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抗微生物玻璃組合物,含所述組合物的玻璃和聚合物制品的制作方法

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抗微生物玻璃組合物,含所述組合物的玻璃和聚合物制品的制作方法與工藝
本申請(qǐng)根據(jù)35U.S.C.§119要求下述申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán):2014年08月8日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/034,842,2014年08月8日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/034,834,2014年07月18日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?2/026,186,2014年07月18日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/026177,2014年05月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/992,987,2014年05月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/992,980,2014年02月19日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/941,690,2014年02月19日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/941,677,本申請(qǐng)以這些申請(qǐng)的內(nèi)容為基礎(chǔ)并通過(guò)參考將其完整地結(jié)合于此。背景本發(fā)明總體涉及抗微生物(antimicrobial)玻璃組合物和包含這種組合物的制品。具體來(lái)說(shuō),本文所述的各種實(shí)施方式涉及具有抗微生物性能特征的玻璃和包含這種玻璃的制品。包括觸摸激活或觸摸互動(dòng)設(shè)備的消費(fèi)者電子裝置制品,如屏幕表面(例如通過(guò)觸摸表面特定部分激活、具有用戶互動(dòng)能力的電子設(shè)備的表面),變得越來(lái)越普遍。隨著用戶與設(shè)備之間基于觸摸屏的互動(dòng)程度增加,表面包藏的微生物(例如細(xì)菌、真菌、病毒等)在用戶之間傳播的可能性也增大。此外,包括觸摸激活或觸摸互動(dòng)設(shè)備的外殼也包含存在這種微生物的表面,且其可一個(gè)用戶轉(zhuǎn)移到另一個(gè)用戶。微生物轉(zhuǎn)移的問(wèn)題也是用于醫(yī)療環(huán)境或辦公環(huán)境的設(shè)備、家具和建筑制品和其中用戶接觸表面的許多其它制品所關(guān)心的。為了將各種材料上的微生物的存在最少化,已賦予各種玻璃所謂的“抗微生物”性質(zhì);然而,本領(lǐng)域需要提供也呈現(xiàn)抗微生物性質(zhì)的整體制品(包括外殼和用作蓋板玻璃的任何玻璃)。因此,對(duì)于抗微生物制品的使用目的而言,用于某些應(yīng)用的抗微生物制品應(yīng)足夠耐久,同時(shí)還提供連續(xù)的抗微生物性質(zhì)且這種抗微生物性質(zhì)是被動(dòng)的并無(wú)需通過(guò)用戶或外部來(lái)源(例如UV光)來(lái)進(jìn)行額外活化。此外,抗微生物玻璃和制品應(yīng)提供受控的抗微生物活性。概述本發(fā)明的第一方面涉及包含載體和玻璃的制品。合適的載體的示例包含用于形成模塑制品、成型制品、基材上的涂層或其它這種制品的聚合物、單體、粘合劑、溶劑和其它材料。示例性涂層可包含抗摩擦涂層、呈現(xiàn)低摩擦系數(shù)的涂層或形成呈現(xiàn)低摩擦系數(shù)表面的涂層。一種或多種實(shí)施方式的玻璃還可包含組合物,以摩爾%計(jì)所述組合物包含:約40-約70的SiO2,約0-約20的Al2O3,約10-約50的含銅的氧化物,約0-約15的CaO,約0-約15的MgO,約0-約25的P2O5,約0-約25的B2O3,約0-約20的K2O,約0-約5的ZnO,約0-約20的Na2O,和約0-約5的Fe2O3。在一些實(shí)施方式中,含銅的氧化物的量大于Al2O3的量(在一些情況下,其可為約5摩爾%或更小)。在一些情況下,組合物可不含Al2O3。合適的含銅的氧化物的示例可包含CuO、Cu2O或其組合。一種或多種實(shí)施方式的制品可包含多個(gè)Cu1+離子、Cu金屬或其組合。在一些情況下,玻璃可基本上不含黑銅礦。一種或多種實(shí)施方式的玻璃可包含赤銅礦相和玻璃相。在一些實(shí)施方式中,赤銅礦相可包含晶體,所述晶體具有約5微米(μm)或更小,或甚至約1微米(μm)或更小的平均主要尺寸。本發(fā)明的第二方面涉及制品,所述制品包含載體和玻璃,所述玻璃具有多個(gè)Cu1+離子、包含B2O3,P2O5和R2O中至少一種的可降解的相和包含SiO2的耐久的相。可由本文所述的組合物形成玻璃。在一些情況下,以重量百分?jǐn)?shù)計(jì),耐久的相存在的量大于可降解的相。在存在水時(shí),一種或多種實(shí)施方式的可降解的相浸提(leaches)或是可浸提的。制品可任選地包含赤銅礦相,其可分散在可降解的相和耐久的相中的一種或兩種中。赤銅礦相可具有晶體,所述晶體具有約5微米(μm)或更小,約1微米(μm)或更小,或約500納米(nm)或更小的平均主要尺寸。赤銅礦相可占玻璃的至少約10重量%或至少約20重量%。在一種或多種實(shí)施方式中,玻璃包含含有多個(gè)銅離子的表面部分(具有小于約5納米(nm)的深度)。在一些實(shí)施方式中,所述多個(gè)銅離子中的至少75%是Cu1+。在其它實(shí)施方式中,所述多個(gè)銅離子中的小于約25%是Cu2+。本發(fā)明的第三方面涉及包含載體和無(wú)機(jī)材料的制品,其中所述無(wú)機(jī)材料包含表面和設(shè)置在表面上的多個(gè)Cu1+離子。無(wú)機(jī)材料可包含玻璃,且可由本文所述的組合物形成。無(wú)機(jī)材料可基本上不含黑銅礦。在一種或多種實(shí)施方式中,所述多個(gè)Cu1+離子可分散在玻璃網(wǎng)絡(luò)和/或玻璃基質(zhì)中。在一些情況下,玻璃網(wǎng)絡(luò)包含原子,所述原子與所述多個(gè)Cu1+離子是原子連接的。所述多個(gè)Cu1+離子可包含分散在玻璃基質(zhì)中的赤銅礦晶體。所述載體可包含聚合物、單體、粘合劑、溶劑或其組合。載體可包含抗摩擦材料例如氟碳、氟化硅烷和烷基全氟碳硅烷。本文所述的實(shí)施方式中所用的聚合物可包含有機(jī)聚合物或無(wú)機(jī)聚合物。示例性聚合物可包含熱塑性聚合物,聚烯烴,固化的聚合物,紫外或UV-固化的聚合物,聚合物乳液,溶劑基聚合物,及其組合。單體的具體示例包含可催化劑固化的單體、可熱固化的單體、可輻射固化的單體及其組合。以重量百分?jǐn)?shù)計(jì),本文所述的制品可包含約10:90-約90:10的玻璃和載體比例。在用于作為消毒劑的銅合金效率的EPA測(cè)試方法的測(cè)試條件(下文稱作“EPA測(cè)試”)下,本文所述的玻璃和制品可使下述中至少一種的濃度呈現(xiàn)大于或等于2的對(duì)數(shù)減少:金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus),產(chǎn)氣腸桿菌(Enterobacteraerogenes),綠膿假單胞菌(Pseudomomasaeruginosabacteria),耐甲氧西林(Methicillin)的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌(E.coli)。在JISZ2801(2000)測(cè)試條件下,根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的本文所述的玻璃和制品可使下述至少一種的濃度呈現(xiàn)大于或等于4的對(duì)數(shù)減少(例如,大于或等于5的對(duì)數(shù)減少):金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。