耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明要求保護(hù)的發(fā)明提供一種用于抗菌涂層的涂料溶液，和一種用于合成所述涂料溶液的方法。所述涂料溶液包含乙醇、硝酸、四異丙醇鈦、水和硝酸銀。此外，還提供一種用于沉積所述抗菌涂層的涂布方法。本發(fā)明的抗菌涂層有效提供抗菌功能，容易制造且持久耐用。
【專利說(shuō)明】耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層
[0001]著作權(quán)聲明
[0002]本專利文件的部分公開包含受著作權(quán)保護(hù)的內(nèi)容。著作權(quán)所有人不反對(duì)任何人對(duì)本專利文件或?qū)＠_內(nèi)容如其在美國(guó)專利和商標(biāo)局的專利文件或檔案中所出現(xiàn)的那樣進(jìn)行原樣復(fù)制，但在除此以外的任何情況下，著作權(quán)所有人均保留著作權(quán)所有。
[0003]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0004]依據(jù)35U.S.C.§ 119(e)，本案是要求美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)61/850，900的權(quán)益的非臨時(shí)專利申請(qǐng)，所述美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)于2013年2月26日提交且其公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0005]本發(fā)明涉及一種涂層，尤其涉及一種耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層。本發(fā)明還涉及一種涂料溶液和用于形成所述涂層的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0006]抗菌涂層基本上含有抑制或降低細(xì)菌在涂層表面生長(zhǎng)的能力的抗菌劑。所述涂層目前廣泛用于各種領(lǐng)域，包括診所、工業(yè)甚至家庭?？咕繉幼钇毡閼?yīng)用的領(lǐng)域之一是診所或醫(yī)院，因?yàn)榭咕繉幽軌蚪档图膊鞑サ娘L(fēng)險(xiǎn)。 [0007]所屬領(lǐng)域中眾所周知，二氧化鈦和銀通常用于形成抗菌涂層。US2010/0062032公開了一種用于抗微生物涂層的摻雜二氧化鈦涂層，且優(yōu)選的摻雜劑是銀和氧化銀。
[0008]US2011/0111213也公開了一種含銀(Ag)離子的氧化鈦(Ti)涂層，所述涂層具有大于或等于摩爾比0.2Ag/lTi至小于或等于摩爾比0.4Ag/lTi的銀含量，其中所述涂層是X射線無(wú)定形的，且所述涂層的疏水性可以通過(guò)照明來(lái)持續(xù)降低。一種制造涂層的方法包含以下步驟:制備TiO2-Ag溶液，使用TiO2-Ag溶液涂布載體材料，和使用等于或小于200°C的溫度固化已經(jīng)施用到載體的涂層。
[0009]EP1681325公開了一種涂層材料，其包含二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋瘎?、含有磷酸鈣的磷灰石用于吸收污染物、聚甲氧基聚硅氧烷作為親水性樹脂涂層材料，以及硫代硫酸根合銀絡(luò)合物作為抗菌材料。由所述涂層材料形成的涂層可以將污染物例如各種細(xì)菌等轉(zhuǎn)化成無(wú)吾物質(zhì)。
[0010]然而，來(lái)自上述現(xiàn)有技術(shù)的涂層在涂料溶液的合成過(guò)程涉及復(fù)雜工藝。這些常規(guī)涂層的合成需要高溫來(lái)固化涂料溶液。另外，一些來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)的涂層無(wú)法使涂層具備高透明度，這限制了涂層的應(yīng)用。此外，這些常規(guī)涂層在使用一段時(shí)間之后容易剝離，最終喪失功能。
[0011]因此，對(duì)于可有效提供抗菌功能、容易制造且耐久的抗菌涂層存在未被滿足的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0012]因此，本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的第一方面是提供一種用于抗菌涂層的涂料溶液。
[0013]根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，涂料溶液包含乙醇、硝酸、四異丙醇?xì)J(titanium tetraisopropoxide)、水和硝酸銀,其中硝酸銀的濃度為0.025%_0.25% (w/V)。
[0014]本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的第二方面是提供一種用于抗菌涂層的涂料溶液的合成方法。
