JP2005206842A - 抗菌剤含有被覆粉末および方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】後に抗菌作用を示す皮膜を形成することができる被覆粉末を製造する方法を提供する。
【解決手段】樹脂製ベース組成物の粉末に、皮膜に形成される時点で抗菌作用を得るための固形銀含有抗菌添加剤粉末の有効量を添加し、少なくとも前記樹脂製ベース組成物のガラス転移温度と同じ温度でそれぞれの粉末を混合することにより、前記被覆粉末製造する。
【選択図】なし

Description

本発明は、一般に、抗菌剤含有被覆粉末、こうした被覆粉末を製造するための方法、および抗菌作用特性を有する被覆基板を形成するためのこうした被覆粉末の使用に関する。
細菌、菌類、かび、酵母菌、および白かびなどの微生物から生じる健康に対する危険性についての関心がもたれている。また、微生物が、樹脂製皮膜を含むプラスチック物品の劣化に寄与することについても関心がもたれている。こうした関心事に対応するために、少なくともある程度の抗菌作用を有する樹脂製物品および皮膜を製造するための努力がなされてきた。
次に抗菌作用を有する皮膜に形成される樹脂製被覆粉末の分野において、二つの米国特許が上の関心事に対応している。それらは、ブロディー(Brodie)らへの米国特許第5,980,620号およびカミングス(Cummings)らへの米国特許第6,093,407号である。これらの特許は、単に被覆粉末を抗菌添加剤と混合し、次に皮膜を形成するという先行技術手順に対する改善である。それによって、抗菌添加剤分布の改善された均一性が現出する。
上述の特許は両方とも、従来型の被覆粉末添加剤を含有する熱可塑性または熱硬化性樹脂を抗菌添加剤と予混合することにより、被覆粉末を製造することを開示している。次に、予混合物は融解され、押出されてチップとなり、所期の粒径を有する被覆粉末に粉砕され、静電塗装、摩擦帯電塗装、または流動床などにより基板に塗布され、次に、融解されるかまたは硬化されて基板上に皮膜を形成する。両方の特許は、それによって得られる皮膜は抗菌作用を示すことを報告している。
後により詳細に見られるように、本発明は、二つの上述特許の被覆粉末とは区別され別個の方法により製造されながらも、また、長期の継続性抗菌作用および本質的に均一な抗菌添加剤分布を有する皮膜に形成することができる被覆粉末を生産する。
抗菌添加剤の均一分布は、先行技術の単純な混合物と比べると有利である。小さなバッチにおける本発明の被覆粉末を製造するための能力は、また、上述の二つの特許の製造手順に比べて、有意な商業用の利点を提供する。小バッチの利点に関して、一つまたは二つの被覆粉末が製造され、次に保存されて、最終配合および抗菌添加剤との安定な結合に向けて待ち受けることが可能である。被覆粉末の抗菌添加剤との次の独立した配合により最終被覆粉末を得ることは、比較的大きな量の被覆粉末の前生産を可能とする。抗菌剤含有被覆粉末の望ましい程度の径を得るための一部の前生産被覆粉末の次の組合せは、一定程度の抗菌剤含有被覆粉末用の単一生産工程を用いるための必要性を排除する。明らかに、より短い生産時間および納期は、本発明により提供される柔軟性により可能である。さらに、被覆粉末製造業者が所定の被覆粉末の生産運転の真っただ中にある場合、抗菌剤含有被覆粉末を早急に生産することができる唯一の代替手段は、運転を中断し、製造装置を洗浄し、次に、新製品を製造することであろう。次に、装置は、もとの中断された運転を再開するために、再度洗浄することを必要とするであろう。この実質的な問題は本発明を通して解決され、こうして、多様な抗菌剤含有被覆粉末を早急におよび効率的に生産し、いかなる生産運転の中断もなく顧客に出荷することを可能とする。従って、本発明が先行技術において見出されない利点の組合せを提供することを見ることが可能である。
