抗微生物制品以及它们的制备和使用方法
【专利说明】抗微生物制品以及它们的制备和使用方法
[0001] 本申请根据35U.S.C. § 119要求2013年05月31日提交的美国临时申请系列第 61/829, 595号的优先权，本文以该申请的内容为基础并通过参考将其完整地结合于此。
[0002] 背景
[0003] 本发明总体涉及抗微生物制品。具体来说，本文所述的各种实施方式涉及具有改 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] 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。
[0005] 为了尽可能减少微生物的存在，已为各种玻璃和玻璃-陶瓷制品提供所谓的"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或玻璃-陶瓷内部或上面时）。这些缺陷最终 可能使抗微生物制品的实现变得不切实际。
[0006] 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、陶瓷、玻璃-陶瓷或其它类型的制品。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种技术。
【发明内容】
[0007] 本文所述的是具有改善的抗微生物效率的各种抗微生物玻璃，陶瓷，或玻璃-陶 瓷制品，以及它们的制造和使用方法。
[0008] -种改善的抗微生物制品包含玻璃，陶瓷，或玻璃-陶瓷基材，从玻璃，陶瓷， 或玻璃-陶瓷基材的表面向内延伸到该表面中的第一深度的压缩应力层，以及从玻璃，陶 瓷，或玻璃-陶瓷基材的表面向内延伸到该表面中的第二深度的包含抗微生物剂的区域。 在这种制品中，第二深度小于或等于约1000纳米。在一些情况下，第二深度可为约2纳 米-约1000纳米。在一些实施方式中，抗微生物制品可不含压缩应力层。在这种实施方 式中，玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材可沿着它们的厚度具有基本上均匀的压缩应力。
[0009] 这类抗微生物制品还可包含设置在基材表面上的额外的层。额外的层可包含抗反 射涂层，防眩光涂层，防指纹涂层，防污涂层，提供颜色的组合物，环境阻挡涂层，或导 电涂层。在一些实施方式中，当抗微生物制品与任选的额外的层组合时，包含抗微生物的 区域的第二深度是基本上稳定的（或不显著地变化）。例如，当抗微生物制品包含额外的 层时，第二深度保持恒定或变化小于约±l〇nm。
[0010] 在这类改善的抗微生物制品的一些实施方式中，压缩应力层的压缩应力可为约 200兆帕斯卡（MPa)-约1. 2吉帕斯卡（GPa)，和/或压缩应力层的深度可大于或等于约25 微米且小于或等于约200微米。一个或多个实施方式的压缩应力层可包含钾离子和钠离子 中的至少一种。
[0011] 在这类改善抗微生物制品的一些实施方式中，抗微生物剂可包含阳离子单价银物 质、阳离子单价铜物质、阳离子二价锌物质和/或季铵盐物质。
[0012] 在一些实施方式中，以包含抗微生物剂的区域的最外面的3纳米的总原子数目为 基准计，包含抗微生物剂的区域的最外面的3纳米的抗微生物剂浓度最高达约10原子％。
[0013] 在一种或多种实施方式中，玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材包含约0. 8mm或更小的 厚度。在一些情况下，基材的厚度可为约〇.5mm或更小或者约0.4mm或更小。在一些实施 方式中，玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材的厚度可小于约〇. Imm和/或可适于卷对卷加工或 适于卷绕到线轴上。
[0014] 可蚀刻一个或多个实施方式的抗微生物制品的表面。蚀刻的表面可与制品的包含 抗微生物剂的区域同时形成。
[0015] 在一种或多种实施方式中，在干燥测试中，抗微生物制品使至少金黄色葡萄球 菌（Staphylococcus aureus),产气肠杆菌（Enterobacter aerogenes),和绿胺假单胞菌 (Pseudomomas aeruginosa bacteria)的浓度呈现至少2对数减少，如本文所述。在一些实 施方式中，在JIS Z 2801(2000)测试条件下，抗微生物制品使至少金黄色葡萄球菌、产气 肠杆菌和绿脓假单胞菌的浓度呈现至少3对数减少。这类抗微生物制品还可在改变的JIS Z 2801(2000)测试条件下，使至少金黄色葡萄球菌、产气肠杆菌和绿脓假单胞菌的浓度呈 现至少1对数减少，其中该改变的条件包含在约38% -约42%的湿度下将抗微生物玻璃 制品加热到约23°C -约37°C的温度并保持约24小时，然后干燥约6小时-约24小时。
[0016] 在一种或多种实施方式中，改善的抗微生物玻璃制品可用作下述的一部分：电子 装置的触敏显示屏或盖板、电子装置的非触敏部件、家用电器的表面、医疗设备的表面、建 筑构件的表面、生物或医疗封装容器或者车辆零部件的表面。
[0017] -种制备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，以及形成从玻璃，陶瓷，或玻璃-陶瓷基材的表面向内延伸到区域深度的包含 抗微生物剂的区域，从而包含抗微生物剂的区域深度小于或等于约1000纳米或者是约 2nm_ 约 1000 nm0
