抗菌玻璃组合物及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种具备抗菌特性的抗菌玻璃组合物及其制造方法。


背景技术：

2.细菌、菌类、病毒等微生物普遍存在于盥洗台、冰箱搁板或洗衣机这样的我们的生活空间中。如果这些微生物进入我们的身体，则它们可能导致危及生命的感染。因此，需要一种能够控制微生物在盥洗台、冰箱搁板、烤箱或洗衣机等这样的生活用品中的扩散的抗菌玻璃组合物。
3.在现有技术中，使用通过在抗菌玻璃组合物中包含钼氧化物来增加由水分和钼氧化物产生的氢阳离子的数量的方法。由此，水溶性介质形成酸性环境，在酸性环境中微生物会死亡。然而，如上所述，如果在抗菌玻璃组合物中使用单一的钼氧化物，则存在耐水性弱且需要形成酸性环境的问题。
4.为了确保足够的耐水性，有在抗菌玻璃组合物中使用由钼与银或钼与铜结合而成的复合氧化物的方法。然而，通过在抗菌玻璃组合物中包含复合氧化物，钼的比例降低，由此，存在难以形成水溶性介质的酸性环境而抗菌性降低的问题。
5.另外，在抗菌玻璃组合物中包含钼与银或钼与铜结合而成的复合氧化物，因此存在在人体内发生凝血性和细胞毒性的问题。
6.另外，银这样的昂贵的成分也会导致抗菌玻璃组合物的制造成本提高。
7.此外，已知有将zno的含量提高至50重量％以上的抗菌性玻璃组合物。但是，仅用zno发挥抗菌性的玻璃组合物存在有可能连续溶出zn且耐久性相对降低的问题。


技术实现要素：

8.发明所要解决的问题
9.本发明的目的在于，提供一种耐久性优异的同时抗菌性也优异的新型硅酸盐系抗菌玻璃组合物。
10.尤其是，本发明的目的在于，提供一种即使提高zno的含量耐久性也不会降低且抗菌性优异的新型玻璃组合物。
11.解决问题的技术方案
12.用于解决上述的技术问题的本发明所涉及的抗菌玻璃组合物，其特征在于，在包含10～30重量％的zno的同时，适当地控制其他成分的组成比。
13.更具体而言，本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含：20～45重量％的sio2；1～30重量％的b2o3；10～30重量％的zno；5～25重量％的na2o、k2o以及li2o中的一种以上；0.1～10重量％的al2o3和tio2中的一种以上；0.1～5重量％的naf；以及1～10重量％的co3o4、cuo以及fe2o3中的一种以上，从而耐久性不会降低且抗菌性优异。
14.发明效果
15.本发明所涉及的抗菌玻璃组合物具有耐久性优异的同时抗菌性也优异的效果。
16.此外，本发明所涉及的抗菌玻璃组合物可以用作能够适用于各种产品的多用途抗菌剂。
17.更进一步地，本发明所涉及的抗菌玻璃组合物排除了昂贵的成分，因此能够更经济地制造。
具体实施方式
18.上述的目的、特征以及优点将在后述中详细地说明，据此，本发明所属技术领域的普通技术人员能够容易地实施本发明的技术思想。在说明本发明时，如果判断为对与本发明相关的公知技术的具体说明可能不必要地混淆本发明的主旨，则将省略其详细说明。以下，将详细说明本发明的优选实施例。
19.本发明不限于以下公开的实施例，而是可以以不同的各种方式实现，提供本实施例只是为了使本发明的公开完整，并且将发明的范畴完整地传达给本领域的普通技术人员。以下，将对本发明所涉及的抗菌玻璃组合物及其制造方法进行详细说明。
20.《抗菌玻璃组合物》
21.本发明所涉及的抗菌玻璃包含：20～45重量％的sio2；1～30重量％的b2o3；10～30重量％的zno；5～25重量％的na2o、k2o以及li2o中的一种以上；0.1～10重量％的al2o3和tio2中的一种以上；0.1～5重量％的naf；以及1～10重量的co3o4、cuo以及fe2o3中的一种以上。
22.本发明所涉及的抗菌玻璃组合物作为新型硅酸盐系玻璃组合物，其耐久性优异的同时抗菌性也优异。在下文中，对本发明所涉及的抗菌玻璃组合物的成分进行详细说明。
23.sio2是形成玻璃结构的核心成分，是发挥玻璃结构的骨骼作用的成分。本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含20～45重量％的sio2。如果包含超过45重量％的所述sio2，则存在在玻璃熔融时，随着粘度提高，在淬火过程中可操作性降低的问题。相反，如果包含小于20重量％的所述sio2，则存在玻璃的结构被弱化而耐水性降低的问题。
