JP2016500654A - コーティング可能な組成物、抗菌性組成物、抗菌性物品、及びそれらの作製方法 - Google Patents
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Abstract
Description
水性液媒中に分散されたシリカナノ粒子を含む第1の組成物を提供する工程であって、シリカナノ粒子が45ナノメートル以下の平均粒子径を有し、第1の組成物が6より大きいpHを有する、工程、
無機酸を用いて第1の組成物を4以下のpHまで酸性化して第2の組成物を提供する工程、及び
第2の組成物中に少なくとも1種の金属化合物を溶解して、コーティング可能な組成物を提供する工程であって、前記少なくとも1種の金属化合物が、銀化合物、亜鉛化合物、又は銅化合物のうち少なくとも1種を含む工程、を含む。
a)水性液媒中に分散されたシリカナノ粒子を含む第1の組成物を提供する工程であって、シリカナノ粒子が45ナノメートル以下の平均粒子径を有するモードで粒子径分布を有し、第1の組成物が6より大きいpHを有する、工程、
b)無機酸を用いてその第1の組成物を4以下のpHまで酸性化して第2の組成物を提供する工程、及び
c)第2の組成物中に少なくとも1種の金属化合物を溶解して、コーティング可能な組成物を提供する工程であって、前記少なくとも1種の金属化合物が、銀化合物、亜鉛化合物、又は銅化合物のうち少なくとも1種を含む、工程、及び
d)コーティング可能な組成物の層を基材の表面にコーティングする工程、及び
e)コーティング可能な組成物の層を少なくとも部分的に乾燥して、基材の表面上に配設された抗菌層を形成する工程、を含む。
用語「抗菌性」は、微生物(例えば、細菌及び/又は真菌)の成長に抵抗する能力を有することを意味する。
用語「シリカナノ粒子の分散液」は、個別のシリカナノ粒子が分散されている分散液を指し、焼結された一次シリカ粒子が鎖に凝集されているヒュームドシリカの分散液を指すものではない。
用語「本質的に含まない」は、1重量%未満、典型的には0.1重量%未満、更に典型的には0.01重量%未満含有することを意味する。
用語「不揮発性有機化合物を本質的に含まない」は、1大気圧(100kPa)で150℃より大きい沸点を有する有機化合物を1重量%未満含有することを意味する。
金属カチオンを指して言う用語「非晶質シリカマトリックスに個別に配置されている」は、それらの金属カチオンが酸素を介してシリコンに結合されており、別個の金属の相として存在しているのでないことを意味する。
用語「ナノ粒子」は、1〜200ナノメートルの粒子径を有する粒子を指す。
用語「有機化合物」は、少なくとも1つの炭素−炭素結合及び/又は炭素−水素結合を含む任意の化合物を指す。
シリカナノ粒子及びシリカゾルを指して使用される用語「シリカ」は、式SiO2・nH2Oにより表される化合物を指し、式中、nはゼロ以上の数である。
第1の実施形態では、本開示は、コーティング可能な組成物を作製する方法を提供し、本方法は、
水性液媒中に分散されたシリカナノ粒子を含む第1の組成物を提供する工程であって、シリカナノ粒子が45ナノメートル以下の平均粒子径を有し、第1の組成物が6より大きいpHを有する、工程、
無機酸を用いて前記第1の組成物を4以下のpHまで酸性化して第2の組成物を提供する工程、及び
前記第2の組成物中に少なくとも1種の金属化合物を溶解して、コーティング可能な組成物を提供する工程であって、前記少なくとも1種の金属化合物が、銀化合物、亜鉛化合物、又は銅化合物のうち少なくとも1種を含む工程、を含む。
a)水性液媒中に分散されたシリカナノ粒子を含む第1の組成物を提供する工程であって、前記シリカナノ粒子が45ナノメートル以下の平均粒子径を有するモードで粒子径分布を有し、前記第1の組成物が6より大きいpHを有する、工程、
b)無機酸を用いて前記第1の組成物を4以下のpHまで酸性化して第2の組成物を提供する工程、及び
c)前記第2の組成物中に少なくとも1種の金属化合物を溶解して、コーティング可能な組成物を提供する工程であって、前記少なくとも1種の金属化合物が、銀化合物、亜鉛化合物、又は銅化合物のうち少なくとも1種を含む、工程、及び
