抗微生物玻璃制品及其制造和使用方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请根据35 U. S. C. § 119要求2013年4月30日提交的美国临时申请序列第 61/817, 800号的优先权，本申请以其内容为基础，并通过参考将其全文纳入本文。
技术领域
[0003] 本发明总体涉及抗微生物涂层。更具体而言，本文所述的各种实施方式涉及其上 设置有抗微生物涂层的玻璃或玻璃陶瓷制品，使得经涂覆的制品具有改善的抗微生物功 效；还涉及制备和使用经涂覆的制品的方法。
[0004] 背景
[0005] 触摸激活或触摸互动设备，如屏幕表面（例如通过触摸表面特定部分激活、具有 用户互动能力的电子设备的表面），变得越来越普遍。一般来说，这些表面应当具有高光学 透射率、低雾度和高耐用性等。随着用户与设备之间基于触摸屏的互动程度增加，表面包藏 的微生物（例如细菌、真菌、病毒等）在用户之间传播的可能性也增大。
[0006] 为了尽可能减少玻璃上微生物的存在，已为各种玻璃制品提供所谓的"抗微生物" 性质。无论是否用作触摸激活设备的屏幕表面或其他应用，这种抗微生物玻璃制品在正常 使用条件下可能具有较差的抗微生物效能，尽管在通常公认的或标准化的测试条件下表现 充分；当暴露在制造和/或正常使用过程中的某些条件下时，可能具有较差的光学或美学 性能；以及/或者可能制造成本高（例如，当用昂贵的金属或合金作为抗微生物剂时，或者 当需要额外的步骤将抗微生物剂置于玻璃内部或上面时）。这些缺陷最终可能使抗微生物 制品的实现变得不切实际。
[0007] 因此，仍然需要技术来提供在正常使用的条件下和通常公认的测试条件下都具有 改进的抗微生物效能的玻璃制品。如果这种技术对制品所需的其他性能（如光学或美学性 能）没有不利影响，那将是特别有利的。如果这种技术能以较低成本生产，那也将是有利 的。本发明正是涉及提供这类技术。
【发明内容】
[0008] 本文描述了具有改善的抗微生物效能的各种制品，及其制造和使用方法。
[0009] -类经涂覆的制品包括玻璃或玻璃陶瓷基材和设置在所述玻璃或玻璃陶瓷基材 的至少一部分上的抗微生物涂层，使得抗微生物涂层包括至少部分固化的具有有机侧链的 硅氧烷，其中至少一部分有机侧链包括质子化的胺取代基或者具有至少一个氢原子的胺取 代基。
[0010] 这类经涂覆的制品还可包括介于玻璃或玻璃陶瓷基材与抗微生物涂层之间的功 能层，设置在抗微生物涂层的至少一部分上，且/或设置在玻璃或玻璃陶瓷基材表面上没 有设置抗微生物涂层的区域。功能层可包括耐指纹涂层、耐污涂层、抗反射涂层、抗眩光涂 层、提供颜色的组合物、环境阻挡涂层或导电涂层。
[0011] 关于这类经涂覆的制品的基材，在一些情况下，它可由硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻 璃、铝硅酸盐玻璃、硼铝硅酸盐玻璃或类似的玻璃形成，所述玻璃可选包括碱金属或碱土金 属改性剂。在其他情况下，基材可由包含玻璃相和陶瓷相的玻璃陶瓷形成，其中陶瓷相包括 β -锂辉石、β -石英、霞石、六方钾霞石、三斜霞石或类似的陶瓷材料。在一些应用中，玻璃 或玻璃陶瓷基材可具有小于或等于约2毫米的平均厚度。
[0012] 关于这类经涂覆的制品的抗微生物涂层，在一些情况下，它可由包含有机侧链的 未固化或部分固化的硅氧烷涂层前体材料形成，其中至少一部分有机侧链包含质子化胺取 代基或包含至少一个氢原子的胺取代基。例如，这种材料包括部分固化的伯胺取代的直链 烷基硅倍半氧烷，一个例子是部分固化的氨基丙基硅倍半氧烷。
[0013] 在一些情况下，在JIS Z 2801(2000)测试条件下，经涂覆的制品可至少使金黄色 葡萄球菌、产气肠杆菌和铜绿假单胞菌的浓度下降至少51og。类似的，在一些情况下，在经 过修改的美国环境保护署"作为消毒杀菌剂的铜合金表面的效能测试方法（Test Method for Efficacy of Copper Alloy Surfaces as a Sanitizer)"的测试条件下（其中修改的 条件包括将含铜表面换成经涂覆的制品，以及换用其上未设置抗微生物涂层的玻璃或玻璃 陶瓷基材作为对照样），经涂覆的制品可至少使金黄色葡萄球菌、产气肠杆菌和铜绿假单胞 菌的浓度下降至少21og。
[0014] 在一些实施方式中，玻璃或玻璃陶瓷基材是化学强化玻璃或玻璃陶瓷基材，其具 有从玻璃或玻璃陶瓷基材表面向内延伸选定深度的压缩层。例如，压缩层的压缩应力可约 为400-1200兆帕，压缩层深度可约为30-80微米。
[0015] 这类经涂覆的制品的应用或者用途包括形成触敏显示屏的一部分或者电子设备 的盖板，电子设备的非触敏部件，家用电器的表面，医疗设备的表面，生物或医疗封装容器 的表面，建筑构件，车辆部件的表面，等等。