在改變的JISZ2801(2000)(下文稱作“改變的用于細(xì)菌的JISZ2801測(cè)試”)測(cè)試條件下,本文所述的玻璃和制品的一種或多種實(shí)施方式還使下述至少一種的濃度呈現(xiàn)大于或等于4的對(duì)數(shù)減少(例如,大于或等于5的對(duì)數(shù)減少):金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。改變的用于細(xì)菌的JISZ2801(2000)測(cè)試如下文所更加詳細(xì)描述。在一種或多種實(shí)施方式中,在用于評(píng)估病毒的改變的JISZ2801(2000)測(cè)試條件(下文稱作“改變的用于病毒的JISZ2801”)下,根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的本文所述的玻璃和制品可使鼠諾如病毒(MurineNorovirus)的濃度呈現(xiàn)大于或等于2的對(duì)數(shù)減少(例如,大于或等于4的對(duì)數(shù)減少,或大于或等于5的對(duì)數(shù)減少)。改變的用于病毒的JISZ2801(2000)測(cè)試如下文所更加詳細(xì)描述。在一些實(shí)施方式中,在大于或等于1個(gè)月或大于或等于3個(gè)月的時(shí)間段內(nèi),玻璃和制品可呈現(xiàn)本文所述的對(duì)數(shù)減少(即,在EPA測(cè)試,JISZ2801測(cè)試條件,改變的用于細(xì)菌的JISZ2801測(cè)試和/或改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試下)。所述1個(gè)月時(shí)間段或3個(gè)月時(shí)間段可在形成玻璃之時(shí)或之后開始,或者在玻璃與載體結(jié)合之時(shí)或之后開始。在一種或多種實(shí)施方式中,當(dāng)暴露于或接觸浸提液時(shí),所述制品浸提銅離子。在一種或多種實(shí)施方式中,當(dāng)暴露于包含水的浸提液時(shí),所述制品只浸提銅離子。本文所述的制品可形成用于電子裝置的外殼。本發(fā)明的第四方面涉及制備抗微生物制品的方法。在一種或多種實(shí)施方式中,所述方法包含熔融玻璃組合物來(lái)形成包含多個(gè)Cu1+離子和玻璃相的玻璃,將所述玻璃形成為顆粒和纖維中的至少一種,將所述顆粒和纖維中的至少一種分散在載體中,例如聚合物(如本文所述)、單體或粘合劑,從而提供填充的載體,以及將填充的載體形成為抗微生物制品。所述玻璃組合物可包含本文所述的組合物。在以下的詳細(xì)描述中提出了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn),其中的部分特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言,根據(jù)所作描述就容易看出,或者通過(guò)實(shí)施包括以下詳細(xì)描述、權(quán)利要求書以及附圖在內(nèi)的本文所述的各種實(shí)施方式而被認(rèn)識(shí)。應(yīng)理解,前面的一般性描述和以下的詳細(xì)描述都僅僅是示例性的,用來(lái)提供理解權(quán)利要求的性質(zhì)和特性的總體評(píng)述或框架。所附附圖提供了對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解,附圖被結(jié)合在本說(shuō)明書中并構(gòu)成說(shuō)明書的一部分。附圖說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式,并與說(shuō)明書一起用來(lái)解釋各種實(shí)施方式的原理和操作。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的成片材形式的抗微生物玻璃的側(cè)視圖;圖2是圖1所示抗微生物玻璃的局部放大視圖。圖3是根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的抗微生物玻璃的透視電子顯微(TEM)圖像;圖4是圖3所示抗微生物玻璃的橫截面的掃描電子顯微(SEM)圖像;圖5是圖3所示抗微生物玻璃的斷裂橫截面的SEM圖像;圖6是根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的抗微生物玻璃的SEM圖像;圖7A是在1650℃下熔融之后,在650℃下退火過(guò)夜之后,實(shí)施例30的橫截面的SEM-能量-色散X射線圖譜(EDX)超圖(hypermap);圖7B是在1650℃下熔融之后,在水中淬冷之后的實(shí)施例30橫截面的SEM-EDX超圖;圖8A顯示在800℃下額外地?zé)崽幚?小時(shí)之后,實(shí)施例30的斷裂橫截面;圖8B顯示在800℃下額外地?zé)崽幚?小時(shí)之后,實(shí)施例30的拋光的橫截面;圖9顯示根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的玻璃的抗微生物活性;圖10圖形化顯示當(dāng)形成為顆粒并與聚合物載體組合時(shí),在各種時(shí)間段之后的本文所述的抗微生物玻璃的抗微生物活性;圖11圖形化顯示根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的各種制品的抗微生物活性;圖12圖形化顯示根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的各種制品的抗微生物活性;圖13圖形化顯示具有不同量銅的玻璃的抗微生物活性;圖14顯示由實(shí)施例12和聚合物制備的注塑制品的圖像;以及圖15顯示根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的使用和不使用不同表面處理的注塑制品的抗微生物活性。詳細(xì)描述下面詳細(xì)參考本發(fā)明的各種實(shí)施方式,這些實(shí)施方式的例子在附圖中示出。本發(fā)明的第一方面涉及抗微生物玻璃組合物和由這種組合物制成的玻璃或包含這種組合物的玻璃。本文所述的玻璃的抗微生物性質(zhì)包含抗病毒和/或殺菌性質(zhì)。如本文所使用,術(shù)語(yǔ)“抗微生物的”指材料或材料表面將殺滅或抑制細(xì)菌、病毒和/或真菌的生長(zhǎng)。如本文所用的術(shù)語(yǔ)并不表示材料或材料表面能夠殺滅或抑制該族中所有微生物物種的生長(zhǎng),而是能夠殺滅或抑制一種或多種來(lái)自該族的微生物物種的生長(zhǎng)。本文所用術(shù)語(yǔ)“對(duì)數(shù)減少”表示Log(Ca/C0),其中Ca=抗微生物表面的菌落形成單位(CFU)數(shù)量,C0=不是抗微生物表面的對(duì)照表面的菌落形成單位(CFU)數(shù)量。例如,3對(duì)數(shù)減少等于殺滅約99.9%細(xì)菌、病毒和/或真菌,5對(duì)數(shù)減少=殺滅99.999%細(xì)菌、病毒和/或真菌。在一種或多種實(shí)施方式中,抗微生物玻璃包含Cu物質(zhì)。在一種或多種替代實(shí)施方式中,Cu物質(zhì)可包含Cu1+,Cu0,和/或Cu2+。Cu物質(zhì)的總量可為大于或等于約10重量%。然而,如下文所更加詳細(xì)描述,使Cu2+的量最小化或降低之,從而抗微生物玻璃基本上不含Cu2+。Cu1+離子可存在于抗微生物玻璃表面和/或本體之上或之內(nèi)。在一些實(shí)施方式中,Cu1+離子存在于抗微生物玻璃的玻璃網(wǎng)絡(luò)和/或玻璃基質(zhì)中。當(dāng)Cu1+離子存在于玻璃網(wǎng)絡(luò)中,Cu1+離子原子地連接到玻璃網(wǎng)絡(luò)中的原子。當(dāng)Cu1+離子存在于玻璃基質(zhì)中時(shí),Cu1+離子可以分散于玻璃基質(zhì)中的Cu1+晶體的形式存在。