JP4916503B2

JP4916503B2 - 抗菌性強化ガラスの製造方法

Info

Publication number: JP4916503B2
Application number: JP2008315185A
Authority: JP
Inventors: 宣幸城所
Original assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Current assignee: Ishizuka Glass Co Ltd
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: JP2010138025A

Description

本発明は、抗菌性と強度を兼ね備えた抗菌性強化ガラスを、連続的に効率よく、かつ低コストで生産することができる抗菌性強化ガラスの製造方法に関するものである。

従来から、食器や包装用容器などのガラス製品の損傷防止を図る目的で表面を物理的、あるいは化学的に強化処理することが知られている。一方、ガラス製品を衛生的に保持する目的で抗菌処理を施すことも知られている。

また最近では、特許文献１に示されるように、ガラス製品の表面に強化処理及び抗菌処理の両方を施すことも知られている。この特許文献１は、ガラス製品を風冷強化した後に、銀を含有する溶液あるいは銀を分散させた液体を塗布し、次いで、ガラス転移点以下の温度で加熱処理することで、銀を強化ガラス製品の表面から表層内部に拡散させた抗菌性強化ガラス製品を開示している。

しかしながら、特許文献１の従来技術では風冷強化処理と銀イオン拡散による抗菌処理の２工程を別々に行うものであり、作業が煩雑になるとともに、それぞれがバッチ処理であるため処理時間も長くなるという問題点や、加工コストが高くなるという問題点があった。
特開平１１−３１９０４２号公報

本発明は上記のような問題点を解決して、抗菌性と強度を兼ね備えた抗菌性強化ガラスを、従来のようにバッチ式の２工程で行うことなく１工程のみで、かつ連続的に効率よく行うことができ、また作業性にも優れていて安価な加工コストで生産することができる抗菌性強化ガラスの製造方法を提供することを目的として完成されたものである。

上記課題を解決するためになされた本発明の抗菌性強化ガラスの製造方法は、カリウムを含むアルカリ塩水溶液に、デンプン類、ゼラチン、ニカワ、フノリ、カラギーナン、天然ゴム（ローカストビーンガム、ブリティッシュガム等）、Ｃ．Ｍ．Ｃ．、メチルセルロース、アルギン酸プロピレングリコールエステルから１種または２種以上を選択した増粘剤と、抗菌性を付与するための抗菌剤を添加した強化用水溶液を、ガラス表面に塗布した後、乾燥処理してガラス表面に前記強化用水溶液からなるコーティング膜を固着させ、次いで、熱処理を施して前記増粘剤を揮散、分解または燃焼により消失させ、またガラス表面に前記抗菌剤を拡散させるとともに、ガラス表面をイオン交換強化することを特徴とするものである。

前記増粘剤を、強化用水溶液に対し質量％で０．０２〜１０％の範囲で添加するのが好ましく、これを請求項２に係る発明とする。

前記抗菌剤が、銀化合物、銅化合物、亜鉛化合物、あるいは銀、銅、亜鉛を担持するケイ酸塩、リン酸塩、溶解性ガラス、活性炭、活性アルミナ、有機金属から選択した１種または２種以上であるのが好ましく、これを請求項３に係る発明とし、また、この抗菌剤を、強化用水溶液に対し質量％で０．００１〜１０％の範囲で添加するのが好ましく、これを請求項４に係る発明とする。

また、熱処理を、ガラスの歪点以下１５〜８５℃の温度で、５〜３００分間行うのが好ましく、これを請求項５に係る発明とする。

請求項１の発明では、アルカリ塩水溶液に増粘剤と抗菌剤を添加した強化用水溶液を、ガラス表面に塗布・乾燥処理し、熱処理を施すので、前記抗菌剤の拡散とイオン交換強化とを１工程のみで、連続的に効率よく行うことができることとなる。また、前記増粘剤が水溶性のもので、熱処理工程において揮散、分解または燃焼により消失するので、除去工程を必要とせず生産性を向上させることができる。

請求項２の発明では、増粘剤を、強化用水溶液に対し質量％で０．０２〜１０％の範囲で添加するので、塗布した強化用水溶液の液垂れを防止することが可能となる。

請求項３の発明では、前記抗菌剤を、銀化合物、銅化合物、亜鉛化合物、あるいは銀、銅、亜鉛を担持するケイ酸塩、リン酸塩、溶解性ガラス、活性炭、活性アルミナ、有機金属から選択した１種または２種以上のいずれもしようすることができる。

請求項４の発明では、抗菌剤を、強化用水溶液に対し質量％で０．００１〜１０％の範囲で添加するので、十分な抗菌性を発揮させることができる。

請求項５の発明では、熱処理を、ガラスの歪点以下１５〜８５℃の温度で、５〜３００分間行うので、ガラス表面への抗菌剤の拡散と、ガラス表面のイオン交換強化とを同時に行うことが可能となる。

以下に、本発明の好ましい実施の形態を示す。
本発明は、抗菌性と強度を兼ね備えた抗菌性強化ガラスを、１工程のみで連続的に効率よく生産することができる方法を提供するものである。
また、本発明で対象とするガラスは、通常のソーダライムシリカガラスであり、特に量産されているガラス容器やガラス食器に適用することができる。

