JP2015500753A - 抗菌性コミュニケーションボード - Google Patents

Abstract

【課題】【解決手段】 コミュニケーションボードの筆記面にエナメル被覆のコーティングを備え、その面には、抗菌性の金属又は金属酸化物のナノ粒子による構成物から成る抗菌性のコーティングが施され、該コーティングは、ゾルゲルコーティング法又は常圧で化学蒸着法によって、該面に１つ又は２つの層で施されている抗菌性コミュニケーションボード。【選択図】図２

Description

本発明は、エナメルで被覆した双方向性（又はそれ以外）の光学的コミュニケーションボード、すなわち、消去性のフェルトペンを用いて書くことが出来るホワイトボード、又はチョークを用いて書くことが出来る色付きの黒板等に関するものである。

オフィス又は教室に備えられたコミュニケーションボードは毎日多くの人々によって用いられるため、例えば接触又は咳による汚染の結果として、前記コミュニケーションボードが微生物を伝播させる潜在的リスクを負い、微生物の感染媒体として働くことになる。

そのようなボードの使用者は、教室又はオフィスで使用する抗菌製品の数を制限するための、抗菌作用のあるボードに関心がある。

一般的に、抗菌剤又は抗菌被覆は抗菌作用のある特定の作用物質を加えることによって得られる。

（Ａｇ，Ｃｕ，Ａｕ，Ｚｎのような）金属、又はＺｎＯ，ＣａＯ若しくはＭｇＯのような金属酸化物、又はＡｇＮＯ_３のような塩などの、抗菌性を備えた無機物質は、抗菌性を備えた有機物質とは違って、温度に対する抵抗力があるので望ましいといえる。

いくつかの金属の場合、その活動的な構成要素は実際に金属イオン（Ａｇ⁺，Ｃｕ²⁺，Ｚｎ²⁺等）である。このことは、金属がイオンを形成するためにはその環境に水分がなければならないことを意味する。

ＺｎＯ等の金属酸化物の抗菌作用は、細胞の壁を突き抜けて細菌を殺すことが出来るＨ_２Ｏ_２，Ｏ^・（酸素ラジカル）及びＯＨ⁻の形成に起因する。

最も普及している金属はＡｇとＣｕであり、それらは、ナノ粒子として、酸化金属の粒子として、金属塩又はより一層複雑な形で添加することが出来、また、沸石等のイオン交換媒体にイオンとして直接、様々な形で添加することも出来る。

エナメル被覆による鋼鉄製のコミュニケーションボードには、乾いたまま消去可能であること、耐酸性、耐変色性、さらには耐摩耗性などの特定の利点がある。

前記抗菌剤が前記エナメルそれ自身の中に一体的に組み込まれた抗菌性エナメルについては、下記のようにすでに開示されている。

米国特許第６３０３１８３号（２００１年設定登録）は、金属銀が０．１％〜３％の濃度で用いられるのが望ましいが、亜鉛又は銅も用いられる抗菌性の琺瑯について記載している。

銀を含有したエナメルの抗菌効果はVoss氏らによって明確に実証された（２００５年５月１５日〜１９日にイスタンブールで行われた会合「20^th International Enamellers Congress」で発表された論文「Evaluation of bacterial growth on various materials」）。

ＷＯ ２００６／１３３０７５公報には、鋼鉄の基板のための抗菌特性を備えた、対費用効果が高くて実用的な耐酸性の琺瑯について記載している。該琺瑯は、耐酸性などの他の重要な特性を失うことなく、十分な抗菌特性を有する亜鉛その他の組成物の最適量を含有している。

さらに最近では、Luca Pignatti氏らの研究論文において、別のタイプのエナメル組成物にＡｇ_２Ｏ、ＣｕＯ及びＺｎＯを加えることが記載されている（２００８年５月１８日〜２２日に上海で行われた会合「21^st International enamellers Congress」で発表された論文「Definition of a new range of porcelain enamels with antibacterial characteristics and the method of the antibacterial power control」）。

しかしながら、エナメル被覆によるコミュニケーションボードは、該エナメル被覆上に単に抗菌作用を有するだけでなく、その抗菌作用を維持するための耐久性をも備えた抗菌性のコーティングである必要がある。