在一些實(shí)施方式中Cu1+晶體包含赤銅礦(Cu2O)。在這種實(shí)施方式中,當(dāng)存在Cu1+晶體時(shí),可將材料稱作抗微生物玻璃陶瓷,其用于指具有晶體的特殊類型的玻璃,所述玻璃可進(jìn)行或不進(jìn)行傳統(tǒng)的陶瓷化過(guò)程,通過(guò)該陶瓷化過(guò)程在玻璃中引入和/或產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)晶體相。當(dāng)Cu1+離子以非晶體形式存在時(shí),材料可稱作抗微生物玻璃。在一些實(shí)施方式中,Cu1+晶體和不與晶體締合的Cu1+離子都存在于本文所述的抗微生物玻璃中。在一種或多種實(shí)施方式中,抗微生物玻璃可由組合物形成,以摩爾%計(jì),所述組合物可包含約40-約70的SiO2,約0-約20的Al2O3,約10-約30的含銅的氧化物,約0-約15的CaO,約0-約15的MgO,約0-約25的P2O5,約0-約25的B2O3,約0-約20的K2O,約0-約5的ZnO,約0-約20的Na2O,和/或約0-約5的Fe2O3。在這種實(shí)施方式中,含銅的氧化物的量大于Al2O3的量。在一些實(shí)施方式中,組合物可包含R2O含量,其中R可包含K,Na,Li,Rb,Cs及其組合。在本文所述的組合物的實(shí)施方式中,SiO2用作主要的形成玻璃的氧化物。組合物中存在的SiO2的量應(yīng)足以提供呈現(xiàn)適于其用途或應(yīng)用(例如,觸摸應(yīng)用、制品外殼等)的所需化學(xué)耐久性的玻璃??蛇x定SiO2的上限,以控制本文所述的組合物的熔融溫度。例如,過(guò)量的SiO2可使在200泊(poise)下的熔融溫度驅(qū)動(dòng)到高溫,在該高溫下可出現(xiàn)例如澄清氣泡的缺陷,或者在加工過(guò)程中和在所得玻璃中產(chǎn)生缺陷。此外,與大多數(shù)氧化物相比,SiO2降低通過(guò)所得玻璃的離子交換過(guò)程形成的壓縮應(yīng)力。換句話說(shuō),與不含過(guò)量SiO2的組合物形成玻璃相比,由具有過(guò)量SiO2的組合物形成的玻璃可能不可離子交換到相同程度。附加的或可選的,根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的組合物中存在的SiO2可增加所得玻璃的現(xiàn)有破碎性質(zhì)的塑性變形。由本文所述的組合物形成的玻璃中增加的SiO2含量還可增加玻璃的壓痕斷裂閾值。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含SiO2:約40-約70,約40-約69,約40-約68,約40-約67,約40-約66,約40-約65,約40-約64,約40-約63,約40-約62,約40-約61,約40-約60,約41-約70,約42-約70,約43-約70,約44-約70,約45-約70,約46-約70,約47-約70,約48-約70,約49-約70,約50-約70,約41-約69,約42-約68,約43-約67約44-約66,約45-約65,約46-約64,約47-約63,約48-約62,約49-約61,約50-約60和在那之間的所有范圍和子范圍。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含Al2O3:約0-約20,約0-約19,約0-約18,約0-約17,約0-約16,約0-約15,約0-約14,約0-約13,約0-約12,約0-約11約0-約10,約0-約9,約0-約8,約0-約7,約0-約6,約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3。約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,所述組合物是基本上不含Al2O3。如本文所使用,相對(duì)于組合物和/或所得玻璃的組分的術(shù)語(yǔ)“基本上不含”指在初始的配料或后續(xù)的后加工(例如,離子交換過(guò)程)中,沒有主動(dòng)地或故意地將該組分添加到組合物,但該組分可作為雜質(zhì)存在。例如,當(dāng)組分以小于約0.01摩爾%的量存在時(shí),組合物、玻璃可描述為基本上不含組分??烧{(diào)節(jié)Al2O3的量,來(lái)用作形成玻璃的氧化物和/或來(lái)控制熔融組合物的粘度。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信當(dāng)組合物中堿金屬氧化物(R2O)的濃度大于或等于Al2O3的濃度時(shí),發(fā)現(xiàn)鋁離子與用作電荷平衡劑的堿金屬離子形成四面體配位。這種四面體配位顯著增強(qiáng)由這種組合物形成的玻璃的各種后加工(例如,離子交換過(guò)程)。二價(jià)陽(yáng)離子氧化物(RO)也可在各種程度上對(duì)四面體鋁進(jìn)行電荷平衡。雖然元素(例如鈣、鋅、鍶和鋇)的行為與兩個(gè)堿性離子等同,但鎂離子的高場(chǎng)強(qiáng)度導(dǎo)致在四面體配位時(shí)它們不能完全電荷平衡鋁,導(dǎo)致形成五重-和六重-配位的鋁。通常,Al2O3可在可離子交換組合物和強(qiáng)化玻璃中起極其重要的作用,因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)骨架(即高應(yīng)變點(diǎn)),同時(shí)獲得堿金屬離子的較快速的擴(kuò)散率。然而,當(dāng)Al2O3濃度過(guò)高時(shí),組合物可呈現(xiàn)更低的液相線粘度,因此,可將Al2O3濃度控制在合理范圍之內(nèi)。此外,如下文所更加詳細(xì)描述,已發(fā)現(xiàn)過(guò)量Al2O3促進(jìn)形成Cu2+離子而不是形成所需的Cu1+離子。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含含銅的氧化物:約10-約50,約10-約49,約10-約48,約10-約47,約10-約46,約10-約45,約10-約44,約10-約43,約10-約42,約10-約41,約10-約40,約10-約39,約10-約38,約10-約37,約10-約36,約10-約35,約10-約34,約10-約33,約10-約32,約10-約31,約10-約30,約10-約29,約10-約28,約10-約27,約10-約26,約10-約25,約10-約24,約10-約23,約10-約22,約10-約21,約10-約20,約11-約50,約12-約50,約13-約50,約14-約50,約15-約50,約16-約50,約17-約50,約18-約50,約19-約50,約20-約50,約10-約30,約11-約29,約12-約28,約13-約27,約14-約26,約15-約25,約16-約24,約17-約23,約18-約22,約19-約21和在那之間的所有范圍和子范圍。在一種或多種具體實(shí)施方式中,含銅的氧化物可以約20摩爾%,約25摩爾%,約30摩爾%或約35摩爾%的量存在于組合物中。含銅的氧化物可包含CuO、Cu2O和/或其組合。組合物中的含銅的氧化物形成存在于所得玻璃中的Cu1+離子。銅可以包含Cu0,Cu1+,和Cu2+各種形式存在于組合物和/或包含所述組合物的玻璃中。處于Cu0或Cu1+形式的銅提供抗微生物活性。然而,難以形成和保持這些狀態(tài)的抗微生物銅,且通常在已知組合物中,形成Cu2+離子而不是所需的Cu0或Cu1+離子。在一種或多種實(shí)施方式中,在組合物中,含銅的氧化物的量大于Al2O3的量。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信組合物中約相同的量的含銅的氧化物和Al2O3導(dǎo)致形成黑銅礦(CuO)而不是赤銅礦(Cu2O)。黑銅礦的存在降低Cu1+的量且有利于Cu2+,因此導(dǎo)致降低的抗微生物活性。此外,當(dāng)含銅的氧化物的量約等于Al2O3的量,鋁優(yōu)選地處于四重配位,且組合物和所得玻璃中的銅仍然處于Cu2+形式,從而電荷仍然是平衡的。當(dāng)含銅的氧化物的量超過(guò)Al2O3的量時(shí),那么據(jù)信至少一部分的銅自由地仍然處于Cu1+狀態(tài)而不是Cu2+狀態(tài),因此Cu1+離子的存在增加。