功能性材料及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种功能性材料及其制造方法。更详细而言，涉及一种具有杀伤微生物(例如，细菌)的杀菌作用的功能性材料及其制造方法。


背景技术：

2.已知在蜻蜓和蝉的羽翼及黑硅等纳米级的微细凹凸结构中，具有杀伤细菌的杀菌作用。近年来，基于这种见解，正在积极开发具有杀菌作用的功能性材料。
3.例如在专利文献1中，示出了一种涉及具有杀菌作用的合成高分子膜的发明。专利文献1示出的合成高分子膜的表面形成有多个针形的纳米柱，这些纳米柱的宽度在20[nm]至500[nm]的范围内。
[0004]
[先前技术文献]
[0005]
(专利文献)
[0006]
专利文献1：日本专利第6411962号


技术实现要素：

[0007]
[发明所要解决的问题]
[0008]
如上所述，专利文献1示出的功能性材料是假设将树脂材料作为基材，至于对于将铝或锌等金属材料作为基材并对其表面赋予杀菌作用，则尚未充分地进行探讨。
[0009]
本发明的目的在于提供一种以铝为基材的具有杀菌作用的功能性材料及其制造方法。
[0010]
[解决问题的技术手段]
[0011]
(1)本发明的功能性材料(例如，后述的功能性材料1)的特征在于，包括：铝基材(例如，后述的铝基材2)；及，水合氧化铝膜(例如，后述的功能膜3)，形成在前述铝基材的表面；并且，在前述水合氧化铝膜上形成有纳米级的凹凸，所述功能性材料具有杀菌作用。
[0012]
(2)此时优选的是，在前述水合氧化铝膜上形成的凸部的间隔在0.10[μm]至0.25[μm]的范围内。
[0013]
(3)此时优选的是，前述凸部的间隔在0.17[μm]至0.21[μm]的范围内。
[0014]
(4)此时优选的是，在前述水合氧化铝膜的表面所形成的凹部的面积在0.0010[μm2]至0.0600[μm2]的范围内。
[0015]
(5)此时优选的是，前述凹部的面积在0.0020[μm2]至0.0100[μm2]的范围内。
[0016]
(6)本发明的具有杀菌作用的功能性材料的制造方法的特征在于，在沸水中对铝基材进行煮沸处理，在前述铝基材的表面形成具有纳米级的凹凸的水合氧化铝膜。
[0017]
(发明的效果)
[0018]
(1)本发明的功能性材料包括铝基材、及形成在该铝基材的表面的水合氧化铝膜，在该水合氧化铝膜上形成有纳米级的凹凸。根据本发明，可以赋予比不具有如上所述的纳米级的凹凸的铝基材更强的杀菌作用。
[0019]
(2)根据本发明的功能性材料，通过将在水合氧化铝膜上形成的凸部的间隔设为0.01[μm]至0.25[μm]的范围内，可以赋予更强的杀菌作用。
[0020]
(3)根据本发明的功能性材料，通过将在水合氧化铝膜上形成的凸部的间隔设为0.17[μm]至0.21[μm]的范围内，除了更强的杀菌作用之外，还可以赋予防霉作用。
[0021]
(4)根据本发明的功能性材料，通过将在水合氧化铝膜上形成的凹部的面积设为0.001[μm2]至0.06[μm2]的范围内，可以赋予更强的杀菌作用。
[0022]
(5)根据本发明的功能性材料，通过将在水合氧化铝膜上形成的凹部的面积设为0.003[μm2]至0.01[μm2]的范围内，除了更强的杀菌作用之外，还可以赋予防霉作用。
[0023]
(6)在本发明的功能性材料的制造方法中，通过在沸水中对铝基材进行煮沸处理，而在铝基材的表面形成具有纳米级的凹凸的水合氧化铝膜。由此，可以利用简易的步骤在铝基材的表面形成具有杀菌作用的水合氧化铝膜。
附图说明
[0024]
图1是绘示本发明的一实施方式的功能性材料的构造的立体图。
[0025]
图2是示意性地绘示功能性材料的制造工序的图。
[0026]
图3是绘示比较例1、及实施例1～5的功能膜的表面的利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,sem)形成的sem图像的图。
[0027]
图4是用于说明计算相邻的凸部的间隔的步骤的图。
[0028]
图5是绘示针对比较例1、及实施例1～5的杀菌试验的结果的图。
[0029]
图6是绘示针对比较例1、及实施例1～5的防霉试验的结果的图。
具体实施方式
[0030]
以下，参照附图对本发明的一实施方式的功能性材料及其制造方法进行说明。
[0031]
图1是绘示本实施方式的功能性材料1的构造的立体图。功能性材料1具备平板形的铝基材2及形成在基材2的表面的功能膜3。
