CN102112564A - 制备抗微生物涂层的方法 - Google Patents

Abstract

提供了用杀生物颗粒涂覆基体的方法，所述杀生物颗粒分散在允许抗微生物颗粒定位在基体上以使它们与环境接触的涂层中。在该方法中，一种或多种杀生物剂分散在涂层中。将带有杀生物剂的涂层施用到基体的厚度使得至少一些单独的杀生物颗粒的延伸超出涂层的表面。

Description

制备抗微生物涂层的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年8月7日提交的美国临时专利申请第61/086,889号的权益，该临时申请被通过引用的方式以其整体并入本申请。

发明背景

发明领域

本发明涉及抗微生物涂层。更具体地，本发明涉及抗微生物涂层到基体的应用。

相关技术描述

银和银盐是已知的抗微生物剂，或者被称为杀生物剂。已发现，诸如金、锌、铜和铈的其他金属单独地或与银合用时也都具有抗微生物特性。这些和其他金属已经显示出提供抗微生物行为，即便在微量时，这是一种称为“微量作用的(oligodynamic)”特性。许多技术被用于将金属杀生物剂合并入材料或基体中以抑制微生物生长。

用于获得抗微生物表面的一种常规方法是将金属银(或其他微量作用的金属)直接沉积在基体的表面上，例如，通过气相涂层、溅射涂层或离子束涂层。然而，这些所谓的非接触沉积涂层技术有许多缺点，诸如差的粘附、缺乏涂层均匀性，以及需要特别的加工条件，诸如由于一些银盐的光敏感性需要避光制备。这些方法不是令人满意的，并且不能随着时间的流逝提供有效的、持续的抗微生物效应。

将银涂覆到基体上的另一种方法包括银从溶液中的沉积或电沉积。这些方法还具有包括以下的缺点：差的粘附、低的基体上的银提取(pick-up)、需要表面制备、以及与多步浸渍操作有关的高劳力成本，所述浸渍操作通常是产生涂层所必需的。粘附问题已经通过并入诸如金和铂金属的沉积剂和稳定剂或者通过在银化合物和基体表面间形成化学复合物来解决。然而，并入另外的组分增加了制备这种涂层的复杂性和成本。

获得抗微生物表面的另一种常规方法是将银、银盐或其他抗微生物化合物合并入聚合物基体材料。微量作用的金属可以以多种方式在物理上合并入聚合物基体。例如，银盐的液体溶液在聚合物制品形成前可以被浸渍、喷敷或涂刷到固体聚合物上，例如以小团形式。可选择地，银盐的固体形式可以与精细分割的或液化的聚合树脂混合，然后将其模压成制品或基体。可选择地，可以在聚合前，将微量作用的化合物与材料单体混合。

这些方法需要大量的微量作用的物质，并在基体或膜表面提供有限的抗微生物作用，因为微量作用的金属主要完全位于聚合物内，而不是在需要它的表面上。这种方法相对于使用的抗微生物剂的量仅提供了有限的抗微生物活性。微量作用剂颗粒的沉降的发生与颗粒的体积和密度有关。沉降带来组合物中微量作用剂的浓度不可预测的变化，这导致产生具有很小的或没有抗微生物活性的区域，特别是在基体或膜表面上。

合并杀生物剂的常规方法包括将颗粒分散入基底聚合物膜中。这些基底聚合物膜通常比平均的杀生物颗粒尺寸厚几百倍。这样产生的膜不像抗微生物表面那样有效，因为大量的杀生物颗粒完全或几乎完全地包裹在基底基体中，没有有用的效应。在这些现有技术方法中，杀生物颗粒在挤压出时被分散在聚合物膜中，因此不能移动到表面与周围环境中的湿气交换离子。实际上，通过包裹在膜内，这些颗粒被浪费。

获得其中杀生物剂定位并与它被施用的表面接触的抗微生物涂层或膜是理想的。获得在基体表面提供抗微生物抑制和预防的方法和膜是理想的。

发明概述

提供了产生具有抗微生物涂层的基体的方法。抗微生物涂层包含分散在涂层中的杀生物颗粒(可选择地称为杀生物剂或抗微生物剂)。带有杀生物剂的涂层应用到基体的厚度使得至少一些单独的杀生物颗粒延伸超出涂层表面并与环境接触。

还提供了抗微生物膜、叠层体或基体。膜、叠层体或基体具有基底聚合物膜、在基底聚合物膜至少一个表面上的涂层以及分散在涂层中的一种或多种杀生物剂，其中至少一些单独的杀生物颗粒在涂层固化时延伸超出涂层表面。

