DE19818970B4

DE19818970B4 - Braunsche Röhre mit einem antibakteriellen Filmüberzug und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19818970B4
Application number: DE1998118970
Authority: DE
Inventors: Jae-Huy Park; Dae-In Park; Bum-Je Jeaun; Su-Jin Han; Jin-Nam Kim
Original assignee: Samsung Display Devices Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 1997-05-06
Filing date: 1998-05-04
Publication date: 2009-07-16
Anticipated expiration: 2018-05-05
Also published as: KR100436705B1; US6280806B1; DE19818970A1; KR19980082352A; CN1149622C; CN1199240A

Abstract

Braunsche Röhre mit einer antibakteriellen Filmbeschichtung, welche Titandioxid(TiO2)-Teilchen dispergiert in Siliziumdioxid(SiO2)-Bindemittel enthält, wobei das Siliziumdioxid ein polymerisiertes Produkt wenigstens einer Silikatverbindung ist, und wobei das Mischverhältnis der Titandioxid-Teilchen zur Silikatverbindung im Bereich zwischen 1:1 und 1:2 und die Summe der Titandioxid-Teilchen und der Silikatverbindung im Bereich zwischen 10 und 20% des Gesamtgewichts der antibakteriellen Beschichtungszusammensetzung liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Braunsche Röhre mit einem antibakteriellen Filmüberzug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Braunschen Röhre.
Während ihres Betriebes erzeugt eine Braunsche Röhre sehr viel Wärme und hat eine elektrifizierende Wirkung. Staub in der Luft haftet daher leicht an der Braunschen Röhre, und es können verschiedene Arten von Mikroorganismen darin leben. Um die damit verbundenen Schwierigkeiten zu beseitigen, ist bereits eine antistatische Behandlung vorgeschlagen worden.
Eine derartige antistatische Behandlung verhindert die Erzeugung von statischer Elektrizität, was dadurch das Anhaften von Staub vermindert. Die antistatische Behandlung kann allerdings weder die von der Braunschen Röhre erzeugte Wärme zurückhalten noch die Fortpflanzung von Mikroorganismen verhindern. Die Probleme bezüglich der Hygiene, die durch die Vermehrung von Mikroorganismen verursacht werden, bleiben daher. Es ist bisher überhaupt nicht versucht worden, eine Fortpflanzung von Mikroorganismen zu verhindern. Die meisten Anstrengungen wurden auf die Entwicklung antibakterieller Zusammensetzungen per se und ihre Anwendung auf Fasern oder Hygienebehälter gerichtet. Darüber hinaus bestehen die meisten derartigen antibakteriellen Zusammensetzungen aus organischen Stoffen.
EP 0 445 686 A2 offenbart eine Display-Vorrichtung, bei der auf einem Display-Schirm ein optischer Film aufgebildet ist, welcher der Reduzierung von Reflexionen dient und der eine poröse untere Schicht aufweist, die hauptsächlich aus TiO₂ besteht, und eine obere Schicht aufweist, welche hauptsächlich aus einer Siliziumverbindung mit einer fluorhaltigen Gruppe und einer Siloxanbindung besteht.
FR 2 738 836 A1 beschreibt ein Substrat mit photokatalytischen Eigenschaften, welches auf seiner Oberfläche mit einer Schicht versehen ist, die aus einer Dispersion von Feinpartikeln auf Titandioxid-Basis gebildet wurde.
Durch die Erfindung soll daher eine Braunsche Röhre mit verbesserter antibakterieller Wirkung geschaffen werden.
Durch die Erfindung soll weiterhin ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Braunschen Röhre geschaffen werden.
Dazu umfasst die erfindungsgemäße Braunsche Röhre eine antibakterielle Filmbeschichtung wie in Anspruch 1 definiert.
Vorzugsweise liegt die Stärke der antibakteriellen Filmbeschichtung im Bereich zwischen 50 und 500 nm.
Vorzugsweise hat das Titandioxid eine Anatasstruktur und liegt der mittlere Teilchendurchmesser im Bereich zwischen 1 und 50 nm.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Herstellen einer Braunschen Röhre mit einer antibakteriellen Filmbeschichtung umfasst die folgenden Schritte: (a) Dispergieren von Titandioxid (TiO2) in Alkohol, um eine Dispersion zu bilden, und (b) Beschichten der Braunschen Röhre mit der Dispersion und Durchführen einer Wärmebehandlung.