このことは、確かに、位置コーディングパターンが長期の使用後においても光学的に読み取り可能な状態で持ちこたえて読み取り機器が該コミュニケーションパネルに書かれた情報を所定の位置で電子的に再生できなければならないエナメル被覆による双方向型のコミュニケーションボードに適用されている。

そのような双方型コミュニケーションボードとそれに伴う読み取り機器についてはＷＯ０１／１６８７２に記載されていて、その内容はこの明細書においてそれを参照しながら取り入れて記載している。

ＷＯ２００９／００００５３は、エナメル被覆による鋼鉄製の双方向型コミュニケーションボードについて記載していて、そのボードの面に５００℃を超える温度で該エナメルコート面に焼きなましされたセラミック材料に印刷を施すことによって位置コーディングパターンを付すものである。

前記エナメル面に抗菌性の面を得るためには、ＷＯ２００５／１１５１５１に記載されているように、銀ナノ粒子のような金属の形態の殺生物剤を、ゾルゲルコーティング法によって基板の表面に鋳造された幾つかの層の中に組み込んでもよい。

そのようなゾルゲルコーティングの不利な点は、双方向型コミュニケーションボードの位置コーディングパターンに適用するのが困難なことにある。

もう一つの不利な点は、ゾルゲルコーティング法によってそのような幾つかの層を施すのに時間が掛かることである。なぜならば、それは、例えばコーティング工程そのものとは別個に金属のナノ粒子を作ること等の、幾つかのステップを含み、その結果、製造工程内の速い通過速度で低価格を実現する連続工業生産工程には、より適しないものだからである。

製造工程内の速い通過速度で、金属基板に金属ナノ粒子や金属酸化物の抗菌性の層を施すこと、を可能にする技術は化学蒸着法である。

常圧での化学蒸着は、特にこの目的に合っている。なぜならば、それは、製造工程内の通過速度が速い連続又は半連続生産工程に適しているからである。

この技術は、錆止め層又は耐傷性の層などの薄い金属層を施すのに用いられている。

常圧での熱化学蒸着によると、５００℃を超える温度に達し、これにより所望の硬度、耐久性及び構造体が得られる。

しかしながら、そのような高温においては、蒸着した化学品の酸化作用によって熱くなった金属表面が損傷を受け、表面の望ましくない特性が高まることになり、この技術は金属そのものをコーティングするには、より不適当なものということになる。

英国特許ＧＢ２４６６８０５には、常圧で化学蒸着によって鉄又は鋼鉄のコーティングを可能にする技術が記載されている。

この目的のため、常圧での火炎補助による化学蒸着法（Flame-assisted chemical vapor deposition）が用いられていて、その火炎は蒸気の工程を作動させるために必要なエネルギーの全て又は一部を提供する。

化学蒸着法には２つのバリエーションがある。１つは燃焼化学蒸着法であって、その前駆体又はその溶材は可燃性であり、それ故、燃焼のエネルギーに資するものである。もう１つは火炎補助による化学蒸着（Flame-assisted chemical vapor deposition）であって、その前駆体又はその溶材からはほとんど或いは全くエネルギーが得られないものである。

英国特許ＧＢ２４６６８０５においては、この技術を、より高い（例えば３００℃という）温度で基板に抗菌性の層を施すために用いている。

この目的のために、低価格で毒性の少ない前駆体及び溶材が用いられる。

例えば、銀塩の水溶性の溶剤は、プロパンのような燃焼キャリヤガスの中で霧状にされ、それによって、３００℃で金属基板に気化した銀を生み出し、そこでは、該銀の層が、数十ナノメートル若しくは数百ナノメートルの距離だけ互いに離れた、数十ナノメートルの大きさの金属銀が幾つも孤立した島状のものから成っているので、良好な透明性と耐久性が得られた。

