 형성될 복합체가 흡습성인 경우에 유리하다. 실질적으로 무수 상태의 복합체로부터 과산화수소 증기를 발생시키는 또다른 잇점은 형성되어지는 복합체내의 과산화수소의 비율이 과산화수소 증기가 과산화수소의 수용액으로부터 발생되는 경우보다는 높다는 점이다. 이는 아마도, 수용액을 사용하여 과산화수소 증기를 발생시킬 때 복합체 상의 결합부위에 대한 물 분자와 과산화수소 분자간의 경쟁에서 비롯된 것일 수 있다.

과산화물 증기는 반응물질을 보유하는 동일한 살균실내에서 또는 진공 밸브에 의해 격리된 또다른 살균실내에서 발생시킬 수 있다.

(4) 반응 물질을 과산화수소와 반응시킴

당해 반응에 요구되는 시간은 물론, 반응 물질과 과산화수소간의 반응속도에 따라 결정된다. 반응 물질에 대한 과산화물의 결합동안 저하되는 압력을 모니터링함으로써 실험적으로 측정할 수 있다. 전형적으로, 반응시간은 약 5 내지 30분이다. 기화된 과산화수소의 농도와 출발물질의 중량으로 최종 반응 생성물중의 과산화물의 중량%를 결정한다. 과산화수소에 대한 반응 물질의 중량비가 증가함에 따라 복합체 내의 과산화수소의 중량%는 감소한다. 반응을 수회 반복하여 복합체내의 과산화수소 농도를 증가시킬 수 있다.

(5) 살균실을 다시 탈기시킴

반응주기가 끝날 무렵, 살균실을 약 2토르가 되도록 추가로 탈기시켜 반응되지 않은 모든 과산화수소를 제거한다.

(6) 살균실을 통기시키고 과산화수소 복합체를 회수함

과산화수소가 반응 물질과의 복합체를 형성하는 기작은 완전하게 밝혀지지 않았다. 이러한 복합체의 형성은 반응 물질상에 산소 및/또는 질소를 함유하는 전자 풍부한 작용성 그룹과 과산화수소간의 수소 결합 형성을 수반하는 것으로 여겨진다. 이것히 유일한 결합양태인지는 공지되어 있지 않지만, 광범위한 작용성 그룹을 갖는 물질은 과산화수소와 복합체를 형성하는 것으로 밝혀졌다.

선행 과산화수소 복합체 형성방법에 비해 증기상 반응이 지니는 이점으로는 다음과 같은 것들이 있다:

1. 증기상태로 존재하는 과산화수소의 양 또는 증기에 노출된 반응 물질의 양을 다양하게 함으로써 반응 물질에 대한 과산화수소의 비율을 정확하게 조절할 수 있다.

2. 반응 생성물로부터 용매를 제거시켜야 하는 필요성이 없어진다.

3. 분말, 결정, 필름 등의 고체 또는 액체인 과산화물 복합체가 형성될 수 있다.

4. 흡습성 물질의 과산화물 복합체가 제조될 수 있다.

본 발명에 따르는 비수성 과산화물 복합체의 합성은 다음 실시예에 추가로 기재된다. 당해분야의 숙련인에게 용이하게 인지될 수 있는 바와 같이, 이들 화합물중 다수는 본 명세서에서 보다 상세히 기재된 용도를 갖는 것 이외에도, 촉매로서의 유용성을 지닌다. 하기 실시예는 본 발명에 따른 조성물과 방법의 양태를 나타내지만, 이로써 본 발명의 범위가 제한되지는 않는다.

실시예 12

글리신 무수물의 과산화수소 복합체는 다음과 같이 제조한다: 글리신 무수물(Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI) 1.0g 샘플을, 45℃로 유지시킨 173L 살균실내의 알루미늄 트레이에 놓아둔다. 알루미늄 트레이 상부를, 살균실내의 압력이 떨어질 때 글리신 무수물이 트레이로부터 빠져나오는 것을 막지만 통기성이고 과산화수소를 흡수하지는 못하는 TYVEK™ 부직포로 덮는다. 살균실 도어를 닫고 살균실 내의 압력을 진공 펌프로 탈기시킴으로써 0.2토르로 떨어뜨린다. 70중량%의 과산화수소 수용액(FMC Corp., Philadelphia, PA)의 적절한 용량을 살균실내로 기화시킴으로써 과산화수소 농도가 10mg/L이 되도록 한다. 과산화수소 증기를 글리신 무수물과 20분간 접촉시킨다. 반응 주기가 끝날무렵, 살균실 압력을 2토르로 강하시킨 다음 대기압이 되도록 한다. 살균실로부터 반응 생성물을 꺼낸 다음, 다음 요오드법 적정 반응식 1로 과산화수소 중량%에 대해 분석한다.

종말점에서의 색상 변화를 증진시키기 위해 요오드-나트륨 티오설페이트 적정반응에 전분 지시약을 사용한다. 과산화수소의 중량%는 다음 수학식 1로 산정된다.

글리신 무수물 복합체중의 과산화수소의 중량%는 24.3중량%인 것으로 밝혀졌다.

실시예 13

실시예 12의 방법을 사용하여 광범위한 유기 및 무기 복합체의 과산화수소 복합체를 제조한다. 각 경우에 있어, 반응조건은 표 16에 나타낸 화합물중 한 화합물 각 1.0g을 글리신 무수물 대신 사용하는 것을 제외하고는 실시예 12에서와 동일하다.

형성된 유기 복합체는 과산화수소와 수소결합을 형성할 수 있는 다음 범주의 작용성 그룹에 속한다: 알콜, 에테르, 케톤, 산, 아미노산, 에스테르, 유기염, 아민, 아미드, 폴리아미드, 폴리우레탄, 우레아 및 뷰렛. 무기 복합체로는 나트륨, 칼륨 및 루비듐 양이온과의 탄산염 뿐만 아니라 중탄산나트륨을 포함한다. 또한, 수산화칼슘 및 사나트륨 피로포스페이트의 과산화수소 복합체가 또한 제조된다. 출발물질은 미세하게 나눠진 분말이거나 약간 큰 결정성 물질이나, 두께가 0.12mm인 필름으로서 가공된 나일론 6.6과 50중량% 수용액인 폴리비닐 메틸 에테르는 제외된다.

당해 시험 조건하에서 상기 물질을 사용하여 수득된 과산화수소 복합체는 폴리비닐피롤리돈, 히스타민, 폴리(비닐 메틸 에테르), 폴리(비닐 메틸 케톤), 프로피온아미드 및 1,3-디메틸우레아를 제외하고는 고체이다. 1,3-디메틸우레아와 프로피온아미드 과산화수소 복합체는 최종 생성물을 얻기 위해 어떠한 용매도 제거할 필요가 없기 때문에, 증기상 합성 공정시 용이하게 조작되는 자유 유동 액체이다. 히스타민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(비닐 메틸 에테르) 및 폴리(비닐 메틸 케톤) 복합체는 조작하기가 용이하지 않은 고무상 물질이다.

실시예 14 및 15는 자유 유동성 고체 생성물로서의 과산화물 복합체를 수득하기 위해 상이한 공정 조건하에서 폴리비닐피롤리돈을 사용한 추가의 연구에 대해 기재하고 있다.

실시예 14

증기 상태의 과산화수소 농도에 대한 폴리비닐피롤리돈의 중량비를 변화시킴으로써 폴리비닐피롤리돈 복합체내의 과산화수소 비율을 다양하게 한, 폴리비닐피롤리돈과의 과산화수소 복합체를 제조한다. 이들 시험에서의 조건은, 폴리비닐피롤리돈의 중량을 1.0g에서 3.0g 내지 5.0g으로 증가시킨 것을 제외하고는 실시예 12에서와 동일하다. 모든 시험에서, 과산화수소의 농도를 살균실 용적 1L 당 10.0mg으로 일정하게 유지시킨다. 이들 시험 결과는 표 17에 제시되어 있다.

실시예 15

과산화수소와 우레아와의 복합체로부터 과산화수소를 전달하여 PVP의 과산화수소 복합체를 제조한다. 과산화수소를 이러한 방식으로 전달하는 경우, 이는 실질적으로 무수 상태이다. 본 시험에서는, PVP 5g을 반응실에 놓아두고, 우레아와 H₂O₂ 35중량%의 복합체 약 7g을 약 5분 동안 약 110℃로 가열함으로써 살균실 용적 1L 당 과산화수소 10mg을 반응실 내로 전달한다. 본 시험에서의 나머지 조건들은 실시예 12에서와 동일하다. PVP 복합체중의 과산화수소 비율과 이 복합체의 물리적 상태는 표 17에 제시되어 있다.

