JPH0948638A - 抗菌性金属含有ガラス微小体および抗菌性を有する樹脂組成物 - Google Patents
抗菌性金属含有ガラス微小体および抗菌性を有する樹脂組成物Info
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Abstract
ずに、優れた抗菌性性を有する樹脂組成物を製造するた
めに添加する、抗菌性金属含有ガラス微小体および抗菌
性を有する樹脂組成物を提供する。 【解決手段】 水溶性高分子を含む処理剤を被覆してな
る抗菌性金属含有ガラス微小体、ならびにこの抗菌性金
属含有ガラス微小体を、樹脂組成物100重量部に対
し、0.1〜5重量部の比率で配合してなる抗菌性を有
する樹脂組成物である。
Description
ラス微小体、特に高い抗菌性を有する樹脂成形体を製造
するために、樹脂組成物に添加する抗菌性金属含有ガラ
ス微小体、およびこれを用いた優れた抗菌性を有する樹
脂組成物に関するものである。
ト,アパタイト,リン酸ジルコニウム塩化合物等に銀イ
オン等の抗菌活性を有する重金属イオンを担持させたも
の、あるいは、銀イオン,銅イオン等を含有する水溶解
性ガラスが知られている。しかし、これらを添加した樹
脂組成物、特にスチレン系樹脂組成物は、少量の添加量
で成形体の衝撃強度が著しく低下するという問題点があ
る。銅イオン等を含有する水溶解性ガラスを添加した樹
脂組成物の抗菌性は十分とは言えない。尚、本明細書で
は、抗細菌性とカビ抵抗性を併せて「抗菌性」と表現す
る。
な従来の問題点を解決して、成形体の機械特性、特に耐
衝撃性を低下させずに、優れた抗菌性、特にカビ抵抗性
を有する樹脂組成物を製造するために添加する抗菌性金
属含有ガラス微小体、および抗菌性を有する樹脂組成物
を提供することを目的とする。
を含む処理剤を被覆してなる抗菌性金属含有ガラス微小
体、ならびにこの抗菌性金属含有ガラス微小体を、樹脂
組成物100重量部に対し、0.1〜5重量部の比率で
配合してなる抗菌性を有する樹脂組成物である。
その表面に水溶性高分子を含む処理剤が被覆されてい
る。この処理剤は好ましくは、更にシランカップリング
剤を含有する。
処理される水溶性高分子およびシランカップリング剤に
ついて詳しく述べる。本発明において、ガラス粒子表面
に処理される水溶性高分子としては、合成の水溶性高分
子;でんぷん質(コーンスターチ,カルボキシルデンプ
ンなど),マンナン,海藻類(アルギン酸ナトリウムな
ど),植物粘質物(トラガントゴムなど),微生物粘質
物(デキストランなど),たんぱく質(ゼラチン、カゼ
インなど),セルロース(ビスコース、メチルセルロー
スなど)のような天然または半合成の水溶性高分子;を
挙げることができ、それらの中で、カルボキシル基,水
酸基,アミド基,およびアミノ基からなる官能基ならび
に、エーテル,ピロリドン,およびエチレンイミンから
なる側鎖から選ばれる少なくとも1種を有する水溶性合
成高分子が好適に用いられる。
て、ポリアクリル酸のNa塩あるいはアンモニウム塩,
ポリビニルアルコール(PVA),ポリエチレンオキサ
イド(PEO),ポリアクリルアミド,ポリビニルピロ
リドン,ポリエチレンイミンなどが挙げられる。これら
の中で、ポリビニルアルコールおよびポリビニルピロリ
ドンが特に好ましく用いられる。
性合成高分子の他にさらに含有させるシランカップリン
グ剤としては、反応性末端基として、アミノ基を含有す
るもの,ビニル基を含有するもの,メタクリロキシ基を
含有するもの,エポキシ基を含有するもの,グリシドキ
シ基を含有するもの,クロル基を含有するもの,メルカ
プト基を含有するもの,ウレイド基を含有するものを用
