CN108602712B - 具有改善的抗微生物性能的无色材料 - Google Patents

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Abstract

本公开的多个方面涉及无色材料，其包含载体、含铜粒子和季铵盐。在一个或多个实施方式中，该材料在CIE L*a*b*体系中表现出约91至约100范围内的L*值，小于约7的C*值，其中C*值等于√(a*2+b*2)。在一些实施方式中，在EPA的“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”的测试条件下，该材料对金黄色葡萄球菌浓度表现出大于3的对数减少值。

Description

具有改善的抗微生物性能的无色材料
相关申请的交叉参考
本申请根据35 U.S.C.§119要求2016年1月29日提交的美国临时申请系列第62/288,735号的优先权，其内容作为本申请的基础并且通过参考完整地结合于此。
背景技术
本公开涉及具有改善的抗微生物性能的无色材料，更具体地涉及包含季铵盐和含铜玻璃粒子的漆。
氧化亚铜和金属铜已在多种材料中用作抗微生物添加剂；然而，铜有很深的颜色，当需要白色或无色材料时不能使用。可添加着色剂调节颜色，但往往得到各种哑色或者奶油色或非白色。不仅如此，着色剂及其他添加剂会降低材料的抗微生物活性。
季铵盐也已经在诸如漆这样的材料中用作抗微生物添加剂。含低浓度(例如低至约0.5％)季铵盐的漆已表现出抗微生物效能而不影响颜色；然而，这种漆对金黄色葡萄球菌不具有充分的抗微生物效能。金黄色葡萄球菌是医院环境中受污染表面上常见的最难对付的细菌之一，它是造成医院获得性感染(“HAI”)的非常有名的细菌。具体而言，这种漆具有对数减少值小于3的抗微生物效能，这对“健康福利”而言是不够的。如本文所用，“健康福利”一词包括表现出足够的抗微生物效能的材料，使得能够按照大多数政府管理标准获得公共健康福利，包括在美国环境保护署的“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”的测试条件下。美国环境保护署(EPA)的标准要求按照其“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”对金黄色葡萄球菌具有大于3的对数减少值。
因此，需要在一种无色材料，其具有改善的抗微生物效能，包括足以提供“健康福利”的效能。
概述
本公开的第一方面涉及无色材料，其包含载体、含铜粒子和季铵盐。在一个或多个实施方式中，该材料在CIE L*a*b*体系中表现出约91至约100范围内的L*值，小于约7的C*值，其中C*值等于√(a*2+b*2)。在一些实施方式中，在EPA的“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”的测试条件下(“EPA测试”)，该材料对金黄色葡萄球菌浓度表现出大于3的对数减少值。
含铜粒子包括含铜玻璃、氧化亚铜或其组合。在一些实施方式中，含铜粒子基本上由含铜玻璃组成。材料中含铜粒子的量可为约50g/加仑载体或者更少(例如在约4g/加仑载体至约50g/加仑载体的范围内)。在一个或多个实施方式中，季铵盐在材料中的含量为约5重量％或更少，或者约0.5重量％或更少。如本文所用，“季铵盐”是指季铵阳离子的盐，可以各种季铵化合物存在，如苯扎氯铵、苄索氯铵、甲苄索氯铵、十六烷基三甲基铵、西曲溴铵、多法氯铵(dofanium chloride)、溴化四乙铵、氯化二癸基二甲基铵、溴化度米芬(domiphenbromide)、西他氯铵、西吡氯铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵(myristalkonium chloride)及其他市售季铵化合物。
一个或多个实施方式中使用的载体可包括聚合物、单体、粘结剂或溶剂。在一些情况下，载体是漆。
本公开的第二方面涉及包含多个铜离子的漆。一个或多个实施方式的漆在EPA测试中使金黄色葡萄球菌浓度减少99％或更多。在一些情况下，该漆在CIE L*a*b*体系中表现出约90至约100范围内的L*值，小于约9的C*值，其中C*值等于√(a*2+b*2)。
在以下的详细描述中给出了其他特征和优点，其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言，根据所作描述就容易看出，或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的各种实施方式而被认识。
应理解，前面的一般性描述和以下的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解权利要求的性质和特性的总体评述或框架。所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图说明了一个或多个实施方式，并与文字描述一起用来解释各个实施方式的原理和操作。
附图说明
图1是显示实施例1的抗微生物效能的图。
详细描述
下面详细说明各种实施方式。本公开的第一方面涉及一种无色材料，其表现出白色或无色外观，并且其抗微生物活性符合“健康福利”要求。具体而言，该材料在EPA测试中接触金黄色葡萄球菌2小时内表现出大于99.9％(或者对数减少值为3或更大)的杀灭率。
如本文所用，术语“抗微生物”意指会杀灭包括细菌、病毒和/或真菌在内的微生物或者抑制其生长的材料或材料表面。本文所用的该术语不是表示该材料或材料表面会杀灭这种微生物家族内所有种类的微生物或者抑制其生长，而是表示它会杀灭来自这种微生物家族的一种或多种微生物或者抑制其生长。
如本文所用，术语“对数减少值”表示-log(Ca/C0)，其中Ca＝抗微生物表面的菌落形成单位(CFU)数，C0＝不是抗微生物表面的对照表面的菌落形成单位(CFU)数。例如，对数减少值为3等于杀灭了约99.9％的微生物，对数减少值为5＝杀灭了99.999％的微生物。
在一个或多个实施方式中，无色材料包含载体、含铜粒子和季铵盐。在一个或多个实施方式中，材料的无色程度可在CIE L*a*b*色度测量系统中表征。在一个或多个实施方式中，材料表现出约88至约100(例如约90至约100，约91至约100，约92至约100，约93至约100，约94至约100，约88至约98，约88至约96，约88至约95，或者约88至约94)范围内的L*值。在一个或多个实施方式中，材料表现出小于约10的C*值，其中C*等于√(a*2+b*2)。一个或多个实施方式中的材料所表现出的C*值可小于约9，小于约8，小于约7，小于约6，小于约5，或者小于约4。在一些实施方式中，C*值甚至可以小于约3或2。在一些实施方式中，材料表现出的a*值可在约-1至约2的范围内。在一些实施方式中，材料表现出的b*值可在约0至约8的范围内。本文所述的L*、a*和b*值是利用国际照明委员会(CIE)确定的标准光源在垂直入射的情况下测量的，所述标准光源包括A光源(表示钨丝照明)、B光源(表示模拟日光光源)、C光源(表示模拟日光光源)、D光源(表示自然日光)和F光源(表示各类荧光照明)。在一些实施方式中，本文所述的L*、a*和b*值在F2光源的CIE D65下测量。
在一些实施方式中，在将材料以层的形式施加于表面上之后，该材料表现出本文所述的L*、a*和b*值。在具体的实施方式中，所得的层表现出本文所述的L*、a*和b*值。在这种实施方式中，材料可包含二氧化钛，并在将材料施加于表面上之后(例如形成层之后约2分钟，形成层之后5分钟，或者形成层之后约10分钟或更长)表现出本文所述的L*、a*和b*值。在一些实施方式中，该层随时间变得更白或更加无色。在一些情况下，形成层之后约20分钟后、30分钟后、45分钟后、60分钟后表现出本文所述的L*、a*和b*值。在空气中干燥且不经任何后处理(例如暴露于紫外光等)之后表现出L*、a*和b*值。