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含P2O5:約0-約25,約0-約22,約0-約20,約0-約18,約0-約16,約0-約15,約0-約14,約0-約13,約0-約12,約0-約11,約0-約10,約0-約9,約0-約8,約0-約7,約0-約6,約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,組合物包含約10摩爾%或約5摩爾%P2O5,或者,可基本上不含P2O5。在一種或多種實(shí)施方式中,P2O5形成玻璃中更不耐久的相或可降解的相的至少一部分。玻璃的可降解的相和抗微生物活性之間的關(guān)系如下文所更加詳細(xì)描述。在一種或多種實(shí)施方式中,可調(diào)節(jié)P2O5的量,從而控制在成形過(guò)程中組合物和/或玻璃的結(jié)晶。例如,當(dāng)P2O5的量限制到約5摩爾%或更小或甚至10摩爾%或更小時(shí),可使結(jié)晶最小化,或控制為均勻的。然而,在一些實(shí)施方式中,可不關(guān)心組合物和/或玻璃的結(jié)晶的量或均勻性,因此,組合物中所用P2O5的量可大于10摩爾%。在一種或多種實(shí)施方式中,可基于所需的玻璃耐損壞性來(lái)調(diào)節(jié)組合物中P2O5的量,盡管P2O5趨于在玻璃中形成更不耐久的相或可降解的相。雖然無(wú)意受限于理論,但相對(duì)于SiO2,P2O5可降低熔融粘度。在一些情況下,據(jù)信P2O5有助于抑制鋯石分解粘度(即,鋯石分解形成ZrO2的粘度),且就此而言比SiO2更有效。當(dāng)玻璃通過(guò)離子交換過(guò)程進(jìn)行化學(xué)強(qiáng)化時(shí),當(dāng)與有時(shí)稱作網(wǎng)絡(luò)形成劑(例如,SiO2和/或B2O3)的其它組分相比時(shí),P2O5可改善擴(kuò)散系數(shù),減少離子交換時(shí)間。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含B2O3:約0-約25,約0-約22,約0-約20,約0-約18,約0-約16,約0-約15,約0-約14,約0-約13,約0-約12,約0-約11,約0-約10,約0-約9,約0-約8,約0-約7,約0-約6,約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3,約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,組合物包含非零量的B2O3,其可為例如約10摩爾%或約5摩爾%。有些實(shí)施方式的組合物可基本上不含B2O3。在一種或多種實(shí)施方式中,B2O3在由所述組合物形成的玻璃中形成更不耐久的相或可降解的相。玻璃的可降解的相和抗微生物活性之間的關(guān)系如下文所更加詳細(xì)描述。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信在組合物中包含B2O3在包含這種組合物的玻璃中賦予耐損壞性,盡管B2O3趨于在玻璃中形成更不耐久的相或可降解的相。一種或多種實(shí)施方式的組合物包含一種或多種堿金屬氧化物(R2O)(例如,Li2O,Na2O,K2O,Rb2O和/或Cs2O)。在一些實(shí)施方式中,堿金屬氧化物改變這種組合物的熔融溫度和/或液相線溫度。在一種或多種實(shí)施方式中,可調(diào)節(jié)堿金屬氧化物的量來(lái)提供呈現(xiàn)較低熔融溫度和/或較低液相線溫度的組合物。雖然無(wú)意受限于理論,但添加堿金屬氧化物可增加包含這種組合物的抗微生物的玻璃的熱膨脹系數(shù)(CTE)和/或降低其化學(xué)耐久性。在一些情況下,通過(guò)添加堿金屬氧化物,可顯著改變這些性能特征。在一些實(shí)施方式中,本文所述的抗微生物玻璃可通過(guò)離子交換過(guò)程來(lái)化學(xué)強(qiáng)化,其中需要存在較小量的堿金屬氧化物(例如Li2O和Na2O)來(lái)促進(jìn)與更大堿金屬離子(例如,K+)的離子交換,例如用來(lái)自包含這種較大堿金屬離子的熔鹽浴的較大堿金屬離子交換來(lái)自抗微生物玻璃的較小堿金屬離子。通??蓪?shí)施三種類型的離子交換。一種這種離子交換包含Na+-用于-Li+交換,這得到較深的層深度但較低的壓縮應(yīng)力。另一種這種離子交換包含K+-用于-Li+交換,這得到較小的層深度但較大的壓縮應(yīng)力。第三種這種離子交換包含K+-用于-Na+交換,其得到中等層深度和壓縮應(yīng)力。在組合物中,可需要足夠高濃度的較小堿金屬氧化物以在包含這種組合物的抗微生物玻璃中形成較大壓縮應(yīng)力,因?yàn)閴嚎s應(yīng)力與從抗微生物玻璃交換出的堿金屬離子的數(shù)目成正比。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含K2O:約0-約20,約0-約18,約0-約16,約0-約15,約0-約14,約0-約13,約0-約12,約0-約11,約0-約10,約0-約9,約0-約8,約0-約7,約0-約6,約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3,約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,組合物包含非零量的K2O,或者組合物可基本上不含,如本文所定義,K2O。除了促進(jìn)離子交換以外,當(dāng)適用時(shí),在一種或多種實(shí)施方式中,K2O還可在由所述組合物形成的玻璃中形成更不耐久的相或可降解的相。玻璃的可降解的相和抗微生物活性之間的關(guān)系如下文所更加詳細(xì)描述。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含Na2O:約0-約20,約0-約18,約0-約16,約0-約15,約0-約14,約0-約13,約0-約12,約0-約11,約0-約10,約0-約9,約0-約8,約0-約7,約0-約6,約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3,約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,組合物包含非零量的Na2O,或者組合物可基本上不含,如本文所定義,Na2O。在一種或多種實(shí)施方式中,組合物可包含一種或多種二價(jià)陽(yáng)離子氧化物,例如堿土氧化物和/或ZnO??砂@種二價(jià)陽(yáng)離子氧化物來(lái)改善組合物的熔融性能。至于離子交換性能,二價(jià)陽(yáng)離子氧化物的存在可用于降低堿性遷移率,因此當(dāng)使用較大的二價(jià)陽(yáng)離子氧化物時(shí),可對(duì)離子交換性能具有負(fù)面影響。此外,與較大的二價(jià)陽(yáng)離子氧化物相比,較小的二價(jià)陽(yáng)離子氧化物通常更有助于在離子交換的玻璃中形成壓縮應(yīng)力。因此,例如MgO和ZnO的二價(jià)陽(yáng)離子氧化物對(duì)于改善應(yīng)力松弛同時(shí)使得對(duì)于堿金屬擴(kuò)散率的負(fù)面作用最小化具有許多優(yōu)勢(shì)。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含CaO:約0-約15,約0-約14,約0-約13,約0-約12,約0-約11,約0-約10,約0-約9,約0-約8,約0-約7,約0-約6,約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3,約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,所述組合物是基本上不含CaO。