BE1020337A3 - Antimicrobieel communicatiebord. - Google Patents

Description

Antimicrobieel communicatiebord.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een al dan niet interactief geëmailleerd visueel communicatiebord, zij het een met bijvoorbeeld droog uitveegbare stiften beschrijfbaar en uitveegbaar bord of een met krijt beschrijfbaar gekleurd krijtbord of dergelijke.

Communicatieborden in kantoren en klaslokalen worden dagelijks door meerdere mensen gebruikt hetgeen het bord tot een potentieel risico voor het verspreiden van micro-organismen maakt ten gevolge van besmetting door aanraken of door hoesten bijvoorbeeld, waarbij het bord als transferschijf dient voor microörganismen.

Gebruikers van dergelijke borden zijn geïnteresseerd in een bord met antimicrobiële werking om het gebruik van antimicrobiële middelen in het klaslokaal of het kantoor te beperken.

In het algemeen worden antimicrobiële materialen en coatings verkregen door het toevoegen van specifieke agentia met een microbicide activiteit.

Anorganische antimicrobiële agentia, zoals metalen Ag, Cu, Au, Zn, e.d. of metaaloxides zoals ZnO, CaO of MgO of zouten, zoals AgNCb, genieten de voorkeur omdat ze temperatuurbestendig zijn in tegenstelling tot organische antimicrobiële agentia.

Voor metalen vormen de metaalionen (Ag+, Cu2 + , Zn2 + ,...) in feite de actieve ingrediënt. Dit betekent dat vochtigheid in de omgeving aanwezig moet zijn om het metaal toe te laten ionen te vormen.

De antimicrobiële activiteit van metaaloxides zoals ZnO wordt toegeschreven aan het vormen van H2O2, 0' en OH" die de celwand kunnen penetreren en de bacterie kunnen doden.

De meest populaire metalen zijn Ag en Cu, die onder verschillende vormen kunnen worden toegevoegd: als nanopartikels, als metaaloxidepartikels, als metaalzout of zelfs complexere vormen, maar ook direct als ionen op een " ionenuitwisselaardrager, zoals zeoliet.

Communicatieborden van geëmailleerd staal bieden specifieke voordelen, zoals hun droog-uitveegbaarheid, hun zuur- en kleurbestendigheid en hun slijtvaste · duurzaamheid.

Antimicrobieel email waarbij het antimicrobieel middel in het email zelf is opgenomen, werd reeds beschreven: US 6.303.183 (2001) beschrijft antimicrobieel porselein- email waarin bij voorkeur metallisch zilver wordt gebruikt in een concentratie van 0,1 tot 3,0 %, maar ook zink of koper wordt gebruikt.

Het antimicrobieel effect van zilverhoudend email werd duidelijk aangetoond door Voss et al. (Evaluation of bacterial growth on various raaterials, 20th International Enamellers Congress, 15-19 May 2005, Istanbul).

WO 2006/133075 beschrijft een kostengunstig en praktisch zuurbestendig porselein-email met antimicrobiële eigenschappen voor stalen substraten. Het porselein-email bevat een optimale hoeveelheid zink en andere bestanddelen met goede antimicrobiële eigenschappen zonder andere belangrijke eigenschappen zoals zuurbestendigheid te moeten inboeten.

Meer recent beschreef een studie door Luca Pignatti et al. het toevoegen van Ag20, CuO en ZnO aan verschillende types van email-samenstellingen. Antimicrobiële testen tonen duidelijk de antimicrobiële effecten aan (Definition of a new range of porcelain enamels with antibacterial characteristics and the method of the antibacterial power control, 21st International enamellers Congress, 18-22 May 2008, Shangai).

Geëmailleerde communicatieborden hebben echter nood aan een antimicrobiële laag die zich op de emaillaag bevindt, waar de antimicrobiële werking vereist is, maar die toch duurzaam is, om de antimicrobiële werking in stand te houden.

Dit geldt zeker voor geëmailleerde communicatieborden van het interactieve type waarbij hun positie-coderingspatroon optisch leesbaar moet blijven, ook na langdurig gebruik, en waarbij het leesinstrument in staat moet blijven om een gepositioneerde elektronische weergave te vormen van de informatie die op het communicatiepaneel geschreven wordt.

