JP2017121667A - 有用な製品表面上で高濃度の溶解銅を保持及び使用する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
発明の分野
本発明は、一般に、銅及び銅合金表面上に配置された溶液中の溶解銅イオン及び銅含有分子の濃度を高め、これによってそのような銅合金表面の抗菌特性を促進するための方法に関する。特に、本発明は、半完成品及び完成品に加工する前に、商業スケールで実施し得る方法、並びに加工後に適用し得る処置に関する。
銅及び銅合金は、人類の初期の技術的な道具の一部として数千年にわたって使用されてきた。製造が容易であること、リサイクル可能性、総合的な腐食に対する耐性並びに、様々な魅力的な色及び仕上げの利用可能性を組み合わせることによって、硬貨鋳造、並びにこれらの特性が重要な種々の芸術的及び建築用途に好ましい材料であった。有用な強度、成型性及び比較的低コストと相まって殆ど全ての競合材料よりも高い導電性及び熱伝導性により、これらの材料はエレクトロニクス産業で不可欠になってきた。
船体の銅被覆は、フナクイムシ(teredo,shipworm)の発生を防ぎ、且つ木造船に海草及びフジツボなどの有機体の付着を防ぐために18世紀にイギリス海軍によって使用が始まった。その有益な作用は、海水と接触して銅表面がゆっくりと溶解するからであった。また銅及び銅化合物は、海洋生物によって船底が汚されるのを防ぐのに有効であるので、種々の材料で製造した船体用の塗料中に使用されてきた。これらの防汚特性は関係表面からの銅イオン放出に関係しており、その表面の微環境をそのような生命体に対して毒性として、関連する表面にこれらの生命体が付着しないようにする。海洋微生物は、10億分の1部(1ppbのCu)ほどの少量でも影響を受けることがある。
一態様において、本発明は、種々の方法のいずれかによって銅及び銅合金表面上に特定の表面を作り出し、続いて表面と接触している溶液中の溶解銅イオンの濃度を高めるための化学的処理を実施してもよい。これによってその表面の抗菌特性を高める。この表面仕上げは、好適な仕上げの作業ロール(work roll)を使用する冷間圧延により;好適な研磨剤で研磨することにより;任意に研磨剤を使用して磨いたり研磨することにより;好適なサイズ及び速度の砂またはショット(弾:shot)でその表面に衝撃を与えることにより;制御化学エッチングにより;及び他の種々のプロセスによって製造することができる。特定の表面仕上げの目的は、水、水溶液、及び/または体液による銅合金表面の濡れ性を高めて、抗菌効果のために前記流体に銅及び銅イオンの溶解を促進することである。
[1]銅ストリップの製造法であって、
a.所定の厚さと所定の抗菌特性に加工すべき銅合金ストリップを準備する;
b.前記銅合金ストリップをアニールする;
c.前記銅合金ストリップを清浄化して最終圧延前に酸化物を除去する;
d.前記銅合金ストリップをコイル形で圧延ミルに装填し、所定の厚さに圧延する;
e.前記銅合金ストリップは、2〜50マイクロインチの表面粗度を有し、より正確な範囲の表面粗度は、前記所定の抗菌特性に依存して少なくとも一部決定される;
f.前記銅合金ストリップをコイル形で少なくとも半連続式の清浄ラインに装填し、残っている全ての圧延潤滑剤を除去する;
g.脱脂溶液を使用してそのような潤滑剤を除去する;
h.前記銅合金ストリップを水で濯ぎ、乾燥する;
i.前記銅合金ストリップをコイル形に巻き戻す;及び
j.前記銅合金ストリップを細長く切断して所定の幅に形成し、前記銅合金ストリップの側面が大気中の酸素と隔絶するコーティングを処置せずに出荷用に包装する、各段階を含む前記製造法、
[2]前記表面粗度が4〜36マイクロインチである、[1]に記載の方法、
[3]前記表面粗度が6〜14マイクロインチである、[1]に記載の方法、
[4]前記銅合金ストリップを、金属酸化物を溶解するように構成された酸で処理する、[1]に記載の方法、
[5]前記酸は30%未満の濃度の硫酸である、[4]に記載の方法、
[6]前記硫酸を酸化剤と組み合わせる、[5]に記載の方法、