在一種或多種實(shí)施方式中,以摩爾%計(jì),所述組合物以下述量包含MgO:約0-約15,約0-約14,約0-約13,約0-約12,約0-約11,約0-約10,約0-約9,約0-約8,約0-約7,約0-約6,約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,所述組合物是基本上不含MgO。以摩爾%計(jì),一種或多種實(shí)施方式的組合物以下述量可包含ZnO:約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3,約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,所述組合物是基本上不含ZnO。以摩爾%計(jì),一種或多種實(shí)施方式的組合物以下述量可包含F(xiàn)e2O3:約0-約5,約0-約4,約0-約3,約0-約2,約0-約1,約0.1-約1,約0.2-約1,約0.3-約1,約0.4-約1,約0.5-約1,約0-約0.5,約0-約0.4,約0-約0.3約0-約0.2,約0-約0.1和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,所述組合物是基本上不含F(xiàn)e2O3。在一種或多種實(shí)施方式中,組合物可包含一種或多種著色劑。這種著色劑的示例包含NiO,TiO2,Fe2O3,Cr2O3,Co3O4和其它已知著色劑。在一些實(shí)施方式中,一種或多種著色劑可以最高達(dá)約10摩爾%的量存在。在一些情況下,一種或多種著色劑可以下述的量存在:約0.01摩爾%-約10摩爾%,約1摩爾%-約10摩爾%,約2摩爾%-約10摩爾%,約5摩爾%-約10摩爾%,約0.01摩爾%-約8摩爾%,或約0.01摩爾%-約5摩爾%。在一種或多種實(shí)施方式中,組合物可包含一種或多種成核劑。示例性成核劑包含TiO2、ZrO2和本
技術(shù)領(lǐng)域
所公知的其它成核劑。組合物可包含一種或多種不同成核劑。所述組合物的成核劑含量可為約0.01摩爾%-約1摩爾%。在一些情況下,成核劑含量可為約0.01摩爾%-約0.9摩爾%,約0.01摩爾%-約0.8摩爾%,約0.01摩爾%-約0.7摩爾%,約0.01摩爾%-約0.6摩爾%,約0.01摩爾%-約0.5摩爾%,約0.05摩爾%-約1摩爾%,約0.1摩爾%-約1摩爾%,約0.2摩爾%-約1摩爾%,約0.3摩爾%-約1摩爾%,或約0.4摩爾%-約1摩爾%,和在那之間的所有范圍和子范圍。由所述組合物形成的玻璃可包含多個(gè)Cu1+離子。在一些實(shí)施方式中,這種Cu1+離子形成玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分,且可表征為玻璃改性劑。雖然無(wú)意受限于理論,但當(dāng)Cu1+離子是玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分時(shí),據(jù)信在典型的玻璃形成過(guò)程中,熔融的玻璃的冷卻步驟進(jìn)行得太快,以實(shí)現(xiàn)含銅的氧化物(例如,CuO和/或Cu2O)的結(jié)晶。因此,Cu1+仍然處于無(wú)定形狀態(tài),且變成玻璃網(wǎng)絡(luò)的一部分。在一些情況下,不管是在晶體相中或在玻璃基質(zhì)中,Cu1+離子的總量可甚至更高,例如最高達(dá)40摩爾%,最高達(dá)50摩爾%,或最高達(dá)60摩爾%。在一種或多種實(shí)施方式中,由本文所述的組合物形成的玻璃包含Cu1+離子,其作為Cu1+晶體分散在玻璃基質(zhì)中。在一種或多種實(shí)施方式中,Cu1+晶體可以赤銅礦的形式存在。玻璃中存在的赤銅礦可形成與玻璃基質(zhì)或玻璃相不同的相。在其它實(shí)施方式中,赤銅礦可形成一種或多種玻璃相(例如,本文所述的耐久的相)的一部分,或者可與其締合。Cu1+晶體可具有下述平均主要尺寸:約5微米(μm)或更小,4微米(μm)或更小,3微米(μm)或更小,2微米(μm)或更小,約1.9微米(μm)或更小,約1.8微米(μm)或更小,約1.7微米(μm)或更小,約1.6微米(μm)或更小,約1.5微米(μm)或更小,約1.4微米(μm)或更小,約1.3微米(μm)或更小,約1.2微米(μm)或更小,約1.1微米或更小,1微米或更小,約0.9微米(μm)或更小,約0.8微米(μm)或更小,約0.7微米(μm)或更小,約0.6微米(μm)或更小,約0.5微米(μm)或更小,約0.4微米(μm)或更小,約0.3微米(μm)或更小,約0.2微米(μm)或更小,約0.1微米(μm)或更小,約0.05微米(μm)或更小,和在那之間的所有范圍和子范圍。如本文所使用,且涉及術(shù)語(yǔ)“平均主要尺寸”時(shí),單詞“平均”指平均的數(shù)值,單詞“主要尺寸”是如用SEM測(cè)量的顆粒的最大尺寸。在一些實(shí)施方式中,赤銅礦相可以下述量存在于抗微生物玻璃中:抗微生物玻璃的至少約10重量%,至少約15重量%,至少約20重量%,至少約25重量%和在那之間的所有范圍和子范圍。在一些實(shí)施方式中,玻璃可包含約70重量%或更多的Cu1+和約30重量%或更小的Cu2+。Cu2+離子以黑銅礦的形式存在和/或甚至以玻璃的形式存在(即,不是作為結(jié)晶相)。在一些實(shí)施方式中,以重量百分?jǐn)?shù)計(jì),玻璃中Cu的總量可為約10-約30,約15-約25,約11-約30,約12-約30,約13-約30,約14-約30,約15-約30,約16-約30,約17-約30,約18-約30,約19-約30,約20-約30,約10-約29,約10-約28,約10-約27,約10-約26,約10-約25,約10-約24,約10-約23,約10-約22,約10-約21,約10-約20,約16-約24,約17-約23,約18-約22,約19-約21和在那之間的所有范圍和子范圍。在一種或多種實(shí)施方式中,玻璃中Cu1+離子和Cu總量的比例是約0.5或更大,0.55或更大,0.6或更大,0.65或更大,0.7或更大,0.75或更大,0.8或更大,0.85或更大,0.9或更大或甚至1或更大,和在那之間的所有范圍和子范圍。Cu的量和Cu1+離子與總Cu的比例可用本
技術(shù)領(lǐng)域
所公知的電感耦合等離子體(ICP)技術(shù)來(lái)測(cè)定。在一些實(shí)施方式中,玻璃可呈現(xiàn)比Cu2+更大量的Cu1+和/或Cu0。例如,以玻璃中的Cu1+、Cu2+和Cu0的總量為基準(zhǔn)計(jì),Cu1+和Cu0的百分比之和可為約50%-約99.9%,約50%-約99%,約50%-約95%,約50%-約90%,約55%-約99.9%,約60%-約99.9%,約65%-約99.9%,約70%-約99.9%,約75%-約99.9%,約80%-約99.9%,約85%-約99.9%,約90%-約99.9%,約95%-約99.9%,和在那之間的所有范圍和子范圍。Cu1+、Cu2+和Cu0的相對(duì)量可使用本
技術(shù)領(lǐng)域
所公知的X射線熒光光譜(XPS)技術(shù)來(lái)測(cè)定。下文的表格報(bào)道了如用XPS測(cè)量的這些量。具體來(lái)說(shuō),表格報(bào)道了Cu2+的量以及Cu1+和Cu0的量之和。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信表1所示的大多數(shù)實(shí)施方式表明在進(jìn)行XPS的條件下,銅以Cu1+的形式存在。抗微生物玻璃包含至少第一相和第二相。在一種或多種實(shí)施方式中,抗微生物玻璃可包含兩個(gè)或多個(gè)相,其中基于給定相中的原子連接耐受與浸提液的相互作用的能力,所述相不同。具體來(lái)說(shuō),一種或多種實(shí)施方式的玻璃可包含可描述成可降解的相的第一相和可描述為耐久的相的第二相。術(shù)語(yǔ)“第一相”和“可降解的相”可互換使用。術(shù)語(yǔ)“第二相”和“耐久的相”可互換使用。如本文所使用,術(shù)語(yǔ)“耐久的”指在與浸提液相互作用過(guò)程中和之后,耐久的相的原子連接仍然保持完整的趨勢(shì)。如本文所使用,術(shù)語(yǔ)“可降解的”指在與一種或多種浸提液相互作用過(guò)程中和之后,可降解的相的原子連接斷裂的趨勢(shì)。