在一个或多个实施方式中，材料在合并之后立即表现出更白或者更加无色的外观。例如，在一些实施方式中，存储了一周或更长时间(未施加到表面)的材料显示白色和无色。
在一个或多个实施方式中，材料在EPA测试中对金黄色葡萄球菌浓度表现出大于3的对数减少值。
在一个或多个实施方式中，在用于评价病毒的改进型JIS Z 2801(2000)测试条件下(以下称“用于病毒的改进型JIS Z 2801”)，材料对鼠诺如病毒(Murine Norovirus)浓度可表现出2或更大的对数减少值(例如对数减少值为4或更大，或者对数减少值为5或更大)。下文将更详细地描述用于病毒的改进型JIS Z 2801(2000)测试。
在一些实施方式中，在一个月或更长的时间，或者在三个月或更长的时间，材料可表现出本文所述的对数减少值(即在用于细菌的EPA测试或改进型JIS Z 2801测试中，以及/或者在用于病毒的改进型JIS Z 2801测试中)。所述一个月的时间或者三个月的时间可在将材料以层的形式施加于表面时或之后开始。在这种实施方式中，所述层表现出本文所述的对数减少值。
含铜粒子可包括含铜玻璃、氧化亚铜或其组合。在一些情况下，含铜粒子仅包括含铜玻璃或仅包括氧化亚铜。
含铜玻璃的一个或多个实施方式包括Cu物质。在一个或多个替代实施方式中，Cu物质可包括Cu1+、Cu0和/或Cu2+。Cu物质的总量可约为10重量％或更多。不过，如下文将要更详细讨论，使Cu2+的量最小化，或将其减少到含铜玻璃基本上不含Cu2+。Cu1+离子可存在于含铜玻璃的表面上或表面中和/或本体中。在一些实施方式中，Cu1+存在于含铜玻璃的玻璃网络和/或玻璃基体中。在Cu1+存在于玻璃网络中的情况下，Cu1+离子以原子形式结合到玻璃网络中的原子上。在Cu1+存在于玻璃基体中的情况下，Cu1+离子可以分散于玻璃基体中的Cu1 +晶体的形式存在。在一些实施方式中，Cu1+晶体包括赤铜矿(Cu2O)。在这种实施方式中，当存在Cu1+晶体时，材料可称作含铜玻璃陶瓷，其意指一种特定类型的含晶体的玻璃，它可经历或者可不经历传统陶瓷化过程，通过该陶瓷化过程在玻璃中引入和/或产生一个或多个晶相。在Cu1+离子以非晶体形式存在时，材料可称作含铜玻璃。在一些实施方式中，Cu1+晶体和未与晶体结合的Cu1+离子均存在于本文所述的含铜玻璃中。
Cu2+和季铵化合物[例如苯扎氯铵、西他氯铵、西吡氯铵、十四烷基二甲基苄基氯化铵和可购自加拿大安大略省多伦多市法尔马科斯有限公司(Pharmax)的
Figure BDA0001746082580000051
]对绿脓杆菌生物膜的抗微生物效能已在本领域得到证实。在这种公开信息中，与单试剂处理(即分开使用Cu2+或季铵化合物)相比，在季铵化合物中加入Cu2+导致生物膜最小细菌浓度下降128倍。这种研究证实Cu2+和季铵化合物在水溶液中不发生相互作用，表明每种试剂通过独立的生物化学路径发挥微生物毒性。此外，Cu2+和季铵化合物不管单独使用还是组合使用，都降低硝酸还原酶的活性，所述硝酸还原酶是对生物膜正常生长非常重要的酶。在本文所述的实施方式中，含铜玻璃粒子以Cu1+形态递送Cu离子，该Cu1+形态随后会迅速转变为Cu2+。无意受限于理论，据信将Cu1+转变为Cu2+的自发氧化还将产生反应活性氧物质，这进一步提高抗微生物效能，使其超出Cu2+与季铵化合物的已知组合。因此，含铜玻璃和季铵化合物的实施方式与材料(特别是漆)的组合具有协同效应，而不是简单的叠加效应。这得到下面的实施例证实。
在一个或多个实施方式中，含铜玻璃可由玻璃组合物形成，该玻璃组合物以摩尔百分数计可包含约30至约70的SiO2，约0至约20的Al2O3，约10至约50的含铜氧化物，约0至约15的CaO，约0至约15的MgO，约0至约25的P2O5，约0至约25的B2O3，约0至约20的K2O，约0至约5的ZnO，约0至约20的Na2O，以及/或者约0至约5的Fe2O3。在这种实施方式中，含铜氧化物的量大于Al2O3的量。在一些实施方式中，玻璃组合物可包含一定含量的R2O，其中R可包括K,Na,Li,Rb,Cs或其组合。
在本文所述的玻璃组合物的实施方式中，SiO2用作形成玻璃的主要氧化物。SiO2在玻璃组合物中的量应足以提供这样的玻璃，该玻璃表现出适合其使用或应用(例如触摸应用、制品外壳等)的必备化学稳定性。可对SiO2的上限加以选择，以控制本文所述的玻璃组合物的熔融温度。例如，过量的SiO2会将200泊处的熔融温度提高到高温，在此高温下，在加工过程中可能出现或产生缺陷如澄清气泡，并留在最终的玻璃中。此外，与多数氧化物相比，SiO2减小所得玻璃通过离子交换工艺产生的压缩应力。换句话说，用含过量SiO2的玻璃组合物形成的玻璃可能不能离子交换到与不含过量SiO2的玻璃组合物形成的玻璃那样的程度。作为附加或替代形式，根据一个或多个实施方式的玻璃组合物中存在的SiO2会增加所得玻璃的破裂前塑性变形性质。由本文所述的玻璃组合物形成的玻璃中增加的SiO2含量还会增加玻璃的压痕断裂阈值(indentation fracture threshold)。
在一个或多个实施方式中，以摩尔百分数计，玻璃组合物中SiO2的含量范围是约30至约70，约30至约69，约30至约68，约30至约67，约30至约66，约30至约65，约30至约64，约30至约63，约30至约62，约30至约61，约30至约60，约40至约70，约45至约70，约46至约70，约48至约70，约50至约70，约41至约69，约42至约68，约43至约67，约44至约66，约45至约65，约46至约64，约47至约63，约48至约62，约49至约61，约50至约60，以及它们之间的所有范围和子范围。
在一个或多个实施方式中，以摩尔百分数计，玻璃组合物中Al2O3的含量范围是约0至约20，约0至约19，约0至约18，约0至约17，约0至约16，约0至约15，约0至约14，约0至约13，约0至约12，约0至约11，约0至约10，约0至约9，约0至约8，约0至约7，约0至约6，约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含Al2O3。如本文所用，就玻璃组合物和/或所得玻璃的组分而言的“基本上不含”一词是指该组分不是在起初配料或者后续后处理(例如离子交换工艺)期间主动或有意加入玻璃组合物的。例如，当一个组分的含量小于约0.01摩尔％时，玻璃组合物可描述为基本上不含该组分。
可调节Al2O3的含量，使其作为形成玻璃的氧化物和/或控制熔融玻璃组合物的黏度。无意受限于理论，据信当玻璃组合物中碱金属氧化物(R2O)的浓度等于或大于Al2O3的浓度时，发现铝离子与作为电荷平衡者的碱金属离子形成四面体配位。这种四面体配位极大地促进了由此种玻璃组合物形成的玻璃的各种后加工(例如离子交换工艺)。二价阳离子氧化物(RO)也能不同程度地对四面体铝进行电荷平衡。尽管诸如钙、锌、锶和钡这样的元素的表现等同于两个碱金属离子，但镁离子的高场强导致镁离子不能充分平衡四面体配位的铝的电荷，结果形成五配位和六配位的铝。一般而言，Al2O3在可离子交换玻璃组合物和强化玻璃中发挥重要作用，因为它能形成强网络骨架(即高应变点)，同时允许碱金属离子较快地扩散。然而，当Al2O3浓度太高时，玻璃组合物可表现出较低的液相线黏度，因此，Al2O3浓度可控制在合理范围内。此外，如下文将要更详细讨论，已经发现过量的Al2O3会促使形成Cu2+离子而不是所需的Cu1+离子。
