用于驱昆虫剂活性成分的溶剂和使用其的驱昆虫剂系统的制作方法

用于驱昆虫剂活性成分的溶剂和使用其的驱昆虫剂系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于
2021年4月6日提交的美国临时申请号
63/171,316的权益，其公开内容通过引用并入本文。
3.发明背景
4.本发明总体上涉及空间上分散的驱昆虫剂，并且具体涉及用于促进驱昆虫剂活性成分的分散的溶剂介质。
5.空间驱蚊剂，其由在禁止区域中杀死或驱除蚊子的空气传播化学品组成，通常是比将驱蚊剂擦涂到人皮肤上更优选的。
在空气中产生驱蚊剂的浓度的最常见方法是通过使用能量-最通常是热能。
该热可以化学地或电力地产生。
电热可以使用来自附接至电源插座的电线的电力或通过电池电源获得。
由电池所产生的热的量导致功率消耗，该功率消耗影响电池的寿命。
更多的热需要更大的消耗并且导致更短的电池寿命。
为了使空间驱蚊剂可用，电池必须持续时间足够长以保护使用者持续他们在蚊子的存在下在户外度过的时间。
因此，在电池供电装置中实现的温度必须低于插入电源中的有线设装置中的温度。
6.空间驱蚊剂呈多种形式。
许多(诸如蚊香和纸垫)是为一次性使用场合制备。
另一种形式，液体蒸发器，涉及液体接收器和芯，液体通过芯在其尖端处被吸取用于蒸发。
在该设计中，重新装填的持续时间主要受其装纳的液体的体积的限制。
典型地，配方中的液体含有活性成分和用于溶解该成分的石油馏出物。
此种配方的一个问题是，假如儿童喝了一些液体并且吸入其，石油馏出物可能导致化学性肺炎。
许多烃和石油馏出物被认为是吸入性危害物质。
因此，所需要的是与驱昆虫剂活性成分相容的更安全的溶剂并且重新装填容器材料。
在另一方面，二醇溶剂具有使其排除在吸入性危害物质的标准之外的化学和物理特性。
7.将烃溶剂与驱昆虫剂和芯组合以产生空间驱蚊的产品是本领域中已知的。
然而，在一些司法管辖区，此种产品的吸入性危害物质要求在标签和儿童防护包装上发出警示。
美国专利
10,485,228教导使用基于水的配方，将二醇醚掺入配方中，作为烃配方的替代性方案。
该配制品需要水、二醇醚和以
0.1％至
3.0
％的浓度的活性成分以可靠地配制配方。
如
‘
228专利中所述的，这些活性成分的低浓度具有“在室内空间诸如客厅、休息室、卧室等中的实际功效
...”。
然而，为了在户外环境中实现空间驱虫剂的更大功效，需要更高的活性成分水平以便克服户外环境因素，诸如微风和空间围堵的普遍缺乏。
基于水的配方限制活性成分与溶剂的比率，降低分散能力并且潜在地增加挥发热输入。
8.如由诸位发明人所发现的，使用二醇作为溶剂，而不是二醇-醚或其他相关的基于二醇的溶剂允许更高百分比的活性成分的分散，示出为高达
27％或更高，并且解决了某些其他问题，诸如由二醇醚所呈现的材料相容性和由烃溶剂引起的吸入性危害物质。
更高的成分百分比可以接近
40
％。
9.发明概述
10.一种驱昆虫剂系统，其包含加热元件、贮存器和芯。
贮存器装纳活性驱昆虫剂成分和二醇溶剂的混合物。
芯具有延伸到加热元件中的近端和延伸到混合物中的远端。
在某些
实施方案中，活性驱昆虫剂成分是拟除虫菊酯杀昆虫剂或拟除虫菊酯的组合(例如甲氧苄氟菊酯和炔丙菊酯)。
在这些实施方案的某些方面，拟除虫菊酯杀昆虫剂可以优选地是甲氧苄氟菊酯或四氟苯菊酯之一。
在其他实施方案中，活性驱昆虫剂成分是天然驱昆虫剂，诸如柠檬桉油、薰衣草油、肉桂油、百里香油、希腊猫薄荷油、大豆油、香茅油、茶树油、香叶醇、或印楝油中的至少一种。
11.驱昆虫剂系统的各种实施方案的二醇溶剂可以是乙二醇、丙二醇、己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇、或四乙二醇溶剂之一。