在一種或多種實(shí)施方式中,耐久的相包含SiO2,可降解的相包含B2O3、P2O5和R2O中的至少一種(其中R可包含K、Na、Li、Rb和Cs中的任意一種或多種)。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信可降解的相的組分(即,B2O3,P2O5和/或R2O)更易于與浸提液相互作用,且抗微生物玻璃中這些組分相互之間的連接和其它組分的連接在與浸提液相互作用過(guò)程中或之后更容易斷裂。浸提液可包含水、酸或其它相似材料。在一種或多種實(shí)施方式中,可降解的相耐受1周或更長(zhǎng)、1個(gè)月或更長(zhǎng)、3個(gè)月或更長(zhǎng)或甚至6個(gè)月或更長(zhǎng)的降解。在一些實(shí)施方式中,壽命可表征為在特定的時(shí)間段內(nèi)保持抗微生物效率。在一種或多種實(shí)施方式中,以重量計(jì),耐久的相存在的量大于可降解的相的量。在一些情況下,可降解的相形成島,且耐久的相形成環(huán)繞島(即,耐久的相)的海。在一種或多種實(shí)施方式中,耐久的相和可降解的相中的一種或兩種可包含赤銅礦。在這種實(shí)施方式中,赤銅礦可分散在各相中或分散在兩個(gè)相中。在一些實(shí)施方式中,在不使用任何額外的抗微生物玻璃熱處理的情況下,發(fā)生相分離。在一些實(shí)施方式中,可在熔融過(guò)程中進(jìn)行相分離,且當(dāng)在最高達(dá)和包含約1600℃或1650℃的溫度下熔融玻璃組合物時(shí),可存在相分離。冷卻玻璃時(shí),保持相分離??蓪⒖刮⑸锊A峁槠模蚩删哂辛硪环N形狀例如顆粒、纖維等。在一種或多種實(shí)施方式中,如圖1和2所示,抗微生物玻璃100包含表面101和以小于或等于約5納米(nm)深度從表面101延伸進(jìn)入抗微生物玻璃的表面部分120。表面部分可包含多個(gè)銅離子,其中所述多個(gè)銅離子中的至少75%包含Cu1+-離子。例如,在一些情況下,表面部分中多個(gè)銅離子中的至少約80%,至少約85%,至少約90%,至少約95%,至少約98%,至少約99%或至少約99.9%包含Cu1+離子。在一些實(shí)施方式中,表面部分中多個(gè)銅離子中的25%或更小(例如,20%或更小,15%或更小,12%或更小,10%或更小或8%或更小)包含Cu2+離子。例如,在一些情況下,表面部分中多個(gè)銅離子中的20%或更小,15%或更小,10%或更小,5%或更小,2%或更小,1%或更小,0.5%或更小或0.01%或更小包含Cu2+離子。在一些實(shí)施方式中,控制抗微生物玻璃中Cu1+離子表面濃度。在一些情況下,可在抗微生物玻璃表面上提供約4ppm或更大的Cu1+離子濃度。在EPA測(cè)試下,一種或多種實(shí)施方式的抗微生物玻璃可使下述至少一種的濃度出現(xiàn)大于或等于2的對(duì)數(shù)減少(例如,2.5,3,3.5,4,4.5,5,5.5,6,6.5和在那之間的所有范圍和子范圍):金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。在一些情況下,在EPA測(cè)試下,抗微生物玻璃使下述至少一種的濃度呈現(xiàn)至少4對(duì)數(shù)減少,5對(duì)數(shù)減少或甚至6對(duì)數(shù)減少:金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。在JISZ2801(2000)測(cè)試條件下,根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的本文所述的玻璃可使下述至少一種的濃度呈現(xiàn)大于或等于4的對(duì)數(shù)減少(例如,大于或等于5的對(duì)數(shù)減少):金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。在改變的用于細(xì)菌的JISZ2801測(cè)試下,本文所述的玻璃的一種或多種實(shí)施方式還使下述至少一種的濃度呈現(xiàn)大于或等于4的對(duì)數(shù)減少(例如,大于或等于5的對(duì)數(shù)減少):金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。如本文所使用,改變的用于細(xì)菌的JISZ2801測(cè)試包含在具有改變的條件下的標(biāo)準(zhǔn)JISZ2801(2000)測(cè)試下評(píng)估細(xì)菌,包含在約38%-約42%的濕度下,將玻璃或制品加熱到約23℃-約37℃的溫度并保持約6小時(shí)。在本文所述的一種或多種實(shí)施方式,在改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試下,抗微生物玻璃使鼠諾如病毒呈現(xiàn)大于或等于2的對(duì)數(shù)減少,大于或等于3的對(duì)數(shù)減少,大于或等于4的對(duì)數(shù)減少,或大于或等于5的對(duì)數(shù)減少。改變的用于病毒的JISZ2801(2000)測(cè)試包括下述步驟。對(duì)于每一種待測(cè)試的材料(例如,一種或多種實(shí)施方式的制品或玻璃、對(duì)照材料和任何對(duì)比玻璃或制品),分別為3個(gè)材料樣品(容納在單個(gè)無(wú)菌培養(yǎng)皿中)接種20微升等份的測(cè)試病毒(其中測(cè)量抗微生物活性),或者包括含有或不含有測(cè)試病毒的5%胎牛血清的有機(jī)土壤裝載的測(cè)試培養(yǎng)基(其中測(cè)量細(xì)胞毒性)。然后,用膜覆蓋接種物,且將膜向下壓,從而測(cè)試病毒和/或測(cè)試培養(yǎng)基在膜上鋪展,但不鋪展超過(guò)膜的邊緣。當(dāng)給每一樣品進(jìn)行接種時(shí),暴露時(shí)間開始。然后,將接種的樣品轉(zhuǎn)移到設(shè)定到在42%相對(duì)濕度下的室溫(約20℃)的控制腔室,保持2小時(shí)。關(guān)于對(duì)照樣品的暴露時(shí)間如下所述。在2小時(shí)暴露時(shí)間之后,使用無(wú)菌鉗子抬起膜,且將2.00毫升等份的測(cè)試病毒和/或測(cè)試培養(yǎng)基用移液器單獨(dú)地轉(zhuǎn)移到每一材料樣品上,且膜的下側(cè)(或暴露于樣品的膜的側(cè)面)用于覆蓋每一樣品。使用無(wú)菌塑料細(xì)胞刮棒單獨(dú)地刮每一樣品的表面,以收集測(cè)試病毒或測(cè)試培養(yǎng)基。收集(以10-2稀釋)測(cè)試病毒和/或測(cè)試培養(yǎng)基,使用渦旋類混合機(jī)進(jìn)行混合,且制備系列10倍稀釋液。然后,評(píng)估稀釋液的抗微生物活性和/或細(xì)胞毒性。為了制備用于改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試的用于測(cè)試抗微生物活性的對(duì)照樣品(其也稱作“零時(shí)間病毒對(duì)照”),分別給3個(gè)對(duì)照樣品(容納在單獨(dú)的無(wú)菌培養(yǎng)皿中)接種20微升等份的測(cè)試病毒。在接種之后,立刻將2.00mL等份測(cè)試病毒用移液器吸取到各對(duì)照樣品上。使用無(wú)菌塑料細(xì)胞刮棒單獨(dú)地刮每一樣品的表面,以收集測(cè)試病毒。收集(以10-2稀釋)測(cè)試病毒,使用渦旋類混合機(jī)進(jìn)行混合,且制備系列10倍稀釋液。評(píng)估稀釋液的抗微生物活性。為了制備用于改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試的用于細(xì)胞毒性的對(duì)照樣品(其也稱作“2小時(shí)對(duì)照病毒”),為1個(gè)對(duì)照樣品(容納在單獨(dú)的無(wú)菌培養(yǎng)皿中)接種20微升的等份測(cè)試培養(yǎng)基,該測(cè)試培養(yǎng)基包含有機(jī)土壤負(fù)載(5%胎牛血清)但不含測(cè)試病毒。用膜覆蓋接種物,且擠壓膜,從而測(cè)試培養(yǎng)基在膜上鋪展,但不鋪展超過(guò)膜的邊緣。當(dāng)給每一對(duì)照樣品進(jìn)行接種時(shí),暴露時(shí)間開始。