JP2021165368A - 抗菌性を有するコーティングを作製するための組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】抗菌性を有するコーティングを作製するための硬化性組成物を提供する。
【解決手段】少なくとも1つのフィルム形成重合体と、少なくとも1つのアップコンバージョン発光体と、必要に応じて、少なくとも1つの添加剤と1つの硬化剤とを含み、前記発光体が下記の理想一般式(I)から選択される硬化性組成物である。
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Ln1 x,Ln2 z,(I)
(式中、x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、かつy=x+zであり、Aは、Mg、Ca、Sr、およびBaから選択され、Bは、Li、Na、K、Rb、およびCsから選択され、B*は、Li、NaおよびKから選択され、Ln1は、プラセオジム(Pr)、エルビウム(Er)、およびネオジム(Nd)から選択され、Ln2は、必要に応じてガドリニウム(Gd)から選択される。)
【選択図】図1
【解決手段】少なくとも1つのフィルム形成重合体と、少なくとも1つのアップコンバージョン発光体と、必要に応じて、少なくとも1つの添加剤と1つの硬化剤とを含み、前記発光体が下記の理想一般式(I)から選択される硬化性組成物である。
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Ln1 x,Ln2 z,(I)
(式中、x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、かつy=x+zであり、Aは、Mg、Ca、Sr、およびBaから選択され、Bは、Li、Na、K、Rb、およびCsから選択され、B*は、Li、NaおよびKから選択され、Ln1は、プラセオジム(Pr)、エルビウム(Er)、およびネオジム(Nd)から選択され、Ln2は、必要に応じてガドリニウム(Gd)から選択される。)
【選択図】図1
Description
本発明は、抗菌性を有するコーティングを作製するための硬化性組成物、その使用、前記組成物から作製されるコーティング、および前記コーティングで被覆された製品に関する。
人間は毎日、バクテリア、菌類、ウイルスなどの何百万もの微生物にさらされている。これらの微生物の多くは有用であったり、なくてはならないものであったりさえある。それにもかかわらず、これらの有害性の少ない代表的微生物の他に、病気の原因となったり、死に至ったりさえするバクテリア、菌類、ウイルスもある。
微生物は、他人との毎日の関わりや他人が使用した物品への接触によって伝染し得る。特に衛生に敏感な場所では、表面に抗菌仕上げが施されている。具体的な使用分野は、病院や外来の健康福祉施設における医療機器や消耗品の表面である。これらに加えて、公共圏、食品・飲料部門、および動物飼育における表面がある。病原性微生物の蔓延は、今日では、介護部門や医療、そして多くの人間が閉鎖空間で活動する場所において大きな課題となっている。目下の具体的リスクは、標準的な抗生物質に耐性を持つ、いわゆる多剤耐性バクテリアの発生が増加している点である。
接触面を介した病原体の拡散のリスクを減らすために、標準的な衛生対策に加えて、抗菌技術および抗菌材料が利用されている。化学物質や物理的方法の使用は、微生物の繁殖プロセスに重大な影響を与える可能性がある。物理的方法には、例えば、熱、冷気、放射線または超音波などが含まれる。化学的方法の中では、ハロゲン、金属イオン、有機化合物、有機染料、有毒ガスなどが知られている。
化学的および物理的方法は、ほとんどの場合、微生物の破壊に非常に効果的であるが、それらの効果は短く、耐性の発達を促し、そして、保護すべき表面の破壊につながるので場合によっては適用に不向きなものもある。しかし、特に化学有機物質の場合における最大の欠点は、人体への危険性または有毒性である。長年消毒剤として使用されてきたホルムアルデヒドなどの特定の物質は、今や、癌の原因となったり、環境に非常に有害であったりすることが疑われている。
抗菌作用を有する表面は、これらの課題の解決に重要な貢献をする可能性がある。そのような抗菌性を得るための今日の標準的な方法では、主に、材料に組み込まれた有効成分、例えば、銀粒子、銅粒子、それらの金属酸化物、または第四級アンモニウム化合物が利用される。これには、しばしば、抗菌金属、抗菌金属酸化物、または抗菌金属酸化物混合物を処理してナノ粒子を生成し、次いで、それらを塗料、コーティング、または重合体材料に混合する工程が含まれる。この重金属が人と環境に及ぼす長期的影響を評価することはほとんど不可能であるため、金属粒子の幅広い使用には疑問がある。
例えば、特許文献1は、アンチモンスズ酸化物とマンガン酸化物の両方を含む層で仕上げられた粒子を開示している。当業者であれば、水分不存在下でマイクロスケールのガルバニ電池を発達させ、そして、マイクロスケールの電界によって殺菌作用を生じる金属の電気化学的特性のおかげで、当該抗菌表面が生成されることに気づく。
同様に、例えば、水、ガス、または表面を消毒するために、UV照射が医療や衛生において使用され得ることが知られている。例えば、UV照射は、水中の病原性微生物の数を減らすために、飲料水処理で長い間使用されてきた。これは、好ましくは、100nm〜280nmの波長範囲のUV−C照射を使用して行われる。異なる波長の電磁輻射線を使用する場合は、種々のタンパク質と、微生物、組織または細胞に存在するアミノ酸/核酸(例:DNA)と、個々の酸同士のペプチド結合と、の異なる吸収作用を考慮する必要がある。例えば、DNAは、200nm〜300nmの波長範囲の電磁輻射線をよく吸収し、特に250nm〜280nmでよく吸収するので、この放射はDNAに対して特に適している。したがって、そのような照射によって、病原性微生物(とりわけウイルス、細菌、酵母、カビ)を不活化することが可能である。照射の持続時間と強度によって、DNA構造を破壊することができる。したがって、代謝活性細胞を不活性化し、および/またはそれらの複製能力を失わせることができる。紫外線照射の利点は、微生物が紫外線への耐性を持たない点である。
さらに、紫外線の波長範囲からの電磁輻射線の直接照射の他に、いわゆるアップコンバージョンの効果を利用することも知られている。これは、紫外線より波長の長い電磁輻射線(特に、可視光または赤外光)をより波長の短い電磁輻射線に変換することができる発光体粒子を、所望の効果を有する輻射線の放出が個々の発光体粒子によって達成され得るような方法で、使用するものである。
特許文献2は、紫外線の波長範囲の電磁輻射線の放出体に関する。発光体粒子は、当該放出体を形成する材料の表面近くの領域で当該放出体に、または当該放出体のコーティングに埋め込まれている。一般的に述べられているのは、処理の途中で発光体粒子を材料上に形成されるコーティングに直接添加すること、特定の有効成分が適切な稠度または粘度を有する必要があることである。特許文献2には、適切な重合体と添加剤については記載されていない。
特許文献3および特許文献4は、ポリ塩化ビニル、アクリロイルブタジエン、オレフィン、ポリカーボネート、スチレン、またはナイロンに組み込み可能な発光体について記載しており、これらの発光体は、該発光体のアップコンバージョン特性によって病原性微生物を死滅させる。これらは、1,800℃〜2,900℃の温度で調製される発光体である。さらに、特許文献3は、ポリウレタン、アクリレート重合体、および充填剤、必要に応じて架橋剤を含む液体組成物を開示している。特許文献3は、発光体の抗菌作用を扱っているが、コーティング組成物中の成分の適合性や、コーティング表面(例:塗料表面)の特性については説明していない。しかしながら、コーティング表面の外観というのは、消費者にとって最も重要である。
特許文献3および特許文献4は、抗菌作用があると主張されている前記発光体を含む組成物を開示しているが、アップコンバージョン特性の証拠も微生物学的研究も示されていない。開示されている方法は、アップコンバージョン特性を有する発光体ではなく、むしろ、アモルファスでガラス状の生成物を生成している。
塗料やコーティングに対する要求は多様である。原則的に、塗料またはコーティングには、2つのタスクまたは機能(すなわち、保護機能および装飾機能)がある。以下、単に「塗装コーティング」という用語を述べる必要がある場合、両方のタイプのコーティングが意図されている。それらは、木材、金属、またはプラスチックなどの材料を装飾、保護、保存する。したがって、一方では明るく光沢のある塗料層が必要であり、他方では化学的・機械的耐性、特定のコーティング表面滑り、または特定の触覚性を確保するための連続コーティング層が必要である。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、最初に規定されたタイプの硬化性組成物であり、前記組成物を用いて、他の特性(特に、貯蔵安定性)を著しく損なうことなく、微生物に対する長期的保護を提供するコーティングを作製することが可能な組成物を提供することである。
したがって、本課題は、抗菌性を有するコーティングを作製するための硬化性組成物であり、
−少なくとも1つのフィルム形成重合体と、
−少なくとも1つのアップコンバージョン発光体(phosphor)と、
−必要に応じて、少なくとも1つの添加剤と、
−必要に応じて、少なくとも1つの硬化剤と、
を含み、
前記発光体が下記の理想一般式(I)から選択される硬化性組成物を提供することにより解決される。
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Ln1 x,Ln2 z, (I)
(式中、x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、かつy=x+zであり、
Aは、Mg、Ca、Sr、およびBaから選択され、
Bは、Li、Na、K、Rb、およびCsから選択され、
B*は、Li、NaおよびKから選択され、
Bは、B*と同じであるか、またはB*と同じではなく、かつBとB*は、好ましくは同じではなく、
Ln1は、プラセオジム(Pr)、エルビウム(Er)、およびネオジム(Nd)から選択され、
Ln2は、必要に応じてガドリニウム(Gd)から選択される。)
−少なくとも1つのフィルム形成重合体と、
−少なくとも1つのアップコンバージョン発光体(phosphor)と、
−必要に応じて、少なくとも1つの添加剤と、
−必要に応じて、少なくとも1つの硬化剤と、
を含み、
前記発光体が下記の理想一般式(I)から選択される硬化性組成物を提供することにより解決される。
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Ln1 x,Ln2 z, (I)
(式中、x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、かつy=x+zであり、
Aは、Mg、Ca、Sr、およびBaから選択され、
Bは、Li、Na、K、Rb、およびCsから選択され、
B*は、Li、NaおよびKから選択され、
Bは、B*と同じであるか、またはB*と同じではなく、かつBとB*は、好ましくは同じではなく、
Ln1は、プラセオジム(Pr)、エルビウム(Er)、およびネオジム(Nd)から選択され、
Ln2は、必要に応じてガドリニウム(Gd)から選択される。)
驚くべきことだが、本発明の組成物を使用して、抗菌作用を有し、かつ表面プロファイルを損なわないコーティングを作製できることが分かった。
発光体(phosphor)は、好ましくは、本発明による組成物に使用されるプラセオジムでドープされている。
本発明による組成物では、発光体は、好ましくは、プラセオジムでドープされ、かつガドリニウムで共ドープされている。