この上に第２の層が施され、それは、所望の特性に応じて約２０nm乃至1μｍの厚さの二酸化珪素から成る。

この珪素の層の中に拡散する銀の量は温度によって制御することが出来る。

別のやり方として、単一の蒸着工程において１つの層に銀を珪素と同時に施すことも可能である。

最終仕上げ段階としての火炎補助による化学蒸着において再び銀でコーティングすることによって、さらに抗菌作用を強化することが出来る。

この技術は高温（５００℃）での連続工程において抗菌性の層を施すのに適しているため、私共はこれを、筆記面と背面にエナメル被覆を備えた金属製コミュニケーションボードでもテストした。

そのようなコミュニケーションボードは、勿論５００℃を超える温度で鋼鉄ベースをエナメル被覆し、その後、そのエナメル被覆された鋼鉄を直ちに且つ常圧で継続的に化学蒸着による抗菌性のコーティングを施すことによって製造する。

本発明の目的は上記又はそれ以外の欠点に対する解決策を与えることにあり、それは、コミュニケーションボードの筆記面と背面の両方に５００℃を超える温度で焼き鈍されたエナメル被覆を備え、該筆記面には抗菌性の金属もしくは抗菌性の金属酸化物もしくは抗菌性の金属塩の幾つものナノ粒子の構成物から成る抗菌性のコーティングが施され、該抗菌性のコーティングは、ゾルゲルディップコーティング又は常圧でのゾルゲルコーティングの化学蒸着によって、前記面に１つ又は２つの層によって施されている、抗菌性コミュニケーションボードを提供することによって解決するものである。

そのようなコミュニケーションボードの有利な点は、前記筆記面が、コミュニケーションボードとしての用途の有益な特性に有害な作用をすることなく、高い抗菌作用を示すことである。

確かに、そのような抗菌性コミュニケーションボードの高い耐傷性と耐久性、さらには、良好な拭き取りを可能にすること、良好な耐酸性及び良好な耐変色性が確保され、これらの特性は多数回に亘って使用した後でも維持されるのである。

前記抗菌作用は、前記ボードの寿命がある間、抗菌性金属イオンの源として維持される長持ちする層によって確保される。なぜならば、銀イオンは前記ゾルゲルコートの中へ絶えず拡散することが可能だからである。

化学蒸着法の技術は、数々のコミュニケーションボードの連続生産工程の一部を形成することが出来、それによって、製造時間が削減され、しかも材料の損失、より具体的には銀の損失を防止することが出来る、という利点がある。

銀又は銀酸化物の利点は、銀イオンの少ない使用量ですでに抗菌作用を生じていて、前記抗菌性コーティングにおいて必要とされる銀又は銀酸化物の量はほんの１０重量％でしかない点にある。因みに、０．１重量％ですでに抗菌作用が認められている。

本発明による抗菌性コミュニケーションボードの模式的な斜視図を示す。 本発明による抗菌性コミュニケーションボードの連続生産工程の斜視図を示す。 エナメル被覆されたコミュニケーションボードの面に抗菌性のゾルゲルコーティングを施すための非連続生産工程を示す。

本発明の特徴をより良く示すために、本発明による、エナメル被覆された双方向式の光学的コミュニケーションボードの望ましい実施例を、添付図面に言及しながら、いかなる限定をすることもなく、一例として、これ以降に説明する。

図１に示した抗菌性のエナメル被覆コミュニケーションボード１は、第１に、この例においては０．３５ｍｍの厚さの鋼鉄プレートから成り、その正面３と背面４にはこの例では０．０３５ｍｍの厚さのエナメルによる下塗り５が施され、それらの一方の面３にはさらに第２の、主として白のエナメルによる上塗り６が施されている。さらにこの上に１０乃至２００ｎｍの厚さの抗菌性ゾルゲルコーティング７が施されている。

図２は、本発明による抗菌性コミュニケーションボード１の連続生産工程を示し、その第１段階では鋼鉄２の両側面を８２０℃の温度でエナメルを施し、第２段階ではそれらの面のうち目に触れる側の面に主として白のエナメルによる上塗りを施し、約８００℃の温度で焼きなます。第３段階では、該エナメルによる上塗りに、熱化学蒸着法によって、抗菌性の金属及び金属酸化物を備えた抗菌性のコーティング７が１つの層としてコーティングされるか、又は、常圧で化学蒸着法によって２つの層としてコーティングされ、そのコーティングされたコミュニケーションボードを所望のフォーマットに切断したり、或いは、次の工程のためにそれを丸めたりすることは全て、生産全体を通して一つの流れで行われる。