いることができ、これらの中から、繊維強化樹脂用のガ
ラス繊維の表面処理剤と同様に、使用するマトリックス
樹脂の種類に応じて適宜選択することができる。スチレ
ン系樹脂に対しては、ガラス微小体表面処理用シランカ
ップリング剤としては、アミノ基を有するものが好まし
く用いられる。アミノ基含有シランカップリング剤の具
体例としては、γ−アミノプロピル−トリエトキシシラ
ン,N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピル−
トリメトキシシランなどが挙げられる。又、シランカッ
プリング剤は、アミノ基を有するシランカップリング剤
を他のシランカップリング剤と混合して使用することも
でき、混合されるシランカップリング剤として、γ−グ
リシドキシプロピル−トリメトキシシラン,β−エポキ
シシクロヘキシルエチル−トリメトキシシラン,γ−メ
ルカプトプロピルトリメトキシシランなどが挙げられ
る。
せるために、補強用繊維例えばガラス繊維のような無機
繊維を樹脂組成物に配合する場合には、上記のシランカ
ップリング剤は必須ではなく、ガラス微小体を水溶性高
分子のみで表面処理しても機械的強度が低下することは
ない。しかし、樹脂組成物に補強用繊維を配合しない場
合には、水溶性高分子のみで表面処理したガラス微小体
は樹脂の機械的強度を低下させることが多いので、処理
剤に水溶性高分子および上記のシランカップリング剤を
含有させることが好ましく、それにより樹脂の機械的強
度の低下を防止することができる。
リング剤を含む処理剤における水溶性高分子の配合比率
は、10〜90重量%であることが好ましい。この配合
比率が10重量%未満では樹脂成形体からの銀イオン溶
出性を低下させ、樹脂成形体の抗菌力、特にカビ抵抗性
を低下させる傾向がある。また、この配合比率が90重
量%を超えると、シランカップリング剤の配合比率が1
0重量%未満になるため、補強用繊維で強化されていな
い樹脂組成物では、マトリックス樹脂と充填剤であるガ
ラス微小体との接着性が不十分なため、成形体の衝撃強
度を低下させる。より好ましい水溶性高分子の配合比率
は、30〜70重量%である。水溶性高分子およびシラ
ンカップリング剤を含む1種類の処理剤に代えて、ガラ
ス微小体の表面をシランカップリング剤含む処理剤で被
覆し(第1層(内側))、ついで水溶性高分子を含む処
理剤で被覆(第2層(外側))しても効果が得られる。
菌性を高めるのかは明らかではないが、樹脂体中に分散
してわずかながら存在する水分または樹脂体表面の水分
が、抗菌性金属含有ガラス微小体の表面に存在する水溶
性高分子の方に移動して、ガラス微小体表面での水分濃
度が高くなり、その結果ガラス微小体中の抗菌性金属イ
オンが溶出しやすくなるためではないかと推定される。
ング剤を含む処理剤の付着率は、0.05〜1重量%、
好ましくは0.1〜0.5重量%の割合でガラス微小体
表面に付着される。この量が0.05重量%未満ではマ
トリックス樹脂と充填剤であるガラス粒子との接着性が
十分ではなく、衝撃強度が低下する。また、1重量%よ
りも多く付着させても、衝撃強度は低下する傾向にあ
り、経済的にも不利となる。
解したシランカップリング剤水溶液と、所定濃度の水溶
性高分子水溶液を混合攪拌して得られる。この処理液を
スプレーあるいは浸漬等の方法でガラス微小体表面に付
着させた後、適当な温度、例えば110℃で2時間、加
熱乾燥することにより処理剤をガラス微小体表面に被覆
することができる。また、粒子状のガラス微小体ガラス
を用いるときは、ガラス粉砕時に該処理剤水溶液を粉砕
されるガラス塊、あるいは薄片と混合して粉砕すること