Zulk interactief communicatiebord en de bijhorende leesinstrumenten werden omstandig omschreven in WO. 01/16872, waarvan de inhoud geïncorporeerd wordt in de huidige tekst door verwijzing ernaar.

WO 2009/000053 beschrijft een interactief communicatiebord uit geëmailleerd staal, waarop een positie- coderingspatroon is aangebracht door een afdruk in een keramisch materiaal aan te brengen dat op de emaillaag wordt ingebrand bij temperaturen boven 500 °C.

Voor het bekomen van antimicrobiële oppervlakken op het email-oppervlak zou een biocide in de vorm van een metaal zoals zilver nanopartikels opgenomen kunnen worden' in lagen die via sol-gel coating worden gegoten op het oppervlak van een substraat, zoals in WO 2005/115151 beschreven is.

Een nadeel van dergelijke sol-gel lagen is dat ze moeilijk aangebracht kunnen worden in een positie-coderingspatroon voor een interactief communicatiebord.

Nog een nadeel is dat het aanbrengen van dergelijke lagen via sol-gel coating omslachtig is doordat het meerdere stappen omvat, zoals het genereren van nanopartikels van het metaal los van het coating proces zelf, en derhalve minder geschikt is voor een continu industrieel productieproces met hoge doorvoersnelheid en lage kost.

Een techniek die het aanbrengen van een antimicrobiële laag van metallische nanopartikels en een metaaloxide op een metalen substraat aan hoge doorvoersnelheid mogelijk maakt, is de chemische opdamping.

Chemische opdamping bij atmosferische druk is hierbij bijzonder aantrekkelijk omdat het geschikt is voor continue of semi-continue productieprocessen met hoge doorvoersnelheid.

Deze techniek wordt aangewend voor het aanbrengen van een laagje op metaal zoals anti-corrosielagen of krasbestendige lagen.

Bij thermische chemische opdamping bij atmosferische druk, kunnen temperaturen boven 500 °C bereikt worden en dit om de gewenste karakteristieken van hardheid, duurzaamheid en structuur te bekomen.

Bij dergelijke hoge temperaturen tast de oxiderende werking van de opgedampte chemicaliën echter het hete metalen oppervlak aan en ontstaan er ongewenste oppervlakte eigenschappen waardoor deze techniek minder geschikt is voor het coaten van metaal zelf.

GB 2.466.805 beschrijft een techniek om het coaten van ijzeren of stalen materialen toch toe te laten met chemische opdamping onder afmosferische druk.

Daartoe wordt gebruikt gemaakt van vlam geassisteerde chemische opdamping bij atmosferische druk. De vlam verschaft alle of een deel van de energie nodig om het opdampingsproces te activeren.

Hiervan bestaan er twee varianten: chemische opdamping met verbranding, waarbij de precursor of zijn oplosmiddel brandbaar zijn en dus bijdragen aan de energie van de vlam, of vlam geassisteerde chemische opdamping waarbij weinig of geen energie uit de precursor zelf of zijn solvent komt.

GB 2.466.805 past deze techniek toe om een antimicrobiële laag op een metalen substraat bij hogere temperatuur (bijvoorbeeld 300 °C) aan te brengen.

Daartoe wordt gebruik gemaakt van chemische precursors- en solventen met lage kost en lage toxiciteit.

Zo werd een waterige oplossing van een zilverzout verneveld in een brandbaar dragergas zoals propaan hetgeen opgedampt zilver oplevert op het metalen substraat bij 300 °C en waarbij de zilverlaag bestaat uit eilandjes van metallisch zilver enkele tientallen nm groot op een onderlinge afstand van enkele tientallen of honderdtallen nm, waarbij een goede transparantie en duurzaamheid werd verkregen.

Hierover werd een tweede laag aangebracht bestaande uit silica ongeveer 20 nm tot 1 pm dik, naargelang de gewenste eigenschappen.

De hoeveelheid zilver die in deze silicalaag diffundeert, kan door middel van de temperatuur gestuurd worden.

Alternatief kan ook het zilver tegelijkertijd met de silica in één laag worden aangebracht in één enkel opdampingsproces.