Vorzugsweise hat dabei das Titandioxid eine Anatasstruktur und liegt der mittlere Teilchendurchmesser im Bereich zwischen 1 und 50 nm.
Vorzugsweise liegt die Konzentration an Titandioxid in der Dispersion in einem Bereich von 5 bis 10 Gew.-%.
Insbesondere hat die gebildete Beschichtung einen Stärke im Bereich zwischen 50 und 500 nm.
Weiterhin wird insbesondere die Wärmebehandlung nach dem Aufbringen der Dispersion bei einer Temperatur zwischen 130 und 150°C über 30 bis 60 min. durchgeführt.
Zwischen den Schritten (a) und (b) umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: (a1) Mischen der Dispersion mit einer Lösung einer Silikatverbindung und (a2) Einstellen des pH-Wertes des Gemisches, erneutes Dispergieren des Gemisches unter Verwendung von Ultraschallwellen und Altern der Dispersion. Die Alterung kann bei einer Temperatur zwischen 30 und 60°C über 30 bis 60 min. durchgeführt werden. Das Mischverhältnis zwischen Titandioxid und der Silikatverbindung liegt im Bereich zwischen 1:1 und 1:2, und die Summe des Titandioxids und der Silikatverbindung liegt insgesamt im Bereich zwischen 10 und 20 Gew.-% der antibakteriellen Beschichtungszusammensetzung. Die Silikatverbindung kann Methylsilikat, Ethylsilikat oder ein Metallsilikat sein.
Im folgenden werden ein Verfahren zum Herstellen einer antibakteriellen Braunschen Röhre und ihr Arbeitsprinzip im einzelnen beschrieben.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die erfindungsgemäße antibakterielle Braunsche Röhre nach dem folgenden Verfahren hergestellt:
Zunächst wird Titandioxid in Alkohol mit einer Endkonzentration von 5 bis 10 Gew.-% dispergiert, um eine Dispersion zu bilden. Dabei wird eine Dispersion einer Silikatverbindung in Alkohol oder einem anderen Lösungsmittel der obigen Dispersion zugemischt, woraufhin der pH-Wert auf einen sauren Wert, vorzugsweise einen pH-Wert 2 bis 3, eingestellt und das Gemisch dann 10 min. lang oder länger unter Verwendung von Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 10 bis 50 kHz dispergiert wird. Danach wird die sich ergebende Lösung einer Wärmebehandlung zur Alterung bei 30 bis 60°C über 30 bis 60 min. unterworfen. Durch diese Alterung wird die Silikatverbindung teilweise polymerisiert und wirkt das erhaltene Polymerisat als Bindemittel zwischen dem Glas der Braunschen Röhre und der antibakteriellen Filmbeschichtung im folgenden Arbeitsvorgang. Die durch die obige Wärmebehandlung erhaltene Lösung wird auf die Braunsche Röhre geschichtet und wärmebehandelt, um eine antibakterielle Filmbeschichtung zu bilden, wodurch sich eine Braunsche Röhre mit einer antibakteriellen Filmbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt. Vorzugsweise wird ein übliches Beschichtungsverfahren, beispielsweise ein Schleuderbeschichten, Sprühbeschichten oder ein Niederschlagen verwandt und wird die Wärmebehandlung bei 130 bis 150°C über 30 bis 60 min. durchgeführt. Während der Wärmebehandlung wird das Lösungsmittel vollständig von der auf die Glasoberfläche geschichteten Zusammensetzung verdampft, was eine harte und kompakte Filmbeschichtung ergibt, die Siliziumdioxid SiO₂ und Titandioxid TiO₂ enthält.
Das Titandioxid TiO₂, das den Hauptbestandteil der antibakteriellen Filmbeschichtung gemäß der Erfindung bildet, hat vorzugsweise eine Anatasstruktur und einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis 20 nm. Die Teilchengröße wird dabei unter Berücksichtigung der Beschichtungseigenschaften und des Lösungsmittels, das zu verwenden ist, und der Agglomeration zu Silikat bestimmt.