还提供了抑制固体表面上的微生物生长的方法。该方法包括将抗微生物膜施用到固体表面的步骤。抗微生物膜包含基底聚合物膜、在基底聚合物膜的至少一个表面上的涂层以及分散在涂层中的一种或多种杀生物剂。至少一些单独的杀生物颗粒在涂层固化时延伸超出涂层表面。这可以通过控制涂层相对于涂层中的杀生物剂的颗粒尺寸的厚度来实现。

通过控制涂层的厚度，可以控制暴露在表面上方的杀生物剂的量。现有方法失败地依赖于不规则的形状和定向以试图使杀生物剂突出在表面上方。相比之下，本发明的方法对杀生物剂在涂层表面的定位提供了精确得多的控制。

涂层表面的抗微生物功效与表面的(而不是埋在表面下的)杀生物剂浓度的量成比例。本发明的方法允许通过将杀生物剂添加至分散体系或从分散体系去除而精确地控制杀生物剂的表面浓度。在现有方法中，这一浓度会在整个基底聚合物膜中均匀地分布，只有小部分(如果有的话)的杀生物剂在它最有效的位置穿透表面。本发明的方法允许更好的功效控制和成本降低。首先，可以计算平均颗粒尺寸分布；以及基于该分布，可以基于所需的待暴露的表面积确定涂层厚度。

除了提供用于控制微生物生长的改善的功效，根据本发明制备的表面提供了更强、更耐用的涂层或膜。该涂层或膜具有耐刮擦或磨损的增加的硬度。尽管杀生物剂实际上延伸超出膜表面，用于一些实施方案中的杀生物剂的类型产生了无毒的和无刺激的表面。

附图简要说明

下图仅用于说明，并不意图以任何方式限制本发明的范围：

图1显示了涂覆有抗微生物涂层的基体的一个实施方案的侧视图。

图2显示了涂层中单独的杀生物颗粒的放大图。

详细说明

综述

提供了将抗微生物表面提供到基体的方法。在该方法中，将抗微生物涂层施用到基体的表面以便为基体提供抗微生物保护。通过形成杀生物剂在可固化的或其他类型的涂层中的分散体系来制备涂层，在所述可固化的或其他类型的涂层中，杀生物剂可以被分散。将分散体系涂覆到基体的表面上，涂覆的厚度小于杀生物剂的平均颗粒尺寸。由于颗粒的物理尺度和涂层的厚度，至少一些杀生物颗粒延伸超出涂层表面，如附图所示。

这样，至少一些杀生物颗粒直接与涂层被施用的表面的环境接触。与其中杀生物剂完全包裹在基体中的常规方法相比，杀生物颗粒与空气(以及由此的微生物)的邻近提供给基体优越的微生物生长的抗微生物预防。

将涂层施用到几乎任何固体基体以预防或抑制微生物生长和/或增加基体的硬度和耐用性。可以直接将涂层施用到几乎任何类型的坚硬的或刚性的基体。可选择地，抗微生物涂层可以间接施用到膜或叠层体，随后将该膜或叠层体施用到基体。在该可选择的方法中，以与直接施用到基体的方式相同的方式用分散体系涂覆膜或叠层体。产生的抗微生物膜或叠层体具有抗微生物特性和/或耐刮擦特性，并能够施用或粘附到多种基体。基于磨损和运行的程度，根据需要可以更换该膜或叠层体。

涂层可以是杀生物剂能够分散其中的任一类型的材料。涂层作为液体或流体分散体系施用到基体，随后在基体上固化、干燥、交联、凝固或另外地硬化，以使杀生物颗粒或至少一些颗粒延伸超出硬化的涂层的表面。

优选实施方案的描述

参照图1，基体3提供了抗微生物涂层2的基底。涂层2包含嵌入或固定到涂层2中的杀生物颗粒1。涂层2为基体3的表面4提供抗微生物保护。如图1所示的，许多颗粒1大于涂层2的厚度。颗粒1延伸超出涂层2的表面，与颗粒2的定向无关。一些颗粒1可以小于涂层2的厚度，结果完全嵌入涂层中。这不会不利地影响涂层2的抗微生物特性，只要相当大一部分的颗粒1延伸超出表面。

涂层2、基体3和杀生物颗粒1的具体类型能够变化，并且可以是本领域通常使用的多种中的一种或组合。涂层2的具体选择应当依赖于具体应用(涂层施用到的终产品的目的用途)和/或使用的基体2的类型(在下文中更详细地讨论)。在一些实施方案中，涂层2是可固化的涂层，优选能够是交联的。当使用了可交联的涂层2，启动固化或交联的方法不是关键的，可以是本领域通常使用的任何方法。在一个优选的实施方案中，涂层经由紫外光以及适当的光引发剂进行交联。在另一方法中，一旦将涂层施用到基体，涂层进行热固化。