De antimicrobiële werking kan nog worden versterkt door het nogmaals coaten met zilver in een vlam-geassisteerde chemische opdampstap als finale afwerkingsstap.

Omdat deze techniek geschikt is voor het aanbrengen van ' antimicrobiële lagen in een continu proces bij hoge temperatuur (500 °C) , hebben wij deze ook getest op een metalen communicatiebord, voorzien van een emaillaag op de schrijfzijde en achterzijde.

Dergelijke communicatieborden worden inderdaad vervaardigd' door het emailleren van een stalen drager bij temperaturen boven 500°C, waarna het gevormde geëmailleerde staal onmiddellijk en op continue wijze door middel van atmosferische chemische opdamping voorzien werd van een antimicrobiële laag.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan de voornoemde en. andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een antimicrobieel communicatiebord dat voorzien is van een emaillaag aan zowel de schrijfzijde als de achterzijde van het communicatiebord en waarop aan de schrijfzijde een antimicrobiële coating is aangebracht die bestaat uit een samenstelling met nanopartikels van een antimicrobieel metaal of van een metaaloxide die in één of twee lagen op het oppervlak zijn aangebracht door middel van sol-gel dipcoating of door middel van chemische opdamping onder atmosferische druk van een sol-gel coating.

Een voordeel van een dergelijk communicatiebord is dat de schrijfzijde een hoge antimicrobiële werking vertoont, zonder de eigenschappen nuttig voor het gebruik als communicatiebord nadelig te beïnvloeden.

Inderdaad, de hoge krasvastheid en duurzaamheid van zulke antimicrobiële communicatieborden blijft behouden, alsook een goede uitveegbaarheid, een goede zuur- en kleurbestendigheid en dit ook na vele gebruikscycli.

De antimicrobiële werking is verzekerd vanuit een slijtvaste laag die gedurende de levensduur van het bord een bron van antimicrobiële metaalionen blijft, doordat zilverionen op continue wijze kunnen diffunderen in de sol-gel laag.

De chemische opdamp-techniek biedt het voordeel dat ze deel kan uitmaken van een continu productieproces van de communicatieborden, waarbij productietijd wordt bespaard en waarbij materiaalverliezen en meer bepaald zilververliezen vermeden kunnen worden.

Een voordeel van zilver of zilveroxide is dat de antimicrobiële werking ervan reeds optreedt bij lage dosissen van zilverionen zodat de hoeveelheid zilver of zilveroxide in de antimicrobiële coating niet meer dan 10 gewichts% dient te bedragen, en vanaf 0,1 gewichts% de antimicrobiële werking al merkbaar is.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een geëmailleerd visueel communicatiebord volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 schematisch en in perspectief een antimicrobieel communicatiebord volgens de uitvinding weergeeft; figuur 2 in perspectief een continu productieproces weergeeft van een antimicrobieel communicatiebord volgens de uitvinding; figuur 3 een niet continu productieproces weergeeft voor het aanbrengen van een antimicrobiële sol-gel laag op een geëmailleerd communicatiebord.

Het antimicrobieel geëmailleerd communicatiebord 1 zoals weergegeven in figuur 1 bestaat in hoofdzaak uit een stalen plaat 2 van in dit geval 0,35 mm dik, die aan de voorzijde 3 en ook aan de rugzijde 4 is voorzien van een grondemaillaag 5 van in dit geval 0,035 mm dik, waarop aan één zijde 3 een tweede, hoofdzakelijk witte dekemaillaag 6 wordt aangebracht. Hierop wordt vervolgens een antimicrobiële sol-gellaag 7 aangebracht van 10 tot 200 nm dik.

Figuur 2 geeft het continu productieproces weer volgens de uitvinding van een antimicrobieel communicatiebord 1, waarbij in een eerste stap staal 2 dubbelzijdig geëmailleerd wordt bij een temperatuur van 820 °C; in een tweede stap wordt aan de zichtzijde 6 een hoofdzakelijk witte dekemaillaag aangebracht en ingebrand bij een temperatuur van +/- 800 °C; in een derde stap door middel van thermische chemische opdamping becoat wordt met een antimicrobiële bekleding 7 met een antimicrobieel metaal en een metaaloxide in één laag 7 of in twee lagen 8, 9 door middel van chemische opdamping bij atmosferische druk; het verkappen van het gecoate communicatiebord tot het gewenste formaat of het oprollen ervan op een rol voor latere verwerking en dit alles in één productiedoorgang.