[0018] 在一些情况下，形成包含抗微生物剂的区域可涉及使玻璃，陶瓷，或玻璃-陶 瓷基材的表面的至少一部分接触包含抗微生物剂的溶液，其有效地将抗微生物剂引入到玻 璃，陶瓷，或玻璃-陶瓷基材之上并进入到第二深度。在一种或多种实施方式中，包含抗 微生物剂的溶液的pH是约4-约10。包含抗微生物剂的溶液可包含AgN0 3、CuCl、AgNOjP Zn(NO3)2的组合、和/或AgNO JPKNO3的组合。在一种或多种实施方式中，接触步骤可在 小于或等于约140°C的温度下进行小于或等于约24小时。
[0019] 在一种或多种实施方式中，所述方法包含通过下述在玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基 材中形成压缩应力层：例如，钢化或化学离子交换过程（例如，通过在包含KNO3, NaNO3S 其组合的熔融盐浴中浸没基材）。形成压缩应力层可在形成包含抗微生物剂的区域之前或 之后进行。一个或多个实施方式的压缩应力层可从玻璃，陶瓷或玻璃-陶瓷基材的表面向 内延伸到压缩应力深度。在一些实施方式中，所述区域深度小于压缩应力深度。
[0020] 在所述方法的一些实施方式中，形成包含抗微生物剂的区域包含同时蚀刻玻璃， 陶瓷或玻璃-陶瓷基材的表面。
[0021] 在一些情况下，所述方法还可包含在基材表面的至少一部分上形成额外的层，其 中该额外的层包含抗反射涂层，防眩光涂层，防指纹涂层，防污涂层，提供颜色的组合 物，环境阻挡涂层，或导电涂层。在一些情况下，形成额外的层的步骤可在形成包含抗微 生物剂的区域的步骤之前进行。
[0022] 应理解，前面的一般性描述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。包括的附图提供了对各种实施方式的 进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了 本文所述的各种实施方式，并与说明书一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。
[0023] 附图简要说明
[0024] 图1显示通过原子％的比较例A以及实施例B和C能量色散图谱（EDS)X射线光 电子能谱（XPS)深度分布；
[0025] 图2是图片，其显示比较例D和实施例C的抗微生物效率；
[0026] 图3是韦布尔图，其显示比较例E以及实施例F和G的平均挠曲强度；
[0027] 图4是图片，其显示比较例H、实施例J和比较例I的颜色坐标（L*，a*，b*);
[0028] 图5是图片，其比较用于实施例L23和L70的抗微生物剂浓度分布随包含抗微生 物剂的区域深度的变化；
[0029] 图6是图片，其显示用于实施例L65的抗微生物剂浓度分布随包含抗微生物剂的 区域深度的变化；和
[0030] 图7是图片，其显示实施例01和比较例02的干燥测试结果。
[0031] 具体描述
[0032] 现在参考附图，其中在几个视图中相似的附图标记表示相似的部分，下面将详细 描述示例实施方式。在本说明书全文中，各种组件可确定具有具体的数值或参数。但是，提 供这些项目作为本发明的示例。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。类似地，术语"第一"、"第二"、"伯"、"仲"、"顶 部"、"底部"、"远端"、"近端"等不表示任何顺序、数量或重要程度，仅用来将一种元素与另一 种进行区分。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。
[0033] 本文描述了各种抗微生物制品，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包含抗微生物剂的溶液来在玻璃、陶 瓷、或玻璃-陶瓷基材的表面处构建具有合适的抗微生物剂浓度的浅的区域。在正常的使 用条件和公认的测试条件下，相对于缺少包含抗微生物剂的区域的相似或相同的制品和/ 或使用相同量的抗微生物剂但具有更深的包含抗微生物剂的区域的相似或相同的制品，该 包含抗微生物剂的浅的区域优选地为制品提供改善的抗微生物效率。定制的包含抗微生物 剂的区域提供下述额外的益处：改善的机械性能、更低的加工温度和与抗微生物剂相关的 使用和废弃减少。此外，如下文所更加详细描述，制品可呈现对于特定所需的性质合适的透 射率、雾度和/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， 从基材表面向内延伸到第一深度的任选的压缩应力层或区域，以及包含抗微生物剂的包 含抗微生物剂的层或区域，该包含抗微生物剂的层或区域从基材表面向内延伸到该基材表 面中的第二深度，其中第二深度比第一深度更浅。
[0035] 在说明书全文中，术语"压缩应力层"应用来指具有压缩应力的层或区域，术语 "包含抗微生物剂的区域"应用来指包含抗微生物剂的层或区域。这种使用只是为了方便， 且无意于在术语"区域"和"层"之间以任何方式提供不同。压缩应力层的深度在本文中可 称为"第一深度"，"层"深度或"压缩应力深度"。包含抗微生物剂的区域深度在本文中可 称为"第二深度"或"区域深度"。