EP2021296A1 - Use of a method for production of antimicrobial or antibacterial glasses or glass ceramics - Google Patents

Use of a method for production of antimicrobial or antibacterial glasses or glass ceramics

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EP2021296A1
EP2021296A1 EP07725643A EP07725643A EP2021296A1 EP 2021296 A1 EP2021296 A1 EP 2021296A1 EP 07725643 A EP07725643 A EP 07725643A EP 07725643 A EP07725643 A EP 07725643A EP 2021296 A1 EP2021296 A1 EP 2021296A1
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EP
European Patent Office
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antimicrobial
ion exchange
antibacterial
glass
melted
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07725643A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hans-Jürgen VOSS
Harald Selig
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Trovotech GmbH
Original Assignee
Trovotech GmbH
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Publication date
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Publication of EP2021296A1 publication Critical patent/EP2021296A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C11/00—Multi-cellular glass ; Porous or hollow glass or glass particles
    • C03C11/007—Foam glass, e.g. obtained by incorporating a blowing agent and heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/08—Other methods of shaping glass by foaming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C12/00—Powdered glass; Bead compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/005—Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to introduce in the glass such metals or metallic ions as Ag, Cu
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2204/00—Glasses, glazes or enamels with special properties
    • C03C2204/02—Antibacterial glass, glaze or enamel

Definitions

  • the invention relates to the use of a method for the production of antimicrobial or antibacterial glasses or glass ceramics.
  • Antimicrobial or antibacterial glasses are well known and found in numerous recipes again.
  • glasses having an antimicrobial or antibacterial effect are used in cosmetics, in medical products or preparations, in plastics or polymers, in the paper industry, for the preservation of paints, varnishes and cleansers or deodorant products in cleaning agents, for disinfection or the like.
  • the antimicrobial or antibacterial effect is due to the release of metal ions.
  • alkali ions can be exchanged, which increase the pH and exert an osmotic effect on microorganisms.
  • this pH increase is in most cases not sufficient to achieve the desired effect.
  • the antimicrobial effect of the glass is achieved in some glasses, as described for example in DE 102 13 630 A 1, by reaction on the surface of the glass.
  • alkalis of the glass are exchanged by H + ions of the aqueous medium.
  • the antimicrobial effect is based inter alia on an increase in the pH and the osmotic effect on microorganisms.
  • DE 101 41 117 A 1 describes an antimicrobial and preserving silicate glass with a low heavy metal release. This is a glass that is not water soluble. The effect is primarily due to ion or ion delivery, which is associated with a surface reaction, pH increase and metal ion release.
  • antimicrobial glasses are described. These glasses have their antimicrobial effect, inter alia, by the copper, silver and zinc used. Due to their low hydrolytic resistance, these antimicrobial glasses can not be ground in aqueous media.
  • antimicrobial or antibacterial glasses must incorporate heavy metal or noble metal oxides, which ultimately trigger or enhance the antimicrobial or antibacterial effect, into the glass. Too low a concentration of these metal ions means that the antimicrobial or antibacterial effect only is low or completely absent. This occurs in particular after a long time.
  • the penetration depth of exchanged ions is in the ⁇ m range and depends very much on the structure and the composition of the surface of the glass. Also, the tin-containing layer of the float glasses or the change in the surface which results from contact of molten glass, during rolling or pulling the glasses, influences the ion exchange.
  • the amount and the penetration depth and the speed of the ions to be exchanged are determined by the treatment temperature and the treatment time and by the composition and the Concentration of the ions to be exchanged (glass and molten salt) dependent.
  • the object of the invention is to propose a method for producing antimicrobial or antibacterial glass particles, which influence the surface of the glass by external contact in the hot state, for.
  • tin bath in the manufacture of float glass or the contact of the rolls in rolled or drawn glasses excludes.
  • Another object of the invention is to provide a trouble-free
  • the raw materials required for the preparation of the antimicrobial or antibacterial glass foam or for the preparation of the glass plate-like structures are melted, crushed or pulverized added to an extruder, in this up or melted and at the same time added foaming agent added.
  • foaming agent for example, carbon dioxide, argon or other gases can be used. It is crucial that these gases dissolve in the extruder at high temperatures in the glass or can be mixed well. These gaseous constituents should be able to be incorporated as completely as possible into the melt at the existing pressure in the extruder.
  • foaming agents it is also possible to use substances which cause the foaming process by a change in the state of matter.
  • water when using water as a foaming agent, it evaporates at high temperatures and is dissolved in the glass by the pressure present in the extruder.
