抗微生物制品以及它們的制備和使用方法
【專利說明】抗微生物制品以及它們的制備和使用方法
[0001] 本申請根據(jù)35U.S.C. § 119要求2013年05月31日提交的美國臨時申請系列第 61/829, 595號的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過參考將其完整地結(jié)合于此。
[0002] 背景
[0003] 本發(fā)明總體涉及抗微生物制品。具體來說，本文所述的各種實施方式涉及具有改 善的抗微生物性能的玻璃、陶瓷、或玻璃-陶瓷制品以及制品的制造方法和制品的使用方 法。
[0004] 觸摸激活或觸摸互動設(shè)備，如屏幕表面（例如通過觸摸表面特定部分激活、具有 用戶互動能力的電子設(shè)備的表面），變得越來越普遍。一般來說，這些表面應(yīng)當(dāng)具有高光學(xué) 透射率、低霧度和高耐用性等。隨著用戶與設(shè)備之間基于觸摸屏的互動程度增加，表面包藏 的微生物（例如細(xì)菌、真菌、病毒等）在用戶之間傳播的可能性也增大。
[0005] 為了盡可能減少微生物的存在，已為各種玻璃和玻璃-陶瓷制品提供所謂的"抗 微生物"性質(zhì)。無論是否用作觸摸激活設(shè)備的屏幕表面或其他應(yīng)用，這種抗微生物制品在正 常使用條件下可能具有較差的抗微生物效能，盡管在通常公認(rèn)的或標(biāo)準(zhǔn)化的測試條件下表 現(xiàn)充分；當(dāng)暴露在制造和/或正常使用過程中的某些條件下時，可能具有較差的光學(xué)或美 學(xué)性能；以及/或者可能制造成本高（例如，當(dāng)用昂貴的金屬或合金作為抗微生物劑時，或 者當(dāng)需要額外的步驟將抗微生物劑置于玻璃或玻璃-陶瓷內(nèi)部或上面時）。這些缺陷最終 可能使抗微生物制品的實現(xiàn)變得不切實際。
[0006] 因此，仍然需要技術(shù)來提供在正常使用的條件下和通常公認(rèn)的測試條件下都具有 改進(jìn)的抗微生物效能的玻璃、陶瓷、玻璃-陶瓷或其它類型的制品。如果這種技術(shù)對制品所 需的其他性能（如光學(xué)或美學(xué)性能）沒有不利影響，那將是特別有利的。如果這種技術(shù)能 以較低成本生產(chǎn)，那也將是有利的。本發(fā)明正是涉及提供這種技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本文所述的是具有改善的抗微生物效率的各種抗微生物玻璃，陶瓷，或玻璃-陶 瓷制品，以及它們的制造和使用方法。
[0008] -種改善的抗微生物制品包含玻璃，陶瓷，或玻璃-陶瓷基材，從玻璃，陶瓷， 或玻璃-陶瓷基材的表面向內(nèi)延伸到該表面中的第一深度的壓縮應(yīng)力層，以及從玻璃，陶 瓷，或玻璃-陶瓷基材的表面向內(nèi)延伸到該表面中的第二深度的包含抗微生物劑的區(qū)域。 在這種制品中，第二深度小于或等于約1000納米。在一些情況下，第二深度可為約2納 米-約1000納米。在一些實施方式中，抗微生物制品可不含壓縮應(yīng)力層。在這種實施方 式中，玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材可沿著它們的厚度具有基本上均勻的壓縮應(yīng)力。
[0009] 這類抗微生物制品還可包含設(shè)置在基材表面上的額外的層。額外的層可包含抗反 射涂層，防眩光涂層，防指紋涂層，防污涂層，提供顏色的組合物，環(huán)境阻擋涂層，或?qū)?電涂層。在一些實施方式中，當(dāng)抗微生物制品與任選的額外的層組合時，包含抗微生物的 區(qū)域的第二深度是基本上穩(wěn)定的（或不顯著地變化）。例如，當(dāng)抗微生物制品包含額外的 層時，第二深度保持恒定或變化小于約±l〇nm。
[0010] 在這類改善的抗微生物制品的一些實施方式中，壓縮應(yīng)力層的壓縮應(yīng)力可為約 200兆帕斯卡（MPa)-約1. 2吉帕斯卡（GPa)，和/或壓縮應(yīng)力層的深度可大于或等于約25 微米且小于或等于約200微米。一個或多個實施方式的壓縮應(yīng)力層可包含鉀離子和鈉離子 中的至少一種。
[0011] 在這類改善抗微生物制品的一些實施方式中，抗微生物劑可包含陽離子單價銀物 質(zhì)、陽離子單價銅物質(zhì)、陽離子二價鋅物質(zhì)和/或季銨鹽物質(zhì)。