结合拟除虫菊酯杀昆虫剂，在某些实施方案中，二醇溶剂是至少第一二醇溶剂和第二二醇溶剂的混合物，其中第一二醇溶剂具有低于第二二醇溶剂的沸点。
在二醇溶剂是第一溶剂和第二溶剂的混合物的情况下，二醇混合物的一个实施方案可以是己二醇和二丙二醇的混合物。
在该实施方案的一个方面，己二醇与二丙二醇的比率可以是以约
70
％比约
30
％的比率。
在具有己二醇和二丙二醇溶剂的混合物的实施方案的某些方面，比率可以被配制为在
65-70
百分比的己二醇比
35-30
百分比的二丙二醇的范围内的己二醇与二丙二醇的比率。
可替代地，比率范围可以是
60-70
百分比的己二醇比
40-30
百分比的二丙二醇的范围。
12.在驱昆虫剂系统的某些实施方案中，装置被配置为由电池供电的便携式驱昆虫剂系统。
加热元件可以具有在约3瓦至约4瓦的范围内的功率输出，并且电池可以具有约
2900mah至约
3200mah的充电容量。
在某些其他实施方案中，加热元件产生在足够用于低压电池操作的范围内的温度输出，其可以在从约
60
摄氏度至约
140
摄氏度的范围。
13.在本文所描述的驱昆虫剂系统的任何实施方案中，壳体和贮存器可以由热塑性材料形成。
在一个方面，壳体热塑性材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)塑料，并且贮存器的一部分由聚碳酸酯塑料形成。
贮存器可以进一步包括密封元件，诸如与芯接合的腈橡胶密封件，其可以被配置为o-环。
14.本发明涉及用于溶解驱昆虫剂以允许驱昆虫剂活性成分的分散的溶剂，该驱昆虫剂活性成分包括例如拟除虫菊酯，诸如右旋烯丙菊酯、炔丙菊酯、四氟苯菊酯和甲氧苄氟菊酯、天然油或其他天然成分、saltidin和对薄荷烷-3,8-二醇，具有降低的温度要求。
在一个实施方案中，已经发现基于二醇的溶剂与驱昆虫剂活性成分诸如甲氧苄氟菊酯相容，以在足够用于低压电池操作的热范围(其可以在
60-140c的范围)内使空间驱昆虫剂配方挥发。
在一个实施方案中，低压电池是锂离子电池，尽管可以使用任何电池能量储存单元并且保持在本发明的范围内。
在一种配置中，锂离子电池的尺寸可以在约
2900mah至约
3200mah的范围内，尽管可以使用更大或更小的电池尺寸或多个电池。
在该配置中，电池可以具有基于约5伏dc和约
1000ma的电输入源的充电容量。
与电池相关联并且被配置为使活性成分和二醇混合物挥发的加热器可以消耗
3-4瓦的范围内的功率。
此种电池可以在需要再充电之前提供长达6小时的使用时间，这是晚间防蚊的适当时间范围。
15.这些驱昆虫剂产品可以保护人及其宠物免受一系列叮咬昆虫，包括来自昆虫科蚊科(culicidae)的蚊子、来自昆虫科蚋科(simulidae)的蚋、来自昆虫科毛蠓科(psychodidae)的沙蝇、来自昆虫科蠓科(ceratopogonidae)的蠓和其他令人讨厌的飞行或爬行的节肢动物。
16.尽管在室温下单独的甲氧苄氟菊酯可能是挥发性的，但递送系统的影响会影响可以被有效递送的材料的浓度。
因此，具体的配制品是递送装置的表面面积和材料的温度的
产物。
如果可以提供足够大的表面面积，则可以在空气中供应足够量的甲氧苄氟菊酯以驱除并且可能杀死蚊子。
然而，此种表面面积要求将产生笨重且不切实际的递送系统。
使用更少的底物，需要某种形式的能量输入以提供有效量的活性成分以驱除昆虫，诸如蚊子。
能量输入可以呈强制空气、热、或两者的组合的形式。
为了提供不引人注目但有效的合适的包装尺寸，分配装置的特征在于芯，其优选地以直径在约