이들 시험 결과는 증기 상태의 과산화수소에 대한 PVP의 비율을 조절하거나, 또 다른 방법으로는 실질적으로 무수 상태의 과산화수소 증기 공급원을 사용함으로써 PVP 과산화수소 복합체를 이용하여 자유 유동성 고체를 수득할 수 있음을 입증해준다.

무기 과산화수소 복합체

무기 과산화수소 복합체 또한, 유기 과산화수소 복합체에 대하여 상술한 바와 같이 살균제로서 사용하기에 적합하다. 대기압 및 실온하에서 이들 무기 복합체로부터 과산화물 증기를 방출시킬 수 있다. 그러나, 다음에 보다 상세히 기재되는 바와 같이, 대기압 및 감압하에서 특정 방출온도로 신속히 가열시키면 상당량의 과산화수소 증기가 무기 과산화물 복합체로부터 방출될 수 있다. 무기 과산화물로부터 과산화수소를 성공적으로 방출시키기 위해서는, 무기 과산화물 복합체의 가열속도가 바람직하게는 5℃/min 이상, 더욱 바람직하게는 10℃/min 이상, 보다 바람직하게는 50℃/min 이상, 가장 바람직하게는 1000℃/min 이상이다.

이들 무기 과산화물 복합체의 대표적인 예와 과산화수소의 중량%는 표 18에 제시되어 있다. 바람직한 무기 복합체는 분해되어 할로겐화수소산을 형성하지 않는 것이다. 따라서, 특히 바람직한 복합체는 할로겐을 함유하지 않는다. 또한, 과산화물 증기의 공급원으로서 과산화물 복합체의 혼합물을 제공할 수도 있다. 이러한 혼합물은 2가지 상이한 예비제조된 복합체가 물리적으로 혼합된 "물리적 혼합물"일 수 있거나 복합체 중의 화합물이 이로부터 과산화물 복합체를 제조하기에 앞서 혼합되는 "화학적 혼합물"일 수 있다.

복합체 중의 과산화수소의 중량%를 측정하기 위해 사용되는 적정 방법은 실시예 12에서 기재된 바와 같다. 탄산나트륨-과산화수소 복합체는 플루카 케미칼 코포레이션(Fluka Chemical Corp.)으로부터 구입한다. 무기 과산화물 복합체를 합성하는데 사용된 증기상 합성 공정은 실시예 12에서 기재된 바와 같으나, 단 고체 무기 샘플을 1 내지 5g 대신 10g 사용하고 반응주기를 1회 사용하는 것 대신 2회 사용한다.

실시예 16

무기 과산화수소 복합체의 액체상 합성에 대한 반응과정은 필수적으로 문헌[참조: Jones et al., J. Chem. Soc. Dalton, 12:2526-2532, 1980]에 기재된 바와 같다. 간략히 언급하면, 무기 고체를 먼저 과산화수소의 30중량% 수용액에 용해시켜 포화 용액을 만든 다음, 에탄올을 적가한다. 칼륨 옥살레이트와 탄산루비듐 복합체의 경우, 첨가되는 에탄올의 양을 점차적으로 증가시키면 백색 과산화물 침전물이 생성된다. 탄산칼륨, 칼륨 피로포스페이트 및 나트륨 피로포스페이트의 경우에는, 포화 용액을 수시간 동안 -10℃에서 항온 처리하여 결정성 과산화물 복합체 형성을 촉진시킨다. 이 복합체를 진공여과시켜 상기 액체로부터 분리시키고, 에탄올로 3회 이상 세척한 다음, 진공 건조시킨다.

1: 복합체 중의 과산화수소의 중량%를 측정하기 위해 사용된 적정 과정은 앞서 언급된 바와 같다.

2: 탄산나트륨 과산화수소 복합체는 플루카 케미칼 코포레이션으로부터 구입한다.

3. 증기상 및 액체상 과정은 무기 과산화물을 합성하기 위해 사용된다.

시차 주사 열량계(DSC)(모델 PDSC 2920, TA 및 Mettler-Toledo 모델 DSC 27HP 기기)를 사용하여 과산화수소 방출 또는 무기 과산화물 복합체의 분해 특성을 측정한다. DSC를 10℃/min의 가열램프 및 30 내지 220℃ 온도범위에서 대기압하에 진공압 조건을 변화시키면서 작동시킨다. 도 5를 참조하면, DSC는 샘플 실(110), 가열판(112) 및 압력 조절 시스템을 포함한다. 압력 조절 시스템은 압력 게이지(116)에 연결된 압력 변환기(114)를 포함한다. 압력 게이지(116)는 조절기(118)에 연결되고, 조절기는 다시 압력 조절 밸브(120)에 연결된다. 압력 변환기(114)는 압력 조절 밸브(120) 및 펌프(122)와 유체 교환시킨다.

상술한 바와 같이 합성된 칼륨 옥살레이트 과산화수소 복합체를 DSC에 놓아 두고 50 내지 170℃의 온도범위에 걸쳐 특정 진공압을 가한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 샘플 팬의 뚜껑 위에 하나의 구멍이 있는 이들 DSC 조건하에서, 보다 저압에서는, 흡열반응으로서 과산화수소가 보다 많이 방출되는 반면, 보다 고압에서는 과산화수소의 발열적 분해가 발생된다. 그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, 샘플 실험을 팬 위에 어떠한 커버도 없이(즉, 개방된 팬) 반복하는 경우에는 대기압하에서 과산화물의 부분적 방출이 일어날 수도 있다. 따라서, 특정의 과산화수소 복합체의 경우에는, 더 개방된 시스템 및/또는 감압이 복합체로부터 과산화수소의 방출을 촉진시킬 수 있다.

살균용으로 무기 과산화물 복합체를 사용하는데 있어서는, 무기 과산화물 조성물과 접촉시키기에 앞서 알루미늄 판을 예비가열시킴으로써 수행될 수 있는 가열이 신속히 일어나는 것이 복합체 안정성에 있어 중요하다. 무기 과산화물 화합물을 사용하는 경우, 온도가 86℃ 보다 높은 것이 또한 바람직하다.

상술한 바와 같이, 무기 과산화수소 복합체를 신속하게, 즉 1000℃/min 이상의 정도로 신속하게 가열하는 것이 바람직하다. 이는 과산화물을 예비가열된 가열판과 접촉시킴으로써 성취될 수 있다. 이러한 신속한 가열을 성취하는데 있어 바람직한 양태는 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 도 7a를 참조로 하면, 과산화물 증기를 밀폐된 위치에서 살균실(131)에 주입시키기 위한 장치(125)가 도시되어 있다. 무기 과산화수소 복합체를 과산화물 디스크(132)에 혼입시킨다. 이러한 디스크(132)는 5개층, 즉 3개의 CSR 랩 층, 과산화물 복합체 분말 및 폴리프로필렌으로 피복시킨 알루미늄 호일로 구성되어 있다. 디스크(132)의 모서리 주변을 열접착시켜 과산화물 복합체 분말을 보유시킨다. 과산화물 디스크(132)를 알루미늄 부착 조각(142)에 의해 하우징(150)에 부착되어 있는 천공된 알루미늄 판(130) 아래에 놓아둔다. 디스크(132)를 O-링(151) 사이에 위치시켜 느슨하게 유지시킨다. 과산화물 증기를 살균실내로 도입하기에 앞서, 가열된 알루미늄 열판(134)을 과산화물 디스크(132)로부터 격리시킨 다음, 이를 알루미늄판(136)에 부착시킨다. 벨로우(138)내의 스프링(도시되지 않음)은 판(136)을 밀폐된 위치 아래로 유지시켜 준다. 살균실(131)를 탈기시키면, 벨로우(138) 또한 탈기시킨다. 판(136)을 O-링(148)에 반대편에 놓아둠으로써 과산화물 방출실(152)를 통로(158)로부터 격리시킨다. 장치를 그 자리에 유지시키고 볼트(144, 146, 154 및 156)로 살균실(131)에 부착시킨다.

도 7b를 참조로 하면, 열판(134)을 과산화물 디스크(132)와 접촉되게 하기 위해서 벨로우(138)를 배기시킨다. 압력이 상승되면, 벨로우(138)를 위로 이동시킴으로써, 가열된 알루미늄 열판(134)이 과산화물 디스크(132)에 대항하여 나아갈 수 있다. 바람직한 양태에서는, 알루미늄 열판(134)을 175℃로 예비가열하지만, 다른 온도를 사용할 수 있다. 이어서, 과산화물 증기를 CSP 층을 통해 분말로부터 방출시키고, 천공된 알루미늄 판(130)에서 천공(160)내로 통과시킨 다음 과산화물 방출실(152) 내로 도입한다. 가열된 알루미늄 열판(134)의 상부로의 이동은 또한 과산화물 방출실(152)을 개방시켜 과산화물 증기가 통로(158)내로 들어가게 하는데, 여기서 상기 통로는 살균실과 유체 교환된다.

