TWI556743B - Inhibition of bacteria and inhibition of algae growth of the composite material - Google Patents

Description

抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料

本發明此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，係屬於以化學技術產生出之新穎銅結合物，能對抗菌或消滅藻類生長之衛生防制領域發揮作用。

近年為了提升環境衛生需求，抗菌性商品大量使用在生活之中，依研究指出，部份金屬離子具備抗菌的效果。金屬離子抗菌原理當帶正電荷的金屬離子與細菌接觸時，帶負電荷的細菌細胞壁會因正負離子離子量不平衡而產生拉力，使細菌細胞壁產生破洞，進而影響到細菌的繁殖。

目前市面上應用最為廣泛的金屬離子抗菌材料為銀離子，銀離子抗菌材料雖為抗菌效果佳的材料，但因為其下列幾個缺點，使得有開發新的金屬離子材料的價值。銀離子抗菌材料的缺陷為1.價格昂貴2.銀離子的分解步驟繁雜3.易被光還原4.與氯離子反應後失去特性5.在極端條件下可導致銀質沉著甚至銀質沉澱症。

為了解決銀離子抗菌材料所面臨的問題，目前許多研究著重於開發鋅、銅離子等金屬離子複合材料。而美國環境保護局(EP-A)EP-A-2 012590研究已證實銅表面之抗微生物效果； EP-A-1 978 138也說明氧化銅中的銅離子可有效抗微生物。另外，傳統上也常用硫酸銅中的銅離子來消除水池中過多的藻類。一般來說金屬銅雖有抗微生物的效果，但金屬銅釋放出的銅離子速率較慢，無法快速釋放銅離子以達快速抑制細菌的功能，而硫酸銅等銅鹽類在水中釋放銅離子的速度又過於快速，且長期暴露接觸硫酸銅結果可能造成呼吸道刺激、肺及肝臟伴隨血色沉著病，傷害誤食硫酸銅鹽(2gm)可引致溶血性貧血、腎臟功能損害，甚至死亡，所以目前雖然有研究出銅離子具抗微生物效果，但如何快速釋放銅離子以達到快速抑制細菌功能？且長期暴露接觸也不易對人體造成傷害，是值得深入研究的發明課題。

有鑑於習見銀離子抗菌材料所面臨的問題，及難快速釋放銅離子以抑制細菌功能，且硫酸銅等長期暴露接觸會對人體造成傷害的種種缺失，本發明人乃積極研究改進之道，經過一番艱辛的發明過程，終於有本發明產生。

本發明即旨在尋找一個可替代銀離子抗菌材料的新材料製成，其可快速釋放銅離子以達到快速抑制細菌，且改善現在直接使用硫酸銅作為抑制細菌及抑制藻類生長使用上的安全問題。本發明開發此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，包含不同價數的銅化合物，其較佳的材料組成含有金屬銅(Cu)、氧化銅(CuO)、氧化亞銅(Cu₂O)等，具高比表面積之銅化合物，其係應用燃燒合成法，燒結出粉末粒徑為20~500nm，易於快速釋 放銅離子以快速抑制細菌，且為常人生活中能順利新陳代謝之微粒，使用安全有效。

至於本發明之詳細構造、作用原理、使用與功效，則照下列依附圖所作之說明即可得到完全的了解。

1‧‧‧銅

2‧‧‧氧化銅

3‧‧‧氧化亞銅

第一圖為本發明開發此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料之X光繞射圖。

第二圖為本發明開發此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料之電子顯微鏡照片圖一。

第三圖為本發明開發此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料之電子顯微鏡照片圖二。

第四圖為本發明開發此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料之電子顯微鏡照片圖三。

本發明開發此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，包含不同價數的銅化合物，其較佳的材料組成含有金屬銅(Cu)、氧化銅(CuO)、氧化亞銅(Cu₂O)等，成為粉末粒徑為20~500nm奈米粉末，具有30~80m²/g高比表面積之銅化合物，易於快速釋放銅離子以快速抑制細菌，且為常人生活中能順利新陳代謝之微粒，係由燃燒合成法製得三種價數當中二種或二種以上之銅結合物，最佳實施例包含以下步驟：