In figuur 3 wordt het productieproces weergegeven voor het aanbrengen van een antimicrobiële sol-gel 12 laag op een geëmailleerd communicatiebord 1 waarbij het proces niet continu verloopt maar batchgewijs, en waarbij het staal 2 eerst wordt voorzien van een grondemaillaag 5 aan beide zijden bij hoge temperatuur, een dekemaillaag 6 bij hoge temperatuur en daarna afgekoeld en verkapt wordt. De geëmailleerde communicatieborden 1 worden nadien batchgewijs behandeld in een bad 13 met de gewenste sol-gel 12 coating, die door dip coating wordt aangebracht.

Experimenteel gedeelte

Een geëmailleerd communicatiebord 1 werd voorzien van een zilverhoudende afwerklaag door middel van, enerzijds, het dip coaten met een zilverhoudende sol-gel 12 laag of, anderzijds, door middel van chemische opdamping bij atmosferische druk in volgende experimenten.

De antimicrobiële werking van de gegoten sol-gel 12 laag en van de opgedampte laag werd telkens gemeten door middel van een antimicrobiële test volgens ISO 22196 (JIS Z 2801) waarbij een reductiefactor wordt gemeten van bepaalde bacteriestammen door de werking van de antimicrobiële laag. De reductiefactor wordt uitgedrukt op een logaritmische schaal als het verschil tussen het aantal bacteriën per cm2 zonder, en het aantal per cm2 met de antimicrobiële laag.

Indien bijvoorbeeld het aantal bacteriën van 1 miljoen/cm2 (Log 6) naar 100/cm2 (Log 2) is gedaald, bedraagt het verschil Log 4, of is de logaritmische reductiefactor 4.

EXPERIMENT 1

Een oplossing met volgende samenstelling werd aangemaakt.

1) 94 % 2-propanol 2) 4 % TEOS (tetraethylorthosilicaat)

3) 1 % AgN03 oplossing van 1 M

4) 0,8 % HN03

Daartoe werd aan 22,7 g 2-propanol 17,71 g TEOS toegevoegd. Dit mengsel werd met 3,41 g AgNCb 1 M oplossing gemengd en aangezuurd met 3,41 HNO3 1M. Het mengsel werd vervolgens gedurende 20 minuten gemengd. Na mengen werd er nog 360,40 g 2-propanol toegevoegd.

De oplossing werd aangebracht door middel van dip coating, waarbij een laagdikte van 40 tot 60 nm werd verkregen, waarna een thermische uithardingsstap volgde bij 400 °C gedurende 10 minuten.

Voor het uitvoeren van de antimicrobiële test werd gebruik gemaakt van 1) een suspensie medium : nutriënt broth 1/500 NB; 2) een test inoculum : een bacteriesuspensie in 1/500 NB werd verdund om een bacterie-concentratie tussen 2,5 x 105 en 10 x 105 cellen/ml te verkrijgen, met als doelconcentratie 6 x 105 cellen/ml; 3) volgende bacteriestammen : - Staphylococcus aureus; - Escherichia coli.

4) een incubatie : de met de bacteriesuspensie geënte Stalen werden bij een temperatuur van 35 +/- 1 °C geïncubeerd gedurende 24 +/- 1 h bij een relatieve vochtigheid van niet minder dan 90 %.

Voor de bacteriestam Escherichia coli werd volgende antimicrobiële werking gemeten :

Zonder antimicrobiële laag : 13.666.667 KVE/ml of 854.167 KVE/cm2 (Log 7,13 of Log 5,88).

Met antimicrobiële laag : 17 KVE/ml of 1 KVE/cm2 (Log 1,23 of Log 0).

De reductiefactor door de antimicrobiële laag bedraagt bijgevolg Log 5,9 of een reductie met een factor van ongeveer één miljoen.