d)前記コーティング可能な組成物の層を基材の表面にコーティングする工程、及び
e)前記コーティング可能な組成物の前記層を少なくとも部分的に乾燥して、前記基材の前記表面上に配設された抗菌層を形成する工程、を含む。
NALCO 1115は、Nalco Company(イリノイ州Naperville)から商標名NALCO 1115コロイドシリカで入手したコロイドシリカ分散液である。
NALCO DVNZ004は、Nalco Companyから商標名NALCO DVNZ004 CATALYST SUPPORTで入手した非晶質シリカ分散液である。
AgNO3は、Sigma−Aldrich Co.(ミズーリ州Saint Louis)から入手した。
Cu(NO3)3・3H3Oは、Sigma−Aldrich Co.から入手した。
Zn(OAc)2・2H2O(亜鉛ジアセテート二水和物)は、Sigma−Aldrich Co.から入手した。
CuSO4・5H2Oは、Sigma−Aldrich Co.から入手した。
Na2B4O7・10H2O(以下、「ボレート」と呼ぶ)は、Sigma−Aldrich Co.から入手した。
以下に記載する実施例にしたがって調製した試料の抗菌性コーティングの抗菌活性の評価を、JIS Z 2801試験方法(日本工業規格;日本規格協会(日本、東京))を用いて行い、抗菌性コーティングの抗菌活性を評価した。細菌接種材料は、1部のトリプチケースソイブロス(TSB)(BBL,Becton,Dickinson and Company(メリーランド州Sparks))と499部のリン酸緩衝液(0.3mM KH2PO4)の溶液中、約1×106CFU/mLの濃度に調製した。試料は1×1インチ(2.54cm×2.54cm)の正方形に切断した。細菌縣濁液の一部(150ul)を試料の表面に配置し、接種した試料を27+/−1℃で規定の接触時間インキュベートした。インキュベーション後、試料を20mLのDey/Engley(D/E)中和培養液(Difco,Becton,Dickinson and Company(メリーランド州Sparks))に入れた。その中和培養液中の生存細菌数は、連続希釈し、Aerobic Count(AC)Petrifilm(3M Company(ミネソタ州St.Paul)に播種することにより決定した。プレートを35℃±1℃で48時間インキュベートした。製造業者の指示にしたがって、適切な希釈からの細菌コロニーを数え、1cm2当たりのコロニー形成単位(CFU)として記録した。
以下に記載する実施例のために調製した試料を、Kirby−Bauer試験を用いて試験し、抗菌性浸出化合物に対する細菌の感度又は耐性を決定した。この試験では、寒天培地ディスクに含浸した抗菌剤の存在下で、ミューラーヒントン寒天培地上で微生物を増殖した。ディスクの周囲のゾーンの存在又は欠如を、コーティング組成物中の金属化合物の移動(すなわち、ブリーチング)の間接指標とみなした。
実施例1〜30は、E.I.du Pont de Nemours and Co(デラウェア州Wilmington)からMELINEX 618(以下、PETと呼ぶ)の商標名で入手した厚さ50マイクロメートルのポリエチレンテレフタレートフィルムに、6番又は12番巻線コーティングロッド(RD Specialties(ニューヨーク州Webster)、それぞれ、公称ウェットコーティング厚さが14ミクロン及び28ミクロン)で金属ドープシリカ分散液をコーティングすることにより調製した。金属ドープコロイドシリカ分散液は、NALCO 1115シリカゾルを脱イオン(DI)水で、固形分5重量%に希釈し、その希釈したシリカゾルを濃縮HNO3を用いてpH約2〜3まで酸性化し、次いで、所望の量の金属化合物水溶液(5重量%のAgNO3又は5重量%のCu(NO3)2・3H2O)を添加することにより調製した。実施例1〜30のそれぞれについて、コーティング組成物に添加される金属カチオンの種類及び量を表1及び2に報告する。次いで、コーティングされた試料を室温で乾燥し、次いで、120℃で10分間更に硬化した。仕上がったコーティングされた試料は光学的に清澄で透明であった。このようにして調製した試料の抗菌活性を、上述した「抗菌活性を測定するための試験方法」に従って試験し、結果を下記の表1及び2に報告する。実施例1〜12のいずれも、KIRBY BAUER試験でのコーティングされた組成物を超えて延びる可視の抑制ゾーンの欠如による判定によると、金属化合物の移動を示さなかった。
