DE112011101786T5

DE112011101786T5 - Antimikrobielle Beschichtungen

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Publication number: DE112011101786T5
Application number: DE201111101786
Authority: DE
Inventors: Ali B. Mahfuza; Naiyong Jing; Valeri Lirine; Pradnya V. Nagarkar; Caroline M. Ylitalo; Nancy S. Lennhoff
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2013-04-25
Also published as: CN102906044A; KR20130108096A; JP2013529173A; US20120015200A1; WO2011149998A1; TWI515276B; TW201202364A

Abstract

Die Offenbarung stellt siliziumhaltige Trägermaterialien, auf welche die antimikrobiellen Zusammensetzungen beschichtet sind, bereit. Die Offenbarung umfasst ebenfalls Verfahren zum Beschichten von Gegenständen mit den antimikrobiellen Zusammensetzungen. Die Verfahren enthalten ein Wärmebehandeln des siliziumhaltigen Trägermaterials nicht früher als vier Stunden vor dem in Kontakt bringen der antimikrobiellen Zusammensetzung mit dem wärmebehandelten Trägermaterial.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/348157, eingereicht am 25. Mai 2010, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
HINTERGRUND
Touch Panels sind in Anwendungen von Bankautomaten bis Kasinos bis Kassenterminals und tragbare Computer zu finden. Touch Panels wurden als Eingabevorrichtungen für Computer mehr und mehr populär. Eine Berührung wird durch ein Touch Panel wahrgenommen, wenn ein Finger oder ein Stift mit der äußersten Oberfläche des Touch Panels in Kontakt kommt. Der Kontakt des Fingers oder des Stifts auf dem Bildschirm wird in x- und y-Koordinaten übersetzt. Einige Touch Panels weisen transparente Überschichten auf, die über einer Anzeige angebracht sind. Andere Touch Panels sind nicht-transparente Vorrichtungen, die üblicherweise zum Steuern der Cursorbewegung, zum Beispiel auf einem tragbaren Computer oder als Stifteingabevorrichtungen für Anwendungen, einschließlich Schreiben oder Unterschrifteneingabe in einen Computer, verwendet werden. Da die Dateneingabe auf einem Kontakt basiert, sind die Touch Panels inhärent anfällig gegen Kratzer und mikrobielle Verunreinigung.
Die Umgebungen, in denen Touch Panels verwendet werden, setzen die Touch Panels einer mikrobiellen Besiedelung und Beschädigung aus. Diese Panels stellen einen geeigneten Sitz für Bakterien, Pilze, Algen und andere einzellige Organismen, bereit, die auf Basis der Verfügbarkeit geeigneter Mengen an Feuchtigkeit, Temperatur, Nahrung und aufnehmenden Oberflächen gedeihen und sich vermehren. Da diese Organismen verstoffwechseln, bilden sie chemische Nebenprodukte. Von diesen Chemikalien ist bekannt, dass sie die Touch Sensitive Panels anätzen, Gerüche bilden. Ferner verschleiert oder verdunkelt die Biomasse solcher Kolonien die optischen Eigenschaften der Panels, wobei die Touch Panels irreparabel beschädigt wird. Eine Reinigung und Desinfektion mit Chemikalien, die die Organismen ausspülen und vergiften und Kontrolle der Umgebung, die Feuchtigkeit minimiert, waren bis jetzt die Antwort auf dieses Problem. Obwohl eine Reinigung und Desinfektion die allgemeine Praxis ist, wird sie mit dem Wissen der Risiken der Niveaus einer nicht tödlichen Dosis, unwirksamen Dosen, resistenten Organismen, Umweltbelastung, Exposition von Menschen und die beschränkte Andauer solcher Reiniger nach der anfänglichen Behandlung vorgenommen. Tatsächlich können Kratzer, die das Panel selbst nicht zerstören, einen sicheren Hafen für die Bakterien trotz Bemühungen, das Panel abzuwischen, um solche Mikroorganismen zu entfernen, bereitstellen.
Typische Touch Screen Panels, z. B. kapazitive Touch Screen Panels, erfordern den direkten Kontakt mit der Haut des Fingers des Anwenders. So werden diese Panels durch viele verschiedene Anwender direkt kontaktiert. Da diese Organismen gedeihen, ist von einer Vielzahl an Chemikalien, die diese Organismen produzieren, auch bekannt, dass sie den menschlichen-Anwender schädigen. So können diese Mikroorganismen, sowie ihre Stoffwechselprodukte ernste Gesundheitsrisiken für den Anwender im Bereich von geringerer Hautreizung bis zu ernsterer toxischer Reaktion und Erkrankung darstellen. Mit zunehmender Beliebtheit solcher Touch Panels erlangt die Öffentlichkeit zunehmend Kenntnis und Bedenken über das Vorhandensein von Mikroorganismen auf diesen Panels und die möglichen Folgen, die sich aus dem Kontakt mit solchen verunreinigten Oberflächen ergeben.
Zusätzlich zu mikrobieller Verunreinigung setzen manchmal raue Umgebungen, in denen sie verwendet werden, die Touch Panels einem Verkratzen durch Münzen, Flaschen und Gläser sowie Aussetzen an raue Elemente im Freien, wo sie Schmutzpartikeln aus der Luft ausgesetzt werden, oder sogar Vandalismus aus. Abhängig von der Schwere des Kratzers kann die Funktion des Displays in starkem Maße beeinträchtigt sein. Kratzer an der Oberfläche beeinflussen das Aussehen des Produkts und die Funktion auf nachteilige Weise. Das gilt besonders in der Optik- und Bildschirmindustrie, wenn die Oberfläche des Bildschirms mit einer Schicht oder Schichten beschichtet ist, die eine bestimmte Funktion bereitstellen soll, wie ein Filter oder eine dielektrische Beschichtung. Insbesondere sind Touch Screen Panels eines Computers besonders anfällig.
Die vorstehenden Bedenken zeigen die zunehmenden nachteiligen Wirkungen der Mikroorganismen auf Touch Panels von Computer und den Bedarf einer Kontrolle der Mikroorganismen, die auf solchen Touch Sensitive Panels aufgebracht sein können. Die Anwendung von Umgebungskontrollen weist beschränkte Wirksamkeit zum Schutz vor Mikroorganismen auf, zum Teil wegen der großen Vielfalt der Umgebungsbedingungen, unter denen verschiedene Mikroorganismen überleben können und zum Teil wegen der Kosten und der Schwierigkeit, die Feuchtigkeitsniveaus tatsächlich ausreichend niedrig zu halten, um das mikrobielle Wachstum zu minimieren.
Es besteht ein Bedarf an einer einfachen Maßnahme, die Besiedelung von Gegenständen durch Mikroorganismen zu verhindern, und/oder einer Maßnahme, um die Zahl der lebenden Mikroorganismen zu verringern, die zum Beispiel an einer Oberfläche, wie eines Touch Panels, aufgebracht werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Hinblick auf den allgemeinen Bedarf, die Zahl der lebensfähigen Mikroorganismen auf einer Oberfläche, die absichtlich durch ihren Anwender berührt wird, zu kontrollieren, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und eine antimikrobielle Zusammensetzung bereit, die in einigen Ausführungsformen zum Bilden einer Beschichtung verwendet werden kann, die an eine Oberfläche gebunden ist (z. B. eine berührungsempfindliche Oberfläche). Die antimikrobielle Beschichtung kann chemische Komponenten einschließen, die andere gewünschte Eigenschaften (z. B. Hafteigenschaften, Kratzbeständigkeitseigenschaften, antistatische Eigenschaften) dem Gegenstand, auf den sie aufgebracht wird, verleihen. In einigen Ausführungsformen können die Komponenten der antimikrobiellen Beschichtung wegen ihrer optisch-transparenten Eigenschaften gewählt werden.
So stellt unter einem Gesichtspunkt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands bereit. Das Verfahren kann Wärmebehandeln eines siliziumhaltigen Trägermaterials und in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit einer ersten Zusammensetzung umfassen, die eine quartäre Ammoniumverbindung und ein Organosilan umfasst. Wärmebehandeln des siliziumhaltigen Trägermaterials kann Erwärmen des siliziumhaltigen Trägermaterials für eine ausreichende Zeitspanne und eine ausreichende Temperatur, um flüchtige Oberflächenverunreinigungen zu entfernen, umfassen. Das in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit der ersten Zusammensetzung kann in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit der ersten Zusammensetzung nicht später als 4 Stunden nach dem Wärmebehandeln des Glasträgermaterials umfassen.
In jeder Ausführungsform des Verfahrens kann die erste Zusammensetzung ferner ein Mittel zur Verbesserung der Haftung umfassen. In jeder der vorstehenden Ausführungsformen kann die erste Zusammensetzung ferner einen Katalysator umfassen. In jeder der vorstehenden Ausführungsformen kann die erste Zusammensetzung ferner Wasser umfassen. In jeder der Ausführungsformen kann das Wasser ferner angesäuertes Wasser umfassen.
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen kann die quartäre Ammoniumverbindung N,N-Dimethyl-N-(3-(trimethoxysilyl)propyl)-1-octadecanaminiumchlorid umfassen. In jeder der vorstehenden Ausführungsformen kann die Organosilanverbindung 3-Chlorpropyltrimethoxysilan umfassen.
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen kann die erste Zusammensetzung ferner ein antimikrobielles Polymer mit einer Vielzahl an anhängigen Gruppen, umfassend eine erste anhängige Gruppe, die eine erste quartäre Ammoniumkomponente umfasst, eine zweite anhängige Gruppe, die eine unpolare Komponente umfasst, und eine dritte anhängige Gruppe, die eine erste Organosilankomponente umfasst, umfassen.
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen kann vor in Kontakt bringen der ersten Zusammensetzung mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial das Verfahren ferner in Kontakt bringen einer zweiten Zusammensetzung, die ein Mittel zur Verbesserung der Haftung in einem Lösungsmittel umfasst, mit dem siliziumhaltigen Träger unter Bedingungen die geeignet sind, um kovalente Bindungen zwischen dem Mittel zur Verbesserung der Haftung und dem siliziumhaltigen Trägermaterial zu bilden, umfassen.
Unter einem anderen Gesichtspunkt stellt die vorliegende Offenbarung einen Gegenstand bereit. Der Gegenstand kann ein siliziumhaltiges Trägermaterial, das eine Oberfläche umfasst, eine erste Schicht, welche auf die Oberfläche beschichtet ist, und eine zweite Schicht, welche auf die erste Schicht beschichtet ist, umfassen. Die erste Schicht kann ein Mittel zur Verbesserung der Haftung umfassen und die zweite Schicht kann eine quartäre Ammoniumverbindung und ein Organosilan umfassen. In jeder Ausführungsform des Gegenstands können die erste oder zweite Schicht ferner einen Katalysator umfassen. In jeder der vorstehenden Ausführungsformen des Gegenstands kann das Mittel zur Verbesserung der Haftung aus der Gruppe bestehend aus 3-Triethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutyliden)propylamin, N-Phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilan und 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-(2-Aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilan, Aminoethylaminomethyl)phenethyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)phenethyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, Bis(γ-triethoxysilylpropyl)amin, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltributoxysilan, 6-(Aminohexylaminopropyl)trimethoxysilan, 4-Aminobutyltrimethoxysilan, 4-Aminobutyltriethoxysilan, p-(2-Aminoethyl)phenyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltris(methoxyethoxyethoxy)silan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, Tetraethoxysilan und Oligomere davon, Methyltriethoxysilan und Oligomere davon, einem oligomeren Aminosilan, 6,3-(N-Methylamino)propyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldiethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyldimethylmethoxysilan und 3-Aminopropyldimethylethoxysilan ausgewählt werden.
Die Begriffe „bevorzugt” und „vorzugsweise” beziehen sich auf Ausführungsformen der Erfindung, die bestimmte Vorteile unter bestimmten Umständen bereitstellen können. Jedoch können andere Ausführungsformen unter den gleichen oder anderen Umständen ebenfalls bevorzugt sein. Außerdem bezieht die Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen nicht ein, dass andere Ausführungsformen nicht nützlich sind, und es soll nicht andere Ausführungsformen aus dem Umfang der Erfindung ausschließen.
Wie hier verwendet, werden „ein”, „eine”, „der/die/das”, „mindestens ein” und „ein oder mehrere” austauschbar verwendet. So kann zum Beispiel ein Gegenstand, der „ein” siliziumhaltiges Trägermaterial umfasst, so aufgefasst werden, dass es bedeutet, dass der Gegenstand „ein oder mehrere” siliziumhaltige Trägermaterialien einschließen kann.
Der Begriff „und/oder” bedeutet ein oder alle der aufgeführten Elemente oder eine Kombination von irgendwelchen zwei oder mehreren der aufgeführten Elemente.
Ebenfalls hier verwendet schließen die Darstellungen der Zahlenbereiche durch Endpunkte alle in dem Bereich zusammengefassten Zahlen ein (z. B. 1 bis 5 schließt 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5 usw. ein).
Die vorstehende Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung ist nicht zum Beschreiben jeder offenbarten Ausführungsform oder jeder Anwendung der vorliegenden Erfindung gedacht. Die folgende Beschreibung veranschaulicht insbesondere veranschaulichende Ausführungsformen. An mehreren Stellen in der ganzen Anmeldung ist eine Orientierung durch die Aufzählungen an Beispielen bereitgestellt, wobei die Beispiele in verschiedenen Kombinationen verwendet werden können. In jedem Fall dient die dargestellte Aufzählung nur als eine veranschaulichende Gruppe und sollte nicht als eine ausschließende Aufzählung aufgefasst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird weiter in Bezug auf die nachstehend aufgeführten Zeichnungen erklärt, wobei auf eine ähnliche Struktur durch ähnliche Zahlen durchwegs in den verschiedenen Ansichten Bezug genommen wird.
1a ist eine perspektivische Oberansicht einer Ausführungsform eines antimikrobiellen Touch Screen-Gegenstands mit einer kapazitiven Schicht gemäß der vorliegenden Offenbarung.
1b ist eine perspektivische Oberansicht einer Ausführungsform eines antimikrobiellen Touch Screen-Gegenstands ohne eine kapazitive Schicht gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine perspektivische Oberansicht einer anderen Ausführungsform eines antimikrobiellen Touch Screen-Gegenstands gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine perspektivische Oberansicht einer anderen Ausführungsform eines antimikrobiellen Touch Screen-Gegenstands gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands gemäß der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Polymere Materialien werden bereitgestellt, die mehrere unterschiedliche anhängige Gruppen enthalten können. Verfahren zur Herstellung des polymeren Materials und der Zusammensetzungen, die das polymere Material enthalten, sind ebenfalls bereitgestellt. Zusätzlich sind Gegenstände mit Beschichtungen, die das polymere Material enthalten, bereitgestellt. Das polymere Material in den Beschichtungen ist häufig vernetzt. Die Beschichtungen können antimikrobiell, kratzbeständig oder beides sein.
Bevor irgendwelche Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen erklärt werden, sollte es selbstverständlich sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Einzelheiten der Zusammensetzung und der Anordnung der Komponenten, wie in der folgenden Beschreibung dargestellt oder in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, beschränkt ist. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen fähig und kann auf verschiedene Wege praktiziert oder durchgeführt werden. Es sollte selbstverständlich sein, dass die verwendete Ausdruckweise und Terminologie zum Zwecke der Beschreibung dient und nicht als einschränkend aufgefasst werden sollte. Die Verwendung von „einschließend”, „umfassend”, „enthaltend” oder „aufweisend” und Abwandlungen davon ist hier so gemeint, dass sie die danach aufgeführten Gegenstände und Äquivalente davon, sowie zusätzliche Gegenstände einschließt. Wenn nicht anders angegeben oder beschränkt, werden „beschichtet” und „verknüpft” und Abwandlungen davon breit verwendet und schließen sowohl direkte als auch indirekte Trägermaterialien und Verknüpfungen ein. Es sollte selbstverständlich sein, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen ohne Abweichung vom Umfang der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können. Ferner sind Begriffe wie „Front”, „Rückseite”, „Oben”, „Boden” und dgl. nur zur Beschreibung der Elemente, wie sie zueinander in Beziehung stehen, aber in keiner Weise zur Auflistung bestimmter Orientierungen der Vorrichtung gemeint, um notwendige oder erforderliche Orientierungen der Vorrichtung anzugeben oder zu implizieren, oder um festzulegen, wie die hier beschriebene Erfindung bei Anwendung verwendet, befestigt, gezeigt oder positioniert wird.
Der Begriff „antimikrobiell” bezieht sich auf ein Material, das Mikroorganismen tötet oder ihr Wachstum hemmt.
Der Begriff „Silan” bezieht sich auf eine Verbindung mit vier Gruppen, die an ein Siliziumatom gebunden sind. Das heißt, das Silan weist eine Silizium enthaltende Gruppe auf.
Der Begriff „Alkoxysilyl” bezieht sich auf eine Silizium enthaltende Gruppe mit einem Alkoxyrest, der direkt an ein Siliziumatom gebunden ist. Der Alkoxysilylrest kann zum Beispiel die Formel -Si(OR)(Rx)₂ aufweisen, wobei R ein Alkylrest ist und jedes Rx unabhängig ein Hydroxyl, Alkoxy, Alkyl, Perfluoralkyl, Aryl, Aralkyl oder einen Teil eines Silicons ist.
Der Begriff „Esteräquivalent” bedeutet Gruppen, wie Silanamide (RNR'Si), Silanalkanoate (RC(O)OSi), Si-O-Si, SiN(R)-Si, SiSR und RCONR'Si, die thermisch und/oder katalytisch durch R''OH ersetzbar sind. R und R' werden unabhängig gewählt und können Wasserstoff, Alkyl, Arylalkyl, Alkenyl, Alkinyl, Cycloalkyl und substituierte Analoge, wie Alkoxyalkyl, Aminoalkyl und Alkylaminoalkyl, einschließen. R'' kann die gleiche Bedeutung wie R und R' aufweisen, außer, dass es nicht H sein kann.