  • the foaming agents can under the given conditions (pressure and temperature) physically as well as chemically z. B. in water or only physically z. B. in argon.
  • the resulting gases are then taken up under the given conditions in the extruder in the melt.
  • a chemical foaming agent is, for example, sodium carbonate, which at these temperatures releases carbon dioxide in combination with silica.
  • the existing sodium may be in the solid glass by an ion exchange z. B. be replaced with silver. Furthermore, the raw materials or the extruder additional substances, eg. As Na 2 O, are supplied, which allow or improve the ion exchange.
  • foaming agents such as water, carbon dioxide, argon, etc., produce different structures of bubbles in the foam.
  • the goal of foaming is to achieve the largest possible bubbles with thin walls. Under favorable conditions, wall thicknesses of less than 1 ⁇ m can be achieved.
  • the wall thickness and the size of the bubbles in the foam can be influenced in particular with the amount of the foaming agent.
  • the disadvantage, however, is that when adding large amounts of foaming agents, the pressure in the extruder increases to completely dissolve the gas in the glass.
  • Viscosity of the melt at the pressure reduction dependent Optimum foaming is only possible with a certain viscosity. This predetermined viscosity is assigned to a specific temperature.
  • the melting range is also dependent on the temperature. D. h., When changing the composition of the melt, there is a different temperature for optimum foaming associated with a given viscosity.
  • open-celled foams Under certain conditions (type of foaming agent, amount of foaming agent, temperature, pressure, etc.), it is possible to produce open-celled foams. These open-pore foams have a very large surface area and can also be ion-exchanged. Due to this large surface of the glass, it is possible to use a larger amount of ions, eg. As silver, to exchange as a closed body.
  • the produced glass foam is broken or ground.
  • the thin glass walls of the individual bubbles create a substance with a high surface-to-mass ratio.
  • an antimicrobial glass can also be fed to the extruder. After the foaming process and the associated increase in surface area, ion exchange can cause the

Abstract

The invention relates to the use of a method for production of antimicrobial or antibacterial glasses or glass ceramics, wherein known starting materials are fused, broken, or powdered, fed to an extruder, fused therein with addition of foaming agent, the foaming agent charged by the building pressure in the glass melt, the above is then foamed to give a closed-pore foam on a subsequent pressure reduction to increase surface area and said foam subsequently subjected to a comminution process, wherein the glass particles generated in the comminution process become antimicrobial or antibacterial during an ion exchange or the antimicrobial or antibacterial properties thereof are increased as a result of the ion exchange.

Description

Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung antimikrobieller oder antibakterieller Gläser oder Glaskeramiken Use of a method for producing antimicrobial or antibacterial glasses or glass ceramics
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung von antimikrobiellen oder antibakterieller Gläser oder Glaskeramiken.The invention relates to the use of a method for the production of antimicrobial or antibacterial glasses or glass ceramics.
Antimikrobiell oder antibakteriell wirkende Gläser sind hinreichend bekannt und finden sich in zahlreichen Rezepturen wieder.Antimicrobial or antibacterial glasses are well known and found in numerous recipes again.
Gläser mit antimikrobieller oder antibakterieller Wirkung werden je nach Rezeptur in der Kosmetik, in medizinischen Produkten oder Präparaten, in Kunststoffen oder Polymeren, in der Papierindustrie, zur Konservierung von Farben, Lacken und Putzen oder Deodorantprodukten in Reinigungsmitteln, zur Desinfektion oder Ähnlichem eingesetzt.Depending on the formulation, glasses having an antimicrobial or antibacterial effect are used in cosmetics, in medical products or preparations, in plastics or polymers, in the paper industry, for the preservation of paints, varnishes and cleansers or deodorant products in cleaning agents, for disinfection or the like.
Die antimikrobielle oder antibakterielle Wirkung ist auf das Freiwerden von Metallionen zurückzuführen. So können Alkaliionen ausgetauscht werden, die den pH-Wert erhöhen und einen osmotischen Effekt auf Mikroorganismen ausüben. Diese pH-Wert-Erhöhung reicht jedoch in den meisten Fällen nicht aus, um den gewünschten Effekt zu erreichen.The antimicrobial or antibacterial effect is due to the release of metal ions. Thus, alkali ions can be exchanged, which increase the pH and exert an osmotic effect on microorganisms. However, this pH increase is in most cases not sufficient to achieve the desired effect.