発光体は、好ましくは、少なくとも1つのアルカリ金属イオンと少なくとも1つのアルカリ土類金属イオンとを含む結晶性ケイ酸塩の固化溶融物、または少なくとも1つのアルカリ金属イオンと少なくとも1つのアルカリ土類金属イオンとを含み、かつランタノイドイオンでドープされた結晶性ケイ酸塩の固化溶融物である。
本発明による組成物では、発光体は、下記の理想一般式(Ia)から選択されることが好ましい。
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Prx,Gdz, (Ia)
(式中、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、かつ、Bは、Li、Na、K、Rb、Csであり、
x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、y=x+zであり、
B*は、Li、Na、およびKから選択され、ケイ酸塩の電荷のバランスをとり、
Bは、B*と同じであるか、またはB*と同じではなく、かつBとB*は、好ましくは同じではない。)
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Prx,Gdz, (Ia)
(式中、Aは、Mg、Ca、Sr、Ba、かつ、Bは、Li、Na、K、Rb、Csであり、
x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、y=x+zであり、
B*は、Li、Na、およびKから選択され、ケイ酸塩の電荷のバランスをとり、
Bは、B*と同じであるか、またはB*と同じではなく、かつBとB*は、好ましくは同じではない。)
本発明による組成物では、発光体は、下記の一般式(II)から選択されることが好ましい。
(Ca1−aSra)1−2bLnbNabLi2SiO4 (II)
(式中、a=0.0001〜1、好ましくは0.0001〜0.1であり、
b=0.0001〜1、好ましくは0.0001〜0.1であり、
Lnは、プラセオジム、ガドリニウム、エルビウム、ネオジムから選択されるランタノイドイオンであり、これらのうちの少なくとも1つ、好ましくはガドリニウムを共ドープするためのランタノイドイオンである。)
(Ca1−aSra)1−2bLnbNabLi2SiO4 (II)
(式中、a=0.0001〜1、好ましくは0.0001〜0.1であり、
b=0.0001〜1、好ましくは0.0001〜0.1であり、
Lnは、プラセオジム、ガドリニウム、エルビウム、ネオジムから選択されるランタノイドイオンであり、これらのうちの少なくとも1つ、好ましくはガドリニウムを共ドープするためのランタノイドイオンである。)
本発明に必要な発光体は、公開前の先の欧州特許出願である欧州特許出願番号第19202910.6号に開示されていることに留意されたい。
前記発光体は、好ましくは、2,000nm〜400nm、特に800nm〜400nmの範囲の長波長を有する低エネルギー電磁輻射線を照射すると、400nm〜100nm、好ましくは300nm〜200nmの範囲の短波長を有する高エネルギー電磁輻射線を放出し、前記短波長を有する高エネルギー電磁輻射線の最大照射強度が、少なくとも1・103counts/(mm2・s)、好ましくは1・104counts/(mm2・s)より高く、より好ましくは1・105counts/(mm2・s)より高い発光体である。放出スペクトルは、レーザー(特に、445nmで75mWの出力および/または488nmで150mWの出力のレーザー)によって励起される。
式(II)の発光体は、好ましくは、
23°2Θ〜27°2Θ、および34°2Θ〜39.5°2Θの範囲のXRPD信号を有し、前記信号は、Bragg−BrentanoジオメトリおよびCu−Kα輻射によって測定される。試験方法の詳細は、公開前の欧州特許出願番号第19202910.6号に記載されている。
23°2Θ〜27°2Θ、および34°2Θ〜39.5°2Θの範囲のXRPD信号を有し、前記信号は、Bragg−BrentanoジオメトリおよびCu−Kα輻射によって測定される。試験方法の詳細は、公開前の欧州特許出願番号第19202910.6号に記載されている。
公開前の欧州特許出願番号第EP19202910.6号は、発光体、特に式(I)、式(Ia)および式(II)の発光体の調製を扱っている。それは、次の工程を有する方法を記載している。
−i)硝酸ランタノイド、炭酸ランタノイド、カルボン酸ランタノイド、好ましくは酢酸ランタノイド、硫酸ランタノイド、酸化ランタノイド、より好ましくはPr6O11および/またはGd2O3から選択される少なくとも1つのランタノイド塩を準備する工程であり、該工程において、前記酸化ランタノイドまたはランタノイド塩中のランタノイドイオンは、プラセオジム、ガドリニウム、エルビウム、ネオジムから選択され、これらのうちの少なくとも2つを共ドープするために使用される、
−ii)ケイ酸、好ましくはケイ酸塩、より好ましくはケイ酸塩のアルカリ金属塩を準備する工程、
−iii)少なくとも1つのアルカリ土類金属塩および少なくとも1つのアルカリ金属塩、好ましくはリチウム塩またはリチウム化合物から選択され、かつ必要に応じてナトリウム塩およびカリウム塩から選択されるアルカリ金属ケイ酸塩(好ましくは、リチウム塩から選択されるアルカリ金属ケイ酸塩、すなわち、ケイ酸リチウム)を準備する工程、
−a)グラインディングによって、i)、ii)およびiii)を混合し、混合物を得る工程、または
−b)非プロトン性の有機極性/非極性溶媒中でi)、ii)およびiii)を混合し、混合物を得て、前記b)の混合物を600℃〜1,000℃で焼成し(工程1a)、有機成分を除去し、好ましくは、通常の(空気)雰囲気下、600℃〜1,000℃で少なくとも1時間、好ましくは2時間以上焼成を行い、焼成混合物を得る工程、
−a)の混合物またはb)の焼成混合物を焼成し(好ましくは、空気中、ケイ酸塩材料の溶融温度より低い温度で、a)の混合物またはb)の焼成混合物を焼成し)、前記ケイ酸塩材料を結晶化するために、(好ましくはさらなる焼成工程(すなわち、50℃〜200℃の温度で、少なくとも3時間、好ましくは空気中で、前記ケイ酸塩系材料の溶融温度より低い温度で行う焼成工程)(工程1b)において、)少なくとも部分的な結晶化を実施する(好ましくは、800℃〜900℃、より好ましくは約850℃の温度で、少なくとも3時間、好ましくは少なくとも12時間、好ましくは空気中で、少なくとも部分的な結晶化を実施する)工程、
−さらなる焼成工程において、温度を上昇させ(好ましくは、800℃を超え、かつ材料の融点より50℃〜200℃低い温度(例:850℃)まで上昇させ)(工程2)、少なくとも3時間、より好ましくは少なくとも6時間、還元雰囲気下、ランタノイドをLn3+イオンに還元する工程、
−好ましくは材料を冷却した後、ケイ酸塩系ランタノイドイオンドープ材料を得る工程。
この方法のさらに詳細な実施形態は、欧州特許出願番号第19202910.6号に見出すことができる。
−i)硝酸ランタノイド、炭酸ランタノイド、カルボン酸ランタノイド、好ましくは酢酸ランタノイド、硫酸ランタノイド、酸化ランタノイド、より好ましくはPr6O11および/またはGd2O3から選択される少なくとも1つのランタノイド塩を準備する工程であり、該工程において、前記酸化ランタノイドまたはランタノイド塩中のランタノイドイオンは、プラセオジム、ガドリニウム、エルビウム、ネオジムから選択され、これらのうちの少なくとも2つを共ドープするために使用される、
−ii)ケイ酸、好ましくはケイ酸塩、より好ましくはケイ酸塩のアルカリ金属塩を準備する工程、
−iii)少なくとも1つのアルカリ土類金属塩および少なくとも1つのアルカリ金属塩、好ましくはリチウム塩またはリチウム化合物から選択され、かつ必要に応じてナトリウム塩およびカリウム塩から選択されるアルカリ金属ケイ酸塩(好ましくは、リチウム塩から選択されるアルカリ金属ケイ酸塩、すなわち、ケイ酸リチウム)を準備する工程、
−a)グラインディングによって、i)、ii)およびiii)を混合し、混合物を得る工程、または
−b)非プロトン性の有機極性/非極性溶媒中でi)、ii)およびiii)を混合し、混合物を得て、前記b)の混合物を600℃〜1,000℃で焼成し(工程1a)、有機成分を除去し、好ましくは、通常の(空気)雰囲気下、600℃〜1,000℃で少なくとも1時間、好ましくは2時間以上焼成を行い、焼成混合物を得る工程、
−a)の混合物またはb)の焼成混合物を焼成し(好ましくは、空気中、ケイ酸塩材料の溶融温度より低い温度で、a)の混合物またはb)の焼成混合物を焼成し)、前記ケイ酸塩材料を結晶化するために、(好ましくはさらなる焼成工程(すなわち、50℃〜200℃の温度で、少なくとも3時間、好ましくは空気中で、前記ケイ酸塩系材料の溶融温度より低い温度で行う焼成工程)(工程1b)において、)少なくとも部分的な結晶化を実施する(好ましくは、800℃〜900℃、より好ましくは約850℃の温度で、少なくとも3時間、好ましくは少なくとも12時間、好ましくは空気中で、少なくとも部分的な結晶化を実施する)工程、
−さらなる焼成工程において、温度を上昇させ(好ましくは、800℃を超え、かつ材料の融点より50℃〜200℃低い温度(例:850℃)まで上昇させ)(工程2)、少なくとも3時間、より好ましくは少なくとも6時間、還元雰囲気下、ランタノイドをLn3+イオンに還元する工程、
−好ましくは材料を冷却した後、ケイ酸塩系ランタノイドイオンドープ材料を得る工程。
この方法のさらに詳細な実施形態は、欧州特許出願番号第19202910.6号に見出すことができる。
驚くべきことだが、欧州特許出願番号第19202910.6号による発光体は、抗菌作用の要因である必要なアップコンバージョン特性を持っていることがわかっている。換言すれば、これらの発光体は、特に、例えば微生物のDNAが破壊され得る領域において、紫外線より波長の長い電磁放輻射線(特に、可視光または赤外光)をより波長の短い電磁輻射線に変換することができる。したがって、これらの発光体は、本発明による組成物に対して非常に良好な適合性を有する。
本発明による発光体の調製はまた、以下のように考えられる:
使用する開始材料は、CaCO3(Alfa Aesar、99.5%)、Li2CO3(Alfa Aesar、99%)、SiO2(Aerosil 200、Evonik社製)、Pr6O11(Treibacher、99.99%)、およびNa2CO3(Merck、99.9%)である。これらの化合物の化学量論混合物をアセトン中で30分間混合する。アセトンが室温で完全に蒸発したら、当該混合物をコランダムるつぼに移す。当該混合物を2回焼成する。1回目の焼成は、850℃で12時間、空気を供給しながら溶解炉で行い、2回目の焼成は、850℃で95/5N2/H2下6時間行う。その後、最終生成物をめのう乳鉢でグラインディングする。
使用する開始材料は、CaCO3(Alfa Aesar、99.5%)、Li2CO3(Alfa Aesar、99%)、SiO2(Aerosil 200、Evonik社製)、Pr6O11(Treibacher、99.99%)、およびNa2CO3(Merck、99.9%)である。これらの化合物の化学量論混合物をアセトン中で30分間混合する。アセトンが室温で完全に蒸発したら、当該混合物をコランダムるつぼに移す。当該混合物を2回焼成する。1回目の焼成は、850℃で12時間、空気を供給しながら溶解炉で行い、2回目の焼成は、850℃で95/5N2/H2下6時間行う。その後、最終生成物をめのう乳鉢でグラインディングする。
発明が解決しようとするさらなる課題は、抗菌性を有する硬化性組成物に使用可能なフィルム形成重合体の選択である。原則、従来技術から知られているすべてのフィルム形成重合体が有用である。
フィルム形成重合体は、官能基、好ましくは、イソシアネート含有硬化剤と反応し、かつ必要に応じて触媒で触媒される酸性水素を有することが好ましい。
有利には、フィルム形成重合体は、ヒドロキシ官能性アクリレート重合体、ヒドロキシ官能性ポリエステル重合体、および/またはヒドロキシ官能性ポリエーテル重合体、ヒドロキシ官能性セルロース誘導体、アミノ官能性アスパラギン酸重合体またはアミノ官能性ポリエステル重合体からなる群から選択され、イソシアナート含有硬化剤と反応する。
