JP7269670B2

JP7269670B2 - 抗菌塗料の製造方法

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Publication number: JP7269670B2
Application number: JP2021079679A
Authority: JP
Inventors: 林建成
Original assignee: 新福光塗裝工程股▲分▼有限公司
Priority date: 2020-05-13
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2023-05-09
Anticipated expiration: 2041-05-10
Also published as: TW202142629A; JP2021178954A; CN113667406A; US20210352906A1; CN113667406B; TWI761833B

Description

本発明は、抗菌塗料、抗菌塗料の製造方法、及び抗菌コーティングに関し、特に、複数の二酸化ケイ素粒子により、複数のナノ抗菌粒子を抗菌コーティングの表面に近い位置に集中させる抗菌コーティングとして使用可能な抗菌塗料の製造方法に関する。

社会の発展に伴い、人々の健康と環境保護意識は、ますます高くなっている。例えば、表面塗装分野において、美観と製品保護という機能を有するコーティングだけでは、要求を満たすことができなくなり、同時に健康効果を有することがさらに期待されている。

抗菌塗料は、その一例である。ナノ抗菌粒子は、小寸法効果及び表面効果により、独特な物理化学的性質を有し、例えば、ナノ抗菌粒子を塗料中に添加すると、得られた塗料が抗菌効果を有する。周知の抗菌塗料は、ナノ二酸化チタン又はナノ酸化亜鉛をナノ抗菌粒子とし、紫外線、酸素、水などの条件で良好な抗菌性能を有する光触媒抗菌塗料と、ナノ金属銀をナノ抗菌粒子とし、ナノ金属銀の抗菌作用が外界からの影響が小さいので、適用範囲が広い抗菌塗料の二種類に分けられる。

図１を参照する。塗布工程後の抗菌塗料２０中のナノ抗菌粒子２１の殺菌原理は、主に、当該ナノ抗菌粒子２１が空気中の細菌３と接触して当該細菌３の細胞膜３１を破壊し、当該細菌３の組織液が外に流れ、タンパク質の凝固現象が生じ、細菌３が活性を失い、最終的に当該細菌３のＤＮＡ合成が阻害され、分裂繁殖能力が失われることで死亡するため、確実に抗菌効果を達成することができる。

しかしながら、ナノ抗菌粒子２１として、ナノ二酸化チタン又はナノ酸化亜鉛を採用しても、ナノ金属銀を採用しても、塗布工程前に、これらのナノ抗菌粒子２１は、ドープ撹拌方式で当該抗菌塗料２０に加えられるので、多数のナノ抗菌粒子２１は、当該抗菌塗料２０の中心内部に分散し、少数のナノ抗菌粒子２１は、当該塗料２０の表面に近くなる。このため、当該抗菌塗料２０の中心内部に位置する多数のナノ抗菌粒子２１は、殺菌しにくくなり、無駄になる。また、当該塗料２０の表面に近いナノ抗菌粒子２１は、少数だけなので、周知の抗菌塗料２０の抗菌効果には限界がある。

したがって、前記課題を克服できる抗菌塗料、抗菌塗料の製造方法、及び抗菌コーティングが求められている。

本発明の目的は、複数の二酸化ケイ素粒子により、複数のナノ抗菌粒子を抗菌コーティングの表面に近い位置に集中させる抗菌コーティングを提供することにある。

前記目的に対し、本発明は、少なくとも水性樹脂と、複数の塗料助剤と、残量の水とを含む塗料本体と、当該塗料本体内に混合され、複数の二酸化ケイ素粒子を含む二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末と、前記塗料本体内にも混合され、複数のナノ抗菌粒子を含むナノ抗菌溶液とを含み、前記抗菌塗料が抗菌コーティングとして硬化した場合に、これらの二酸化ケイ素粒子により、これらのナノ抗菌粒子を前記抗菌コーティングの表面に近い位置に集中させ、前記抗菌コーティングが表面層及び中間層を含み、当該表面層におけるこれらのナノ抗菌粒子の数量割合が当該中間層におけるこれらのナノ抗菌粒子の数量割合より大きい、抗菌塗料を提供する。