Der Begriff „Hydroxysilyl” bezieht sich auf einen ein Siliziumatom enthaltenden Rest mit einer Hydroxylgruppe, die direkt an das Siliziumatom gebunden ist. Der Hydroxysilylrest kann zum Beispiel die Formel -Si(OH)Rx)₂ aufweisen, wobei Rx ein Alkyl, Perfluoralkyl, Aryl, Aralkyl, Alkoxy, Hydroxyl oder ein Teil eines Silicons ist. Eine Verbindung mit einer Hydroxysilylgruppe wird häufig als ein „Silanol” bezeichnet. Silanole sind eine Untergruppe von Silanen.
Der Begriff „Silicon” bezieht sich auf eine Einheit, die eine Silizium-Sauerstoff-Silizium Bindungsgruppe enthält. Jeder andere geeignete Rest kann an die Siliziumatome gebunden sein. Eine solche Bindung kann sich aus der Reaktion eines ersten Silans (z. B. ein erster Silizium enthaltender Rest, wie ein erster Alkoxysilylrest oder Hydroxysilylrest) mit einem zweiten Silan (z. B. ein zweiter Silizium enthaltender Rest, wie ein zweiter Alkoxysilylrest oder Hydroxysilylrest) ergeben. In einigen Ausführungsformen ist das Silizium ein Teil eines „Silicium enthaltenden Netzwerks”. Ein Silizium enthaltendes Netzwerk ergibt sich, wenn ein erstes Silan (d. h. ein erster Silizium enthaltender Rest) mit einem zweiten Silan (z. B. ein zweiter Silizium enthaltender Rest) und einem dritten Silan (z. B. ein dritter Silizium enthaltender Rest, wie ein dritter Alkoxysilylrest oder Hydroxysilylrest) reagiert oder wenn ein erstes Silan (z. B. ein erster Silizium enthaltender Rest) mit einem zweiten Silan (z. B. ein zweiter Silizium enthaltender Rest) und einem dritten Silan (z. B. ein dritter Silizium enthaltender Rest) und einem vierten Silan (z. B. ein vierter Silizium enthaltender Rest, wie ein vierter Alkoxysilylrest oder Hydroxysilylrest) reagiert.
Wie hier verwendet, werden die Begriffe „polymeres Material mit einer Vielzahl an anhängigen Gruppen”, „polymeres Material mit mehreren anhängigen Gruppen”, „antimikrobielles Polymer” oder ähnliche Begriffe austauschbar verwendet, wobei sie sich auf ein polymeres Material beziehen, das mindestens drei unterschiedliche Arten von anhängigen Gruppen aufweist. Die mehreren anhängigen Gruppen schließen (1) eine erste anhängige Gruppe, die eine quartäre Aminogruppe enthält; (2) eine zweite anhängige Gruppe, die eine unpolare Gruppe enthält; und (3) eine dritte anhängige Gruppe, die eine Organosilangruppe aufweist, ein. Das polymere Material mit mehreren anhängigen Gruppen kann durch eine Kondensationsreaktion von mehreren Organosilangruppen vernetzt werden. Außerdem kann das polymere Material kovalent mit einer Oberfläche verknüpft werden, die eine Silanolgruppe oder vorzugsweise mehrere Silanolgruppen umfasst. Beispiele eines solchen polymeren Materials sind in der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/348044 zu finden.
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Gegenstände, die eine antimikrobielle Beschichtung umfassen, und Verfahren zur Herstellung der Gegenstände, die eine antimikrobielle Beschichtung umfassen. Die Gegenstände umfassen ferner ein siliziumhaltiges Trägermaterial (z. B. Glas oder mit Glas beschichtetes Material). In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial ein berührungsempfindliches Trägermaterial (z. B. ein Touch Panel einer Computeranzeige). Das berührungsempfindliche Trägermaterial kann einen aktiven Teil umfassen. Der aktive Teil des Trägermaterials schließt eine Oberfläche ein, die zum Berühren (z. B. durch einen Finger, einen Stift oder dgl.) konfiguriert ist. Der „aktive Teil” wird hier im breitesten Sinn verwendet und bezieht sich auf einen Bereich des Trägermaterials, der einen Berührungsstimulus in ein elektrisches Signal umwandeln kann. Nicht einschränkende Beispiele der Vorrichtungen, die ein Trägermaterial mit einem „aktiven Teil” umfassen, schließen Touch Screens (z. B. Computer-Touch Screens, PDA-Touch Screens, Telefon-Touch Screens, Touch Screens von Kartenlesegeräten, Kasinospielgeräte, durch Berührung ermöglichte Steuerungen von Industriegeräten, durch Berührung ermöglichte Kraftfahrzeugzugangssteuerungen und dgl.) ein. Beispiele der Touch Screens sind in den U.S.-Patenten Nr. 6,504,582 ; 6,504,583 ; 7,157,649 ; und in der U.S-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2005/0259378 offenbart.
Sich den Figuren zuwendend zeigt 1a eine Ausführungsform eines antimikrobiellen Berührungssensors 110 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Berührungssensor 110 kann ein Touch Sensitive Panel, wie zum Beispiel ein „oberflächenkapazitives” Touch Panel eines Computers, erhältlich von 3M Touch Systems, Methuen, Massachusetts, sein, das aus mehreren unterschiedlichen Schichten hergestellt ist. Der Berührungssensor 110 ist ein Merkmal eines antimikrobiellen Touch Panels 112.
Das Touch Panel 112 schließt ein elektrisch isolierendes Trägermatertal 114 ein. Das isolierende Trägermatertal 114 kann zum Beispiel aus Glas, Kunststoff oder einem anderen transparenten Medium aufgebaut sein. Das Touch Panel 112 umfasst weiter einen berührungsempfindlichen aktiven Teil 115 auf dem isolierenden Trägermaterial 114. Der aktive Teil 115 schließt eine transparente elektrisch leitende Schicht 116 ein, die direkt auf dem Trägermaterial 114 aufgebracht ist. Die leitende Schicht 116 kann zum Beispiel eine Zinnoxidschicht mit einer Dicke von zwanzig bis sechzig Nanometer sein und kann durch Sputtern, Vakuumabscheiden und andere auf dem Fachgebiet bekannte Techniken abgeschieden werden. Die Dicke der Schichten ist in 1a nur zu veranschaulichenden Zwecken übertrieben und soll nicht die Schichten im Maßstab darstellen. Die leitende Schicht 116 kann auch ein leitendes polymeres Material oder einen leitenden organisch-anorganischen Verbundstoff einschließen.
Ein leitendes Muster, das nicht gezeigt ist, kann um die Umgebung der leitenden Schicht aufgebracht werden, um ein gleichförmiges elektrisches Feld in der gesamten Schicht 116 bereitzustellen, um den Punkt des Kontakts zwischen dem Panel 112 und einem Finger oder Stift herzustellen.
Der aktive Teil 115 kann auch eine Schutzschicht 118 einschließen, die über der leitenden Schicht 116 aufgebracht ist, um der leitenden Schicht 116 Abriebbeständigkeit zum Schutz zu verleihen. Die Schutzschicht 118 kann eine Schicht aus einem Organosiloxan sein, die durch Auftragen einer Zusammensetzung (z. B. einer Lösung), die Methyltriethoxysilan, Tetraethylorthosilicat, Isopropanol und Wasser umfasst, auf den Gegenstand gebildet wird. Zusätzlich oder in einer anderen Ausführungsform kann die Schutzschicht ein Hartbeschichtungsmaterial (z. B. eine nicht spiegelnde Hartbeschichtung, beschrieben in Beispiel 1 des U.S.-Patents Nr. 7,294,405 ) umfassen.
Die zweite leitende Schicht 120 kann bereitgestellt werden, um den Berührungssensor 110 vor Rauschen, das sich aus den elektrischen Schaltungen einer Anzeigeeinheit, nicht gezeigt, an die die Anzeige 110 angeschlossen sein kann, ergeben können, abzuschirmen und kann ähnlich eine Zinnoxidschicht einschließen, die auf ähnliche Weise abgeschieden ist, wie in Bezug auf die leitende Schicht 116 erörtert. Jedoch ist die leitende Schicht 120 keine notwendige Einschränkung der Erfindung, da der Berührungssensor 110 ohne sie funktionieren kann.
Die antimikrobielle Schicht 122 gemäß dieser Offenbarung ist mit einem aktiven Teil 115, üblicherweise mit der Schutzschicht 118 oder sogar direkt mit der leitenden Schicht 116, wenn die Schutzschicht 118 nicht vorhanden ist, oder mit der äußersten Schicht verknüpft, wenn zusätzliche Schichten (nicht gezeigt) vorhanden sind, um die Energieverteilung eines den Berührungssensor 110 kontaktierenden Gegenstands zu verringern. „Antimikrobielle Schicht”, wie hier verwendet, bezieht sich auf eine beschichtete Schicht, die eine antimikrobielle Verbindung (z. B. eine quartäre Ammoniumverbindung), verknüpft (angehaftet) an das Trägermaterial über kovalente Bindungen (z. B. Si-O-Si Bindungen), ionische Bindungen, Wasserstoffbindungen und/oder durch hydrophobe Wechselwirkung, umfasst. Zusätzlich kann die antimikrobielle Schicht zwei oder mehrere antimikrobielle Verbindungen umfassen, die miteinander über eine kovalente Bindung, ionische Bindungen und/oder durch hydrophobe Wechselwirkung verknüpft sind. Die verknüpften Verbindungen können an das Trägermaterial über kovalente Bindungen (z. B. Si-O-Si Bindungen), ionische Bindungen und/oder hydrophobe Wechselwirkung verknüpft werden. Gegebenenfalls kann die antimikrobielle Schicht ferner eine Organosilanverbindung umfassen, die an das Trägermaterial und/oder die quartäre Ammoniumverbindung über kovalente Bindungen (z. B. Si-O-Si Bindungen), ionische Bindungen und/oder hydrophobe Wechselwirkung verknüpft ist.
Vorteilhafterweise können die antimikrobiellen Schichten der vorliegenden Offenbarung weiter andere erwünschte Eigenschaften auf dem beschichteten Trägermaterial sicherstellen. Zum Beispiel können die ionischen Eigenschaften der quartären Ammoniumverbindung in der Schicht dem beschichteten Trägermaterial antistatische Eigenschaften verleihen. Außerdem können die quartäre Ammoniumverbindung und die Organosilanverbindung dem beschichteten Trägermaterial Kratzbeständigkeit verleihen.
In dieser Konfiguration kann die antimikrobielle Schicht 122 eine Schädigung des Berührungssensors 110 minimieren oder verhindern, dem Verwender des Touch Screens ein Gefühl des leichten Gleitens bereitstellen sowie das Überleben und Wachstum der Mikroorganismen hemmen, die sich am Berührungssensor 110 ansiedeln.
1b zeigt eine Ausführungsform eines anderen antimikrobiellen Berührungssensors 110 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Berührungssensor 110 kann ein Touch Sensitive Panel, wie zum Beispiel ein „projiziertes kapazitives” Touch Panel eines Computers in einem projizierten kapazitiven Touch Screen sein, der aus mehreren unterschiedlichen Schichten hergestellt ist. Der Berührungssensor 110 ist ein Merkmal eines antimikrobiellen Touch Panel 112.
Das Touch Panel 112 schließt ein elektrisch isolierendes Trägermaterial 114 ein. Das isolierende Trägermaterial 114 kann zum Beispiel aus Glas, Kunststoff oder einem anderen transparenten Medium aufgebaut sein.
Eine leitende Schicht 124 kann sich unter dem Trägermaterial 114 befinden, um den Punkt des Kontakts zwischen dem Bildschirm 112 und einem Finger oder Stift sicherzustellen. In einigen Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann die leitende Schicht 124 aus mehreren leitenden Schichten (z. B. Arrays von Elektroden) bestehen, wobei sich dielektrische Schichten zwischen ihnen befinden. Die Berührungssensoren mit dieser Konfiguration sind in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 12/652,343 offenbart.
Das Touch Panel 112 kann auch eine Schutzschicht 118 einschließen, die über einem isolierenden Trägermaterial 114 aufgebracht ist, um Abriebbeständigkeit bereitzustellen, um das isolierende Trägermaterial 114 zu schützen. Die Schutzschicht 118 kann eine Schicht eines Organosiloxans sein, die durch Aufbringen einer Zusammensetzung (z. B. einer Lösung) auf den Gegenstand gebildet wird, die Methyltriethoxysilan, Tetraethylorthosilicat, Isopropanol und Wasser umfasst. Zusätzlich oder in einer anderen Ausführungsform kann die Schutzschicht ein Hartbeschichtungsmaterial (z. B. eine nicht spiegelnde Hartbeschichtung, beschrieben in Beispiel 1 von U.S.-Patent Nr. 7,294,405 ) umfassen.
Die antimikrobielle Schicht 122 gemäß dieser Offenbarung ist mit der Schutzschicht 118 oder sogar direkt mit dem isolierenden Trägermaterial 114, wenn die Schutzschicht 118 nicht vorhanden ist, oder mit der äußersten Schicht verknüpft, wenn zusätzliche Schichten (nicht gezeigt) vorhanden sind, um die Energiedissipation eines Gegenstands, der den Berührungssensor 110 kontaktiert, zu verringern. In dieser Konfiguration kann die antimikrobielle Schicht 122 eine Schädigung des Berührungssensors 110 minimieren oder verhindern, wobei dem Verwender des Touch Screens ein Gefühl des leichten Gleitens bereitgestellt wird, sowie das Überleben und Wachstum von Mikroorganismen hemmen, die auf dem Berührungssensor 110 verbleiben.
2 zeigt eine andere Ausführungsform eines Berührungssensors 210. Der Berührungssensor 210 kann zum Beispiel ein resistives Touch Panel eines Computers 212, erhältlich von Elo TouchSystems, Freemont, Calif., einschließen, das ein isolierendes Trägermaterial 214 und eine leitende Schicht 216 ähnlich zu 1a einschließt. Die Schutzschicht 218 kann eine Hartbeschichtung einschließen, die eine verformbare leitende Schicht 224 schützt und trägt, die sich zwischen der leitenden Schicht 216 und der Schutzschicht 218 befindet. Ein nicht einschränkendes Beispiel einer geeigneten Hartbeschichtung schließt eine nicht spiegelnde Hartbeschichtung ein, die in Beispiel 1 des U.S.-Patents Nr. 7,294,405 beschrieben ist. Wenn der Berührungssensor 210 mit einem Finger oder Stift kontaktiert wird, wird die verformbare leitende Schicht 224 zusammengedrückt und stellt einen Kontakt mit der leitenden Schicht 216 her, um die Stellung des Kontakts anzuzeigen. Die antimikrobielle Schicht 222 wird auf die Schutzschicht 218 aufgebracht.
3 zeigt eine Ausführungsform eines vibrationswahrnehmenden Berührungssensors 350, der eine rechteckige Berührungsplatte 370 und Vibrationssensoren 360, 362, 364 und 366 einschließt, die sich in den Ecken befinden und mit der Berührungsplatte verknüpft sind. Wenn er in ein System integriert wird, zum Beispiel über einem elektronischen Display liegt, kann der Grenzteil 375 eines Berührungssensor 350 mit einer Einfassung bedeckt sein, wobei eine beabsichtigte Berührungsfläche 380 verbleibt, die einem Benutzer exponiert ist. Die gestrichelte Linie 390 wird verwendet, um eine Trennung zwischen der Grenzfläche 375 und der beabsichtigten Berührungsfläche 380 anzugeben. Die gestrichelte Linie 390 ist eine beliebige Bezeichnung und gibt nicht notwendigerweise an, dass Berührungen außerhalb dieses beschrifteten Bereichs nicht nachgewiesen werden können. Im Gegensatz dazu beschreibt die gestrichelte Linie 390 nur einen Bereich, in dem Berührungseingaben beabsichtigt oder ihr Auftreten erwartet wird, was die gesamte Berührungsplatte oder einen Teil oder Teile davon einschließen kann. Wenn die gestrichelten Linien in dieser Druckschrift zum Bezeichnen der beabsichtigen Berührungsbereiche verwendet werden, werden sie auf diese Weise verwendet. Die antimikrobiellen Schichten (nicht gezeigt) der vorliegenden Offenbarung können direkt oder indirekt auf die Oberfläche des Berührungsbereichs 380 des vibrationswahrnehmenden Berührungssensors 350 angewandt werden. Ein Beispiel der indirekten Anwendung schließt Aufbringen der antimikrobiellen Schicht auf eine Seite einer Polymerfolie und eines Haftklebstoffs auf der anderen Seite der Folie; dann Aufbringen der Klebstoffseite der Folie auf die Berührungsfläche des vibrationswahrnehmenden Berührungssensors ein.
Während die Berührungsplatte in 3 als rechteckig gezeigt ist, kann sie jede beliebige Form aufweisen. Die Berührungsplatte kann Glas, Acryl, Polycarbonat, Metall, Holz oder jedes andere Material sein, das zur Übertragung von Vibrationen fähig ist, die durch eine Berührungseingabe in eine Berührungsplatte bewirkt oder geändert werden können und die durch die Vibrationssensoren wahrgenommen werden können. Um die Berührungsstellung in zwei Dimensionen auf der Berührungsplatte festzustellen, können mindestens drei Vibrationssensoren verwendet werden und befinden sich im Allgemeinen an den Randteilen der Berührungsplatte, obwohl andere Stellungen verwendet werden können. Für Zweckmäßigkeit, Redundanz oder aus anderen Gründen kann es erwünscht sein, mindestens vier Vibrationssensoren zu verwenden, zum Beispiel einen an jeder Ecke einer rechteckigen Berührungsplatte, wie in 3 gezeigt. Die Vibrationssensoren können jeder Sensor sein, der zum Nachweis von Vibrationen in der Berührungsplatte fähig ist, die durch eine Berührung bewirkt oder beeinflusst werden, zum Beispiel Vibrationen einer Biegeschwingung.
Piezoelektrische Materialien können Beispiele für die Vibrationssensoren bereitstellen. Die Vibrationssensoren können mechanisch mit der Berührungsplatte unter Verwendung eines Klebstoffs, Lötmittels oder anderen geeigneten Materials verknüpft werden. Leitende Spuren oder Drähte (nicht gezeigt) können mit jedem der Vibrationssensoren zur Kommunikation mit der Steuerelektronik (nicht gezeigt) verbunden werden. Beispiele der vibrationswahrnehmenden Berührungssensoren, ihres Betriebs, ihrer Komponenten und ihrer Anordnung auf einem Sensor sind in der zusammen übertragenen U.S.-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2004/0233174 und U.S.-Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2005/0134574 offenbart.
Antimikrobielle Beschichtungen:
Die vorliegende Offenbarung stellt antimikrobielle Beschichtungen auf einem siliziumhaltigen Trägermaterial bereit. Die antimikrobiellen Beschichtungen werden durch Umsetzung, in einem geeigneten Lösungsmittel (z. B. einem organischen Lösungsmittel), von Verbindungen gebildet, die zwei oder mehrere chemische Gruppen umfassen, wobei jede Gruppe für einen oder mehrere funktionelle Zwecke (z. B. antimikrobielle Wirksamkeit, Verknüpfung mit einem siliziumhaltigen Trägermaterial, Kratzbeständigkeit, Verknüpfung mit einer anderen Verbindung und/oder Verknüpfung mit einer Polymerkomponente, falls vorhanden) in der Beschichtung dient.
