抗微生物陶瓷釉的製作方法

2023-10-09 12:12:54 1

專利名稱：抗微生物陶瓷釉的製作方法
技術領域：
本發明涉及抗微生物防護領域。更特別地，本發明涉及一種組合物，用於賦予陶瓷產品內在和持久的抗微生物特性。特別是，本發明涉及賦予陶瓷產品內在抗微生物特性的陶瓷上釉組合物。
背景技術：
過去幾年中，為產品提供內在抗微生物防護的領域已非常迅速地發展。它從曾經作為高質量或新的高端消費品和醫療裝置開始，已成長為在許多消費品中能找到的主流特性。消費者可去任何家庭改善中心看到成打的不然就是成百的產品聲稱具有一定程度的微生物生長或汙染抗性。一些主要零售商為這樣的抗微生物產品設有特定區域。
抗細菌產品已被引入到塑料、紡織品、液體、金屬塗層和一批其他類型的材料中。然而，仍然有一些消費品和商品領域，其中商業上可行的抗微生物產品的發展已證明是困難的。一個這樣的領域是陶瓷塗層。
陶瓷塗層通常用於儲存、處理或運輸水和液體廢物的產品。陶瓷抽水馬桶、小便池、坐式浴盆、浴盆、地板磚和其他浴室裝置也許是這類產品最普通的實例。
用於收集和運輸水的陶瓷產品經常被浮渣和生物來源(例如，細菌、真菌、黴菌、黴)的薄膜沾汙。至今，從這些陶瓷產品上除去生物浮渣和薄膜的主要方法是在局部清洗劑存在下摩擦陶瓷表面。此方法耗時並且對將來的生長提供很少或不能提供防護。一些清洗劑可破環陶瓷產品的表面。因此，對微生物生長和繁殖有內在防護的陶瓷塗層的發展方面存在巨大興趣。
陶瓷的文獻中描述了少數這樣內在的抗微生物塗層，但還沒有看到它們的商業成功。現有技術有一定限制。例如，陶瓷煅燒過程中的高溫典型地排除了有機抗微生物試劑的使用。無機的銀基抗菌劑太昂貴。氧化鋅已知具有抗微生物的特性並已用於陶瓷上釉組合物的製備。然而，只依賴氧化鋅作為抗微生物試劑的已知陶瓷上釉組合物並沒有充分表現出控制微生物在陶瓷表面生長和繁殖的抗微生物功效。從而，需要一種具有內在抗微生物防護的低成本陶瓷塗層。
因而，本發明的目的是提供一種新的和有用的抗微生物陶瓷塗層，能夠將抗微生物特性賦予廣泛的產品。
本發明更進一步的目的是以市場可接受的成本提供所述陶瓷塗層。而且，這種抗微生物陶瓷塗層應該對人安全，顯示出商業可接受的抗微生物的性質，最重要地是和現有陶瓷產品的生產方法兼容。
由要求保護的本發明所獲得的這些和其他目的，在一個實施方案中是一種抗微生物的陶瓷上釉組合物，含有一些硼酸鋅，其足以獲得商業上可接受的抗微生物功效水平。在優選實施方案中，此陶瓷上釉組合物也含有一些氧化鋅。
在進一步的實施方案中，本發明是一個顯示抗微生物性質的陶瓷製品。本發明的陶瓷製品至少有一個表面，並且在該表面的一部分上具有釉料。所述釉料包含一些硼酸鋅，其足以獲得商業上可接受的抗微生物功效水平。在優選實施方案中，此陶瓷上釉組合物也包含一些氧化鋅。
在又一個實施方案中，本發明是一種製造抗微生物陶瓷釉的方法，和一種製造包含抗微生物陶瓷釉的陶瓷製品的方法。
詳細說明 這裡所用的術語「微生物」或「微生物的」應當解釋為廣泛地包括微生物學家通常研究的微觀生物。這樣的微觀生物包括但不限於細菌和真菌以及其他單細胞生物如黴菌、黴和藻類。病毒微粒和其他傳染物也包括在術語微生物中。
為討論方便，本詳細說明可引用細菌和抗細菌劑。陳述的方法不應理解為以任何方式限制本發明的範圍。