1.首先將含銅離子的金屬鹽類加入去離子水中，並與燃料依照合 適的比例均勻混合。

2.將配置完成的溶液加熱至含水量較少的膠體狀前驅物。

3.最後加熱150~350℃提供前驅物足夠的能量，使其產生自燃反應，即可得到粒徑20~500nm，具有30~80m²/g比表面積及粉結扎實度的奈米粉末固結體。上述製法其中，含銅離子的金屬鹽類可以為金屬鹵化物的CuCl₂、硝酸鹽的Cu(NO₃)₂、醋酸鹽的Cu(CH₃COO)₂、草酸鹽的CuC₂O₄、硫酸鹽的CuSO₄或碳酸鹽的CuCO₃，至於燃料可使用胺基酸類燃料，例如甘胺酸、肌胺酸、吡啶、苯胺、聯胺等。當然不限上述使用項目。

至於本發明此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料成份及效用等實驗成果，配合所附各圖敘述如下：

1. X光粉末繞射儀分析成份：本實驗係利用X光繞射儀得到的圖譜，來探討以燃燒法製出的銅結合物是否同時含有銅、氧化銅及氧化亞銅。測試結果如第一圖所示之X光繞射圖，其為2θ態對應強度之線條圖，將此圖與粉末繞射標準聯合會(Joint Committee on Power Diffraction Standards；JCPDS)所出版的資料庫中對照編號後，即可驗證出銅結合物包含零價的銅1、一價的氧化銅2及二價的氧化亞銅3。

2.掃描式電子顯微鏡(SEM)檢測顆粒尺寸：利用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察以燃燒法製成的銅結合物，以20000倍、50000倍及100000倍拍攝觀察，分別如第二圖、第三圖，及第 四圖之電子顯微鏡照片圖，其由許多20~500nm的顆粒所組成，且圖中可觀察出銅結構物堆疊為約2~10μm的多孔洞性團聚物。

3. BET比表面積分析儀檢測比表面積：比表面積的測定以Brunauer-Emmett5-Teller法(BET)，利用氮氣為置換氣體，於77.3K進行不同相對壓力時之氮氣吸附量，藉由BET等溫吸附方程式求得樣品之比表面積，以BET法量測以燃燒合成法製成的銅結合物，得到氮氣吸附為2~10mg/g，比表面積為30~80m²/g。

4.實驗不同型態的銅及不同價數的銅化合物釋出銅離子速率：實驗目的為比較經過燃燒合成法步驟產出的銅、氧化銅和氧化亞銅結合物(設為實驗的標的組)，跟傳統銅屬產品(設為實驗的對照組)進行粉末在水中釋放出銅離子的速率比較，而對照組又分設成商業用的銅粉(對照組之一)、氧化銅粉(對照組之二)、氧化亞銅粉(對照組之三)、銅箔(對照組之四)、一元銅幣(對照組之五)，及商業用的銅粉、氧化銅粉、氧化亞銅粉混合後的粉末(對照組之六、對照組之七)，以下為實驗步驟。

1.將對應實驗組數之八只燒杯以油性筆寫好編號，再貼一層膠帶保護。

2.除銅箔跟銅幣以外，其它各組實驗料各取0.4g的粉末預先壓錠為厚度0.125mm、直徑為10mm的圓錠形實驗樣品。

3.每只燒杯先裝入100ml的水，再將各組實驗樣品分別放入對應標號的燒杯中，皆攪拌十下，並分別在浸泡水5、10、30及60分鐘時，量測銅離子濃度並加以記錄，得出以下表列。