により表面処理することもできる。
どの抗菌性金属を含有する比表面積の大きなガラス微小
体であり、50μm以下の平均粒径を有する粒子、30
μm以下、より好ましくは1〜20μm、の直径を有す
る繊維、または厚みが5μm以下、より好ましくは厚み
が1〜3μm、で3〜100のアスペクト比を有するフ
レークであることが好ましい。50μm以下の平均粒径
を有する粒子状のガラス微小体は、1〜25μmの平均
粒径を有することがより好ましい。平均粒径が50μm
を超えると、ガラス粒子の樹脂中への均一分散が困難に
なるとともに、樹脂成形体の表面性を低下させるためで
ある。また平均粒径が1μm未満ではガラス粒子を作製
するのにコストがかかり、経済的に不利となる。
について詳しく述べる。ガラス組成として1価の銀イオ
ン,銅イオン,または亜鉛イオンを含有する珪酸塩ガラ
ス,ホウ珪酸塩ガラス,燐酸塩ガラスなどを用いること
ができる。それらの中で、銀イオンをAg2O表示で
0.05〜2.0重量%、ホウ酸を B2O3表示で18
〜60重量%含有するホウ珪酸塩ガラスが好適に使用さ
れる。更に好ましい具体的なガラス組成は重量%で表示
して、SiO2 25〜60,B2O318〜60,Al2
O3 0〜20,R2O(R=Li,Na,Kであり,R
2Oはそれら酸化物の合計) 8〜30,R’O(R’
=Ca,Mg,Zn,Baであり、R’Oはそれら酸化
物の合計) 0〜20,Ag2O 0.05〜2.0であ
る。
よる。SiO2 成分はガラスの骨格をなすものであっ
て、その含有率は25〜60重量%、好ましくは30〜
55重量%である。25重量%未満ではAgイオンおよ
びガラス成分の溶出量が多すぎて、抗菌ガラス用組成物
としての寿命(または耐久性)が極度に短くなる。逆
に、60重量%を超えると粘性が増大してガラスの溶融
が困難になると共に、AgイオンおよびB2O3の溶出量
が少なすぎて抗菌性能が十分でない。
に、ガラスの溶出を促進し、Ag1価イオンの安定化に
寄与するもので、18〜60重量%、好ましくは20〜
55重量%である。18重量%未満では溶出量が少なす
ぎて、抗菌性能が弱い。逆に、60重量%を超えると、
ガラスの溶出量が多すぎて寿命が極端に短くなると共
に、これ以上含有させてもAgイオン安定化にはあまり
効果がなく、潮解性も高くなるため樹脂成形用充填剤と
して使えない。
出を抑制し、Agイオン安定化に寄与するもので、0〜
20重量%、好ましくは1〜10重量%である。20重
量%を超えるとガラスの溶出が少なすぎて抗菌性能が弱
くなり、また粘性が増大してガラスも溶融し難い。
す) はガラスの溶融と溶出を促進するもので、Li
2O,Na2O,K2O の合計の含有量は8〜30重量
%、好ましくは10〜20重量%である。8重量%未満
では溶出促進の効果が少なく、30重量%を超えるとガ
ラスの溶出量が多すぎて耐久性に乏しい。
Baを表す)は必須成分ではないが、R2O と同じくガ
ラスの溶融と溶出を促進するものであり、CaO,Mg
O,ZnOおよびBaOの合計量は0〜20重量%、好
ましくは0〜10重量%である。20重量%を超える
と、R2O との併用でガラスの溶出量が多くなりすぎて
耐久性が乏しくなる。
菌性に必須の成分で、0.05〜2.0重量%、好まし
くは0.1〜1.0重量%である。0.05重量%未満
ではAgイオンの溶出が抑制されて抗菌性に乏しく、
2.0重量%を超えると抗菌性の少ない金属銀の析出が
かなり多くなり、かつガラス製造に要する費用も高価に
なる。
樹脂,アクリル樹脂,ポリオレフィン樹脂,ポリカーボ
ネート樹脂,塩ビ樹脂,フェノール樹脂,シリコン樹
脂,エポキシ樹脂,ウレタン樹脂,ポリアミド樹脂,ポ