2mm至约
8mm的尺寸范围内并且更优选地以约
5mm的尺寸形成。
此类芯逐渐将液体配方吸取至其尖端，在此处其被加热以将活性成分呈蒸气和小颗粒的形式释放到空气中，称为挥发。
位于加热器附近的芯的暴露区域和芯材料的毛细作用容量(孔隙率)影响材料进入周围环境的挥发速率。
在一个实施方案中，芯的尺寸随着
3-4瓦加热元件调整以提供足够量、高达
27％的活性成分水平的甲氧苄氟菊酯或其他驱虫剂，以最小化或消除在直径约
15-25英尺并且直径约
20
英尺的具体范围内的区域中的昆虫、特别是蚊子。
可以使甲氧苄氟菊酯和二醇溶剂的此种组合挥发以产生无昆虫(或减少昆虫)的空间，其中锂离子电池寿命超过约6小时。
17.诸位发明人已经发现，使用二醇作为甲氧苄氟菊酯的溶剂与以上所描述的加热元件相容以提供有效量的甲氧苄氟菊酯，以产生
20
英尺的驱蚊区域。
诸位发明人还已经发现，某些二醇溶剂是驱昆虫剂活性材料的更有效的增溶剂。
不受理论约束，某些二醇溶剂的有效性可以部分地基于化学极性和更低的分子量。
适用于溶解活性成分的二醇配制品能够沿芯向上移动，并且在芯的尖端处加热时蒸发。
这些二醇配制品组合了这些多种特性以在产品中发挥作用。
例如，为了使典型的活性成分诸如拟除虫菊酯杀昆虫剂(其也可以用作昆虫的驱虫剂)增溶，所测试的二醇配制品可以提供足够的分子量和化学极性或其他化学/物理特征以溶解材料并且允许在目标热输出极限内挥发。
在不同的实施方案中，提供足够的户外驱蚊性所需的典型活性成分浓度可以从4％甲氧苄氟菊酯至
27％四氟苯菊酯变化。
18.芯特征限制了二醇的粘度，使其能够以允许以足以驱蚊的速率释放活性成分的速率穿过芯中的孔隙。
因此，芯与溶剂特征之间存在相互作用。
用于测试这些配方的典型芯具有复合结构，包括成分诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯或丙烯酸化合物、或陶瓷结构。
芯孔隙率可以在
40
％至
70
％的范围，并且密度为
0.40
至
0.80mg/mm3。
所测试的二醇示出足够高的蒸气压或足够低的沸点以使在芯的尖端处蒸发，在此处其经历由装置所产生的相对更低的电池供电的热。
在某些实施方案中，二醇的组合可以提供递送期望的活性成分释放速率所必需的特性。
在一个实施方案中，己二醇和二丙二醇的
70:30
组合在以有效速率通过具有
0.45-0.55mg/mm3的密度的芯释放活性成分方面是有效的。
19.对溶剂的选择的另外的限制是溶剂与瓶和加热器部件的相互作用。
例如，二醇醚被不同地发现与这些产品中典型地使用的丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚碳酸酯和腈材料不相容。
某些二醇展现出与复合芯的不相容性，也缩小了可接受的溶剂的列表，尽管这可以通过与非反应性二醇的组合来缓解。
20.因此，二醇溶剂提供溶解力来以更高水平掺入驱昆虫剂成分以提高产品功效，并且特别是允许有效使用产品来户外驱蚊，同时不产生吸入性危害物质。
在选择二醇溶剂或溶剂组合时，多种因素之间存在相互作用，包括溶解力、通过芯的适当释放速率、装置温度要求以及与重新装填结构和装置的部件的相容性。
在这些测试类别的每种中，具体的二醇或二醇组合，诸如己二醇和二丙二醇的
70:30
组合，必定是令人满意的。
21.当根据附图阅读时，从以下对优选实施方案的详细描述中，本发明的各个方面对
于本领域技术人员将是显而易见的。
22.附图简述
23.图1是利用根据本发明的驱昆虫剂溶液的分配装置的剖视图。
24.图2是图1的分配装置的分解视图。
25.图3是靠近图1的分配装置的芯位置的加热元件的放大视图。