24.b2o3是与sio2一起发挥玻璃形成剂的作用的成分，以实现玻璃组合物的玻璃化。b2o3由于熔点低，因而不仅降低熔融物的共熔点(共晶点，eutectic point)，而且是发挥有助于易使玻璃组合物的玻璃化的作用。本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含1～30重量％的b2o3。如果包含超过30重量％的所述b2o3，则存在由于干扰其他成分的含量，反而抗菌性降低的问题。相反，如果包含小于1重量％的所述b2o3，则存在玻璃的结构被弱化而耐水性降低的问题。
25.在玻璃的结构方面，zno是均发挥网格形成剂和网格修饰剂的作用的成分。另外，zno是表现出玻璃组成的抗菌性的重要成分之一。本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含10～30重量％的zno。在本发明中，为了提高抗菌性，提高了zno的含量。当玻璃组成中zno的含量提高时，玻璃组成的耐久性相对降低，但是，在本发明中，通过控制其他成分的含量来防止耐久性的降低。如果含有小于10重量％的zno，则难以表现出玻璃组成的抗菌性。相反，如果包含超过30重量％的zno，则玻璃组成的耐久性或热物理性质可能降低。
26.na2o、k2o、li2o这样的碱金属氧化物(alkali oxide)是在玻璃组成中进行非交联键合的发挥网格修饰剂作用的氧化物。上述成分虽然不能单独地实现玻璃化，但是，如果以预定的比例与sio2和b2o3等这样的网格形成剂混合，则能够实现玻璃化。如果玻璃组成中仅
包含上述成分中的一种成分，则可能在能够实现玻璃化的区域内使玻璃的耐久性弱化。但是，如果在玻璃组成中包含两种以上的成分，则根据比例玻璃的耐久性也会被再次提高。本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含5～25重量％的na2o、k2o以及li2o中的一种以上。如果包含超过25重量％的na2o、k2o以及li2o中的一种以上，则玻璃组合物的热物理性质可能降低。相反，如果包含小于5重量％的na2o、k2o以及li2o中的一种以上，则难以控制zno这样的成分的水解，从而抗菌性可能降低。
27.更优选的是，本发明所涉及的抗菌玻璃组合物可以包含3重量％以下的li2o。如果包含超过3重量％的li2o，则难以实现玻璃化，并且发生失透(devitrification)的可能性增加。
28.al2o3和tio2是提高玻璃的化学耐久性和耐热性等的成分。本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含0.1～10重量％的al2o3和tio2中的一种以上。如果包含小于0.1重量％的al2o3和tio2中的一种以上，则玻璃的耐久性等可能降低。相反，如果包含超过10重量％的al2o3和tio2中的一种以上，则可能在玻璃熔融过程中发生失透。
29.naf是通过控制玻璃的表面张力来改善玻璃涂膜的表面特性的成分。本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含0.1～5重量％的naf。如果包含超过5重量％的所述naf，则玻璃的热物理性质可能降低。相反，如果包含小于0.1重量％的naf，则存在玻璃涂膜的表面特性降低的问题。
30.co3o4、cuo以及fe2o3是用于使玻璃本身能够表现抗菌效果的成分。另外，co3o4、cuo以及fe2o3在玻璃用作涂覆于低碳钢基板上的材料时，发挥通过诱导基板与玻璃之间的化学键合来提高玻璃涂层的粘附性的作用。本发明所涉及的抗菌玻璃组合物包含1～10重量％的co3o4、cuo以及fe2o3中的一种以上。如果包含小于1重量％的co3o4、cuo以及fe2o3中的一种以上，则玻璃的抗菌性可能降低。相反，如果co3o4、cuo以及fe2o3中的一种以上超过10重量％，则玻璃的耐久性可能降低。
31.更优选的是，co3o4和cuo可以分别以0.5重量％以上包含在抗菌玻璃组合物中。为了均衡地提高抗菌玻璃组合物的抗菌性和粘附性，co3o4和cuo优选均包含在所述玻璃组合物中。
32.《抗菌玻璃组合物的制造方法》
33.然后，对本发明所涉及的抗菌玻璃组合物的制造方法进行详细说明。