要求保護的本發明涉及陶瓷塗層，並特別涉及陶瓷產品外表面上的陶瓷上釉。以下玻璃瓷或陶瓷生產的簡短討論作為輔助提供給讀者。根據浴室裝置生產的上下文提出討論。本領域的技術人員理解，其他陶瓷產品的生產方法也許與下面所提出的不同。然而，要求保護的本發明適用於任何這樣的差異。
典型陶瓷生產方法的初始階段是料漿(barbotine)或泥釉(slip)的生產，它是製成浴室陶瓷產品的一種粘土。料漿是從粘土、高嶺土、千枚巖、長石和石英的混合物而製得。
通過將料漿澆注到石膏或微孔樹脂製成的模子中鑄塑成單獨的毛坯(piece)。
使用石膏模子的鑄塑方法中，部件是通過石膏的毛細作用吸收含在料漿中的水而形成的。隨著水離開料漿，部件凝固到模子能夠被分開的程度。然後，仍然有延展性的部件從模子移開。
使用樹脂模的鑄塑方法稱為「高壓」方法。部件是通過樹脂模子的微孔在壓力作用下過濾含在料漿中的水而形成的。水是通過沿著模子注入壓縮空氣而除去。
一般地，石膏模子用於製造更複雜幾何形狀和小體積生產的部件。樹脂模子用於製造幾何形狀簡單和大體積生產的部件。
在鑄塑和從模子移開後，部件在受控溼度和溫度下(約90℃)的窯中進行乾燥。乾燥周期持續約7小時，將部件的水含量從約16％減少到不足1％。隨之，檢查部件以檢測可能的裂紋。然後，部件進到塗布過程。塗布過程通常是指搪瓷(enameling)步驟或上釉(glazing)步驟。
搪瓷步驟一般包含用配有排氣系統和水幕的單獨小室的噴槍將陶瓷釉質(也稱為陶瓷釉料)手工加到部件上。典型的陶瓷釉料是從高嶺土、長石、石英、染料和其他添加劑的混合物生產而成。一旦塗布，部件在連續窯中煅燒達到約1250℃的溫度，周期約15小時。煅燒過程賦予上釉部件色彩和玻璃瓷典型的透明外觀。
在一個實施方案中，本發明是陶瓷上釉組合物，在煅燒過程後提供了商業可接受的抗微生物功效。換句話說，要求保護的上釉，在從煅燒過程移出並沒有任何進一步處理(例如，陶瓷部件的進一步塗層或上漆)之後，減少或基本消除了微生物在陶瓷製品表面的生長和繁殖。
依本發明的抗微生物陶瓷上釉組合物包含通常用在陶瓷上釉配製中的成分加上一些足以獲得商業上可接受的抗微生物功效水平的硼酸鋅。
硼酸鋅是一種水合的礦物狀物質的通常術語。硼酸鋅最常用作阻燃劑和防煙劑的添加劑，但有時用作抗真菌試劑。然而，硼酸鋅在陶瓷塗層用作抗微生物劑是未知的。
對於完成的陶瓷產品，獲得商業上可接受的抗微生物功效水平的硼酸鋅量可依賴通常與產品相關聯的汙染水平而變化。然而，對於大多數商業應用，硼酸鋅濃度至少是約5,000ppm的硼酸鋅。超過約100,000ppm的濃度可對陶瓷釉料的美觀性有不利影響。優選硼酸鋅濃度約20,000ppm到約40,000。
在另一可選擇的實施方案中，依本發明的上釉組合物也包含一些游離氧化鋅。這裡用的游離氧化鋅指添加到上釉組合物中區分於硼酸鋅的額外量的氧化鋅。
在使用硼酸鋅和氧化鋅的組合的實施方案中，上釉組合物中硼酸鋅和氧化鋅的比率可在約90∶10到約10∶90的範圍內變動。優選約50∶50的比率，但是依賴成本考慮而改變。優選地，硼酸鋅對氧化鋅以約50∶50比率加入到陶瓷上釉組合物，硼酸鋅和氧化鋅的組合為基於陶瓷釉料組合物重量的約2重量％。