図３は、エナメル被覆されたコミュニケーションボード１に抗菌性のゾルゲル１２のコーティングを施す生産工程を示していて、その工程は連続的には進行せず数回に分けてなされ、前記鋼鉄２が先ず高温で両面にエナメルの下塗りを施し、そして高温でエナメルの上塗りを施し、それから、冷却して切断する。該エナメル被覆コミュニケーションボード１は、それから溶液槽１３内においてバッチ式で所望の、ディップコーティング法が適用されるゾルゲル１２によるコーティングによって処理される。

実験データ
エナメル被覆されたコミュニケーションボード１は、銀含有ゾルゲル１２層のディップコーティング又は下記の実験における常圧での化学蒸着による、銀含有仕上げ層を備えていた。

鋳造したゾルゲル１２の層及び蒸着による層の抗菌作用は、その都度、ＩＳＯ ２２１９６（ＪＩＳ Ｚ２８０１）による抗菌性のテストによって測定され、一定の菌株についての前記抗菌層の作用による菌減少率が測定された。該菌減少率は、該抗菌層を用いない場合の単位ｃｍ^２当たりの細菌の数と、該抗菌層を用いた場合の単位ｃｍ^２当たりの細菌の数との差として、対数目盛上に表される。

もし、例えば、細菌の数が１ｃｍ^２あたり１００万個（Ｌｏｇ ６）乃至１ｃｍ^２あたり１００個（Ｌｏｇ ２）である場合は、その差はＬｏｇ ４となり、対数による菌減少率は４となる。

実験１
下記の混合物の溶液が作られた。

２−プロパノール ９４％
ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル） ４％
１モルのＡｇＮＯ_３溶液 １％
ＨＮＯ_３ ０．８％

この目的のために、１７．７１ｇのＴＥＯＳが２２．７ｇの２−プロパノールに加えられた。この混合物は、３．４１ｇのＡｇＮＯ_３１モル溶液と混合され、３．４１ｇのＨＮＯ_３１モルで酸化された。この混合物はそれから２０分間混ぜ合わせられた。混ぜ合わせた後、さらに３６０．４０ｇの２−プロパノールが加えられた。

前記溶液はディップコーティングによって塗布され、４０〜６０ｎｍの層の厚さが得られ、その後、４００℃の加熱硬化段階が１０分間続けられた。

抗菌性のテストを行うために次のものを用いた。

懸濁培地：ＮＢ培地 １/５００ ＮＢ

接種テスト：１/５００ ＮＢにおける細菌の懸濁は、６ｘ１０^５cells/mlを目標濃度とし、２．５ｘ１０^５cells/mlと１０ｘ１０^５ cells/mlの間の細菌濃度を得るために、薄められた。


下記の菌株：
−黄色ブドウ球菌
−大腸菌

培養：前記の細菌懸濁を接種した幾つものサンプルが、３５＋/−１℃で、２４＋/−１時間、９０％以上の相対湿度で、培養された。

大腸菌の細菌に対しては次のような抗菌作用が測定された。

抗菌層がない場合：１３，６６６，６６７ＫＶＥ/ｍｌ、又は８５４，１６７ＫＶＥ/ｃｍ^２（Ｌｏｇ ７．１３、又はＬｏｇ ５．８８）。

抗菌層がある場合：１７ＫＶＥ/ｍｌ、又は１ＫＶＥ/ｃｍ^２（Ｌｏｇ １．２３又はＬｏｇ ０）。

抗菌層による菌減少率は、結局、Ｌｏｇ ５．９、即ち約１００万の減少率といういことになる。

下記の組成による溶液が作られた。

２−プロパノール ９４％
ＴＥＯＳ（オルトケイ酸テトラエチル） ４％
１モルのＡｇＮＯ_３溶液 １％
ＨＮＯ_３ ０．８％

この目的のために、１７．７１ｇのＴＥＯＳが２２．７ｇの２−プロパノールに加えられた。この混合物は、３．４１ｇのＡｇＮＯ_３１モル溶液と混合され、３．４１ｇのＨＮＯ_３１モルで酸化された。この混合物はそれから２０分間混ぜ合わせられた。混ぜ合わせた後、さらに３６０．４０ｇの２−プロパノールが加えられた。

