CN117683429A - 抗菌防雾涂料组成物、其制造方法及含其的透明片材及产品 - Google Patents
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Abstract
本案是关于一种抗菌防雾涂料组成物、其制造方法及含其的透明片材及产品，其通过对双离子高分子及乳化剂进行聚合步骤制得。通过涂布抗菌防雾涂料组成物而形成涂布层，基材获得抗菌性及防雾性，而不失去透明度。其次，此涂布层的抗菌性及防雾性不会随时间改变，且可水洗，从而可应用于运动用品(如：蛙镜)及/或抛弃式的医疗用品(如：防护面罩)上。
Description
技术领域
本发明是有关于一种涂料组成物，特别是一种抗菌防雾涂料组成物、其制造方法及含其的透明片材及产品。
背景技术
透明片材常应用于运动用品(如：蛙镜)及/或抛弃式的医疗用品(如：防护罩)上，以在不影响视野的前提下，保护眼睛及/或口鼻免于异物及/或病菌的侵入。然而，如果环境较潮湿及/或温差较大，透明片材容易起雾，从而降低透明片材的透光度。其次，透明片材上如沾附病菌，反而容易成为病菌接触传染的途径，从而失去保护的效益。
现有使透明片材具有抗菌性的方法是利用银离子，然而银离子有遇水失效的问题。现有防止雾气产生的方法是使用防雾剂，以避免及/或推迟水气于透明片材的表面上凝结成水珠。许多防雾剂具有亲水端及疏水端，属于乳化剂，其中亲水端可以降低水的表面张力，使水气凝结后形成水膜，而不形成水珠，且疏水端可使水膜流动。然而，乳化剂可溶于水，因此水膜流动时，也会带走防雾剂，故防雾剂的时效性及使用频率有限。
有鉴于此，亟需一种可长期放置且耐水洗，又具有抗菌性及防雾性的涂料组成物，以解决上述问题。
发明内容
因此，本发明的一态样是提供一种抗菌防雾涂料组成物的制造方法，包含对双离子高分子与乳化剂进行聚合步骤。上述方法制得的抗菌防雾涂料组成物涂布于基材后，形成的透明片材具有抗菌性及防雾性，其中抗菌性及防雾性不随时间变化，且可水洗。
本发明的又一态样是提供一种抗菌防雾涂料组成物，其由上述制造方法制得。
本发明的再一态样是提供一种抗菌防雾的透明片材，包含基材及利用上述抗菌防雾涂料组成物形成的涂布层。
本发明的又一态样是提供一种抗菌防雾产品，包含上述透明片材。
根据本发明的上述态样，提出一种抗菌防雾涂料组成物的制造方法。首先，提供起始材料，其中起始材料包含双离子高分子溶液、乳化剂、热聚合起始剂及平衡量的水。然后，于55℃至65℃对起始材料进行聚合步骤，从而获得抗菌防雾涂料组成物。
双离子高分子溶液包含双离子高分子及助溶剂，其中双离子高分子包含阳离子基，其中阳离子基具有至少一双键。助溶剂是选自于由生理食盐水饱和液、甲醇、乙醇及上述所组成的族群。基于起始材料的用量为100重量％，双离子高分子的含量为1重量％至5重量％，且助溶剂于起始材料的含量为10重量％至15重量％。乳化剂包含至少一双键，其中基于起始材料的用量为100重量％，乳化剂的用量为5重量％至15重量％。基于起始材料的用量为100重量％，热聚合起始剂的用量为0.1重量％至0.3重量％。
在本发明的一些实施例中，双离子高分子包含式(1)所述的AUmBUn的嵌段共聚物、无规共聚物或交替共聚物，
AU表示式(1)中-CR1R2-所示的具有取代基的二价亚甲基，BU表示式(1)中-CR4HCH2CR5H-所示的具有取代基的二价伸丙基，m表示5至120的整数，n表示5至120的整数，R1表示碳数3至18的直链状、支链状或环状烷基、酯基[即-COORx，其中Rx表示碳数3至18的直链状、支链状或环状烷基、芳香基或碳数5至12的杂芳基(heteroaryl)]、芳香基或碳数5至12的杂芳基，R2为氢原子或甲基，R4为羧基，且R5为阳离子基。