当使用可固化的涂层时，杀生物剂被均匀地分散在未固化的涂层中，然后施用到基体。涂层通常直到施用于基体才会固化，但在一些实施方案中，涂层可以在施用于基体前部分地或完全地固化。在另外的实施方案中，涂层不是可固化型的涂层。

一般地，涂层可以是能够施用于基体的任何类型的材料，并且杀生物颗粒能够分散其中。一旦施用到基体，涂层硬化、干燥或另外地凝固，以使杀生物颗粒延伸超出涂层的表面。可以使用其他类型的涂层2，包括例如溶剂或水基的涂层。在溶剂或水基的涂层中，杀生物剂分散在涂层中，然后在涂层3施用到基体3之后，将溶剂或水驱逐出。有用的涂层的其他非限定性实例包括100％的固体、挤出的涂层、铸塑膜(cast film)、热熔挤出物，这是列出的其中几项。涂层不必是聚合物的，只要涂层能够施用到基体并且合并杀生物剂，以及如下文更具体描述地能够施用到基体。

不管可固化或不可固化，通过将杀生物剂分散到涂层中制备杀生物剂(抗微生物)涂层。优选地，杀生物剂以均匀的方式分散到整个涂层。这样，涂层会为它被施用的区域提供更一致的微生物保护。杀生物剂的浓度以固体百分比计优选为约1％至约5％载荷。依赖于杀生物剂的类型和可接受的涂层雾度值(haze value)，可以使用更多或更大的百分比。在一个特别优选的实施方案中，杀生物剂在干燥涂层中的浓度为约3％重量比。该百分比提供了卓越的抗菌功效，同时仍产生低雾度值。

杀生物剂能够通过本领域常用的任何方式分散在涂层中。例如，利用约2000rpms的高速分散器，将杀生物剂分散在单体基质中(或其他涂层基质)中。这在叶片(8英寸)尖端提供了约4180FPM的分散速度。它被分散约15分钟(或直至均匀分布在基质中)。优选地，混合物在机器中连续搅拌直至涂覆前以维持均一性。

基体3能够是几乎任何材料或表面，对于它们，抗微生物保护或生长抑制是理想的。涂层能够直接施用到支持涂层的几乎任何类型的坚硬或刚性或半刚性的基体。在一些实施方案中，基体3是聚合物膜，诸如PET。然而，基体3不必是聚合物的，而可以是涂层2能够施用的任何材料，包括例如纸、干式墙板(drywall)、石膏、箔、金属、混凝土、不锈钢和木材。

为了提供有效的抗微生物作用，至少一些杀生物剂颗粒1的一部分延伸超出涂层2的表面，以使颗粒的有些表面与环境接触。参照图2，显示了延伸超出表面涂层11的单独的杀生物颗粒1的特写。因为颗粒1延伸超出表面11，颗粒1能够与存在于大气中的周围湿气12相互作用。当细菌、霉菌或真菌13与这一湿气表面膜接触时，已与钠离子交换的银离子开始与细胞功能相互作用，抑制了细胞的繁殖和生长。

用于本发明优选的实施方案的杀生物剂是合并入沸石或硅藻土的银离子。银离子能够与天然存在于大气中的阳离子交换(通常是钠离子)。“按需”释放银离子提供给表面抗微生物特性。合并入沸石的银离子可以商购，例如，通过Aglon Technologies商购。已证明银离子通过抑制细胞壁中的传送功能、抑制细胞分裂和破坏细胞代谢抑制细菌、病毒、霉菌和真菌的生长。

在一些实施方案中，平均颗粒尺寸优选是约4-5μm的平均值。在这一颗粒尺寸，约2.3至约3微米涂层厚度是优选的。这保证了高百分比的载荷暴露于表面的细菌环境。也就是说，涂层厚度与平均颗粒尺寸的这一比值确保了高百分比的颗粒会延伸超出涂层的表面，并与环境直接接触。然而，可以使用不同的颗粒尺寸以便确保大量的颗粒延伸超出表面，平均颗粒尺寸应当大于涂层厚度。