[7]前記酸化剤が過酸化水素である、[6]に記載の方法、
[8]前記硫酸が10%〜20%濃度であり、前記過酸化水素が0.5〜3%濃度である、[7]に記載の方法、
[9]前記銅合金ストリップを、加熱吹き込み乾燥空気を適用して乾燥する、[8]に記載の方法、
[10]前記表面粗度が6〜14マイクロインチRaである、[9]に記載の方法、
[11]溶液中に溶解した銅を連続して補充する溶液を提供する方法であって、
a.銅合金接触面をもつ中実の銅合金の塊を準備する、ここで前記銅合金表面は、微生物を殺すために所定の表面粗度と関連する所定の特性とを有する;
b.前記銅合金接触面は、前記銅合金接触面を覆い、前記銅表面接触面が大気中の酸素に暴露されないように隔絶し、さらに前記銅合金接触面に高い濡れ角を提供するバリヤコーティングをその表面上に持たない;
c.前記銅合金接触面は連続する銅供給源を提供するように構成された表面である;
d.微生物を殺すための前記所定の特性のため、ヒトの手または汚染粒子と接触するために暴露し易いように構成される用途に前記銅合金接触面をもつ銅合金の塊を効果的に配置すると、前記銅合金表面上の生存している危険な病原菌の減少を導くことをユーザーに助言することによって、前記銅合金の塊の設置を指示する、各段階を含む、前記方法、
[12]配置の前記指示段階が、中実の銅合金の塊から有用な物品を製造し、ユーザーに前記有用な物品が抗菌特性をもつことを助言する段階を含む、[11]に記載の方法、
[13]前記有用な物品が政府によって鋳造され流通用に放出される硬貨である、[12]に記載の方法、
[14]抗菌特性をもつ有用な物品を設計及び製造する方法であって、
抗菌特性が有用な物品の最小設計要件であることを決定する;
前記有用な物品の接触面の表面粗度特性を抗菌特性の最小要件に少なくとも一部基づいて決定する;
銅合金接触面上に配置された溶液中に高濃度で溶解させるべき銅供給源を連続供給するために、前記表面粗度特性と実質的に適合するように構成される銅合金接触面を提供する、各段階を含む、前記方法、
[15]抗菌消費材の販売法であって、
有用な機能を果たしつつ、有用な消費材の操作の間にヒトの手の一部で触るように構成される、接触面をもつ有用な機能を果たす有用な消費材を提供する;
ここで前記接触面は、2〜50マイクロインチRaの粗度特性をもつ銅合金接触面を含み;
ここで前記接触面は前記接触面を大気中の酸素と隔絶するコーティングをもたない;及び
前記有用な消費材は、前記銅合金接触面上に少なくとも一部基づく接触面上の生存している微生物の量を経時で減少させる傾向のある特性をもつと主張する、各段階を含む、前記方法、
[16]前記有用な消費材がドアノブであり、前記銅合金接触面は6〜14マイクロインチRaの粗度特性をもつ、[15]に記載の有用な消費材の販売法、
[17]前記有用な消費材がドアの押し板であり、ここで前記銅合金接触面は、銅合金接触面の濡れ角を増加させる傾向のあるコーティングをこの表面にもたない、[15]に記載の消費材の販売法、
[18]前記有用な消費材が調理器具である、[15]に記載の有用な消費材の販売法、
[19]抗菌建築材の販売法であって、
有用な機能を果たしつつ、生存している有害な微生物により接触されるように構成されている、その上に接触面をもつ有用な機能を果たす有用な建築材を提供する;
ここで前記接触面は、2〜50マイクロインチRaの粗度特性をもつ銅合金接触面を含み;
ここで前記接触面は前記接触面を大気中の酸素と隔絶するコーティングをもたない;及び
前記有用な建築材は、前記銅合金接触面上に少なくとも一部基づく接触面上に生存している微生物の量を経時で減少させる傾向のある特性をもつと主張する、各段階を含む、前記方法、
[20]前記抗菌建築材が暖房及び排気システム用のダクト工事用であり、且つ前記銅合金接触面は4〜36マイクロインチRaの粗度特性をもつ、[19]に記載の抗菌建築材の販売法、
[21]病気の伝播を低減する方法であって、ドアを開けるときにヒトの手で接触するように設計された位置のドア上に銅合金表面を提供する;