在本发明的一些实施例中，阳离子基为N,N-二甲基铵基伸乙基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-ethylene-1-amino-vinyl)、N,N-二甲基铵基伸丙基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-propylene-1-amino-vinyl)、N,N-二甲基铵基伸丁基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-butylene-1-amino-vinyl)或N,N-二甲基铵基伸戊基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-pentylene-1-amino-vinyl)。
在本发明的一些实施例中，乳化剂包含油脂化学衍生物及/或支链化聚氧乙烯壬基苯基醚。
在一些实施例中，热聚合起始剂包含2,2'-偶氮二异丁腈、2,2'-偶氮双-2-甲基丁腈、2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸)二甲酯及/或4,4'-偶氮双-4-氰基戊酸。
根据本发明的又一态样，提供一种抗菌防雾涂料组成物，其是由上述制造方法制得。
根据本发明的再一态样，提供一种抗菌防雾的透明片材，包含基材及涂布层，其中涂布层设置于基材的表面上，且涂布层利用上述抗菌防雾涂料组成物所形成。
在本发明的一些实施例中，涂布层为涂布抗菌防雾涂料组成物于基材所形成，其中透明片材置于45℃至55℃的热水上30秒至90秒后不起雾。
在本发明的一些实施例中，涂布层为涂布抗菌防雾涂料组成物于基材所形成，其中透明片材的表面的细菌降低至少80％。
根据本发明的又一态样，提供一种抗菌防雾产品，包含上述透明片材，其中抗菌防雾产品包含蛙镜及/或防护罩。
应用本发明的抗菌防雾涂料组成物、其制造方法及含其的透明片材及产品，其将含阳离子基的双离子高分子溶液与乳化剂进行聚合步骤后获得，且制得的抗菌防雾涂料组成物涂布于基材后，形成的涂布层具有不会随时间改变且可水洗的抗菌性及防雾性。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的详细说明如下：
图1为绘示根据本发明的一实施例的抗菌防雾涂料组成物的制造方法的流程图。
图2A至图2C为分别显示本发明的一实施例的透明片材的表面。
具体实施方式
如前所述，本发明提供一种抗菌防雾涂料组成物、其制造方法及含其的透明片材及产品，其将双离子高分子与乳化剂进行聚合步骤后获得，且制得的抗菌防雾涂料组成物涂布于基材后，形成的涂布层具有不会随时间改变且可水洗的抗菌性及防雾性，故可应用于运动用品(如：蛙镜)及/或抛弃式的医疗用品(如：防护面罩)上。
请参阅图1，其为绘示根据本发明的一实施例的抗菌防雾涂料组成物的制造方法100的流程图。首先，如步骤110所示，提供起始材料，其中起始材料可包含但不限于双离子高分子溶液、乳化剂、热聚合起始剂及水。接着，于55℃至65℃对起始材料进行聚合步骤，以获得抗菌防雾涂料组成物，如步骤130及步骤150所示。
上述双离子高分子溶液可包含但不限于双离子高分子及助溶剂。此双离子高分子包含阳离子基，且阳离子基具有至少一双键，以助于进行详述如后的聚合反应。在一实施例中，双离子高分子可包含但不限于如专利号TW I496819B所述的结构，其中双离子高分子包含式(1)所述的AUmBUn的嵌段共聚物、无规共聚物或交替共聚物。AU表示式(1)中-CR1R2-所示的具有取代基的二价亚甲基，BU表示式(1)中-CR4HCH2CR5H-所示的具有取代基的二价伸丙基，m表示5至120的整数，n表示5至120的整数，其中AU具有锚定基团，BU具有双离子基团或拟双离子基团。