[0012] 在一些實施方式中，以包含抗微生物劑的區(qū)域的最外面的3納米的總原子數(shù)目為 基準(zhǔn)計，包含抗微生物劑的區(qū)域的最外面的3納米的抗微生物劑濃度最高達(dá)約10原子％。
[0013] 在一種或多種實施方式中，玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材包含約0. 8mm或更小的 厚度。在一些情況下，基材的厚度可為約〇.5mm或更小或者約0.4mm或更小。在一些實施 方式中，玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材的厚度可小于約〇. Imm和/或可適于卷對卷加工或 適于卷繞到線軸上。
[0014] 可蝕刻一個或多個實施方式的抗微生物制品的表面。蝕刻的表面可與制品的包含 抗微生物劑的區(qū)域同時形成。
[0015] 在一種或多種實施方式中，在干燥測試中，抗微生物制品使至少金黃色葡萄球 菌（Staphylococcus aureus),產(chǎn)氣腸桿菌（Enterobacter aerogenes),和綠胺假單胞菌 (Pseudomomas aeruginosa bacteria)的濃度呈現(xiàn)至少2對數(shù)減少，如本文所述。在一些實 施方式中，在JIS Z 2801(2000)測試條件下，抗微生物制品使至少金黃色葡萄球菌、產(chǎn)氣 腸桿菌和綠膿假單胞菌的濃度呈現(xiàn)至少3對數(shù)減少。這類抗微生物制品還可在改變的JIS Z 2801(2000)測試條件下，使至少金黃色葡萄球菌、產(chǎn)氣腸桿菌和綠膿假單胞菌的濃度呈 現(xiàn)至少1對數(shù)減少，其中該改變的條件包含在約38% -約42%的濕度下將抗微生物玻璃 制品加熱到約23°C -約37°C的溫度并保持約24小時，然后干燥約6小時-約24小時。
[0016] 在一種或多種實施方式中，改善的抗微生物玻璃制品可用作下述的一部分：電子 裝置的觸敏顯示屏或蓋板、電子裝置的非觸敏部件、家用電器的表面、醫(yī)療設(shè)備的表面、建 筑構(gòu)件的表面、生物或醫(yī)療封裝容器或者車輛零部件的表面。
[0017] -種制備抗微生物玻璃制品的方法包含提供具有表面的玻璃，陶瓷，或玻璃-陶 瓷基材，以及形成從玻璃，陶瓷，或玻璃-陶瓷基材的表面向內(nèi)延伸到區(qū)域深度的包含 抗微生物劑的區(qū)域，從而包含抗微生物劑的區(qū)域深度小于或等于約1000納米或者是約 2nm_ 約 1000 nm0
[0018] 在一些情況下，形成包含抗微生物劑的區(qū)域可涉及使玻璃，陶瓷，或玻璃-陶 瓷基材的表面的至少一部分接觸包含抗微生物劑的溶液，其有效地將抗微生物劑引入到玻 璃，陶瓷，或玻璃-陶瓷基材之上并進(jìn)入到第二深度。在一種或多種實施方式中，包含抗 微生物劑的溶液的pH是約4-約10。包含抗微生物劑的溶液可包含AgN0 3、CuCl、AgNOjP Zn(NO3)2的組合、和/或AgNO JPKNO3的組合。在一種或多種實施方式中，接觸步驟可在 小于或等于約140°C的溫度下進(jìn)行小于或等于約24小時。
[0019] 在一種或多種實施方式中，所述方法包含通過下述在玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基 材中形成壓縮應(yīng)力層：例如，鋼化或化學(xué)離子交換過程（例如，通過在包含KNO3, NaNO3S 其組合的熔融鹽浴中浸沒基材）。形成壓縮應(yīng)力層可在形成包含抗微生物劑的區(qū)域之前或 之后進(jìn)行。一個或多個實施方式的壓縮應(yīng)力層可從玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材的表面向 內(nèi)延伸到壓縮應(yīng)力深度。在一些實施方式中，所述區(qū)域深度小于壓縮應(yīng)力深度。
[0020] 在所述方法的一些實施方式中，形成包含抗微生物劑的區(qū)域包含同時蝕刻玻璃， 陶瓷或玻璃-陶瓷基材的表面。
[0021] 在一些情況下，所述方法還可包含在基材表面的至少一部分上形成額外的層，其 中該額外的層包含抗反射涂層，防眩光涂層，防指紋涂層，防污涂層，提供顏色的組合 物，環(huán)境阻擋涂層，或?qū)щ娡繉?。在一些情況下，形成額外的層的步驟可在形成包含抗微 生物劑的區(qū)域的步驟之前進(jìn)行。