[0015]根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于合成涂料溶液的方法包含以下步驟:通過(guò)添加硝酸將四異丙醇鈦(IV)在水中水解以形成白色沉淀，攪拌所述白色沉淀以獲得第一 pH為I到2的半透明的二氧化鈦(TiO2)溶液，將所述TiO2溶液放入多孔透析膜管中，在水中透析所述TiO2溶液直到該TiO2溶液的第二 pH達(dá)到3與4之間以形成第一溶液，將硝酸銀溶解到水中以形成第二溶液，和將所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成涂 料溶液。根據(jù)這個(gè)實(shí)施方案獲得的涂料溶液可以包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸銀。
[0016]本發(fā)明的第三方面是提供一種用于沉積抗菌涂層的涂布方法。
[0017]根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于沉積抗菌涂層的涂布方法包含以下步驟:制備本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的涂料溶液，提供物體；將所述涂料溶液施用到所述物體的至少一個(gè)表面上以形成一個(gè)或多個(gè)涂料層；和在80到300°C的范圍內(nèi)的固化溫度下并在一定的干燥速率下干燥所述一個(gè)或多個(gè)涂料層。干燥速率可以是每層4-30分鐘；涂料層的數(shù)目是在2到10的范圍內(nèi)；所述一個(gè)或多個(gè)涂料層中的每一個(gè)都具有0.5到5μπι的厚度。
[0018]不同于傳統(tǒng)的抗菌涂層，本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的抗菌涂層提供若干優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的抗菌涂層可有效去除細(xì)菌和微生物，且因?yàn)槠涔袒瘻囟鹊秃透稍锼俾矢叨子谑┯玫礁鞣N物體上。另外，因?yàn)橛捕雀吆驼掣叫再|(zhì)強(qiáng)，所以該抗菌涂層是耐久的。本發(fā)明的抗菌涂層因?yàn)樗纬傻腡iO2溶液是半透明的而透明度高，且只需要薄的涂層，但足夠好以發(fā)揮抗菌功能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]本發(fā)明的實(shí)施方案將在下文參考附圖被更詳細(xì)地描述，其中:
[0020]圖1是說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于合成用于抗菌涂層的涂料溶液的方法的多個(gè)步驟的流程圖；
[0021]圖2是說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于沉積抗菌涂層的涂布方法的多個(gè)步驟的流程圖；
[0022]圖3Α-Β顯示根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的抗菌涂層在用被稀釋的漂白劑溶液摩擦之前和之后的掃描電子顯微鏡(SEM)形態(tài)；
[0023]圖3C是表示在用被稀釋的漂白劑溶液摩擦之前和之后的銀的原子濃度之間的關(guān)系的圖表；
[0024]圖4是表示未涂布按鍵上的總細(xì)菌菌落數(shù)高于涂布按鍵上的總細(xì)菌菌落數(shù)的事件數(shù)目，和涂布按鍵上的總細(xì)菌菌落數(shù)高于或等于未涂布按鍵上的總細(xì)菌菌落數(shù)的其他事件數(shù)目的圖表。[0025]圖5A-B顯示根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的抗菌涂層的SEM形態(tài)和鈦圖譜，其中圖5A和圖5B中的箭頭所示的區(qū)域分別指示在涂層中存在鈦；和
[0026]圖5C-D顯示根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案的抗菌涂層的SEM形態(tài)和鈦圖譜，其中圖5C和圖中的箭頭所示的區(qū)域分別指示在涂層中存在鈦；
[0027]圖6顯示具有抗菌涂層的鍵盤按鍵的外觀，所述抗菌涂層根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的各種實(shí)施方案具有不同百分比的Ti濃度，包括1%、2.5%、5%和10% (v/v);和
[0028]圖7顯示根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的具有10個(gè)涂料層的抗菌涂層的SEM形態(tài)。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在以下描述中，作為優(yōu)選實(shí)施例闡述了用于抗菌涂層的涂料溶液、用于合成所述涂料溶液的方法和用于沉積所述抗菌涂層的涂布方法。對(duì)于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，可以在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下作出修改，包括添加和/或替代?？梢允÷跃唧w細(xì)節(jié)以避免使本發(fā)明難以理解；然而，書寫的公開內(nèi)容能使所屬領(lǐng)域技術(shù)人員在不進(jìn)行過(guò)度實(shí)驗(yàn)的情況下實(shí)施本文的教導(dǎo)。