本発明は、後に抗菌作用を示す皮膜を形成することができる被覆粉末を製造する方法に関する。
本方法は、少なくとも1種の皮膜添加剤を含有する樹脂製ベース組成物を含む樹脂製被覆粉末(皮膜を形成することができる粉末)を提供し、次に固形抗菌添加剤粉末を樹脂製被覆粉末に添加すると共に、次に樹脂製ベース組成物の少なくともガラス転移温度でそれぞれの粉末を混合して、それぞれの粉末が安定して相互に付着するようになることを含む。後に形成される皮膜は、抗菌作用特性を示す。
本発明は、また、上述の方法の被覆粉末製品を含む。こうした製品は、樹脂製被覆粉末に安定に付着した抗菌添加剤の有効量を含む。
本発明は、さらに、上述の被覆粉末から抗菌作用特性を有する皮膜を形成するための被覆方法を含む。
固形抗菌添加剤を含有する被覆粉末は、細菌、菌類、酵母菌、かび、および白かびなどの微生物に暴露することが可能である種々の製品を被覆し保護するために用いられる。こうした皮膜は、広範囲の微生物の増殖を抑制するように見える。例えば、一部の実施形態において、黄色ブドウ球菌、大腸菌、枯草菌、大便連鎖球菌、ネズミチフス菌、緑膿菌、および他のグラム陽性およびグラム陰性菌に関する抗菌作用は、達成することが可能である。本発明の皮膜は、また、藻、菌類、糸状菌(アスペルギルス、オーレオパシディウム、ボトリチス、セラトストメーラ(Ceratostomella)、クブラリア(Cuvularia)、フザリウム、およびペニシリウム種)、酵母菌、かび、および白かびなどのある種の高等生物の増殖を抑制することが可能である。本発明の皮膜に対する潜在的な用途には、多くの工業、農業、商業、または消費者製品が挙げられる。
本発明は、基板に塗布し、次に硬化または融解により皮膜を形成することができる樹脂製被覆粉末成分を提供することを含む。これらの樹脂製被覆粉末成分は、流量調整添加剤、平滑剤、酸化防止剤、損傷剤、スリップ剤、艶消し剤、分散剤、織目剤、顔料、架橋剤、触媒、充填剤、脱泡剤、光開始剤、などの1以上の一般的な添加剤を含有する樹脂製ベース組成物を含む。固形抗菌添加剤粉末は、上述の樹脂製被覆粉末に安定に付着されて最終被覆粉末を形成する。
本発明は、エポキシ、ハイブリッド、ポリエステル−TGIC、ポリウレタン、ポリエステル−プリミド(primid)、ポリエステル−TMMGU、アクリル、フルオロカーボン、などの従来型熱硬化性の被覆粉末成分、熱可塑性樹脂、および紫外線(UV)および赤外線(IR)放射により硬化可能なものなどの放射線硬化可能被覆粉末と共に用いることができる。
本発明における使用に適する熱可塑性被覆粉末は、技術上周知であり、ビニル、ポリオレフィン、ナイロン、ポリエステルなどを含む。
放射線硬化性被覆粉末も、また、技術上周知である。放射線硬化性被覆粉末の一つの重要な分野は、UV硬化性粉末である。UV硬化性粉末は、流動し硬化する能力を有すると共に、熱硬化性粉末により可能であるよりも一段と低い温度で滑らかな皮膜を製造する。硬化反応が熱によるよりもむしろ光開始放射により誘発されるので、低い温度での硬化が得られる。
一般に、UV被覆粉末は、不飽和ポリエステルなどの低いTgを有する固形不飽和主剤、ビニル・エーテルなどの不飽和共重合性架橋剤樹脂、光開始剤、流動および平滑剤、性能向上剤、および必要な場合に顔料および充填剤から配合される。主剤または架橋剤のすべてまたは一部を結晶質と取り替えて被覆粉末により低い融解粘度およびより良い流出挙動を提供することも、また、粉末塗装業界において一般的である。
熱可塑性および熱硬化性の被覆粉末の場合におけるように、UV硬化性被覆粉末は、静電塗装ガン、摩擦帯電塗装ガン、または流動床などにより基板に塗布することが可能である。
本発明は、透明皮膜、および織目化工され構造化されたクラックドアイス(Kracked Ice)仕上げなどの特定外観皮膜を含んで、すべての範囲の色を得るために用いることができる。
本発明において有用な固形抗菌添加剤粉末には、以下の材料およびそれらの混合物が挙げられるがそれらに限定されない。