前記銅合金表面は、6〜14マイクロインチRaの表面粗度をもち、前記銅合金表面の濡れ角を高めるような傾向があるコーティングをその上にもたない;及び
前記ドアを病院に配備する、各段階を含む前記方法
に関する。
本発明は、多くの例示的なプロセスが記載されている以下の詳細な記載を参照としてより理解することができる。本発明を通して多くの略号を使用する。理解し易くするために、略号の幾つかを以下の表1に記載及び列記する。これらの定義は多くの物質に関するものであり、たとえば本発明の材料、材料の特徴、試験手順、革新的な製造及び表面処理プロセス並びに他のプロセスの詳細な定義が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明に従った処理の有効性の一つの尺度は、処理面とその表面上にある水滴(液滴)の上面との間の接触角を測定することである。この詳細な記載において、接触角は、いずれも空気の存在下、固体表面と液体との間の入射角(angle of incidence)として定義される。物理的にはこれは、固体、液体及び気体間の接触点における小滴(droplet)の接平面と固体表面それ自体との角度に対応する。この接触角は、種々の流体による表面の濡れ性と表面の間の付着性により見られるように、関与する表面の化学結合と表面界面エネルギーに関連する。これらの表面エネルギー(及び接触角)は、表面粗度(Ra)としてそのような制御可能な因子;ベース表面それ自体の化学;酸化物、硫化物(及びその種)などの表面フィルムまたは層の存在の有無;及びそのような表面フィルムの厚さなどの制御可能な因子と関連する。
本発明に従って処理した銅合金表面の有効性のさらなる尺度として、疑似体液中で金属表面からの銅放出速度を測定するために試験を実施した。そのように処理した表面の主な使用の一つは、感染した病院職員と非感染病院職員との間の二次感染を防ぐことであるので、手の皮膚(と汗などの液体)に接触した押し板やドアハンドルなどの接触面は特に重要である。既刊文献の研究では、接触性皮膚炎の事例により、ヒトの汗への金属の放出には大きな関心が示されている。それ故、多くの「人工的な汗」の配合例があるが、標準的試験法では殆ど発行されたものはなく、主にニッケル用の試験向きのようである(表2)。研究された殆ど全ての配合物に共通しているのは、塩、乳酸と、実際の汗で知見されるアミノ酸残渣を真似た何らかの窒素含有物質を配合するということである。殆どは一般的に使用されている血漿増量剤(extender)に似ているが、その割合は広範囲を変動し、多くの配合物は銅表面と強く反応するであろう他の物質(たとえば硫化物、アンモニアまたはアンモニア塩)を含む。
本発明のプロセスの抗菌活性のさらなる立証は、生物学的作用物質(biological agent)を処理済み表面と接触させることによって不活化させる速度を示すために生物学的作用物質を使用する実際の試験である。使用した試験法は、無生物の、無孔性、非食品接触面上の抗菌剤の有効性を評価するためのASTM−認可法の変形である。使用した試験法は、以下の:
1)試験すべき微生物の標準培地を準備する;
2)所望の材料サンプルを入手する、及び/または所望の試験条件に従って(本発明のプロセス及び比較のために標準的な材料)サンプルを処理する;
3)培養した微生物の既知量に処理サンプルを所望の試験時間、暴露する;
4)(微生物のさらなる成長を促進も阻止もせず、試験表面のさらなる作用を中和する)好適な中和溶液の所定量に暴露した試験片をおき、試験片(coupon)を超音波処理して、生存している全ての微生物を中和溶液中に懸濁させる;
5)前記中和溶液から試験片を取り出して、さらに銅合金表面の抗菌作用を確実に停止させる;
6)(生存微生物の入っている)中和溶液を好適なレベルまで希釈して、暴露後に容易に可算可能な結果を得、選択した微生物に関して好適な成長培地でコーティングしたペトリ皿上で既知量の希釈溶液を暴露する;
7)暴露したプレート(調製済みペトリ皿)をインキュベートして、可算可能なコロニーの成長を促し、続いて個々のプレート上のコロニーを計数する;