[0030]根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，用于耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層的涂料溶液包含乙醇、硝酸、四異丙醇鈦、水和硝酸銀。優(yōu)選地，所述涂料溶液包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸銀。更優(yōu)選地，所述涂料溶液包含0.1% (w/v)的硝酸銀。在另一個(gè)實(shí)施方案中， 所述涂料溶液還包含1%-10% (v/v)的四異丙醇鈦。
[0031]圖1是說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于合成用于抗菌涂層的涂料溶液的方法的多個(gè)步驟的流程圖。在步驟101中，通過(guò)添加硝酸將四異丙醇鈦(IV)在水中水解以形成白色沉淀。在步驟102中，攪拌所述白色沉淀以獲得pH為I到2的半透明的TiO2溶液。在步驟103中，將所述TiO2溶液放入多孔透析膜管中。在步驟104中，在水中透析所述TiO2溶液直到所述TiO2溶液的pH達(dá)到3與4之間以形成第一溶液。在步驟105中，將硝酸銀溶解到水中以形成第二溶液。在步驟106中，將所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成涂料溶液。
[0032]圖2是說(shuō)明根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于沉積抗菌涂層的涂布方法的多個(gè)步驟的流程圖。在步驟201中，提供物體。在步驟202中，用酒精或水清潔所述物體的至少一個(gè)表面。在步驟203中，將本發(fā)明的涂料溶液施用到所述物體的至少一個(gè)表面上以形成一個(gè)或多個(gè)涂料層。在步驟204中，在一定的固化溫度下以一定的干燥速率干燥所述一個(gè)或多個(gè)涂料層。
[0033]優(yōu)選地，在步驟203中，可以通過(guò)噴霧法、涂抹法或浸潰法將涂料溶液施用到物體的表面上。
[0034]根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，通過(guò)噴槍從左到右、然后從上到下對(duì)物體噴霧涂料溶液，以形成一個(gè)或多個(gè)涂料層。
[0035]優(yōu)選地，在物體的至少一個(gè)表面上的涂料層的數(shù)目是在2到10的范圍內(nèi)。每個(gè)涂料層的厚度為0.5至5μπι。
[0036]在步驟204中，可以在烘箱中干燥所述一個(gè)或多個(gè)涂料層。優(yōu)選地，固化溫度是在80到300°C的范圍內(nèi)，且干燥速率為每個(gè)涂料層4-30分鐘。任選地，在固化最后一個(gè)涂料層之后，利用額外的干燥時(shí)間進(jìn)行另外的干燥以確保涂料層完全固化。
[0037]根據(jù)本申請(qǐng)要求保護(hù)的發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，每個(gè)涂料層的干燥時(shí)間為4分鐘。在使用兩個(gè)涂料層的實(shí)施例中，在固化最后一個(gè)涂料層之后任選地具有26分鐘的額外干燥時(shí)間以確保完全固化。在表1中如下列舉了在不存在額外干燥和存在額外干燥的情況下對(duì)于多個(gè)層的總干燥時(shí)間:
[0038]表1
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種由涂料溶液形成的耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層，所述涂料溶液包含乙醇、硝酸、1%-10% (v/v)的四異丙醇鈦、水和0.025%-0.25% (w/v)硝酸銀，且所述涂料溶液是如下制備的:通過(guò)添加酸將四異丙醇鈦在水中水解以形成白色沉淀；攪拌所述白色沉淀以獲得第一 pH為I到2的二氧化鈦(TiO2)溶液；將所述TiO2溶液放入多孔透析膜管中，以在水中透析所述TiO2溶液直到所述TiO2溶液的第二 pH達(dá)到3與4之間以形成第一溶液；將硝酸銀溶解到水中以形成第二溶液；和將所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成所述涂料溶液，且所述涂層是如下形成的:通過(guò)噴霧、涂抹或浸潰將所述涂料溶液施用到物體的至少一個(gè)表面上以形成一個(gè)或多個(gè)涂料層；在80到300°C的范圍內(nèi)的固化溫度下和每個(gè)涂料層4到30分鐘的干燥速率下干燥所述一個(gè)或多個(gè)涂料層以形成所述涂層，每個(gè)涂料層的厚度為0.5到5μπι且所述涂料層的數(shù)目為2到10，且所述涂層被配置成對(duì)于水、乙醇、漂白劑溶液或肥皂溶液是耐剝離的，且依據(jù)ASTM D3359標(biāo)準(zhǔn)具有3Β的粘附性，且依據(jù)ASTM D3363標(biāo)準(zhǔn)具有3Η的硬度。
