抗微生物和/或抗病毒涂料的制作方法

本发明涉及具有抗微生物和/或抗病毒涂料的基材。本发明还涉及其上具有抗微生物和/或抗病毒层的绝缘基材，所述层包含带电导电材料。本发明还涉及一种在绝缘基材表面上制造包含带电导电材料的抗微生物和/或抗病毒层的方法。本发明还涉及制造本发明的涂料的方法。本发明还涉及使用印刷、平版印刷(lithography)、ald、cvd和类似技术在基材上沉积抗微生物和/或抗病毒材料的用途。本发明还涉及本发明的涂料和基材的用途。

背景技术：

1、诸如病毒、细菌和真菌的病菌能够容易地从一个宿主传播到另一个宿主。病菌不会自行移动，而是依靠人、环境和/或医疗设备来移动。接触被污染表面、携带病菌的液滴的喷雾和飞溅以及吸入都可能导致传播。

2、大多数病菌对人类和动物无害且甚至有帮助。然而，其他病菌则有害并可能导致感染。在这种情况下，防止病菌传播对于保护弱势受试者起着重要作用。

3、频繁接触点是传染病传播的重要媒介，对此目前尚无有效的解决方案。许多金属诸如银、铜、锌、金、钛、铝、锡、铁、砷、镧和钼的抗微生物和抗病毒性能是已知的。此外，据报道，金属化合物诸如氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化铜、氧化硅和氧化银以及其他银、铜和锌化合物形式的纳米颗粒通过产生活性氧(ros)来发挥抗菌性能，活性氧能够靶向原核细胞的物理结构、代谢途径和dna合成从而导致细胞死亡(gold,k.等人，antimicrobialactivity of metal and metal-oxide based nanoparticles.adv.therap.,1(3)1700033(2018))。然而，这些纳米颗粒可能需要数小时才能破坏微生物并且它们对抗病毒的效率尚未明确。另一方面，消毒剂只能持续几分钟并且不能提供可靠的保护。

4、因此，仍然需要提供能够及时有效地杀灭微生物和病毒的新型抗病毒和抗微生物剂。

5、本发明产生了一种快速作用且持久的解决方案，其能够使多种表面上的病毒、细菌和真菌失活并维持产品的寿命。

技术实现思路

1、本发明涉及一种具有抗微生物和/或抗病毒涂料的基材。涂料可以是层，所述层包含带电导电材料。导电材料连接至电源，并且电源和导电材料布置成使得电源能够在层上感应产生电压，使得在基材表面上形成电容器结构。

2、在此首次提出了一种其上具有抗微生物和/或抗病毒层的绝缘基材，所述层包含能够及时有效地杀灭微生物和病毒的带电导电材料。使用电和水电解来提供快速展开(deployable)、快速作用且持久的保护，该技术能够在数秒钟内使病毒诸如冠状病毒失活。

3、本发明涉及其上具有抗微生物和/或抗病毒层的绝缘基材，所述层包含带电导电材料。导电材料连接至电源，并且电源和导电材料布置成使得电源能够在膜层上感应产生电压，使得在基材表面上形成电容器结构。导电材料带电是因为该材料在连接至电源时充当电容器电极。

4、在一个实施方案中，导电材料在基材表面上布置成至少两个或多个条带，其中所述条带彼此间隔开，并且其中所述条带交替地连接至电源的正极连接和负极连接，使得在相邻条带之间的膜层上感应产生电压。

5、在一个实施方案中，导电材料在基材表面上布置成至少两个或多个条带，其中所述条带彼此间隔开，并且其中所述条带交替地为光电阴极和光电阳极，使得在相邻条带之间的膜层上感应产生电压。

6、在一个实施方案中，由电源感应产生的电压为10mv至50v。在一个实施方案中，由电源感应产生的电压为1v至10v、优选1v至5v。

7、在一个实施方案中，导电材料包括至少一种金属，所述金属任选地选自银、铝、锌、铜、钛、铬、铁、铂、钯、钨和金。应当理解，当导电材料包括多于一种金属时，导电材料包括多层组合和/或合金。在一个实施方案中，导电材料包括金属氧化物，所述金属氧化物任选地选自镍基氧化物、钴基氧化物和铁基氧化物、氧化铟锡和氟化氧化锡、及它们的混合物和组合。在一个实施方案中，导电材料包括掺杂金属氧化物，任选地其中所述掺杂金属氧化物为铝掺杂氧化锌。在一个实施方案中，导电材料包括非金属诸如石墨、石墨烯或碳，例如碳纳米结构诸如碳纳米管。在进一步的实施方案中，导电材料包括金属和非金属组分的混合物或组合，例如银与石墨烯的组合。金属和非金属组分的组合可以作为组合组合物或作为一个或多个离散的层。