類似於使用硼酸鋅的實施方案，含有硼酸鋅和氧化鋅的陶瓷上釉組合物可至少含有約5,000ppm的硼酸鋅和氧化鋅的組合。優選地，含有硼酸鋅和氧化鋅組合的陶瓷上釉組合物具有約20,000ppm到約40,000ppm的所述組合。更優選約20,000ppm的所述組合。這樣的濃度，在不同比率下，當應用於塗有要求保護的上釉組合物的陶瓷表面時，獲得了超過99％的微生物種類減少。超過100,000ppm的濃度可對釉料的美觀性有不利影響。
如果需要，其他能夠經受得住搪瓷過程高溫的抗微生物試劑可添加到上釉組合物中。這樣的試劑包括，但不限於，銀(例如，銀鹽和銀沸石)，銅和其他已知金屬抗微生物試劑。這樣的試劑能夠以相對較小量加入，以補充殺生物活性而抗特定的病原體。當然，如果需要，這樣的金屬抗微生物試劑能加入更大的量。
在進一步實施方案中，本發明包含一個表現抗微生物性質的陶瓷製品。要求保護的抗微生物陶瓷製品包含一個有至少一個表面的陶瓷襯底和該表面的至少一部分上的釉料(glaze)。在此發明實施方案中用到的釉料與第一個發明實施方案所描述的相同。換句話說，釉料包含一些硼酸鋅或硼酸鋅和氧化鋅的組合，足以獲得商業上可接受的抗微生物功效水平。
在優選實施方案中，上釉將包括至少約5,000ppm的硼酸鋅。超過約100,000ppm的硼酸鋅的濃度可對上釉有不利的美觀影響。優選約20,000ppm到約40,000ppm的硼酸鋅濃度。作為選擇，釉料含有硼酸鋅和氧化鋅的組合，這裡硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度優選至少是約5,000ppm。優選地，硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度在約20,000ppm到約40,000ppm的範圍內變化。如果用硼酸鋅和氧化鋅的組合，硼酸鋅對氧化鋅的比率可為約90∶10到約10∶90，優選約50∶50。
在還進一步的實施方案中，本發明包含一種抗微生物陶瓷釉和具有抗微生物陶瓷釉的製品的製造方法。
依本發明的抗微生物陶瓷釉可通過添加硼酸鋅或硼酸鋅和氧化鋅的組合到現有的上釉組合物而製成，硼酸鋅和氧化鋅兩種都是有大量來源的商業上可用的。製備上釉組合物的本領域技術人員將理解硼酸鋅和氧化鋅可在製造上釉組合物過程中的任何時刻分別或結合添加。
當然，應該當心確保硼酸鋅(或硼酸鋅和氧化鋅的組合)的量足以獲得商業上可接受的抗微生物功效水平。在優選實施方案中，這些抗微生物試劑的量與前面上釉組合物討論中的相同。
要求保護的抗微生物陶瓷製品的製造方法非常近似於在前述詳細說明的開始所闡明的陶瓷製品一般製造方法。然而，依本發明的方法中，在從模子中除去製品上，該製品塗有依本發明的抗微生物陶瓷上釉組合物。然後，塗層製品照常煅燒，即使煅燒後該陶瓷塗層仍保留其抗微生物特性。
實施例 製備了一些陶瓷製品以測試所述含硼酸鋅和氧化鋅的組合的釉料的抗微生物特性。測試製品包含一個由標準商業料漿製成的下層陶瓷襯底。測試中所用釉料是標準釉料，包含石英砂、長石、碳酸鈣、瓷土、矽酸鋯，少量的CMC作粘合劑和少量的氧化鋅。不同量的硼酸鋅和氧化鋅加入到這個基本的釉料組合物。依本發明的釉料組合物通過噴霧應用於製品上。然後，製品在1200℃煅燒。無任何額外的氧化鋅或硼酸鋅而製備的一個測試製品用作對照。
根據下表製備了六個樣品和一個對照。