Die antimikrobielle Wirksamkeit kann unter Verwendung eines standardisierten Tests der antimikrobiellen Beständigkeit, wie zum Beispiel JIS-Z 2801 (japanische Industriestandards; Japanese Standards Association; Tokyo, Japan) untersucht werden. Die Beschichtungen können ferner kratzbeständige Eigenschaften aufweisen. Die kratzbeständige Eigenschaft der Beschichtungen der vorliegenden Offenbarung kann unter Verwendung des ASTM Testverfahrens D 7027.26676 untersucht werden.
Die Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung werden in einer ersten Zusammensetzung hergestellt, die jedes geeignete Lösungsmittel (z. B. ein organisches Lösungsmittel, wie Isopropylalkohol, zum Beispiel, das die Verbindungen löslich macht oder eine Dispersion davon herstellt und gegebenenfalls die polymeren Komponenten umfasst. Geeignete Lösungsmittel weisen einen Siedepunkt von etwa 200°C oder weniger auf und können mit kleinen Teilen (< 10%, Gew./Gew.) angesäuertem Wasser gemischt werden, ohne dass die Eigenschaften des Lösungsmittels wesentlich beeinträchtigt werden. Zugabe von angesäuertem Wasser zu dem Lösungsmittel erleichtert eine vollständige Hydrolyse der Silangruppen, was wiederum die Bildung von -Si-O-Si- Bindungen zwischen den silanierten Komponenten (z. B. eine silanierte quartäre Ammoniumverbindung, eine Organosilanverbindung, ein silaniertes antimikrobielles Polymer) in der ersten Zusammensetzung und/oder dem Trägermaterial optimiert. Das kann eine verbesserte Haltbarkeit der antimikrobiellen Beschichtung auf dem Trägermaterial ergeben. Vorzugsweise beträgt der Flammpunkt des Lösungsmittels 100°C oder weniger. Nicht einschränkende Beispiele geeigneter organischer Lösungsmittel schließen einen Alkohol (z. B. Isopropylalkohol, Methanol), MEK, Aceton, DMF, DMAC (Dimethylacetamid), Ethylacetat, THF usw. ein. Die Komponenten der antimikrobiellen Beschichtung werden mit dem Lösungsmittel gemischt und auf jedes hier beschriebene geeignete Trägermaterial beschichtet.
Mittel zur Verbesserung der Haftung:
In jeder Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer antimikrobiellen Beschichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein oder mehrere Mittel zur Verbesserung der Haftung in dem Verfahren verwendet werden. In jeder Ausführungsform kann das Mittel zur Verbesserung der Haftung mit der antimikrobiellen Komponente (z. B. eine quartäre Ammoniumsilanverbindung) zu der ersten hier beschriebenen Zusammensetzung gegeben werden. Geeignete Mittel zur Verbesserung der Haftung schließen Organosilanverbindungen mit einer Silangruppe ein, die reagieren können, wobei Si-O-Si Bindungen und eine Abgangsgruppe (z. B. ein Alkoxyrest) gebildet werden.
Das Mittel zur Verbesserung der Haftung kann Si-O-Si Bindungen mit einer anderen Organosilanverbindung (z. B. einer nicht umgesetzten quartären Ammoniumsilanverbindung), einem ein Organosilan enthaltenden antimikrobiellen Polymer und/oder einem siliziumhaltigen Trägermaterial (z. B. Glas) bilden. Vorteilhafterweise fördern die Mittel zur Verbesserung der Haftung die verbesserte Haftung der antimikrobiellen Komponenten. Außerdem fördern die Mittel zur Verbesserung der Haftung die verbesserte Haltbarkeit der antimikrobiellen Beschichtungen durch Erhöhen der Zahl der kovalenten Bindungen zwischen den antimikrobiellen Verbindungen (und antimikrobiellen Polymere, falls vorhanden) und dem Trägermaterial.
Nicht einschränkende Beispiele geeigneter Mittel zur Verbesserung der Haftung schließen N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-2-(Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Triethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutyliden)propylamin und N-Phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilan ein. Im Hinblick auf die vorliegende Offenbarung sind andere geeignete Mittel zur Verbesserung der Haftung für den Fachmann leicht zu erkennen.
Andere geeignete Mittel zur Verbesserung der Haftung sind in der U.S.-Patentveröffentlichung Nr. US 2008/0064825 offenbart. Zum Beispiel sind aminosubstituierte Organosilanester (z. B. Alkoxysilane) bevorzugte Mittel zur Verbesserung der Haftung. Die antimikrobiellen Gegenstände der vorliegenden Offenbarung können durch Umsetzung eines aminosubstituierten Organosilanesters oder Esteräquivalents und eines antimikrobiellen Polymers, das mehrere polare Funktionalitäten aufweist, die mit dem Silanester oder Esteräquivalent kombinativ reaktiv sind, hergestellt werden. Der aminosubstituierte Organosilanester oder das Esteräquivalent weist an dem Siliziumatom mindestens einen Ester oder eine esteräquivalente Gruppe, vorzugsweise 2, oder stärker bevorzugt 3 Gruppen auf. Esteräquivalente sind dem Fachmann allgemein bekannt und schließen Verbindungen, wie Silanamide (RNR'Si), Silanalkanoate (RC(O)OSi), Si-O-Si, SiN(R)-Si, SiSR und RCONR'Si ein. Diese Esteräquivalente können auch cyclisch sein, wie die von Ethylenglycol, Ethanolamin, Ethylendiamin und ihren Amiden abgeleiteten. R und R' sind wie in der Definition von „Esteräquivalent” hier definiert.
Von 3-Aminopropylalkoxysilanen ist allgemein bekannt, dass sie bei Erwärmen cyclisieren und diese RNHSi Verbindungen sind in dieser Erfindung geeignet. Vorzugsweise weist der aminosubstituierte Organosilanester oder das Esteräquivalent Estergruppen, wie Methoxy, auf, die als Methanol leicht verflüchtigt werden, um so zu vermeiden, dass ein Rückstand an der Grenzfläche verbleibt, der die Bindung beeinträchtigen kann. Das aminosubstituierte Organosilan muss mindestens ein Esteräquivalent aufweisen; zum Beispiel kann es ein Trialkoxysilan sein.
Zum Beispiel kann das aminosubstituierte Organosilan die Formel: ZNH-L-SiX'X''X''' aufweisen, wobei Z Wasserstoff, Alkyl oder substituiertes Alkyl, einschließlich aminosubstituiertem Alkyl ist; wobei L ein zweiwertiges geradkettiges C1-12 Alkylen ist oder eine C3-8 Cycloalkylen-, Heterocycloalkylen- mit 3-8-gliedrigem Ring, C2-12 Alkenylen-, C4-8-Cycloalkenylen-, Heterocycloalkenylen- mit 3-8-gliedrigem Ring oder Heteroaryleneinheit umfassen kann. L kann durch einen oder mehrere zweiwertige aromatische Reste oder heteroatomare Reste unterbrochen sein. Der aromatische Rest kann einen heteroaromatischen einschließen. Das Heteroatom ist vorzugsweise Stickstoff, Schwefel oder Sauerstoff. L ist gegebenenfalls substituiert mit C1-4 Alkyl, C2-4 Alkenyl, C2-4 Alkinyl, C1-4 Alkoxy, Amino, C3-6 Cycloalkyl, 3-6-gliedrigem Heterocycloalkyl, monocyclischem Aryl, Heteroaryl mit 5-6-gliedrigem Ring, C1-4 Alkylcarbonyloxy, C1-4 Alkyloxycarbonyl, C1-4 Alkylcarbonyl, Formyl, C1-4 Alkylcarbonylamino oder C1-4 Aminocarbonyl. L ist ferner gegebenenfalls durch -O-, -S-, -N(Rc)-, N(Rc)-C(O)-, -N(Rc)-C(O)-O-, -O-C(O)-N(Rc)-, -N(Rc)-C(O)-N(Rd)-, -O-C(O)-, -C(O)-O- oder -O-C(O)-O- unterbrochen. Jeder Rest Rc und Rd ist unabhängig Wasserstoff, Alkyl, Alkenyl, Alkinyl, Alkoxyalkyl, Aminoalkyl (primär, sekundär oder tertiär) oder Halogenalkyl; und jeder Rest X', X'' und X''' ist eine C1-18 Alkyl-, Halogen-, C1-8 Alkoxy-, C1-8 Alkylcarbonyloxy- oder Aminogruppe, mit der Maßgabe, dass mindestens ein Rest von X', X'' und X''' eine unbeständige Gruppe ist. Ferner können irgendwelche zwei oder alle X', X'' und X''' durch eine kovalente Bindung verbunden werden. Die Aminogruppe kann eine Alkylaminogruppe sein. Beispiele der aminosubstituierten Organosilane schließen 3-Aminopropyltrimethoxysilan (SILQUEST A-1110), 3-Aminopropyltriethoxysilan (SILQUEST A-1100), 3-(2-Aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilan (SILQUEST A-1120), SILQUEST A-1130, (Aminoethylaminomethyl)phenethyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)phenethyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan (SILQUEST A-2120), Bis(γ-triethoxysilylpropyl)amin (SILQUEST A-1170), N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltributoxysilan, 6-(Aminohexylaminopropyl)trimethoxysilan, 4-Aminobutyltrimethoxysilan, 4-Aminobutyltriethoxysilan, p-(2-Aminoethyl)phenyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltris(methoxyethoxyethoxy)silan, 3-Aminopropylmethlydiethoxysilan, oligomere Aminosilane, wie DYNASYLAN 1146, 3-(N-Methylamino)propyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldiethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyldimethylmethoxysilan, 3-Aminopropyldimethylethoxysilan ein.
Zusätzlich sind „Vorstufen”-Verbindungen, wie Bissilylharnstoff [RO)₃Si(CH₂)NR]₂C=O ebenfalls Beispiele des aminosubstituierten Organosilanesters oder Esteräquivalents, das Amin durch zuerst thermisch dissoziieren freisetzt. Die Menge des Aminosilans beträgt zwischen 0,01% und 10 Gew.-%, bezogen auf das funktionelle Polymer, vorzugsweise zwischen 0,03% und 3% und stärker bevorzugt zwischen 0,1% und 1%.
In einigen Ausführungsformen können die Mittel zur Verbesserung der Haftung zu einem Beschichtungsgemisch, das eine quartäre Ammoniumverbindung und gegebenenfalls eine Organosilanverbindung umfasst, wie hier offenbart, gegeben und mit einem Trägermaterial (z. B. einem Glasträgermaterial) unter Bedingungen in Kontakt gebracht werden, die die Bildung von Si-O-Si Bindungen, wie hier beschrieben, erleichtern. Das Beschichtungsgemisch kann mit einem geeigneten Trägermaterial wie hier beschrieben in Kontakt gebracht werden. Demgemäß kann die Silangruppe in dem Mittel zur Verbesserung der Haftung jede silanierte Verbindung an eine andere silanierte Verbindung (die gegebenenfalls eine Komponente einer polymeren Struktur sein kann) oder dem Trägermaterial binden.
In einigen Ausführungsformen können die Mittel zur Verbesserung der Haftung zu einem Beschichtungsgemisch gegeben werden, das ein Polymer, das mehrere anhängige Gruppen aufweist, die eine erste anhängige Gruppe, die eine erste quartäre Ammoniumkomponente einschließt, eine zweite anhängige Gruppe, die eine unpolare Komponente einschließt, und schließlich eine dritte anhängige Gruppe einschließt, die ein Organosilan oder eine organische Silanesterkomponente einschließt, umfasst. Das Beschichtungsgemisch kann mit einem geeigneten Trägermaterial unter Bedingungen in Kontakt gebracht werden, die die Bildung der Si-O-Si Bindungen wie hier beschrieben erleichtern.
In einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere Mittel zur Verbesserung der Haftung in einem organischen Lösungsmittel gelöst und auf ein geeignetes erstes Trägermaterial (z. B. Glas) wie hier beschrieben beschichtet werden, wobei eine erste Beschichtung gebildet wird. Nach Entfernen des Lösungsmittels durch Eindampfen umfasst das erste Trägermaterial weiter eine Schicht (z. B. eine „Grundierungsschicht” oder „Haftung verbessernde” Schicht) des darauf beschichteten Mittels zur Verbesserung der Haftung. Anschließend kann eine Zusammensetzung (z. B. eine Lösung), die jede antimikrobielle Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einem organischen Lösungsmittel umfasst, auf die Grundierungsschicht des ersten Trägermaterials beschichtet werden. Nach Entfernen des Lösungsmittels durch Verdampfen umfasst das erste Trägermaterial jetzt zwei Schichten, die „Grundierungsschicht” und die antimikrobielle Polymerschicht. Das erste Trägermaterial, das jetzt zwei beschichtete Schichten umfasst, kann erwärmt werden (z. B. auf etwa 120°C für etwa 3 Minuten bis etwa 15 Minuten), um die Bildung von Si-O-Si Bindungen zu erleichtern und dabei die silanierten Komponenten des Beschichtungsgemisches mit dem ersten Trägermaterial kovalent zu verknüpfen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Grundierungsschicht, die das Mittel zur Verbesserung der Haftung umfasst, unter Bedingungen erwärmt werden, die die Bildung der Si-O-Si Bindungen vor in Kontakt bringen der ersten Zusammensetzung mit dem beschichteten ersten Trägermaterial erleichtern.
Katalysatoren:
In jeder Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer antimikrobiellen Beschichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung können ein oder mehrere Katalysatoren in dem Verfahren verwendet werden. Geeignete Katalysatoren schließen jede Verbindung ein, die die Bildung der Si-O-Si Bindungen beschleunigt. Nicht einschränkende Beispiele geeigneter Katalysatoren schließen eine Säure (z. B. eine organische Säure), eine Base (z. B. eine organische Base), Zinnoctoat und 1,8-Diazabicycloundecen (DBU) ein. In jeder Ausführungsform kann der Katalysator mit der antimikrobiellen Komponente und dem Mittel zur Verbesserung der Haftung, falls vorhanden, zu der hier beschriebenen ersten Zusammensetzung gegeben werden.
Bei Verwendung kann der Katalysator in der ersten Zusammensetzung, zweiten Zusammensetzung, dem ersten Gemisch und/oder zweiten Gemisch, die hier beschrieben sind, gelöst werden. Typischerweise ist die Endkonzentration des Katalysators in jeder Beschichtungszusammensetzung relativ niedrig (z. B. etwa 0,04 Gewichts-%). Der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass die Konzentration des Katalysators ausreichend hoch sein sollte, um die Vernetzungsreaktion zu katalysieren, während eine wesentliche Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften (z. B. Farbe) der Beschichtung und/oder Beeinträchtigung der Lagerdauer des Beschichtungsgemisches vermieden werden sollte.
Trägermaterialien und Gegenstände:
Antimikrobielle Schichten der vorliegenden Offenbarung können auf eine Reihe von siliziumhaltigen Trägermaterialien aufgetragen werden. Geeignete Trägermaterialien schließen zum Beispiel siliziumhaltige Materialien, wie Gläser, Glasbeschichtungen und siliziumhaltige Keramikmaterialien ein.
Die Trägermaterialien können zur Herstellung einer Vielzahl von geeigneten Gegenständen (z. B. als ein Teil, ein Anteil oder die Gesamtheit des Gegenstands) verwendet werden. Die Gegenstände umfassen eine Vielzahl von Oberflächen, die absichtlich oder nebenbei mit mikrobiologisch verunreinigten Gegenständen während der Routineverwendung in Kontakt gebracht werden können. Die Gegenstände schließen zum Beispiel elektronische Anzeigen (z. B. Touch Screen eines Computers) ein. Geeignete Gegenstände sind in Umgebungen der Nahrungsmittelverarbeitung (z. B. Räumlichkeiten der Nahrungsmittelverarbeitung, Ausstattung, Arbeitsplatten) und in Umgebungen der Gesundheitsvorsorge (z. B. Patientenbehandlungszimmer, Arbeitsplatten) zu finden.
Verfahren zur Herstellung der antimikrobiell beschichteten Gegenstände:
Die vorliegende Offenbarung stellt Verfahren zur Beschichtung von antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung auf ein Trägermaterial bereit. Die Lösung (d. h. das Reaktionsgemisch), das mindestens eine antimikrobielle Komponente in einem organischen Lösungsmittel enthält, kann mit einem Trägermaterial in Kontakt gebracht werden. Das Lösungsmittel kann eingedampft werden, wobei eine haltbare antimikrobielle Beschichtung auf dem Trägermaterial gebildet wird. In einigen Ausführungsformen kann das Trägermaterial vor und/oder während des Schritts des in Kontakt bringens erwärmt werden, um das Verdampfen des Lösungsmittels zu beschleunigen. Vorzugsweise wird das Trägermaterial auf eine Temperatur erwärmt, die eine Funktion (z. B. antimikrobielle Wirksamkeit, Kratzbeständigkeit) der antimikrobiellen Schicht oder einer Komponente des Trägermaterials, auf die die antimikrobielle Beschichtungszusammensetzung beschichtet ist, nicht beeinträchtigt. Eine geeignete Temperatur zum in Kontakt bringen der Polymerzusammensetzung mit einem Glasträgermaterial beträgt von Raumtemperatur bis etwa 120°C. Der Fachmann erkennt ohne weiteres, dass höhere Temperaturen eine schnellere Entfernung des organischen Lösungsmittels von der Polymerzusammensetzung erleichtern.
In einigen Ausführungsformen kann die antimikrobielle Komponente auf eine Endkonzentration von 1 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-% in dem organischen Lösungsmittel vor Verwendung der verdünnten Lösung zum Auftragen der antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzung auf ein Trägermaterial verdünnt werden. In einigen Ausführungsformen wird die antimikrobielle Komponente auf eine Endkonzentration von 1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% in dem organischen Lösungsmittel verdünnt, bevor die verdünnte Lösung zum Auftragen der antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzung auf ein Trägermaterial verwendet wird. Geeignete organische Lösungsmittel zum Verdünnen des Polymers weisen einen Flammpunkt unter 150°C auf und schließen Ether, Ketonester und Alkohole, zum Beispiel Isopropylalkohol, ein.
Zurück zu den Zeichnungen zeigt 4 eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands gemäß der vorliegenden Offenbarung. Dieses Verfahren kann insbesondere hohe Haltbarkeit einer antimikrobiellen Beschichtung ergeben, die auf Glas oder eine siliziumhaltige Oberfläche aufgetragen ist. Das Verfahren schließt den gegebenenfalls vorhandenen Schritt 450 des Auftragens einer siliziumhaltigen Schicht auf ein erstes Trägermaterial ein. Das erste Trägermaterial kann jedes hier beschriebene geeignete Trägermaterial sein, auf das eine siliziumhaltige Schicht aufgetragen werden kann. In einigen Ausführungsformen kann das erste Trägermaterial eine glasbeschichtete Polymerfolie oder ein diamantartiges Glasmaterial sein. Die siliziumhaltige Schicht kann auf das erste Trägermaterial unter Verwendung von Verfahren aufgetragen werden, die dem Fachmann bekannt sind. Ein nicht einschränkendes Beispiel des Auftragens der siliziumhaltigen Schicht auf ein Trägermaterial ist in Beispiel 1 des U.S.-Patents Nr. 7,294,405 beschrieben; wobei eine siliziumhaltige nicht spiegelnde Hartbeschichtungsschicht auf ein Glasträgermaterial beschichtet wird.
