耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层的制作方法
【专利摘要】本发明要求保护的发明提供一种用于抗菌涂层的涂料溶液，和一种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、四异丙醇钛、水和硝酸银。此外，还提供一种用于沉积所述抗菌涂层的涂布方法。本发明的抗菌涂层有效提供抗菌功能，容易制造且持久耐用。
【专利说明】耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层
[0001]著作权声明
[0002]本专利文件的部分公开包含受著作权保护的内容。著作权所有人不反对任何人对本专利文件或专利公开内容如其在美国专利和商标局的专利文件或档案中所出现的那样进行原样复制，但在除此以外的任何情况下，著作权所有人均保留著作权所有。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]依据35U.S.C.§ 119(e)，本案是要求美国临时专利申请61/850，900的权益的非临时专利申请，所述美国临时专利申请于2013年2月26日提交且其公开内容以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0005]本发明涉及一种涂层，尤其涉及一种耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层。本发明还涉及一种涂料溶液和用于形成所述涂层的制备方法。
【背景技术】
[0006]抗菌涂层基本上含有抑制或降低细菌在涂层表面生长的能力的抗菌剂。所述涂层目前广泛用于各种领域，包括诊所、工业甚至家庭。抗菌涂层最普遍应用的领域之一是诊所或医院，因为抗菌涂层能够降低疾病传播的风险。 [0007]所属领域中众所周知，二氧化钛和银通常用于形成抗菌涂层。US2010/0062032公开了一种用于抗微生物涂层的掺杂二氧化钛涂层，且优选的掺杂剂是银和氧化银。
[0008]US2011/0111213也公开了一种含银(Ag)离子的氧化钛(Ti)涂层，所述涂层具有大于或等于摩尔比0.2Ag/lTi至小于或等于摩尔比0.4Ag/lTi的银含量，其中所述涂层是X射线无定形的，且所述涂层的疏水性可以通过照明来持续降低。一种制造涂层的方法包含以下步骤:制备TiO2-Ag溶液，使用TiO2-Ag溶液涂布载体材料，和使用等于或小于200°C的温度固化已经施用到载体的涂层。
[0009]EP1681325公开了一种涂层材料，其包含二氧化钛作为光催化剂、含有磷酸钙的磷灰石用于吸收污染物、聚甲氧基聚硅氧烷作为亲水性树脂涂层材料，以及硫代硫酸根合银络合物作为抗菌材料。由所述涂层材料形成的涂层可以将污染物例如各种细菌等转化成无吾物质。
[0010]然而，来自上述现有技术的涂层在涂料溶液的合成过程涉及复杂工艺。这些常规涂层的合成需要高温来固化涂料溶液。另外，一些来自现有技术的涂层无法使涂层具备高透明度，这限制了涂层的应用。此外，这些常规涂层在使用一段时间之后容易剥离，最终丧失功能。
[0011]因此，对于可有效提供抗菌功能、容易制造且耐久的抗菌涂层存在未被满足的需求。
【发明内容】
[0012]因此，本申请要求保护的发明的第一方面是提供一种用于抗菌涂层的涂料溶液。
[0013]根据本申请要求保护的发明的一个实施方案，涂料溶液包含乙醇、硝酸、四异丙醇钦(titanium tetraisopropoxide)、水和硝酸银,其中硝酸银的浓度为0.025%_0.25% (w/V)。
[0014]本申请要求保护的发明的第二方面是提供一种用于抗菌涂层的涂料溶液的合成方法。
[0015]根据本申请要求保护的发明的一个实施方案，用于合成涂料溶液的方法包含以下步骤:通过添加硝酸将四异丙醇钛(IV)在水中水解以形成白色沉淀，搅拌所述白色沉淀以获得第一 pH为I到2的半透明的二氧化钛(TiO2)溶液，将所述TiO2溶液放入多孔透析膜管中，在水中透析所述TiO2溶液直到该TiO2溶液的第二 pH达到3与4之间以形成第一溶液，将硝酸银溶解到水中以形成第二溶液，和将所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成涂 料溶液。根据这个实施方案获得的涂料溶液可以包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸银。
[0016]本发明的第三方面是提供一种用于沉积抗菌涂层的涂布方法。
[0017]根据本申请要求保护的发明的一个实施方案，用于沉积抗菌涂层的涂布方法包含以下步骤:制备本申请要求保护的发明的涂料溶液，提供物体；将所述涂料溶液施用到所述物体的至少一个表面上以形成一个或多个涂料层；和在80到300°C的范围内的固化温度下并在一定的干燥速率下干燥所述一个或多个涂料层。干燥速率可以是每层4-30分钟；涂料层的数目是在2到10的范围内；所述一个或多个涂料层中的每一个都具有0.5到5μπι的厚度。