8)使用した元の溶液中のコロニー形成単位(colony−forming unit)(CFU)の数を(移した溶液の既知量と希釈レベルとをベースとして)計算して、暴露表面から生存している微生物を除去する;
9)比較用のベースラインデータを提供するために、元の標準培地の整合量を同一方法(銅合金表面への暴露を除く)で処理し、同一方法でプレーティングし、インキュベートし、計数する、各段階からなる。
銅合金ストリップは所望の厚さに加工し、アニールして軟化させ、通常プロセスにより清浄化して最終圧延前にストリップから酸化物を除去する。所望の表面仕上げを与えるように意図された表面をもつ作業ロールを圧延装置スタンド(rolling mill stand)に装填する。コイル状のストリップをこの圧延装置に装填して、最終厚さになるまで一回以上圧延する。所望の表面仕上げとなる作業ロールに必要とされる表面仕上げは、合金、生じる(incomoing)硬度、生じる表面仕上げ、減少パススケジュール(reduction pass schedule)及び当業者に公知の他の因子に依存する。圧延済みストリップの所望の表面仕上げは2〜50マイクロインチRaであるべきであり、好ましくはこの仕上げは4〜36マイクロインチRaであり、最も好ましくは6〜14マイクロインチRaであるべきである。圧延後、コイル状のストリップを半連続清浄ラインに入れて、市販の脱脂溶液を使用して残存する圧延潤滑剤を除去し、水(疎水性曇り防止剤を適用せずに)で濯ぎ、熱空気で乾燥する。清浄ラインから出る乾燥ストリップは、輸送し易くするためにコイル状に巻き戻す。最終の幅に細長く切断し、輸送用に包装するのは、消費者にとって視覚的に好ましくないコーティングされていないストリップが大気によって過剰に酸化されないように、最少遅延で実施すべきである。ストリップ表面の通常の変色及び僅かな酸化は、プロセスの一部として予想され、ストリップの抗菌特性に役立ち得る。表面仕上げをさらに精微化するために必要によりブラシ掛けまたはバフ研磨を任意に使用して清浄処理を実施することができる。
銅合金ストリップは、すぐに仕上げができる所望の厚さに加工し、アニールして軟化させ、通常のプロセスにより清浄化して最終圧延前にストリップから酸化物を除去する。所望の表面仕上げを提供するように意図した表面を有する作業ロールを圧延装置スタンドに装填する。コイル状のストリップを圧延装置に装填し、一回以上通過させて最終厚さに圧延する。所望の表面仕上げが得られるように操作ロール上に必要な表面仕上げは、合金、生じる硬度、生じる表面仕上げ、減少パススケジュール及び当業者に公知の他の因子に依存する。圧延済みストリップの所望の表面仕上げは2〜50マイクロインチRaであるべきであり、好ましくはこの仕上げは4〜36マイクロインチRaであり、最も好ましくは6〜14マイクロインチRaであるべきである。圧延後、コイル状のストリップを半連続清浄ラインに入れて、市販の脱脂溶液を使用して残存する圧延潤滑剤を除去し、水で濯ぎ、硝酸、硫酸、リン酸、塩酸または同様のものなどの金属酸化物を減少または溶解させるのに好適な酸の溶液で処理する。多くの市販配合物は、硫酸濃度、通常<30%(過酸化水素などの酸化剤を添加することができる)に依存し、続いて(疎水性曇り防止剤を適用せずに)水洗し、熱空気で乾燥する。硫酸濃度は好ましくは<25%であり、より好ましくは10〜20%である。(所望により)過酸化水素含有量は好ましくは<15%であり、より好ましくは0.5〜3%である。他の酸及び酸化剤も同様に使用することができる。この実施例は単なる例示であり、本発明で具体化された一般原則の適用を制限するものではない。清浄ラインから出る乾燥ストリップは、輸送し易くするためにコイル状に巻き戻す。最終の幅に細長く切断し、輸送用に包装するのは、消費者にとって視覚的に好ましくないコーティングされていないストリップが大気によって過剰に酸化されないように、最少遅延で実施すべきである。ストリップ表面の通常の変色及び僅かな酸化は、プロセスの一部として予想され、ストリップの抗菌特性に役立ち得る。表面仕上げをさらに精微化するために必要によりブラシ掛けまたはバフ研磨を任意に使用して清浄処理を実施することができる。清浄化は、両方の脱脂及び酸処理の装置が利用可能であれば、一つの連続清浄ラインで実施することができる。そうでない場合には、これらの操作は二つの個別の清浄ラインで実施することができる。個別の清浄ラインで実施する場合、疎水性曇り防止剤を最初のラインの乾燥前に適用して、酸処理前にストリップに表面保護を提供することができるが、細長く切断する前に最終処理に続いてそのような阻害剤は適用できない。