EXPERIMENT 2

Een oplossing met volgende samenstelling werd aangemaakt.

1) 94 % 2-propanol 2) 4 % TEOS (tetraethylorthosilicaat)

3) 1% AgNC>3 oplossing van 1 M

4) 0,8 % HN03

Daartoe werd aan 22,7 g 2-propanol 17,71 g TEOS toegevoegd. Dit mengsel werd met 3,41 g AgN03 1 M oplossing gemengd en aangezuurd met 3,41 HN03 1M. Het mengsel werd vervolgens gedurende 20 minuten gemengd. Na mengen werd nog 360,40 g 2-propanol toegevoegd.

De oplossing werd aangebracht door middel van chemische opdamping met verbranding door vernevelen in propaan, waarbij de energie van de vlam gebruikt werd voor de thermische uitharding van de coating. Laagdiktes van 40 tot 60 nm werden verkregen.

Antimicrobiële tests werden uitgevoerd zoals hierboven beschreven voor Escherichia coli, met volgend resultaat.

Zonder antimicrobiële laag : 12.100.000 KVE/ml of 756.250 KVE/cm2 (Log 7,08 of Log 5,88).

Met antimicrobiële laag : 99.017 KVE/ml of 6.245 KVE/cm2 (Log 5,0 of Log 3,8).

De reductiefactor door de antimicrobiële laag bedraagt bijgevolg Log 2,1 of een reductie met een factor van meer . dan honderd in 24 h tijd.

Het spreekt voor zich dat het continu productieproces dat gebruik maakt van chemische opdamping van antimicrobiële middelen veel efficiënter en kostengunstiger is dan het discontinue productieproces dat gebruik maakt van vloeibare coating met antimicrobiële sol-gel oplossingen.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een dergelijk communicatiebord dat voorzien is van antimicrobiële metalen of metaaloxiden kan worden verwezenlijkt in andere uitvoeringsvormen, die antimicrobiële sol-gels coaten of antimicrobiële bestanddelen chemisch opdampen zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (7)

1. Antimicrobieel communicatiebord (1) dat voorzien is van een emaillaag (5) ingebrand op temperaturen boven 500 °C aan zowel de schrijfzijde als de achterzijde van het communicatiebord en waarop aan de schrijfzijde een antimicrobiële bekleding (7) is aangebracht die bestaat uit een samenstelling met nanopartikels van een antimicrobieel metaal of een antibacterieel metaaloxide of een antibacterieel metaalzout die in één (7) of twee (8, 9) lagen op het oppervlak zijn aangebracht door middel van sol-gel (12) dipcoating of door middel van chemische opdamping onder atmosferische druk van een sol-gel coating.

2. Antimicrobieel communicatiebord (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het antimicrobieel metaal zilver of koper is.

3. Antimicrobieel communicatiebord (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het metaaloxide een silicaat is.

4. Antimicrobieel communicatiebord (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de chemische opdamping een vlam geassisteerde- of een verbrandings-chemische opdamping is bij atmosferische druk.

5. Antimicrobieel communicatiebord (1) volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat het metaal en het metaaloxide of metaalzout bestaat uit zilver, zilveroxide of zilvernitraat.

6. Antimicrobieel communicatiebord (1) volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de werking van de antimicrobiële bekleding (6) het aantal E. coli bacteriën per oppervlakte-eenheid met een factor van tenminste 100 reduceert op 24 h.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een antimicrobieel communicatiebord (1) zoals omschreven in conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de werkwijze voorziet in een continu productieproces waarbij in een eerste stap staal (2) dubbelzijdig geëmailleerd wordt bij een temperatuur van 820 °C; in een tweede stap aan de zichtzijde 6 een hoofdzakelijk witte dekemaillaag aangebracht wordt en ingebrand bij een temperatuur van +/- 800 °C; in een derde stap door middel van thermische chemische opdamping becoat wordt met een antimicrobiële bekleding 7 met een antimicrobieel metaal en een metaaloxide in één laag (7) of in twee lagen (8), (9); het verkappen van het gecoate communicatiebord tot het gewenste formaat of het oprollen ervan op een rol voor latere verwerking en dit alles in één productiedoorgang.