Andere freiwerdende Metallionen zeigen ebenfalls antimikrobielle oder antibakterielle Wirkung. Hierbei kommen insbesondere Silber, Kupfer und Zink in Betracht. Aber auch andere Schwermetallionen zeigen eine synergetische Verstärkung der antibakteriellen Wirkung.Other released metal ions also exhibit antimicrobial or antibacterial activity. In particular, silver, copper and zinc are suitable. But other heavy metal ions show a synergistic enhancement of the antibacterial effect.
Die antimikrobielle Wirkung des Glases wird bei einigen Gläsern, wie beispielsweise in der DE 102 13 630 A 1 beschrieben, durch Reaktion an der Oberfläche des Glases erreicht. Hier werden an der Oberfläche-des Glases Alkalien des Glases durch H+-Ionen des wässrigen Mediums ausgetauscht. Die antimikrobielle Wirkung beruht unter anderem auf einer Erhöhung des pH-Wertes und dem osmotischen Effekt auf Mikroorganismen.The antimicrobial effect of the glass is achieved in some glasses, as described for example in DE 102 13 630 A 1, by reaction on the surface of the glass. Here, on the surface of the glass, alkalis of the glass are exchanged by H + ions of the aqueous medium. The antimicrobial effect is based inter alia on an increase in the pH and the osmotic effect on microorganisms.
In DE 101 41 117 A 1 wird ein antimikrobielles und konservierendes Silicatglas mit einer geringen Schwermetall-Freisetzung beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein Glas, das nicht wasserlöslich ist. Die Wirkung ist in erster Linie durch Ionen bzw. Ionenabgabe, was mit einer Oberflächenreaktion, pH-Erhöhung und Metallionen-Freisetzung verbunden ist.DE 101 41 117 A 1 describes an antimicrobial and preserving silicate glass with a low heavy metal release. This is a glass that is not water soluble. The effect is primarily due to ion or ion delivery, which is associated with a surface reaction, pH increase and metal ion release.
In DE 101 41 230 A 1 wird ein Glas als Farbzusatz mit antimikrobieller Wirkung beschrieben, das keine Toxizität für den Menschen besitzt und gleichzeitig eine Konservierung erzielt.In DE 101 41 230 A 1, a glass is described as a color additive with antimicrobial effect, which has no toxicity to humans and at the same time achieves preservation.
In US 5,290,544 werden Gläser für Anwendungen kosmetischer Produkte beschrieben. Diese Gläser lösen sich auf Grund ihrer chemischen Zusammensetzung im Wasser auf, da sie einen niedrigen SiÜ2 und einen hohen B2O oder hohen P2O5 Gehalt besitzen. Die darin enthaltenden Ag- und/oder Cu-Ionen werden hierbei frei und wirken antibakteriell.In US 5,290,544 glasses are described for applications of cosmetic products. Due to their chemical composition, these glasses dissolve in the water because they have a low SiO 2 and a high B 2 O or high P2O5 content. The Ag and / or Cu ions contained therein are released and have an antibacterial effect.
Auch in US 6,143,318 sind antimikrobielle Gläser beschrieben. Diese Gläser besitzen ihre antimikrobielle Wirkung unter anderem durch das verwendete Kupfer, Silber und Zink. Auf Grund ihrer niedrigen hydrolytischen Beständigkeit lassen sich diese antimikrobiellen Gläser nicht in wässrigen Medien mahlen.Also in US 6,143,318 antimicrobial glasses are described. These glasses have their antimicrobial effect, inter alia, by the copper, silver and zinc used. Due to their low hydrolytic resistance, these antimicrobial glasses can not be ground in aqueous media.
In DE 10 2004 022 779.9 wird ein Verfahren zur Herstellung von antimikrobiellem Glas mittels Extruder beschrieben. Hier werden antimikrobielle Gläser oder bekannte Grundstoffe für antimikrobielle Gläser im Extruder eingeschmolzen und mit zusätzlichen Schwermetallen oder antimikrobiell wirkenden Substanzen gemischt und verschäumt.DE 10 2004 022 779.9 describes a process for producing antimicrobial glass by means of an extruder. Here antimicrobial glasses or known basic materials for antimicrobial glasses are melted in the extruder and mixed with additional heavy metals or antimicrobial substances and foamed.