详细而言，R1可例如为碳数3至18的直链状、支链状或环状烷基、酯基[即-COORx，其中Rx表示碳数3至18的直链状、支链状或环状烷基、芳香基或碳数5至12的杂芳基(heteroaryl)]、芳香基或碳数5至12的杂芳基，R2可例如为氢原子或甲基，R4可例如为羧基(-COOH)，且R5可例如为阳离子基。
在一实施例中，阳离子基可例如为N,N-二甲基铵基伸乙基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-ethylene-1-amino-vinyl)、N,N-二甲基铵基伸丙基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-propylene-1-amino-vinyl)、N,N-二甲基铵基伸丁基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-butylene-1-amino-vinyl)及N,N-二甲基铵基伸戊基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-pentylene-1-amino-vinyl)。
基于起始材料的用量为100重量％，双离子高分子的含量可例如为1重量％至5重量％，较佳为2重量％至3重量％。如果双离子高分子的含量不在上述范围内，所制得的抗菌防雾涂料组成物的抗菌性不佳，或者于制作成本大幅提升的情况下，抗菌及防雾性也未再有显著的提升。
助溶剂需可充分溶解双离子高分子。在一实施例中，助溶剂可例如为选自于由生理食盐水饱和液、甲醇、乙醇及上述所组成的族群。在一实施例中，基于起始材料的用量为100重量％，助溶剂的含量可例如为10重量％至15重量％。如果助溶剂的含量过少，则无法使双离子高分子均匀混合于起始材料中。然而，如果助溶剂的含量过多，则所制得的抗菌防雾涂料组成物在涂布于基材上后，形成的涂布层易残留助溶剂，从而刺激皮肤，而有使用安全的问题。
上述乳化剂具有双键，以与双离子高分子的阳离子基上的双键聚合。在一实施例中，乳化剂可包含但不限于油脂化学衍生物(如：Finafog PET)及/或支链化聚氧乙烯壬基苯基醚(如：720)。基于起始材料的用量为100重量％，乳化剂的含量可例如为5重量％至15重量％。如果乳化剂的含量不在上述范围，则制得的抗菌防雾涂料组成物的防雾性较差，或者过多的乳化剂将稀释双离子高分子于起始材料中的含量，导致制得的抗菌防雾涂料组成物的抗菌性较差。
上述热聚合起始剂可包含但不限于2,2'-偶氮二异丁腈、2,2'-偶氮双-2-甲基丁腈、2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸)二甲酯及/或4,4'-偶氮双-4-氰基戊酸。基于起始材料的用量为100重量％，热聚合起始剂的含量可例如为0.1重量％至0.3重量％。如果热聚合起始剂的含量不在上述范围，则后续聚合步骤的效率不佳，或者于制作成本大幅提升的情况下，制得的抗菌防雾涂料组成物的抗菌性及防雾性也未再有显著的提升。上述水可例如为蒸馏水、二次水及/或去离子水。
上述制得的抗菌防雾涂料组成物涂布于基材后，可获得透明片材，其中此透明片材包含基材及涂布层，涂布层设置于基材的表面上，且此涂布层为抗菌防雾涂料组成物所形成。上述基材不限，以高透明度为佳，具体例为聚碳酸酯(polycarbonate，PC)。在一实施例中，涂布层可例如为涂布抗菌防雾涂料组成物于基材的表面上形成。上述涂布的方式不限，可例如为利用抗菌防雾涂料组成物对基材进行浸渍处理，并于110℃至130℃烘干20分钟至30分钟后，从而在基材的表面上形成涂布层。