8、在一个实施方案中，导电材料由至少一种金属组成，所述金属任选地选自银、铝、锌、铜、钛、铁、铬、铂、钯、钨和金、及它们的混合物、组合和合金。在另一个实施方案中，导电材料由金属氧化物组成，所述金属氧化物任选地选自镍基氧化物、钴基氧化物和铁基氧化物、氧化铟锡和氟化氧化锡及它们的混合物和组合。实例包括nico2o4、掺杂co3o4、srfeo3、(ni,fe)ox。

9、在另一个实施方案中，导电材料由掺杂金属氧化物组成，任选地其中所述掺杂金属氧化物为铝掺杂氧化锌。在另一个实施方案中，导电材料由非金属诸如石墨、石墨烯或碳组成，例如碳纳米结构诸如碳纳米管。

10、在一个实施方案中，导电材料包括纳米颗粒。

11、当存在光电阴极和光电阳极条带时，导电材料的一种或多种组分可以包括光活性金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、用光活性染料敏化的金属和/或用光活性染料敏化的金属氧化物、及它们的混合物、组合和合金。

12、在一个实施方案中，条带由单个或多个导电材料层制成。

13、在一个实施方案中，抗微生物和/或抗病毒层为基本上透明的或半透明的，或在可见光谱中具有约50％至99％的总透明度。任选地，抗微生物和/或抗病毒层由镍基氧化物、钴基氧化物和铁基氧化物、氧化铟锡、氟化氧化锡、铝掺杂氧化锌制成。替代地，在一个实施方案中，抗微生物和/或抗病毒层为基本上不透明的。任选地，抗微生物和/或抗病毒层由银、铝、锌、铜、钛、铁或金制成。

14、在一个实施方案中，基材表面上各相邻导电材料条带之间的距离独立地为0.5μm至1cm，优选2μm至300μm，更优选2μm至200μm。

15、在一个实施方案中，各导电材料条带的宽度可以为导电材料条带之间的距离的约二分之一至百分之一。例如，各条带的宽度独立地可以为0.5μm至1cm，优选2μm至500μm，更优选2μm至300μm。在一个具体的实施方案中，各导电材料条带的宽度为约10nm至50μm，优选小于约5μm。在一个特定的实施例中，导电条带的宽度可以为约1μm至约5μm。在另一个实施例中，导电条带的宽度可以为约10μm至约200μm。

16、在一个实施方案中，各导电材料条带的厚度(或深度)可以独立地为5nm至1000μm，优选500nm至500μm，更优选1μm至100μm。在一个特定的实施例中，导电条带的厚度可以为约20nm至约500nm。在另一个实施例中，导电条带的宽度可以为约1μm至约10μm。

17、虽然导电材料可以布置成具有任何合适图案的条带，但特别合适的图案为交叉指型阵列(interdigitated array)，其中连接至电源的一个输出的条带布置成指状图案，并且将这些手指固定在相对的由连接至电源的另一个输出的条带提供的“手指”之间。

18、在一个实施方案中，抗微生物和/或抗病毒层还包含吸湿组分。优选地，吸湿组分选自岩盐、硅砂、硅胶、cacl2、吸湿聚合物或糖胺聚糖。在一个实施方案中，吸湿组分包括水性组分，优选水。

19、在一个实施方案中，抗微生物和/或抗病毒层部分或完全地被保护层覆盖。任选地，保护层选自环氧化合物或任何非导电金属氧化物诸如氧化铝或二氧化硅。

20、在一个实施方案中，抗微生物和/或抗病毒层下方的绝缘基材表面已经用氧等离子体或uv臭氧进行预处理，使得绝缘基材表面的表面张力降低。

21、在一个实施方案中，电源为太阳能电池。优选地，太阳能电池为有机硅或非晶硅太阳能电池，优选地其中太阳能电池为opv(有机光伏)、dssc(染料敏化太阳能电池)、铜铟镓硒化物(cigs)太阳能电池或柔性硅太阳能电池。