Figure 2005206842
上記表から明らかなように、本発明の抗菌剤は、銀金属または銀イオンのいずれかとして銀を含有する。本発明の目的を達成するために、銀または銀イオンを含有する多様な材料が考えられる。こうした材料の混合も、また、考えられる。
被覆粉末から製造される皮膜における抗菌作用特性をもたらすための抗菌剤の有効量が、被覆粉末中に組み込まれる。約0.5ng/cm2の最小銀含量が、こうした特性を得るために一般に用いられる。
本発明の製造工程は、被覆粉末を通して抗菌添加剤の均一な分布をもたらす。広い範囲の微生物に向けて優れた効力を達成するために、比較的低レベルの抗菌添加剤を組み込むことが可能であり、こうした効力は、被覆表面が擦り減らされるかまたは種々の家庭用品を用いて洗浄される場合でさえ保持される。被覆粉末は再生することが可能である。
さらに、本発明により製造される皮膜の寿命および耐久性は、他の有機抗菌添加剤含有皮膜のそれに対して優れている。この関連で、良好な熱安定性および屋外耐久性を示す皮膜が得られる。
被覆粉末製造工程は、一般に、固形抗菌添加剤粉末の有効量を、樹脂製皮膜組成物および少なくとも1種の皮膜添加剤を含有する樹脂製被覆粉末に添加し、次に、少なくとも樹脂製ベース組成物のガラス転移温度において粉末を混合して粉末間の安定な付着を造りだすことを含む。
添加段階に続いて、それぞれの粉末は、混合粉末の被覆粉末成分の樹脂製ベース組成物におけるガラス転移温度またはそれを超える温度間の温度で混合される。安定な付着が抗菌添加剤粉末により起こる程度まで樹脂製粉末を軟化させるために、ガラス転移温度まで到達させるかまたはそれを超えることが好ましい。約30℃〜約100℃の混合温度が考えられ、種々の樹脂成分に対するガラス転移温度の差のせいで変動することが可能である。こうした高温での混合は、樹脂製被覆粉末と抗菌添加剤粉末間の安定な付着をもたらす。次に、こうした付着製品は、被覆粉末として用いられて所期の基板上で抗菌作用を有する皮膜を形成する。
広範囲の粉末粒径が、本発明において用いることが可能である。一般的な平均粒径は、樹脂製被覆粉末に対して約25ミクロン〜約300ミクロンの範囲にあることが可能であり、抗菌添加剤粉末の平均粒径は、約0.5ミクロン〜約100ミクロンの範囲にあることが可能である。好ましくは、樹脂製粉末粒径は約40ミクロン〜約60ミクロン、抗菌添加剤粉末に対しては約0.5ミクロン〜約2.0ミクロンの範囲にある。
樹脂製被覆粉末に添加しようとする抗菌添加剤の量は、後に形成される皮膜に抗菌作用を付与するために有効である量であることが好ましい。全体被覆粉末質量の質量%として表される抗菌添加剤の一般的な有効量は、約0.1質量%〜約10.0質量%の範囲にある。
本発明の方法は、被覆粉末を金属粉と混合することを含む金属結合法に関連して、リチャート(Richert)らへの米国特許第5,187,220号に記載されているものなどのあらゆる適する混合装置において行うことが可能である。装置は、軟化樹脂製被覆粉末および抗菌添加剤粉末が互いに安定に付着し、同時に樹脂製被覆粉末粒子の凝集を防ぐに十分な相対運動下に粉末を保持することを引き起こすために必要な剪断を提供することができることが好ましい。適する装置には、ヘンシェル(Henschel)、リトルフォード(Littleford)、レーディゲ(Laedige)(マシネンバウ(Maschinenbau GmbH))、およびパッペン・ミエル(Pappen Mier)から市販されているものなどの回転羽根を有する中および高強度ミキサーが挙げられる。こうした回転羽根ミキサーにおいて、少なくとも約3メートル/秒の羽根先端速度が、一般に、望ましい安定した付着を得、望ましくない凝集を避けるために必要な剪断力を提供する。一般的に市販されている装置では、先端速度の上限は秒当り約50〜約100メートルの範囲にあるように思われる。