도 8을 참조로 하면, 다수의 유리 막대기(172)가 직각으로 배열된 살균실(170)이 도시되어 있다. 살균실(170)의 상단과 하단 각각에 위치된 스텐레스 스틸 메스 블레이드(174 및 176)는 이에 접종된 바실러스 스테아로더모필러스(Bacillus stearothermophilus)를 함유한다. 살균실(170) 내에 포함되어 있고 도 8의 우측에 도시된 것은 과산화수소 복합체, 예를 들면, 나트륨 피로포스페이트 과산화수소 복합체(Na₄P₂O₇·3H₂O₂) 및 칼륨 옥살레이트 과산화수소 복합체(K₂C₂O₄·H₂O₂)를 가열하기 위해 사용된 장치(178)이다. 이러한 장치(178)는 살균실(170)의 바닥에 파이렉스 보울(180)을 포함한다. 파이렉스 접시(182)가 파이렉스 보울(180)의 상단에 위치한다. 가열 패드(186)가 있는 알루미늄 판(184)을 파이렉스 접시의 상단에 놓아둔다. 과산화물 복합체를 알루미늄 판(184)에 놓아둔다. 전선(188)을 가열 패드(186)에 부착시키고 열전쌍(190)을 알루미늄 판(184)에 부착시킨다. 메스 블레이드(174)를 알루미늄 판(184) 위로 2인치 위치에 놓아둔다.

특정 양태에서는, 과산화물 복합체를 살균시키고자 하는 제품이 위치한 컨테이너와 유체 교환되는 별도의 밀폐용기 내에 제공한다. 밀폐용기와 컨테이너 내의 압력을 동일하거나 상이할 수 있다. 밀폐용기 내의 양성의 압력차는 밀폐용기 내에서의 과산화물 복합체로부터 방출된 과산화물 증기가 컨테이너 내로 이동하는 것을 용이하게 해줄 것이다. 이러한 양성의 압력은 컨테이너가 큰, 예를 들면, 컨테이너가 전체 룸인 경우에 특히 유용할 것이다.

또다른 양태에 있어서는, 분말 형태의 과산화물 복합체를 접착 표면에 적용시킨다. 바람직한 접착 표면으로는 고온 평가된 접착 테이프, 예를 들면, A10 및 A25 접착 테이프(3M Corp., Minneapolis, MN)가 있다. 이들 과산화물 복합체 분말-피복된 접착 테이프를 가열하여, 예를 들면, 도 3a, 7a 및 8에 도시된 장치를 사용하여 상기로부터 과산화물 방출을 수행한다.

도 9를 참조로 하면, 과산화물 복합체 분말(202)을 갖는 고온 등급의 접착테이프(200)를 알루미늄 호일 층(204)에 위치시킨다. 하나 이상의 CSR 층(206)을 접착 테이프 층(200) 상단에 층을 이루게 한다. 배열은 개개의 재료 시트 형태를 취하거나, 또는 롤이 상기 재료로부터 형성되도록 한다.

과산화물 방출량과 살균 효능을 측정하기 위해 실시예 17 및 18에서 사용된 무기 과산화물 복합체는 칼륨 피로포스페이트(K₂P₂O₇·3H₂O₂: PP), 칼륨 옥살레이트(K₂C₂O₄·1H₂O₂ : PO) 및 탄산나트륨(Na₂CO₃·1.5H₂O₂ : SC)이다.

실시예 17

SC, PO 및 PP로부터의 과산화물의 방출

SC, PO 및 PP로부터 과산화수소가 방출되는 이상적인 온도는 DSC로 측정한다. 이들 복합체 각 2g으로부터 방출된 과산화수소의 실제량은 75ℓ 살균실 및 도 7a 및 도 7b의 장치를 사용하여 각종 온도에서 측정한다. 175℃에서 PP로부터 방출된 과산화수소의 양은 SC 및 PO의 경우보다 많다. SC가 175℃에서 가장 적은 양의 과산화수소를 방출시키긴 하지만, 샘플양을 증가시키면 상당히 더 많은 방출이 관찰된다.

실시예 18

SC, PO 및 PP를 사용하는 효능 시험

2×10⁶개의 바실러스 서브틸리스 변종 나이거 포자를 SS 블레이드 상에 접종한다. 이로써 접종된 3개의 블레이드를 먼저, 스푼가드(Spunguard) 랩씌운 10"×21"×3.5" 폴리페닐렌 옥사이드 트레이의 전방, 중반 및 후반부에 위치시킨다. 이어서, 랩씌운 트레이를 초기 진공압이 0.2토르인 75L 진공실에 놓아둔다. SC, PO 또는 PP 무기 과산화물 분말을 열접착시켜 스푼가드의 3개 층과 폴리프로필렌 필름으로 피복된 알루미늄 호일 1개 층 사이에 5.5"의 과산화물 디스크를 만든다. 이 디스크를, 175℃로 예비가열시킨 알루미늄판과 2분간 접촉시킨 다음, 총 10분동안 노출시키는 동안 8분간 추가로 확산시킴으로써 과산화물을 방출시킨다. 처리 후, 3개 블레이드를 32℃에서 7일간 별도로 트립티카제 소이 브로쓰(TSB)에 놓아두고 세균 성장수를 기록한다. 그 결과가 표 20에 요약되어 있다.

상기 표로부터 알 수 있는 바와 같이, SC 2s(1/3)을 제외하고는 어떠한 포자의 성장도 관찰되지 않는다. 그러나, 증기와 접촉시킨 SC의 양이 3g으로 증가하면, 어떠한 세균 성장도 관찰되지 않는다. 이들 시험은 무기 과산화수소 화합물을 사용한 살균 효능을 강조하였다.

무기 과산화물 복합체는 유기 과산화물 복합체와 연관하여 상술한 바와 같은 살균 과정내로 용이하게 도입할 수 있다. 예를 들면, 무기 복합체를 플라즈마 살균법과 연관지어 사용하거나, 과산화물을 복합체로부터 서서히 방출시키는 자가 살균 컨테이너와 연관지어 사용할 수 있다. 유사하게, 무기 복합체를 또한, 좁은 루멘을 갖는 제품의 살균에 사용함으로써 무기 과산화물 복합체 함유 도관을 루멘에 연결시킬 수 있다. 또한, 무기 과산화물 복합체로부터 방출된 증기에 대한 압력 펄싱을 사용할 수 있다. 무기 복합체를 살균에 사용하는 다른 실시예는 본 발명을 참조로 하여 당해 분야의 숙련인에게는 명백해질 것이다.

포스페이트 및 축합된 포스페이트 과산화물 복합체의 합성

몇몇 포스페이트 및 축합된 포스페이트 과산화물 복합체가 하기 문헌에 보고된 이의 합성 과정과 함께 다음 표 21에 요약되어 있다. 일반적으로, 이들 복합체는 포스페이트 염을 과산화수소 수용액과 혼합함으로써(고체를 과산화물 용액에 가하거나 과산화물 용액을 고체에 가한다) 합성할 수 있다. 이러한 반응에 의해 발생된 열로 인해 과산화수소가 분해되기 때문에, 고체를 과산화물 용액과 서서히 혼합하거나 냉각된 과산화물 용액(0℃)을 사용함으로써 반응 온도를 조절하려는 시도가 있었다. 또한, 포스페이트의 수화물 또는 축합된 포스페이트 염을 과산화물 용액에 용해시킴으로써 과산화물 복합체를 형성시켰다.

분무 방법

문헌에 앞서 기술된 것과 유사한 과정을 수행하여 포스페이트 및 축합된 포스페이트 과산화물 복합체를 제조하는 방법의 용이성과 제한을 결정한다. 일반적으로, 복합체는 과산화물 용액을 균일하게 퍼진 고체 염 위에 분무한 다음 진공 또는 오븐 건조시킴으로써 제조한다. 표 22에는 분무 방법에 의해 합성된 복합체가 요약되어 있다. 선행 기술에 따라서 30중량%의 과산화수소 용액을 사용해서는 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na4P₂O₇·3H₂O₂)를 합성할 수가 없다. 과산화수소 용액을 실온에서 무수 인산칼륨(K₃PO₄)에 직접 가함으로써 인산칼륨 과산화물 복합체를 제조할 수는 없다. 상세한 합성 조건은 다음 실시예 21 내지 36에 제공된다.