Das Verfahren schließt ferner den Schritt 452 des Herstellens des ersten Trägermaterials ein. Das erste Trägermaterial kann ein siliziumhaltiges Material, wie eine Glasschicht, eine Glasbeschichtung auf einem thermoduren Trägermaterial (z. B. ein Metall) oder Glasteilchen umfassen. Das erste Trägermaterial kann durch ein Wärmebehandlung für eine ausreichende Zeitspanne und bei einer ausreichenden Temperatur, die zum Entfernen flüchtiger Oberflächenverunreinigungen, wie zum Beispiel Wasser und organische Rückstände (z. B. Kohlenwasserstoffe, Lipide, Öle, organische Lösungsmittel) geeignet ist. Der Fachmann wird erkennen, dass es die Kombination von sowohl der Zeit als auch der Temperatur ist, die die Behandlung zum Entfernen der flüchtigen Oberflächenverunreinigungen von dem Trägermaterial geeignet macht.
Geeignetes Wärmebehandlungen zum Herstellen des Trägermaterials schließen Aussetzen des siliziumhaltigen Trägermaterials an eine Temperatur von etwa 475 bis etwa 550°C ein. In einigen Ausführungsformen weist das Wärmebehandeln eine Dauer von mindestens etwa 3 Minuten oder länger auf. In einigen Ausführungsformen weist das Wärmebehandeln eine Dauer von etwa 3 Minuten bis etwa 10 Minuten auf. In einigen Ausführungsformen weist das Wärmebehandeln eine Dauer von etwa 6 Minuten bis etwa 10 Minuten auf.
Andere geeignete Wärmebehandlungen schließen zum Beispiel Aussetzen des siliziumhaltigen Trägermaterials an eine Temperatur von etwa 130°C für etwa 30 Minuten ein. Zum Beispiel kann ein relatives dickes (z. B. etwa 2 mm oder dicker) siliziumhaltiges Trägermaterial auf etwa 475 bis etwa 550°C erwärmt werden. Insbesondere kann ein Erwärmen des Trägermaterials auf etwa 100° bis etwa 150° für 20 Minuten bis 60 Minuten die Bindung zwischen den antimikrobiellen Komponenten und dem Trägermaterial verbessern. In einigen Ausführungsformen ergibt ein Erwärmen des Trägermaterials kurz bevor die antimikrobielle Zusammensetzung beschichtet wird, eine verbesserte Bindung (z. B. wie durch die Haltbarkeit der Beschichtung gemessen) zwischen der Beschichtung und dem Trägermaterial. Die verbesserte Bindung kann eine signifikant größere Haltbarkeit der antimikrobiellen Schicht auf dem Trägermaterial ergeben. Das kann zum Beispiel unter Verwendung des hier beschriebenen Radierertests gezeigt werden. Ohne Festlegen auf eine Theorie wird angenommen, dass die Vorbehandlung des Trägermaterials durch Erwärmen einen Überschuss an Feuchtigkeit entfernt, der auf der Oberfläche des Trägermaterials (z. B. siliziumhaltiges Material) vorhanden ist, und größere Fähigkeit der Silangruppen an der Oberfläche, mit den Organosilangruppen in der antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzung zu reagieren, bereitstellt.
Ohne Festlegen auf eine Theorie wird angenommen, dass das Wärmebehandeln Wasser und andere Verunreinigungen (z. B. organische Reste) von der Oberfläche des siliziumhaltigen Materials entfernt, was es reaktiver mit Silanverbindungen macht.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt 454 des in Kontakt bringens einer ersten Zusammensetzung, umfassend ein Organosilan (z. B. ein antimikrobielles Organosilan), das gegebenenfalls ein antimikrobielles Polymer (z. B. ein antimikrobielles Polymer, offenbart in der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 61/348,157) und ein flüssigkristallines Silan (z. B. ein homeotropes flüssigkristallines Silan) mit dem ersten Trägermaterial einschließen. Geeignete diamantartige Glasmaterialien sind in den U.S.-Patenten Nr. 6,696,157 ; 6,015,597 und 6,795,636 ; und der U.S.-Patentveröffentlichung Nr. US 2008/196664 beschrieben. Vorzugsweise umfasst die Zusammensetzung eine antimikrobielle quartäre Ammoniumgruppe als eine Organosilankomponente.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein relativ kleiner Teil (z. B. 3%) des Lösungsmittels angesäuertes Wasser. Angesäuertes Wasser in der antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzung kann ferner die Bildung von Bindungen zwischen Silangruppen erleichtern.
Die erste Zusammensetzung kann auf das Trägermaterial unter Verwendung einer Reihe von auf dem Fachgebiet bekannten Verfahren, wie zum Beispiel Wischen, Streichen, Tauchbeschichtung, Vorhangbeschichtung, Gravurbeschichtung, Kiss-Coating-Verfahren, Schleuderbeschichtung und Sprühen aufgetragen werden.
Das in Kontakt bringen der ersten Zusammensetzung mit dem Trägermaterial umfasst ferner in Kontakt bringen der ersten Zusammensetzung unter Bedingungen, die die Bildung von Si-O-Si Bindungen erleichtern. Der Fachmann erkennt, dass während und nach der Zeitspanne, in dem das Lösungsmittel der ersten Zusammensetzung verdampft, die Komponenten der ersten Zusammensetzung miteinander und/oder mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial zu reagieren beginnen, wobei Si-O-Si Bindungen gebildet werden. Diese Reaktion geht relativ langsam bei Umgebungstemperatur (etwa 23°C) vonstatten. Erwärmen des Trägermaterials kann die Bildung von vernetzenden kovalenten Bindungen zwischen den Silangruppen in der antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzung und den Silangruppen an der Oberfäche des ersten Trägermaterials erleichtern. So kann in bestimmten bevorzugten Ausführungsformen die Bildung der Si-O-Si Bindungen in dem gegebenenfalls vorhandenen Schritt 456 des Aussetzens des beschichteten Trägermaterials an erhöhte Temperatur beschleunigt werden. Ohne Festlegen auf eine Theorie können andere Kräfte (z. B. hydrophobe Wechselwirkung, Adhäsion) auch die Verknüpfung der Komponenten der antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzung mit dem ersten Trägermaterial erleichtern.
Im Allgemeinen erfordert Erwärmen des ersten Trägermaterials auf höhere Temperaturen, während es mit der ersten Zusammensetzung in Kontakt gebracht wird, kürzere Zeiten, damit das Lösungsmittel verdampft und die antimikrobielle Komponente an das erste Trägermaterial bindet. Jedoch sollte der Schritt des in Kontakt bringens bei Temperaturen unterhalb denen die Siloxanbindungen dissoziieren durchgeführt werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Schritt des in Kontakt bringens bei etwa Umgebungstemperatur (20–25°C) für etwa 10 Minuten bis etwa 24 Stunden durchgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Schritt des in Kontakt bringens bei etwa 130°C für etwa 30 Sekunden bis etwa 3 Minuten durchgeführt werden.
Die Bedingungen für den Schritt des in Kontakt bringens 454 oder den Schritt des Erwärmens 456 können einen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften der antimikrobiellen Beschichtung auf dem Trägermaterial aufweisen. Zum Beispiel kann eine antimikrobielle Beschichtungszusammensetzung, die bei Raumtemperatur für 24 Stunden in Kontakt gebracht („gehärtet”) wird, messbar hydrophober sein als eine antimikrobielle Beschichtungszusammensetzung, die bei etwa 130°C für etwa 3 Minuten gehärtet wird. In einigen Ausführungsformen korreliert die Hydrophobie der Beschichtung mit der Haltbarkeit der antimikrobiellen Schicht, die auf das Trägermaterial beschichtet ist.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren gegebenenfalls Nachbehandlungen (nicht gezeigt) der Beschichtung durch Erwärmen oder Bestrahlungen, einschließlich IR Plasma, E-Strahl, zur weiteren Verbesserung der Grenzflächenhaftung der Beschichtung an die Trägermaterialien ein. Wenn das erste Trägermaterial während des Schritts des in Kontakt bringens 454 erwärmt wird, kann das Verfahren den Schritt (nicht gezeigt) des Abkühlen des Trägermaterials einschließen. Typischerweise wird das Trägermaterial auf Raumtemperatur abgekühlt.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren gegebenenfalls den Schritt 458 des Verknüpfen des ersten Trägermaterials mit dem zweiten Trägermaterial ein. Das erste Trägermaterial kann mit dem zweiten Trägermaterial entweder vor Schritt 454 oder nach Schritt 456 verknüpft werden. Das zweite Trägermaterial kann jedes hier beschriebene geeignete Trägermaterial sein. Zum Beispiel kann das erste Trägermaterial eine Polymerfolie sein, auf die eine Haftschicht auf eine Hauptoberfläche der Folie beschichtet werden kann. In dieser Ausführungsform kann die antimikrobielle Schicht auf eine erste Hauptoberfläche der Folie beschichtet werden und ein Klebstoff kann auf die gegenüberliegende Hauptoberfläche der Folie beschichtet werden. So kann zum Beispiel die Folie mit einer antimikrobiellen Schicht auf einer Hauptoberfläche und einer Klebstoffschicht auf der anderen Hauptoberfläche anschließend über die Klebstoffschicht mit einem zweiten Trägermaterial, wie Glas oder Polymerträgermaterial, verknüpft werden.
Es sollte angemerkt werden, dass die Vorbehandlung der siliziumhaltigen Schichten oder Trägermaterialien vor Aufbringen der antimikrobiellen Beschichtungszusammensetzungen der vorliegenden Offenbarung die Bindung zwischen den antimikrobiellen Komponenten und dem Trägermaterial (z. B. siliziumhaltiges Material) verbessern kann. Die Vorbehandlung der siliziumhaltigen Schicht oder des Trägermaterials kann zum Beispiel Eintauchen der Schicht oder des Trägermaterials in ein flüchtiges Lösungsmittel (z. B. Isopropylalkohol) und/oder Abwischen der Schicht oder des Trägermaterials mit dem flüchtigen Lösungsmittel einschließen. Gegebenenfalls kann das Lösungsmittel zum Beispiel ferner eine Lösung einer basischen Verbindung, wie Kaliumhydroxid, umfassen. In einigen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel mit der Lösung der basischen Verbindung gesättigt werden.
In jeder der vorstehenden Ausführungsformen (nicht gezeigt) kann das Verfahren ferner Beschichten des ersten Trägermaterials mit einer zweiten Zusammensetzung, umfassend ein Mittel zur Verbesserung der Haftung vor in Kontakt bringen des ersten Trägermaterials mit der ersten Zusammensetzung umfassen. Das erste Trägermaterial kann jedes hier offenbarte siliziumhaltige Trägermaterial sein. Das Mittel zur Verbesserung der Haftung kann jedes hier offenbarte Mittel zur Verbesserung der Haftung sein. Gegebenenfalls kann die zweite Zusammensetzung ferner einen Katalysator, wie hier offenbart, umfassen. In dieser Ausführungsform wird das Mittel zur Verbesserung der Haftung in einem organischen Lösungsmittel gelöst und auf ein geeignetes erstes Trägermaterial (z. B. Glas) wie hier beschrieben beschichtet, um eine erste Beschichtung zu bilden. Nach Entfernen des Lösungsmittels durch Verdampfen umfasst das erste Trägermaterial eine Schicht (z. B. eine „Grundierungsschicht” oder „haftungsverbessernde” Schicht) des Mittels zur Verbesserung der Haftung, das darauf beschichtet ist. Anschließend kann eine Zusammensetzung, die jede antimikrobielle Beschichtungszusammensetzung der vorliegenden Offenbarung in einem geeigneten Lösungsmittel umfasst, auf die Grundierungsschicht des ersten Trägermaterials beschichtet werden. Nach Entfernen des Lösungsmittels durch Verdampfen umfasst das erste Trägermaterial jetzt zwei Schichten, die „Grundierungsschicht” und die Schicht der antimikrobiellen Zusammensetzung. Das erste Trägermaterial, das jetzt zwei beschichtete Schichten umfasst, kann verarbeitet werden (z. B. auf etwa 120°C für etwa 3 Minuten bis etwa 15 Minuten erwärmt), um die Bildung von Si-O-Si Bindungen zu erleichtern, wie hier offenbart. In einer anderen Ausführungsform kann die Grundierungsschicht, die das Mittel zur Verbesserung der Haftung umfasst, verarbeitet (z. B. erwärmt oder „gehärtet”) werden, um die Bildung von Si-O-Si Bindungen vor dem in Kontakt bringen der ersten Zusammensetzung mit dem ersten Trägermaterial, das die gehärtete Grundierungsschicht umfasst, zu erleichtern.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform A ist ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands, wobei das Verfahren umfasst:
Wärmebehandeln eines siliziumhaltigen Trägermaterials;
in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit einer ersten Zusammensetzung, die eine quartäre Ammoniumverbindung und eine Organosilanverbindung umfasst;
wobei das in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit der ersten Zusammensetzung in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit der ersten Zusammensetzung nicht später als 4 Stunden nach Wärmebehandeln des siliziumhaltigen Trägermaterials umfasst.
Die Ausführungsform B ist ein Verfahren der Ausführungsform A, wobei die erste Zusammensetzung ferner ein Mittel zur Verbesserung der Haftung umfasst.
Die Ausführungsform C ist das Verfahren der Ausführungsform A oder Ausführungsform B, wobei die erste Zusammensetzung ferner einen Katalysator umfasst.
Die Ausführungsform D ist ein Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die erste Zusammensetzung ferner Wasser umfasst.
Die Ausführungsform E ist das Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das Wasser ferner angesäuertes Wasser umfasst.
Die Ausführungsform F ist die Ausführungsform nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die quartäre Ammoniumverbindung N,N-Dimethyl-N-(3-(trimethoxysilyl)propyl)-1-octadecanaminiumchlorid umfasst.
Die Ausführungsform G ist die Ausführungsform nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Organosilanverbindung 3-Chlorpropyltrimethoxysilan umfasst.
Die Ausführungsform H ist das Verfahren nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die erste Zusammensetzung ferner ein antimikrobielles Polymer mit mehreren anhängigen Gruppen aufweist, umfassend
eine erste anhängige Gruppe, umfassend eine erste quartäre Ammoniumkomponente;
eine zweite anhängige Gruppe, umfassend eine unpolare Komponente; und
eine dritte anhängige Gruppe, umfassend eine erste Organosilankomponente, umfasst.
Die Ausführungsform I ist das Verfahren nach einer der Ausrührungsformen A bis H, ferner umfassend:
in Kontakt bringen einer zweiten Zusammensetzung, die ein Mittel zur Verbesserung der Haftung in einem Lösungsmittel mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial unter Bedingungen, die geeignet sind um kovalente Bindungen zwischen dem Mittel zur Verbesserung der Haftung und dem siliziumhaltigen Trägermaterial zu bilden, umfasst;
wobei das in Kontakt bringen der zweiten Zusammensetzung mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial vor dem in Kontakt bringen der ersten Zusammensetzung mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial erfolgt.
Die Ausführungsform J ist ein Gegenstand, umfassend:
ein siliziumhaltiges Trägermaterial, das eine Oberfläche umfasst;
eine erste Schicht, die auf der Oberfläche beschichtet ist, wobei die erste Schicht ein Mittel zur Verbesserung der Haftung umfasst; und
eine zweite Schicht, welche auf die erste Schicht beschichtet ist, wobei die zweite Schicht
eine quartäre Ammoniumverbindung und eine Organosilanverbindung umfasst.
Die Ausführungsform K ist der Gegenstand nach Ausführungsform J, wobei die erste oder die zweite Schicht ferner einen Katalysator umfasst.
Die Ausführungsform L umfasst den Gegenstand nach Ausführungsform J oder Ausführungsform K K, wobei das Mittel zur Verbesserung der Haftung aus der Gruppe bestehend aus 3-Triethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutyliden)propylamin, N-Phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilan und 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-(2-Aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)phenethyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)phenethyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, Bis(γ-triethoxysilylpropyl)amin, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltributoxysilan, 6-(Aminohexylaminopropyl)trimethoxysilan, 4-Aminobutyltrimethoxysilan, 4-Aminobutyltriethoxysilan, p-(2-Aminoethyl)phenyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltris(methoxyethoxyethoxy)silan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, Tetraethoxysilan und Oligomere davon, Methyltriethoxysilan und Oligomere davon, ein oligomeres Aminosilan, 6,3-(N-Methylamino)propyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldiethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyldimethylmethoxysilan und 3-Aminopropyldimethylethoxysilan ausgewählt ist.
Die Erfindung wird weiter in Bezug auf die folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht. Alle Teile und Prozentsätze sind als Gewichtsteile ausgedrückt, wenn nicht anders angegeben.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird insbesondere in den folgenden Beispielen beschrieben, die nur als Veranschaulichungen gedacht sind, da zahlreiche Änderungen und Abwandlungen im Umfang der vorliegenden Erfindung für den Fachmann leicht zu erkennen sind. Wenn nicht anders angegeben, sind alle Teile, Prozentsätze und Verhältnisse, die in den folgenden Beispielen aufgeführt sind, auf einer Gewichtsbasis, und alle in den Beispielen verwendeten Reagenzien wurden von den nachstehend beschriebenen chemischen Anbietern erhalten oder sind erhältlich oder können mit herkömmlichen Verfahren synthetisiert werden.