[0016] 用于制备经涂覆的制品的一类方法可包括利用抗微生物涂层前体材料，在玻璃或 玻璃陶瓷基材的至少一部分表面上形成抗微生物涂层。抗微生物涂层可以是具有有机侧链 的至少部分固化的硅氧烷，其中至少一部分有机侧链包括质子化胺取代基或者具有至少一 个氢原子的胺取代基。抗微生物涂层前体材料可以是具有有机侧链的未固化或部分固化的 硅氧烷涂层前体材料，其中至少一部分有机侧链包括质子化胺取代基或者具有至少一个氢 原子的胺取代基。
[0017] 在一些情况下，所述方法还包括以下步骤：在形成抗微生物涂层之前，在玻璃或玻 璃陶瓷基材的至少一部分表面上形成功能层，其中所述功能层包括耐指纹涂层、耐污涂层、 抗反射涂层、抗眩光涂层、提供颜色的组合物、环境阻挡涂层或导电涂层。
[0018] 在一些情况下，所述方法还包括以下步骤：在至少一部分抗微生物涂层上形成功 能层，其中所述功能层包括耐指纹涂层、耐污涂层、抗反射涂层、抗眩光涂层、提供颜色的组 合物、环境阻挡涂层或导电涂层。
[0019] 在其他情况下，所述方法还包括以下步骤：在玻璃或玻璃陶瓷基材表面上未设置 抗微生物涂层的区域形成功能层，其中所述功能层包括耐指纹涂层、耐污涂层、抗反射涂 层、抗眩光涂层、提供颜色的组合物、环境阻挡涂层或导电涂层。
[0020] 应理解，前面的
【发明内容】
和以下的详细描述介绍了各种实施方式，用来提供理解 要求保护的主题的性质和特性的总体评述或框架。
[0021] 发明详述
[0022] 下面详细描述示例性实施方式。在本说明书全文中，各种部件可认为具有特定值 或参数。但是，提供这些项目只是作为本发明的示例。实际上，示例性实施方式没有限制各 种方面和概念，因为可实施许多可比拟的参数、尺寸、范围和/或值。类似的，术语"第一"、 "第二"、"首要"、"次要"、"顶部"、"底部"、"远端"、"近端"等不表示任何顺序、数量或重要程 度，仅用于对一种要素与另一种要素进行区分。此外，术语"一个"、"一种"和"该"并不表 示数量的限制，而是表示存在"至少一个"所述项目。
[0023] 本文描述了各种抗微生物玻璃制品，它们在正常使用条件下和通常公认的测试条 件下均具有改善的抗微生物效能；还描述了它们的制造和使用方法。术语"抗微生物"在本 文中指杀死超过一个类型的微生物中的超过一种微生物（例如细菌、病毒、真菌等）或抑制 其生长。总体而言，本文所述的改进的制品和方法包括利用直接或间接设置在玻璃或玻璃 陶瓷基材表面的至少一部分上的抗微生物涂层。
[0024] 相对于缺少抗微生物涂层的相似或相同制品，在正常使用条件下和通常公认的测 试条件下，抗微生物涂层有益地为制品提供了改善的抗微生物效能。此外，并如同下文中更 详细描述的那样，经涂覆的制品可具有高透射性、低雾度和高耐久性等特征。
[0025] 如上所述，其上直接或间接设置有抗微生物涂层的基材可包含玻璃或玻璃陶瓷材 料。对玻璃或玻璃陶瓷材料的选择不限于特定的组成，因为用各种玻璃或玻璃陶瓷组成均 能获得改善的抗微生物效能。例如，对于玻璃而言，所选材料可以是各种硅酸盐、硼硅酸盐、 铝硅酸盐或硼铝硅酸盐玻璃组合物中的任一种，其可选地可包含一种或多种碱金属和/或 碱土金属改性剂。
[0026] 举例而言，一类玻璃组合物包括具有氧化铝或氧化硼中的至少一种和碱金属氧化 物或碱土金属氧化物中的至少一种的那些组合物，其中-15摩尔％<(R20+IT O-Al2O3- ZrO2) -B2O3彡4摩尔％，R可以是Li、Na、K、Rb和/或Cs，且R'可以是Mg、Ca、Sr和/或 Ba。此类组合物的一个子组包含：约62摩尔％至约70摩尔％的Si02;0摩尔％至约18摩 尔％的六1203;0摩尔％至约10摩尔％的8 203;0摩尔％至约15摩尔％的1^ 20 ;0摩尔％至约 20摩尔％的Na2O ;0摩尔％至约18摩尔％的K2O ;0摩尔％至约17摩尔％的MgO ;0摩尔％ 至约18摩尔％的CaO ;以及0摩尔％至约5摩尔％的ZrO2。这种玻璃在Matthew J. Dejneka 等人于2008年 11 月 25号提交的名为"Glasses Having Improved Toughness And Scratch Resistance (具有改善的粗糙度和耐刮擦性的玻璃）"的美国专利申请第12/277, 573号中 更充分的描述，该专利申请要求2008年11月29号提交的美国临时专利申请第61/004, 677 号的优先权，其全文通过引用结合入本文，如同其全部列于下文。
[0027] 另一类说明性组合物包括具有至少50摩尔％的SiO2和至少一种改性剂的那些 组合物，所述改性剂选自碱金属氧化物和碱土金属氧化物，其中[(Al2O3(摩尔％ )+B2O3(摩 尔％ ))八Σ碱金属改性剂（摩尔％ ))] >1。此类组合物的一个子组包括50摩尔％至约72 摩尔％ SiO2;约9摩尔％至约17摩尔％ Al2O3;约2摩尔％至约12摩尔％ B2O3;约8摩尔％ 至约16摩尔％ Na2O;约0摩尔％至约4摩尔％ K20。此玻璃在Kristen L. Barefoo