[0018]不同于传统的抗菌涂层，本申请要求保护的发明的抗菌涂层提供若干优势。本发明的抗菌涂层可有效去除细菌和微生物，且因为其固化温度低和干燥速率高而易于施用到各种物体上。另外，因为硬度高和粘附性质强，所以该抗菌涂层是耐久的。本发明的抗菌涂层因为所形成的TiO2溶液是半透明的而透明度高，且只需要薄的涂层，但足够好以发挥抗菌功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]本发明的实施方案将在下文参考附图被更详细地描述，其中:
[0020]图1是说明根据本申请要求保护的发明的一个实施方案的用于合成用于抗菌涂层的涂料溶液的方法的多个步骤的流程图；
[0021]图2是说明根据本申请要求保护的发明的一个实施方案的用于沉积抗菌涂层的涂布方法的多个步骤的流程图；
[0022]图3Α-Β显示根据本申请要求保护的发明的一个实施方案的抗菌涂层在用被稀释的漂白剂溶液摩擦之前和之后的扫描电子显微镜(SEM)形态；
[0023]图3C是表示在用被稀释的漂白剂溶液摩擦之前和之后的银的原子浓度之间的关系的图表；
[0024]图4是表示未涂布按键上的总细菌菌落数高于涂布按键上的总细菌菌落数的事件数目，和涂布按键上的总细菌菌落数高于或等于未涂布按键上的总细菌菌落数的其他事件数目的图表。[0025]图5A-B显示根据本申请要求保护的发明的一个实施方案的抗菌涂层的SEM形态和钛图谱，其中图5A和图5B中的箭头所示的区域分别指示在涂层中存在钛；和
[0026]图5C-D显示根据本申请要求保护的发明的另一个实施方案的抗菌涂层的SEM形态和钛图谱，其中图5C和图中的箭头所示的区域分别指示在涂层中存在钛；
[0027]图6显示具有抗菌涂层的键盘按键的外观，所述抗菌涂层根据本申请要求保护的发明的各种实施方案具有不同百分比的Ti浓度，包括1%、2.5%、5%和10% (v/v);和
[0028]图7显示根据本申请要求保护的发明的一个实施方案的具有10个涂料层的抗菌涂层的SEM形态。
【具体实施方式】
[0029]在以下描述中，作为优选实施例阐述了用于抗菌涂层的涂料溶液、用于合成所述涂料溶液的方法和用于沉积所述抗菌涂层的涂布方法。对于所属领域技术人员显而易见的是，可以在不背离本发明的范围和精神的情况下作出修改，包括添加和/或替代。可以省略具体细节以避免使本发明难以理解；然而，书写的公开内容能使所属领域技术人员在不进行过度实验的情况下实施本文的教导。
[0030]根据本申请要求保护的发明的一个实施方案，用于耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层的涂料溶液包含乙醇、硝酸、四异丙醇钛、水和硝酸银。优选地，所述涂料溶液包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸银。更优选地，所述涂料溶液包含0.1% (w/v)的硝酸银。在另一个实施方案中， 所述涂料溶液还包含1%-10% (v/v)的四异丙醇钛。
[0031]图1是说明根据本申请要求保护的发明的一个实施方案的用于合成用于抗菌涂层的涂料溶液的方法的多个步骤的流程图。在步骤101中，通过添加硝酸将四异丙醇钛(IV)在水中水解以形成白色沉淀。在步骤102中，搅拌所述白色沉淀以获得pH为I到2的半透明的TiO2溶液。在步骤103中，将所述TiO2溶液放入多孔透析膜管中。在步骤104中，在水中透析所述TiO2溶液直到所述TiO2溶液的pH达到3与4之间以形成第一溶液。在步骤105中，将硝酸银溶解到水中以形成第二溶液。在步骤106中，将所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成涂料溶液。
[0032]图2是说明根据本申请要求保护的发明的一个实施方案的用于沉积抗菌涂层的涂布方法的多个步骤的流程图。在步骤201中，提供物体。在步骤202中，用酒精或水清洁所述物体的至少一个表面。在步骤203中，将本发明的涂料溶液施用到所述物体的至少一个表面上以形成一个或多个涂料层。在步骤204中，在一定的固化温度下以一定的干燥速率干燥所述一个或多个涂料层。
[0033]优选地，在步骤203中，可以通过喷雾法、涂抹法或浸溃法将涂料溶液施用到物体的表面上。
[0034]根据本申请要求保护的发明的一个实施方案，通过喷枪从左到右、然后从上到下对物体喷雾涂料溶液，以形成一个或多个涂料层。
[0035]优选地，在物体的至少一个表面上的涂料层的数目是在2到10的范围内。每个涂料层的厚度为0.5至5μπι。
[0036]在步骤204中，可以在烘箱中干燥所述一个或多个涂料层。优选地，固化温度是在80到300°C的范围内，且干燥速率为每个涂料层4-30分钟。任选地，在固化最后一个涂料层之后，利用额外的干燥时间进行另外的干燥以确保涂料层完全固化。
[0037]根据本申请要求保护的发明的一个实施方案，每个涂料层的干燥时间为4分钟。在使用两个涂料层的实施例中，在固化最后一个涂料层之后任选地具有26分钟的额外干燥时间以确保完全固化。在表1中如下列举了在不存在额外干燥和存在额外干燥的情况下对于多个层的总干燥时间:
[0038]表1
[0039]
【权利要求】