上述透明片材具有抗菌性及防雾性。本文所述的“抗菌性”指透明片材的表面不易被细菌、病毒及/或含其的飞沫沾附。抗菌的评估方式不限，可例如以相对贴附百分比或相对抗菌率评估。其中，相对贴附百分比透明片材(基材经抗菌防雾涂料组成物涂布)的表面的细菌数与基材(未经抗菌防雾涂料组成物涂布)的表面的细菌数的百分比，且相对抗菌率评估是100％与相对贴附百分比的差值。经实验证实，透明片材的相对贴附率低于20％，甚至可低于10％，即相对抗菌率可达80％以上，甚至是90％以上。
本文所述的“防雾性”指透明片材的表面不易水气凝结，其中防雾性可例如将透明片材置于温热水(温度约为45℃至55℃)上一段时间后，评估透明片材的透明度是否改变及/或表面是否形成水珠。经实验证实，透明片材置于45℃至55℃的水上，经30秒至90秒后，透明片材仍具有高透明性且表面无水珠附着。补充说明的是，抗菌防雾涂料组成物可选择性包含防尘性，其中“防尘性”是指透明片材的表面不易被灰尘及/或细纤维沾附。
上述透明片材的抗菌性及防雾性不会随时间改变，且可水洗。经实验证实，透明片材经置于室温一个月后，仍具有防雾性。其次，透明片材经30次水洗后，仍具有抗菌性。换言之，本发明的抗菌防雾涂料组成物及以其制得的透明片材可长期储存于室温中，且遇水后还可保有良好的抗菌性及防雾性。
上述透明片材具有抗菌性及防雾性，而可应用于运动用品(如：蛙镜)及/或抛弃式的医疗用品(如：防护面罩)等抗菌防雾产品上。
补充说明的是，本发明的抗菌防雾涂料组成物通过对双离子高分子及乳化剂进行聚合步骤而获得，其中双离子高分子具有锚定基团(即AU基团)，提供良好的涂布性、成膜性及表面附着性，故相较于混合双离子高分子及乳化剂制得的混合物(未经聚合步骤)，抗菌防雾涂料组成物的室温储藏性及耐水洗性较佳。其次，相较于将双离子高分子及乳化剂混拌入基材，利用涂布的方式可使用较少量的双离子高分子及乳化剂达到较佳的抗菌及防雾性。
以下利用数个实施例以说明本发明的应用，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。
制备抗菌防雾的透明片材
制备例1
将双离子高分子溶于甲醇中，以配置浓度为10重量％的双离子高分子溶液。然后，混合双离子高分子溶液(使用量：10重量％)、720(使用量：10重量％)、2,2'-偶氮二异丁腈(使用量：0.2重量％)及平衡量的水，以获得双离子高分子含量为1％的起始材料。上述双离子高分子根据专利号TW I496819B所揭示的方法制造(由普瑞博生技有限公司提供)，其中双离子高分子具有阳离子基，且此阳离子基具有至少一双键。使用前，先以80目的筛子过筛双离子高分子。接着，于60℃对起始材料进行聚合步骤，从而获得涂料组成物。利用涂料组成物对PC片材进行浸渍处理，并于120℃下烘干30分钟，借以获得制备例1的透明片材。
制备例2至制备例3
制备例2及制备例3的透明片材的工艺与制备例1相同，不同处在于制备例2及制备例3的双离子高分子于涂料组成物的起始材料的含量为2重量％及3重量％。
制备比较例
以未涂布涂料组成物的PC片材为制备比较例。
评估方式
1.透明片材的抗菌性
制备例1至制备例3及制备比较例的透明片材经SGS抗菌检定的相对抗菌率记录于表1中，其中抗菌检定的方法简述如下：首先，先后利用紫外光照射透明片材的正反面各5分钟，以对透明片材进行灭菌。接着，将透明片材正面朝上放置于装有菌液培养皿中，并于37℃进行细菌培养24小时，其中菌液中的细菌浓度为2.5×105菌落形成单位(colony-forming unit，CFU)/mL至10.0×105CFU/mL。
然后，取出透明片材，并移除肉眼可见的液体，再对透明片材进行清洗处理达2次后，沥干透明片材表面的液体，其中清洗处理浸泡透明片材于磷酸盐缓冲生理盐水(phosphate buffered saline，PBS)达5分钟后，移除PBS。接下来，以10mL的含卵磷脂及聚山梨醇酯80的大豆酪蛋白消化培养基(soybean casein digest lecithin polysorbate80 medium，SCDLP)冲洗试片的正面，以获得冲洗液。涂布1mL的冲洗液于培养琼脂上，并于37℃下培养24小时后，计算制备例1的透明片材上的菌数与制备比较例的透明片材上的菌数的百分比，可获得制备例1的相对贴附率，且计算100％与制备例1的相对贴附率的差值，可获得相对抗菌率。补充说明的是，上述细菌包含大肠杆菌，且培养琼脂为本领域技术人员所熟知，于此不再赘述。