Eine Liste der in den folgenden Beispielen verwendeten Reagenzien ist in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1.

Abkürzung	Chemischer Name	Quelle
A-174	Methacryloylpropyltrimethoxysilan	Aldrich; Milwaukee, WI
AA	Acrylsäure	BASF; Florham, NJ
Al120	N-(beta-Aminoethyl)gammaaminopropyltrimethoxysilan	ShinEtsu: Akron, OH
AEM5700	Ein Gemisch von 2-(Trimethoxysilyl)propyldimethyloctadecylammoniumchlorid (ein Organosilan-Flüssigkristall) und Chlorpropyltrimethoxysilan (ein Organosilan) in Methanol	Aegis Environmental, Midland, MI
BHT	2,6-Di-tert-4-methylphenol	Aldrich; Milwaukee, WI
C₁₆H₃₃Br	1-Bromhexyldecan	Chemtura Corporation, Bay Minette, AL
DMAEA	Dimethylaminoethylacrylat	CIBA; Marietta, GA
DMAEA-C16BR	Dimethylaminoethylacrylat C16 bromid	Siehe Beispiel 2
EtOAc	Ethylacetat	J. T. Baker; Austin, TX
EtOH	Ethanol	J. T. Baker; Austin, TX
HEMA	Hydroxyethylmethacrylat	Cyro Industries; Parsippany, NJ
IOA	Isooctylacrylat	Sartomer USA, LLC; Exton, PA
IPA	Isopropylalkohol	VWR; Houston, TX
MEHQ	4-Methoxyphenol	Alfa Aesar, Ward Hill, MA
NHMAc	N-(Hdroxymethyl)acrylamid	Aldrich; Milwaukee, WI
NVP	N-Vinylpyrrolidinon	ISP Chemicals, Inc.; Calvary City, KY