將對(duì)照樣品轉(zhuǎn)移到在42%的相對(duì)濕度下設(shè)定到室溫(20℃)的控制室,并保持2小時(shí)的暴露時(shí)間的持續(xù)時(shí)間。在該暴露時(shí)間之后,使用無(wú)菌鉗子抬起膜,且將2.00毫升等份的測(cè)試培養(yǎng)基用移液器單獨(dú)地轉(zhuǎn)移到每一對(duì)照樣品上以及膜的下側(cè)(暴露于樣品的那一側(cè))。使用無(wú)菌塑料細(xì)胞刮棒單獨(dú)地刮每一樣品的表面,以收集測(cè)試培養(yǎng)基。收集(以10-2稀釋)測(cè)試培養(yǎng)基,使用渦旋類混合機(jī)進(jìn)行混合,且制備系列10倍稀釋液。評(píng)估稀釋液的細(xì)胞毒性。一種或多種實(shí)施方式的抗微生物玻璃可在較長(zhǎng)時(shí)間段中呈現(xiàn)如本文所述的對(duì)數(shù)減少。換句話說(shuō),抗微生物玻璃可呈現(xiàn)延伸的或延長(zhǎng)的抗微生物效率。例如,在一些實(shí)施方式中,在形成抗微生物玻璃之后或在將抗微生物玻璃與載體(例如,聚合物,單體,粘合劑,溶劑等)組合之后最高達(dá)1個(gè)月、最高達(dá)3個(gè)月、最高達(dá)6個(gè)月或最高達(dá)12個(gè)月的時(shí)間段中,抗微生物玻璃可呈現(xiàn)本文所述的在EPA測(cè)試、JISZ2801(2000)測(cè)試條件、改變的用于細(xì)菌的JISZ2801測(cè)試和/或改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試下的對(duì)數(shù)減少。這些時(shí)間段可在形成抗微生物玻璃或者將抗微生物的玻璃與載體組合之時(shí)或之后開始。一種或多種實(shí)施方式,當(dāng)與本文所述的載體組合時(shí),抗微生物玻璃可呈現(xiàn)防腐功能。在這種實(shí)施方式中,抗微生物玻璃可殺滅或消除或減少載體中各種污穢物的生長(zhǎng)。污穢物包含真菌、細(xì)菌、病毒及其組合。在一種或多種實(shí)施方式中,當(dāng)暴露于或接觸浸提液時(shí),本文所述的玻璃和/或制品浸提銅離子。在一種或多種實(shí)施方式中,當(dāng)暴露于包含水的浸提液時(shí),所述玻璃只浸提銅離子。在一種或多種實(shí)施方式中,本文所述的抗微生物玻璃和/或制品可具有可調(diào)的抗微生物活性釋放。玻璃和/或制品的抗微生物活性通過(guò)抗微生物玻璃和浸提液(例如水)之間的接觸來(lái)產(chǎn)生,其中浸提液導(dǎo)致Cu1+離子從抗微生物玻璃釋放。這種作用可描述為水溶解度,且可調(diào)節(jié)水溶解度,以控制Cu+1離子的釋放。在一些實(shí)施方式中,當(dāng)Cu1+離子設(shè)置在玻璃網(wǎng)絡(luò)中和/或與玻璃網(wǎng)絡(luò)中的原子形成原子連接時(shí),水或濕度斷開那些連接,且Cu1+離子可用于釋放,并可在玻璃或玻璃陶瓷表面上暴露。在一種或多種實(shí)施方式中,抗微生物玻璃可在低成本的熔融槽中來(lái)形成,其通常用于熔融玻璃組合物例如鈉鈣硅酸鹽??墒褂帽?br>技術(shù)領(lǐng)域
所公知的工藝,將抗微生物玻璃形成為片材。例如,示例形成方法包括浮動(dòng)玻璃工藝,以及下拉法例如熔合拉制法和狹縫拉制法。抗微生物玻璃可單獨(dú)地或與其它材料組合地結(jié)合進(jìn)入各種制品,例如電子裝置(例如手機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦、視頻播放器、信息終端設(shè)備、筆記本電腦等)、建筑結(jié)構(gòu)(例如工作臺(tái)面或壁)、電器(例如爐灶面、冰箱門和洗碗機(jī)門等)、信息顯示器(例如白板)和汽車組件(例如擋泥板、擋風(fēng)玻璃、窗戶組件等)。當(dāng)用于這種制品時(shí),抗微生物玻璃可形成外殼和/或顯示器的至少一部分。在形成之后,可將抗微生物玻璃形成為片材,且可成形、拋光或以其它方式處理,用于所需的終端應(yīng)用。在一些情況下,可將抗微生物玻璃研磨成粉末或顆粒形式。在其它實(shí)施方式中,顆粒抗微生物玻璃可與其它材料或載體組合成用于各種終端應(yīng)用的制品??刮⑸锊AШ瓦@種其它材料或載體的組合可適用于注塑、擠出或涂覆或可拉制成纖維。這種其它材料或載體可包含如本文所述的聚合物、單體、粘合劑、溶劑或其組合。用于本文所述的實(shí)施方式的聚合物可包含熱塑性聚合物,聚烯烴,固化的聚合物,紫外或UV-固化的聚合物,聚合物乳液,溶劑基聚合物,及其組合。合適的聚合物的示例包括但不限于:熱塑性樹脂,包括聚苯乙烯(PS),高抗沖PS,聚碳酸酯(PC),尼龍(有時(shí)候稱作聚酰胺(PA)),聚(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)(ABS),PC-ABS摻混物,聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和PBT共聚物,聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及PET共聚物,聚烯烴(PO),其包括聚乙烯(PE),聚丙烯(PP),環(huán)狀聚烯烴(環(huán)狀-PO),改性的聚環(huán)氧丙烷(mPPO),聚氯乙烯(PVC),丙烯酸類聚合物,包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),熱塑性高彈體(TPE),熱塑性聚氨酯(TPU),聚醚酰亞胺(PEI)以及這些聚合物互相的摻混物。合適的可注塑的熱固性聚合物包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸類樹脂、苯乙烯類樹脂、酚醛樹脂、三聚氰胺樹脂、氨基甲酸酯、聚酯以及硅酮樹脂。在其它實(shí)施方式中,聚合物可溶解于溶劑中,或作為獨(dú)立的相分散在溶劑中并形成聚合物乳液,例如膠乳(其是合成橡膠或天然橡膠的水乳液,或通過(guò)聚合獲得的塑料,且特別地用于涂料(作為油漆)和膠粘劑)。聚合物可包含氟化硅烷或其它低摩擦或抗摩擦材料。所述聚合物可以包含抗沖改性劑、阻燃劑、UV抑制劑、防靜電劑、脫模劑、填料,包括玻璃、金屬或碳纖維或顆粒(包括球體)、滑石、粘土或云母,以及著色劑。單體的具體示例包含可催化劑固化的單體、可熱固化的單體、可輻射固化的單體及其組合。在一實(shí)施例中,可將丙烯酸類膠乳油漆與20重量%抗微生物玻璃組合,其為顆粒形式并具有約5微米(μm)的直徑。在一些實(shí)施方式中,油漆和抗微生物玻璃的所得組合包含約4重量%CuO。在一種或多種實(shí)施方式中,當(dāng)與例如聚合物,單體,粘合劑或溶劑的載體組合時(shí),抗微生物玻璃的量可為約50重量%-約85重量%。在一些實(shí)施方式中,以抗微生物玻璃和載體的總重量為基準(zhǔn)計(jì),抗微生物玻璃可以下述量存在:約55重量%-約85重量%,約60重量%-約85重量%,約65重量%-約85重量%,約50重量%-約80重量%,約50重量%-約75重量%,約50重量%-約70重量%和在那之間的所有范圍和子范圍。在這種實(shí)施方式中,存在的CuO總量可為約20重量%。在其它實(shí)施方式中,抗微生物玻璃和載體組合中存在的Cu2O的量可為約10重量%-約20重量%或具體來(lái)說(shuō),約15%。以體積%計(jì),抗微生物玻璃和載體的比例可為約90:10-約10:90,或具體來(lái)說(shuō)約50:50。在一種或多種實(shí)施方式中,可以顆粒形式提供抗微生物玻璃,并可具有下述直徑:約0.1微米(μm)(μm)-約10微米(μm)(μm),約0.1微米(μm)(μm)-約9微米(μm)(μm),約0.1微米(μm)(μm)-約8微米(μm)(μm),約0.1微米(μm)(μm)-約7微米(μm)(μm),約0.1微米(μm)(μm)-約6微米(μm)(μm),約0.5微米(μm)(μm)-約10微米(μm)(μm),約0.75微米(μm)(μm)-約10微米(μm)(μm),約1微米(μm)(μm)-約10微米(μm)(μm),約2微米(μm)(μm)-約10微米(μm)(μm),約3微米(μm)(μm)-約10微米(μm)(μm)約3微米(μm)(μm)-約6微米(μm)(μm),約3.5微米(μm)(μm)-約5.5微米(μm)(μm),約4微米(μm)(μm),-約5微米(μm)(μm),和在那之間的所有范圍和子范圍。