由表1可知，双离子高分子含量为1重量％至3重量％的透明片材的相对抗菌率为大于80％，且双离子高分子含量为2重量％至3重量％的透明片材的相对抗菌率为大于95％。
2.透明片材经水洗后的抗菌性
将制备例1至制备例3及制备比较例的透明片材各分为两组，其中以未经任何处理的为未水洗组，并以经30次清水浸泡的透明片材为水洗组。接着，对制备例1至制备例3与制备比较例的未水洗组及水洗组的透明片材进行上述抗菌检定，以获得相对抗菌率，并记录于表1中。
如表1所示，制备例1至制备例3的未水洗组的透明片材的相对抗菌率都大于80％，且相对抗菌率随着双离子高分子的含量的上升而增加。其次，相较于未水洗组，水洗组的相对抗菌率也高于80％，显示制备例1至制备例3的透明片材为可水洗的。
补充说明的是，双离子高分子的化学结构带有正负电荷，沾附水后形成的水合层可降低细菌、病毒及/或含其的飞沫沾附于表面。上述水洗组的透明片材浸泡于水中，因此水洗组的制备例1至制备例3的透明片材的表面可形成致密的水合层，但未水洗组的制备例1至制备例3的透明片材未浸泡于水中，而仅与空气中的水气结合，形成的水合层不均匀，因此水洗组的透明片材的相对抗菌率会高于未水洗组的透明片材。
3.透明片材的防尘性
将透明片材置于平面上24小时后，观察透明片材上的灰尘及/或细纤维沾附的现象。图2A至图2C分别显示制备例1、制备例2及制备比较例的透明片材的表面。以“○”表示每平方公分中有5个以下肉眼可见的灰尘及/或细纤维，且“╳”表示每平方公分中有5个以上肉眼可见的灰尘及/或细纤维。将结果记录于表1中。
如图2A至图2C及表1所示，制备例1及制备例2的透明片材的表面上的肉眼可见的灰尘及/或细纤维较制备比较例少，证实抗菌防雾涂料组成物具有防尘性。
4.评估透明片材防雾性及透明度的经时变化
评估制备例1至制备例3及制备比较例的透明片材的透明度及防雾性。透明度的评估方式是将透明片材置于白底而有图案的纸上，再通过透明片材观察图案是否清晰、颜色饱和度是否降低及/或白底是否呈白色，其中以“○”表示图案的边缘清晰、颜色饱和度不变，且白底呈白色，“╳”表示图案的边缘模糊、图案的饱和度下降及/或白底呈米黄色或黄色。
防雾性的评估方法是在白底而有图案的纸上放置50℃温热水的烧杯，并在烧杯上放置透明片材1分钟后，通过透明片材观察纸上的图案的清晰度，其中“○”表示图案清晰，且“╳”表示图案模糊。
接着，评估透明片材的经时变化，方法为在透明片材制造的当天(第1天)评估透明片材的透明度及防雾性，然后将透明片材置于室温(如：10℃至40℃)中30天后，再次评估透明片材的透明度及防雾性，并将结果记录于表1。
如表1所示，制备例1、制备例2及制备比较例的透明片材的透明度都很好，且透明度不发生经时变化。其次，相较于制备比较例，制备例1及制备例2的透明片材具有良好的防雾性，且防雾性不发生经时变化。
表1
“─”表示未检测
由上述可知，本发明的抗菌防雾涂料组成物、其制造方法及含其的透明片材及产品，其优点在于对双离子高分子及乳化剂进行聚合步骤，获得的抗菌防雾涂料组成物涂布于基材后，形成的透明片材具有抗菌性及防雾性。此透明片材的抗菌性及防雾性不随时间变化，且可水洗，而可应用于运动用品(如：蛙镜)及/或抛弃式的医疗用品(如：防护面罩)上。
虽然本发明已以数个特定实施例揭露如上，但可对前述揭露内容进行各种润饰、各种更动及替换，而且应可理解的是，在不脱离本发明的精神和范围内，某些情况将采用本发明实施例的某些特征但不对应使用其他特征。因此，本发明的精神和权利要求范围不应限于以上例示实施例所述。