BEISPIEL 1.
Physikalische Testverfahren für beschichtete Glasträgermaterialien.
ASTM Testverfahren sind von ASTM International (West Conshohocken, PA) veröffentlicht. Die beschichteten Glasträgermaterialien wurden auf eine Reihe von physikalischen Eigenschaften untersucht. Die Hydrophobie der beschichteten Oberfläche wurde durch Messen des Kontaktwinkels eines Tropfens entionisierten Wassers unter Verwendung des ASTM D7334.7606 Testverfahrens untersucht. Die Kratzbeständigkeit der beschichteten Oberfläche wurde unter Verwendung des ASTM D7027-05 Tests („Kratztest”) mit einer konstanten Last von 1000 g unter Verwendung von Moh-Härte-Stiften untersucht. Das Ergebnis ist als der härtete Stift angegeben, der mit der 1000 g Last keinen Kratzer bewirkte. Die durchgelassene Trübung und Durchlässigkeit der mit Polymer beschichteten Glasmaterialien wurden unter Verwendung des ASTM D1002 auf der Haze Gard Plus Messvorrichtung von BYK-Gardner GmbH, Geretsried, Deutschland gemessen, und die Lichtdurchlässigkeit ist als der Prozentsatz des durch die Probe durchgelassenen Lichts angegeben. Die Klarheit wurde unter Verwendung einer BYK-Gardner Haze Gard Plus Vorrichtung, kalibriert unter Verwendung eines 0% (schwarze Abdeckung) Standards und eines Standards der Klarheit von 77,8%, bereitgestellt von BYK-Garner (Katalog Nr. 4732) gemessen. Die reflektierte Trübung wird gemäß dem Testverfahren ASTM E430 gemessen. Der Glanz bei 20° und 60° wurde auf einer BYK Glanzmessvorrichtung unter Verwendung des ASTM D523 Testverfahrens gemessen.
Der Radierer-Reibtest, der ein Maß für die Haltbarkeit der Beschichtung ist, wurde gemäß der Militärspezifikation der Vereinigten Staaten für die Beschichtung von optischen Glaselementen (MIL-C-675C), mit Datum 22. August 1980, durchgeführt. Der angegebene Wert ist die Zahl der Reibungen mit dem Radierer, die erforderlich waren, um die Beschichtung von dem Glas zu entfernen.
BEISPIEL 2.
Testverfahren der antimikrobiellen Wirksamkeit für beschichtete Glasträgermaterialien.
Die antimikrobielle Wirksamkeit der beschichteten Glasträgermaterialien wurde unter Verwendung des JIS Z 2801 Testverfahrens (japanische Industriestandards; Japanese Standards Association; Tokyo, JP) untersucht, wurde zum Beurteilen der antibakteriellen Wirksamkeit der antibakteriell beschichteten Glasträgermaterialien verwendet. Die bakteriellen Animpfungen (Staphylococcus aureus ATCC 6538 bzw. Escherichia coli ATCC23573) wurden in einer Lösung von 1 Teil Nährstofflösung (NB) und 499 Teilen Phosphatpuffer hergestellt. Ein Teil der Animpfung wurde zum Bestimmen der Zahl der lebensfähigen Bakterien in der Animpfung verwendet. Der andere Teil der bakteriellen Suspension (150 μl) wurde auf die Oberfläche der Glasprobe gebracht und die angeimpfte Glasprobe für die festgelegte Kontaktzeit bei 28 +/–1°C inkubiert. Nach dem Inkubieren wurde die Glasprobe in 20 ml D/E neutralisierende Lösung gelegt. Die Zahl der überlebenden Bakterien in der neutralisierenden Lösung wurde durch Animpfen der Lösung auf Nähragar unter Verwendung einer Spiralplattenvorrichtung WASP II, DW Scientific, Shipley, West Yorkshire, UK unter Inkubieren der Platten für 24 Stunden bei 35°C ± 1°C und Zählen der Kolonien unter Verwendung einer Kolonieablesevorrichtung (ProtoCol Koloniezählvorrichtung; Microbiology International; Frederick, MD) bestimmt.
BEISPIEL 3.
Synthese von DMAEA-C₁₆Br Monomer
In einem sauberen Reaktor, der mit einem Überkopfkühler, mechanischen Rührer und einer Temperaturmessvorrichtung versehen war, wurden 546 Teile Aceton, 488 Teile C₁₆H₃₃Br, 225 Teile DMAEA, 1,0 Teil BHT und 1,0 Teil MEHQ eingebracht. Die Charge wurde bei 150 Upm gerührt und ein gemischtes Gas (90/10 O₂/N₂) wurde durch die Lösung während des Reaktionsschemas gespült. Das Gemisch wurde 18 Stunden auf 74°C erwärmt. Eine Probe wurde zur Analyse durch GC entnommen, und sie zeigte die Umwandlung von > 98% der Umsetzungsteilnehmer zum gewünschten Produkt. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Erwärmen des Reaktionsgemisches beendet, und 1000 Teile EtOAc wurden langsam unter Rühren bei sehr hoher Geschwindigkeit zugegeben. Ein weißer Feststoff begann auszufallen. Man ließ das Gemisch auf Raumtemperatur abkühlen. Der Niederschlag sammelte sich in der Lösung nach Stehenlassen für mehrere Stunden bei Raumtemperatur an. Das Reaktionsgemisch wurde filtriert, und das weiße feste Filtrat wurde mit 1000 Teilen kaltem EtOAc gewaschen. Das weiße feste Filtrat wurde in einem Vakuumofen bei 40°C für 8 Stunden getrocknet. Die feste Substanz wurde durch NMR Spektroskopie analysiert, was das Vorhandensein von > 99,9% reinem DMAEA-C₁₆Br Monomer zeigte.
VERGLEICHSBEISPIELE 4–6.
Verfahren der Beschichtung von antimikrobiellen Lösungen auf ein Glassubstrat.
Leitend beschichtetes Glas (Teilenummer 29617) wurde von Pilkinton North America, Inc. (Toledo, OH) erhalten. Eine nicht spiegelnde Hartbeschichtung wurde auf das Glas gemäß dem in Beispiel 1 des U.S.-Patents Nr. 7294,405 beschriebenen Verfahren aufgetragen. Das beschichtete Glas wurde in Abschnitte mit etwa 4 inch mal 4 inch (10,2 cm mal 10,2 cm) zu Beschichtungs- und Testzwecken geschnitten.
Etwa zwei Wochen später wurde die AEM 5700 antimikrobielle Lösung auf 1 Gew.-% in Isopropylalkohol verdünnt und wurde auf die Glasproben unter Verwendung eines Wischers (Sealed Edge Wiper 6259HC; Coventry, Kennesaw, GA) aufgetragen, der unmittelbar zum gleichförmigen manuellen Verteilen der Lösung über die Oberfläche eines Glasabschnitts verwendet wurde. Nach Aufbringen der antimikrobiellen Lösung wurden getrennte Teile der beschichteten Proben auf 120°C für 3 Minuten, 15 Minuten bzw. 30 Minuten erwärmt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach Halten auf Raumtemperatur für 24 Stunden wurden die Proben dem Radiererreibtest, der in Beispiel 1 beschrieben ist, unterzogen.
Die beschichteten Proben wurden dann mit Seife (Optisolve OP7153-LF Detergens; erhältlich von Kyzen North America (Manchester, NH) und entionisiertem Wasser in einer 36 Zoll Billco Versa Clean Waschvorrichtung (Billco Manufacturing, Inc., Zelienople, PA) mit angebrachter Fluiderwärmung und Walzenwaschpfanne gewaschen und getrocknet. Die getrockneten Proben wurden wie nachstehend beschrieben untersucht. Nach Waschen der Abschnitte wurde der Radiererreibtest unter Verwendung eines unterschiedlichen Teils der beschichteten Glasprobe wiederholt. Die Proben wurden auch untersucht, um den Kontaktwinkel von entionisiertem Wasser auf der beschichteten Oberfläche wie vorstehend beschrieben zu bestimmen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
BEISPIELE 7–9.
Verfahren der Beschichtung von antimikrobiellen Lösungen auf vorbehandeltes leitend
beschichtetes Glasträgermaterial.