本発明の抗菌性強化ガラスの製造方法は、カリウムを含むアルカリ塩水溶液に、増粘剤と抗菌性を付与するための抗菌剤を添加した強化用水溶液を、ガラス表面に塗布する工程と、次いで、乾燥処理してガラス表面に前記強化用水溶液からなるコーティング膜を固着させる工程と、次いで、熱処理を施してガラス表面に前記抗菌剤を拡散させるとともに、ガラス表面をイオン交換強化する工程を含むことを特徴としている。

前記カリウムを含むアルカリ塩水溶液とは、ガラスをイオン交換強化するための水溶液であって、イオン交換強化に必要なカリウムを含むものである。このカリウムを含むアルカリ塩としては、ＫＮＯ_３、ＫＣｌ、ＫＣｌＯ_３、Ｋ_２ＳＯ_４、Ｋ_２Ｓ_２Ｏ_７等、若しくはこれらの混合物を用いることができる。

前記増粘剤は、水溶液の粘度を増加させガラスに塗布した場合に粘着しやすい性質を付与するものである。また、増粘剤は水溶性のものであって、後述するイオン交換強化のための熱処理工程において、揮散、分解または燃焼により消失するものが好ましい。
増粘剤としては、デンプン類、ゼラチン、ニカワ、フノリ、カラギーナン、天然ゴム（ローカストビーンガム、ブリティッシュガム等）、Ｃ．Ｍ．Ｃ．、メチルセルロース、アルギン酸プロピレングリコールエステル、ポリビニールアルコール、水溶性アクリル樹脂、その他の天然あるいは合成の有機物質から、１種または２種以上を選択することができる。

増粘剤は、水溶液の粘度を増加させることにより、ガラス表面へのカリウム及び抗菌剤の付着を確実にするものであるので、水溶液の粘度が１０〜２０００ｃｐｓの範囲になるよう調整するのが好ましい。
具体的には、増粘剤を強化用水溶液に対し質量％で０．０２〜１０％の範囲で添加するのが好ましい。０．０２％未満では、水溶液の十分な粘度を確保することが難しくて液垂れするおそれがあり、一方、１０％より多くても、それ以上の高粘度は必要なく不経済となるからである。

抗菌性を付与する抗菌剤としては、例えば、ＡｇＮＯ_３、ＡｇＮＯ_２、Ａｇ_２ＳＯ_４、ＡｇＣＯＯＨ、ＡｇＣｌ、ＡｇＣｌＯ_３等の銀化合物、ＣｕＳＯ_４、ＣｕＣｌ_２等の銅化合物、ＺｎＣｌ_２、ＺｎＳＯ_４等の亜鉛化合物、あるいは銀、銅、亜鉛を担持するゼオライト（結晶性アルミノケイ酸塩）、シリカゲル、粘度鉱物等のケイ酸塩、リン酸ジルコニウム、リン酸カルシウム等のリン酸塩、あるいは溶解性ガラス、活性炭、活性アルミナ、有機金属から選択した１種または２種以上を用いることができる。安全性、持続性、非着色性等からみて、銀系抗菌剤が特に好ましい。

この抗菌剤は、強化用水溶液に対し質量％で０．００１〜１０％の範囲で添加するのが好ましい。０．００１％未満では、十分な抗菌性を発揮させることが難しく、一方、１０％より多くても、それ以上の抗菌剤の付着は難しくなるからである。
なお、増粘剤と抗菌剤の添加は、アルカリ塩水溶液に対して、先ず増粘剤を添加して所定粘度の液を作成し、これに所定量の抗菌剤を添加する方法が好ましいが、アルカリ塩水溶液に対して、所定量の増粘剤と抗菌剤を同時に添加する方法でもよい。

以上のようなカリウムを含むアルカリ塩水溶液に増粘剤と抗菌剤を添加した強化用水溶液を作成し、これをガラス表面に塗布する。塗布手段としては、スプレー法、シャワーリング法、ディッピング法等、種々の方法を用いることができる。また、水溶液の粘度を調整することにより、任意の塗布方法に対応させることができ、付着量も容易に制御することができる。

次いで、乾燥処理してガラス表面に前記強化用水溶液からなるコーティング膜を固着させる。この乾燥処理は、ドライヤー等による熱風を当てることで行うことができ、これにより、コーティング膜の固着をより確実なものとしてガラス表面からの液垂れを防ぐことができる。

次いで、熱処理を施してガラス表面に前記抗菌剤を拡散させるとともに、ガラス表面をイオン交換強化する。
従来から、熱処理によりガラス表面に抗菌剤を拡散させること、および熱処理してイオン交換することは各々単独の処理として公知であるが、本発明では前記抗菌剤の拡散処理とイオン交換処理を１回の熱処理により同時に行うものである。熱処理条件としては、温度が高ければ高いほど、また加熱時間が長ければ長いほどイオン交換率が上がることが分かっているが、ガラスの歪点以上の温度では除歪されてしまうので、ガラスの歪点以下１５〜８５℃の温度で、５〜３００分間の熱処理を施してイオン交換強化する。
歪点より１５℃より近い温度では除歪されるおそれがあり、また８５℃より離れた温度では十分な加熱処理を施すことができないからである。また、５分未満の加熱時間では十分な加熱処理を施すことができず、３００分間より長い加熱時間では生産性に劣るからである。特に、好ましくは１０〜７０分間の範囲である。