나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na ₄ P ₂ O ₇ ·nH ₂ O ₂ )의 액체 분무 합성

일반적으로 나트륨 피로포스페이트와 과산화수소의 무수 복합체(Na₄P₂O₇·nH₂O₂)를 액체-고체 상 반응을 사용한 다음 진공 및/또는 오븐 건조시킴으로써 합성한다. 다음 실시예 21 내지 27에 기술된 바와 같이, 나트륨 피로포스페이트와 과산화수소의 복합체와 연관하여 다양한 변수가 있다. 농축된 과산화수소 용액(30 내지 90중량%의 과산화수소)을 나트륨 피로포스페이트(98%, Aldrich) 상에 분무 적가한다. 이 혼합물을 10℃, 25℃ 또는 45℃에서 1 내지 16시간 동안 항온처리한 다음 25 내지 60℃에서 진공 건조시키고/시키거나 60℃에서 오븐 건조시킨다. 과산화수소 농도, 출발 과산화수소 대 나트륨 피로포스페이트의 몰비, 고체 대 액체 비, 항온처리 시간 및 온도, 건조 양상, 건조 온도 및 출발 물질의 특성은 다음 실시예에 기술된 바와 같이 다양하여 생성물 조성에 대한 이들의 효과를 측정한다.

실시예 21 내지 23은 25℃에서 2시간의 반응 시간에 생성된 복합체 내에서의 과산화수소의 최종 중량%에 대한 건조 공정(30℃에서의 진공 건조, 60℃에서의 진공 건조 및 60℃에서의 오븐 건조)의 효과를 나타낸다.

실시예 24는 25℃에서 진공 건조를 이용한 반응 시간 효과를 나타낸다. 이러한 결과는 1시간의 반응 주기가 복합체 내에서 나트륨 피로포스페이트 대 과산화수소의 1:3 비를 형성하는데 충분하다는 것을 지시해준다.

실시예 25는 과산화물 복합체 형성에 대한 반응 온도 효과를 나타낸다. 이러한 결과는 약 1:3 비율의 복합체가 소량의 출발물질을 사용하는 경우에 45℃ 이하에서도 형성된다는 것을 지시해준다.

실시예 26은 액체-분무 합성을 이용하여 생성된 과산화물 복합체의 조성에 대한 과산화수소 농도의 효과를 나타낸다. 표 28에 지시된 바와 같이, 30중량%의 과산화수소를 4:1의 출발 과산화수소 대 SP의 몰비에서도 나트륨 피로포스페이트 고체에 분무시키면, 이로써 생성된 복합체 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·1.64H₂O₂)는 과산화수소 대 SP의 몰비가 2:1 미만이다(비스-퍼옥시하이드레이트). 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)는 과산화수소의 농도가 45중량% 초과, 바람직하게는 50중량% 초과일 경우에 형성될 수 있다. 과산화수소 대 SP의 몰비가 4:1인 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·4H₂O₂)는 단지 60℃ 이하의 온도에서만 안정하다.

실시예 27은 나트륨 피로포스페이트 트리스-퍼옥시하이드레이트 복합체가 과량의 나트륨 피로포스페이트(Na₄P₂O₇)를 사용하는 경우에는 액체 분무법에 의해 성공적으로 제조될 수 없다는 것을 나타낸다.

실시예 21

30℃에서 진공 건조시킴

과산화수소(59중량%)를 1:0.8, 1:0.9 및 1:1.1의 고체 대 액체 중량비로 나트륨 피로포스페이트(SP)와 혼합하고 25℃에서 2시간 동안 항온처리하고 진공하 30℃에서 4시간 동안 건조시키거나 30℃에서 4시간 동안 건조시킨 다음 60℃에서 15시간동안 가열한다. 생성물 수율은 84 내지 99%의 범위이다. 그 결과가 다음 표 23에 요약되어 있다.

실시예 22

60℃에서 진공 건조시킴

과산화수소(59중량%)를 1:0.8, 1:0.9 및 1:1.1의 고체 대 액체 중량비로 나트륨 피로포스페이트와 혼합하고 25℃에서 2시간 동안 항온처리하고 진공하 60℃에서 4시간 동안 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 24에 요약되어 있다.

실시예 23

60℃에서 오븐 건조시킴

과산화수소(59중량%)를 1:0.8, 1:0.9 및 1:1.1의 고체 대 액체 중량비로 나트륨 피로포스페이트와 혼합하고 25℃에서 2시간 동안 항온처리하고 60℃에서 6시간 또는 21시간 동안 오븐 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 25에 요약되어 있다.

실시예 24

반응 시간 효과

과산화수소(59중량%)를 1:0.8의 고체 대 액체 중량비로 나트륨 피로포스페이트와 혼합하고 25℃에서 1, 2 및 16시간 동안 항온처리하고 진공하 25℃에서 4시간동안 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 26에 요약되어 있다.

* 이 샘플은 실시예 39에서 열 안정성 연구에 사용된다.

실시예 25

반응 온도 효과

과산화수소(59중량%)를 1:0.8, 1:1.1 또는 1:1.3의 고체 대 액체 중량비로 나트륨 피로포스페이트와 혼합하고 10℃, 25℃ 또는 45℃에서 항온처리하고 진공하에서 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 27에 요약되어 있다.

실시예 26

과산화수소 농도의 효과

상이한 농도의 과산화수소 용액을 나트륨 피로포스페이트(Aldrich, 98%)에 적가한다. 이 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리하고 진공하 25℃에서 4시간동안 건조시킨 다음, 60℃에서 15시간 동안 오븐 건조시키나, 단 표 28의 마지막 행에서의 샘플에 대해서는 예외인데, 여기서는 25℃에서 4시간 동안 진공 건조시킨 다음 40℃에서 9시간 동안 오븐 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 28에 요약되어 있으며 이는 과산화수소 대 SP 몰비가 약 1:3인 과산화물 복합체를 제조하기 위해서는 보다 고농도의 과산화물이 요구된다는 것을 지시해준다.

* 샘플을 25℃ 진공하에 4시간 동안 건조시킨 후, 40℃ 오븐에서 9시간 동안 건조시킨다.

실시예 27

출발 화합물 양의 효과

실온에서 59중량%의 과산화수소 용액을 나트륨 피로포스페이트 고체에 서서히 분무시키지만, 혼합물의 온도는 증가되었다. 59중량%의 과산화수소를 SP 300g에 가하는 경우에는, 혼합물의 온도가 60℃ 이상으로 올라간다. 따라서, 보다 많은 양의 SP는 소량과 마찬가지로 작동하지는 않는 것으로 여겨진다. 그 결과가 다음 표 29에 요약되어 있다.

추가의 과산화물 복합체의 몇몇 추가적인 액체 분무 합성법이 다음 실시예 28 내지 34에 기술되어 있다.

실시예 28

나트륨 오르토포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₃PO₄·5H₂O₂)의 액체 분무 합성

과산화수소 농도가 30중량%, 59중량% 및 70중량%인 과산화수소 수용액을 3가의 고체 나트륨 오르토포스페이트(SPT; 96%, Aldrich) 상에 분무하여 페이스트를 형성한다. 이 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 다음 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 30에 요약되어 있다.

실시예 29

인산수소이나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂HPO₄·H₂O₂ 및 Na₂HPO₄·2H₂O₂)의 액체 분무 합성

2가 고체인 인산나트륨(99.95%, Aldrich)을 과산화수소 수용액에 용해시키고 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 다음, 25℃에서 진공하에 건조시킨다. 생성된 생성물은 약 1:2의 인산수소이나트륨/과산화수소의 비를 갖는 겔이다. 이러한 겔을 추가로 건조시키면 약 1:1의 인산수소이나트륨/과산화수소의 비를 갖는 분말이 수득된다. 그 결과가 다음 표 31에 요약되어 있다.

실시예 30

나트륨 트리폴리포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₅P₃O₁₀·1-2H₂O₂)의 액체 분무 합성

농축된 과산화수소 용액을 니트륨 트리폴리포스페이트(85%, Aldrich)(STP)상에 적가한다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨 다음 60℃에서 오븐 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 32에 제시되어 있다.

실시예 31

인산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₃PO₄·nH₂O₂)의 액체 분무 합성

실온에서 59중량%의 과산화수소를 3가의 인산칼륨에 서서히 적가한다. 반응 혼합물의 온도는 분무 동안에 약 80℃로 올라간다. 페이스트 혼합물을 진공하에 4시간 동안 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 33에 요약되어 있으며 이는 복합체 내의 대다수의 과산화물이 높은 반응 온도로 인해 분해되었다는 것을 지시해준다.