Leitend beschichtetes Glas wurde erhalten und wurde mit einer Antiblendhartbeschichtung, wie in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschrieben, beschichtet. Nicht später als 4 Stunden vor Auftragen einer 1 gew.-%igen Lösung von AEM 5700 (in IPA), wie in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschrieben, wurden die Glasproben in einem Konvektionsofen mit zehn Zonen (Modell Nr. CSC Nr. 30842; Casso-Solar, Pomona, NY) gemäß dem in Tabelle 2 gezeigten Profil erwärmt. Nach Erwärmen wurden die Glasproben auf Raumtemperatur abgekühlt. Tabelle 2. Erwärmungsprofil für die Vorbehandlung der Glasproben der Beispiele 7–9.

Zone	Zonenlänge ⁽ ^m ⁾	Zeitspanne Aussetzens (Minuten)	Zonentemperatur (°C)
1	3,05	3	615
2	3,05	3	545
3	3,05	3	506
4	3,05	3	483
5	3,05	3	475
6	3,05	3	430
7	7,62	7,5	486
8	7,62	7,5	455
9	7,62	7,5	340
10	7,62	7,5	175

Die Proben wurden dem Radiererreibtest, wie in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschrieben, unterzogen. Die Proben wurden auch untersucht, um den Kontaktwinkel von entionisiertem Wasser auf der beschichteten Oberfläche zu bestimmen, wie in Beispiel 1 beschrieben. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Ergebnisse gegen an, dass die Glasproben (sowohl gewaschene als auch nicht gewaschene Teile), die für längere Zeitspannen 120°C ausgesetzt wurden, fähig waren, einer größeren Zahl von Reibungen mit dem Radierer zu widerstehen, bevor die Beschichtung von dem Glasträgermaterial abgerieben wurde (d. h. die Beschichtung war in den Proben, die für längere Zeitspannen erwärmt wurden, haltbarer). Außerdem zeigten die Proben, die nicht später als vier Stunden vor Auftragen der antimikrobiellen Lösung wärmebehandelt wurden, größere Haltbarkeit der Polymerbeschichtung, wie durch den Radiererreibtest gemessen. Tabelle 2. Haltbarkeit der antimikrobiellen Beschichtungen auf Glasproben.

Probe	Kontaktwinkel	Radiererreibungen (vor Waschen)	Radiererreibungen (nach Waschen)
Vergleichsbeispiel 4	81,66	28	20
Vergleichsbeispiel 5	82,75	68	52
Vergleichsbeispiel 6	91,13	87	54
Beispiel 7	72,23	38	25
Beispiel 8	76,69	95	65
Beispiel 9	89,51	107	68

HERSTELLUNGSBEISPIELE 10–12
Synthese der antimikrobiellen Polymere

In einer sauberen Reaktionsflasche wurden die in Tabelle 3 aufgeführten Monomere mit 0,5 Teilen Vazo-67 und 300 Teilen IPA kombiniert. Das Gemisch wurde 3 Minuten mit trockenem Stickstoff gespült. Die Reaktionsflasche wurde versiegelt und in ein auf 65°C vorerwärmtes Wasserbad unter Mischen gegeben. Das Reaktionsgemisch wurde 17 Stunden auf 65°C unter Mischen erwärmt. Das viskose Reaktionsgemisch wurde auf die % Feststoffe analysiert. Zum Fortführen der Umsetzung des verbleibenden Monomers bis > 99,5% vollständiger Umsetzung wurden zusätzliche 0,1 Teile Vazo-67 zu dem Gemisch gegeben, die Lösung wurde gespült und versiegelt. Die Flasche wurde in das Wasserbad mit 65°C unter Mischen gegeben und 8 Stunden erwärmt. Eine Umwandlung von (> 99,5%) der Monomere wurde erreicht, wie durch Berechnen der % Feststoffe erkennbar war. Dieses Verfahren wurde zur Herstellung jedes der in Tabelle 3 aufgeführten Polymere verwendet. Tabelle 3 Antimikrobielle Polymere. Die Polymerbezeichnung bezieht sich auf die Kombination von in dem Reaktionsgemisch verwendeten Monomeren.