フィルム形成重合体は、共振性が低いことが好ましい。
当業者であれば、表面での物理的相互作用に気づく。材料とその材料表面に応じて、光の入射に対して表面で多くの影響が生じる。入射光は、一部が吸収され、一部が反射され、また、材料表面に応じて散乱する。光は、まず吸収され、その後再び放出されることもある。不透明、半透明、または透明な素材の場合、光は本体を透過し得る(透過率)。場合によっては、光は、表面で偏光または回折されることもある。物体の中には、光を放出するもの(照明付きディスプレイ、LEDセグメント、ディスプレイ)や、異なる色の光で蛍光やリン光を発するもの(アフターグロー)もある。
本明細書の文脈における「低共振性」は、フィルム形成重合体の吸収性、反射性、反射率、および散乱性が低いことを意味する。対照的に、透過率は顕著であることが好ましい。
その理由は、驚くべきことだが、共振性の低い本発明によるフィルム形成重合体が、2,000nm〜400nm、特に800nm〜400nmの範囲の長波長を有する低エネルギー電磁輻射線をより多く透過させ、その結果、400nm〜100nm、好ましくは300nm〜200nmの範囲の短波長を有する高エネルギー電磁輻射線をより多く放出し得るので、共振性の低い本発明によるフィルム形成重合体が向上した抗菌作用を有するためである。
透過率が高いほど、放出量も高くなることがわかっており、これは抗菌作用にとって重要である。
フィルム形成重合体の透過率は、260nmの波長で測定した場合、好ましくは少なくとも75%、より好ましくは少なくとも80%、特に好ましくは少なくとも85%である。
フィルム形成重合体の透過率は、500nmの波長で測定した場合、好ましくは少なくとも75%、より好ましくは少なくとも80%、特に好ましくは少なくとも85%である。実例として、透過率は異なる波長で規定され得ることに留意されたい(図1を参照)。本発明では、放出波長の例として260nm、励起波長の例として500nmの波長を選択した。これらは、第一にアップコンバージョンに影響し、第二に抗菌作用にかなりの影響を与える。
例えば、260nmの波長で測定した透過率が100%である場合、同じ量の輻射線が変換され、放出される。換言すれば、吸収、散乱等による損失はない。260nmの波長で測定した透過率が80%である場合、おそらく吸収、反射、反射率、および/または散乱が原因で20%は透過されていない。したがって、波長260nmの輻射線の80%しか放出できない。
この重大な発見は、フィルム形成重合体の選択において重要である。例えば、透過率0%の重合体は、本発明による硬化性組成物には不適切である。それらは、高波長の低エネルギー電磁輻射線を全く透過せず、したがって、組成物中に存在する発光体が、この電磁輻射線を短波長の高エネルギー電磁輻射線に変換して放出することができない。これは、抗菌作用に必要な点である。
好ましくは、本発明による組成物は、260nmで測定した場合、少なくとも75%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも85%の透過率を有する。
好ましくは、本発明による組成物は、500nmで測定した場合、少なくとも75%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも85%の透過率を有する。
透過率は、Analytik Jena社製の「Specord 200 Plus」ツイン・ビームUV/VIS分光光度計で測定されることが好ましい。内部波長キャリブレーションには、酸化ホルミウムフィルターを使用している。重水素ランプ(UV範囲)またはタングステンハロゲンランプ(可視範囲)からの単色光がサンプルを通過する。スペクトル帯域幅は1.4nmである。単色光は、測定チャネルと基準チャネルに分割され、基準サンプルに対する直接測定を可能にする。サンプルを透過する輻射線は、フォトダイオードによって検出され、処理される。
透過率が70%未満の組成物を使用することが考えられる。それらは、おそらく抗菌作用も有するが、その効果はごく中程度です。
発光体は、例えば、Horiba社の機器であるLA−950レーザー粒径分析器を使用して、ISO 13320:2020およびUSP 429に準拠して測定された平均粒径(d50)が、0.1μm〜100μm、好ましくは1μm〜50μmであることが好ましい。
本発明による組成物に発光体を効率的に組み込み、および/または安定化させるために、好ましくは、種々の添加剤を添加することができる。
本発明による組成物に発光体を効率的に組み込み、および/または安定化させるために、好ましくは、種々の添加剤を添加することができる。
添加剤は、好ましくは、分散剤、レオロジー助剤、レベリング剤、湿潤剤、消泡剤、およびUV安定剤からなる群から選択される。
驚くべきことだが、本発明による組成物へ添加剤を添加すると、透過率が低下することがわかった。
したがって、添加剤が使用されるさらなる実施形態では、本発明による組成物は、260nmで測定した場合、少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%、より好ましくは少なくとも80%の透過率を有することが好ましい。
したがって、添加剤が使用されるさらなる実施形態では、本発明による組成物は、500nmで測定した場合、少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%、より好ましくは少なくとも80%の透過率を有することが好ましい。
好ましくは、本発明による組成物は、脂肪族または脂環式イソシアネートからなる群から選択される硬化剤を含む。
イソシアネート含有硬化剤の例は、モノマーイソシアネート、ポリマーイソシアネート、およびイソシアネートプレポリマーである。ポリイソシアネートは、有毒性が低いので、モノマーイソシアネートよりも好ましい。ポリイソシアネートの例は、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、トルエンジイソシアネート(TDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)およびイソホロンジイソシアネート(IPDI)をベースとする、イソシアヌレート、ウレトジオン、およびビウレットである。市販製品の例は、Covestro社製の商品名DESMODUR(登録商標)、またはEvonik Industries社製の商品名VESTANATである。既知の製品は、Covestro社製のDESMODUR(登録商標)N3400、DESMODUR(登録商標)N3300、DESMODUR(登録商標)N3600、DESMODUR(登録商標)N75、DESMODUR(登録商標)XP2580、DESMODUR(登録商標)Z4470、DESMODUR(登録商標)XP2565、およびDESMODUR(登録商標)VLである。その他の例は、Evonik Industries社製のVESTANAT(登録商標)HAT 2500 LV、VESTANAT(登録商標)HB 2640 LV、またはVESTANAT(登録商標) T1890Eである。イソシアネートプレポリマーの例は、Covestro社製のDESMODUR(登録商標)E XP 2863、DESMODUR(登録商標)XP 2599、またはDESMODUR(登録商標)XP 2406である。当業者に知られているその他のイソシアネートプレポリマーを使用してもよい。
硬化に触媒を使用することが考えられる。有機Sn(IV)、Sn(II)、Zn、Bi化合物または第三級アミンから選択される、以下の触媒を使用してもよい。
有機スズ触媒、チタン酸塩もしくはジルコン酸塩、アルミニウム、鉄、カルシウム、マグネシウム、亜鉛もしくはビスマスの有機金属化合物、ルイス酸もしくは有機酸/塩基、直鎖状もしくは環状アミジン、グアニジンもしくはアミン、またはそれらの混合物からなる群から選択される触媒を使用することが好ましい。
有機スズ触媒、チタン酸塩もしくはジルコン酸塩、アルミニウム、鉄、カルシウム、マグネシウム、亜鉛もしくはビスマスの有機金属化合物、ルイス酸もしくは有機酸/塩基、直鎖状もしくは環状アミジン、グアニジンもしくはアミン、またはそれらの混合物からなる群から選択される触媒を使用することが好ましい。
使用される硬化触媒は、有機スズ化合物、例えば、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセチルアセトネート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクトエート、またはジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジアセチルアセトネート、ジオクチルスズジケタノエート、ジオクチルスタンノキサン、ジオクチルスズジカルボキシレート、ジオクチルスズオキシド、好ましくはジオクチルスズジカルボキシレート、ジオクチルスズジラウレート、ジオクチルスズジケタノエート、ジオクチルスタンノキサン、ジオクチルスズジカルボキシレート、ジオクチルスズオキシド、より好ましくはジオクチルスズジアセチルアセトネートおよびジオクチルスズジラウレートであることが好ましい。さらに、オクタン酸亜鉛、アセチルアセトネート亜鉛およびカプロン酸亜鉛−2−エチルなどの亜鉛塩、またはN,N,N−トリメチル−N−2−ヒドロキシプロピルアンモニウムヒドロキシド、N,N,N−トリメチル−N−2−ヒドロキシプロピルアンモニウム2−エチルヘキサノエートまたはコリン2−エチルヘキサノエートなどのテトラアルキルアンモニウム化合物を使用することも可能である。オクタン酸亜鉛(2−エチルヘキサノエート亜鉛)およびテトラアルキルアンモニウム化合物を使用することが好ましく、オクタン酸亜鉛を使用することが特に好ましい。さらに好ましいのは、ビスマス触媒(例:TIB Kat(マンハイムのTIB社)またはBorchi(登録商標)触媒)、チタン酸塩(例:チタン(IV)イソプロポキシド)、鉄(III)化合物(例:鉄(III)アセチルアセトネート)、アルミニウム化合物(例:アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリ−sec−ブトキシド、その他のアルコキシド、アルミニウムアセチルアセトネート)、カルシウム化合物(例:エチレンジアミン四酢酸カルシウム二ナトリウムまたはカルシウムジアセチルアセトナート)、あるいはアミン(例:トリエチルアミン、トリブチルアミン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデ−7−セン、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノ−5−ネン、N,N−ビス(N,N−ジメチル−2−アミノエチル)メチルアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N−ジメチルフェニルアミン、N−エチルモルホリン)である。また、触媒として好ましいのは、有機または無機ブレンステッド酸(例:酢酸、トリフルオロ酢酸、メタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸または塩化ベンゾイル)、塩酸、リン酸、およびそれらのモノエステルおよび/またはジエステル(例:リン酸ブチル、(イソ)プロピルリン酸、リン酸ジブチル)である。グアニジン含有有機および有機ケイ素化合物も好ましい。もちろん、2種以上の触媒を併用することも可能である。さらに、国際公開公報第2005/100482号に記載されているように、光潜在性塩基を触媒として使用することも可能である。
硬化触媒は、好ましくは、硬化性組成物の総質量に対し、0.01重量%〜5.0重量%、より好ましくは0.05重量%〜4.0重量%、特に好ましくは0.1重量%〜3重量%の量で使用される。