실시예 32

칼륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(K₄P₂O₇·nH₂O₂)의 액체 분무 합성

과산화수소 농도가 59중량% 또는 70중량%인 과산화수소 수용액을 칼륨 피로 포스페이트(PP; 97%, Aldrich) 상에 분무하여 페이스트를 형성시키는데, 이의 온도는 분무 동안에 약 30 내지 35℃이다. 이 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 다음 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 34에 요약되어 있다.

실시예 33

인산수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂HPO₄·3H₂O₂)의 액체 분무 합성

농축된 과산화수소 용액을 인산수소칼륨(98%, Aldrich)(PHP) 상에 분무시킨다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 35에 제시되어 있다.

실시예 34

인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·H₂O₂)의 액체 분무 합성

농축된 과산화수소 용액을 인산이수소칼륨(98%, Aldrich)(PDHP) 상에 적가 분무시킨다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 36에 제시되어 있다.

실시예 35

칼슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Ca₂P₂O₇·3.42H₂O₂)의 액체 분무 합성

59중량%의 과산화수소 수용액을 고체 칼슘 피로포스페이트(Aldrich) 상에 분무시킨다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 37에 제시되어 있다.

실시예 36

마그네슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Mg₂P₂O₇·4.60H₂O₂)의 액체 분무 합성

59중량%의 과산화수소 수용액을 고체 마그네슘 피로포스페이트(Aldrich) 상에 분무시킨다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 38에 제시되어 있다.

몇몇 포스페이트 과산화물 복합체가 기술되긴 하였지만, 안정한 복합체를 제조하는 어떠한 일반적인 합성법도 공지된 바 없다. 과산화수소 용액과 포스페이트 또는 축합된 포스페이트 간의 반응은 발열 반응이다. 이러한 발열 반응에 의해 발생된 열로 인해 과산화수소가 분해될 수 있다. 그 결과, 복합체는 불안정해질 수 있거나 목적하는 것 보다 더 낮은 과산화물 대 포스페이트 또는 축합된 포스페이트 비를 갖는다. 이러한 문제점은 대량의 복합체를 제조하는 경우에 특히 두드러진다.

페이스트 방법

과산화수소 용액과 포스페이트 또는 축합된 포스페이트과의 반응에 의해 발생된 열을 통제하기 위한 노력으로, 본 발명자들은 각종 합성 방법을 개발하였다. 이러한 방법 중의 하나를 본 발명자들은 "페이스트" 방법이라 명명하였는데, 이는 페이스트가 포스페이트 또는 물과 축합된 포스페이트로부터 초기에 형성되기 때문이다. 이와 같이 무기 과산화수소 복합체에 대한 페이스트-액체 합성법은 목적하는 무기 화합물을 물과 혼합하여 연질의 페이스트를 형성시킴을 포함한다. 이러한 페이스트를 식히고, 과산화수소 수용액을 무기 페이스트에 가한다. 생성된 혼합물을 건조시켜 물을 제거하여, 무기 과산화수소 복합체를 생성시킨다.

이러한 합성법의 주요 잇점은 무기 화합물과 물과의 반응이 발열성이긴 하지만, 무기 과산화수소 복합체의 형성 동안에 열이 거의 발생하지 않기 때문에, 이러한 합성 동안에 과산화수소가 분해되는 것을 피할 수 있다. 이는 과산화수소를 분해시키는 상당량의 열이 발생되는 선행 기술의 방법에 비해 상당히 개선된 것이다. 이로써 생성된 무기 과산화물 복합체의 결정은 다른 방법에 따라서 제조된 것보다 더 미세하고 더 안정하며 저농도의 과산화수소를 사용할 수도 있다.

특정의 이론 또는 작용 기전에 얽매이는 것을 원하지는 않고, 본 발명자들은 상기 페이스트의 형성시 하이드레이트가 초기에 형성되고 이들 하이드레이트로부터의 물이 과산화물로 대체되어 무기 과산화물 복합체를 형성시킨다고 생각한다. 실시예 37 및 38은 2가지 상이한 포스페이트 과산화물 복합체의 제조 방법을 예시해준다.

실시예 37

상이한 과산화수소 농도를 사용하는 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·2-3H₂O₂)의 페이스트-액체 합성

나트륨 피로포스페이트 고체(98%, Aldrich)를 탈이온수와 혼합하고 서서히 교반시키면, 연질 페이스트가 형성된다. 이러한 반응은 발열성이기 때문에, 상기 페이스트를 실온으로 식힌다. 상이한 과산화수소 농도를 갖는 과산화수소 수용액을 페이스트와 혼합한다. 어떠한 온도 증가도 야기되지 않았다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 다음, 25℃에서 진공 건조시킨다. 진공 건조된 샘플을 60℃에서 추가로 오븐 건조시켜 잔존하는 모든 물을 제거한다. 그 결과가 다음 표 39에 요약되어 있다.

* 이 샘플은 실시예 39에서 열 안정성 연구에 사용된다.

표 39는 과산화수소 복합체를 제조하는 페이스트 방법의 몇몇 잇점을 보여준다:

1. 나트륨 피로포스페이트 트리스-퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)를 제조하기 위해서는 과산화수소의 출발 농도를 50중량% 보다 높게 제한하지 않는다. 12중량% 정도로 낮은 과산화수소 용액을 이용하는 경우에 복합체가 제조될 수 있다.

2. 보다 많은 양의 출발 물질(예: SP 200g)을 사용하여 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트를 성공적으로 제조할 수 있는데, 이는 과산화수소 용액과 SP-물 페이스트와의 혼합 동안에 온도 증가가 전혀 야기되지 않았기 때문이다.

3. 출발 혼합물 중의 과산화수소 대 SP 몰비를 조절함으로써 상이한 조성의 과산화물 복합체를 용이하게 제조할 수 있다.

실시예 38

인산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₃PO₄·nH₂O₂)의 페이스트-액체 합성

3가의 인산칼륨(97%, Aldrich)을 탈이온수와 혼합하고 서서히 교반시키면, 연질 페이스트가 형성되고 이를 실온으로 냉각시킨다. 과산화수소 수용액(59중량%)을 페이스트와 혼합한다. 어떠한 온도 증가도 야기되지 않았다. 이 혼합물을 25℃에서 2시간 동안 항온처리한 다음, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 40에 요약되어 있다. 대부분의 포스페이트-과산화물 복합체 합성에 사용되는 액체-분무 과정(실시예 31 참조)에 의해서는 인산칼륨 과산화물이 형성될 수 없다. 과산화수소 용액을 고체의 인산칼륨 상에 분무하는 경우에는, 반응 혼합물의 온도가 약 80℃로 올라간다. 이러한 고온으로 인해 아마도 과산화수소가 분해되어 과산화수소의 인산칼륨으로의 최소 혼입이 야기된다. 이러한 페이스트 방법이 인산칼륨 퍼옥시하이드레이트 복합체의 제조하는 액체-분무 방법에 비해 명백히 우수하다.

실시예 39

분무 방법 및 페이스트 방법을 이용하여 제조된 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·4H₂O₂)의 열 안정성

약 0.3g의 복합체 샘플을 나사를 죄지 않은 채로 두거나(개방됨, 조건 1) 단단하게 마개를 한(밀봉됨, 조건 2) 5ml 들이 플라스틱 병에서 저장한다. 개방되고 밀봉된 병을 23℃, 50% 상대습도(RH) 인큐베이터 또는 60℃ 오븐에 놓아둔다. 이 복합체의 과산화수소 함량을 측정한다. 그 결과가 다음 표 41에 요약되어 있다.

* 저장 조건: (1) 스크류되지 않은 플라스틱 병;

(2) 단단하게 뚜껑을 덮은 플라스틱 병

표 41에 보고된 결과를 비교해 보면, 분무 방법에 의해 생성된 복합체의 안정성은 페이스트 방법에 의해 제조된 복합체 보다 60℃에서의 안정성이 떨어진다. 그러나, 23℃ 및 50% 상대습도에서의 안정성은 대충 비교할 만하다. 따라서, 페이스트 방법은, 예를 들면, 선적 동안에 통상적으로 발생되는 불리한 저장 조건하에서 예기치 못한 안정성을 부여해준다.