なお、この熱処理の中で前記増粘剤は揮散、分解または燃焼により消失することとなる。また、熱処理後においてガラス表面に残留しているアルカリ塩や抗菌成分の抜けた抗菌剤は、その後の水洗処理により簡単に洗浄除去することができる。

[実施例１]
水１Ｌに対して、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）２３０ｇ、塩化カリウム（ＫＣｌ）１２５ｇ、塩素酸カリウム（ＫＣｌＯ_３）５０ｇ、ローカストビーンガム４ｇを加え、攪拌しながら加熱・溶解してアルカリ塩水溶液を作製した。このアルカリ塩水溶液の冷却後の粘度は約５００ｃｐｓ（２５℃）であった。更に、このアルカリ塩水溶液にＡｇＮＯ_３を１ｇ添加して、強化用水溶液を得た。
この強化用水溶液を、ソーダライムシリカガラス製のタンブラー（石塚硝子（株）商品名エスキナタンブラー１４、歪点５１８℃）の内外表面にディッピング法により塗布した。塗布後、液切れを行い、ドライヤーの熱風で乾燥処理して、タンブラーの表面にコーティング膜を固着させた。次いで、この製品を電気炉中で４７０℃、１５分間保持した。その後、室温まで冷却し、水洗処理して内外面の残留塩を除去した。
得られたタンブラーの圧縮応力値と圧縮応力層の深さを表１に示す。また、JIS Z 2801に準拠する方法により抗菌性能を測定した結果（３５℃、２４時間後の大腸菌数）を表２に示す。
なお、表２の抗菌活性値とは、JIS Z 2801の抗菌試験方法で定められている方法により、無加工品の２４時間培養後菌数を、抗菌加工品の２４時間培養後菌数で除した数の対数値である。また、抗菌活性値：２．０以上（９９％以上の死滅率）で効果があると定義されている。

[実施例２〜４]
実施例１のアルカリ塩水溶液に溶解性ガラス（石塚硝子（株）商品名イオンピュア）を５ｇ添加して、強化用水溶液を得た。
この強化用水溶液を、実施例１と同様にタンブラーの表面に塗布しコーティング膜を固着させた。次いで、この製品を電気炉中で４７０℃、６０分間保持した。その後、室温まで冷却し、水洗処理して内外面の残留塩を除去した。
実施例１と同様の方法により測定した圧縮応力値と圧縮応力層の深さを表１に、また、抗菌性能を測定した結果を表２に示す。
また、実施例２と同じものを電気炉中で１００分間保持したものを実施例３、２００分間保持したものを実施例４とした。

[比較例１〜２]
一方、実施例２と同じものを電気炉中で３５０分間保持したものを比較例１とし、４００℃、３０分間保持したものを比較例２とした。

以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば十分な抗菌性と、高い圧縮応力値を兼ね備えた抗菌性強化ガラスを、従来のようにバッチ式の２工程で行うことなく１工程のみで、かつ連続的に効率よく行うことができることが確認できた。

Claims

カリウムを含むアルカリ塩水溶液に、デンプン類、ゼラチン、ニカワ、フノリ、カラギーナン、天然ゴム（ローカストビーンガム、ブリティッシュガム等）、Ｃ．Ｍ．Ｃ．、メチルセルロース、アルギン酸プロピレングリコールエステルから１種または２種以上を選択した増粘剤と、抗菌性を付与するための抗菌剤を添加した強化用水溶液を、ガラス表面に塗布した後、乾燥処理してガラス表面に前記強化用水溶液からなるコーティング膜を固着させ、次いで、熱処理を施して前記増粘剤を揮散、分解または燃焼により消失させ、またガラス表面に前記抗菌剤を拡散させるとともに、ガラス表面をイオン交換強化することを特徴とする抗菌性強化ガラスの製造方法。
増粘剤を、強化用水溶液に対し質量％で０．０２〜１０％の範囲で添加する請求項１に記載の抗菌性強化ガラスの製造方法。
抗菌剤が、銀化合物、銅化合物、亜鉛化合物、あるいは銀、銅、亜鉛を担持するケイ酸塩、リン酸塩、溶解性ガラス、活性炭、活性アルミナ、有機金属から選択した１種または２種以上である請求項１または２に記載の抗菌性強化ガラスの製造方法。
抗菌剤を、強化用水溶液に対し質量％で０．００１〜１０％の範囲で添加する請求項１〜３のいずれかに記載の抗菌性強化ガラスの製造方法。
熱処理を、ガラスの歪点以下１５〜８５℃の温度で、５〜３００分間行う請求項１〜４のいずれかに記載の抗菌性強化ガラスの製造方法。