在一个或多个实施方式中，以摩尔百分数计，玻璃组合物中含铜氧化物的含量范围是约10至约50，约10至约49，约10至约48，约10至约47，约10至约46，约10至约45，约10至约44，约10至约43，约10至约42，约10至约41，约10至约40，约10至约39，约10至约38，约10至约37，约10至约36，约10至约35，约10至约34，约10至约33，约10至约32，约10至约31，约10至约30，约10至约29，约10至约28，约10至约27，约10至约26，约10至约25，约10至约24，约10至约23，约10至约22，约10至约21，约10至约20，约11至约50，约12至约50，约13至约50，约14至约50，约15至约50，约16至约50，约17至约50，约18至约50，约19至约50，约20至约50，约10至约30，约11至约29，约12至约28，约13至约27，约14至约26，约15至约25，约16至约24，约17至约23，约18至约22，约19至约21，以及它们之间的所有范围和子范围。在一个或多个具体的实施方式中，含铜氧化物在玻璃组合物中的含量为约20摩尔％，约25摩尔％，约30摩尔％，或者约35摩尔％。含铜氧化物可包括CuO,Cu2O和/或其组合。
玻璃组合物中的含铜氧化物形成所得玻璃中存在的Cu1+离子。铜可以包括Cu0,Cu1+和Cu2+在内的各种形式存在于玻璃组合物中和/或包含该玻璃组合物的玻璃中。Cu0或Cu1+形式的铜提供抗微生物活性。然而，形成并保持这些形态的抗微生物铜是困难的，并且在已知的玻璃组合物中，往往形成Cu2+离子而不是所需的Cu0或Cu1+离子。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物中含铜氧化物的量大于Al2O3的量。无意受限于理论，据信玻璃组合物中大致等量的含铜氧化物和Al2O3导致形成黑铜矿(CuO)而不是赤铜矿(Cu2O)。黑铜矿的存在减小了Cu1+的量而有利于Cu2+，从而导致抗微生物活性下降。此外，当含铜氧化物的量大致等于Al2O3的量时，铝优先处于四配位，玻璃组合物和所得玻璃中的铜保持为Cu2+形式，使电荷保持平衡。若含铜氧化物的量超过Al2O3的量，则据信至少一部分铜自由地保持为Cu1+形态而不是Cu2+形态，因而Cu1+离子的含量增加。
以摩尔百分数计，一个或多个实施方式的玻璃组合物中P2O5的含量范围是约0至约25，约0至约22，约0至约20，约0至约18，约0至约16，约0至约15，约0至约14，约0至约13，约0至约12，约0至约11，约0至约10，约0至约9，约0至约8，约0至约7，约0至约6，约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含约10摩尔％或约5摩尔％的P2O5，或者基本上不含P2O5。
在一个或多个实施方式中，P2O5形成玻璃中不那么耐久的相或可降解相的至少一部分。玻璃的可降解相与抗微生物活性之间的关系将在本文更详细讨论。在一个或多个实施方式中，可调节P2O5的含量，以控制玻璃组合物和/或玻璃在成形过程中的晶化。例如，当P2O5的含量限制为约5摩尔％或更少甚至10摩尔％或更少时，可使晶化最少或者控制均匀晶化。然而，在一些实施方式中，玻璃组合物和/或玻璃的晶化量或晶化均匀性可能不是所关心的，因此，玻璃组合物中使用的P2O5的量可大于10摩尔％。
在一个或多个实施方式中，可根据所需的玻璃耐损性调节玻璃组合物中P2O5的含量，尽管P2O5有在玻璃中形成不那么耐久的相或可降解相的倾向。无意受限于理论，相对于SiO2，P2O5能减小熔融黏度。在一些情况下，据信P2O5有助于压制锆石分解黏度(即锆石分解形成ZrO2的黏度)，并且在这方面可能比SiO2更有效。当通过离子交换工艺对玻璃进行化学强化时，相比于有时表征为网络形成剂的其他组分(例如SiO2和/或B2O3)，P2O5能改善扩散性，减少离子交换时间。
以摩尔百分数计，一个或多个实施方式的玻璃组合物中B2O3的含量范围是约0至约25，约0至约22，约0至约20，约0至约18，约0至约16，约0至约15，约0至约14，约0至约13，约0至约12，约0至约11，约0至约10，约0至约9，约0至约8，约0至约7，约0至约6，约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含非零含量的B2O3，它可以是例如约10摩尔％或约5摩尔％。一些实施方式的玻璃组合物可基本上不含B2O3。
在一个或多个实施方式中，在由这种玻璃组合物形成的玻璃中，B2O3形成不那么耐久的相或可降解相。玻璃的可降解相与抗微生物活性之间的关系将在本文更详细讨论。无意受限于理论，据信在玻璃组合物中引入B2O3为包含这种玻璃组合物的玻璃赋予抗损伤性，尽管B2O3有在玻璃中形成不那么耐久的相或可降解相的倾向。一个或多个实施方式的玻璃组合物包含一种或多种碱金属氧化物(R2O)(例如，Li2O,Na2O,K2O,Rb2O和/或Cs2O)。在一些实施方式中，碱金属氧化物调节这种玻璃组合物的熔融温度和/或液相线温度。在一个或多个实施方式中，可调节碱金属氧化物的含量，以提供表现出低熔融温度和/或低液相线温度的玻璃组合物。无意受限于理论，添加碱金属氧化物可增大热膨胀系数(CTE)和/或降低含有这种玻璃组合物的含铜玻璃的化学耐久性。在一些情况下，通过加入碱金属氧化物可强烈改变这些属性。
在一些实施方式中，本文所公开的含铜玻璃可通过离子交换工艺进行化学强化，其中要求存在少量碱金属氧化物(如Li2O和Na2O)来进行与较大碱金属离子(例如K+)的离子交换，例如来自含铜玻璃的较小碱金属离子与来自含这种较大碱金属离子的熔融盐浴的较大碱金属离子交换。通常可进行三种类型的离子交换。一类这样的离子交换包括Na+-换-Li+交换，它形成深的层深度但低的压缩应力。另一类这样的离子交换包括K+-换-Li+交换，它形成小的层深度但较大的压缩应力。第三类这样的离子交换包括K+-换-Na+交换，它形成中等层深度和压缩应力。玻璃组合物中可能需要足够高浓度的小碱金属氧化物，以在包含这种玻璃组合物的含铜玻璃中产生较大的压缩应力，因为压缩应力与从含铜玻璃中交换出来的碱金属离子的数量成正比。
在一个或多个实施方式中，以摩尔百分数计，玻璃组合物中K2O的含量范围是约0至约20，约0至约18，约0至约16，约0至约15，约0至约14，约0至约13，约0至约12，约0至约11，约0至约10，约0至约9，约0至约8，约0至约7，约0至约6，约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含非零含量的K2O，或者如本文所定义，玻璃组合物可基本上不含K2O。除了促进离子交换，在适用的情况下，在一个或多个实施方式中，K2O还能在由所述玻璃组合物形成的玻璃中形成不那么耐久的相或可降解相。玻璃的可降解相与抗微生物活性之间的关系将在本文更详细讨论。
在一个或多个实施方式中，以摩尔百分数计，玻璃组合物中Na2O的含量范围是约0至约20，约0至约18，约0至约16，约0至约15，约0至约14，约0至约13，约0至约12，约0至约11，约0至约10，约0至约9，约0至约8，约0至约7，约0至约6，约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物包含非零含量的Na2O，或者如本文所定义，玻璃组合物可基本上不含Na2O。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包含一种或多种二价阳离子氧化物，如碱土金属氧化物和/或ZnO。可加入这种二价阳离子氧化物来改善玻璃组合物的熔融性质。关于离子交换性能，二价阳离子的存在能起降低碱金属流动性的作用，因此，当使用较大的二价阳离子氧化物时，可能对离子交换性能有负面影响。不仅如此，较小的二价阳离子氧化物一般比较大的二价阳离子氧化物更有助于在经过离子交换的玻璃中形成压缩应力。因此，就改进应力松弛同时最大程度减小对碱金属扩散性的不利影响而言，二价阳离子氧化物如MgO和ZnO能提供优势。