Claims (10)
1.一种抗菌防雾涂料组成物的制造方法，其特征在于，包含：
提供起始材料，其中该起始材料包含：
双离子高分子溶液，包含：
双离子高分子，包含阳离子基，且该阳离子基具有至少一双键；以及
助溶剂，选自于由生理食盐水饱和液、甲醇、乙醇及上述所组成的族群，其中基于该起始材料的用量为100重量％，该双离子高分子的含量为1重量％至5重量％，且该助溶剂的含量为10重量％至15重量％；
乳化剂，包含至少一双键，其中基于该起始材料的该用量为100重量％，该乳化剂的用量为5重量％至15重量％；
热聚合起始剂，其中基于该起始材料的该用量为100重量％，该热聚合起始剂的用量为0.1重量％至0.3重量％；以及
平衡量的水；以及
于55℃至65℃对该起始材料进行聚合步骤，从而获得该抗菌防雾涂料组成物。
2.根据权利要求1所述的抗菌防雾涂料组成物的制造方法，其特征在于，其中该双离子高分子包含式(1)所述的AUmBUn的嵌段共聚物、无规共聚物或交替共聚物，
AU表示式(1)中-CR1R2-所示的具有取代基的二价亚甲基，BU表示式(1)中-CR4HCH2CR5H-所示的具有取代基的二价伸丙基，m表示5至120的整数，n表示5至120的整数，该R1表示碳数3至18的直链状、支链状或环状烷基、酯基[即-COORx，其中Rx表示碳数3至18的直链状、支链状或环状烷基、芳香基或碳数5至12的杂芳基(heteroaryl)]、芳香基或碳数5至12的杂芳基，该R2为氢原子或甲基，该R4为羧基，且该R5为该阳离子基。
3.根据权利要求1及权利要求2任一项所述的抗菌防雾涂料组成物的制造方法，其特征在于，其中该阳离子基为N,N-二甲基铵基伸乙基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-ethylene-1-amino-vinyl)、N,N-二甲基铵基伸丙基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-propylene-1-amino-vinyl)、N,N-二甲基铵基伸丁基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-butylene-1-amino-vinyl)或N,N-二甲基铵基伸戊基胺基乙烯基(N,N-dimethylammnio-pentylene-1-amino-vinyl)。
4.根据权利要求1所述的抗菌防雾涂料组成物的制造方法，其特征在于，其中该乳化剂包含油脂化学衍生物及/或支链化聚氧乙烯壬基苯基醚。
5.根据权利要求1所述的抗菌防雾涂料组成物的制造方法，其特征在于，其中该热聚合起始剂包含2,2'-偶氮二异丁腈、2,2'-偶氮双-2-甲基丁腈、2,2'-偶氮双(2-甲基丙酸)二甲酯及/或4,4'-偶氮双-4-氰基戊酸。
6.一种抗菌防雾涂料组成物，其特征在于，其由权利要求1至权利要求5任一项所述的制造方法制得。
7.一种抗菌防雾的透明片材，其特征在于，包含基材及涂布层，其中该涂布层设于该基材的表面上，且该涂布层利用根据权利要求6所述的抗菌防雾涂料组成物所形成。
8.根据权利要求7所述的抗菌防雾的透明片材，其特征在于，该涂布层为涂布该抗菌防雾涂料组成物于该基材所形成，其中该透明片材置于45℃至55℃的热水上30秒至90秒后不起雾。
9.根据权利要求7所述的抗菌防雾的透明片材，其特征在于，该涂布层为涂布该抗菌防雾涂料组成物于该基材所形成，其中该透明片材的表面的细菌为降低至少80％。
10.一种抗菌防雾产品，其特征在于，包含根据权利要求9所述的透明片材，其中该抗菌防雾产品包含蛙镜及/或防护面罩。
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