하이드레이트 방법

앞서 논의된 바와 같이, 페이스트 방법은 초기에 포스페이트 또는 축합된 포스페이트의 하이드레이트를 생성시킨다. 수 많은 포스페이트 또는 축합된 포스페이트 화합물의 경우, 하이드레이트는 당해 분야의 숙련인에게 널리 공지되어 기술을 사용하여 용이하게 제조할 수 있거나 시판되고 있다. 따라서, 본 발명자들은 선행 방법의 초기 페이스트 형성을 생략하고 제조된 하이드레이트 대신 대체시키면서 과산화물 복합체를 합성하기 위한 하이드레이트 방법을 시도하였다. 선행 방법에서 야기되는 것으로 여겨지는 바와 같이, 이러한 하이드레이트의 수 분자가 과산화물로 대체된다. 다음 실시예 40은 하이드레이트 합성법의 한 예이다.

실시예 40

나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)의 하이드레이트 합성

나트륨 피로포스페이트 10수화물 고체(99%, Aldrich)를 12중량%, 30중량% 또는 59중량% 과산화수소 수용액과 혼합하고, 25℃에서 1시간 동안 항온처리한 다음 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 42에 요약되어 있다. 따라서, 본 복합체는 30중량% 미만의 과산화수소 용액을 사용하여 제조할 수 있다.

설페이트 과산화물 복합체의 합성

본 발명자들은 본원에 기술된 살균 방법과 연계하여 사용하기 위한 설페이트염의 과산화수소 복합체를 합성하였다. 실시예 41 및 42는 2가지 예시적인 설페이트 염 복합체에 대한 상세한 합성 과정을 제공한다.

실시예 41

황산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂SO₄·1.28H₂O₂)의 액체-분무 합성

59중량%의 과산화수소 수용액을 고체 황산나트륨(99%+, Aldrich) 상에 분무시킨다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 43에 제시되어 있다.

실시예 42

황산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂SO₄·0.62H₂O₂)의 액체-분무 합성

59% 과산화수소 수용액을 고체 황산칼륨(99%+, Aldrich) 상에 분무시킨다.

이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 44에 제시되어 있다.

실리케이트 과산화물 복합체의 합성

본 발명자들은 본원에 기술된 살균 방법과 연계하여 사용하기 위한 실리케이트 염의 과산화수소 복합체를 합성하였다. 실시예 43 및 44는 2가지 예시적인 실리케이트 염 복합체에 대한 상세한 합성 과정을 제공한다.

실시예 43

나트륨 메타실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂SiO₃·nH₂O₂)의 페이스트-액체 합성

고체 나트륨 메타실리케이트(Na₂SiO₃, Aldrich)를 물과 혼합하면, 연질의 페이스트가 형성되고 이를 실온으로 냉각시킨다. 과산화수소 수용액(12중량%)을 상기 페이스트와 혼합한다. 혼합 동안의 온도는 30 내지 35℃이다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 45에 제시되어 있다.

실시예 44

나트륨 트리실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂Si₃O₇·0.68H₂O₂)의 하이드레이트 합성

59중량%의 과산화수소 수용액을 고체 나트륨 트리실리케이트 하이드레이트(Na₂Si₃O₇·H₂O, Aldrich) 상에 분무시킨다. 이 혼합물을 25℃에서 1시간 동안 항온 처리하고, 25℃에서 진공 건조시킨다. 그 결과가 다음 표 46에 제시되어 있다.

따라서, 본 발명자들은 광범위한 무기 염의 과산화수소 복합체가 생성될 수 있다는 것을 제시하였다. 본 발명자들은 수소 결합할 수 있는 다수의 양이온의 염, 예를 들면, 산소 및/또는 질소 원자를 하나 이상 포함하는 것을 사용함으로써 본원에서 기술된 살균 방법과 연계하여 과산화수소의 성공적인 방출이 달성될 수 있는 것으로 여긴다. 본 발명의 방법과 연계하여 사용될 수 있는 유기 복합체 및 부가의 무기 복합체의 예는 상기 표 16을 참조하길 바란다.

복합체로부터 과산화물의 방출

앞서의 실시예, 예를 들면, 도 6에서 나타낸 DSC 곡선은 대기압 및 감압 모두에서 커버된 팬 위의 하나의 구멍을 이용하여 수행한다. 뚜껑 위의 단지 하나의 작은 구멍을 이용하여, 칼륨 옥살레이트 과산화물 복합체에 대한 1대기압하에 DSC로 발열성 피크를 관찰하였다. 동일한 시험을 대기압 하에 반복하여, 다음 실시예 45에 나타낸 바와 같이, 보다 개방된 시스템을 사용하여 보다 더 많은 과산화물을 방출시킬 수 있는지의 여부를 결정한다.

실시예 45

대기압하에서 칼륨 옥살레이트 과산화물 복합체로부터의 과산화수소 방출

칼륨 옥살레이트 과산화수소 복합체(K₄C₂O₄·H₂O₂)를, 가열판(112) 위에 샘플 팬의 밀봉된 뚜껑에 2개의 구멍이 있거나 대기에 개방된 알루미늄 팬을 지닌 도 5에 도시된 바와 같은 장치를 사용하여 대기압하에서 가열한다. DSC 프로필은 도 10에 제시된다. 큰 발열성 피크에 이은 작은 발열성 피크는 팬이 개방된 경우에는 과산화수소의 부분 방출을 지시해준다. 작은 발열성 피크에 이은 큰 발열성 피크는 2개의 구멍이 있는 뚜껑을 갖는 팬의 경우 몇회의 방출(하지만 대개는 분해)이 있었음을 나타낸다.

상당한 양의 과산화수소 방출이 2개의 구멍이 있는 뚜껑을 사용해서가 아니라 개방 팬을 사용해서 일어날 수 있다는 실시예 45의 결과 면에서, 본 발명자들은 DSC에서, 개방된 팬을 이용하여 대기압에서 및 하나의 구멍이 있는 뚜껑이 덮인 팬을 사용하여 감압하에서, 과산화물로부터의 과산화물의 방출에 관한 본 시험의 나머지 과정을 수행하였다. 수 많은 무기 과산화물의 DSC 프로필이 도 11 내지 도 25에 제시되어 있으며 DSC 연구를 통한 과산화물 복합체의 열적 행태를 다음 표 47에 요약하였다.

도 11a는 760토르에서 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·2H₂O₂ 및 Na₄P₂O₇·3H₂O₂)의 DSC 프로필이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 하나의 흡열성 피크가 관찰되는데, 이는 거의 완전한 방출이 일어났음을 나타낸다.

도 11b는 760토르에서 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·4H₂O₂)의 DSC 프로필이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 2개의 흡열성 피크가 관찰되는데, 이는 거의 완전한 방출이 일어났음을 나타낸다.

도 12는 760토르, 7토르 및 0.35토르에서 나트륨 오르토포스페이트 퍼옥시하디드레이트(Na₃PO₄·5H₂O₂)의 DSC 프로필이다. 상기 복합체는 액체-분무 과정을 이용하여 합성한다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 흡열성 피크에 이은 작은 발열성 피크는 부분 방출이 1대기압에서 일어났음을 나타낸다. 그러나, 진공하에서는 넓은 흡열성 효과는 거의 완전한 방출이 일어났음을 나타낸다.

도 13은 760토르에서 인산수소이나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂HPO₄·1H₂O₂ 및 Na₂HPO₄·2H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 이들 복합체는 DSC에서 흡열성 효과를 나타내는데, 이는 거의 완전한 방출이 대기압에서 일어났음을 나타낸다.

도 14는 760토르에서 나트륨 트리폴리포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₅P₃O₁₀·H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 몇몇 흡열성 피크는 거의 완전한 방출이 대기압에서 일어났음을 나타낸다.

도 15는 760토르, 7토르 및 1토르에서 인산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₃PO₄·3.34H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. DSC에서 대기압에서의 하나의 발열성 피크는 대부분의 과산화수소가 대기압에서 분해되지만, 진공하에서는 부분 방출이 일어나는데, 이는 진공하에서의 발열성 피크 전에 흡열성 피크가 관찰되기 때문이다.

도 16은 760토르 및 7토르에서 칼륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(K₄P₂O₇·7H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 독립적으로 수득된 중량 손실 데이터를 근거로 하면, 흡열성 피크는 아마도 대기압에서 140 내지 180℃의 범위에서 흡열성 피크에 의해 상쇄된다. 따라서, DSC는 대기압에서 부분 방출이 일어났음을 나타낸다. 진공하에서의 몇몇 흡열성 피크는 이들 조건하에서 거의 모든 방출을 나타낸다.

도 17은 760토르 및 7토르에서 인산수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂HPO₄·3.15H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 수 개의 흡열성 피크에 이은 발열성 피크는 부분 방출이 대기압하에서 일어났음을 나타낸다. 그러나, 진공하에서는 발열성 피크가 관찰되는데, 이는 이들 조건하에서 거의 완전한 방출이 일어났음을 나타낸다.