銅合金ストリップは通常の商業的な方法によって加工して、2〜50マイクロインチRaの圧延ストリップの所望の表面仕上げとする。好ましくはこの仕上げは4〜36マイクロインチRaであるべきであり、最も好ましくは6〜14マイクロインチRaであるべきである。ストリップはそのまままたは脱脂して輸送することができ、あるいは(続く形成プロセスのために所望により)アニールして軟化させ、アニールプロセスの間に形成した酸化物を除去する。清浄後、ストリップを疎水性曇り防止剤でコーティングして、表面条件及びストリップの外観を保持し、これは、スタンピング、描画(drawing)、曲げ、鋳造などの通常の商業プロセスにより完成部品に形成する。これらの方法は当業者に公知である。次いでストリップを所望により完成部品に形成する。
医療機器
電化製品
点灯装置及び制御機器
衛生器具
手工具
救急処置具
車輌の接触面
農産物及び肉処理包装用の加工機器
農業
穀物または食品貯蔵
水/給食
耳標
乳製品及び肉加工
ファストフード及び商業レストラン
携帯電話及び電気通信
コンピューター(キーボード及び周辺機器)
マスク及び呼吸装置
建材及び建築でのモールドプルーフィング(mold proofing)。
1)研磨剤で清浄/グリット吹きつけ
2)カソード清浄(cathodic cleaning)/脱脂
3)アノード清浄(anodic cleaning)/化学粉砕(chemical milling)
4)電解及び電気化学的清浄
5)超音波または他の音響活性の適用
6)特別な医学用途用のイオンミリング(ion milling)
が挙げられるが、これらに限定されない。
超音波+アノード(andoic)電解清浄+カソード化学ミリング
の全てを実施するのが好ましい。
Claims (21)
- 銅ストリップの製造法であって、
a.所定の厚さと所定の抗菌特性に加工すべき銅合金ストリップを準備する;
b.前記銅合金ストリップをアニールする;
c.前記銅合金ストリップを清浄化して最終圧延前に酸化物を除去する;
d.前記銅合金ストリップをコイル形で圧延ミルに装填し、所定の厚さに圧延する;
e.前記銅合金ストリップは、2〜50マイクロインチの表面粗度を有し、より正確な範囲の表面粗度は、前記所定の抗菌特性に依存して少なくとも一部決定される;
f.前記銅合金ストリップをコイル形で少なくとも半連続式の清浄ラインに装填し、残っている全ての圧延潤滑剤を除去する;
g.脱脂溶液を使用してそのような潤滑剤を除去する;
h.前記銅合金ストリップを水で濯ぎ、乾燥する;
i.前記銅合金ストリップをコイル形に巻き戻す;及び
j.前記銅合金ストリップを細長く切断して所定の幅に形成し、前記銅合金ストリップの側面が大気中の酸素と隔絶するコーティングを処置せずに出荷用に包装する、各段階を含む前記製造法。 - 前記表面粗度が4〜36マイクロインチである、請求項1に記載の方法。
- 前記表面粗度が6〜14マイクロインチである、請求項1に記載の方法。
- 前記銅合金ストリップを、金属酸化物を溶解するように構成された酸で処理する、請求項1に記載の方法。
- 前記酸は30%未満の濃度の硫酸である、請求項4に記載の方法。
- 前記硫酸を酸化剤と組み合わせる、請求項5に記載の方法。
- 前記酸化剤が過酸化水素である、請求項6に記載の方法。
- 前記硫酸が10%〜20%濃度であり、前記過酸化水素が0.5〜3%濃度である、請求項7に記載の方法。
- 前記銅合金ストリップを、加熱吹き込み乾燥空気を適用して乾燥する、請求項8に記載の方法。