22、在另一个实施方案中，电源为电池。优选地，电池的厚度为1mm至10mm，或10μm至100μm。

23、在一个实施方案中，导电材料通过导线(wire)连接至电源。在一个实施方案中，导线包括：金属、导电金属氧化物、掺杂金属氧化物和/或石墨烯或碳，例如碳纳米结构诸如碳纳米管。

24、在一个实施方案中，绝缘基材为柔性的，任选地其中所述绝缘基材为聚合型粘合剂膜(polymeric adhesive film)、织物、塑料、纸、纤维或非晶硅。在另一个实施方案中，绝缘基材为非柔性的，任选地其中所述绝缘基材为玻璃、塑料或陶瓷。为避免疑义，根据其定义，绝缘为非导电的。

25、本发明还涉及包含本文所定义的绝缘基材的制品。在一个实施方案中，所述制品选自电子设备诸如平板电脑或移动电话、触摸屏、辅助键盘(keypad)、键盘、按钮、手柄、屏保(screen protector)、一件家具诸如座椅、桌子、扶手、马桶座圈、杯子、工作台和器具，诸如厨房器具、门板(door plate)、水龙头、汽车方向盘、汽车钥匙、食品包装、文具(stationary)和银行票据。

26、本发明还涉及印刷、原子层沉积或平版印刷诸如光刻、优选喷墨或丝网印刷的用途，其用于在绝缘基材表面上制造如本文所定义的包含带电导电材料的抗微生物和/或抗病毒层，或用于在如本文所定义的制品表面上制造如本文所定义的包含带电导电材料的抗微生物和/或抗病毒层。

27、本发明还涉及激光烧蚀(ablation)或切割系统的用途，其用于在绝缘基材表面上制造如本文所定义的包含带电导电材料的抗微生物和/或抗病毒层，或用于在如本文所定义的制品表面上制造包含如本文所定义的带电导电材料的抗微生物和/或抗病毒层，其中激光烧蚀或切割系统用于从现有的市售导电膜中移除条带以产生导电材料条带。

28、本发明还涉及一种制造如本文所定义的绝缘基材或如本文所定义的制品的方法。

29、本发明还涉及一种制造其上具有抗微生物和/或抗病毒膜层的基材的方法，所述膜层包含导电材料，其中所述方法包括以下步骤：

30、a)提供前体基材和导电材料油墨，其中所述前体基材由绝缘材料制成，

31、b)将导电材料油墨印刷在前体基材表面上。

32、在一个实施方案中，导电材料油墨包含金属、金属氧化物和/或掺杂金属氧化物、和/或它们的混合物和合金，以及溶剂。任选地，金属和/或金属氧化物选自银、镍基氧化物、钴基氧化物和铁基氧化物、氧化铟锡、氟化氧化锡、铝掺杂氧化锌、铝、锌、铜、钛、铁、镍、钴、钨、钯、铂和金。在一个实施方案中，导电材料油墨包含非金属诸如石墨、石墨烯或碳、及它们的混合物和组合，例如碳纳米结构诸如碳纳米管，以及溶剂。在一个实施方案中，导电材料油墨包含纳米颗粒。在一个实施方案中，导电材料油墨包含光活性金属纳米颗粒、金属氧化物纳米颗粒、用光活性染料敏化的金属和/或用光活性染料敏化的金属氧化物，以及溶剂。在一个实施方案中，溶剂为乙醇。

33、在一个实施方案中，所述方法的步骤b)还包括印刷导电材料油墨以在前体基材表面上形成至少两个或多个导电材料条带，其中所述条带如本文所定义和描述彼此间隔开。在一个实施方案中，重复所述方法的步骤b)以形成多个导电材料层。

34、在一个实施方案中，在将导电材料油墨印刷在前体基材表面上之前，可以使用平版印刷工艺来产生所需图案的光掩模。

35、在一个实施方案中，所述方法的步骤a)还包括用氧等离子体或uv臭氧处理前体基材，使得绝缘基材表面的表面张力降低。

36、本发明还涉及一种制造其上具有抗微生物和/或抗病毒层的基材的方法，所述层包含导电材料，其中所述方法包括以下步骤：

37、a)提供由绝缘材料制成的前体基材和涂有导电材料层的基材，

38、b)使用激光烧蚀或切割系统移除导电材料条带，从而在基材表面上形成导电材料条带，其中条带彼此间隔开，

39、c)将激光切割的导电材料条带粘附在由绝缘材料制成的前体基材上。

40、在一个实施方案中，前体基材为铝带。

41、在一个实施方案中，前体基材表面上各相邻条带之间的距离独立地可以为0.5μm至1cm，优选2μm至200μm，更优选2μm至300μm。

42、在一个实施方案中，各条带的宽度为条带之间的距离的约二分之一至百分之一。例如，各条带的宽度可以独立地为0.5μm至1cm、优选2μm至500μm、更优选2μm至300μm。在一个特定的实施例中，各条带的宽度可以独立地为约1μm至约5μm。在另一个实施例中，各条带的宽度可以独立地为约10μm至约200μm。