Herstellungsbeispiel Nr.	Polymerbezeichnung	Monomerverhältnis
10	P(DMAEMA-C16Br/A-174/IOA)	50/10/40
11	P(DMAEMA-C16Br/HEMA/NHMAc/IOA	50/10/10/30
12	P(DMAEMA-C16Br/A-174/NVP/IOA)	50/5/15/30

BEISPIELE 13–17
Verfahren der Beschichtung von angesäuerten antimikrobiellen Lösungen auf ein vorbehandeltes leitend-beschichtetes Glasträgermaterial.
Leitend-beschichtetes Glas wurde erhalten und mit einer nicht spiegelnden Hartbeschichtung wie in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschrieben beschichtet. Die Beschichtungslösungen sind in Tabelle 4 aufgeführt. Angesäuertes Wasser wurde durch Zugabe von 1 Tropfen konzentrierter Salpetersäure zu 25 ml entionisiertem Wasser hergestellt. Alle Beschichtungslösungen wurden in IPA hergestellt, das 3 Gew.-% angesäuertes Wasser enthielt, mit der Ausnahme von Beispiel 16, das das angesäuerte Wasser nicht einschloss. Alle Glasproben wurden (wie für die Beispiele 7–9 beschrieben) nicht später als 4 Stunden vor Auftragen der in Tabelle 4 aufgeführten Beschichtungslösungen wärmebehandelt. Die Beschichtungslösungen wurden (unter Verwendung des in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschriebenen Wischverfahrens) aufgetragen und die Abschnitte auf 120°C für 3–4 Minuten erwärmt, wie in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschrieben.

Die Proben wurden auf die antimikrobielle Wirksamkeit gegen Staphylococcus aureus unter Verwendung des ASTM Testverfahrens 2149 (Beispiel 1) untersucht, und die Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Das Kontrollglas wurde ähnlich zu den beschichteten Proben behandelt, mit den Ausnahmen, dass keine Beschichtungen aufgetragen wurden, und so die Probe nicht auf 120°C für 3–4 Minuten erwärmt wurde. Tabelle 4. Auf Glasträgermaterialien aufgetragene Zusammensetzungen.

Beispiel Nr.	Beschichtungsgemisch
13	2,5 Gew.-% des Polymers von Herstellungsbeispiel 10 und 0,5 Gew.-% AEM 5700
14	2,5 Gew.-% des Polymers von Herstellungsbeispiel 11 und 0,5 Gew.-% AEM 5700
15	2,5 Gew.-% des Polymers von Herstellungsbeispiel 12 und 0,5 Gew.-% AEM 5700
16	1 Gew.-% AEM 5700 (ohne angesäuertes Wasser)
17	1 Gew.-% AEM 5700

Tabelle 5. Antimikrobielle Wirksamkeit von beschichteten Glasträgermaterialien.

Probe	Koloniebildende Einheiten (Log₁₀) 0 h	Koloniebildende (Einheiten (Log₁₀) 24 h	Verringerung, Log₁₀
Beispiel 13	6,68	3,62	3,06
Beispiel 14	6,72	5,12	1,6
Beispiel 15	6,65	3,28	3,37

Beispiel 16	6,45	2,73	3,72
Beispiel 17	6,86	3,12	3,74
Kontrolle	6,71	6,01	0,7

BEISPIELE 18–33
Verfahren der Beschichtung einer die Haftung verstärkenden Lösung und einer antimikrobiellen Lösung auf ein vorbehandeltes leitend-beschichtetes Glasträgermaterial.
Glassubstrat mit oberflächen-leitender Berührung (SCT):
Leitend-beschichtetes Glas wurde erhalten und wurde mit einer nicht spiegelnde Hartbeschichtung wie in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschrieben beschichtet. Alle Beschichtungslösungen wurden in IPA hergestellt.
Alle Glasproben wurden nicht später als 4 Stunden vor Auftragen der in Tabelle 6 aufgeführten Beschichtungslösungen wärmebehandelt (wie für Beispiele 7–9 beschrieben).
Die Beschichtungslösungen wurden aufgetragen (unter Verwendung des in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschriebenen Wischverfahrens).
Reduplikationen der Glasproben wurden unter Verwendung eines der folgenden Verfahren verarbeitet:
Zwei beschichtete Schichten – eine Härtung-Verfahren (Beispiele 18–21 und 26–29): Die Lösung 1 wurde auf das Trägermaterial aufgetragen und das Lösungsmittel wurde bei Raumtemperatur abgedampft. Lösung 2 wurde auf den gleichen Teil des Trägermaterials aufgetragen und das Lösungsmittel wurde bei Raumtemperatur abgedampft. Das Trägermaterial wurde in einen Ofen mit der endgültigen Härtungstemperatur für die in Tabelle 6 festgelegte Zeitspanne gegeben. Das Trägermaterial wurde aus dem Ofen entfernt und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Eine beschichtete Schicht – eine Härtung-Verfahren (Beispiele 22–23 und 30–31): Das Beschichtungsgemisch wurde auf das Trägermaterial aufgetragen und das Lösungsmittel wurde bei Raumtemperatur abgedampft. Das Trägermaterial wurde in einen Ofen mit der endgültigen Härtungstemperatur für die in Tabelle 6 festgelegte Zeitspanne gegeben. Das Trägermaterial wurde aus dem Ofen entfernt und auf Raumtemperatur abgekühlt.
Zwei beschichtete Schichten – zwei Härtungen-Verfahren (Beispiele 24–25 und 32–33): Die Lösung 1 wurde auf das Trägermaterial aufgetragen und das Lösungsmittel wurde bei Raumtemperatur abgedampft. Das beschichtete Trägermaterial wurde in einem Ofen mit 120°C für 15 Minuten gelegt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Lösung 2 wurde auf den gleichen Teil des Trägermaterials aufgetragen, und das Lösungsmittel wurde bei Raumtemperatur abgedampft. Das Substrat wurde in einen Ofen mit der endgültigen Härtungstemperatur für die in Tabelle 6 festgelegte Zeitspanne gegeben. Das Trägermaterial wurde aus dem Ofen entfernt und auf Raumtemperatur abgekühlt.

Nach dem Verarbeiten wurden die Glasabschnitte in einer Billco Waschvorrichtung wie in den Vergleichsbeispielen 4–6 beschrieben gewaschen, getrocknet und auf antimikrobielle Wirksamkeit gemäß dem in Beispiel 2 beschriebenen Verfahren untersucht. Die Ergebnisse der antimikrobiellen Untersuchung sind in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 6 Beschichtungslösungen für Beispiele 18–25.

Beispiel Nr.	Beschichtungslösungen	End-härtung
18	Lösung 1: A-1120, 1% in IPA Lösung 2: CS3002, 3% in IPA	120°C, 3 min.
19	Lösung 1: A-1120, 2% in IPA Lösung 2: CS3002, 3% in IPA	120°C, 3 min.
20	Lösung 1: A-1120, 1% in IPA Lösung 2: CS3002, 3% in IPA	120°C, 10 min.
21	Lösung 1: A-1120, 2% in IPA Lösung 2: CS3002, 3% in IPA	120°C, 10 min.
22	1:1 Gemisch von A-1120 (1% in IPA) und CS3002 (3% in IPA)	120°C, 15 min.
23	1:1 Gemisch von A-1120 (2% in IPA) und CS3002 (3% in IPA)	120°C, 15 min.
24	Lösung 1: A-1120, 1% in IPA Lösung 2: CS3002, 3% in IPA	120°C, 3 min.
25	Lösung 1: A-1120, 2% in IPA Lösung 2: CS3002, 3% in IPA	120°C, 3 min.

Tabelle 6 Beschichtungslösungen für Beispiele 18–25. Alle Daten sind als mittlere Ergebnisse für die Untersuchung von drei Glasabschnitten pro Beispiel angegeben.

Beispiel Nr.	Log₁₀ Verringerung (CFU/ml) nach 2 Stunden Kontaktzeit (S. aureus)	Log₁₀ Verrringerung (CFU/ml) nach 2 Stunden Kontaktzeit (E. coli)
18	2,22	3,36
19	2,33	3,65
20	2,56	3,44
21	5,10	4,97
22	5,10	3,27
23	2,41	3,85
24	5,10	4,97
25	5,10	4,11

Die vorliegende Erfindung wurde jetzt in Bezug auf mehrere bestimmte Ausführungsformen, die durch den Erfinder vorgesehen sind, beschrieben, für die ermöglichende Beschreibungen verfügbar sind. Unwesentliche Abänderungen der Erfindung, einschließlich Abwandlungen, die gegenwärtig nicht vorgesehen sind, können dennoch Äquivalente dazu bilden. So sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch die hier beschriebenen Einzelheiten und Strukturen beschränkt sein, sondern vielmehr allein durch die folgenden Patentansprüche und Äquivalenten dazu.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6504582 [0035]
US 6504583 [0035]
US 7157649 [0035]
US 7294405 [0039, 0047, 0049, 0072, 0106]
US 2008/0064825 [0059]
US 6696157 [0077]
US 6015597 [0077]
US 6795636 [0077]
US 2008/196664 [0077]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS-Z 2801 (japanische Industriestandards; Japanese Standards Association; Tokyo, Japan) [0054]
ASTM Testverfahrens D 7027.26676 [0054]
ASTM D7334.7606 [0102]
ASTM D7027-05 [0102]
ASTM D1002 [0102]
ASTM E430 [0102]
ASTM D523 [0102]
JIS Z 2801 [0104]
ATCC 6538 [0104]
ATCC23573 [0104]
ASTM Testverfahrens 2149 [0113]

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Gegenstands, wobei das Verfahren umfasst: Wärmebehandeln eines siliziumhaltigen Trägermaterials; in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit einer ersten Zusammensetzung, die eine quartäre Ammoniumverbindung und eine Organosilanverbindung umfasst; wobei das Wärmebehandeln des Trägermaterials Erwärmen des Trägermaterials für eine ausreichende Zeitspanne und bei einer ausreichenden Temperatur, um flüchtige Oberflächenverunreinigungen zu entfernen, umfasst; wobei das in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit der ersten Zusammensetzung das in Kontakt bringen des siliziumhaltigen Trägermaterials mit der ersten Zusammensetzung nicht später als 4 Stunden nach dem Wärmebehandeln des siliziumhaltigen Trägermaterials umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die erste Zusammensetzung ferner ein Mittel zur Verbesserung der Haftung umfasst.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die erste Zusammensetzung ferner einen Katalysator umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Zusammensetzung ferner Wasser umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Wasser ferner angesäuertes Wasser umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die quartäre Ammoniumverbindung N,N-Dimethyl-N-(3-(trimethoxysilyl)propyl)-1-octadecanaminiumchlorid umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Organosilanverbindung 3-Chlorpropyltrimethoxysilan umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Zusammensetzung ferner ein antimikrobielles Polymer, das mehrere anhängige Gruppen aufweist, umfassend eine erste anhängige Gruppe, die eine erste quartäre Ammoniumkomponente umfasst; eine zweite anhängige Gruppe, die eine unpolare Komponente umfasst; eine dritte anhängige Gruppe, die eine erste Organosilankomponente umfasst; umfasst.
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, welches ferner: in Kontakt bringen einer zweiten Zusammensetzung, die ein Mittel zur Verbesserung der Haftung in einem Lösungsmittel umfasst, mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial unter Bedingungen, die geeignet sind, um kovalente Bindungen zwischen dem Mittel zur Verbesserung der Haftung und dem siliziumhaltigen Trägermaterial zu bilden, umfasst; wobei das in Kontakt bringen der zweiten Zusammensetzung mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial vor dem in Kontakt bringen der ersten Zusammensetzung mit dem siliziumhaltigen Trägermaterial erfolgt.
Ein Gegenstand, der: ein siliziumhaltiges Trägermaterial, das eine Oberfläche umfasst; eine erste Schicht, welche auf die Oberfläche beschichtet ist, wobei die erste Schicht ein Mittel zur Verbesserung der Haftung umfasst; und eine zweite Schicht, welche auf die erste Schicht beschichtete ist, wobei die zweite Schicht eine quartäre Ammoniumverbindung und eine Organosilanverbindung umfasst; umfasst.
Der Gegenstand gemäß Anspruch 10, wobei die erste oder die zweite Schicht ferner einen Katalysator umfasst.
Der Gegenstand gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei das Mittel zur Verbesserung der Haftung aus der Gruppe bestehend aus 3-Triethoxysilyl-N-(1,3-dimethylbutyliden)propylamin, N-Phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilan, und 3-[2-(2-Aminoethylamino)ethylamino]propyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-(2-Aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)phenethyltrimethoxysilan, (Aminoethylaminomethyl)phenethyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, Bis-(γ-triethoxysilylpropyl)amin, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltributoxysilan, 6-(Aminohexylaminopropyl)trimethoxysilan, 4-Aminobutyltrimethoxysilan, 4-Aminobutyltriethoxysilan, p-(2-Aminoethyl)phenyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltris(methoxyethoxyethoxy)silan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, Tetraethoxysilan und Oligomere davon, Methyltriethoxysilan und Oligomere davon, ein oligomeres Aminosilan, 6,3-(N-Methylamino)propyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylmethyldiethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropyldimethylmethoxysilan und 3-Aminopropyldimethylethoxysilan ausgewählt ist.