這六個樣品根據日本工業標準Z 28012000(Japanese IndustrialStandard Z 28012000)進行測試，它是對無機組分中抗菌功效的最常用的測試方法之一。測試中用到的生物體是大腸桿菌，是通常在人糞中發現的致病微生物，因而也通常在抽水馬桶和其他浴室產品上發現。測試結果以細菌減少的百分比報導。
上述結果證明依本發明的釉料表現了商業上可接受的相對於對照的抗大腸桿菌功效。
如前所述，依本發明的陶瓷釉料是為賦予多種陶瓷製品內在抗微生物防護而設計的。從而，本發明的範圍包括依本發明結合上釉的陶瓷製品。這樣的製品包括，但不限於，抽水馬桶、坐式浴盆、臉盆、毛巾架、肥皂盒、手紙盒、水控制設備(water control fixtures)(例如，熱和冷水把手)、瓷磚和其他陶瓷用品。
權利要求
1.一種抗微生物陶瓷上釉組合物，其包含一些足以獲得商業上可接受的抗微生物功效水平的硼酸鋅。
2.權利要求1的抗微生物陶瓷上釉組合物，其中當根據測試方法JIS Z2801:2000進行測試時，所述抗微生物陶瓷上釉組合物在24小時後表現出至少98％的相對細菌減少。
3.權利要求1的抗微生物陶瓷上釉組合物，其中所述抗微生物陶瓷上釉組合物的硼酸鋅濃度至少是約5,000ppm。
4.權利要求3的抗微生物陶瓷上釉組合物，其中所述抗微生物陶瓷上釉組合物的硼酸鋅濃度是約20,000ppm到約40,000ppm。
5.權利要求1的抗微生物陶瓷上釉組合物，進一步包含一些氧化鋅。
6.權利要求5的抗微生物陶瓷上釉組合物，其中所述抗微生物陶瓷上釉組合物的硼酸鋅與氧化鋅的比率是從約10∶90到約90∶10。
7.權利要求5的抗微生物陶瓷上釉組合物，其中所述抗微生物陶瓷上釉組合物的硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度至少是約5,000ppm。
8.權利要求7的抗微生物陶瓷上釉組合物，其中所述抗微生物陶瓷上釉組合物的硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度是從約20,000ppm到約40,000ppm。
9.一種陶瓷製品，含有權利要求1的抗微生物陶瓷上釉組合物。
10.一種陶瓷製品，含有權利要求5的抗微生物陶瓷上釉組合物。
11.權利要求9的陶瓷製品，其中所述陶瓷製品是從由抽水馬桶、坐式浴盆、臉盆、毛巾架、肥皂盒、手紙盒、水控制設備和瓷磚組成的組中選擇的。
12.權利要求10的陶瓷製品，其中所述陶瓷製品是從由抽水馬桶、坐式浴盆、臉盆、毛巾架、肥皂盒、手紙盒、水控制設備和瓷磚組成的組中選擇的。
13.一種表現抗微生物性質的陶瓷製品，所述製品包含具有至少一個表面的陶瓷襯底和在所述表面一部分上的釉料，所述釉料包含一些足以獲得商業可接受的抗微生物功效水平的硼酸鋅。
14.權利要求13的陶瓷製品，其中當根據測試方法JIS Z 2801:2000進行測試時，所述陶瓷製品在24小時後表現出至少98％的相對細菌減少。
15.權利要求13的陶瓷製品，其中所述釉料的硼酸鋅濃度至少是約5,000ppm。
16.權利要求15的陶瓷製品，其中所述釉料的硼酸鋅濃度是約20,000ppm到約40,000ppm。
17.權利要求13的陶瓷製品，進一步包含一些氧化鋅。
18.權利要求17的陶瓷製品，其中所述釉料的硼酸鋅和氧化鋅的比率是從約10∶90到約90∶10。