Nachteilig bei allen vorstehend beschriebenen technischen Lösungen ist, dass sich die genannten Rezepturen nur schwer herstellen lassen. So müssen bei antimikrobiellen oder antibakteriellen Gläsern Schwermetall- bzw. Edelmetalloxide, die letztlich die antimikrobielle oder antibakterielle Wirkung auslösen oder verstärken, in das Glas eingebunden werden. Eine zu geringe Konzentration dieser Metallionen bedeutet, dass die antimikrobielle oder antibakterielle Wirkung nur gering ist oder völlig ausbleibt. Dieses tritt insbesondere nach längerer Zeit ein.A disadvantage of all the technical solutions described above is that the said formulations are difficult to produce. For example, antimicrobial or antibacterial glasses must incorporate heavy metal or noble metal oxides, which ultimately trigger or enhance the antimicrobial or antibacterial effect, into the glass. Too low a concentration of these metal ions means that the antimicrobial or antibacterial effect only is low or completely absent. This occurs in particular after a long time.
Bekannt ist, dass das Einbringen von Edelmetallen in Glasschmelzen nι begrenzt möglich ist. In einem Glasgemenge darf eine Konzentration z, B. von Silbersalzen 0,003 - 0,1 Gewichtsprozent nicht überschritten werden. Bei einer Überschreitung der Silberkonzentration kommt es zu einer Übersättigung von Silber in der Glasschmelze, und Silber fällt in elementarer Form aus. Das Einschmelzen des Glasgemenges muss in oxidierender Atmosphäre erfolgen, da sonst eine Reduktion der Silberionen erfolgt, was letztlich zur Ausscheidung des Silbers führt. Ein homogenes Verteilen des Silber oder der Silberionen in Glasschmelzen ist somit nicht oder nur mit großem technischen Aufwand möglich.It is known that the introduction of precious metals in glass melts nι limited is possible. In a glass batch, a concentration of, for example, silver salts of 0.003-0.1% by weight must not be exceeded. Exceeding the silver concentration leads to supersaturation of silver in the molten glass, and silver precipitates in elemental form. The smelting of the glass batch must be carried out in an oxidizing atmosphere, since otherwise a reduction of the silver ions takes place, which ultimately leads to the precipitation of the silver. A homogeneous distribution of silver or silver ions in glass melts is therefore not possible or only with great technical effort.
Stand der Technik ist der nachträgliche Einbau von z. B. Silber in die Struktur von festem Glas. Dieses ist auf zwei verschiedenen Wegen möglich. Es ist sowohl durch Ionenaustausch sowie durch Implantation von Silberionen durch elektrische Felder möglich. In beiden Fällen ist eine nachträgliche Dotierung am festen Glas nur an der Oberfläche erreichbar.State of the art is the subsequent installation of z. For example, silver in the structure of solid glass. This is possible in two different ways. It is possible both by ion exchange and by implantation of silver ions by electric fields. In both cases, subsequent doping on the solid glass can only be achieved on the surface.
Durch diese nachträgliche Dotierung kann aber an der Oberfläche des Glases eine wesentlich höhere Silberionenkonzentration erzeugt werden als in der Glasschmelze bei der Glasherstellung.By means of this subsequent doping, however, a significantly higher silver ion concentration can be produced on the surface of the glass than in the glass melt during glass production.
Die Eindringtiefe von ausgetauschten Ionen liegt im μm-Bereich und ist sehr stark von der Struktur sowie von der Zusammensetzung der Oberfläche des Glases abhängig. Auch die zinnhaltige Schicht der Floatgläser oder die Veränderung der Oberfläche, die bei Berührung von geschmolzenem Glas, bei dem Walzen oder Ziehen der Gläser entstehen, beeinflusst den Ionenaustausch.The penetration depth of exchanged ions is in the μm range and depends very much on the structure and the composition of the surface of the glass. Also, the tin-containing layer of the float glasses or the change in the surface which results from contact of molten glass, during rolling or pulling the glasses, influences the ion exchange.
Auch die Menge und die Eindringtiefe sowie die Geschwindigkeit der auszutauschenden Ionen sind von der Behandlungstemperatur und der Behandlungszeit sowie von der Zusammensetzung und der Konzentration der auszutauschenden Ionen (Glas und Salzschmelze) abhängig.Also, the amount and the penetration depth and the speed of the ions to be exchanged are determined by the treatment temperature and the treatment time and by the composition and the Concentration of the ions to be exchanged (glass and molten salt) dependent.