由此實驗觀察出經由燃燒合成法之本發明銅結合物壓錠的樣品，在5、10、30和60分鐘內，其釋出的銅離子數量較一般商業用的粉末高出許多，而對比同結合比例下，依據燃燒合成法生成本發明銅結合物所含的銅、氧化銅及氧化亞銅的比例(Cu+CuO+Cu₂O=1：2：3)以商業用粉末配至而成的樣品與本發明樣本比較其銅離子釋放量，發現浸泡至水中相同的時間內，本發明銅結合物銅離子釋放量約為商業用混合粉末的十倍，得證本發 明確實已達到提高釋出銅離子速率，更便於快速抑制細菌兼抑制藻類利用，另外，從商業用的銅、氧化銅及氧化亞銅粉末混合壓錠後所得的樣品，其銅離子釋放量比商業用不相混合的銅、氧化銅及氧化亞銅個別樣品所釋放的銅離子濃度高出許多，就可推論不同價數的銅之間存在著電子轉移現象，使得銅離子容易釋出水中。

由於本發明此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料遇到水時，一如上述對比實驗，可穩定且快速釋出一定量的銅離子，推估能提供>99%抗菌，顯示此為良好的抑制細菌及抑制藻類生長的材料，因此，本發明可廣泛於例如以下等多種場合應用。

1.應用於廁所馬桶、洗手台、門把等細菌含量較高的地方。

2.應用於花瓶、噴水池等可防止水中藻類生長及取代依賴抗菌素過高的問題。

3.應用於養殖業者水池、船底、漁網等藻類大量生長及附著的地方。

4.應用於取代需用酒精噴瓶殺菌場合，以和水噴瓶使用。

當然不限上述使用項目，凡舉無關飲食服用而須抑制細菌或抑制藻類生長等各種環境清潔場合，自當有其適用性，於此陳明。

從上所述可知，本發明之此種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，確實具有所述之功效，且未見諸公開使用，合 於專利法之規定，懇請賜准專利，實為德便。

須陳明者，以上所述者乃是本發明較佳具體的實施例，若依本發明之構想所作之改變，其產生之功能作用，仍未超出說明書與圖示所涵蓋之精神時，均應在本發明之範圍內，合予陳明。

1‧‧‧銅

2‧‧‧氧化銅

3‧‧‧氧化亞銅

Claims (10)

1. 一種抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，包含三種不同價數銅屬的銅化合物，成為粉末粒徑為20~500nm奈米粉末，具有30~80m²/g高比表面積之銅化合物，由燃燒合成法製得者，用以加水使該銅化合物在水中釋出銅離子來使用，抑制細菌及藻類生長之溶液。
2. 如申請專利範圍第1項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述包含不同價數的銅化合物，係由銅、氧化銅、氧化亞銅結合而成者。
3. 如申請專利範圍第1項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述燃燒合成法係首先將含銅離子的金屬鹽類加入去離子水中，並與燃料依照合適的比例均勻混合，再來將配置完成的溶液加熱至含水量較少的膠體狀前驅物，最後加熱150~350℃提供前驅物足夠的能量，使其產生自燃反應，得到粒徑20~500nm，具有30~80m²/g比表面積的奈米粉末固結體者。
4. 如申請專利範圍第3項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述含銅離子的金屬鹽類為金屬鹵化物的CuCl₂者。
5. 如申請專利範圍第3項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述含銅離子的金屬鹽類為硝酸鹽的Cu(NO₃)₂者。
6. 如申請專利範圍第3項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述含銅離子的金屬鹽類為醋酸鹽的Cu(CH₃COO)₂者。
7. 如申請專利範圍第3項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述含銅離子的金屬鹽類為草酸鹽的CuC₂O₄者。
8. 如申請專利範圍第3項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述含銅離子的金屬鹽類為硫酸鹽的CuSO₄者。
9. 如申請專利範圍第3項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述含銅離子的金屬鹽類為碳酸鹽的CuCO₃者。
10. 如申請專利範圍第3項之抑制細菌兼抑制藻類生長之複合材料，所述燃料為胺基酸類燃料者。