1.一种由涂料溶液形成的耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层，所述涂料溶液包含乙醇、硝酸、1%-10% (v/v)的四异丙醇钛、水和0.025%-0.25% (w/v)硝酸银，且所述涂料溶液是如下制备的:通过添加酸将四异丙醇钛在水中水解以形成白色沉淀；搅拌所述白色沉淀以获得第一 pH为I到2的二氧化钛(TiO2)溶液；将所述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达到3与4之间以形成第一溶液；将硝酸银溶解到水中以形成第二溶液；和将所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成所述涂料溶液，且所述涂层是如下形成的:通过喷雾、涂抹或浸溃将所述涂料溶液施用到物体的至少一个表面上以形成一个或多个涂料层；在80到300°C的范围内的固化温度下和每个涂料层4到30分钟的干燥速率下干燥所述一个或多个涂料层以形成所述涂层，每个涂料层的厚度为0.5到5μπι且所述涂料层的数目为2到10，且所述涂层被配置成对于水、乙醇、漂白剂溶液或肥皂溶液是耐剥离的，且依据ASTM D3359标准具有3Β的粘附性，且依据ASTM D3363标准具有3Η的硬度。
2.一种合成用于耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层的涂料溶液的方法，所述方法包含以下步骤: 通过添加酸将四异丙醇钛在水中水解以形成白色沉淀； 搅拌所述白色沉淀以获得第一 PH为I到2的二氧化钛(TiO2)溶液； 将所述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达到3与4之间以形成第一溶液； 将硝酸银溶解到水中 以形成第二溶液；和 将所述第一溶液、所述第二溶液和乙醇混合到一起以形成所述涂料溶液。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸银。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含0.1% (w/v)的硝酸银。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含1%-10%(v/v)的四异丙醇钛。
6.根据权利要求2所述的方法，其中所述涂料溶液包含在0.00408:1到0.163:1的范围内的银与钛的摩尔比。
7.一种由权利要求2的方法制备的用于耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层的涂料溶液，其中所述涂料溶液包含0.025%-0.25% (w/v)的硝酸银。
8.根据权利要求7所述的涂料溶液，其中所述溶液中所述硝酸银的浓度是0.l%(w/v)0
9.根据权利要求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的范围内的银与钛的摩尔比。
10.一种用于在物体上形成耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层的方法，所述方法包含以下步骤: 根据权利要求1的方法制备涂料溶液； 提供所述物体； 将所述涂料溶液施用到所述物体的至少一个表面上以形成一个或多个涂料层；和 在80到300°C的范围内的固化温度下干燥所述一个或多个涂料层以形成所述涂层。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个涂料层是在每个涂料层4到30分钟的干燥速率下干燥的。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个涂料层是在烘箱中干燥的。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个涂料层中的每一个具有0.5到5μ m的厚度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个涂料层的数目在2到10的范围内。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述涂料溶液是通过喷雾、涂布或浸溃而被施用到所述物体的所述表面上的。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述喷雾是通过喷枪施用的。
17.—种通过权利要求10的方法形成的耐久的、不含杀菌剂的抗菌涂层。
18.根据权利要求17所述的涂层，其中所述涂层的厚度小于5μ m。
19.根据权利要求17所述的涂层，其中所述涂层对于水、乙醇、漂白剂溶液或肥皂溶液是耐剥离的。
20.根据权利要求17所述的涂层，其中所述涂层的粘附性依据ASTMD3359标准为3B，或所述涂层的硬度 依据ASTM D3363标准为3H。
【文档编号】C09D7/12GK104004392SQ201410067713
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】禤雅仪, 郭秀娟, 何咏基, 李伟文 申请人:纳米及先进材料研发院有限公司