Die dargestellten Bedingungen treffen nicht nur für den Ionenaustausch mit Silber zu, sondern gelten auch für den Austausch anderer Ionen z. B. für Natrium, Kalium, Rubidium, Lithium, Thallium, Kupfer, Zäsium, Thorium, Antimon, Blei usw.The conditions described apply not only for the ion exchange with silver, but also apply to the replacement of other ions z. For example, for sodium, potassium, rubidium, lithium, thallium, copper, cesium, thorium, antimony, lead, etc.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahrens zur Herstellung antimikrobieller oder antibakterieller Glaspartikel vorzuschlagen, welches eine Beeinflussung der Oberfläche des Glases durch Fremdberührung im heißen Zustand, z. B. Zinnbad bei der Floatglasherstellung oder die Berührung der Walzen bei gewalzten oder gezogenen Gläsern, ausschließt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine störungsfreieThe object of the invention is to propose a method for producing antimicrobial or antibacterial glass particles, which influence the surface of the glass by external contact in the hot state, for. As tin bath in the manufacture of float glass or the contact of the rolls in rolled or drawn glasses excludes. Another object of the invention is to provide a trouble-free
Glasoberfläche herzustellen, die weder durch eine zinnhaltige Schicht (Floatglasherstellung) noch anderweitig beeinflusst wird.Produce glass surface that is influenced neither by a tin-containing layer (float glass production) or otherwise.
Die Aufgabe wird durch das in den Ansprüchen 1 bis 11 beschriebenen Verfahren gelöst und nachfolgend näher erläutert.The object is achieved by the method described in claims 1 to 11 and explained in more detail below.
Um eine möglichst hohe spezifische Silberionenkonzentration im Glas zu erreichen, ist es erforderlich, einen Ionenaustausch an einer großen Fläche, im Vergleich zur Masse vom Glas, durchzuführen. Dazu ist die Oberfläche des Glases im Vergleich zu seiner Masse um ein Vielfaches zu erhöhen und somit die Vorraussetzung für einen effektiven Ionenaustausch zu schaffen.In order to achieve the highest possible specific silver ion concentration in the glass, it is necessary to carry out an ion exchange on a large area compared to the mass of the glass. For this purpose, the surface of the glass in comparison to its mass is to increase many times and thus create the prerequisite for an effective ion exchange.
Auch bei einem späteren Einsatz als antimikrobielles oder antibakterielles Glas ist eine möglichst große Oberfläche, also ein Plättchen, entscheidend.Even when used later as an antimicrobial or antibacterial glass, the largest possible surface, ie a small plate, is crucial.
Dieses kann durch einen Zwischenschritt der Erzeugung von Glasschaum als auch durch plättchenähnliche Strukturen erreicht werden. Die zur Herstellung des antimikrobiellen oder antibakteriellen Glasschaums oder zur Herstellung der glasplättchenähnlichen Strukturen benötigten Grundstoffe werden geschmolzen, gebrochen oder pulverisiert einem Extruder zugegeben, in diesem auf- oder eingeschmolzen und zugleich Schäumungsmittel dosiert zugegeben.This can be achieved by an intermediate step of producing glass foam as well as by platelet-like structures. The raw materials required for the preparation of the antimicrobial or antibacterial glass foam or for the preparation of the glass plate-like structures are melted, crushed or pulverized added to an extruder, in this up or melted and at the same time added foaming agent added.
Als Schäumungsmittel können beispielsweise Kohlendioxid, Argon oder andere Gase eingesetzt werden. Entscheidend ist, dass diese Gase sich im Extruder bei hohen Temperaturen im Glas lösen oder sich gut einmischen lassen. Diese gasförmigen Bestandteile sollen sich bei dem vorhandenen Druck im Extruder möglichst vollständig in die Schmelze einbringen lassen.As a foaming agent, for example, carbon dioxide, argon or other gases can be used. It is crucial that these gases dissolve in the extruder at high temperatures in the glass or can be mixed well. These gaseous constituents should be able to be incorporated as completely as possible into the melt at the existing pressure in the extruder.
Als Schäumungsmittel können aber auch Stoffe eingesetzt werden, die durch einen Wechsel des Aggregatzustandes den Schäumungsprozess hervorrufen. So verdampft beim Einsatz von Wasser als Schäumungsmittel dieses bei den hohen Temperaturen und wird durch den vorhandenen Druck im Extruder im Glas gelöst.However, as foaming agents it is also possible to use substances which cause the foaming process by a change in the state of matter. Thus, when using water as a foaming agent, it evaporates at high temperatures and is dissolved in the glass by the pressure present in the extruder.
Die Schäumungsmittel können sich unter den gegebenen Bedingungen (Druck und Temperatur) physikalisch als auch chemisch z. B. bei Wasser oder nur physikalisch z. B. bei Argon lösen.The foaming agents can under the given conditions (pressure and temperature) physically as well as chemically z. B. in water or only physically z. B. in argon.
Es ist auch möglich, Schäumungsmittel einzusetzen, die durch eine chemische Reaktion eine Gasbildung auslösen.It is also possible to use foaming agents which cause gas formation by a chemical reaction.