도 18은 760토르에서 인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 2개의 흡열성 피크가 관찰되는데, 이는 거의 완전한 방출이 대기압하에서 일어났음을 나타낸다.

도 19는 760토르 및 7토르에서 탄산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂CO₃·1.5H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 90 내지 100℃에서의 흡열성 피크는 대기압과 진공 조건 모두에서 과산화수소의 방출이 있음을 나타낸다. 대기압하의 약150℃에서의 발열성 피크는 대개는 과산화수소 분해를 나타낸다. 이러한 발열성 피크는 진공 조건하에서 흡열성 피크에 이어 작은 발열성 피크로 되는데, 이는 대부분의 과산화수소가 방출되었음을 나타낸다.

도 20은 760토르에서 칼슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Ca₂P₂O₇·3.42H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 흡열성 피크는 거의 완전한 과산화수소의 방출이 일어났음을 나타낸다.

도 21은 760토르 및 7토르에서 마그네슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Mg₂P₂O₇·4.60H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 흡열성 피크에 이은 발열성 피크는 과산화수소의 부분 방출이 대기압에서 일어났음을 나타내는 반면, 진공하에서의 큰 흡열성 피크는 거의 완전한 방출이 진공하에 일어났음을 나타낸다.

도 22는 760토르에서 황산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂SO₄·1.28H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 흡열성 피크는 대기성 조건하에서 거의 완전한 방출이 일어났음을 나타낸다.

도 23은 760토르에서 황산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂SO₄·0.62H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 흡열성 피크는 대기성 조건하에서 거의 완전한 방출이 일어났음을 나타낸다.

도 24는 760토르, 1토르 및 0.5토르에서 나트륨 메타실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂SiO₃·2.15H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 대기압 및 감압 하에서의 발열성 피크는 대부분의 과산화수소가 이들 조건하에서 분해되었음을 나타낸다.

도 25는 760토르에서 나트륨 트리실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂Si₃O₇·0.68H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다. 발열성 피크는 대부분의 과산화수소가 대기압하에서 분해되었음을 나타낸다.

다음 표 47은 DSC 연구에 있어서 과산화물 복합체의 열적 행위를 요약한 것이다.

효능 시험 결과

앞서의 실시예, 예를 들면, 실시예 17 및 18은 무기 과산화물 복합체가 본원에 기술된 방법 및 그밖에 진공 조건하에서 기술과 연계하여 살균을 제공할 수 있다는 것을 입증하였다. 이들 무기 복합체가 대기성 조건하에서 살균을 제공할 수 있다는 것을 입증하기 위하여, 본 발명자들은 수 많은 화합물의 살균 효능을 시험하였다. 실시예 46A는 1대기압에서의 DSC에서 흡열성 피크만을 갖는 복합체의 경우 1대기압 및 저온(≤60℃)에서 살균이 일어났다는 결과를 제공해준다. 실시예 46B는 1대기압에서의 DSC에서 흡열성 피크와 발열성 피크 둘다를 갖는 복합체의 경우 1대기압 및 저온(≤60℃)에서 살균이 일어났다는 결과를 제공해준다. 실시예 46C는 1대기압에서의 DSC에서 발열성 피크만을 갖는 복합체에 대해 1대기압 및 저온(≤60℃)에서 살균이 일어났다는 결과를 제공해준다. 실시예 47은 살균이 1대기압에서 일어났고 1대기압에서의 DSC에서 흡열성 피크 만을 갖는 복합체를 사용하여 복합체를 가열한 결과를 제공해준다. 실시예 48은 살균이 1대기압에서 일어났고 1대기압에서 흡열성 피크와 발열성 피크 모두를 갖는 복합체를 사용하여 복합체를 가열한 결과를 제공해준다. 다음에 제시된 바와 같이, 이들 조건하에서, DSC에서 발열성 피크 만을 갖는 복합체에 대해서 조차도 상기 복합체를 사용하여 1대기압에서 효능있는 살균을 성취할 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 특정 경우에서는, 흡열성 피크가, DSC에서 발열성 피크 만을 나타내는 복합체를 사용하여 제시된 효능있는 살균을 고려하여 동일한 온도 범위 내에서 나타나는 발열성 피크에 의해 DSC에서 은폐된다.

실시예 46A

인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·H₂O₂) 복합체를 이용한 살균(1기압 및 저온)

자가 살균 파우치는 다음과 같이 조립한다: 표면상에 7.7 × 10⁵개의 바실러스 스테아로더모필러스 포자를 가지는 스테인레스 스틸 블레이드를 살균용 페트리 접시(60 × 15mm)에 놓아둔다. 인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·H₂O₂) 복합체 분말(H₂O₂·20.31중량% 함유) 2g을 또 다른 페트리 접시에 놓아둔다. 양 접시를 TYVEK™/MYLAR™로 형성된 100 × 250mm 파우치 내로 함께 주입시킨다. 이어서, 파우치를 밀봉하고 실온(23℃), 40℃(인큐베이터) 및 60℃(오븐)에서 상이한 시간동안 노출시킨다. 살균성 시험 결과가 다음 표 48a에 요약되어 있다.

실시예 46B

칼륨 옥살레이트 퍼옥시하이드레이트(K₂C₂O₄·H₂O₂) 복합체를 사용한 살균(1대기압 및 저온)

자가 살균 파우치는 다음과 같이 조립한다: 표면상에 1.34 × 10⁶개의 바실러스 서브틸리스 변종 나이거 포자를 가지는 스테인레스 스틸 블레이드를 살균용 페트리 접시(60 × 15mm)에 놓아둔다. 칼륨 옥살레이트 퍼옥시하이드레이트(K₂C₂O₄·H₂O₂) 복합체 분말(H₂O₂ 14.21중량% 함유) 2g을 또 다른 페트리 접시에 놓아둔다. 양 접시를 MYLAR™/MYLAR™로 형성된 100 × 250mm 파우치 내로 함께 주입시킨다. 이어서, 파우치를 밀봉하고 40℃(인큐베이터) 및 60℃(오븐)에서 상이한 시간 동안 노출시킨다. 살균성 시험 결과가 다음 표 48b에 요약되어 있다.

실시예 46C

탄산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂CO₃·H₂O₂) 복합체를 사용한 살균(1대기압 및 저온)

자가 살균 파우치는 다음과 같이 조립한다: 표면상에 1.34 × 10⁶개의 바실러스 서브틸리스 변종 나이거 포자를 가지는 스테인레스 스틸 블레이드를 살균용 페트리 접시(60 × 15mm)에 놓아둔다. 탄산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂CO₃·1.5H₂O₂) 복합체 분말(H₂O₂ 27.78중량% 함유) 2g을 또 다른 페트리 접시에 놓아둔다. 양 접시를 MYLAR™/MYLAR™로 형성된 100 × 250mm 파우치 내로 함께 주입시킨다. 이어서, 파우치를 밀봉하고 60℃(오븐)에서 상이한 시간 동안 노출시킨다. 살균성 시험 결과가 다음 표 48c에 요약되어 있다.

실시예 47

나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂) 복합체를 사용한 살균(1대기압 및 상승된 복합체 가열 온도)

나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(27중량%)를 도 8에 도시된 살균 장치에 사용한다. 살균 변수는 다음과 같다: 살균실 크기=6.25" × 6.25" × 7"(4.5L); 살균실 온도=40℃; 살균실 압력=760토르; 가열 온도=175 내지 180℃ 바실러스 스테아로더모필러스(1.5 × 10⁶개/메스 블레이드)를 접종물로서 사용한다. 그 결과가 다음 표 49a 및 49b에 요약되어 있다. 표 49a에 의해 입증된 바와 같이, 가열 장치로부터 2인치 위에 위치된 메스 블레이드의 완전한 살균은 상기 복합체 0.01g만을 사용하여서도 달성된다. 이와는 달리, 살균실 바닥에 위치된 접종물에서는 완전한 살균을 달성하기 위해서는 복합체 0.3g이 요구된다.

^*: 주기 시간 = 가열 시간(분)/총 노출 시간(분)

^*: 주기 시간 = 가열 시간(분)/총 노출 시간(분)

실시예 48

칼륨 옥살레이트 퍼옥시하이드레이트(K₂C₂O₄·H₂O₂) 복합체를 사용한 살균(1대기압 및 상승된 복합체 가열 온도)

칼륨 옥살레이트 퍼옥시하이드레이트(16.3중량%)를 도 8에 도시된 살균 장치에 사용한다. 살균 변수는 실시예 47에서 제시된 것과 같으나, 단 가열 온도는 155 내지 160℃이다. 이러한 양태에서는, 접종된 메스 블레이드를 가열판 위에만 놓아둔다. 그 결과가 다음 표 50에 요약되어 있다.