それぞれの粉末間の安定な付着を得るための必要な熱エネルギーは、混合の機械剪断により完全に提供することが可能であるが、しかし、ミキサーは外部加熱および/または冷却を提供するためにジャケット化することが可能であることは考えられる。こうしたジャケット化は、熱エネルギーを提供するための剪断のみへの依存が制御問題を現出することが可能であるので、工程のより容易な制御を提供する。当業者には理解されるように、特定温度、混合時間、剪断力、先端速度、などは、粉末組成および粒径を含む多くの因子に応じて決まる。一旦粉末が安定的に付着されると、付着粉末は混合機から放出されて適切なサイズ・スクリーンを通して篩いにかけられる。篩い分けは異物を排除し、もしあれば凝集物から粉末を分離する。
次に、皮膜は、既に上で述べた従来型の方法により、安定的に付着した粉末から形成される。いずれにしても、所期の基板への塗布の後、塗布された粉末は、必要に応じて融解されるかまたは硬化されて抗菌作用を有する被覆基板を形成することが可能である。
本発明は、以下の実施例を参照することにより、さらに理解し、説明することが可能である。
実施例1
細菌に対する効力および銀溶出用に抗菌ポリエステル透明被覆粉末を調製した。処理および非処理物品の組成を以下に記載する。
Figure 2005206842
実験情報
1)銀溶出手順
生物学的利用銀をミリケン法AM−12(修正プレート法)を用いて作動させた。0.5を超える指標結果が抗菌性能を達成するために通常必要とされ、>=1.0以上の結果は最も望ましい。
2)細菌に対する効力を、22時間暴露後のNa/Kリン酸緩衝液中10E5細胞/moの0.4mlに対する「プレート接触法(JIS・Z2801)」により評価した。以下の二つの別個の実験において、肺炎桿菌ATCC#4352および黄色ブドウ球菌ATCC#6538に対して、試料を試験した。
Figure 2005206842
試験された試料は、すべて、良好な効力を示すに必要な最小Ag濃度レベル0.5ng/cm2を十分に超えたものであった。抗菌剤のより高い添加量は、また、高い生物学的利用銀を示す。
実験2−細菌に対する効力
未処理のポリプロピレン(PP)対照試験片を、細菌のログ減少に対する最大値を計算するために用いる。未処理のPP対照試験片は、細菌増殖およびなおPP対照試験片上で生存能力のある細菌の数には影響を及ぼさない。処理試料への暴露後の生存能力のある細胞の数を、内部標準未処理PP対照への暴露後の生存能力のある細胞の数と比較する。試験において測定することができる最大のログ減少は、18〜22時間の暴露後内部対照と接触する生存能力のある細胞の数の関数である。
処理物品は、細菌増殖に対して最大のログ減少を示す。
Figure 2005206842
Figure 2005206842
実施例2
各種成分下で擦り減ったおよび擦り減っていない皮膜表面上での種々の抗菌添加剤量を有する抗菌被覆粉末。この実験は、抗菌表面および各種の抗菌剤添加量が皮膜表面上に十分な生物学的利用銀を造りだして抗菌作用特性を生みだすかどうかを、銀溶出が識別することを評価する。
Figure 2005206842
実験情報
銀溶出手順
生物学的利用銀をミリケン法AM−12(修正プレート法)を用いて作動させた。0.5を超える指標結果が抗菌性能を達成するために通常必要とされ、>=1.0以上の結果は最も望ましい。
Figure 2005206842
試験された試料は、すべて、良好な効力を示すに必要な最小Ag濃度レベル0.5ng/cm2を十分に超えたものであった。擦り減ったおよび擦り減っていない試験片は、両方とも、良好な効力を示すに必要な最小Ag濃度レベルを十分に超えたものであった。擦り減った試験片は、擦り減っていない試験片に比べて一段と高い生物学的利用銀含量を生み出した。この結果は、抗菌作用特性は表面が擦り減る場合でさえ保持されることを示す。同量の添加量を有するハイブリッドおよびポリエステル組成物間の生物学的利用銀含量を比較する場合、結果はポリエステルがより高い生物学的利用銀含量を有することを示す(E対IおよびG対K)。さらに、試験結果が示すように、配合物中の抗菌剤のより高い添加量は、より高い銀含量、およびその結果抗菌作用特性の増大をもたらす。