19.權利要求17的陶瓷製品，其中所述釉料的硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度至少是約5,000ppm。
20.權利要求19的陶瓷製品，其中所述釉料的硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度是從約20,000ppm到約40,000ppm。
21.權利要求13的陶瓷製品，其中所述陶瓷製品是從由抽水馬桶、坐式浴盆、臉盆、毛巾架、肥皂盒、手紙盒、水控制設備和瓷磚組成的組中選擇的。
22.權利要求17的陶瓷製品，其中所述陶瓷製品是從由抽水馬桶、坐式浴盆、臉盆、毛巾架、肥皂盒、手紙盒、水控制設備和瓷磚組成的組中選擇的。
23.一種具有內在抗微生物性質的陶瓷釉的形成方法，所述方法包含製備一種陶瓷上釉組合物，和添加一些足以獲得商業可接受的抗微生物功效水平的硼酸鋅到所述陶瓷上釉組合物中。
24.權利要求23的方法，其中所述陶瓷上釉組合物的硼酸鋅濃度至少是約5,000ppm。
25.權利要求24的方法，其中所述陶瓷上釉組合物的硼酸鋅濃度是從約20,000ppm到約40,000ppm。
26.權利要求23的方法，進一步包含向所述陶瓷上釉組合物中添加一些氧化鋅。
27.權利要求26的方法，其中所述陶瓷上釉組合物的硼酸鋅與氧化鋅的比率是從約10∶90到約90∶10。
28.權利要求26的方法，其中所述陶瓷上釉組合物的硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度至少是約5,000ppm。
29.權利要求28的方法，其中所述陶瓷上釉組合物的硼酸鋅和氧化鋅的組合濃度是從約20,000ppm到約40,000ppm。
30.權利要求23的方法，進一步包含用所述抗微生物陶瓷上釉組合物塗布襯底。
31.權利要求26的方法，進一步包含用所述抗微生物陶瓷上釉組合物塗布襯底。
32.權利要求30的方法，進一步包含煅燒所述塗布的襯底。
33.權利要求31的方法，進一步包含煅燒所述塗布的襯底。
34.權利要求32的方法，其中當根據測試方法JIS Z 2801:2000進行測試時，所述煅燒的塗布的襯底在24小時後表現出至少98％的相對細菌減少。
35.權利要求33的方法，其中當根據測試方法JIS Z 2801:2000進行測試時，所述煅燒的塗布的襯底在24小時後表現出至少98％的相對細菌減少。
36.權利要求32的方法，其中所述煅燒的塗布的襯底是從由抽水馬桶、坐式浴盆、臉盆、毛巾架、肥皂盒、手紙盒、水控制設備和瓷磚組成的組中選擇的。
37.權利要求33的方法，其中所述煅燒的塗布的襯底是從由抽水馬桶、坐式浴盆、臉盆、毛巾架、肥皂盒、手紙盒、水控制設備和瓷磚組成的組中選擇的。
全文摘要
一種抗微生物陶瓷上釉組合物，包含用於賦予大量陶瓷產品抗微生物特性的硼酸鋅。一種抗微生物上釉組合物和結合有抗微生物上釉組合物的產品的生產方法。
文檔編號A61K33/32GK1933733SQ200580008763
公開日2007年3月21日 申請日期2005年1月21日 優先權日2004年1月21日
發明者A·奧爾松, H·W·斯沃福德 申請人:密克羅伴產品公司