Die entstehenden Gase werden dann unter den gegebenen Bedingungen im Extruder in der Schmelze aufgenommen.The resulting gases are then taken up under the given conditions in the extruder in the melt.
Ein chemisches Schäumungsmittel ist beispielsweise Natriumcarbonat, was bei diesen Temperaturen in Verbindung mit Siliziumdioxid Kohlendioxid abspaltet.A chemical foaming agent is, for example, sodium carbonate, which at these temperatures releases carbon dioxide in combination with silica.
Na2CO3 + SiO2 Na2SiO3 + CO2 Na 2 CO 3 + SiO 2 Na 2 SiO 3 + CO 2
Das vorhandene Natrium kann bei dem festen Glas durch einen Ionenaustausch z. B. mit Silber ausgetauscht werden. Des Weiteren können den Grundstoffen oder dem Extruder zusätzliche Stoffe, z. B. Na2O, zugeführt werden, die den Ionenaustausch ermöglichen oder verbessern.The existing sodium may be in the solid glass by an ion exchange z. B. be replaced with silver. Furthermore, the raw materials or the extruder additional substances, eg. As Na 2 O, are supplied, which allow or improve the ion exchange.
Bei einer Entspannung der Schmelze nach dem Extruder werden die gelösten Gase frei und die Schmelze beginnt zu schäumen. In Abhängigkeit von den eingesetzten Schäumungsmitteln und den Temperaturen, bei dem die Glasschmelze den Extruder verlässt und somit die Druckminderung einsetzt, können unterschiedliche Schäume entstehen. Diese Schaumbildung ist ebenfalls abhängig von der Art und der Menge des eingesetzten Schäumungsmittels.Upon relaxation of the melt after the extruder, the dissolved gases are released and the melt begins to foam. Depending on the foaming agents used and the temperatures at which the glass melt leaves the extruder and thus reduces the pressure, different foams can be produced. This foaming is also dependent on the type and amount of foaming agent used.
Es entstehen bei unterschiedlichen Schäumungsmitteln wie beispielsweise Wasser, Kohlendioxid, Argon usw., unterschiedliche Strukturen von Blasen im Schaum.Different foaming agents, such as water, carbon dioxide, argon, etc., produce different structures of bubbles in the foam.
Ziel des Verschäumens ist es, möglichst große Blasen mit dünnen Wänden zu erreichen. Unter günstigen Bedingungen können Wandstärken von unter lμm erreicht werden.The goal of foaming is to achieve the largest possible bubbles with thin walls. Under favorable conditions, wall thicknesses of less than 1 μm can be achieved.
Die Wandstärke und die Größe der Blasen im Schaum lassen sich insbesondere mit der Menge des Schäumungsmittels beeinflussen. Je mehr Schäumungsmittel dem Extruder zugegeben wird und sich in der Schmelze löst, umso größer und dünnwandiger werden die Blasen bei der Druckminderung nach dem Extruder. Nachteilig ist jedoch, dass bei Zugabe großer Mengen von Schäumungsmitteln der Druck im Extruder steigt, um das Gas vollständig im Glas zu lösen.The wall thickness and the size of the bubbles in the foam can be influenced in particular with the amount of the foaming agent. The more foaming agent is added to the extruder and dissolves in the melt, the larger and thinner the bubbles are in the pressure reduction after the extruder. The disadvantage, however, is that when adding large amounts of foaming agents, the pressure in the extruder increases to completely dissolve the gas in the glass.
Des Weiteren ist die Schaumbildung nach dem Extruder von derFurthermore, the foam formation after the extruder of the
Viskosität der Schmelze bei der Druckminderung abhängig. Eine optimale Schaumbildung ist nur bei einer bestimmten Viskosität möglich. Diese vorgegebene Viskosität ist einer bestimmten Temperatur zugeordnet.Viscosity of the melt at the pressure reduction dependent. Optimum foaming is only possible with a certain viscosity. This predetermined viscosity is assigned to a specific temperature.
In Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung ist auch der Schmelzbereich von der Temperatur abhängig. D. h., bei geänderter Zusammensetzung der Schmelze ergibt sich eine andere Temperatur für eine optimale Schaumbildung, die einer bestimmten Viskosität zugeordnet ist.Depending on the glass composition, the melting range is also dependent on the temperature. D. h., When changing the composition of the melt, there is a different temperature for optimum foaming associated with a given viscosity.