この溶液は、プロパンへの噴霧による燃焼を伴う化学蒸着によって塗布され、その火炎のエネルギーはそのコーティングを熱硬化するために用いられる。４０〜６０ｎｍのコーティングの厚さが得られた。

抗菌性テストは大腸菌について上記のように行われ、次のような結果を得た。

抗菌層がない場合：１２，１００，０００ＫＶＥ/ｍｌ、又は７５６，２５０ＫＶＥ/ｃｍ^２（Ｌｏｇ ７．０８、又はＬｏｇ ５．８８）。

抗菌層がある場合：９９，０１７ＫＶＥ/ｍｌ、又は６，２４５ＫＶＥ/ｃｍ^２（Ｌｏｇ ５．０又はＬｏｇ ３．８）。

前記抗菌コートによる菌減少率は、結局、Ｌｏｇ ２．１又は２４時間に１００を超える率の減少となる。

抗菌剤の前記化学蒸着法を用いた連続生産工程は、抗菌性のゾルゲル液コーティング溶液を用いた非連続生産工程よりもずっと効率的であり、また対費用効果も高い。

本発明は、この明細書及び図面に一例として記載された実施例に決して限定されるものではなく、抗菌性の金属又は金属酸化物を備えたコミュニケーションボードは、抗菌性のゾルゲルをコートしたり、或いは蒸気によって抗菌組成物を化学的に蒸着させる他の実施方法によっても、本発明の範囲から逸脱することなく、実現できる。

Claims (7)

1. コミュニケーションボードの筆記面と背面の両方に５００℃を超える温度で焼き鈍されたエナメル被覆（５）を備え、該筆記面には抗菌性の金属もしくは抗菌性の金属酸化物もしくは抗菌性の金属塩の幾つものナノ粒子の構成物から成る抗菌性コーティング（７）が施され、該抗菌性のコーティングは、ゾルゲル（１２）ディップコーティング又は常圧でのゾルゲルコーティングの化学蒸着によって、前記面に１つ（７）又は２つ（８，９）の層によって施されている、抗菌性コミュニケーションボード（１）。
2. 前記抗菌性の金属が銀又は銅であること、を特徴とする請求項１に記載の抗菌性コミュニケーションボード（１）。
3. 前記金属酸化物が珪酸塩であること、を特徴とする請求項１に記載の抗菌性コミュニケーションボード（１）。
4. 前記化学蒸着が、常圧での火炎補助による化学蒸着又は燃焼化学蒸着であること、を特徴とする請求項１に記載の抗菌性コミュニケーションボード（１）。
5. 前記金属及び金属酸化物又は金属塩が銀、銀酸化物又は硝酸銀から成ること、を特徴とする請求項１又は２に記載の抗菌性コミュニケーションボード（１）。
6. 前記抗菌性コーティング（６）の作用によって、単位領域当たりの大腸菌の数を、２４時間で少なくとも１００の減少率で減少させること、を特徴とする請求項１に記載の抗菌性コミュニケーションボード。
7. 請求項１に記載の抗菌性コミュニケーションボード（１）を製造する方法において、該方法は、第１段階において鋼鉄（２）の両面を８２０℃の温度で焼き鈍し；第２段階において前記の目に触れる側の面（６）に主に白のエナメルによる上塗りを施して約８００℃の温度で焼き鈍し；第３段階において熱化学蒸着法によって抗菌性の金属及び金属酸化物を備えた抗菌性コーティング（７）を１つの層（７）又は２つの層（８），（９）で施し；そのコートしたコミュニケーションボードを、所望のフォーマットに切断したり、或いは、その後で行う加工のために丸めたりする作業を全て、一つの製造の流れで実現する連続生産工程を備えている、ことを特徴とする方法。

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