在一个或多个实施方式中，以摩尔百分数计，玻璃组合物中CaO的含量范围是约0至约15，约0至约14，约0至约13，约0至约12，约0至约11，约0至约10，约0至约9，约0至约8，约0至约7，约0至约6，约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含CaO。
在一个或多个实施方式中，以摩尔百分数计，玻璃组合物中MgO的含量范围是约0至约15，约0至约14，约0至约13，约0至约12，约0至约11，约0至约10，约0至约9，约0至约8，约0至约7，约0至约6，约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含MgO。
以摩尔百分数计，一个或多个实施方式的玻璃组合物可包含的ZnO的含量范围是约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含ZnO。
以摩尔百分数计，一个或多个实施方式的玻璃组合物可包含的Fe2O3的含量范围是约0至约5，约0至约4，约0至约3，约0至约2，约0至约1，约0.1至约1，约0.2至约1，约0.3至约1，约0.4至约1，约0.5至约1，约0至约0.5，约0至约0.4，约0至约0.3，约0至约0.2，约0至约0.1，以及它们之间的所有范围和子范围。在一些实施方式中，玻璃组合物基本上不含Fe2O3。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包含一种或多种着色剂。这种着色剂的例子包括NiO,TiO2,Fe2O3,Cr2O3,Co3O4及其他已知着色剂。在一些实施方式中，所述一种或多种着色剂的含量可在最高约10摩尔％的范围内。在一些情况下，所述一种或多种着色剂的含量范围可为约0.01摩尔％至约10摩尔％，约1摩尔％至约10摩尔％，约2摩尔％至约10摩尔％，约5摩尔％至约10摩尔％，约0.01摩尔％至约8摩尔％，或者约0.01摩尔％至约5摩尔％。
在一个或多个实施方式中，玻璃组合物可包含一种或多种成核剂。示例性成核剂包括TiO2,ZrO2及其他本领域已知的成核剂。玻璃组合物可包含一种或多种不同的成核剂。玻璃组合物的成核剂含量可在约0.01摩尔％至约1摩尔％的范围内。在一些情况下，成核剂含量范围可为约0.01摩尔％至约0.9摩尔％，约0.01摩尔％至约0.8摩尔％，约0.01摩尔％至约0.7摩尔％，约0.01摩尔％至约0.6摩尔％，约0.01摩尔％至约0.5摩尔％，约0.05摩尔％至约1摩尔％，约0.1摩尔％至约1摩尔％，约0.2摩尔％至约1摩尔％，约0.3摩尔％至约1摩尔％，约0.4摩尔％至约1摩尔％，以及它们之间的所有范围和子范围。
由玻璃组合物形成的含铜玻璃可包含多个Cu1+离子。在一些实施方式中，这种Cu1+离子形成玻璃网络的一部分，可表征为玻璃改性剂。不受限于理论，在Cu1+离子形成玻璃网络的一部分的情况下，据信在典型的玻璃成形工艺中，熔融玻璃的冷却步骤发生太快，含铜氧化物(例如CuO和/或Cu2O)不能结晶。因此，Cu1+保持为无定形状态，变成玻璃网络的一部分。在一些情况下，Cu1+离子无论处于晶相还是处于玻璃基体中，其总量甚至可以更高，如最高至40摩尔％，最高至50摩尔％，或者最高至60摩尔％。
在一个或多个实施方式中，由本文所公开的玻璃组合物形成的含铜玻璃包含以Cu1+晶体形式分散于玻璃基体中的Cu1+离子。在一个或多个实施方式中，Cu1+晶体可以赤铜矿形式存在。存在于含铜玻璃中的赤铜矿可形成不同于玻璃基体或玻璃相的相。在其他实施方式中，赤铜矿可构成一种或多种玻璃相(例如本文所述的耐久相)的一部分，或者与一种或多种玻璃相结合。Cu1+晶体的平均主尺寸可为约5微米(μm)或更小，4微米(μm)或更小，3微米(μm)或更小，2微米(μm)或更小，约1.9微米(μm)或更小，约1.8微米(μm)或更小，约1.7微米(μm)或更小，约1.6微米(μm)或更小，约1.5微米(μm)或更小，约1.4微米(μm)或更小，约1.3微米(μm)或更小，约1.2微米(μm)或更小，约1.1微米(μm)或更小，约1微米(μm)或更小，约0.9微米(μm)或更小，约0.8微米(μm)或更小，约0.7微米(μm)或更小，约0.6微米(μm)或更小，约0.5微米(μm)或更小，约0.4微米(μm)或更小，约0.3微米(μm)或更小，约0.2微米(μm)或更小，约0.1微米(μm)或更小，约0.05微米(μm)或更小，以及它们之间的所有范围和子范围。如本文所用，在短语“平均主尺寸”中，“平均”一词指均值，“主尺寸”一词是通过SEM测得的粒子的最大尺寸。在一些实施方式中，赤铜矿相在含铜玻璃中的含量可为含铜玻璃的至少约10重量％，至少约15重量％，至少约20重量％，至少约25重量％，以及它们之间的所有范围和子范围。
在一些实施方式中，含铜玻璃可包含约70重量％或更多的Cu1+和约30重量％或更少的Cu2+。Cu2+离子可以黑铜矿形式存在和/或甚至存在于玻璃中(即不作为晶相)。
在一些实施方式中，以重量％计，Cu在含铜玻璃中的总量范围可为约10至约30，约15至约25，约11至约30，约12至约30，约13至约30，约14至约30，约15至约30，约16至约30，约17至约30，约18至约30，约19至约30，约20至约30，约10至约29，约10至约28，约10至约27，约10至约26，约10至约25，约10至约24，约10至约23，约10至约22，约10至约21，约10至约20，约16至约24，约17至约23，约18至约22，约19至约21，以及它们之间的所有范围和子范围。在一个或多个实施方式中，含铜玻璃中Cu1+离子与Cu的总量之比为约0.5或更大，0.55或更大，0.6或更大，0.65或更大，0.7或更大，0.75或更大，0.8或更大，0.85或更大，0.9或更大，甚至1或更大，以及它们之间的所有范围和子范围Cu的含量以及Cu1+离子与Cu总量之比可通过本领域已知的感应耦合等离子体(ICP)技术确定。
在一些实施方式中，含铜玻璃中Cu1+和/或Cu0的含量可大于Cu2+的含量。例如，基于玻璃中Cu1+,Cu2+和Cu0的总量，Cu1+和Cu0的总百分数可在以下范围内:约50％至约99.9％，约50％至约99％，约50％至约95％，约50％至约90％，约55％至约99.9％，约60％至约99.9％，约65％至约99.9％，约70％至约99.9％，约75％至约99.9％，约80％至约99.9％，约85％至约99.9％，约90％至约99.9％，约95％至约99.9％，以及它们之间的所有范围和子范围。Cu1 +,Cu2+和Cu0的相对量可利用本领域已知的X射线光致发光光谱(XPS)确定。含铜玻璃包含至少一个第一相和第二相。在一个或多个实施方式中，含铜玻璃可包含两个或更多个相，其中基于给定相中原子键抵抗与浸取液相互作用的能力，各相相互区分。具体而言，一个或多个实施方式的含铜玻璃可包含第一相和第二相，第一相可描述为可降解相，第二相可描述为耐久相。短语“第一相”和“第二相”可互换使用。短语“第二相”和“耐久相”可互换使用。如本文所用，术语“耐久”是指在与浸取液相互作用期间和之后，耐久相的原子键倾向于保持完好。如本文所用，术语“可降解”是指在与一种或多种浸取液相互作用期间和之后，可降解相的原子键倾向于断裂。耐久和可降解是相对用语，意为并不存在明显的降解速率，在该速率之上相是耐久的，在该速率之下相是可降解的，而是说耐久相比可降解相更耐久。