本発明は、少なくとも水性樹脂と、複数の塗料助剤と、残量の水とを含む塗料本体を提供する工程と、複数の二酸化ケイ素粒子を含む二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末を当該塗料本体内に混合する工程と、複数のナノ抗菌粒子を含むナノ抗菌溶液を前記塗料本体内にも混合して抗菌塗料を完成する工程とを含み、前記の水が揮発し、当該抗菌塗料が抗菌コーティングとして硬化した場合に、これらの二酸化ケイ素粒子により、これらのナノ抗菌粒子を前記抗菌コーティングの表面に近い位置に集中させ、前記抗菌コーティングが表面層及び中間層を含み、当該表面層におけるこれらのナノ抗菌粒子の数量割合が当該中間層におけるこれらのナノ抗菌粒子の数量割合より大きい、抗菌塗料の製造方法をさらに提供する。

本発明は、少なくとも水性樹脂及び複数の塗料助剤を含む塗料本体と、当該塗料本体内に混合された複数の二酸化ケイ素粒子と、当該塗料本体内に位置し、抗菌コーティングの表面に近い位置に集中する複数のナノ抗菌粒子とを含み、表面層及び中間層をさらに含み、当該表面層におけるこれらのナノ抗菌粒子の数量割合が当該中間層におけるこれらのナノ抗菌粒子の数量割合より大きい、抗菌コーティングをさらに提供する。
本発明は、プラスチックフィルムと、上述した抗菌コーティングであって、当該プラスチックフィルムに設けられた抗菌コーティングとを含む、抗ウイルステープをさらに提供する。

本発明の抗菌コーティングによれば、これらの二酸化ケイ素粒子により、これらのナノ抗菌粒子の多数を当該抗菌コーティングの表面に近い位置に集中させることにより、ナノ抗菌粒子が無駄になることがなく、当該ナノ抗菌溶液のコストを低減できる。これらのナノ抗菌粒子の多数は、当該抗菌コーティングの表面層付近に集中することで、当該抗菌コーティングの抗菌効果が制限されず、最適な抗菌効果を達成することができる。

周知の抗菌塗料の断面模式図である。本発明の実施例の抗菌塗料の製造方法のフローチャートである。本発明の実施例の抗菌コーティングの断面模式図である。本発明の実施例の抗ウイルステープの断面模式図である。本発明の実施例の抗菌コーティングの断面模式図であり、多数のナノ抗菌粒子が空気中の細菌と接触することを示す。

本発明の目的、特徴及び特点をより明らかに理解しやすくするために、以下に図面により本発明に係る実施例を詳細に説明する。

図２は、本発明の実施例の抗菌塗料の製造方法のフローチャートを示す。当該抗菌塗料の製造方法は、以下の工程を含む。

工程Ｓ１００では、少なくとも水性樹脂（水で希釈できる塗料であれば、いずれも水性塗料として定義する）と、複数の塗料助剤と、残量の水とを含む塗料本体を提供する。
例えば、当該塗料本体は、５０～８０％の水性樹脂と、２～１０％の塗料助剤と、残量の水とを含む。好ましくは、当該塗料本体は、６０～７０％の水性樹脂と、３～９％の塗料助剤と、残量の水とを含む。本実施例では、当該水性樹脂と、これらの塗料助剤と、残量の水とを当該塗料本体として混合する。当該塗料本体の色の需要に応じて、当該水性塗料は、さらにカラーペーストを含んでもよい。当該水性樹脂は、アクリル樹脂、ポリウレタン分散体樹脂、水性ポリウレタン（ＰＵＤ）樹脂及び水性ポリウレタンアクリレート樹脂から選択される少なくとも１種であってもよい。これらの塗料助剤は、水性消泡剤、水性レベリング剤、水性湿潤分散剤、水性増粘剤、密着剤、ピンホール除去助剤、中和剤、艶消し粉、光開始剤及び沈降防止剤から選択される複数種である。