物理的乾燥により硬化するフィルム形成重合体の場合、反応性硬化剤の添加は必要ない。
本発明による組成物は、好ましくは、1K(一成分)コーティング系もしくは2K(2成分)コーティング系、メラミンベーキング系、または室温系もしくは高温系で使用されてよい。
好ましくは、本発明による組成物から作製されたコーティングは、バクテリア、酵母、カビ、藻類、寄生虫およびウイルスに対する抗菌作用を有する。
本発明に従って作製されたコーティングは、好ましくは、以下に対する抗菌作用を有する。
−院内感染の病原体、好ましくは、エンテロコッカス・フェシウム、黄色ブドウ球菌、クレブシエラ・ニューモニエ、アシネトバクター・バウマニ、緑膿菌、大腸菌、エンテロバクター、コリネバクテリウム・ジフテリア、カンジダ・アルビカンス、ロタウイルス、バクテリオファージ;
−条件的病原性環境生物、好ましくは、クリプトスポリジウム・パルバム、ランブル鞭毛虫、アメーバ(アカントアメーバ属、ネグレリア属)、大腸菌、大腸菌群、糞便性連鎖球菌、サルモネラ属、シゲラ属、レジオネラ属、緑膿菌、マイコバクテリア属、腸内ウイルス(例:ポリオウイルスおよびA型肝炎ウイルス);
−食品および飲料中の病原体、好ましくは、セレウス菌、カンピロバクター属、ボツリヌス菌、ウェルシュ菌、クロノバクター属、大腸菌、リステリア・モノサイトゲネス、サルモネラ属、黄色ブドウ球菌、ビブリオ属、エルシニア・エンテロコリチカ、バクテリオファージ。
−院内感染の病原体、好ましくは、エンテロコッカス・フェシウム、黄色ブドウ球菌、クレブシエラ・ニューモニエ、アシネトバクター・バウマニ、緑膿菌、大腸菌、エンテロバクター、コリネバクテリウム・ジフテリア、カンジダ・アルビカンス、ロタウイルス、バクテリオファージ;
−条件的病原性環境生物、好ましくは、クリプトスポリジウム・パルバム、ランブル鞭毛虫、アメーバ(アカントアメーバ属、ネグレリア属)、大腸菌、大腸菌群、糞便性連鎖球菌、サルモネラ属、シゲラ属、レジオネラ属、緑膿菌、マイコバクテリア属、腸内ウイルス(例:ポリオウイルスおよびA型肝炎ウイルス);
−食品および飲料中の病原体、好ましくは、セレウス菌、カンピロバクター属、ボツリヌス菌、ウェルシュ菌、クロノバクター属、大腸菌、リステリア・モノサイトゲネス、サルモネラ属、黄色ブドウ球菌、ビブリオ属、エルシニア・エンテロコリチカ、バクテリオファージ。
本発明はさらに、分散液、練り顔料、接着剤、トロウェル化合物、漆喰、塗料、コーティングもしくは印刷インク、インクジェット、練摩樹脂、または顔料濃縮物を作製するための本発明による組成物の使用を提供する。
抗菌特性を有するコーティングを作製するための本発明による組成物の使用が好ましい。
抗菌作用または抗菌特性を有するコーティングは、当該コーティングが、微生物の成長および増殖を制限または防止する抗菌表面を有することを意味する。
驚くべきことだが、本発明によるコーティングは、化学的および機械的安定性を有することがわかった。抗菌コーティングは、定期的な消毒やその他の衛生対策を必要とする場所でよく使用されるので、化学的および機械的安定性は特に重要である。
本発明には、基材上に抗菌性コーティングを形成する方法であり、
(a)イソシアネート含有硬化剤と反応する官能基を有し、必要に応じて触媒によって触媒される少なくとも1つのフィルム形成重合体と、
(b)前記式(II)の少なくとも1つの発光体と、
(c)イソシアネート官能基を含む硬化剤と、
を含む硬化性フィルム形成組成物を、前記基材に適用する工程を含む方法も包含される。
(a)イソシアネート含有硬化剤と反応する官能基を有し、必要に応じて触媒によって触媒される少なくとも1つのフィルム形成重合体と、
(b)前記式(II)の少なくとも1つの発光体と、
(c)イソシアネート官能基を含む硬化剤と、
を含む硬化性フィルム形成組成物を、前記基材に適用する工程を含む方法も包含される。
好ましくは、前記基材は、金属、鉱物基材(例:コンクリート、天然の岩石またはガラス)、セルロース基材、木材、およびそれらの混成物、寸法安定性重合体および/または熱硬化性物からなる。
用語「寸法安定性重合体」は、決定的ではないが、次の重合体を意味すると理解される:アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、ポリアミド(PA)、ポリ乳酸(PLA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)。
好ましくは、硬化性フィルム形成組成物の適用前に、プライマー組成物を基材に適用してもよい。
好ましくは、本発明による硬化性組成物は、衛生設備および病院ならびに食品および飲料産業における基材のコーティングに使用される。
これには、学校、老人ホーム、業務用厨房、保育園などの公共部門のすべての設置品が含まれてよい。
さらなる発明は、本発明による硬化性組成物で少なくとも部分的に、好ましくは完全にコーティングされた物品である。
用語「抗菌効果」、「抗菌性」、「抗菌作用」および「抗菌特性」は、同義語として使用されていることに留意されたい。
以下に示すのは、本発明を当業者に説明するためだけに使用する例であり、請求項に記載されたすべての主題事項を何ら限定するものではない。
方法
透過率の測定
透過率の測定値は、Analytik Jena社製の「Specord 200 Plus」ツイン・ビームUV/VIS分光光度計を使用して測定した。内部波長キャリブレーションには酸化ホルミウムフィルターを使用する。重水素ランプ(UV範囲)またはタングステンハロゲンランプ(可視範囲)からの単色光をサンプルに通した。スペクトル帯域幅は1.4nmである。単色光は、測定チャネルと標準チャネルに分割され、標準サンプルに対する直接測定を可能にする。サンプルを透過する輻射線は、フォトダイオードによって検出され、処理される。測定は伝送モードで行われた。測定範囲は190nm〜1,100nm、ステップ幅は1nmであった。測定速度は10nm/秒(積分時間0.1秒に相当)であった。
透過率の測定
透過率の測定値は、Analytik Jena社製の「Specord 200 Plus」ツイン・ビームUV/VIS分光光度計を使用して測定した。内部波長キャリブレーションには酸化ホルミウムフィルターを使用する。重水素ランプ(UV範囲)またはタングステンハロゲンランプ(可視範囲)からの単色光をサンプルに通した。スペクトル帯域幅は1.4nmである。単色光は、測定チャネルと標準チャネルに分割され、標準サンプルに対する直接測定を可能にする。サンプルを透過する輻射線は、フォトダイオードによって検出され、処理される。測定は伝送モードで行われた。測定範囲は190nm〜1,100nm、ステップ幅は1nmであった。測定速度は10nm/秒(積分時間0.1秒に相当)であった。
機器
Hauschild Engineering社製のスピードミキサー、モデル:FAC 150.1 FVZ
Getzmann社製のディスパーマット、機器タイプ:CV2−SIP
Zehntner Testing Instruments社製の反射率計、機器タイプ:ZGM 1130
クロスカットテスター、DIN EN ISO 2409、MTV Messtechnik oHG、タイプ:CCPクロスカットステンシルセット
Erichsen社製の碁盤目エリクセン試験、202タイプ
Bruno Pellizzato社製のMEKツインストローク試験、タイプ:テスターベスリックタイプ
Anton Paar社製の回転粘度計、機器:Viskotherm VT 2
X−Rite社製の(色軌跡測定用)分光測色計、機器タイプ:SP 62
ラボ用電子天びん、Sartorius MSE 6202 S 100 DO
Brandt社製の血球計数板(トーマ計数チャンバー)
Byk Gardner社製のうずまき浴、GFL 1083、
Analytik Jena社製のSpecord 200 Plusツイン・ビームUV/VIS分光光度計
Hauschild Engineering社製のスピードミキサー、モデル:FAC 150.1 FVZ
Getzmann社製のディスパーマット、機器タイプ:CV2−SIP
Zehntner Testing Instruments社製の反射率計、機器タイプ:ZGM 1130
クロスカットテスター、DIN EN ISO 2409、MTV Messtechnik oHG、タイプ:CCPクロスカットステンシルセット
Erichsen社製の碁盤目エリクセン試験、202タイプ
Bruno Pellizzato社製のMEKツインストローク試験、タイプ:テスターベスリックタイプ
Anton Paar社製の回転粘度計、機器:Viskotherm VT 2
X−Rite社製の(色軌跡測定用)分光測色計、機器タイプ:SP 62
ラボ用電子天びん、Sartorius MSE 6202 S 100 DO
Brandt社製の血球計数板(トーマ計数チャンバー)
Byk Gardner社製のうずまき浴、GFL 1083、
Analytik Jena社製のSpecord 200 Plusツイン・ビームUV/VIS分光光度計
栄養媒体
Merck KGaA Millipore社製のCASO培養液
Oxoid社製のCASO栄養寒天プレート
Merck KGaA Millipore社製のCASO培養液
Oxoid社製のCASO栄養寒天プレート
1.フィルム形成重合体の選択
測定した透過率を使用して、本発明による組成物に適したフィルム形成重合体を選択した。
1.1 発光体と添加剤を含まない組成物の調製
重合体マトリックスP1〜P6は、次のように作製した。P1とP2は、物理的に乾燥する一成分系である。P3〜P6は、化学的に硬化する二成分系である。
表1の重合体を、表3に記載された量で、酢酸ブチルに希釈または溶解した(例外:Polyimide P84(登録商標)NT、原液のまま使用した)。続いて、この重合体溶液20gを50mL容量プラスチックカップに量り入れた。硬化剤および/または触媒を適用の直前に添加した。次に、重合体マトリックスをスピードミキサーで2,000rpmで1分間均質化した。
測定した透過率を使用して、本発明による組成物に適したフィルム形成重合体を選択した。
1.1 発光体と添加剤を含まない組成物の調製
重合体マトリックスP1〜P6は、次のように作製した。P1とP2は、物理的に乾燥する一成分系である。P3〜P6は、化学的に硬化する二成分系である。
表1の重合体を、表3に記載された量で、酢酸ブチルに希釈または溶解した(例外:Polyimide P84(登録商標)NT、原液のまま使用した)。続いて、この重合体溶液20gを50mL容量プラスチックカップに量り入れた。硬化剤および/または触媒を適用の直前に添加した。次に、重合体マトリックスをスピードミキサーで2,000rpmで1分間均質化した。
1.2 石英プレートへの重合体マトリックスのコーティング
乾燥状態で30μmの乾燥層厚を得るために、適切なスパイラルコーターを使用してP1〜P6を石英プレートに適用した。これらを室温(23℃)で10日間乾燥/硬化させた。
乾燥状態で30μmの乾燥層厚を得るために、適切なスパイラルコーターを使用してP1〜P6を石英プレートに適用した。これらを室温(23℃)で10日間乾燥/硬化させた。
1.3 透過率の測定
続いて、UV/VIS透過スペクトルを測定した。
重合体マトリックスP1、P4およびP6は、450nm〜500nm(青色光)および250nm〜300nm(UV−C/B光)の波長範囲で高い透過率を示し(図1)、表4は、260nmと500nmの波長での透過率を示す。
P1、P4およびP6の透過率は、両方の波長で80%を超えている。したがって、抗菌特性を有するコーティングを作製するための本発明による組成物に、フィルム形成重合体Degalan(登録商標)64/12(P1)、Dynacoll(登録商標)AC 3820(P4)、およびCAB(商標)381−2P6(P6)を使用することが可能である。P2のPolyimide P84(登録商標)NTは、260nmの波長での透過率がゼロであるので、比較重合体として使用されることができる。