リエステル樹脂等を挙げることができるが、それらの中
で吸水性が中程度の樹脂であるスチレン系樹脂,アクリ
ル樹脂が好適に用いられる。
ゴム変性ポリスチレン,スチレン−アクリロニトリル共
重合体(AS)樹脂,ゴム変性スチレン−アクリロニト
リル共重合体(ABS)樹脂,ポリカーボネート(P
C)樹脂/ABS樹脂ブレンド物,ポリブチレンテレフ
タレート(PBT)樹脂/ABS樹脂ブレンド物,ポリ
アミド(PA)樹脂/ABS樹脂ブレンド物,アクリル
樹脂/ABS樹脂ブレンド物を挙げることができる。樹
脂の機械的強度を上昇させるために補強用繊維、例えば
ガラス繊維のような無機繊維をこれら樹脂組成物100
重量部に対し、5〜60重量部の比率で配合した繊維強
化樹脂(FRPまたはFRTP)にも本発明を適用する
ことができる。繊維強化スチレン系樹脂としては、無機
繊維強化ポリスチレン,無機繊維強化ゴム変性ポリスチ
レン,無機繊維強化スチレン−アクリロニトリル共重合
体(AS)樹脂,無機繊維強化ゴム変性スチレン−アク
リロニトリル共重合体(ABS)樹脂,無機繊維強化ポ
リカーボネート(PC)樹脂/ABS樹脂ブレンド物,
無機繊維強化ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹
脂/ABS樹脂ブレンド物,無機繊維強化ポリアミド
(PA)樹脂/ABS樹脂ブレンド物,および無機繊維
強化アクリル樹脂/ABS樹脂ブレンド物等がある。
記水溶性高分子および好ましくはシランカップリング剤
で表面処理したガラス微小体と樹脂を、用いる樹脂の特
性に合わせて押出機で適当な温度で加熱、混練りするこ
とにより得ることができる。この様にして得た抗菌性樹
脂組成物は、射出成形,プレス成形,ブロー成形等の方
法により適当な成形体に成形される。抗菌性ガラス粒子
の添加量は、組成物100重量部に対して、0.1〜1
5重量部、好ましくは1〜5重量部が適当であり、マス
ターバッチの場合には、10〜30重量部とすることが
好ましい。また本発明は、これら樹脂成形体用のみでな
く樹脂塗料等にも適用することができる。
組成物は、成形体の衝撃強度を低下させることなく、抗
菌性,特にカビ抵抗性に優れる。
イオン溶出試験法,樹脂成形体の抗細菌性試験法,カビ
抵抗性試験法,衝撃強度試験法,および本発明の樹脂組
成物の製造例およびそれらの試験結果について述べる。
きのポリプロピレン製容器に、ペレット状の樹脂組成物
25gとイオン交換水50mlを入れ、25℃で24時
間放置後の水に溶出した銀イオン濃度を原子吸光分析法
で定量した。
(大腸菌) (ロ)試験 樹脂成形体(60mm×60mm,厚み3mm)上に菌
数が約106 /mlになるように調製した菌液0.2m
lを滴下(初期生菌数=2.5×105 /枚)し、これ
を35℃で24時間保存した後の樹脂成形体上の生菌数
を測定した。
7 (ロ)試験 上記カビ菌を使用する以外は、ASTM G21に準
じ、樹脂成形体上に胞子数が約106 /mlになるよう
に調製した胞子縣濁液0.5mlを検体及び培地上に均
等に噴霧し、28℃で3週間培養した後の検体上のカビ
生育状況を観察し、表1の基準にしたがってカビ抵抗性
を判定した。
準拠し、1/4”アイゾット衝撃強度(ノッチ有り)を
測定した。
5.0重量%,B2O3 50.0重量%,Na2O 1
5.0重量%,,Ag2O 1.0重量部になるよう
に、Naの炭酸塩,SiO2,H3BO3,AgNO3 を
原料として用いバッチを調合した。このバッチを白金る
つぼに入れ、1300℃で2時間溶融した後、水中に投
入して急冷させてガラス化させた後、ボールミルにて粉
砕し、平均粒径10μmのガラス粒子(ガラス粒子O)