例えば、第１の塗料本体の処方としては、６５％のＵＶ硬化型樹脂（例えば、水性ポリウレタンアクリレート樹脂）、０．５％の水性消泡剤（例えば、シリコーンアクリレート樹脂）、０．５％の水性レベリング剤（例えば、ポリエーテル－シロキサン共重合体）、３～５％の光開始剤（例えば、トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド）及び残量の水である。

例えば、第２の塗料本体の処方としては、第１の水性樹脂（例えば、アクリル樹脂）５０ＫＧ、第２の水性樹脂（例えば、ポリウレタン分散体樹脂）５０ＫＧ、第１の消泡剤（例えば、ポリエーテル－シロキサン共重合体エマルション）０．４ＫＧ、密着剤２ＫＧ、第２の消泡剤（例えば、キシレンポリシロキサンエマルション）１．２ＫＧ、逆浸透（ＲＯ）水４ＫＧ、ピンホール除去助剤０．５ＫＧ、黒色カラーペースト１１ＫＧである。

例えば、第３の塗料本体の処方としては、第１の水性樹脂（例えば、アクリル樹脂）４１ＫＧ、第２の水性樹脂（例えば、ポリウレタン分散体樹脂）４１ＫＧ、逆浸透（ＲＯ）水１０ＫＧ、消泡剤（例えば、ポリエーテル－シロキサン共重合体エマルション）０．２ＫＧ、銀色カラーペースト３．４ＫＧ、沈降防止剤２．６ＫＧ、密着剤２ＫＧである。

工程Ｓ２００では、複数の二酸化ケイ素粒子１３を含む二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末を、当該塗料本体内に混合する。
例えば、回転数２０００ｒｐｍで２０分間持続して撹拌し、当該二酸化ケイ素粉末を当該塗料本体内に撹拌混合する。これらの二酸化ケイ素粒子１３の粒子径は、１～１０ミクロンであってもよい。抗菌塗料は、９ｗｔ％以下の当該二酸化ケイ素粉末を含む(又は、抗菌コーティングは、９ｗｔ％以下の前記二酸化ケイ素粒子を含む)ことにより、二酸化ケイ素粉末(すなわち、二酸化ケイ素粒子)を過剰に添加することで塗料の光沢性が設計値より低くなることを回避する。

工程Ｓ３００では、複数のナノ抗菌粒子１１を含むナノ抗菌溶液を、当該塗料本体内にも混合して抗菌塗料を完成する。
例えば、総重量１００ｗｔ％で、当該抗菌塗料は、１～３ｗｔ％の当該二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末と、３～１５ｗｔ％の当該ナノ抗菌溶液と、残量の当該塗料本体とを含む。好ましくは、当該抗菌塗料は、１～２ｗｔ％の当該二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末と、４～６ｗｔ％の当該ナノ抗菌溶液と、残量の当該塗料本体とを含む。

これらのナノ抗菌粒子１１としては、ナノ金属又はナノ金属酸化物を採用する。当該ナノ金属は、ナノ金属銀であってもよく、当該ナノ金属酸化物は、ナノ二酸化チタン又はナノ酸化亜鉛であってもよい。本実施例では、本発明は、ナノ金属銀及びナノ二酸化チタンをともに使用することで、抗菌効果が良好となる。
ナノ抗菌溶液は、水で希釈されると、水性ナノ抗菌溶液として定義することができる。例えば、複数のナノ抗菌粒子１１は、０．０５～２％のナノ金属銀に由来し、残量の水が溶剤としてもよく、好ましくは、ナノ金属銀の含有量が０．５～１．５％である。これらのナノ抗菌粒子１１の粒子径が１０ナノメートルより小さく、好ましくは、約３～５ナノメートルである。ナノ抗菌粒子１１の濃度については、抗菌効果を良好にすることから、１００００～１２０００ｐｐｍのナノ抗菌粒子１１を含むナノ抗菌溶液を使用することができる。