続いて、UV/VIS透過スペクトルを測定した。
重合体マトリックスP1、P4およびP6は、450nm〜500nm(青色光)および250nm〜300nm(UV−C/B光)の波長範囲で高い透過率を示し(図1)、表4は、260nmと500nmの波長での透過率を示す。
P1、P4およびP6の透過率は、両方の波長で80%を超えている。したがって、抗菌特性を有するコーティングを作製するための本発明による組成物に、フィルム形成重合体Degalan(登録商標)64/12(P1)、Dynacoll(登録商標)AC 3820(P4)、およびCAB(商標)381−2P6(P6)を使用することが可能である。P2のPolyimide P84(登録商標)NTは、260nmの波長での透過率がゼロであるので、比較重合体として使用されることができる。
2.添加剤の選択
コーティング特性の最適化と発光体の安定化のために、例えば、本発明による液体組成物中での沈殿に関し、種々の添加剤を重合体マトリックスP4で試験した。添加剤の機能的適合性と同様に、透過率への影響に関する適合性についても試験した。この目的のために、重合体マトリックスP4中の種々の添加剤を含む配合物のUV/VIS透過率スペクトルを測定した。
2.1 透過率の測定
この目的のために、重合体マトリックスP4(20g)と、試験対象の添加剤量を量り取り(表5を参照)、スピードミキサーで2,000rpmで1分間均質化した。適用の直前に、硬化剤と触媒を添加し、当該混合物をスピードミキサーで2,000rpmで1分間再度均質化した。これらの混合物P4−1〜P4−17を、スパイラルアプリケーターを用いて石英ガラスプレートとアルミニウムシートに適用し、室温で10日間乾燥/硬化させた。それらの透過率とコーティング特性について試験した。
UV/VIS透過率スペクトルを参照すると、添加剤TEGO(登録商標)Dispers 628、TEGO(登録商標)Dispers 670、TEGO(登録商標)Dispers 688、SPHERILEX(登録商標)DP0111、SPHERILEX(登録商標)DP0112、SPHERILEX(登録商標)DP0115、AEROSIL(登録商標)R 972、AEROSIL(登録商標)200、BENTONE SD(登録商標)−2、BENTONESD(登録商標)−3、およびBENTONE(登録商標)38は、フィルム形成重合体の透過率についても、必要な透過率を大幅に低下させないため、本発明による組成物に適している(表2を参照)。その透過率は70%を超えている。
70%未満の透過率が測定されたのは、添加剤TEGO(登録商標)Dispers 710、TEGO(登録商標)Dispers 650、TEGO(登録商標)Dispers 652、TEGO(登録商標)Dispers 630、TEGO(登録商標)Dispers 689、およびTEGO(登録商標)Dispers 1010であった(表5)。
コーティング特性の最適化と発光体の安定化のために、例えば、本発明による液体組成物中での沈殿に関し、種々の添加剤を重合体マトリックスP4で試験した。添加剤の機能的適合性と同様に、透過率への影響に関する適合性についても試験した。この目的のために、重合体マトリックスP4中の種々の添加剤を含む配合物のUV/VIS透過率スペクトルを測定した。
2.1 透過率の測定
この目的のために、重合体マトリックスP4(20g)と、試験対象の添加剤量を量り取り(表5を参照)、スピードミキサーで2,000rpmで1分間均質化した。適用の直前に、硬化剤と触媒を添加し、当該混合物をスピードミキサーで2,000rpmで1分間再度均質化した。これらの混合物P4−1〜P4−17を、スパイラルアプリケーターを用いて石英ガラスプレートとアルミニウムシートに適用し、室温で10日間乾燥/硬化させた。それらの透過率とコーティング特性について試験した。
UV/VIS透過率スペクトルを参照すると、添加剤TEGO(登録商標)Dispers 628、TEGO(登録商標)Dispers 670、TEGO(登録商標)Dispers 688、SPHERILEX(登録商標)DP0111、SPHERILEX(登録商標)DP0112、SPHERILEX(登録商標)DP0115、AEROSIL(登録商標)R 972、AEROSIL(登録商標)200、BENTONE SD(登録商標)−2、BENTONESD(登録商標)−3、およびBENTONE(登録商標)38は、フィルム形成重合体の透過率についても、必要な透過率を大幅に低下させないため、本発明による組成物に適している(表2を参照)。その透過率は70%を超えている。
70%未満の透過率が測定されたのは、添加剤TEGO(登録商標)Dispers 710、TEGO(登録商標)Dispers 650、TEGO(登録商標)Dispers 652、TEGO(登録商標)Dispers 630、TEGO(登録商標)Dispers 689、およびTEGO(登録商標)Dispers 1010であった(表5)。
2.2 発光体を含まない重合体マトリックスのコーティング特性試験
液体重合体マトリックスをスパイラルアプリケーターでボンダー26s 6800 OCシートに適用し、23℃で10日間乾燥/硬化させた。30μmの最終乾燥層厚が得られた。
以下のコーティング特性を標準のDINおよびISO規格に準拠して検証した。
・光沢
・ケーニッヒ振り子硬度
・クロスカット試験
・エリクセンカッピング試験
・MEKツインストローク試験
・ケチャップ、コーヒー、硫酸(50%水溶液)、水酸化ナトリウム溶液(10%水溶液)、および日焼け止めに対する化学的安定性。日焼け止めについては、コーティングの表面に適用した後、オーブン内で1時間60℃にさらした。他のすべての化学物質については、除去する前に室温で16時間維持し、その後、コーティング表面への損傷を評価した。
・バキロールツインストローク試験:Bacillol(登録商標)AFは、スプレー/ワイピング法による耐アルコール性表面の迅速な消毒に適する。
重合体マトリックスP3〜P6でコーティング特性を試験した(表6)。重合体マトリックスP4とP6は、典型的なコーティング特性を満たすことがわかった。したがって、これらを以降の試験に使用できる。
液体重合体マトリックスをスパイラルアプリケーターでボンダー26s 6800 OCシートに適用し、23℃で10日間乾燥/硬化させた。30μmの最終乾燥層厚が得られた。
以下のコーティング特性を標準のDINおよびISO規格に準拠して検証した。
・光沢
・ケーニッヒ振り子硬度
・クロスカット試験
・エリクセンカッピング試験
・MEKツインストローク試験
・ケチャップ、コーヒー、硫酸(50%水溶液)、水酸化ナトリウム溶液(10%水溶液)、および日焼け止めに対する化学的安定性。日焼け止めについては、コーティングの表面に適用した後、オーブン内で1時間60℃にさらした。他のすべての化学物質については、除去する前に室温で16時間維持し、その後、コーティング表面への損傷を評価した。
・バキロールツインストローク試験:Bacillol(登録商標)AFは、スプレー/ワイピング法による耐アルコール性表面の迅速な消毒に適する。
重合体マトリックスP3〜P6でコーティング特性を試験した(表6)。重合体マトリックスP4とP6は、典型的なコーティング特性を満たすことがわかった。したがって、これらを以降の試験に使用できる。
3.抗菌効果試験
3.1 発光体の選択
以下の発光体を使用した。
・Lu2CaAl4SiO12:Pr3+、Gd3+、公開前の欧州特許出願番号第19202897.5号の実施例6に従って調製
・CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)、公開前の欧州特許出願番号第19202910.6号の、実施例1に従って調製
・CaLi2SiO4、公開前の欧州特許出願番号第19202910.6号の実施例1に従い、プラセオジムを使用せずに調製
・Li4P2O7、次の方法で調製:
1.8473g(25.0000ミリモル)のLi2O3と、2.8756g(25.000ミリモル)のNH4H2PO4を、めのう乳鉢でアセトンに混合した。この調製混合物を、通常の(空気)雰囲気下、500℃で6時間焼成した。焼成を通常の(空気)雰囲気下、650℃でさらに12時間行い、生成物を得た。
・BaY2SI3O10:Pr3+、次の方法で調製:
2.1273g(10.7800ミリモル)のBaCO3と、1.9828g(33.0000ミリモル)のSiO2と、2.4839g(11.0000ミリモル)および0.0187g(0.0183ミリモル)のPr6O11と、をめのう乳鉢でアセトンに混合した。この調製混合物を、CO雰囲気下、1,400℃で6時間焼成し、生成物を得た。
・Ca3Sc2Si3O12:Pr3+、Na+(1%)、次の方法で調製:
1.8119g(18.1030ミリモル)のCaCO3と、0.0104g(0.0102ミリモル)のPr6O11と、0.8428g(6.1110ミリモル)のSc2O3と、0.0032g(0.0306ミリモル)のNa2CO3と、を熱濃硝酸に溶解した。硝酸塩を得るために当該溶液を濃縮した。絶えず攪拌しながら硝酸塩に水を加えた。1.1043g(18.3790ミリモル)のSiO2を20mLの水と混合し、超音波浴に入れて凝集体を分離した。この分散液を上記の水/硝酸塩溶液に入れ、混合した。11.1314g(121.1300ミリモル)のC4H11NO3をそれに加えた。当該溶液を濃縮した。反応生成物を150℃で乾燥した。次に、反応生成物をマッフル炉内で通常の(空気)雰囲気下、1,000℃で2時間焼成した。生成ガス(N2/H2;95%/5%)下、1,300℃で4時間、さらなる焼成工程を実施して、生成物を得た。
・発光体を国際公開公報第2009/064845A2号に従って調製した:
3.3349g(33.3200ミリモル)のCaCO3と、2.5123g(34.0000ミリモル)のLi2CO3と、0.1479g(0.3400 ミリモル)のPr(NO3)3・6H2Oと、0.0180g(0.1700ミリモル)のNa2CO3と、をめのう乳鉢でヘキサンに混合した。Ca2+/Pr3+の電荷を補うためにNa2CO3を添加した。この混合物を、有機成分を除去するための空気を供給しながら、700℃で2時間焼成した。続いて、焼成を1,100℃(以上)で12時間行った。その結果、るつぼにしっかりと付着したアモルファスでガラス状の生成物が生じた。当該アモルファス生成物をAl2O3るつぼから剥がすことはできなかった。
したがって、国際公開公報第2009/0644845A2号による発光体は、本発明による組成物には不適切である。これは、以降の研究には使用できなかった。
3.1 発光体の選択
以下の発光体を使用した。
・Lu2CaAl4SiO12:Pr3+、Gd3+、公開前の欧州特許出願番号第19202897.5号の実施例6に従って調製
・CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)、公開前の欧州特許出願番号第19202910.6号の、実施例1に従って調製
・CaLi2SiO4、公開前の欧州特許出願番号第19202910.6号の実施例1に従い、プラセオジムを使用せずに調製
・Li4P2O7、次の方法で調製:
1.8473g(25.0000ミリモル)のLi2O3と、2.8756g(25.000ミリモル)のNH4H2PO4を、めのう乳鉢でアセトンに混合した。この調製混合物を、通常の(空気)雰囲気下、500℃で6時間焼成した。焼成を通常の(空気)雰囲気下、650℃でさらに12時間行い、生成物を得た。
・BaY2SI3O10:Pr3+、次の方法で調製:
2.1273g(10.7800ミリモル)のBaCO3と、1.9828g(33.0000ミリモル)のSiO2と、2.4839g(11.0000ミリモル)および0.0187g(0.0183ミリモル)のPr6O11と、をめのう乳鉢でアセトンに混合した。この調製混合物を、CO雰囲気下、1,400℃で6時間焼成し、生成物を得た。