26.图4是示出所测试的二醇溶剂的物理和化学特性的测试数据的表，测试数据示出分配装置与所列出的二醇溶剂的相容性。
27.图5是示出所测试的二醇相关和二醇醚溶剂的物理和化学特性的测试数据的表。
28.图6是示出所选择的拟除虫菊酯活性成分在二醇溶剂中的溶解度的测试数据的表。
29.图7是示出所选择的拟除虫菊酯活性成分在二醇相关溶剂中的溶解度的测试数据的表。
30.图8是示出分配装置与二醇溶剂的相容性和蒸发速率的测试数据的表。
31.图9是示出分配装置与二醇相关溶剂的相容性和蒸发速率的测试数据的表。
32.图
10是二醇溶剂沸点相对于平均蒸发速率的图表。
具体实施方式
33.如本文所提及和描述的，术语“二醇”是指具有两个附接至分子链的不同碳原子的羟基(-oh)基团的有机化合物，包括含有3个羟基的甘油。
此外，如本文所提及和描述的，术语“二醇相关”化合物是可以具有与二醇相似的化学结构的有机化合物，其中羟基中的一个或多个已经被醚基团(氧原子被连接至两个烷基或芳基)、酯基团(羟基被修饰以变成氧-烷基)、或乙酰基之一转化或修饰(例如二醇醚、二醇酯、或二醇乙酸酯)。
34.现在参照附图，在图
1-3中示出了驱昆虫器，总体上以
10示出。
驱虫器
10呈现为利用根据本发明的驱虫剂配制品的驱昆虫剂分配器的实例，并且可以呈其他形式配置。
驱虫器
10包括基座
12，该基座定位并支撑驱虫剂贮存器
14和电源
16，该电源被配置为能够为加热元件
18供电的可充电电池。
在一个实施方案中，加热元件可以是具有约
3-4瓦的功率输出的圆柱形加热元件。
加热元件
18可以被支撑在盖
20
内，尽管加热元件也可以被支撑在基座
12上或作为单独的壳体结构(未示出)的一部分。
盖
20
可以在电池
16与加热元件
18之间提供电接触。
在一个实施方案中，基座和盖可以由热塑性塑料诸如丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)塑料形成。
35.驱虫剂贮存器
14包括流体封拦容器部分或瓶
22。
在一个实施方案中，瓶
22由热塑性塑料诸如聚碳酸酯形成。
贮存器
14包括顶部部分
24，该顶部部分支撑芯
26和密封结构
28，在一个实施方案中该密封结构被配置为腈o-环。
各种结构部件材料与驱虫剂配制品的化学相容性以及配制品与芯结构的流体吸收相容性对开发商业上可行且有效的驱昆虫器装置具有影响。
芯
26可以被配置为由天然或人造纤维形成或由复合材料或陶瓷材料包括烧结材料形成的纤维状毛细结构。
用于测试各种配方实施方案的典型芯具有复合结构，包括成分诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯酸化合物、或陶瓷。
在一个实施方案中，芯的孔隙率可以在
40
％至
70
％的范围内，并且密度为
0.40
至
0.80mg/mm3。
在另一个实施方案中，芯孔隙率可以在
50
％-60
％的范围内并且具有
0.55-0.65mg/mm3的密度。
使芯特征的影响与二醇的粘
度、活性成分在所选择的二醇溶剂中的溶解度和活性成分的浓度相平衡。
使这些因素与热输出的水平相平衡以提供一种配方，使得其能够穿过芯中的孔隙并且以一定速率蒸发以产生足以驱蚊的活性成分的浓度。
36.如图1中所示，芯
26的暴露区域位于加热器
18附近并且通常在加热器
18内。
当热被施加至靠近加热器的芯端
26a时，使该区域中所含有的配方挥发并且活性成分被散发到周围区域中。
当材料离开芯时，由离去材料所产生的压力差允许毛细作用将更多的流体吸向芯近端。
可用于使配方挥发的热辐射能量的量是影响因素，特别是在便携式驱昆虫器装置的情况下。