[0032]
铝基材2是平板形的板材，由铝或者铝合金等构成，所述铝合金是以铝为主成分并包含铜、锰、硅、镁、锌及镍等。此外，以下，针对将铝基材2设为由铝或者铝合金构成的平板形的板材的情况进行说明，但本发明不限于此。铝基材2的形状不限于平板形，也可以是符合用途的任何形状。
[0033]
功能膜3为水合氧化铝膜，在其表面形成有无数个纳米级(具体而言是1[nm]至1000[nm]的范围内)的微细且不规则形状的凹凸。形成在功能膜3上的无数个凸部的形状为刃状，其平面视角上的走向呈不规则。在功能膜3上形成有无数个凹部，以作为由这些多个凸部所划分的凹状的空间。相邻的凸部的平面视角上的间隔，换言之平面视角上的凹部的一边的长度为纳米级。另外，如后续详细说明，功能膜3具有杀伤微生物(例如，细菌)的杀菌作用。
[0034]
此外，在本发明中，将杀伤细菌的功能称为杀菌作用，将防止霉菌的增殖的功能称为防霉作用。以下，也将与后述的比较例1的材料相比具有更强的杀菌作用的功能性材料称为杀菌材料。也将与比较例1的材料相比具有更强的防霉作用的功能性材料称为防霉材料。另外，也将与比较例1的材料相比具有更强的杀菌作用及防霉作用的功能性材料称为杀菌/
防霉材料。
[0035]
图2是示意性地绘示功能性材料1的制造工序的图。如图2中所示，功能性材料1是通过在铝基材2上实施勃姆石(boehmite)处理来制造。更具体而言，功能性材料1的制造工序具备：准备作为原料的铝基材2的工序；清洗所准备的铝基材2来进行脱脂及水洗的工序；及，在沸腾的纯水中对清洗后的铝基材2进行规定的处理时间的煮沸处理，在铝基材2的表面形成作为具有纳米级的凹凸(参照图2的上段中所示的剖面图)的水合氧化铝膜的功能膜3的工序。如图2的下段中所示，通过改变煮沸处理的处理时间，可以使在功能膜3上形成的凹凸的形状和大小发生变化。此外，通过如以上所述的勃姆石处理而形成在铝基材2的表面的功能膜3是至少无法用手剥离的。
[0036]
接下来，针对为了验证本实施方式的功能性材料1的杀菌作用及防霉作用而进行的杀菌试验及防霉试验的内容、以及这些试验中使用的比较例1、及实施例1～5进行说明。
[0037]
图3是绘示利用扫描电子显微镜放大拍摄比较例1、及实施例1～5的功能膜的表面而得到的sem图像的图。另外，图3中绘示各sem图像的倍率，并且绘示在功能膜的表面形成的多个凸部中的相邻的凸部的间隔[μm]的最小值及最大值。
[0038]
图4是用于说明计算相邻的凸部的间隔的步骤的图。
[0039]
如图4中所示，在功能膜3的表面形成有走向不规则的无数个刃状的凸部31(图4中看起来明亮的部分)。因此，在功能膜3的表面形成有无数个凹部32(图4中看起来昏暗的部分)，所述凹部32作为由这些多个凸部31所划分的凹状的空间。
[0040]
在本发明中，将平面视角上的凹部32的一边的长度定义为相邻的凸部31的平面视角上的间隔。更具体而言，将在功能膜3的表面所形成的各凹部32的平面视角上的形状视为能够定义长边方向ld及与其正交的短边方向sd的形状(例如，矩形状或椭圆状等)，对这些凹部32定义长边方向ld及与其正交的短边方向sd，并且，将沿着这些长边方向ld及短边方向sd的凹部32的长度定义为相邻的凸部31的间隔。另外，在如上所述的定义下计算各凹部32的沿着长边方向ld及短边方向sd的长度，并将沿着短边方向sd的长度的最小值设为凸部31的间隔的最小值，将沿着长边方向ld的长度的最大值设为凸部31的间隔的最大值。
[0041]
＜比较例1＞
[0042]
在上述试验中，将未经过如上所述的勃姆石处理的铝基材设为比较例1。另外，作为铝基材，使用了a3000系(铝锰合金)。如图3中所示，由于比较例1的功能性材料未经过勃姆石处理，因此在其表面未形成水合氧化铝膜，另外，表面基本平坦，未形成凹凸。
[0043]
＜实施例1＞
[0044]
在上述试验中，将以下材料设为实施例1，所述材料是将处理时间设为10分钟对与比较例1中所使用的铝基材相同的铝基材(即，a3000系)实施勃姆石处理后的材料。如图3中所示，在实施例1的功能膜上形成的凸部的间隔在0.15[μm]至0.21[μm]的范围内。另外，凹部的面积在0.0029[μm2]至0.0253[μm2]的范围内。
[0045]
＜实施例2＞
[0046]
在上述试验中，将以下材料设为实施例2，所述材料是将处理时间设为15分钟对与比较例1中所使用的铝基材相同的铝基材(即，a3000系)实施勃姆石处理后的材料。如图3中所示，在实施例2的功能膜上形成的凸部的间隔在0.10[μm]至0.19[μm]的范围内。另外，凹部的面积在0.0046[μm2]至0.0350[μm2]的范围内。