Vorzugsweise hat die Filmbeschichtung eine Stärke zwischen 50 und 500 nm. Wenn die Stärke der Filmbeschichtung unter 50 nm liegt, ist ihre antibakterielle Wirkung unerheblich. Wenn die Stärke der Filmbeschichtung über 500 nm liegt, was die normale Stärke auf der Braunschen Röhre überschreitet, ist es schwierig, eine gleichmäßige Filmbeschichtung zu bilden.
Da eine Silikatverbindung zusätzlich verwandt wird, werden die Beschichtungseigenschaften und die Härte der Filmbeschichtung in der gewünschten Weise bei einem Mischverhältnis von 1:1 bis 1:2 zwischen Titandioxid und der zugegebenen Silikatverbindung, bezogen auf deren Gewicht, erhalten.
Die antibakterielle Funktion einer Braunschen Röhre mit einer antibakteriellen Filmbeschichtung gemäß der Erfindung, die nach dem obigen Verfahren hergestellt wird, ist die folgende:
Durch eine photokatalytische Reaktion des Titandioxids, das in der antibakteriellen Filmbeschichtung der Braunschen Röhre enthalten ist, werden Sauerstoff (O2) und Wasser (H2O) in der Luft aufgespalten, so dass Superoxid (O^2–) und Hydroxyradikal (OH) erzeugt werden. Die Spaltprodukte haben die Funktion der Abtötung von Bakterien und Schimmelpilzen auf der Braunsche Röhre und beseitigen einen schlechten Geruch. Die photokatalytische Reaktion kann durch das Licht bewirkt werden, das aus dem Sonnenlicht, von einer Beleuchtung oder von einer Leuchtstofflampe stammt. Diese Reaktion tritt auch aufgrund des Lichtes der Braunschen Röhre selbst auf. In dieser Weise ergibt sich die antibakterielle Wirkung einer Braunschen Röhre mit der antibakteriellen Beschichtung. Das heißt im einzelnen, daß O₂ in der Luft in O^2– durch Elektronen umgewandelt wird, die erzeugt werden, wenn das Ti-Kation aus einer Aufspaltung des TiO₂ durch Licht gebildet wird. Die Hydroxygruppe wird in das Hydroxyradikal umgewandelt. Die sich daraus ergebenden Stoffe beeinflussen nachteilig den Stoffwechsel und das Elektronentransportsystem der Mikroorganismen, wodurch die Ausbreitung und Fortpflanzung der Bakterien oder der Schimmelpilze unterdrückt wird.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
30 g TiO₂ mit Anatasstruktur und einer mittleren Teilchengröße von etwa 30 nm wird in 600 g Ethanol gelöst, um einer Dispersion zu erhalten. Anschließend werden 300 g Methylsilikatdispersion (10%) zugegeben und gleichmäßig durchmischt, woraufhin der pH-Wert der Lösung auf annähernd 4,5 eingestellt wird. Dann wird das Gemisch 15 min. lang unter Verwendung von Ultraschallwellen mit einer Frequenz von etwa 30 kHz dispergiert und wird ein Alterungsarbeitsvorgang bei 35°C 40 min. lang ausgeführt, was eine antibakterielle Beschichtungszusammensetzung ergibt. Nachdem die Braunsche Röhre mit der antibakteriellen Beschichtungszusammensetzung übersprüht ist, erfolgt eine Wärmebehandlung bei 150°C über annähernd eine Stunde, um eine Filmbeschichtung mit einer Stärke von etwa 100 nm zu bilden, wodurch sich die fertige erfindungsgemäße Braunsche Röhre ergibt. E. coli (10⁶/cm²) wurden auf die Oberflächen der antibakteriellen Filmbeschichtungen von zwei Braunschen Röhren geimpft, die mit einer Leuchtstofflampe beleuchtet wurden. Die Oberflächen der antibakteriellen Filmbeschichtungen wurden darüber hinaus fortlaufend während der Tageszeit dem Sonnenlicht ausgesetzt. Eine der Braunschen Röhren wurde angeschaltet, während die andere abgeschaltet blieb. Nach 24 Stunden wurde die Zahl der lebenden E. coli gezählt.