2.一種合成用于耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層的涂料溶液的方法，所述方法包含以下步驟: 通過(guò)添加酸將四異丙醇鈦在水中水解以形成白色沉淀； 攪拌所述白色沉淀以獲得第一 PH為I到2的二氧化鈦(TiO2)溶液； 將所述TiO2溶液放入多孔透析膜管中，以在水中透析所述TiO2溶液直到所述TiO2溶液的第二 PH達(dá)到3與4之間以形成第一溶液； 將硝酸銀溶解到水中 以形成第二溶液；和 將所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成所述涂料溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含0.1% (w/v)的硝酸銀。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含1%-10%(v/v)的四異丙醇鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含在0.00408:1到0.163:1的范圍內(nèi)的銀與鈦的摩爾比。
7.一種由權(quán)利要求2的方法制備的用于耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層的涂料溶液，其中所述涂料溶液包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸銀。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的涂料溶液，其中所述溶液中所述硝酸銀的濃度是0.l%(w/v)0
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的涂料溶液，其中所述涂料溶液包含在0.00408:1到0.163:1的范圍內(nèi)的銀與鈦的摩爾比。
10.一種用于在物體上形成耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層的方法，所述方法包含以下步驟: 根據(jù)權(quán)利要求1的方法制備涂料溶液； 提供所述物體； 將所述涂料溶液施用到所述物體的至少一個(gè)表面上以形成一個(gè)或多個(gè)涂料層；和 在80到300°C的范圍內(nèi)的固化溫度下干燥所述一個(gè)或多個(gè)涂料層以形成所述涂層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)涂料層是在每個(gè)涂料層4到30分鐘的干燥速率下干燥的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)涂料層是在烘箱中干燥的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)涂料層中的每一個(gè)具有0.5到5μ m的厚度。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述一個(gè)或多個(gè)涂料層的數(shù)目在2到10的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述涂料溶液是通過(guò)噴霧、涂布或浸潰而被施用到所述物體的所述表面上的。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述噴霧是通過(guò)噴槍施用的。
17.—種通過(guò)權(quán)利要求10的方法形成的耐久的、不含殺菌劑的抗菌涂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的涂層，其中所述涂層的厚度小于5μ m。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的涂層，其中所述涂層對(duì)于水、乙醇、漂白劑溶液或肥皂溶液是耐剝離的。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的涂層，其中所述涂層的粘附性依據(jù)ASTMD3359標(biāo)準(zhǔn)為3B，或所述涂層的硬度 依據(jù)ASTM D3363標(biāo)準(zhǔn)為3H。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK104004392SQ201410067713
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月26日
【發(fā)明者】禤雅儀, 郭秀娟, 何詠基, 李偉文 申請(qǐng)人:納米及先進(jìn)材料研發(fā)院有限公司