実施例31〜46は、シリカゾル分散液が重量比3:7のNALCO 1115とNALCO DVSZN004の混合液であり、濃縮HNO3でpH 1.5まで酸性化したことを除き、実施例1〜30と同じやり方で調製した。次いで、得られたシリカゾル分散液に、所望の量の金属化合物水溶液(1つ又は複数)(2重量%のZn(OAc)2・2H2O、2重量%のAgNO3、2重量%のCuSO4・5H2O、及び/又は2重量%のNa2B4O7・10H2O)を添加した。合計ドーパントの濃度は、実施例31〜46のシリカゾル分散液に関して一定に3重量%に維持した。
実施例47〜60は、表5及び6に要約されているように、PET又はガラススライド(VWR International,LLC(ペンシルベニア州Radnor)から入手したVWR Micro Slide)基材のいずれかに12番巻線コーティングロッドでコーティングを適用したことを除き、実施例1〜30で説明したのと同様のやり方で調製した。得られたコーティング試料を脱イオン水に室温で10日間浸した後、それらの抗菌活性を試験した。コーティングされ、浸された最終試料は、光学的に清澄で透明であった。
反射配置データは、PANalytical Empyrean回折計、銅Kα放射線、及び散乱放射線のPIXcel検出器レジストリを使用することにより、サーベイスキャンの形態で収集した。回折計は、可変入射ビームスリット及び回折ビームスリットを備えている。0.04度の刻み幅及び1200秒のドウェル時間を用いて、5〜80度(2θ)の結合連続モードで、サーベイスキャンを行った。40kV及び40mAのX線発生装置設定を使用した。
実施例61及び62は、金属ドープシリカ分散液をソーダ石灰ガラス基材(ミネソタ州MinneapolisのBrin Northwestern Glass Companyから入手した)に、6番巻線コーティングロッド(公称ウェットコーティング厚さ14ミクロン)を用いてコーティングすることにより調製した。金属ドープコロイドシリカ分散液は、NALCO 1115シリカゾルを脱イオン水で、固形分10重量%に希釈し、その希釈したシリカゾルを濃縮HNO3を用いてpH約2〜3まで酸性化し、次いで、所望の量の金属化合物水溶液(10重量%のAgNO3、Cu(NO3)2・3H2O)を添加することにより、調製した。実施例61及び62のそれぞれについて、コーティング組成物に添加される金属カチオンの種類及び量を表7に報告する。次いで、コーティングされた試料を室温で乾燥し、次いで、120℃で10分間更に硬化した。仕上がったコーティングされた試料は光学的に清澄で透明であった。ガラス基材からコーティングを擦り取ることにより分析用粉末を収集した。このようにして調製された試料を、上述したX線散乱分析試験法に従って分析した結果を下記表7に報告する。
Claims (22)
- コーティング可能な組成物の作製方法であって、
水性液媒中に分散されたシリカナノ粒子を含む第1の組成物を提供する工程であって、前記シリカナノ粒子が45ナノメートル以下の平均粒子径を有し、前記第1の組成物が6より大きいpHを有する、工程、
無機酸を用いて前記第1の組成物を4以下のpHまで酸性化して第2の組成物を提供する工程、及び
前記第2の組成物中に少なくとも1種の金属化合物を溶解して、コーティング可能な組成物を提供する工程であって、前記少なくとも1種の金属化合物が、銀化合物、亜鉛化合物、又は銅化合物のうち少なくとも1種を含む工程、を含む、方法。 - 前記少なくとも1種の金属化合物が、亜鉛化合物、及び銀化合物又は銅化合物の少なくとも1種を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記コーティング可能な組成物が、不揮発性有機化合物を本質的に含まない、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法に従って作製されたコーティング可能な組成物。