を得た。
フ゜ロヒ゜ルトリエトキシシラン(日本ユニカー社製:A−1100)
およびγ-ク゛リシト゛キシフ゜ロヒ゜ルトリメトキシシラン(日本ユニカー社
製:A−187) をそれぞれイオン交換水に溶解、加
水分解させたシランカップリング剤水溶液と、水溶性高
分子であるポリビニルピロリドン(GAF社製:PVP
K30)およびポリビニルアルコール(クラレ社製:
KL506)の各水溶液とを水に溶解して、1000c
m3 の水溶液中に各成分が表2に示す配合(固形成分
g)で溶解した処理剤を、上記ガラス粒子(ガラス粒子
O)にスプレーにて被覆した後、110℃で2時間加熱
乾燥し、表に示す付着率の表面処理ガラス粒子A〜Nを
作製した。
ックス210」)にABS樹脂:ガラス粒子=100:
1の重量比になるように混合し、これをスクリュウ径5
0mmφの単軸押出機(田辺プラスチックス機械株式会
社製VS50−28V型,シリンダー温度220℃)で
混練り押出した後、水冷し、樹脂ペレットを作製した。
この樹脂ペレットを80℃で24時間乾燥後、射出成形
機(株式会社日本製鋼所製N70BII型,シリンダー温
度220℃,金型温度50℃)で射出成形して60mm
×60mmで厚み3mmの平板状の樹脂成形体を成形し
た。上記樹脂ペレットについて銀イオン溶出試験を、そ
して樹脂成形体について衝撃強度試験,抗細菌性試験,
およびカビ抵抗性試験を行った結果を表3に示す。 $ 実施例2〜11 実施例1で用いたガラス粒子Aに代えてガラス粒子B〜
Kを用いる以外は、実施例1と同様の手段により樹脂ペ
レットおよび樹脂成形体を作製し、試験を行い結果を表
3に示す。
Oを用いる以外は、実施例1と同様の手段により樹脂ペ
レットおよび樹脂成形体を作製し、試験を行い結果を表
3に示す。
する成形条件で樹脂成形体を作製し、試験を行い結果を
表3に示す。
実施例1〜11のガラス粒子を用いた樹脂組成物は衝撃
強度を低下させることなく、成形体の抗菌性、特にカビ
抵抗性を向上させることが分かった。
剤を用いて、直径約13μmのEガラス組成のガラス繊
維を約800本集束した、長さ約3mmのガラスチョッ
プドストランド,日本硝子繊維(株)製;「RES03
−TP89」)20重量%からなる樹脂配合物100重
量部に対し、ガラス粒子Aを1重量部混合し、これをス
クリュウ径50mmφの単軸押出機(田辺プラスチック
ス機械株式会社製VS50−28V型,シリンダー温度
250℃)で混練り押出した後、水冷し、樹脂ペレット
を作製した。この樹脂ペレットを80℃で24時間乾燥
後、射出成形機(株式会社日本製鋼所製N70BII型,
シリンダー温度250℃,金型温度50℃)で射出成形
して、60mm×60mmで厚み3mmの平板状の樹脂
成形体を成形した。上記樹脂ペレットについて銀イオン
溶出試験を、そして樹脂成形体について衝撃強度試験,
抗細菌性試験,およびカビ抵抗性試験を行った結果を表
4に示す。
B〜Lを用いる以外は、実施例12と同様の手段によ
り、樹脂ペレットおよび樹脂成形体を作製し、試験を行
い結果を表4に示す。
M〜Oを用いる以外は、実施例12と同様の手段によ
り、樹脂ペレットおよび樹脂成形体を作製し、試験を行
い結果を表4に示す。
P89)20重量%からなる樹脂配合物を用い、実施例
12と同様の手段により、樹脂ペレットおよび樹脂成形
体を作製し、試験を行い結果を表4に示す。
ガラス繊維強化の場合でも、実施例12〜23は樹脂成
形体の衝撃強度を低下させることなく、成形体の抗菌
性,特にカビ抵抗性を向上させることが分かった。
れたカビ抵抗性を有する樹脂組成物が得られ、この樹脂
組成物を用いて製造された樹脂成形体は、衝撃強度を低
下させることなく優れた抗菌性を示す。