図３ａを参照する。前記の水が揮発し、当該抗菌塗料１が抗菌コーティング１’として硬化した場合に、これらの二酸化ケイ素粒子１３により、これらのナノ抗菌粒子１１を当該抗菌コーティング１’の表面１０１に近い位置に集中させる。当該抗菌コーティング１’は表面層１４’及び中間層１５’を含み、当該表面層１４’におけるこれらのナノ抗菌粒子１１の数量割合が当該中間層１５’におけるこれらのナノ抗菌粒子１１の数量割合より大きい。換言すれば、この時の抗菌コーティング１’は、少なくとも水性樹脂及び複数の塗料助剤を含む塗料本体１０と、当該塗料本体１０内に混合された複数の二酸化ケイ素粒子１３と、当該塗料本体１０内に位置し、当該抗菌コーティング１’の表面１０１に近い位置に集中する複数のナノ抗菌粒子１１とを含む。
当該表面層１４’におけるこれらのナノ抗菌粒子１１の数量割合は、６０～９０％であり、当該中間層１５’におけるこれらのナノ抗菌粒子１１の数量割合は、１０～４０％である。抗菌効果をより良好にすることから、当該表面層１４’におけるこれらのナノ抗菌粒子１１の数量割合は８０～９０％であることが好ましい。本実施例では、当該表面層１４’及び当該中間層１５’の厚みは、それぞれ当該抗菌コーティング１’の総厚み（すなわち、当該表面層１４’及び当該中間層１５’の重ね合わせた厚み）の１０％及び９０％である。例えば、当該抗菌コーティング１’の厚みが、５μｍ以上であり、当該抗菌コーティング１’の厚みが大きいほど、当該表面層１４’におけるこれらのナノ抗菌粒子１１の数量が多くなる。

さらに、図３ａを参照する。当該抗菌塗料１は、基材１２に塗布されて当該抗菌コーティング１’として硬化してもよく、中間層１５’は、当該表面層１４’と当該基材１２との間に位置する。当該抗菌コーティング１’のこれらのナノ抗菌粒子１１と当該塗料本体１０との間の耐摩耗試験では、不織布（水に濡れたもの）で１．８ｋｇ／ｃｍ^２加圧し、当該抗菌コーティング１’の表面層を摩耗回数３０００回（ｃｙｃｌｅ）以上で摩耗させ、当該抗菌コーティング１’のこれらのナノ抗菌粒子１１と当該塗料本体１０との間の密着性が５ｂである。密着性５ｂとは、刻線のエッジが極めて滑らかであり、正方形の碁盤目状のコーティングの剥離が一切ないＡＳＴＭＤ３３５９試験方法Ｂ（クロスカット法(Ｃｒｏｓｓ－ｃｕｔ)）による密着性のレベルを指す。当該塗布方法として、バーコーティング（ｂａｒｃｏａｔｉｎｇ）、スライドコーティング（ｓｌｉｄｅｃｏａｔｉｎｇ）、カーテンコーティング（ｃｕｒｔａｉｎｃｏａｔｉｎｇ）及びスプレーコーティング（ｓｐｒａｙｃｏａｔｉｎｇ）の少なくとも１種を採用し、当該基材１２は、有機基板（例えば、木材又はプラスチックなど）又は無機材料（例えば、金属又はガラスなど）であってもよい。

また、さらに図３ｂを参照する。当該抗菌塗料１は、プラスチックフィルム１２’に塗布されて当該抗菌コーティング１’として硬化してもよい。すなわち、当該抗菌コーティング１’を当該プラスチックフィルム１２’上に設け、抗ウイルステープ９を完成する。当該抗ウイルステープ９は、当該プラスチックフィルム１２’の貼着性（例えば、粘性貼着又は静電貼着）により、様々な物品８に貼り付けられている。当該物品８は、人の手が接触する様々な物品、例えば、電子製品（携帯電話、タッチパネルなど）のスクリーン、キーボードやマウス、デスクトップ、様々なグリップ、様々なスイッチなどであってもよい。当該プラスチックフィルム１２’は、透明のプラスチックフィルム又は有色のプラスチックフィルムであってもよい。