- 抗菌性物品の作製方法であって、
a)水性液媒中に分散されたシリカナノ粒子を含む第1の組成物を提供する工程であって、前記シリカナノ粒子が45ナノメートル以下の平均粒子径を有するモードで粒子径分布を有し、前記第1の組成物が6より大きいpHを有する、工程、
b)無機酸を用いて前記第1の組成物を4以下のpHまで酸性化して第2の組成物を提供する工程、及び
c)前記第2の組成物中に少なくとも1種の金属化合物を溶解して、コーティング可能な組成物を提供する工程であって、前記少なくとも1種の金属化合物が、銀化合物、亜鉛化合物、又は銅化合物のうち少なくとも1種を含む、工程、及び
d)前記コーティング可能な組成物の層を基材の表面にコーティングする工程、及び
e)前記コーティング可能な組成物の前記層を少なくとも部分的に乾燥して、前記基材の前記表面上に配設された抗菌層を形成する工程、を含む、方法。 - 前記少なくとも1種の金属化合物が、亜鉛化合物、及び銀化合物又は銅化合物の少なくとも1種を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記基材がガラス又は有機ポリマーの少なくとも一方を含む、請求項5に記載の方法。
- 前記コーティング可能な組成物の前記層が光学的に透明である、請求項5に記載の方法。
- 前記コーティング可能な組成物の前記層が0.02〜100ミクロンの範囲の厚さを有する、請求項5に記載の方法。
- 前記無機酸が、ゼロ以下のpKaを有する、請求項5に記載の方法。
- 工程b)が、前記第1の組成物をpH 2以下に酸性化することを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記シリカナノ粒子が20ナノメートル以下の平均粒子径を有する、請求項5に記載の方法。
- 前記コーティング可能な組成物が、不揮発性有機化合物を本質的に含まない、請求項5に記載の方法。
- 請求項5に記載の方法に従って作製される抗菌性物品。
- 金属カチオンを含有する非晶質のシリカマトリックスを含む抗菌性組成物であって、前記非晶質のシリカマトリックスが、相互接続したシリカナノ粒子を含み、前記金属カチオンの大多数が前記非晶質のシリカマトリックス中に個別に分散されており、前記金属カチオンが、銀カチオン、亜鉛カチオン、又は銅カチオンのうち少なくとも1種を含み、前記金属カチオンが前記非晶質抗菌性組成物における前記金属カチオンとシリコンとの合計モルの0.5〜20モルパーセントを構成する、抗菌性組成物。
- 前記抗菌性組成物が不揮発性有機化合物を本質的に含まない、請求項15に記載の抗菌性組成物。
- 前記少なくとも1種の金属化合物が、亜鉛化合物、及び銀化合物又は銅化合物の少なくとも1種を含む、請求項15に記載の抗菌性組成物。
- 基材の表面に配設された非晶質の抗菌性組成物の層を備える抗菌性物品であって、前記非晶質の抗菌性組成物が、金属カチオンを含有するシリカマトリックスを含み、前記シリカマトリックスが、平均粒子径が100ナノメートル以下の粒子径分布を有する相互接続したシリカナノ粒子を含み、前記金属カチオンがn+の電荷を有し、nが2以上の整数を表し、前記金属カチオンの大多数が前記シリカマトリックス中に個別に配置されており、前記金属カチオンが前記非晶質抗菌性組成物における金属カチオンとシリコンとの合計モルの0.5〜20モルパーセントを構成する、抗菌性物品。
- 前記少なくとも1種の金属化合物が、亜鉛化合物、及び銀化合物又は銅化合物の少なくとも1種を含む、請求項18に記載の抗菌性物品。
- 前記基材がガラス又は有機ポリマーの少なくとも一方を含む、請求項18に記載の抗菌性物品。
- 前記コーティング可能な組成物の層が光学的に透明である、請求項18に記載の抗菌性物品。
- 前記非晶質の抗菌性組成物の前記層が、不揮発性有機化合物を本質的に含まない、請求項18に記載の抗菌性物品。
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