为了创建商业上可行的便携式驱虫器装置，考虑到配制品特性来设计单元尺寸、电池充电寿命和加热器输出。
由于所示出的有效性和监管可接受性，合成的拟除虫菊酯诸如例如甲氧苄氟菊酯和四氟苯菊酯是配方的驱虫剂部分的良好候选物。
可替代地，可以使用其他合成或天然驱虫剂材料。
例如，可以使用天然驱虫剂材料，诸如柠檬桉油、薰衣草油、肉桂油、百里香油、希腊猫薄荷油、大豆油、香茅油、茶树油、香叶醇、或印楝油。
37.通过重要的研究和测试，如图
2-9的表中所证实的，诸位发明人已经发现某些二醇溶剂与驱昆虫剂活性成分诸如甲氧苄氟菊酯相容，以在足够用于低压电池操作的热范围内使空间驱昆虫剂配方挥发，并且与装置
10的各种材料相容。
在一个实施方案中，
60℃-140℃
的目标温度范围提供甲氧苄氟菊酯的足够挥发。
在一个实施方案中，低压电池是锂离子电池，尽管可以使用任何电池能量储存单元并且保持在本发明的范围内。
在一种配置中，锂离子电池的尺寸可以在约
2900mah至约
3200mah的范围内，尽管可以使用更大或更小的电池尺寸或多个电池。
在该配置中，电池可以具有基于约5伏dc和约
1000ma的电输入源的充电容量。
与电池相关联并且被配置为使活性成分和二醇混合物挥发的加热器可以消耗
3-4瓦的范围内的功率。
此种电池可以在需要再充电之前提供长达6小时的使用时间，这是晚间防蚊的适当时间范围。
38.在活性成分和溶剂配制品的开发中，二醇，如二醇相关溶剂，具有不会被视为吸入性危害物质的物理和化学特征。
对一系列二醇和修饰的二醇溶剂的评价也涉及考虑与这些溶剂接触的多种材料。
发现二醇醚二丙二醇丙醚与某些装置材料诸如abs塑料不相容。
另一种测试溶剂是对甘油的变体，异亚丙基甘油，其也与abs塑料不相容。
如图8和9的表中所示，未修饰的二醇被认为是与装置相容性相关的优选溶剂候选物。
除了装置的考虑因素之外，活性成分的溶解度在几种水平上也是重要的考虑因素。
一些二醇溶剂，诸如乙二醇和丙二醇，对于一些驱昆虫剂、特别是如图6中所示出的炔丙菊酯不是良好的溶剂。
不仅要考虑溶剂材料，还要考虑具体活性成分的浓度水平，以创建与加热的驱虫器装置相容的有效配方。
发现一些驱虫剂诸如四氟苯菊酯在配方中要求更高的浓度百分比，高达
27％，以在户外是有效的。
以如此高的水平掺入活性成分产生另外的溶解度挑战，这进一步减少合适的活性成分候选物。
39.一旦确认候选物材料，考虑相对于所选择的二醇的释放速率是否将足以提供良好的空间驱蚊性。
在某些测试条件中，甘油和四乙二醇具有相对于甲氧苄氟菊酯和四氟苯菊酯有限的释放速率容量，尽管可以考虑用于其他拟除虫菊酯。
在优选实施方案中，己二醇和二丙二醇与甲氧苄氟菊酯的组合的配制品为户外驱昆虫性提供了期望的释放速率和空间功效。
在该实施方案中，这两种二醇溶剂的组合以获得目标释放速率改进了观察到的单个条件，其中己二醇本身挥发太快并且二丙二醇挥发太慢。
在一个实施方案中，提供了两种溶
剂的大约
70:30
的溶剂比率。
在另一方面，溶剂比率可以是比率范围，诸如
60-70:40-30、或
65-70:35-30，其中具体二醇的量的总和总计为
100。
在以下所总结的优选实施方案中，
66重量百分比的己二醇和
28％重量百分比的二丙二醇的近似比率与
5.5％重量百分比的甲氧苄氟菊酯混合提供了期望的驱虫性结果。
40.成分重量百分比甲氧苄氟菊酯(96.65％)5.69(5.5％)己二醇
66.02二丙二醇
28.2941.本发明的原理和操作模式已经在其优选实施方案中进行了解释和说明。
然而，必须理解，在不背离其精神或范围的情况下，本发明可以以不同于如具体解释和说明的方式实施。