- 前記表面粗度が6〜14マイクロインチRaである、請求項9に記載の方法。
- 溶液中に溶解した銅を連続して補充する溶液を提供する方法であって、
a.銅合金接触面をもつ中実の銅合金の塊を準備する、ここで前記銅合金表面は、微生物を殺すために所定の表面粗度と関連する所定の特性とを有する;
b.前記銅合金接触面は、前記銅合金接触面を覆い、前記銅表面接触面が大気中の酸素に暴露されないように隔絶し、さらに前記銅合金接触面に高い濡れ角を提供するバリヤコーティングをその表面上に持たない;
c.前記銅合金接触面は連続する銅供給源を提供するように構成された表面である;
d.微生物を殺すための前記所定の特性のため、ヒトの手または汚染粒子と接触するために暴露し易いように構成される用途に前記銅合金接触面をもつ銅合金の塊を効果的に配置すると、前記銅合金表面上の生存している危険な病原菌の減少を導くことをユーザーに助言することによって、前記銅合金の塊の設置を指示する、各段階を含む、前記方法。 - 配置の前記指示段階が、中実の銅合金の塊から有用な物品を製造し、ユーザーに前記有用な物品が抗菌特性をもつことを助言する段階を含む、請求項11に記載の方法。
- 前記有用な物品が政府によって鋳造され流通用に放出される硬貨である、請求項12に記載の方法。
- 抗菌特性をもつ有用な物品を設計及び製造する方法であって、
抗菌特性が有用な物品の最小設計要件であることを決定する;
前記有用な物品の接触面の表面粗度特性を抗菌特性の最小要件に少なくとも一部基づいて決定する;
銅合金接触面上に配置された溶液中に高濃度で溶解させるべき銅供給源を連続供給するために、前記表面粗度特性と実質的に適合するように構成される銅合金接触面を提供する、各段階を含む、前記方法。 - 抗菌消費材の販売法であって、
有用な機能を果たしつつ、有用な消費材の操作の間にヒトの手の一部で触るように構成される、接触面をもつ有用な機能を果たす有用な消費材を提供する;
ここで前記接触面は、2〜50マイクロインチRaの粗度特性をもつ銅合金接触面を含み;
ここで前記接触面は前記接触面を大気中の酸素と隔絶するコーティングをもたない;及び
前記有用な消費材は、前記銅合金接触面上に少なくとも一部基づく接触面上の生存している微生物の量を経時で減少させる傾向のある特性をもつと主張する、各段階を含む、前記方法。 - 前記有用な消費材がドアノブであり、前記銅合金接触面は6〜14マイクロインチRaの粗度特性をもつ、請求項15に記載の有用な消費材の販売法。
- 前記有用な消費材がドアの押し板であり、ここで前記銅合金接触面は、銅合金接触面の濡れ角を増加させる傾向のあるコーティングをこの表面にもたない、請求項15に記載の消費材の販売法。
- 前記有用な消費材が調理器具である、請求項15に記載の有用な消費材の販売法。
- 抗菌建築材の販売法であって、
有用な機能を果たしつつ、生存している有害な微生物により接触されるように構成されている、その上に接触面をもつ有用な機能を果たす有用な建築材を提供する;
ここで前記接触面は、2〜50マイクロインチRaの粗度特性をもつ銅合金接触面を含み;
ここで前記接触面は前記接触面を大気中の酸素と隔絶するコーティングをもたない;及び
前記有用な建築材は、前記銅合金接触面上に少なくとも一部基づく接触面上に生存している微生物の量を経時で減少させる傾向のある特性をもつと主張する、各段階を含む、前記方法。 - 前記抗菌建築材が暖房及び排気システム用のダクト工事用であり、且つ前記銅合金接触面は4〜36マイクロインチRaの粗度特性をもつ、請求項19に記載の抗菌建築材の販売法。
- 病気の伝播を低減する方法であって、ドアを開けるときにヒトの手で接触するように設計された位置のドア上に銅合金表面を提供する;
前記銅合金表面は、6〜14マイクロインチRaの表面粗度をもち、前記銅合金表面の濡れ角を高めるような傾向があるコーティングをその上にもたない;及び
前記ドアを病院に配備する、各段階を含む前記方法。
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