[0047]
＜实施例3＞
[0048]
在上述试验中，将以下材料设为实施例3，所述材料是将处理时间设为30分钟对与比较例1中所使用的铝基材相同的铝基材(即，a3000系)实施勃姆石处理后的材料。如图3中所示，在实施例3的功能膜上形成的凸部的间隔在0.17[μm]至0.21[μm]的范围内。另外，凹部的面积在0.0024[μm2]至0.0095[μm2]的范围内。
[0049]
＜实施例4＞
[0050]
在上述试验中，将以下材料设为实施例4，所述材料是将处理时间设为45分钟对与比较例1中所使用的铝基材相同的铝基材(即，a3000系)实施勃姆石处理后的材料。如图3中所示，在实施例4的功能膜上形成的凸部的间隔在0.11[μm]至0.18[μm]的范围内。另外，凹部的面积在0.0016[μm2]至0.0205[μm2]的范围内。
[0051]
＜实施例5＞
[0052]
在上述试验中，将以下材料设为实施例5，所述材料是将处理时间设为60分钟对与比较例1中所使用的铝基材相同的铝基材(即，a3000系)实施勃姆石处理后的材料。如图3中所示，在实施例5的功能膜上形成的凸部的间隔在0.12[μm]至0.13[μm]的范围内。另外，凹部的面积在0.0054[μm2]至0.0401[μm2]的范围内。
[0053]
＜杀菌试验＞
[0054]
在杀菌试验中，以比较例1、及实施例1～5为对象验证了杀伤革兰氏阴性菌即大肠菌的功能。更具体而言，将大肠菌溶液(107个/ml)滴加至功能膜的表面，其后静置1小时以使菌体沉降，之后，在其后经过30分钟的时间点回收滴加至功能膜的大肠菌溶液，利用菌落计数法对所回收的大肠菌溶液进行评价，由此计算出滴加1.5小时后的杀菌率[％]。菌落计数法是以规定时间对所回收的溶液中的活菌进行培养后，测量所生成的菌落的数量，由此来计算溶液中的活菌的数量的方法。
[0055]
图5是绘示针对比较例1、及实施例1～5的杀菌试验的结果的图。在图5中，左侧绘示上述杀菌试验的结果，右侧绘示杀菌试验后功能膜是否剥离。如图5中所示，关于将菌体滴加至功能膜的表面后，经过1.5小时的杀菌率[％]如下：比较例1为8.70[％]，实施例1为43.48[％]，实施例2为39.13[％]，实施例3为60.87[％]，实施例4为21.74[％]，实施例5为26.09[％]。如果这样对杀菌率进行比较，则实施例1～5高于比较例1。因而，验证了将凸部的间隔设为0.10[μm]至0.25[μm]的范围内，并且将凹部的面积设为0.0010[μm2]至0.0600[μm2]的范围内的实施例1～5的功能性材料可以用作杀菌材料。特别是，验证了将凸部的间隔设为0.17[μm]至0.21[μm]的范围内，并且将凹部的面积设为0.0020[μm2]至0.0100[μm2]的范围内的实施例3的功能性材料与其他实施例1～2及4～5的功能性材料相比具有特别强的杀菌作用。
[0056]
另外，如图5中所示，及实施例1～5的功能膜在杀菌试验后均未剥离。因而，也验证了实施例1～5的功能性材料中的水合氧化铝膜即功能膜具有充分的强度。
[0057]
＜防霉试验＞
[0058]
在防霉试验中，以比较例1、及实施例1～5为对象验证了防止黑曲霉的增殖的功能。更具体而言，以达到规定浓度的方式制作黑曲霉的孢子悬浮液，在功能膜的表面上对该孢子悬浮液进行培养，以规定间隔目视或者利用显微镜来判定菌丝有无生长。
[0059]
图6是绘示针对比较例1、及实施例1～5的防霉试验的结果的图。在图6中，
“○
标
记”表示判定为菌丝没有生长，
“×
标记”表示判定为菌丝存在生长。如图6中所示，比较例1在第8天确认到菌丝的生长，实施例1～2、4～5在第8天确认到菌丝的生长，实施例3在第14天确认到菌丝的生长。如果这样对直到确认到菌丝的生长所用的天数进行比较，则实施例1～2、4～5与比较例1几乎相同，实施例3比比较例1长。因而，验证了将凸部的间隔设为0.17[μm]至0.21[μm]的范围内，并且将凹部的面积设为0.0020[μm2]至0.0100[μm2]的范围内的实施例3的功能性材料可以用作防霉材料。另外，验证了实施例3的功能性材料与其他实施例1～2及4～5的功能性材料相比具有稍强的防霉作用。
[0060]
附图标记
[0061]
1 功能性材料
[0062]
2 铝基材
[0063]
3 功能膜(水合氧化铝膜)