能够使用其他杀生物剂。这些可选择的杀生物剂能够单独使用或组合使用。它们还可以与银离子联用，或者与诸如铜和铈等的其他杀生物剂联用。

除了银的抗微生物特性，杀生物剂、杀生物颗粒或沸石或硅藻土合并入涂层还能够起加强膜的作用，并提供给涂层硬度。涂层(如果可固化涂层一旦固化)与没有加入杀生物材料的涂层相比更耐刮擦。沸石是天然存在的或合成产生的多微孔铝硅酸盐。含有沸石的杀生物剂材料的合并提供了比没有沸石的银更强的耐刮擦性。此外，在一些实施方案中，包括其他添加剂以增强耐刮擦性。例如，聚二甲硅氧烷或纳米二氧化硅能够与杀生物剂分散。在一个实施方案中，将50nm颗粒尺寸的纳米二氧化硅添加到分散体系以增强耐刮擦性。

在多数应用中，提供了使用的单独的杀生物颗粒或材料(可以互换使用)一系列尺寸范围。一旦应用到基体3，一些单独的颗粒会嵌入涂层中并在不同深度延伸超出涂层2的表面。然后基于杀生物颗粒的平均厚度选择涂层厚度。通过选择干重、小于杀生物剂的平均颗粒尺寸的厚度，杀生物颗粒或材料会延伸在涂层以上。因为颗粒延伸超出涂层表面，它们能够与它们周围的环境直接接触。因为预期到单独的杀生物颗粒尺寸的一些变化，一些颗粒可以完全被包裹在涂层中，并不延伸超出表面。这不会不利地影响有效性，只要至少一些杀生物颗粒以基本上一致的方式与环境接触。可选择的方法可以用于在涂层的表面合并杀生物颗粒。例如，可以使用吸水膨胀性涂层。

在多数应用中，涂层2的厚度的范围从约6微米至约250微米。优选地，厚度的范围为约25微米至175微米。这一精确厚度会依赖于涂层化学、杀生物剂的颗粒尺寸以及依赖于基体的性质。

在可选择的实施方案中，基体是膜或叠层体，以及抗微生物涂层直接施用到膜或叠层体的顶层。以上文描述的方式将抗微生物顶部涂层施用到膜或叠层体。产生的膜或叠层体，有时候称为抗微生物覆盖物(″AMO″)能够用于多种应用，诸如固体表面的应用。基底膜、底部涂层或层以及顶部涂层(抗微生物层)各自能够基于具体的应用被选择。在一个应用中，将抗微生物膜或叠层体施用或粘附到装置或物体的表面，诸如水槽、台面、墙壁和桌子，以预防微生物在所述膜或叠层体施用的装置或物体上的表面生长。这些耐用的AMO膜通过抵抗细菌、霉菌和真菌的生长有助于使卫生保健中心、医院和食品加工设备的表面更清洁。例如，在一个实施方案中，银离子涂覆到清澈PET层上，在底侧有压敏胶粘剂。产生的膜用于多种应用，包括台面、不锈钢和目前触式屏幕的overtop。

在AMO的一个实施中，可交联的或可固化的聚合物涂层涂覆到聚合物膜层(单层膜或叠层体)上，以形成AMO。在一个实施方案中，AMO的底部表面是胶粘层或具有施用到底部表面的胶粘剂，用于AMO直接应用到表面上。胶粘剂能够是本领域通常使用的一种，诸如溶剂型丙烯酸胶粘剂。得到的叠层体或膜能够湿式或干式叠层施用。优选地，胶粘剂是水清除和可去除的，没有胶粘剂残留，同时还是抗破坏的(tamper resistant)。该情形下的抗攻击指压敏胶粘剂设计为它粘住广泛多样的表面，诸如木板、玻璃和不锈钢等。粘合是充分的，它不会在施用后被用点力气轻易移除，因此是抗破坏的；但一旦它被移除，它干净地释放，没有胶粘剂留在它施用过的表面上。

得到的抗微生物膜或叠层体可以被粘附到几乎任何表面，诸如，水槽、台面、墙壁和桌子等，以预防细菌和其他微生物的表面生长。AMO还能够用于增加它被施用的表面的强度和/或提供耐刮擦和磨损性。如果需要，可以基于磨损和运行的程度更换该膜。AMO具有对诸如水、温和酸、盐和碱、石油基润滑油、油和脂肪族溶剂之类的物质的优良化学抗性。

在一个实施方案中，涂层2是多功能的脂肪族聚氨酯丙烯酸酯(具有如上述分散的杀生物剂)。官能基团的数目可以为最少2个至通常6个。较高的官能度增加带来更大的硬度和收缩性的交联程度。可以基于产品的终用途和环境应用需要选择其他类型的交联化学。