・Ca3Sc2Si3O12:Pr3+、Na+(1%)、次の方法で調製:
1.8119g(18.1030ミリモル)のCaCO3と、0.0104g(0.0102ミリモル)のPr6O11と、0.8428g(6.1110ミリモル)のSc2O3と、0.0032g(0.0306ミリモル)のNa2CO3と、を熱濃硝酸に溶解した。硝酸塩を得るために当該溶液を濃縮した。絶えず攪拌しながら硝酸塩に水を加えた。1.1043g(18.3790ミリモル)のSiO2を20mLの水と混合し、超音波浴に入れて凝集体を分離した。この分散液を上記の水/硝酸塩溶液に入れ、混合した。11.1314g(121.1300ミリモル)のC4H11NO3をそれに加えた。当該溶液を濃縮した。反応生成物を150℃で乾燥した。次に、反応生成物をマッフル炉内で通常の(空気)雰囲気下、1,000℃で2時間焼成した。生成ガス(N2/H2;95%/5%)下、1,300℃で4時間、さらなる焼成工程を実施して、生成物を得た。
・発光体を国際公開公報第2009/064845A2号に従って調製した:
3.3349g(33.3200ミリモル)のCaCO3と、2.5123g(34.0000ミリモル)のLi2CO3と、0.1479g(0.3400 ミリモル)のPr(NO3)3・6H2Oと、0.0180g(0.1700ミリモル)のNa2CO3と、をめのう乳鉢でヘキサンに混合した。Ca2+/Pr3+の電荷を補うためにNa2CO3を添加した。この混合物を、有機成分を除去するための空気を供給しながら、700℃で2時間焼成した。続いて、焼成を1,100℃(以上)で12時間行った。その結果、るつぼにしっかりと付着したアモルファスでガラス状の生成物が生じた。当該アモルファス生成物をAl2O3るつぼから剥がすことはできなかった。
したがって、国際公開公報第2009/0644845A2号による発光体は、本発明による組成物には不適切である。これは、以降の研究には使用できなかった。
3.2 発光体の抗菌効果試験
まず、発光体自体の抗菌効果を試験した。グラム陽性試験菌おとグラム陰性試験菌に対する発光体の有効性を試験した。
DVGW(ドイツガス水道技術科学協会)[標準W294「給水における消毒用UV機器」]のUV系のバイオドシメトリー試験に使用される枯草菌で試験を実施した。グラム陽性胞芽形成菌であり、特に紫外線に鈍感であるので、紫外線の抗菌作用を試験する場合の最も悪い例に適している。
さらに、グラム陰性菌に対する抗菌作用を示すために、抗菌効果を大腸菌で試験した。大腸菌は、主にヒトの腸管で発生するグラム陰性好気性菌であるので、糞便汚染の典型的指標である。他の組織が大腸菌で汚染された場合、結果として、尿生殖路感染などの感染症が頻発する。
まず、発光体自体の抗菌効果を試験した。グラム陽性試験菌おとグラム陰性試験菌に対する発光体の有効性を試験した。
DVGW(ドイツガス水道技術科学協会)[標準W294「給水における消毒用UV機器」]のUV系のバイオドシメトリー試験に使用される枯草菌で試験を実施した。グラム陽性胞芽形成菌であり、特に紫外線に鈍感であるので、紫外線の抗菌作用を試験する場合の最も悪い例に適している。
さらに、グラム陰性菌に対する抗菌作用を示すために、抗菌効果を大腸菌で試験した。大腸菌は、主にヒトの腸管で発生するグラム陰性好気性菌であるので、糞便汚染の典型的指標である。他の組織が大腸菌で汚染された場合、結果として、尿生殖路感染などの感染症が頻発する。
3.2.1 寒天培地試験
寒天培地試験を使用して、試験菌である枯草菌と大腸菌に対する発光体の抗菌作用を検証した。
試験用に、固形普通寒天培地に、試験菌の細菌懸濁液をコンフルエントに接種した。発光体サンプルを接種済み普通培地に適用した(図2)。培地を適切な増殖条件下で培養した。培地を培養した後、普通培地上に蓄積した発光体およびその周辺の、同心円状にコロニーが成長しないゾーンの形成から、成長阻害特性を評価した。
使用した試験菌は、枯草菌の亜種であるspizizenii(DSM 347、ATCC 6633)と、大腸菌(DSM 1116;ATCC 9637)であった。最終濃度107cells/mLの懸濁液中で試験菌を使用した。
各細菌株の前培養物の希釈によって、細菌懸濁液を生成した。滅菌脱イオン水で希釈を行った。滅菌済みのカゼインペプトン−大豆粉ペプトン(CASO)ブロスで試験菌の前培養物を生成した。枯草菌の前培養物を、うずまき浴中で一定に攪拌しながら30℃で16±1時間培養した。大腸菌の前培養物を、マグネチックスターラーバーを備えた断熱三角フラスコ内で、350rpmで絶えず撹拌しながら36℃で培養した。前培養物の細胞力価を、血球計数板(トーマ計数チャンバー)を用いた顕微鏡検査によって測定した。
寒天培地試験では、普通寒天のコンフルエントな被覆を確保するために、107cells/mLの細菌懸濁液(1.0mL)を滅菌CASO寒天培地上に均一に分布させた。発光体を中央に適用する前に、適用した細菌懸濁液を、室温(22±2℃)で300±30秒間普通寒天培地上で平衡化した。さらに、マイナスとプラスの比較として、炭酸カルシウムと酸化銅もそれぞれ普通培地の中央に適用した。酸化銅には成長抑制効果があるのに対し、炭酸カルシウムには成長抑制効果が全くないことが知られている。
普通培地を一定の照明下、室温で24±1時間培養した。同じ調製物を暗所でさらに培養した。
照明下と暗所で培養した結果、照明下でのみ成長阻害効果がある場合は、発光体のアップコンバージョン特性が示される。
すべてのサンプルと比較例について、24±1時間の培養期間中、照明の有無にかかわらず、3回試験した。
発光体とリン光粒子は同義語として使用される。
寒天培地試験を使用して、試験菌である枯草菌と大腸菌に対する発光体の抗菌作用を検証した。
試験用に、固形普通寒天培地に、試験菌の細菌懸濁液をコンフルエントに接種した。発光体サンプルを接種済み普通培地に適用した(図2)。培地を適切な増殖条件下で培養した。培地を培養した後、普通培地上に蓄積した発光体およびその周辺の、同心円状にコロニーが成長しないゾーンの形成から、成長阻害特性を評価した。
使用した試験菌は、枯草菌の亜種であるspizizenii(DSM 347、ATCC 6633)と、大腸菌(DSM 1116;ATCC 9637)であった。最終濃度107cells/mLの懸濁液中で試験菌を使用した。
各細菌株の前培養物の希釈によって、細菌懸濁液を生成した。滅菌脱イオン水で希釈を行った。滅菌済みのカゼインペプトン−大豆粉ペプトン(CASO)ブロスで試験菌の前培養物を生成した。枯草菌の前培養物を、うずまき浴中で一定に攪拌しながら30℃で16±1時間培養した。大腸菌の前培養物を、マグネチックスターラーバーを備えた断熱三角フラスコ内で、350rpmで絶えず撹拌しながら36℃で培養した。前培養物の細胞力価を、血球計数板(トーマ計数チャンバー)を用いた顕微鏡検査によって測定した。
寒天培地試験では、普通寒天のコンフルエントな被覆を確保するために、107cells/mLの細菌懸濁液(1.0mL)を滅菌CASO寒天培地上に均一に分布させた。発光体を中央に適用する前に、適用した細菌懸濁液を、室温(22±2℃)で300±30秒間普通寒天培地上で平衡化した。さらに、マイナスとプラスの比較として、炭酸カルシウムと酸化銅もそれぞれ普通培地の中央に適用した。酸化銅には成長抑制効果があるのに対し、炭酸カルシウムには成長抑制効果が全くないことが知られている。
普通培地を一定の照明下、室温で24±1時間培養した。同じ調製物を暗所でさらに培養した。
照明下と暗所で培養した結果、照明下でのみ成長阻害効果がある場合は、発光体のアップコンバージョン特性が示される。
すべてのサンプルと比較例について、24±1時間の培養期間中、照明の有無にかかわらず、3回試験した。
発光体とリン光粒子は同義語として使用される。
3.2.2 寒天培地試験の結果
バクテリアに対する発光体の成長阻害効果を、室温で24±1時間の培養の後、目視で検出した(表7)。
細菌コロニーが成長していない同心円状ゾーンが、普通寒天培地上に蓄積したリン光粒子または比較粒子およびその周辺で発生している場合は、成長阻害効果がある。
細菌コロニーの成長が、蓄積したリン光粒子または参照粒子およびその周辺の普通寒天培地で検出された場合、成長阻害効果はない。
室温で24±1時間、照明下で培養した後、枯草菌と大腸菌に対する発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)の成長阻害効果を検出することができた。他の発光体の周辺では成長阻害効果を検出することはできなかった(表7)。
すべての発光体において、蓄積したリン光粒子およびその周辺で、暗所培養条件下での細菌コロニーの成長は検出することができなかった。
これらの結果は、発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)の抗菌作用の理由が、光励起状態でのUV発光の物理的効果であることを明確に示している。暗い状態では、アップコンバージョンが起こらないので、暗い状態で発光体の抗菌作用は検出されなかった。
さらに、発光体CaLi2SiO4は、試験菌に対して成長阻害効果を示さなかったことがわかる。したがって、理論に縛られることなしに、プラセオジムによる発光体のドープが、発光体のアップコンバージョンの物理的有効性にとって有利であると結論づけることができる。
炭酸カルシウムを使用した比較例は、照明状態でも暗状態でも、細菌の成長が阻害されたゾーンを示さなかった。対照的に、酸化銅を使用した比較例は、照明状態と暗状態の両方で、細菌コロニーが成長していない同心円状ゾーンを示している。
さらに、発光体は純粋な細菌汚染を全く示さなかった。
結果は、発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)が本発明による硬化性組成物に適していることを示している。
バクテリアに対する発光体の成長阻害効果を、室温で24±1時間の培養の後、目視で検出した(表7)。
細菌コロニーが成長していない同心円状ゾーンが、普通寒天培地上に蓄積したリン光粒子または比較粒子およびその周辺で発生している場合は、成長阻害効果がある。
細菌コロニーの成長が、蓄積したリン光粒子または参照粒子およびその周辺の普通寒天培地で検出された場合、成長阻害効果はない。
室温で24±1時間、照明下で培養した後、枯草菌と大腸菌に対する発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)の成長阻害効果を検出することができた。他の発光体の周辺では成長阻害効果を検出することはできなかった(表7)。
すべての発光体において、蓄積したリン光粒子およびその周辺で、暗所培養条件下での細菌コロニーの成長は検出することができなかった。
これらの結果は、発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)の抗菌作用の理由が、光励起状態でのUV発光の物理的効果であることを明確に示している。暗い状態では、アップコンバージョンが起こらないので、暗い状態で発光体の抗菌作用は検出されなかった。
さらに、発光体CaLi2SiO4は、試験菌に対して成長阻害効果を示さなかったことがわかる。したがって、理論に縛られることなしに、プラセオジムによる発光体のドープが、発光体のアップコンバージョンの物理的有効性にとって有利であると結論づけることができる。
炭酸カルシウムを使用した比較例は、照明状態でも暗状態でも、細菌の成長が阻害されたゾーンを示さなかった。対照的に、酸化銅を使用した比較例は、照明状態と暗状態の両方で、細菌コロニーが成長していない同心円状ゾーンを示している。
さらに、発光体は純粋な細菌汚染を全く示さなかった。
結果は、発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)が本発明による硬化性組成物に適していることを示している。
3.3 本発明による組成物の抗菌効果の試験