Das Ergebnis war, daß die Anzahl von E. coli der Braunschen Röhre, die abgeschaltet war, verglichen mit der Anfangsimpfung um 90% abgenommen hatte. Die Ergebnisse waren die gleichen für die Braunsche Röhre, die angeschaltet war. Das heißt, daß bei der Braunschen Röhre gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl der E. coli stark herabgesetzt wurde.
Wenn die Umstände für das Wachstum von Mikroorganismen nicht ungünstig geändert werden, kann sich andererseits die Anzahl der E. coli logarithmisch über 24 Stunden in mehreren Duplikationszyklen erhöhen. Es ist somit erkennbar, daß die erfindungsgemäße Braunsche Röhre das Wachstum von Mikroorganismen unterdrückt, und zwar aufgrund des oben beschriebenen Funktionsprinzips.
Wie es oben beschrieben wurde, zeigt die erfindungsgemäße Braunsche Röhre eine starke antibakterielle Funktion, so daß sie zweckmäßig unter einem Umgebungshygiene- oder Sterilisationsaspekt benutzt werden kann. Die erfindungsgemäße Ausbildung kann auf verschiedenen Gebieten, auf denen antibakterielle Wirkungen gefordert werden, insbesondere beim Bildschirm einer Anzeigevorrichtung, angewandt werden.

Claims

Braunsche Röhre mit einer antibakteriellen Filmbeschichtung, welche Titandioxid(TiO2)-Teilchen dispergiert in Siliziumdioxid(SiO2)-Bindemittel enthält, wobei das Siliziumdioxid ein polymerisiertes Produkt wenigstens einer Silikatverbindung ist, und wobei das Mischverhältnis der Titandioxid-Teilchen zur Silikatverbindung im Bereich zwischen 1:1 und 1:2 und die Summe der Titandioxid-Teilchen und der Silikatverbindung im Bereich zwischen 10 und 20% des Gesamtgewichts der antibakteriellen Beschichtungszusammensetzung liegt.
Braunsche Röhre nach Anspruch 1, wobei die Silikatverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe Methylsilikat, Ethylsilikat und Metallsilikat.
Braunsche Röhre nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gehalt an Titandioxid-Teilchen, bezogen auf die antibakterielle Beschichtungszusammensetzung, zwischen 5 und 10 Gew.-% liegt.
Braunsche Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Titandioxid-Teilchen eine Anatas-Struktur aufweisen und der mittlere Teilchendurchmesser im Bereich zwischen 1 und 50 nm liegt.
Braunsche Röhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stärke der antibakteriellen Filmbeschichtung im Bereich von 50 bis 500 nm liegt.
Verfahren zum Herstellen einer Braunschen Röhre mit einer antibakteriellen Filmbeschichtung, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) Dispergieren von Titandioxid(TiO2)-Teilchen in Alkohol, um eine Dispersion zu bilden, (a1) Mischen der Dispersion mit einer Lösung einer Silikatverbindung, (a2) Einstellen des pH-Werts der Mischung, erneutes Dispergieren des Gemisches unter Verwendung von Ultraschallwellen und Altern der Dispersion, (b) Beschichten der Braunschen Röhre mit der Dispersion und Durchführen einer Wärmebehandlung.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Mischverhältnis der Titandioxid-Teilchen zur Silikatverbindung im Bereich zwischen 1:1 und 1:2 und die Summe der Titandioxid-Teilchen und der Silikatverbindung im Bereich zwischen 10 und 20% des Gesamtgewichts der antibakteriellen Beschichtungszusammensetzung liegt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Silikatverbindung ausgewählt ist aus der Gruppe Methylsilikat, Ethylsilikat und Metallsilikat.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Konzentration der Titandioxid-Teilchen in der Dispersion im Bereich zwischen 5 und 10 Gew.-% liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Titandioxid-Teilchen eine Anatas-Struktur aufweisen und der mittlere Teilchendurchmesser im Bereich zwischen 1 und 50 nm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Beschichtung in einer Stärke erfolgt, die im Bereich zwischen 50 bis 500 nm liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Wärmebehandlung nach der Beschichtung bei einer Temperatur zwischen 130 und 150°C über 30 bis 60 Minuten ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Alterung bei einer Temperatur zwischen 30 und 60°C über 30 bis 60 Minuten erfolgt.