34.本发明所涉及的抗菌玻璃组合物的制造方法包括：提供上述的抗菌玻璃组合物材料的步骤；熔化所述抗菌玻璃组合物材料的步骤；以及在淬火辊中对熔化后的所述抗菌玻璃组合物材料进行冷却而形成抗菌玻璃组合物的步骤。
35.在充分混合所述抗菌玻璃组合物材料之后，所述抗菌玻璃组合物材料被熔化。优选的是，所述抗菌玻璃组合物材料可以在1000～1500℃的温度范围被熔化。另外，所述抗菌玻璃组合物材料可以被熔化10～60分钟。
36.然后，熔化后的所述抗菌玻璃组合物材料可以使用冷却器等通过淬火辊进行骤冷。由此，可以形成所述抗菌玻璃组合物。
37.《抗菌性涂层的制造》
38.然后，本发明所涉及的抗菌玻璃组合物可以被涂覆到对象物体的一个表面上。所述对象物体可以是金属板、钢化玻璃板、烹饪设备的一部分或全部。涂覆方法可以采用喷涂
方式，但是没有特别限制。
39.所述抗菌玻璃组合物可以在700～750℃的温度范围烧制300～450秒。
40.以下，将通过实施例对本发明的具体方式进行说明。
41.《实施例》
42.《抗菌玻璃组合物的制造》
43.制造具有下述表1中记载的组成比的抗菌玻璃组合物。将各成分的原材料在v-混合器(v-mixer)中充分混合3小时。在此，分别使用na2co3、k2co3以及li2co3作为na2o、k2o以及li2o的原材料，其余成分使用与表1中记载的成分相同的成分。将混合的材料在1300℃充分熔融30分钟，在淬火辊(quenching roller)中进行骤冷，然后得到玻璃碎片(glass cullet)。
44.用粉碎机(球磨机，ball mill)控制通过上述过程得到的玻璃碎片的初始粒度后，利用喷射磨机粉碎约5小时，然后通过325目筛(astm c285-88)将粒径控制在45μm以下，最终制造抗菌玻璃组合物。
45.[表1]
[0046]
成分实施例1实施例2实施例3比较例1比较例2sio226.2528.2728.2747.0260.32b2o327.123.5823.585.8812.1na2o11.611.911.911.7513.25k2o5.95.885.885.950li2o2.282.22.22.31.8al2o30.11.671.3000.1zro200002.2tio2000.3723.82.2zno19.521.121.100cao00001.53naf3.272.82.83.32.2co3o42.41.91.901.6cuo0.80.70.700fe2o30.80000nio00001.3mno200001.4
[0047]
《抗菌玻璃组合物试样的制造》
[0048]
利用电晕放电枪(corona discharge gun)将上述实施例和比较例的抗菌玻璃组合物喷涂到200mm
×
200mm及厚度为1mm以下的低碳钢片上。电晕放电枪的电压控制在40～100kv的范围。喷涂到所述低碳钢片上的抗菌玻璃组合物的量为300g/m2。然后，将所述抗菌玻璃组合物在700～750℃的温度范围烧制300～450秒，最终完成形成有涂层的试样。
[0049]
《实验例》
[0050]
如下所述，对通过上述实施例和比较例制造的试样进行抗菌特性评价。
[0051]
为了确认涂层的抗菌能力，根据抗菌标准实验法jis z 2801，使用膜粘附法确认
金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性值。通常，抗菌活性值为2.0以上，抗菌能力换算为99％。详细的换算法为如下。
[0052]
[表2]
[0053]
抗菌活性值抗菌能力2.0以上99.0％3.0以上99.9％4.0以上99.99％
[0054]
[表3]
[0055][0056]
如上述表3中所记载，可以确认本发明的实施例的抗菌性能非常优异。
[0057]
与实施例相比，确认到比较例1的抗菌性能非常不令人满意。在比较例2中，与基材(base material)的热膨胀系数不匹配，从而在烧制之后，涂层从基板分离。由此，不能对抗菌特性进行测定。
[0058]
如上所述对本发明进行了说明，但是本发明不受本说明书中公开的实施例的限制，在本发明的技术思想的范围内，可以由本领域的普通技术人员进行各种变形是显而易见的。此外，即使在以上说明本发明的实施例时没有明确地记载并说明基于本发明的构成的作用效果，但是通过所述构成来可预测的效果也应当被认可。