実施例3
種々の抗菌添加剤添加量を有する抗菌ポリエステル砂岩被覆粉末を調製した。これらを以下に示す。
Figure 2005206842
実験情報
1)細菌および酵母菌に対する効力を、22時間暴露後のNa/Kリン酸緩衝液中10E5細胞/moの0.4mlに対する「プレート接触法」により評価した。三つの別個の実験で、肺炎桿菌ATCC#4352および黄色ブドウ球菌ATCC#6538およびカンジダ・アルビカンスに対して、試料を試験した。
2)銀溶出手順
生物学的利用銀をミリケン法AM−12(修正プレート法)により測定した。0.5を超える指標結果が抗菌作用特性を達成するために通常必要とされ、>=1.0以上の結果は最も望ましい。
3)菌類に対する効力を、クロコウジカビATCC#6275に対してISO法846を用いて評価した。試料を無機塩寒天上に置き、それぞれ合成培養液中105真菌胞子/mlの10ulの10滴を接種し、次に、30℃、>90%相対湿度で59日間にわたり培養した。効力を試料の目視観測および質的評定尺度により測定した。
実験1−抗菌効力
この実験は、細菌(肺炎桿菌、黄色ブドウ球菌)および酵母菌(カンジダ・アルビカンス)を含む。データは、最大のPP値に比べての試験微生物のログ減少値を示す。
Figure 2005206842
Figure 2005206842
Figure 2005206842
実験2−銀溶出
この実験は生物学的利用銀含量を評価する。
Figure 2005206842
試験された試料は、良好な効力を示すに必要な最小Ag濃度レベル0.5ng/cm2を十分に超えたものであった。抗菌剤のより高い添加量は、また、高い生物学的利用銀を示す。生物学的利用銀含量試験の結果は、実施例1および2に示される前の結果よりも一段と高い指標を有する。これは、大粒径の抗菌被覆粉末が、40〜60ミクロンなどの、また抗菌剤により処理された標準径粉末皮膜に比べて増大した抗菌作用を現すことを示す。
実験3−菌類試験
効力を、ASTM法G21−96からの評定尺度を用いて試料の目視観測により測定した。
Figure 2005206842
14日を過ぎてからは、どの試料上にも菌類の増殖は見られなかった。試料G(0.1%抗菌添加剤)による寒天プレートは、寒天プレートそれ自体の上に明るい白色の菌からなる増殖を発生したが、試料上には全く増殖は見られなかった。結果は51日間の培養後でさえも変わらなかった。
実施例4
以下の二つの試料を、処理物品の屋外耐久性を試験するために調製した。試料の組成を以下に示す。
Figure 2005206842
促進耐候性試験結果:ASTM4587、QUV340A
Figure 2005206842
試験結果は、処理物品が未処理物品に比べて良好な耐候性能を有することを示す。
実施例5
三つの試料を処理物品の熱的安定性を試験するために調製した。被覆粉末の組成を以下に示す。
Figure 2005206842
Figure 2005206842
試験結果により、処理物品が未処理物品に比べて類似のまたはより良い熱安定性を有することが確認される。

Claims (27)

  1. (a)樹脂製ベース組成物および少なくとも1種の皮膜添加剤を含む樹脂製被覆粉末を提供すること、
    (b)前記樹脂製被覆粉末に、皮膜に形成される場合に抗菌作用特性を得るための固形銀含有抗菌添加剤粉末の有効量を添加すること、および
    (c)前記樹脂製ベース組成物の少なくともガラス転移温度で前記粉末を混合して、前記粉末間の安定な付着を造りだし、それによって被覆粉末を形成すること、
    を含む抗菌作用特性を有する皮膜を形成することができる被覆粉末を製造する方法。