43、在一个实施方案中，各条带的厚度独立地为5nm至1000μm，优选500nm至500μm，更优选1μm至100μm。合适的厚度还为约10nm至200nm。在一个特定的实施例中，各条带的厚度(或深度)可以独立地为约20nm至约500nm。在另一个实施例中，各条带的厚度(或深度)可以独立地为约1μm至约10μm。

44、在一个实施方案中，本文描述的方法还包括在前体基材表面上印刷或放置电源，其中电源和导电材料布置成使得电源能够在前体基材表面上的抗病毒和/或抗微生物层上感应产生电压。在一个实施方案中，电源为太阳能电池或电池。在一个实施方案中，电源为太阳能电池，任选地其中太阳能电池为有机硅或非晶硅太阳能电池，优选地其中太阳能电池为opv(有机光伏)、dssc(染料敏化太阳能电池)、铜铟镓硒化物(cigs)太阳能电池或柔性硅太阳能电池。在另一个实施方案中，电源为电池，任选地其中电池的厚度为10μm至100μm。

45、在一个实施方案中，本文描述的方法还包括印刷导线，其中所述导线将每个导电材料条带连接至电源。在一个实施方案中，导线包括：金属、导电金属氧化物、掺杂金属氧化物和/或石墨、石墨烯或碳，例如碳纳米结构诸如碳纳米管，如本文所描述和定义。

46、在一个实施方案中，本文描述的方法还包括将吸湿组分层铺(layering)在前体基材上。在一个实施方案中，吸湿组分选自岩盐、硅砂、硅胶、cacl2、吸湿聚合物或糖胺聚糖。在一个实施方案中，吸湿组分包括水性组分，优选水。

47、在一个实施方案中，本文描述的方法还包括在导电材料上沉积部分或全部保护层。在一个实施方案中，保护层通过物理气相沉积、化学沉积诸如ald、或印刷来沉积。在一个实施方案中，保护层选自环氧化合物或任何非导电金属氧化物诸如氧化铝或二氧化硅，如本文所定义和描述。

48、在一个实施方案中，抗微生物和/或抗病毒层为基本上透明的、半透明的，或在可见光谱中具有约50％至99％的总透明度。在一个实施例中，抗微生物和/或抗病毒层可以由氧化铟锡、氟化氧化锡、铝掺杂氧化锌制成。在另一个实施方案中，抗微生物和/或抗病毒层为基本上不透明的，任选地其中所述抗微生物和/或抗病毒层由银、铝、锌、铜、钛、铁或金制成。

49、在一个实施方案中，基材前体为柔性的，任选地其中所述基材前体为聚合型粘合剂膜、织物、塑料、纸、纤维或非晶硅。在另一个实施方案中，基材前体为非柔性的，任选地其中所述基材前体为玻璃、塑料或陶瓷。

50、本发明还涉及沉积如本文所定义的绝缘基材或如本文所定义的制品的方法。

51、本发明还涉及如本文所定义的绝缘基材或如本文所定义的制品作为抗微生物剂的用途。术语“抗微生物剂”涵盖细菌和真菌。

52、本发明还涉及如本文所定义的绝缘基材或如本文所定义的制品作为抗病毒剂的用途。

53、本发明还涉及如本文所定义的绝缘基材或如本文所定义的制品用于使病菌失活的用途。

54、本发明还涉及抗微生物和/或抗病毒层用于使病菌失活的用途，

55、其中所述层包含如本文所定义和描述的带电导电材料，

56、其中所述导电材料连接至电源并且其中所述电源和导电材料布置为使得电源能够在层上感应产生电压，从而形成电容器结构，并且

57、使得含水要素(element)在与抗微生物和/或抗病毒层接触时被电容器结构电解，从而使包含在含水要素中的病菌失活。

58、在一个实施方案中，病菌为病毒、细菌或真菌。在一个实施方案中，病菌为病毒，例如冠状病毒诸如sars-cov-2、流感病毒、hpv、hiv或诺如病毒。