Unter bestimmten Bedingungen (Art des Schäumungsmittels, Schäumungsmittelmenge, Temperatur, Druck etc.) ist es möglich, offenporige Schäume herzustellen. Diese offenporigen Schäume besitzen eine sehr große Oberfläche und können ebenfalls einen Ionenaustausch unterzogen werden. Durch diese große Oberfläche des Glases ist es möglich, eine größere Menge Ionen, z. B. Silber, auszutauschen als an einem geschlossenen Körper.Under certain conditions (type of foaming agent, amount of foaming agent, temperature, pressure, etc.), it is possible to produce open-celled foams. These open-pore foams have a very large surface area and can also be ion-exchanged. Due to this large surface of the glass, it is possible to use a larger amount of ions, eg. As silver, to exchange as a closed body.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der hergestellte Glasschaum zerbrochen oder gemahlen. Durch die dünnen Glaswände der einzelnen Blasen entsteht eine Substanz mit großem Oberflächen-Masse-Verhältnis. Durch eine Sichtung kann man die flächigen Teile (Blasenwände) von den kugelähnlichen (Zwickel zwischen den Blasen) trennen. Auch hier lässt sich dann der Ionenaustausch, z. B. mit Silber, durchführen.In a further embodiment of the method according to the invention, the produced glass foam is broken or ground. The thin glass walls of the individual bubbles create a substance with a high surface-to-mass ratio. By a sighting one can separate the flat parts (bladder walls) from the ball-like (interstices between the bubbles). Again, then the ion exchange, z. B. with silver, perform.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird nunmehr der Ionenaustausch nach dem bekannten Verfahren durchgeführt.In a further process step, the ion exchange is now carried out according to the known method.
Bei einer Blasenwandstärke, wie oben beschrieben, von unter 1 μm und einen durchgeführten Ionenaustausch ergibt sich dann eine Substanz mit nahezu gleichmäßig verteilten, z. B. Silberionen.At a bladder wall thickness, as described above, of less than 1 micron and carried out an ion exchange then results in a substance with almost uniformly distributed, z. B. silver ions.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem Extruder auch ein antimikrobielles Glas zugeführt werden. Nach dem Schäumungsprozess und der damit verbundenen Oberflächenvergrößerung kann durch den Ionenaustausch dasIn a further embodiment of the method according to the invention, an antimicrobial glass can also be fed to the extruder. After the foaming process and the associated increase in surface area, ion exchange can cause the
Einbringen weiterer Ionen, z. B. Silber, die antimikrobielle Wirkung verstärkt werden. Introducing additional ions, for. As silver, the antimicrobial effect are enhanced.

Claims

Patentansprüche claims
Anspruch 1: Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung antimikrobieller oder antibakterieller Glaspartikel, bei dem bekannte Grundstoffe geschmolzen, gebrochen oder pulverisiert einem Extruder zugegeben, in diesem auf- oder eingeschmolzen und zugleich Schäumungsmittel dosiert zugegeben werden, die Schäumungsmittel durch den aufbauenden Druck in die Glasschmelze eingebracht werden, diese bei einer anschließenden Druckminderung zwecks Oberflächenvergrößerung zu einem geschlossenporigen Schaum aufgeschäumt wird und dieser Schaum anschließend einem Zerkleinerungsprozess unterzogen wird, wobei die im Zerkleinerungsprozess entstandenen Glaspartikel durch einen anschließenden Ionenaustausch antimikrobiell oder antibakteriell werden oder ihre antimikrobielle oder antibakterielle Wirkung durch den Ionenaustausch verstärkt wird.Claim 1: Use of a method for producing antimicrobial or antibacterial glass particles, in which known base materials melted, crushed or pulverized added to an extruder, melted or melted in this and at the same time added foaming agent, the foaming agent are introduced by the building pressure in the molten glass , This is foamed at a subsequent reduction in pressure to increase the surface area to a closed cell foam and this foam is then subjected to a crushing process, wherein the resulting glass particles in the crushing process by subsequent ion exchange antimicrobial or antibacterial or their antimicrobial or antibacterial effect is enhanced by the ion exchange.