  2. 前記樹脂製被覆粉末が熱可塑性である、請求項1に記載の方法。
  3. 前記樹脂製被覆粉末が熱硬化性である、請求項1に記載の方法。
  4. 前記樹脂製被覆粉末が放射線硬化性である、請求項1に記載の方法。
  5. 前記含有銀が銀金属を含む、請求項1に記載の方法。
  6. 前記含有銀が銀イオンを含む、請求項1に記載の方法。
  7. 前記含有銀が約0.5ng/cm2の最小値において存在する、請求項1に記載の方法。
  8. 前記抗菌添加剤が、銀含有リン酸ジルコニウム系セラミックイオン交換樹脂、銀イオン含有結晶粉末、銀イオン含有可溶ガラス、銀被覆ガラス、銀被覆マイカ、銀被覆ガラス繊維粒、銀被覆アルミニウム、銀被覆ニッケル、銀被覆銅、およびそれらの混合物からなる群から選択される一員である、請求項1に記載の方法。
  9. 前記粉末混合物が前記ガラス転移温度以上の温度に加熱される、請求項1に記載の方法。
  10. 前記粉末混合物が混合の間約30℃〜約100℃の温度に加熱される、請求項9に記載の方法。
  11. (a)樹脂製ベース組成物および少なくとも1種の皮膜添加剤を含む樹脂製被覆粉末に安定に付着した固形銀含有抗菌粉末(この固形抗菌添加剤粉末は前記被覆粉末が皮膜に形成される場合抗菌作用特性を得るための有効量において存在する)を含む被覆粉末を提供すること、
    (b)前記被覆粉末を基板に塗布すること、および
    (c)この塗布された被覆粉末から皮膜を形成すること、
    を含む基板上の抗菌作用特性を有する皮膜を形成するための方法。
  12. 前記樹脂製被覆粉末が熱可塑性であり、前記皮膜の形成が融解によるものである、請求項11に記載の方法。
  13. 前記樹脂製被覆粉末が熱硬化性であり、前記皮膜の形成が熱硬化によるものである、請求項11に記載の方法。
  14. 前記樹脂製被覆粉末が放射線硬化性であり、前記皮膜の形成が放射線硬化によるものである、請求項11に記載の方法。
  15. 前記含有銀が銀金属を含む、請求項11に記載の方法。
  16. 前記含有銀が銀イオンを含む、請求項11に記載の方法。
  17. 前記含有銀が約0.5ng/cm2の最小値において存在する、請求項11に記載の方法。
  18. 前記抗菌添加剤が、銀含有リン酸ジルコニウム系セラミックイオン交換樹脂、銀イオン含有結晶粉末、銀イオン含有可溶ガラス、銀被覆ガラス、銀被覆マイカ、銀被覆ガラス繊維粒、銀被覆アルミニウム、銀被覆ニッケル、銀被覆銅、およびそれらの混合物からなる群から選択される一員である、請求項11に記載の方法。
  19. 請求項11に記載の方法により製造される皮膜。
  20. 前記樹脂製被覆粉末が熱可塑性である、請求項11に記載の方法。
  21. 前記樹脂製被覆粉末が熱硬化性である、請求項11に記載の方法。
  22. 前記樹脂製被覆粉末が放射線硬化性である、請求項11に記載の方法。
  23. 樹脂製ベース組成物および少なくとも1種の皮膜添加剤を含む樹脂製被覆粉末に安定に付着した固形銀含有抗菌添加剤粉末を含む被覆粉末であって、前記固形抗菌添加剤粉末は皮膜に形成される場合抗菌作用特性を得るための有効量において存在する被覆粉末。
  24. 前記含有銀が銀金属を含む、請求項23に記載の被覆粉末。
  25. 前記含有銀が銀イオンを含む、請求項23に記載の被覆粉末。
  26. 前記含有銀が約0.5ng/cm2の最小値において存在する、請求項23に記載の被覆粉末。
  27. 前記抗菌添加剤が、銀含有リン酸ジルコニウム系セラミックイオン交換樹脂、銀イオン含有結晶粉末、銀イオン含有可溶ガラス、銀被覆ガラス、銀被覆マイカ、銀被覆ガラス繊維粒、銀被覆アルミニウム、銀被覆ニッケル、銀被覆銅、およびそれらの混合物からなる群から選択される一員である、請求項23に記載の被覆粉末。
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