^*: 주기 시간 = 가열 시간(분)/총 노출 시간(분)

칼륨 옥살레이트 복합체를 사용하는 경우, 0.01g을 30분간 노출시켜 완전히 살균시켰다. 완전한 살균은 3주기 모두에서 복합체 0.03g을 사용하는 경우에 나타났다.

요약하면, 과산화수소는 1대기압 및 실온에서 상기 복합체로부터 방출될 수 있다. 이러한 방출은 승온 및 감압하에서 촉진될 수 있다.

과산화수소 복합체로부터의 증기 방출용 시스템

도 7a 및 7b와 연계하여 앞서 논의된 장치를 과산화수소 복합체로부터 과산화수소 증기를 방출하기 위한 시스템에 사용할 수 있다. 이러한 장치는 디스크로 성형된 과산화물 복합체와 연계하여 사용할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 본 발명자들은 분말 형태로 사용되는 경우에는 증기가 보다 더 철저하고도 효과적으로 방출될 수 있다는 것을 밝혀내었다. 도 7a 및 7b와 연계하여 상기 언급된 바와 동일한 기작을 이용하여 분말을 상기 장치에 위치시킬 수 있다. 그러나, 분말을 초기에 고온 접착 테이프에 적용함으로써 또다른 분말 도입 방법을 달성한다. 예를 들면, 쓰리엠사(3M Corporation)는 접착제 A10을 이용한 고온 접착 테이프 9469를 제작하였다. 이 분말을 상기 접착제 위에 뿌린 다음 테이프를 과산화수소 증기 방출실 내로 도입할 수 있다. 이를 위한 또다른 접착 테이프의 예는 3M 접착제 A24를 지닌 3M 테이프 9485로 형성될 수 있다.

결론

본 발명이 본 명세서에 기술된 양태만으로 한정되지 않는다는 것을 인지해야 한다. 본 발명의 요지를 유지하는 어떠한 양태도 본 발명의 요지 내인 것으로 간주해야한다. 그러나, 본 발명은 다음 특허청구의 범위에 의해서만 한정된다.

본 발명에 따라서 습기의 부재하에 과산화수소 증기를 사용하여 살균을 수행할 수 있으며, 시스템으로부터 물을 거의 제거함으로써 보다 신속하고 효과적으로 살균을 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 증기 살균 장치의 도식도이다.

도 2는 플라즈마를 발생시키기 위해 임의로 사용되는 전극을 포함하는 본 발명의 증기 살균 장치의 도식도이다.

도 3a는 과산화물 복합체를 가열시키는데 사용될 수 있는 장치의 도식도이다.

도 3b는 본 발명에 따라서 살균용 과산화물 공급원을 유지하기 위한 바람직한 컨테이너의 도식도이다.

도 4는 진공 상태의 불안정한 비수성 글리신 무수물 과산화물 복합체로부터의 과산화수소 증기의 방출을 묘사하는 그래프이다.

도 5는 본 발명에 따르는 무기 과산화물 복합체의 분해 특성 또는 과산화수소 방출 특성을 측정하는데 사용되는 시차 주사 열량계(DSC)의 압력 조절 시스템의 도식도이다.

도 6은 칼륨 옥살레이트 과산화물 복합체로부터 이러한 복합체를 덮고 있는 뚜껑 상의 작은 하나의 홀을 이용하여 과산화수소 방출에 대한 압력의 효과를 보여주는 그래프이다.

도 7a는 과산화물 증기를 주입하기 전에 본 발명에 따라서 과산화물 증기를 살균실 내로 주입하기 위한 주름통의 도식도이다.

도 7b는 주입 동안에 과산화물 복합체와 접촉하는 가열판을 나타내는 도 7a의 주름통의 도식도이다.

도 8은 무기 과산화수소 복합체에 대한 살균실 및 가열 장치의 도식도이다.

도 9는 증기 살균에 사용하기 위한 과산화수소 복합체의 확산 팩키징된 층의 도식도이다.

도 10는 대기압에서 칼륨 옥살레이트 퍼옥시하이드레이트(K₂C₂O₄·H₂O₂)의 DSC 곡선에 대한, 개방된 알루미늄 팬 및 당해 복합체를 덮고 있는 뚜껑 상에 2개의 구멍이 있는 팬의 효과를 도시하고 있다.

도 11a는 760토르에서 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·2H₂O₂) 및 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)의 DSC 프로필이다.

도 11b는 760토르에서 나트륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·4H₂O₂)의 DSC 프로필이다.

도 12는 760토르, 7토르 및 0.35토르에서 나트륨 오르토포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₃PO₄·5H₂O₂)의 DSC 프로필이다.

도 13은 760토르에서 인산수소이나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂HPO₄·1H₂O₂) 및 인산수소이나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂HPO₄·2H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 14는 760토르에서 나트륨 트리폴리포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Na₅P₃O₁₀·H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 15는 760토르, 7토르 및 1토르에서 인산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₃PO₄·3.34H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 16은 760토르 및 7토르에서 칼륨 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(K₄P₂O₇·7H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 17은 760토르 및 7토르에서 인산수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂HPO₄·3.15H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 18은 760토르에서 인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 19는 760토르 및 7토르에서 탄산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂CO₃·1.5H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 20은 760토르에서 칼슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Ca₂P₂O₇·3.42H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 21은 760토르 및 7토르에서 마그네슘 피로포스페이트 퍼옥시하이드레이트(Mg₂P₂O₇·4.60H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 22는 760토르에서 황산나트륨 퍼옥시하이드레이트(Na₂SO₄·1.28H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 23은 760토르에서 황산칼륨 퍼옥시하이드레이트(K₂SO₄·0.62H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

도 24는 760토르, 1토르 및 0.5토르에서 나트륨 메타실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂SiO₃·2.15H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

25는 760토르에서 나트륨 트리실리케이트 퍼옥시하이드레이트(Na₂Si₃O₇·0.68H₂O₂)의 DSC 프로필을 도시하고 있다.

Claims

(a) 무기염을 연질 페이스트를 형성시키기에 충분한 시간 동안 충분한 물과 혼합하여 연질 페이스트를 형성시키는 단계,

(b) 생성된 연질 페이스트를 과산화수소 수용액과 혼합함으로써 냉각없이 무기염-과산화수소 페이스트를 형성시키는 단계 및

(c) 무기염-과산화수소 페이스트를 건조시키는 단계를 포함하여, 무기염-과산화수소 복합체를 제조하는 페이스트 방법.
제1항에 있어서, 무기염이 포스페이트 또는 축합된 포스페이트 염인 방법.
제2항에 있어서, 무기염이 나트륨, 칼륨, 칼슘 또는 마그네슘의 포스페이트 또는 축합된 포스페이트 염인 방법.
제3항에 있어서, 무기염-과산화수소 복합체가 나트륨 피로포스페이트(Na₄P₂O₇)의 복합체인 방법.
제4항에 있어서, 복합체가 나트륨 피로포스페이트 트리스-퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)인 방법.
제3항에 있어서, 무기염-과산화수소 복합체가 인산칼륨(K₃PO₄)의 복합체인 방법.
제6항에 있어서, 복합체가 인산칼륨 트리스-퍼옥시하이드레이트(K₃PO₄·3H₂O₂)인 방법.
제1항에 있어서, 무기염이 실리케이트 염인 방법.
제8항에 있어서, 무기염이 나트륨의 실리케이트 염인 방법.
제9항에 있어서, 무기염-과산화수소 복합체가 나트륨 메타실리케이트(Na₂SiO₃)의 복합체인 방법.
제1항에 있어서, 건조 단계가 진공 건조시킴을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 건조 단계가 오븐 건조시킴을 포함하는 방법.
나트륨 피로포스페이트(Na₄P₂O₇) 10수화물 고체를 30중량% 미만의 농도의 과산화수소 수용액과 혼합하는 단계 및 이러한 혼합물을 건조시키는 단계를 포함하여, 나트륨 피로포스페이트 트리스-퍼옥시하이드레이트(Na₄P₂O₇·3H₂O₂)를 제조하는 하이드레이트 방법.
제13항에 있어서, 과산화수소 수용액의 농도가 12중량%인 방법.
제3항에 있어서, 무기염-과산화수소 복합체가 인산수소칼륨 트리스-퍼옥시하이드레이트(K₂HPO₄·3H₂O₂)인 방법.
제3항에 있어서, 무기염-과산화수소 복합체가 인산이수소칼륨 퍼옥시하이드레이트(KH₂PO₄·H₂O₂)인 방법.