AMO的聚合物层能够是任何类型的膜或叠层体。在一个实施方案中，膜是PET。PET在许多应用中是有用的，因为它的高清澈度使其透明。在该实施方案中的基体的厚度优选为2-mils至7-mils。对于大于约7-mils的厚度，PET基体能够被层叠到其他基体，诸如一层或多层聚合物膜。具有低于2-mils厚度的膜可以被涂覆，但更为困难，由于来自交联的收缩性和UV-来源的热量。任选地，包括释放衬垫，诸如1mil清澈的硅酮涂覆的聚酯衬垫。

在AMO的另一实例中，诸如清澈的7-mil PET膜的膜涂覆有如上所述的抗微生物涂层。AMO的底部表面被预处理以促进或易化油墨附着。该实施方案特别用于被整合到薄膜开关(membrane switches)。优选地，膜是约7-mil PET膜，以及抗微生物剂是银沸石，但是也可以替换为本领域使用的其他类型的膜、抗微生物剂和涂层。膜底部任选地包括可印刷处理的(print treatable)聚酯层。该AMO适用于多种用途，包括整合到薄膜开关。

依照本发明制备的AMO的另一实例被设计整合到触式屏幕(touchscreens)。在该实例中，AMO的基底膜是7-mil热稳定的PET膜。然而，聚合物的类型和厚度都可以根据具体的应用根据需要来调整。例如，基底膜可以是聚碳酸酯或另一刚性聚合物膜。当AMO用于触式屏幕(touch screens)时，热稳定性通常是优选的。将上述的抗微生物涂层施用到膜的顶部表面。将罩式250-欧母氧化铟锡涂层施用到PET膜的底部表面。

可选方案

对本领域技术人员显而易见的是，对本公开的发明可以有多种改变、调整和应用，本申请意在包括这些实施方案。因此，尽管结合某些优选的实施方案对本发明进行了说明，但它的目的是下面的权利要求书提及的范围权衡的全部范围。

Claims (20)

1.提供基体上的抗微生物表面的方法，其包括以下步骤：

将一种或多种杀生物剂分散在涂层中；

将带所述杀生物剂的涂层施用到基体，其中所述涂层的施用使得至少一些单独的杀生物剂颗粒在涂层施用时延伸超出涂层的表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述基体是聚合物膜。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层是可固化的涂层。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层是可交联的涂层。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种杀生物剂包括合并入沸石中的银离子。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层的厚度低于所述杀生物颗粒的平均颗粒尺寸。

7.抗微生物膜，其包含：

基底聚合物膜，

所述基底聚合物膜的至少一个表面上的涂层，以及

分散在所述涂层中的一种或多种杀生物剂，其中至少一些单独的杀生物剂颗粒在涂层施用到所述膜时延伸超出涂层的表面。

8.根据权利要求7所述的抗微生物膜，其中所述基底聚合物膜是PET。

9.根据权利要求7所述的抗微生物薄膜，其中所述涂层是可交联的涂层。

10.根据权利要求7所述的抗微生物薄膜，其中所述一种或多种杀生物剂包括合并入沸石的银离子。

11.根据权利要求7所述的抗微生物膜，其中所述基底聚合物膜是叠层体。

12.根据权利要求11所述的抗微生物膜，其中所述叠层体包含底部胶粘层。

13.根据权利要求11所述的抗微生物膜，其中所述叠层体包含可印刷处理的聚酯底层。

14.根据权利要求7所述的方法，其中所述涂层的厚度小于所述一种或多种杀生物剂的平均颗粒尺寸。

15.抑制固体表面上的微生物生长的方法，包括：

将抗微生物膜施用到固体表面，其中所述抗微生物膜包含：

基底聚合物膜；

所述基底聚合物膜的至少一个表面上的涂层，以及

分散在所述涂层中的一种或多种杀生物剂，其中至少一些单独的杀生物颗粒在涂层固化时延伸超出所述涂层的表面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述一种或多种杀生物剂包括合并入沸石的银离子。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述基底聚合物膜是叠层体。

18.根据权利要求15所述的方法，其中所述基底聚合物膜包含底部胶粘层。

19.耐刮擦膜或叠层体，其包含：

基底聚合物膜；

所述基底聚合物膜的至少一个表面上的涂层，以及

分散在所述涂层中的一种或多种杀生物颗粒、沸石和硅藻土，其中至少一些单独的颗粒在涂层施用到所述膜时延伸超出所述涂层的表面。

20.根据权利要求19所述的抗划擦膜或叠层体，其中所述涂层的厚度小于平均颗粒尺寸。

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