図４を参照する。本発明の多数のナノ抗菌粒子１１は、空気中の細菌３と接触して当該細菌３の細胞膜３１を破壊し、当該細菌３の組織液が外に流れ、タンパク質の凝固現象が生じ、細菌３が活性を失い、最終的に当該細菌３のＤＮＡ合成が阻害され、分裂繁殖能力が失われることで死亡し、確実に抗菌効果を達成することができる。なお、本発明のナノ抗菌溶液におけるナノ抗菌粒子１１が、抗ウイルス効果を有すると、乾燥後のナノ抗菌粒子も抗ウイルス効果を有する。

本発明の抗菌コーティングによれば、二酸化ケイ素粒子により、ナノ抗菌粒子の多数を当該抗菌コーティングの表面に近い位置に集中させることで、ナノ抗菌粒子が無駄になることがなく、当該ナノ抗菌溶液のコストを低減できる。これらのナノ抗菌粒子の多数は、当該抗菌コーティングの表面層付近に集中することで、当該抗菌コーティングの抗菌効果が限定されず、最適な抗菌効果を達成することができる（例えば、１５ｇ／ｍ^２抗菌効果＞９９％、抗菌試験は、ＪＩＳＺ２８０１に準じ、菌種：大腸菌）。

また、出願人は、さらに以下の実験を行った。

第１の実験では、本発明の図３に示す抗菌コーティングの表面層をこすり落としてから、表面層なし抗菌コーティングに対して抗菌試験を行った。しかしながら、このような抗菌コーティングの抗菌効果は好ましくない（例えば、１５ｇ／ｍ^２抗菌効果＜９９％、抗菌試験は、ＪＩＳＺ２８０１に準じ、菌種：大腸菌）。
したがって、本発明のこれらのナノ抗菌粒子の多数は、当該抗菌コーティングの表面層付近に集中することが示されており、一旦当該表面層のこれらのナノ抗菌粒子がこすり落とされると、当該抗菌コーティングの抗菌効果は当然好ましくない。

第２の実験では、本発明の工程Ｓ２００において、二酸化ケイ素粉末を当該塗料本体内に混合せずに、ナノ抗菌溶液を当該塗料本体内に混合し、他の抗菌塗料を完成し、当該抗菌塗料を他の基材上に塗布して他の抗菌コーティングとして硬化させた。しかしながら、このような抗菌コーティングの抗菌効果も好ましくない（例えば、１５ｇ／ｍ^２抗菌効果＜９９％、抗菌試験は、ＪＩＳＺ２８０１に準じ、菌種：大腸菌）。二酸化ケイ素粉末を当該塗料本体内に混合していないので、これらのナノ抗菌粒子の多数を当該抗菌コーティングの表面に近い位置に集中させることのできる二酸化ケイ素粒子はなく、当該抗菌コーティングの抗菌効果は当然好ましくない。
よって、二酸化ケイ素粒子により、これらのナノ抗菌粒子の多数を当該抗菌コーティングの表面層付近に位置させることができることが示されている。