在一个或多个实施方式中，耐久相包含SiO2，可降解相包含B2O3,P2O5和R2O(其中R可包含K,Na,Li,Rb和Cs中的任何一种或多种)中的至少一种。不受限于理论，据信可降解相(即B2O3,P2O5和/或R2O)的组分更容易与浸取液相互作用，这些组分彼此之间的建以及与含铜玻璃中其他组分之间的键在与浸取液相互作用期间和之后更容易断裂。浸取液可包括水、酸或其他类似材料。在一个或多个实施方式中，可降解相在1个星期或更长、1个月或更长、3个月或更长甚至6个月或更长的时间抗降解。在一些实施方式中，长寿命可表征为在特定长度的时间内保持抗微生物效能。
在一个或多个实施方式中，耐久相的重量含量大于可降解相的重量含量。在一些情况下，可降解相形成岛，而耐久相形成包围岛的海洋(即耐久相)。在一个或多个实施方式中，耐久相和可降解相之一或二者可包含赤铜矿。这种实施方式中的赤铜矿可分散于相应的相中，或者分散于两个相中。
在一些实施方式中，在没有对含铜玻璃进行任何附加热处理的情况下发生相分离。在一些实施方式中，相分离可发生在熔化过程中，当玻璃组合物在高达并包括约1600℃或1650℃的温度下熔化时存在相分离。玻璃冷却时，相分离被保持。
含铜玻璃可以片材形式提供，或者可具有另一种形状，如粒状(可以是空心或实心)、纤维状等。在一个或多个实施方式中，含铜玻璃包含表面以及从该表面延伸到含铜玻璃中约5纳米(nm)或更小的深度的表面部分。该表面部分可包含多个铜离子，其中所述多个铜离子的至少75％包括Cu1+离子。例如，在一些情况下，表面部分中所述多个铜离子的至少约80％、至少约85％、至少约90％、至少约95％、至少约98％、至少约99％或至少约99.9％包括Cu1+离子。在一些实施方式中，表面部分中所述多个铜离子的25％或更少(例如20％或更少、15％或更少、12％或更少、10％或更少或者8％或更少)包括Cu2+离子。例如，在一些情况下，表面部分中所述多个铜离子的20％或更少、15％或更少、10％或更少、5％或更少、2％或更少、1％或更少、0.5％或更少或者0.01％或更少)包括Cu2+离子。在一些实施方式中，控制含铜玻璃中Cu1+离子的表面浓度。在一些情况下，可在含铜玻璃表面上提供约4ppm或更高的Cu1+离子浓度。
一个或多个实施方式的含铜玻璃可在EPA测试中对金黄色葡萄球菌、产气肠杆菌、绿脓杆菌、抗甲氧西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌中的至少一种的浓度表现出2或更大的对数减少值(例如2.5,3,3.5,4,4.5,5,5.5,6,6.5以及它们之间的所有范围和子范围)。在一些情况下，含铜玻璃在EPA测试中对金黄色葡萄球菌、产气肠杆菌、绿脓杆菌、抗甲氧西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌中的至少一种的浓度表现出至少4,5甚至6的对数减少值。
根据一个或多个实施方式的本文所述玻璃在JIS Z 2801(2000)测试条件下对金黄色葡萄球菌、产气肠杆菌、绿脓杆菌、抗甲氧西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌中的至少一种的浓度表现出4或更大的对数减少值(例如5或更大的对数减少值)。本文所述玻璃的一个或多个实施方式在用于细菌的改进型JIS Z 2801测试中对金黄色葡萄球菌、产气肠杆菌、绿脓杆菌、抗甲氧西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌中的至少一种的浓度也表现出4或更大的对数减少值(例如5或更大的对数减少值)。如本文所用，用于细菌的改进型JIS Z 2801测试包括在标准JIS Z 2801测试中利用改进的条件评价细菌，所述改进的条件包括在约38％至约42％的湿度下，将玻璃或制品加热到约23℃至约37℃的温度，并加热约6小时。
在本文所述的一个或多个实施方式中，含铜玻璃在用于病毒的改进型JIS Z 2801测试中表现出2或更大的对数减少值，3或更大的对数减少值，4或更大的对数减少值，5或更大的对数减少值。用于病毒的改进型JIS Z 2801测试包括以下程序。对于每种待测材料(例如一个或多个实施方式的制品或玻璃，对照材料，以及任何对比玻璃或制品)，三个材料样品(分别装在无菌培养皿中)各自接种测试病毒(其中测定了抗微生物活性)或测试介质的20μL等分试样，所述测试介质包含含有5％胎牛血清的有机土担体，该血清含或不含测试病毒(其中测定了细胞毒性)。然后用膜覆盖接种体，将膜向下压，使测试病毒和/或测试介质在膜上铺展开，但不越出膜的边缘。当每个样品都接种后开始计接触时间。将接种样品转移到控制室中保持2小时，控制室设定为室温(约20℃)，相对湿度为42％。下面结合对照样品讨论接触时间。在2小时接触时间之后，用无菌镊子将膜掀起，用移液管分别将2.00mL测试病毒和/或测试介质等分试样移至每个材料样品，用膜的底面(或者膜接触样品的一面)覆盖每个样品。用无菌塑料细胞刮匙分别刮每个样品的表面，收集测试病毒或测试介质。收集测试病毒和/或测试介质(10-2稀释液)，用涡流型混合器混合，制备系列10倍稀释液。然后分析稀释液的抗微生物活性和/或细胞毒性。
为了制备在用于病毒的改进型JIS Z 2801测试中测试抗微生物活性的对照样品(也称作“零时间病毒对照样”)，三个对照样品(分别装在无菌培养皿中)各接种20μL测试病毒等分试样。接种后，立即用移液管将2.00mL测试病毒等分试样移至每个对照样品。用无菌塑料细胞刮匙分别刮每个样品的表面，收集测试病毒。收集测试病毒(10-2稀释液)，用涡流型混合器混合，制备系列10倍稀释液。分析稀释液的抗微生物活性。
为了制备在用于病毒的改进型JIS Z 2801测试中测试细胞毒性的对照样品(也称作“2小时对照病毒”)，用20μL测试介质等分试样接种一个对照样品(装在单个无菌培养皿中)，该测试介质含有无测试病毒的有机土担体(5％胎牛血清)。然后用膜覆盖接种体，将膜向下压，使测试介质在膜上铺展开，但不越出膜的边缘。当每个对照样品都接种后开始计接触时间。将对照样品转移到控制室中持续2小时的接触时间，控制室设定为室温(20℃)，相对湿度为42％。在该接触时间之后，用无菌镊子将膜掀起，用移液管将2.00mL测试介质等分试样分别移至每个对照样品上和膜的底面(接触样品的一面)。用无菌塑料细胞刮匙分别刮每个样品的表面，收集测试介质。收集测试介质(10-2稀释液)，用涡流型混合器混合，制备系列10倍稀释液。分析稀释液的细胞毒性。
一个或多个实施方式的含铜玻璃可在长时间内表现出本文所述的对数减少值。换句话说，含铜玻璃可表现出延长的或更长时间的抗微生物效能。例如，在一些实施方式中，在含铜玻璃形成之后或者在含铜玻璃与载体(例如聚合物、单体、粘结剂、溶剂等)结合之后长达1个月、长达3个月、长达6个月或者长达12个月的时间里，含铜玻璃在EPA测试、JIS Z2801(2000)测试条件、用于细菌的改进型JIS Z 2801测试和/或用于病毒的改进型JIS Z2801测试中可表现出本文所述的对数减少值。这些时间周期可在含铜玻璃形成或与载体结合之时或之后开始。
在一个或多个实施方式中，当与本文所述的载体结合时，含铜玻璃可表现出防腐功能。在这样的实施方式中，含铜玻璃可杀灭或消灭载体中的各种污物，或者抑制它们生长。污物包括真菌、细菌、病毒及其组合。
在一个或多个实施方式中，本文所述的含铜玻璃和/或材料在暴露于或接触浸取液时析出铜离子。在一个或多个实施方式中，含铜玻璃在暴露于含水浸取液时仅析出铜离子。