3.2において、発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)自体が抗菌効果を有することが示された。しかし、この抗菌効果が本発明による組成物に依然として付随するかどうかは、これから確認される。
用語「抗菌効果」、「抗菌性」、「抗菌作用」および「抗菌特性」は、同義語として使用されていることに留意されたい。
本発明による組成物の抗菌効果を試験するために、3つの発光体とフィルム形成重合体マトリックスP4、P2およびP6を使用した。P2は、比較例として機能する。
発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)、Lu2CaAl4SiO12:Pr3+、Gd3+、およびCaLi2SiO4を使用し、CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)のみが本発明による発光体として機能した。
3.2において、発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)自体が抗菌効果を有することが示された。しかし、この抗菌効果が本発明による組成物に依然として付随するかどうかは、これから確認される。
用語「抗菌効果」、「抗菌性」、「抗菌作用」および「抗菌特性」は、同義語として使用されていることに留意されたい。
本発明による組成物の抗菌効果を試験するために、3つの発光体とフィルム形成重合体マトリックスP4、P2およびP6を使用した。P2は、比較例として機能する。
発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)、Lu2CaAl4SiO12:Pr3+、Gd3+、およびCaLi2SiO4を使用し、CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)のみが本発明による発光体として機能した。
3.3.1 硬化性組成物の作製
本発明による硬化性組成物Z4−2およびZ6−2、ならびに比較例VZ4−1、VZ4−3、VZ2−1、VZ2−2、VZ2−3、VZ6−1およびVZ6−3を、表8の詳細に従って作製した。50gのガラスビーズを各組成物に加え、当該混合物をスピードミキサーで2,000rpmで5分間グラインディングした。ガラスビーズを濾別した後、各組成物を重合体フィルムに適用し、架橋して、フィルムを形成した。その後、基材上にコーティングすれば、そのコーティング表面は抗菌効果を有するはずである。
組成物の配合は表8から明らかである。
本発明による硬化性組成物Z4−2およびZ6−2、ならびに比較例VZ4−1、VZ4−3、VZ2−1、VZ2−2、VZ2−3、VZ6−1およびVZ6−3を、表8の詳細に従って作製した。50gのガラスビーズを各組成物に加え、当該混合物をスピードミキサーで2,000rpmで5分間グラインディングした。ガラスビーズを濾別した後、各組成物を重合体フィルムに適用し、架橋して、フィルムを形成した。その後、基材上にコーティングすれば、そのコーティング表面は抗菌効果を有するはずである。
組成物の配合は表8から明らかである。
3.3.2 移動方法
使用した試験菌は、再び枯草菌の亜種であるspizizenii(DSM 347、ATCC 6633)であった。最終濃度が107cells/mLである枯草菌懸濁液1mLを、普通寒天培地のコンフルエントな被覆を確保するために、滅菌CASO寒天培地上に均一に分布させた。適用した細菌懸濁液を、室温(22±2℃)で300±30秒間、普通寒天培地上で平衡化した。細菌懸濁液については、各細菌株の前培養物を希釈することによって生成した。滅菌脱イオン水で希釈を行った。試験菌の前培養物を滅菌CASOブロスで生成した。枯草菌の前培養物を、うずまき浴中で一定に攪拌しながら30℃で16±1時間培養した。前培養物の細胞力価を、血球計数板(トーマ計数チャンバー)を用いた顕微鏡検査によって測定した。
移動方法のねらいは、乾燥無生物表面において、実際に近い条件下でのコーティング表面の抗菌作用をシミュレートすることである。この目的のために、上記のようにして得たコーティングを2.5cm×4cmのサイズに切断し、90±1gの規定重量で、60±5秒間、枯草菌をコンフルエントに接種した普通寒天培地に押し付けた。この工程によって、半乾燥状態の細菌をコーティングの表面に移動させた。続いて、基材を、コーティングされかつ接種された側を上にして空のペトリ皿に入れ、照明下、室温で0時間、1時間、2時間、3時間、6時間培養した。
アップコンバージョン効果による抗菌効果を試験するために、コーティングされかつ接種された側を持つ基材を、暗所で室温で0時間、1時間、2時間、3時間、6時間培養した。
選択した比較例は、再び炭酸カルシウム(成長阻害効果なし)と酸化銅(成長阻害効果あり)であった。
すべてのサンプルと比較例について、培養期間中、照明の有無にかかわらず、3回試験した。
適切な培養時間後の抗菌効果を、接触試験による培養性の測定によって検出する(図3)。
枯草菌の培養性を試験するために、0時間、1時間、2時間、3時間、6時間の培養後、基材のうちコーティングされかつ接種された側を、90±1gの規定重量で、60±5秒間、滅菌普通寒天培地に押し付けた。次に、普通寒天培地を静的条件下、30℃で24±1時間培養した。形成された細菌コロニーを目視で定性的に評価した。
使用した試験菌は、再び枯草菌の亜種であるspizizenii(DSM 347、ATCC 6633)であった。最終濃度が107cells/mLである枯草菌懸濁液1mLを、普通寒天培地のコンフルエントな被覆を確保するために、滅菌CASO寒天培地上に均一に分布させた。適用した細菌懸濁液を、室温(22±2℃)で300±30秒間、普通寒天培地上で平衡化した。細菌懸濁液については、各細菌株の前培養物を希釈することによって生成した。滅菌脱イオン水で希釈を行った。試験菌の前培養物を滅菌CASOブロスで生成した。枯草菌の前培養物を、うずまき浴中で一定に攪拌しながら30℃で16±1時間培養した。前培養物の細胞力価を、血球計数板(トーマ計数チャンバー)を用いた顕微鏡検査によって測定した。
移動方法のねらいは、乾燥無生物表面において、実際に近い条件下でのコーティング表面の抗菌作用をシミュレートすることである。この目的のために、上記のようにして得たコーティングを2.5cm×4cmのサイズに切断し、90±1gの規定重量で、60±5秒間、枯草菌をコンフルエントに接種した普通寒天培地に押し付けた。この工程によって、半乾燥状態の細菌をコーティングの表面に移動させた。続いて、基材を、コーティングされかつ接種された側を上にして空のペトリ皿に入れ、照明下、室温で0時間、1時間、2時間、3時間、6時間培養した。
アップコンバージョン効果による抗菌効果を試験するために、コーティングされかつ接種された側を持つ基材を、暗所で室温で0時間、1時間、2時間、3時間、6時間培養した。
選択した比較例は、再び炭酸カルシウム(成長阻害効果なし)と酸化銅(成長阻害効果あり)であった。
すべてのサンプルと比較例について、培養期間中、照明の有無にかかわらず、3回試験した。
適切な培養時間後の抗菌効果を、接触試験による培養性の測定によって検出する(図3)。
枯草菌の培養性を試験するために、0時間、1時間、2時間、3時間、6時間の培養後、基材のうちコーティングされかつ接種された側を、90±1gの規定重量で、60±5秒間、滅菌普通寒天培地に押し付けた。次に、普通寒天培地を静的条件下、30℃で24±1時間培養した。形成された細菌コロニーを目視で定性的に評価した。
3.3.3 移動方法の結果
枯草菌の培養性を低下させることにより、移動方法で成長阻害効果をチェックすることができる。
Z4−2およびZ6−2のコーティング表面への付着細菌の培養性は、培養時間が長くなるにつれて、成長が明らかに減退することを示した(図4)。本発明による硬化性組成物中の発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)は、ブランクサンプルや暗所で培養したサンプルと比較して、枯草菌の培養性を著しく低下させる。この低下は、1時間の培養後でさえ、一定の照明下で測定することができた。培養性は、一定の照明下、6時間の培養時間まで低下し続けた。暗所で培養した組成物は、6時間の培養中、培養性の低下を示さなかった。Z4−2の代表的な画像を図4に示す。
6時間にわたって培養可能な細菌の数が変化しないので、発光体の抗菌効果は照明状態でのみ存在すると説明することができる。したがって、アップコンバージョン効果も存在する。
比較の発光体であるLu2CaAl4SiO12:Pr3+、Gd3+およびCaLi2SiO4は、照明状態でも暗状態でも、比較組成物のいずれにおいても抗菌効果を示さなかった(表9)。
比較組成物VZ2−2の場合、試験した発光体の抗菌効果は検出されなかった(表9)。このことから、重合体Polyimide P84(登録商標)NTは、重合体Dynacoll(登録商標)AC 3820および重合体CAB(商標)381−2とは対照的に、本発明による硬化性組成物に適したフィルム形成重合体ではないと推測することができる。
炭酸カルシウムによる比較では、照明状態でも暗状態でも、枯草菌の培養性の低下は検出できなかった。酸化銅を添加すると、暗状態と照明状態の両方で培養性の明らかな低下を検出することができた。
さらに、重合体マトリックスは純粋な汚染を示さなかった。
図5は、発光体CaLi2SiO4に抗菌作用が全くないことも示している。
枯草菌の培養性を低下させることにより、移動方法で成長阻害効果をチェックすることができる。
Z4−2およびZ6−2のコーティング表面への付着細菌の培養性は、培養時間が長くなるにつれて、成長が明らかに減退することを示した(図4)。本発明による硬化性組成物中の発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)は、ブランクサンプルや暗所で培養したサンプルと比較して、枯草菌の培養性を著しく低下させる。この低下は、1時間の培養後でさえ、一定の照明下で測定することができた。培養性は、一定の照明下、6時間の培養時間まで低下し続けた。暗所で培養した組成物は、6時間の培養中、培養性の低下を示さなかった。Z4−2の代表的な画像を図4に示す。
6時間にわたって培養可能な細菌の数が変化しないので、発光体の抗菌効果は照明状態でのみ存在すると説明することができる。したがって、アップコンバージョン効果も存在する。
比較の発光体であるLu2CaAl4SiO12:Pr3+、Gd3+およびCaLi2SiO4は、照明状態でも暗状態でも、比較組成物のいずれにおいても抗菌効果を示さなかった(表9)。
比較組成物VZ2−2の場合、試験した発光体の抗菌効果は検出されなかった(表9)。このことから、重合体Polyimide P84(登録商標)NTは、重合体Dynacoll(登録商標)AC 3820および重合体CAB(商標)381−2とは対照的に、本発明による硬化性組成物に適したフィルム形成重合体ではないと推測することができる。
炭酸カルシウムによる比較では、照明状態でも暗状態でも、枯草菌の培養性の低下は検出できなかった。酸化銅を添加すると、暗状態と照明状態の両方で培養性の明らかな低下を検出することができた。
さらに、重合体マトリックスは純粋な汚染を示さなかった。
図5は、発光体CaLi2SiO4に抗菌作用が全くないことも示している。
4.本発明による組成物の物性
硬化性組成物の重要な特性は、貯蔵安定性である。貯蔵安定性に関する結論は、硬化剤または触媒を使用しない、表8通りの本発明による硬化性組成物Z4−2の粘度測定と沈殿物の特徴付け(均質化および漿液の形成など)とによって導き出すことができる。以下、Z4−2*と呼ぶ。発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)を使用した。
硬化性組成物の重要な特性は、貯蔵安定性である。貯蔵安定性に関する結論は、硬化剤または触媒を使用しない、表8通りの本発明による硬化性組成物Z4−2の粘度測定と沈殿物の特徴付け(均質化および漿液の形成など)とによって導き出すことができる。以下、Z4−2*と呼ぶ。発光体CaLi2SiO4:Pr3+、Na+(1%)を使用した。