Claims (16)
- 【請求項1】 水溶性高分子を含む処理剤を被覆してな
る抗菌性金属含有ガラス微小体。 - 【請求項2】 前記水溶性高分子が、カルボキシル基,
水酸基,アミド基,アミノ基,エーテル,ピロリドン,
エチレンイミンから選ばれる少なくともひとつの官能基
または側鎖を有するものである請求項1記載の抗菌性金
属含有ガラス微小体。 - 【請求項3】 前記処理剤はさらにシランカップリング
剤を含む請求項1記載の抗菌性金属含有ガラス微小体。 - 【請求項4】 前記シランカップリング剤が、反応性末
端官能基としてアミノ基を有するシランカップリング剤
を少なくともひとつ含む単独、または混合シランカップ
リング剤である請求項3記載の抗菌性金属含有ガラス微
小体。 - 【請求項5】 前記処理剤における水溶性高分子の配合
比率が、10〜90重量%である請求項1〜2記載の抗
菌性金属含有ガラス微小体。 - 【請求項6】 前記処理剤が前記ガラス微小体に対し
て、0.05〜1重量%被覆されている請求項1〜5記
載の抗菌性金属含有ガラス微小体。 - 【請求項7】 前記ガラス微小体は、50μm以下の平
均粒径を有する粒子、30μm以下の直径を有する繊
維、または厚みが5μm以下で3〜100のアスペクト
比を有するフレークである請求項1記載の抗菌性金属含
有ガラス微小体。 - 【請求項8】 前記ガラス微小体は、1〜30μmの平
均粒径を有する粒子である請求項7記載の抗菌性金属含
有ガラス微小体。 - 【請求項9】 前記ガラス微小体は銀イオン,銅イオ
ン,または亜鉛イオンを含有する請求項1記載の抗菌性
金属含有ガラス微小体。 - 【請求項10】 前記ガラス微小体は銀イオンをAg2
O 表示で0.05〜2.0重量%、ホウ酸をB2O3表
示で18〜60重量%含有する請求項9記載の抗菌性金
属含有ガラス微小体。 - 【請求項11】 前記ガラス微小体は重量%で表示し
て、 SiO2 25〜60、 B2O3 18〜60、 Al2O3 0〜20、 R2O 8〜30、 (RはLi、NaおよびKであり、R2Oはそれら酸化
物の合計) R’O 0〜20 (R’はCa、Mg、Zn、およびBaであり、R’O
はそれら酸化物の合計)および Ag2O 0.05〜2.0 からなる組成を有するものである請求項10記載の抗菌
性金属含有ガラス微小体。 - 【請求項12】 請求項1〜11記載の抗菌性金属含有
ガラス微小体を、樹脂組成物100重量部に対し、0.
1〜5重量部の比率で配合してなる抗菌性を有する樹脂
組成物。 - 【請求項13】 前記抗菌性金属含有ガラス微小体の他
に、更に補強用繊維を樹脂組成物100重量部に対し、
5〜60重量部の比率で配合してなる請求項12記載の
抗菌性を有する樹脂組成物。 - 【請求項14】 前記補強用繊維が、ガラス繊維である
請求項13記載の抗菌性を有する樹脂組成物。 - 【請求項15】 前記樹脂組成物がスチレン系樹脂から
なるものである請求項12〜14記載の抗菌性を有する
樹脂組成物。 - 【請求項16】 前記スチレン系樹脂が、ポリスチレ
ン,ゴム変性ポリスチレン樹脂,スチレン−アクリロニ
トリル共重合体樹脂,ゴム変性スチレン−アクリロニト
リル共重合体樹脂(ABS樹脂),ポリカーボネート樹
脂とABS樹脂とのブレンド物,プリブチレンテレフタ
レート樹脂とABS樹脂とのブレンド物,ポリアミド樹
脂とABS樹脂のブレンド物,およびアクリル樹脂とA
BS樹脂のブレンド物からなる群から選ばれる少なくと
も1種の樹脂である請求項15記載の抗菌性を有する樹
脂組成物。
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