在一个或多个实施方式中，本文所述的含铜玻璃和/或制品可具有可调的抗微生物活性释放特性。玻璃和/或材料的抗微生物活性可由含铜玻璃与浸取液(如水)之间的接触引起，其中浸取液导致Cu1+离子从含铜玻璃中释放出来。该作用可描述为水的溶解性，水的溶解性可进行调节，以控制Cu1+离子的释放。
在一些实施方式中，在Cu1+离子位于玻璃网络和/或与玻璃网络中的原子形成原子键的情况下，水或者湿气打开这些键，Cu1+离子可供释放，并且可暴露在玻璃或玻璃陶瓷表面上。
在一个或多个实施方式中，含铜玻璃可在低成本熔融槽中形成，这种低成本熔融槽常用于熔融玻璃组合物，如钠钙硅酸盐。含铜玻璃用本领域已知的成形工艺形成为片材。例如，示例性成形方法包括浮法玻璃工艺和下拉工艺，如何熔合下拉和狭缝下拉。
成形之后，可将含铜粒子形成到片材中，可对片材进行塑形、抛光或其他加工，以用于所需的终端用途。在一些情况下，含铜玻璃可研磨成粉末或粒子形式。在其他实施方式中，粒状含铜玻璃可与其他材料或载体结合成用于各种终端用途的制品。含铜玻璃与这种其他材料或载体的结合可能适合注塑、挤出或涂覆，或者可拉成纤维。
在一个或多个实施方式中，含铜粒子可包括氧化亚铜。粒子中氧化亚铜的含量可高达100％。换句话说，氧化亚铜粒子可排除玻璃或玻璃网络。
在一个或多个实施方式中，含铜粒子所具有的直径可在以下范围内：约0.1微米(μm)至约10微米(μm)，约0.1微米(μm)至约9微米(μm)，约0.1微米(μm)至约8微米(μm)，约0.1微米(μm)至约7微米(μm)，约0.1微米(μm)至约6微米(μm)，约0.5微米(μm)至约10微米(μm)，约0.75微米(μm)至约10微米(μm)，约1微米(μm)至约10微米(μm)，约2微米(μm)至约10微米(μm)，约3微米(μm)至约10微米(μm)，约3微米(μm)至约6微米(μm)，约3.5微米(μm)至约5.5微米(μm)，约4微米(μm)至约5微米(μm)，以及它们之间的所有范围和子范围。如本文所用，术语“直径”是指粒子的最长尺寸。粒状含铜玻璃可基本上为球形，或者可具有不规则形状。粒子可提供在溶剂中，然后可分散于载体中，如本文另外所述。
在一个或多个实施方式中，含铜粒子的含量为约100g/加仑载体或更少，约75g/加仑载体或更少，或者约50g/加仑载体或更少。
在一些情况下，含铜粒子的含量在以下范围内：约1g/加仑至约75g/加仑，约2g/加仑至约75g/加仑，约4g/加仑至约75g/加仑，约4g/加仑至约75g/加仑，约5g/加仑至约75g/加仑，约6g/加仑至约75g/加仑，约7g/加仑至约75g/加仑，约8g/加仑至约75g/加仑，约9g/加仑至约75g/加仑，约10g/加仑至约75g/加仑，约15g/加仑至约75g/加仑，约20g/加仑至约75g/加仑，约30g/加仑至约75g/加仑，约10g/加仑至约60g/加仑，约10g/加仑至约50g/加仑，约10g/加仑至约40g/加仑，约10g/加仑至约30g/加仑，约10g/加仑至约20g/加仑，约20g/加仑至约50g/加仑，约20g/加仑至约40g/加仑，约20g/加仑至约30g/加仑，约30g/加仑至约50g/加仑，约35g/加仑至约50g/加仑，约40g/加仑至约50g/加仑(全部相对于载体的加仑数)。
在一些情况下，含铜粒子的含量在以下范围内：约1g/加仑至约50g/加仑，约2g/加仑至约50g/加仑，约3g/加仑至约50g/加仑，约4g/加仑至约50g/加仑，约5g/加仑至约50g/加仑，约6g/加仑至约50g/加仑，约7g/加仑至约50g/加仑，约8g/加仑至约50g/加仑，约9g/加仑至约50g/加仑，约10g/加仑至约50g/加仑，约15g/加仑至约50g/加仑，约20g/加仑至约50g/加仑，约30g/加仑至约50g/加仑，约1g/加仑至约40g/加仑，约1g/加仑至约30g/加仑，约1g/加仑至约30g/加仑，约1g/加仑至约20g/加仑，约1g/加仑至约10g/加仑，约2g/加仑至约50g/加仑，约4g/加仑至约50g/加仑，约4g/加仑至约40g/加仑，约4g/加仑至约30g/加仑，约4g/加仑至约20g/加仑，约4g/加仑至约10g/加仑(全部相对于载体的加仑数)。
在一个或多个实施方式中，载体可包括本文所述的聚合物、单体、粘结剂、溶剂或其组合。在具体的实施方式中，载体是用于施涂表面(可包括内表面或外表面)的漆。
本文所述的实施方式中所用的聚合物可包括热塑性聚合物、聚烯烃、固化的聚合物、紫外或UV固化的聚合物、聚合物乳液、基于溶剂的聚合物及其组合。合适的聚合物的例子包括但不限于：热塑性塑料，包括聚苯乙烯(PS)、高抗冲PS、聚碳酸酯(PC)、尼龙[有时称作聚酰胺(PA)]、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、PC-ABS掺混物、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和PBT共聚物、对苯二甲酸乙二酯(PET)和PET共聚物；聚烯烃(PO)，包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、环状聚烯烃(环PO)；改性聚苯醚(mPPO)；聚氯乙烯(PVC)；丙烯酸系聚合物，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；热塑性弹性体(TPE)；热塑性氨基甲酸酯(TPU)；聚醚酰亚胺(PEI)；以及这些聚合物彼此的掺混物。合适的可注塑热固性聚合物包括环氧树脂、丙烯酸系树脂、苯乙烯系树脂、酚树脂、密胺树脂、氨基甲酸酯树脂、聚酯树脂和有机硅树脂。在其他实施方式中，聚合物可溶解于溶剂或作为单另的相分散于溶剂，形成聚合物乳液，如乳胶(它是合成橡胶或天然橡胶的水乳液，或者通过聚合获得的塑料，特别用于涂料(如漆)和黏合剂。聚合物可包括氟化硅烷或其他低摩擦或抗摩擦材料。聚合物可含有抗冲改性剂、阻燃剂、UV抑制剂、抗静电剂、脱模剂、填料[包括玻璃、金属或碳的纤维或粒子(包括球)]、滑石、黏土或云母和着色剂。单体的具体例子包括可催化剂固化的单体、可热固化单体、可辐射固化单体及其组合。
在一个或多个实施方式中，材料包括季铵盐，它在材料中的含量可为约5重量％或更少。在一些实施方式中，季铵盐在材料中的含量为约4.5重量％或更少，约4重量％或更少，约3.5重量％或更少，约3重量％或更少，约2.5重量％或更少，约2重量％或更少，约1.5重量％或更少，约1重量％或更少，约0.9重量％或更少，约0.8重量％或更少，约0.7重量％或更少，约0.6重量％或更少，约0.5重量％或更少，约0.4重量％或更少，约0.3重量％或更少，约0.2重量％或更少，或者约0.1重量％或更少。季铵盐的最小含量可为约0.01重量％。
为了改善加工性能、机械性能以及本文所述载体与铜玻璃粒子(包括可使用的任何填料和/或添加剂)之间的相互作用，可在本文所述的制品中加入加工试剂/助剂。示例性加工试剂/助剂可包括固体或液体材料。加工试剂/助剂可提供多种挤出益处，并且可包括基于有机硅的油、蜡和自由流动氟聚合物。在其他实施方式中，加工试剂/助剂可包括增容剂/偶联剂，例如有机硅化合物如有机硅烷/硅氧烷，它们通常用于加工聚合物复合物，以改善机械性能和热性能。合适的增容剂/偶联剂可用来对玻璃进行表面改性，可包括(3-丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷；N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷；3-氨基丙基三乙氧基硅烷；3-氨基丙基三甲氧基硅烷；(3-环氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷；3-巯基-丙基三甲氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；以及乙烯基三甲氧基硅烷。