粘度
硬化剤と触媒を含まず、各添加剤を含むZ4−2*の粘度を、コーンプレート回転粘度計を用いて測定した。混合直後の初期値との粘度差を40℃で1週間と2週間後に確認した(表10)。
添加剤を含む組成物はすべて、添加剤を含まない組成物と比較して、40℃での貯蔵時の粘度について、改善された安定性を示すことがわかった。組成物Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 688によって、40℃での貯蔵時の粘度についての安定性が向上した。初期粘度がわずかに低下しても、良好な貯蔵安定性が確保される。
硬化剤と触媒を含まず、各添加剤を含むZ4−2*の粘度を、コーンプレート回転粘度計を用いて測定した。混合直後の初期値との粘度差を40℃で1週間と2週間後に確認した(表10)。
添加剤を含む組成物はすべて、添加剤を含まない組成物と比較して、40℃での貯蔵時の粘度について、改善された安定性を示すことがわかった。組成物Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 688によって、40℃での貯蔵時の粘度についての安定性が向上した。初期粘度がわずかに低下しても、良好な貯蔵安定性が確保される。
沈殿と均質化
さらに、40℃で1週間と2週間後に沈殿物の形成を確認した(表11)。
評価基準:
沈殿物[%]=ウェットコーティングの全高[cm]と比較した沈殿物の高さ[cm]
均質化=軽重、混合物をスパチュラで攪拌した。
表11からわかるように、組成物Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 688と、Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 670は、粒子の沈殿に関して非常に良好な結果を示した。粒子の測定可能な沈殿は、40℃で2週間以内には発生しない。Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 628の場合、1週間後、粒子を再び容易に均質化できたが、添加剤を含まない組成物の場合はそうでなかった。
さらに、40℃で1週間と2週間後に沈殿物の形成を確認した(表11)。
評価基準:
沈殿物[%]=ウェットコーティングの全高[cm]と比較した沈殿物の高さ[cm]
均質化=軽重、混合物をスパチュラで攪拌した。
表11からわかるように、組成物Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 688と、Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 670は、粒子の沈殿に関して非常に良好な結果を示した。粒子の測定可能な沈殿は、40℃で2週間以内には発生しない。Z4−2*およびTego(登録商標)Dispers 628の場合、1週間後、粒子を再び容易に均質化できたが、添加剤を含まない組成物の場合はそうでなかった。
Claims (25)
- 抗菌性を有するコーティングを作製するための硬化性組成物であり、
−少なくとも1つのフィルム形成重合体と、
−少なくとも1つのアップコンバージョン発光体と、
−必要に応じて、少なくとも1つの添加剤と、
−必要に応じて、少なくとも1つの硬化剤と、
を含み、
前記発光体が下記の理想一般式(I)から選択される硬化性組成物。
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Ln1 x,Ln2 z, (I)
(式中、x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、かつy=x+zであり、
Aは、Mg、Ca、Sr、およびBaから選択され、
Bは、Li、Na、K、Rb、およびCsから選択され、
B*は、Li、NaおよびKから選択され、
Bは、B*と同じであるか、またはB*と同じではなく、かつBとB*は、好ましくは同じではなく、
Ln1は、プラセオジム(Pr)、エルビウム(Er)、およびネオジム(Nd)から選択され、
Ln2は、必要に応じてガドリニウム(Gd)から選択される。) - 前記発光体がプラセオジムでドープされていることを特徴とする、請求項1記載の組成物。
- 前記発光体がプラセオジムでドープされ、かつガドリニウムで共ドープされていることを特徴とする、請求項1または請求項2記載の組成物。
- 前記発光体が、少なくとも1つのアルカリ金属イオンと少なくとも1つのアルカリ土類金属イオンを含む結晶性ケイ酸塩の固化溶融物、または少なくとも1つのアルカリ金属イオンと少なくとも1つのアルカリ土類金属イオンを含み、かつランタノイドイオンでドープされた結晶性ケイ酸塩の固化溶融物であり、
好ましくは、前記結晶性ケイ酸塩がプラセオジミウムでドープされ、かつ必要に応じてガドリニウムで共ドープされたものであることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれか一項記載の組成物。 - 前記発光体が下記の理想一般式(Ia)から選択されることを特徴とする、請求項1〜請求項4のいずれか一項記載の組成物。
A1−x−y−zB*yB2SiO4:Prx,Gdz, (Ia)
(式中、Aは、Mg、Ca、Sr、Baであり、かつBは、Li、Na、K、Rb、Csであり、
x=0.0001〜0.05、z=0またはz=0.0001〜0.3、かつy=x+zであり、
B*は、Li、Na、およびKから選択され、それらは、前記ケイ酸塩の電荷のバランスをとり、
Bは、B*と同じであるか、またはB*と同じではなく、かつBとB*は、好ましくは同じではない。) - 前記発光体が下記の一般式(II)から選択されることを特徴とする、請求項1〜請求項5のいずれか一項記載の組成物。
(Ca1−aSra)1−2bLnbNabLi2SiO4 (II)
(式中、a=0.0001〜1、好ましくは0.0001〜0.1であり
b=0.0001〜1、好ましくは0.0001〜0.1であり、
Lnは、プラセオジム、ガドリニウム、エルビウム、ネオジムから選択されるランタノイドイオンであり、これらのうちの少なくとも1つ、好ましくはガドリニウムを共ドープするためのランタノイドイオンである。) - 前記発光体は、2,000nm〜400nm、特に800nm〜400nmの範囲の長波長を有する低エネルギー電磁輻射線を照射すると、400nm〜100nm、好ましくは300nm〜200nmの範囲の短波長を有する高エネルギー電磁輻射線を放出し、
前記短波長を有する高エネルギー電磁輻射線の最大照射強度が、少なくとも1・103counts/(mm2・s)、好ましくは1・104counts/(mm2・s)より高く、より好ましくは1・105counts/(mm2・s)より高いことを特徴とする、請求項1〜請求項6のいずれか一項記載の組成物。 - 前記式(II)による発光体が、23°2Θ〜27°2Θ、および34°2Θ〜39.5°2Θの範囲のXRPD信号を有することを特徴とする、請求項1〜請求項7のいずれか一項記載の組成物。
- 前記フィルム形成重合体が官能基、好ましくは、イソシアネート含有硬化剤または触媒と反応する酸性水素を含むことを特徴とする、請求項1〜請求項8のいずれか一項記載の組成物。
- 前記フィルム形成重合体は、ヒドロキシ官能性アクリレート重合体、ヒドロキシ官能性ポリエステル重合体、および/またはヒドロキシ官能性ポリエーテル重合体、ヒドロキシ官能性セルロース誘導体、アミノ官能性アスパラギン酸重合体またはアミノ官能性ポリエステル重合体からなる群から選択され、イソシアネート含有硬化剤と反応することを特徴とする、請求項1〜請求項9のいずれか一項記載の組成物。
- 前記フィルム形成重合体は共振性が低いことを特徴とする、請求項1〜請求項10のいずれか一項記載の組成物。
- ツイン・ビームUV/VIS分光光度計による、前記フィルム形成重合体の透過率が、少なくとも75%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも85%であることを特徴とする、請求項1〜請求項11のいずれか一項記載の組成物。
- ツイン・ビームUV/VIS分光光度計による、前記透過率が少なくとも70%、好ましくは少なくとも75%、より好ましくは少なくとも80%であることを特徴とする、請求項1〜請求項12のいずれか一項記載の組成物。
- ISO 13320:2020およびUSP 429に準拠して測定された、前記発光体の平均粒径(d50)が0.1μm〜100μm、好ましくは1μm〜50μmであることを特徴とする、請求項1〜請求項13のいずれか一項記載の組成物。
- 前記添加剤が、分散剤、レオロジー助剤、レベリング剤、湿潤剤、消泡剤、およびUV安定剤からなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜請求項14のいずれか一項記載の組成物。
- 前記硬化剤が脂肪族および脂環式イソシアネートからなる群から選択されることを特徴とする、請求項1〜請求項15のいずれか一項記載の組成物。
- 前記組成物から生成されたコーティングが、細菌、酵母、カビ、藻類、寄生虫およびウイルスに対する抗菌作用を有することを特徴とする、請求項1〜請求項16のいずれか一項記載の組成物。
- 前記組成物から生成されたコーティングが、
−院内感染の病原体、好ましくは、エンテロコッカス・フェシウム、黄色ブドウ球菌、クレブシエラ・ニューモニエ、アシネトバクター・バウマニ、緑膿菌、大腸菌、エンテロバクター、コリネバクテリウム・ジフテリア、カンジダ・アルビカンス、ロタウイルス、バクテリオファージ;
−病原性環境生物、好ましくは、クリプトスポリジウム・パルバム、ランブル鞭毛虫、アメーバ(アカントアメーバ属、ネグレリア属)、大腸菌、大腸菌群、糞便性連鎖球菌、サルモネラ属、シゲラ属、レジオネラ属、緑膿菌、マイコバクテリア属、腸内ウイルス(例:ポリオウイルスおよびA型肝炎ウイルス);
−食品および飲料中の病原体、好ましくは、セレウス菌、カンピロバクター属、ボツリヌス菌、ウェルシュ菌、クロノバクター属、大腸菌、リステリア・モノサイトゲネス、サルモネラ属、黄色ブドウ球菌、ビブリオ属、エルシニア・エンテロコリチカ、バクテリオファージ
に対する抗菌作用を有することを特徴とする、請求項1〜請求項17のいずれか一項記載の組成物。 - 分散液、練り顔料、接着剤、トロウェル化合物、漆喰、塗料、コーティングもしくは印刷インク、インクジェット、練摩樹脂、または顔料濃縮物を作製するための、請求項1〜請求項18のいずれか一項記載の組成物の使用。
- 抗菌特性を有するコーティングを作製するための、請求項1〜請求項18のいずれか一項記載の組成物の使用。
- 衛生施設および病院ならびに食品および飲料産業における基材のコーティングのための、請求項1〜請求項18のいずれか一項記載の組成物の使用。
- 基材上に抗菌性コーティングを形成する方法であり、
(a)イソシアネート含有硬化剤と反応する官能基を有し、必要に応じて触媒によって触媒される少なくとも1つのフィルム形成重合体と、
(b)前記式(II)の少なくとも1つの発光体と、
(c)イソシアネート官能基を含む硬化剤と、
を含む硬化性フィルム形成組成物を、前記基材に適用する工程を含む方法。 - 前記基材が、金属、鉱物基材、セルロース基材、木材、およびそれらの混成物、寸法安定性プラスチックおよび/または熱硬化性物からなる、請求項22に記載の方法。
- 前記硬化性フィルム形成組成物を適用する前に、プライマー組成物を前記基材に適用する、請求項22または請求項23記載の方法。
- 請求項1〜請求項18のいずれか一項記載の硬化性組成物で、少なくとも部分的に、好ましくは完全にコーティングされていることを特徴とする製品。
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