出願人は、さらに、日本の一般財団法人ボーケン品質評価機構（ＢＯＫＥＮ）に本発明の抗ウイルス試験を委託した。抗ウイルス効果が極めて優れたという結果となった品質検査報告書を以下に示す。
送付日：２０２０年７月２０日
サンプル名称：新規ナノ複合材料ＰＮ５２２９プラスチックシート（すなわち、本発明の抗菌コーティング）
数量：２
試験項目：抗ウイルス試験
参照仕様：ＩＳＯ２１７０２、ＪＩＳＲ１７０２
試験方法：ＭＥＭ培地で約１０^８ＰＦＵ／ｍｌ以上のウイルス溶液を作製し、滅菌した蒸留水で１０倍希釈して試験用ウイルス溶液を調製しておく。５ｃｍの正方形の試験サンプルに０．４ｍｌの試験用ウイルス溶液を接種した後に、４ｃｍの正方形のカバーガラスで覆った。それを黒色の蛍光灯で４時間照射した。光照射後に、ジッパーバッグに入れ、１０ｍｌの溶離液を加えて十分にこすり、ウイルスを溶離させた。溶離液中のウイルスの感染値を計測し、「ＰＮ５２２９プラスチックシート（ブランクサンプル）」を対照サンプルとし、４時間照射後及び接種直後のデータを計測した。光源の種類：黒光蛍光灯２０ｗ２本（ＴＯＳＨＩＢＡＦＬ２０ＳＢＬＢ）、紫外線積算光量計：ＨａｍａｍａｔｓｕＰｈｏｔｏｎｉｃｓＫ．Ｋ．，Ｃ１０４２７，Ｈ１０４２８、光照射条件：０．２５ｍＷ／ｃｍ^２、４時間（２５±５℃）、カバーガラスの種類：ＯＨＰカバーガラス、保湿用ガラスの種類：ボロシリケートガラス、溶離液：ＳＣＤＬＰ培地、ウイルス感染値の試験方法：Ｐｌａｑｕｅａｓｓａｙ（プラーク法）
試験用ウイルス：インフルエンザウイルスＩｎｆｌｕｅｎｚａＡｖｉｒｕｓ（Ｈ１Ｎ１）、ＡＴＣＣＶＲ－１４６９

付注：ＩＳＯ２１７０２、２０１９抗ウイルス活性値の計算、計算方法：抗ウイルス活性値＝Ｕ_ｔ－Ａ_ｔ。本試験は、大阪微生物実験室によって行われた。

以上は、本発明が課題を解決するために採用した技術手段の好ましい実施形態又は実施例を記載したに過ぎず、本発明の特許実施の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の特許請求の範囲の内容に適合するもの、又は本発明の特許請求の範囲に基づいて行われる同等の変更及び修飾は、いずれも本発明の特許請求の範囲に含まれる。

１抗菌塗料
１’ 抗菌コーティング
１０塗料本体
１０１表面
１１ナノ抗菌粒子
１２基材
１２’ プラスチックフィルム
１３二酸化ケイ素粒子
１４’ 表面層
１５’ 中間層
２０抗菌塗料
２１ナノ抗菌粒子
３細菌
３１細胞膜
８物品
９抗ウイルステープ
Ｓ１００～Ｓ３００工程

Claims

少なくとも水性樹脂と、複数の塗料助剤と、残量の水とを含む塗料本体を提供する工程と、複数の二酸化ケイ素粒子を含む二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末を、当該塗料本体内に混合する工程と、複数のナノ抗菌粒子を含むナノ抗菌溶液を当該塗料本体内に混合して抗菌塗料を完成する工程とを含む抗菌塗料の製造方法であって、
当該抗菌塗料が９ｗｔ％以下の前記二酸化ケイ素粉末を含み、
当該二酸化ケイ素粉末を、当該塗料本体内に混合する工程では、回転数２０００ｒｐｍで２０分間持続して撹拌する、
抗菌塗料の製造方法。
少なくとも水性樹脂と、複数の塗料助剤と、残量の水とを含む塗料本体を提供する工程と、複数の二酸化ケイ素粒子を含む二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）粉末を、当該塗料本体内に混合する工程と、複数のナノ抗菌粒子を含むナノ抗菌溶液を当該塗料本体内に混合して抗菌塗料を完成する工程とを含む抗菌塗料の製造方法であって、
当該抗菌塗料が９ｗｔ％以下の前記二酸化ケイ素粉末を含み、
総重量１００ｗｔ％で、当該抗菌塗料は、１～２ｗｔ％の当該二酸化ケイ素粉末と、４～６ｗｔ％の当該ナノ抗菌溶液と、残量の当該塗料本体とを含み、当該ナノ抗菌溶液における前記複数のナノ抗菌粒子の濃度が、１００００～１２０００ｐｐｍである、
抗菌塗料の製造方法。