在一些实施方式中，本文所述的材料可包括填料，所述填料包括颜料，它们通常是基于金属的无机物，也可为颜色及其他目的而添加，例如铝颜料、铜颜料、钴颜料、锰颜料、铁颜料、钛颜料、锡颜料、黏土颜料(天然形成的铁氧化物)、碳颜料、锑颜料、钡颜料和锌颜料。
本文所述的含铜玻璃与载体组合之后，如本文所述，该组合或所得材料可形成为所需制品，或者施加到表面。在材料包括漆的情况下，漆可施涂至表面形成层。可利用本文所述的材料形成的这种制品的例子包括电子设备(例如移动电话、智能电话、平板电脑、视频播放机、信息终端设备、膝上型计算机等)外壳、建筑结构(例如工作台面或墙)、家用器具(例如炉灶面、电冰箱和洗碗机门等)、信息显示设备(例如白板)和汽车部件(例如仪表板、挡风玻璃、窗组件等)。
本文所述材料可包含颜料以提供颜色。因此，由这种材料制成的涂层或层可显示出广泛的颜色，具体取决于载体颜色、载体的混合物以及粒子加载量。不仅如此，本文所述的材料和/或涂层对根据ASTM D4541测量的漆粘附力没有不利影响。在一些情况下，材料或涂层对下面基材的粘附力大于基材的内聚强度。换句话说，在测试中，涂层与基材之间的粘附力很强，在将涂层与下面基材表面分离之前，基材先遭到破坏。例如，在基材包括木材的情况下，根据ASTM D4541测量，涂层或层与基材之间的粘附力可为约300psi或更大，约400psi或更大，约500psi或更大，约600psi或更大，包括它们之间的所有范围和子范围。在一些情况下，当施涂到基材上形成涂层或层时，根据ASTM D4400测量，材料显示出的抗下垂指数值为约3或更大，约5或更大，约7或更大，约8或更大，约9或更大，约10或更大，约11或更大，约12或更大，约13或更大，约14或更大，甚至约15或更大。
材料和/或涂层在家庭和商业应用中可表现出足够的耐久性。具体而言，当施涂到基材上形成涂层或层时，根据ASTM D4213测量，材料表现出的耐擦洗性为约4或更大，5或更大，6或更大，7或更大，包括它们之间的所有范围和子范围。
在一个或多个实施方式中，材料和/或涂层可耐潮。例如，材料和/或涂层暴露于相对湿度高达约95％的环境24小时后，材料和/或涂层的抗微生物活性没有变化。
材料的一个或多个实施方式可包括含铜玻璃和载体，含铜玻璃的加载水平使材料对污物的存在或生长表现出抗性或防范性。污物包括真菌、细菌、病毒及其组合。在一些情况下，污物在材料(如漆、清漆等)中的存在或生长可能导致材料发生颜色变化，可能削弱材料的整体性，对材料的各种性能造成负面影响。通过在载体中加入最少加载量的含铜玻璃(例如约5重量％或更少，约4重量％或更少，约3重量％或更少，约2重量％或更少，或者约1重量％或更少)，污物可被消除或减少。在一些情况下，当污染被消除或减少时，载体制剂不需要包含某些组分。与不含含铜玻璃的已知材料中先前可能的情形相比，本文所述的材料的一个或多个实施方式中使用的载体制剂具有更大的灵活性和变化形式。
实施例
下面将结合实施例进一步说明各种实施方式。
实施例1-3
实施例1A-1G、实施例2A-2G和实施例3A-3G包括三种不同的白漆(即漆1、漆2和漆3)，如表1所示。漆1是百色熊工艺公司(Behr Process Corporation)以商品名百色熊Premium
Figure BDA0001746082580000221
供应的白漆，面漆-底漆合一，室内半光泽珐琅，超纯白3050；漆2是帕索诺漆公司(Passonno Paints)以商品名乙烯基技术(Vinyl-Tech)供应的白漆，室内无光乳胶，SP-1342；漆3是PPG漆公司以商品名PPG奥林匹克一漆(Olympic One Paint)供应的白漆，室内半光泽珐琅，底漆1。
比较例1A、1B和1C不含任何铜玻璃粒子或季铵盐。比较例1B、2B和3B仅包含相同量的季铵盐(不含铜玻璃粒子)。实施例1C-1G、2C-2G和3C-3G包含与实施例1B、2B和3B相同量的季铵盐，并且还包含各种量的铜玻璃粒子，如图1所示。铜玻璃粒子具有以下组成：45摩尔％SiO2,35摩尔％CuO,7.5摩尔％K2O,7.5摩尔％B2O3和5摩尔％P2O5。
表1：实施例1A-1G、2A-2G和3A-3G
实施例 漆 Cu玻璃粒子 季铵盐 L* a* b* C*
比较例1A 漆1 无 无 97.00 -0.47 0.51 0.69
比较例1B 漆1 无 0.5％ 97.75 -0.15 0.84 0.85
实施例1C 漆1 1g/加仑 0.5％ 97.34 -0.27 1.29 1.32
实施例1D 漆1 4g/加仑 0.5％ 96.58 -0.24 1.69 1.71
实施例1E 漆1 10g/加仑 0.5％ 95.90 -0.50 2.32 2.37
实施例1F 漆1 20g/加仑 0.5％ 94.59 -0.39 2.98 3.01
实施例1G 漆1 50g/加仑 0.5％ 92.14 0.18 4.68 4.68
比较例2A 漆2 无 无 96.03 -0.10 1.94 1.94
比较例2B 漆2 无 0.5％ 96.07 -0.10 2.20 2.20
实施例2C 漆2 1g/加仑 0.5％ 95.80 -0.17 2.10 2.11
实施例2D 漆2 4g/加仑 0.5％ 95.52 -0.42 2.31 2.35
实施例2E 漆2 10g/加仑 0.5％ 94.33 -0.53 3.01 3.06
实施例2F 漆2 20g/加仑 0.5％ 93.53 -0.58 3.75 3.79
实施例2G 漆2 50g/加仑 0.5％ 90.88 0.41 6.62 6.63
比较例3A 漆3 无 无 96.18 -0.56 0.19 0.59
比较例3B 漆3 无 0.5％ 97.72 -0.25 1.21 1.24
实施例3C 漆3 1g/加仑 0.5％ 97.00 -0.22 1.93 1.94
实施例3D 漆3 4g/加仑 0.5％ 96.06 -0.20 2.70 2.71
实施例3E 漆3 10g/加仑 0.5％ 95.09 0.07 4.03 4.03
实施例3F 漆3 20g/加仑 0.5％ 93.99 0.44 4.56 4.58
实施例3G 漆3 50g/加仑 0.5％ 91.90 1.79 6.51 6.75
混合所得的漆，并立即施涂到塑料基材上，干燥24小时。测量L*,a*和b*值并计算C*值，如表1所示。如表1所示，添加铜玻璃粒子没有明显改变所感知的漆的颜色。
然后在EPA测试中测试实施例1B-1G,2B-2G和3B-3G对金黄色葡萄球菌的抗微生物效能。比较例1B,2B和3B(分别)包含漆1,2或3和0.5％的季铵盐，但不含含铜玻璃粒子。如图1所示，仅包含季铵盐(不含铜玻璃粒子)的比较例1B,2B和3B对金黄色葡萄球菌没有表现出对数减少值3。还如图1所示，即使添加少量的铜玻璃粒子也显著增加抗微生物效能。具体而言，实施例1E-1G,2G和3C-3G在EPA测试中各自表现出大于3的对数减少值。因此，就“健康福利”而言，这些实施例对金黄色葡萄球菌表现出必备的对数减少值，同时还呈现白色或无色。
本公开的方面(1)涉及一种材料，其包含：载体；含铜粒子；以及季铵盐，其中所述载体在CIE L*a*b*体系中表现出约91至约100范围内的L*值，小于约7的C*值，其中C*值等于√(a*2+b*2)；其中在EPA的“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”的测试条件下，所述材料对金黄色葡萄球菌浓度表现出大于3的对数减少值。
本公开的方面(2)涉及方面(1)的材料，其中含铜粒子包含含铜玻璃。