Anspruch 2;Claim 2;
Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung antimikrobieller oder antibakterieller Glaspartikel, bei dem bekannte Grundstoffe geschmolzen, gebrochen oder pulverisiert einem Extruder zugegeben, in diesem auf- oder eingeschmolzen und zugleich Schäumungsmittel dosiert zugegeben werden, die Schäumungsmittel durch den aufbauenden Druck in die Glasschmelze eingebracht werden, diese bei einer anschließenden Druckminderung zwecks Oberflächenvergrößerung zu einem offenporigen Schaum aufgeschäumt wird und dieser Schaum anschließend einem Zerkleinerungsprozess unterzogen wird, wobei die im Zerkleinerungsprozess entstandenen Glaspartikel durch einen anschließenden Ionenaustausch antimikrobiell oder antibakteriell werden oder ihre antimikrobielle oder antibakterielle Wirkung durch den Ionenaustausch verstärkt wird. Anspruch 3:Use of a method for producing antimicrobial or antibacterial glass particles, in which known base materials melted, crushed or pulverized added to an extruder, melted or melted into this and at the same time added foaming, the foaming agent are introduced by the building pressure in the molten glass, this at a subsequent reduction in pressure to increase the surface area is foamed to an open-cell foam and this foam is then subjected to a crushing process, wherein the resulting glass particles in the crushing process by antimicrobial or antibacterial subsequent ion exchange or their antimicrobial or antibacterial effect is enhanced by the ion exchange. Claim 3:
Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung antimikrobieller oder antibakterieller Glaspartikel, bei dem bekannte Grundstoffe geschmolzen, gebrochen oder pulverisiert einem Extruder zugegeben, in diesem auf- oder eingeschmolzen und zugleich Schäumungsmittel dosiert zugegeben werden, die Schäumungsmittel durch den aufbauenden Druck in die Glasschmelze eingebracht werden, diese bei einer anschließenden Druckminderung zwecks Oberflächenvergrößerung zu einem offenporigen Schaum aufgeschäumt wird und dieser durch einen anschließenden Ionenaustausch antimikrobiell oder antibakteriell wird oder seine antimikrobielle oder antibakterielle Wirkung durch den Ionenaustausch verstärkt wird und anschließend einem Zerkleinerungsprozess unterzogen wird.Use of a method for producing antimicrobial or antibacterial glass particles, in which known raw materials melted, crushed or pulverized added to an extruder, melted or melted in this and at the same time added foaming, the foaming agent are introduced by the building pressure in the molten glass, this at a subsequent pressure reduction for the purpose of surface enlargement is foamed to an open-cell foam and this is antimicrobial or antibacterial by subsequent ion exchange or its antimicrobial or antibacterial effect is enhanced by ion exchange and then subjected to a crushing process.
Anspruch 4:Claim 4:
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als schaumbildende Stoffe gasförmige Stoffe eingesetzt werden.Use of a method according to one of claims 1 to 3, characterized in that gaseous substances are used as foam-forming substances.
Anspruch 5:Claim 5:
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als schaumbildende Stoffe solche Stoffe eingesetzt werden, die das Aufschäumen durch einen Wechsel des Aggregatzustandes auslösen.Use of a method according to one of claims 1 to 3, characterized in that as foam-forming substances such substances are used, which cause the foaming by changing the state of matter.
Anspruch 6: Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als schaumbildende Stoffe chemische Verbindungen oder Elemente eingesetzt werden, die durch chemische Reaktionen eine Gasbildung und damit den Blähvorgang auslösen. Anspruch 7:Claim 6: Use of a method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that as foam-forming substances, chemical compounds or elements are used which trigger gas formation by chemical reactions and thus the expansion process. Claim 7:
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den bekannten Grundstoffen vor derUse of a method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the known base materials before the
Extrusion Stoffe zugegeben werden, die den Ionenaustausch verbessern.Extrusion substances are added, which improve the ion exchange.
Anspruch 8:Claim 8:
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3„ dadurch gekennzeichnet, dass den bekannten Grundstoffen vor der Extrusion Stoffe zugegeben werden, die bei dem Ionenaustausch ausgetauscht werden.Use of a method according to one of claims 1 to 3 ", characterized in that substances are added to the known base materials before the extrusion, which are exchanged during the ion exchange.
Anspruch 9:Claim 9:
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass dem Extruder neben den bekannten Grundstoffen zusätzlich Stoffe zugeführt werden, die den Ionenaustausch verbessern.Use of a method according to any one of claims 1 to 3, that the extruder in addition to the known basic materials in addition substances are supplied, which improve the ion exchange.
Anspruch 10:Claim 10:
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Extruder neben den bekannten Grundstoffen zusätzlich Stoffe zugeführt werden, die bei dem Ionenaustausch ausgetauscht werden.Use of a method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the extruder in addition to the known basic substances are additionally fed materials which are exchanged during the ion exchange.
Anspruch 11:Claim 11:
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet; dass die hergestellten Gläser oderUse of a method according to one of claims 1 to 3, characterized; that the produced glasses or
Glaskeramiken einer thermischen Behandlung unterzogen werden. Glass ceramics are subjected to a thermal treatment.
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