[0022] 應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述介紹了各種實施方式，用來提供理 解要求保護的主題的性質(zhì)和特性的總體評述或框架。包括的附圖提供了對各種實施方式的 進(jìn)一步的理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖以圖示形式說明了 本文所述的各種實施方式，并與說明書一起用來解釋要求保護的主題的原理和操作。
[0023] 附圖簡要說明
[0024] 圖1顯示通過原子％的比較例A以及實施例B和C能量色散圖譜（EDS)X射線光 電子能譜（XPS)深度分布；
[0025] 圖2是圖片，其顯示比較例D和實施例C的抗微生物效率；
[0026] 圖3是韋布爾圖，其顯示比較例E以及實施例F和G的平均撓曲強度；
[0027] 圖4是圖片，其顯示比較例H、實施例J和比較例I的顏色坐標(biāo)（L*，a*，b*);
[0028] 圖5是圖片，其比較用于實施例L23和L70的抗微生物劑濃度分布隨包含抗微生 物劑的區(qū)域深度的變化；
[0029] 圖6是圖片，其顯示用于實施例L65的抗微生物劑濃度分布隨包含抗微生物劑的 區(qū)域深度的變化；和
[0030] 圖7是圖片，其顯示實施例01和比較例02的干燥測試結(jié)果。
[0031] 具體描述
[0032] 現(xiàn)在參考附圖，其中在幾個視圖中相似的附圖標(biāo)記表示相似的部分，下面將詳細(xì) 描述示例實施方式。在本說明書全文中，各種組件可確定具有具體的數(shù)值或參數(shù)。但是，提 供這些項目作為本發(fā)明的示例。實際上，示例性實施方式?jīng)]有限制各種方面和概念，因為可 實施許多可比擬的參數(shù)、尺寸、范圍和/或值。類似地，術(shù)語"第一"、"第二"、"伯"、"仲"、"頂 部"、"底部"、"遠(yuǎn)端"、"近端"等不表示任何順序、數(shù)量或重要程度，僅用來將一種元素與另一 種進(jìn)行區(qū)分。此外，術(shù)語"一個"、"一種"和"該"并不表示數(shù)量的限制，而是表示存在"至少 一個"所述項目。
[0033] 本文描述了各種抗微生物制品，它們在正常使用條件下和通常公認(rèn)的測試條件下 均具有改善的抗微生物效能；還描述了它們的制造和使用方法。術(shù)語"抗微生物"在本文中 指殺死超過一個類型的微生物中的超過一種微生物（例如細(xì)菌、病毒、真菌等）或抑制其生 長?？傮w而言，本文所述的改進(jìn)的制品和方法包括利用包含抗微生物劑的溶液來在玻璃、陶 瓷、或玻璃-陶瓷基材的表面處構(gòu)建具有合適的抗微生物劑濃度的淺的區(qū)域。在正常的使 用條件和公認(rèn)的測試條件下，相對于缺少包含抗微生物劑的區(qū)域的相似或相同的制品和/ 或使用相同量的抗微生物劑但具有更深的包含抗微生物劑的區(qū)域的相似或相同的制品，該 包含抗微生物劑的淺的區(qū)域優(yōu)選地為制品提供改善的抗微生物效率。定制的包含抗微生物 劑的區(qū)域提供下述額外的益處：改善的機械性能、更低的加工溫度和與抗微生物劑相關(guān)的 使用和廢棄減少。此外，如下文所更加詳細(xì)描述，制品可呈現(xiàn)對于特定所需的性質(zhì)合適的透 射率、霧度和/或耐久性等特征。
[0034] 本文所述的改善的抗微生物玻璃制品一般包含玻璃，陶瓷，或玻璃-陶瓷基材， 從基材表面向內(nèi)延伸到第一深度的任選的壓縮應(yīng)力層或區(qū)域，以及包含抗微生物劑的包 含抗微生物劑的層或區(qū)域，該包含抗微生物劑的層或區(qū)域從基材表面向內(nèi)延伸到該基材表 面中的第二深度，其中第二深度比第一深度更淺。
[0035] 在說明書全文中，術(shù)語"壓縮應(yīng)力層"應(yīng)用來指具有壓縮應(yīng)力的層或區(qū)域，術(shù)語 "包含抗微生物劑的區(qū)域"應(yīng)用來指包含抗微生物劑的層或區(qū)域。這種使用只是為了方便， 且無意于在術(shù)語"區(qū)域"和"層"之間以任何方式提供不同。壓縮應(yīng)力層的深度在本文中可 稱為"第一深度"，"層"深度或"壓縮應(yīng)力深度"。包含抗微生物劑的區(qū)域深度在本文中可 稱為"第二深度"或"區(qū)域深度"。