本公开的方面(3)涉及方面(1)或方面(2)的材料，其中含铜粒子包含氧化亚铜。
本公开的方面(4)涉及方面(1)至方面(3)中任意一项的材料，其中含铜粒子以等于或小于约50g/加仑载体的量存在。
本公开的方面(5)涉及方面(1)至方面(4)中任意一项的材料，其中季铵盐以等于或小于约1％的量存在。
本公开的方面(6)涉及方面(1)至方面(5)中任意一项的材料，其中载体包含聚合物、单体、粘结剂或溶剂。
本公开的方面(7)涉及方面(1)至方面(6)中任意一项的材料，其中载体包含漆。
本公开的方面(8)涉及方面(2)至方面(7)中任意一项的材料，其中含铜玻璃包含含有多个Cu1+离子的赤铜矿相，并包含B2O3,P2O5和R2O中的至少一种。
本公开的方面(9)涉及方面(1)至方面(8)中任意一项的材料，其中含铜玻璃包含玻璃相，该玻璃相包含超过40摩尔％的SiO2。
本公开的方面(10)涉及方面(9)的材料，其中玻璃相按重量计以大于赤铜矿相的量存在。
本公开的方面(11)涉及方面(9)或方面(10)的材料，其中赤铜矿相分散于玻璃相中。
本公开的方面(12)涉及方面(9)至方面(11)的材料，其中赤铜矿相和/或玻璃相包含Cu1+。
本公开的方面(13)涉及方面(8)至方面(12)中任意一项的材料，其中赤铜矿相包含晶体，所述晶体具有等于或小于约5微米(μm)的平均主尺寸。
本公开的方面(14)涉及方面(8)至方面(13)中任意一项的材料，其中赤铜矿相可降解，并且在水存在下析出。
本公开的方面(15)涉及方面(2)至方面(14)中任意一项的材料，其中含铜玻璃包含具有小于约5纳米(nm)深度的表面部分，所述表面部分包含多个铜离子，其中所述多个铜离子的至少75％是Cu1+。
本公开的方面(16)涉及方面(15)的材料，其中所述多个铜离子的少于约25％是Cu2+。
本公开的方面(17)涉及方面(2)至方面(16)中任意一项的材料，其中含铜玻璃的赤铜矿相占该玻璃的至少约10重量％。
本公开的方面(18)涉及一种无色材料，其包含：载体；含铜玻璃粒子；以及季铵盐，其中该材料被施加到表面上形成层并干燥10分钟或更长的时间后，该层在CIE L*a*b*体系中表现出约91至约100范围内的L*值，小于约7的C*值，其中C*值等于√(a*2+b*2)；其中在EPA的“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”的测试条件下，所述材料对金黄色葡萄球菌浓度表现出大于3的对数减少值。
本公开的方面(19)涉及方面(18)的材料，其中含铜玻璃粒子以等于或小于约50g/加仑载体的量存在。
本公开的方面(20)涉及方面(18)或方面(19)的材料，其中季铵盐以等于或小于约1％的量存在。
本公开的方面(21)涉及方面(18)至方面(20)中任意一项的材料，其中载体包含聚合物、单体、粘结剂或溶剂。
本公开的方面(22)涉及方面(18)至方面(21)中任意一项的材料，其中载体包含漆。
本公开的方面(23)涉及方面(18)至方面(22)中任意一项的材料，其中含铜玻璃包含含有多个Cu1+离子的赤铜矿相，并包含B2O3,P2O5和R2O中的至少一种。
本公开的方面(24)涉及方面(23)的材料，其中含铜玻璃还包含玻璃相，该玻璃相包含超过40摩尔％的SiO2。
本公开的方面(25)涉及方面(24)的材料，其中玻璃相按重量计以大于赤铜矿相的量存在。
本公开的方面(26)涉及方面(24)至方面(25)中任意一项的材料，其中赤铜矿相分散于玻璃相中。
本公开的方面(27)涉及方面(24)至方面(26)任意一项的材料，其中赤铜矿相和/或玻璃相包含Cu1+。
本公开的方面(28)涉及方面(23)至方面(27)中任意一项的材料，其中赤铜矿相包含晶体，所述晶体具有等于或小于约5微米(μm)的平均主尺寸。
本公开的方面(29)涉及方面(23)至方面(28)中任意一项的材料，其中赤铜矿相可降解，并且在水存在下析出。
本公开的方面(30)涉及方面(18)至方面(29)中任意一项的材料，其中至少一个含铜玻璃包含具有小于约5纳米(nm)深度的表面部分，所述表面部分包含多个铜离子，其中所述多个铜离子的至少75％是Cu1+。
本公开的方面(31)涉及方面(30)的材料，其中所述多个铜离子的少于约25％是Cu2+。
本公开的方面(32)涉及方面(18)至方面(31)中任意一项的材料，其中赤铜矿相占该玻璃的至少约10重量％。
对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神或范围的情况下，可以做出各种改进和变化。

Claims (24)

1.一种材料，包含：
载体；
含铜粒子；以及
季铵盐，
其中所述材料在CIE L*a*b*体系中表现出91至100范围内的L*值，小于7的C*值，其中C*值等于
Figure FDA0003428343640000011
以及
其中在EPA的“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”的测试条件下，所述材料对金黄色葡萄球菌浓度表现出大于3的对数减少值，
其中含铜粒子包含氧化亚铜。
2.根据权利要求1的材料，其中含铜粒子以等于或小于50g/加仑载体的量存在。
3.根据权利要求1的材料，其中季铵盐以等于或小于5重量％的量存在。
4.根据权利要求1-3中任意一项的材料，其中载体包含聚合物。
5.根据权利要求1-3中任意一项的材料，其中载体包含单体。
6.根据权利要求1-3中任意一项的材料，其中载体包含粘结剂。
7.根据权利要求1-3中任意一项的材料，其中载体包含溶剂。
8.一种材料，包含：
载体；
含铜玻璃粒子；以及
季铵盐，
其中该材料被施加到表面上形成层并干燥10分钟或更长的时间后，该层在CIE L*a*b*体系中表现出91至100范围内的L*值，小于7的C*值，其中C*值等于
Figure FDA0003428343640000021
以及
其中在EPA的“铜合金作为消毒剂的效能测试方法”的测试条件下，所述材料对金黄色葡萄球菌浓度表现出大于3的对数减少值。
9.根据权利要求8的材料，其中含铜玻璃粒子以等于或小于50g/加仑载体的量存在。
10.根据权利要求8的材料，其中季铵盐以等于或小于5重量％的量存在。
11.根据权利要求8-10中任意一项的材料，其中载体包含聚合物。
12.根据权利要求8-10中任意一项的材料，其中载体包含单体。
13.根据权利要求8-10中任意一项的材料，其中载体包含粘结剂。
14.根据权利要求8-10中任意一项的材料，其中载体包含溶剂。
15.根据权利要求8-10中任意一项的材料，其中含铜玻璃粒子包含含有多个Cu1+离子的赤铜矿相，并包含B2O3,P2O5和R2O中的至少一种。
16.根据权利要求15的材料，其中含铜玻璃粒子还包含玻璃相，该玻璃相包含超过40摩尔％的SiO2。
17.根据权利要求16的材料，其中玻璃相按重量计以大于赤铜矿相的量存在。
18.根据权利要求16的材料，其中赤铜矿相分散于玻璃相中。
19.根据权利要求16的材料，其中赤铜矿相和/或玻璃相包含Cu1+。
20.根据权利要求15的材料，其中赤铜矿相包含晶体，所述晶体具有等于或小于5微米(μm)的平均主尺寸。
21.根据权利要求15的材料，其中赤铜矿相可降解，并且在水存在下析出。
22.根据权利要求15的材料，其中至少一个含铜玻璃粒子包含具有小于5纳米(nm)深度的表面部分，所述表面部分包含多个铜离子，其中所述多个铜离子的至少75％是Cu1+。
23.根据权利要求22的材料，其中所述多个铜离子的少于25％是Cu2+。
24.根据权利要求15的材料，其中赤铜矿相占该玻璃的至少10重量％。
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