顆粒抗微生物玻璃可為基本上球形的或可具有不規(guī)則形狀。可在溶劑中提供顆粒,然后分散在如本文其它地方所述的載體中。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信與只包含Cu2O(赤銅礦)的相同膠乳油漆相比,甚至當(dāng)使用相同量的銅時(shí),本文所述的抗微生物玻璃和載體的組合(例如膠乳油漆)提供顯著更大的抗微生物效率。在本文所述的抗微生物玻璃中的Cu1+晶體存在,甚至當(dāng)作為赤銅礦存在時(shí),趨于仍然保持處于Cu1+狀態(tài)。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信當(dāng)單獨(dú)地提供Cu2O時(shí),與本文所述的玻璃分離,Cu離子是更不穩(wěn)定的,且可從Cu1+變成Cu2+。本文所述的制品的抗微生物性能可受到制品表面上聚合物薄層的存在的影響。這個(gè)薄層可呈現(xiàn)疏水性,且可阻擋活性銅物質(zhì)(Cu1+)暴露于空氣,或浸提到表面。在一種或多種實(shí)施方式中,制品可使用聚合物,所述聚合物具有平衡的疏水-親水性質(zhì),其促進(jìn)浸提活性銅物質(zhì)。這種聚合物的示例包含吸濕/水溶性聚合物和表面活性劑,兩性聚合物和/或兩性聚合物和吸濕材料的組合。在一種或多種實(shí)施方式中,暴露于空氣和/或浸提活性銅物質(zhì)到表面可通過(guò)提供具有暴露的處理表面的制品來(lái)促進(jìn)。在一種或多種實(shí)施方式中,所述暴露的處理表面是已機(jī)械處理或化學(xué)處理的表面,從而將制品中包含的至少一些玻璃暴露于空氣或者從而在制品表面處提供一些玻璃。用于提供暴露的處理表面的具體方法包含砂紙打磨、拋光、等離子體處理(例如,空氣,N2,O2,H2,N2和/或氬氣基等離子體)和將除去聚合物材料薄層的其它方法。在一種或多種替代實(shí)施方式中,暴露的處理表面包含引入或到達(dá)暴露的處理表面的官能團(tuán)特別是羥基和羰基,從而使這種表面是更親水性的。通過(guò)提供暴露的處理表面,使活性銅物質(zhì)暴露于空氣,或更容易地浸提制品表面。為了改善加工性能、機(jī)械性質(zhì)以及聚合物和本文所述的玻璃(包含可使用的任何填料和/或添加劑)之間的相互作用,可在本文所述的制品中包含加工試劑/加工助劑。示例性加工試劑/加工助劑可包含固體或液體材料。加工試劑/加工助劑可提供各種擠出益處,且可包含硅酮基油、蠟和自由流動(dòng)的含氟聚合物。在其它實(shí)施方式中,加工試劑/加工助劑可包含相容劑/偶聯(lián)劑,例如有機(jī)硅化合物,如通常用于加工聚合物復(fù)合材料的有機(jī)硅烷/硅氧烷,用于改善機(jī)械性質(zhì)和熱性質(zhì)。這種相容劑/偶聯(lián)劑可用于表面改性玻璃,且可包括(3-3-丙烯酰氧基-丙基)三甲氧基硅烷;N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷;3-氨基丙基三-乙氧基硅烷;3-氨基丙基三甲氧基硅烷;(3-縮水甘油基丙基)三甲氧基硅烷;3-巰基-丙基三甲氧基硅烷;3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷;和乙烯基三甲氧基硅烷。在一些實(shí)施方式中,本文所述的制品可包含含有顏料的填料,其通常是還可添加用于顏色和其它目的的金屬基無(wú)機(jī)物,例如鋁顏料、銅顏料、鈷顏料、錳顏料、鐵顏料、鈦顏料、錫顏料、粘土顏料(自然形成的鐵氧化物)、碳顏料、銻顏料、鋇顏料和鋅顏料。在將本文所述的抗微生物玻璃與如本文所述的載體組合之后,可將組合形成為所需的制品。這種制品的示例包括用于電子裝置(例如手機(jī)、智能手機(jī)、平板電腦、視頻播放器、信息終端設(shè)備、筆記本電腦等)、建筑結(jié)構(gòu)(例如工作臺(tái)面或壁)、電器(例如爐灶面、冰箱門和洗碗機(jī)門等)、信息顯示器(例如白板)和汽車組件(例如擋泥板、擋風(fēng)玻璃、窗戶組件等)的外殼。在一種或多種實(shí)施方式中,制品可呈現(xiàn)所需的孔隙率,且可制成不同的形狀,包括復(fù)雜的形狀和處于不同的形式,包括塑料、橡膠和纖維/織物,其可具有相同或不同應(yīng)用。多孔制品還可用作抗微生物的過(guò)濾器。例如,可將制品擠出成蜂窩體結(jié)構(gòu),其不僅包含通道還包含多孔通道壁。在其它實(shí)施方式中,制品可包含高玻璃裝載。這種制品可由熔融法或濕工藝形成。在這種實(shí)施方式中,除了將制品自身用作抗微生物材料以外,可燒掉或除去聚合物,以提供純銅玻璃抗微生物制品,所述制品是多孔的且具有簡(jiǎn)單的或復(fù)雜的形狀。Cu(I)是用于有機(jī)反應(yīng)的優(yōu)異催化劑,特別是溫和的有機(jī)反應(yīng),例如丙烯酸單體的聚合和油脂化學(xué)應(yīng)用(例如,將脂肪酯氫解成脂肪醇,同時(shí)包括甲基酯和蠟酯過(guò)程,醇與胺的烷基化以及脂肪醇的胺化)等等。本文所述的制品可用于這種應(yīng)用。本文所述的制品的各種用途和應(yīng)用的示例參見圖13。在EPA測(cè)試下,包含抗微生物玻璃和聚合物的本文所述的制品可使下述中至少一種的濃度呈現(xiàn)大于或等于2的對(duì)數(shù)減少:金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。在一些情況下,在EPA測(cè)試下,所述制品使下述至少一種的濃度呈現(xiàn)至少4對(duì)數(shù)減少,5對(duì)數(shù)減少或甚至6對(duì)數(shù)減少:金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。在JISZ2801(2000)測(cè)試條件和/或改變的用于細(xì)菌的JISZ2801測(cè)試下,根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的本文所述的制品可使下述至少一種的濃度呈現(xiàn)大于或等于2的對(duì)數(shù)減少(例如,大于或等于3的對(duì)數(shù)減少,大于或等于4的對(duì)數(shù)減少,大于或等于5的對(duì)數(shù)減少):金黃色葡萄球菌,產(chǎn)氣腸桿菌,綠膿假單胞菌,耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌和大腸桿菌。在改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試下,本文所述的制品的一種或多種實(shí)施方式還使鼠諾如病毒(菌株MNV-1)呈現(xiàn)大于或等于4的對(duì)數(shù)減少(例如,大于或等于5的對(duì)數(shù)減少)。一種或多種實(shí)施方式的制品可在較長(zhǎng)時(shí)間段中呈現(xiàn)如本文所述的對(duì)數(shù)減少。換句話說(shuō),所述制品可呈現(xiàn)延伸的或延長(zhǎng)的抗微生物效率。例如,在一些實(shí)施方式中,在形成抗微生物玻璃之后或在將抗微生物玻璃與載體結(jié)合之后最高達(dá)1個(gè)月,最高達(dá)3個(gè)月,最高達(dá)6個(gè)月或最高達(dá)12個(gè)月中,制品可呈現(xiàn)本文所述的細(xì)菌和/或病毒中的對(duì)數(shù)減少。這些時(shí)間段可在形成抗微生物玻璃或者將抗微生物的玻璃與載體組合之時(shí)或之后開始。在一種或多種實(shí)施方式中,制品可包含可在表面上施加的涂層,形成涂覆的表面。涂覆的表面可呈現(xiàn)穩(wěn)定的顏色,其在暴露于特殊環(huán)境之后不經(jīng)歷顯著的變化。例如,如根據(jù)ASTMD2247所測(cè)量,在100%相對(duì)濕度和38℃下暴露7天之后,涂覆的表面可呈現(xiàn)小于約2或甚至小于約1的德爾塔(delta)(Δ)E。如本文所使用,術(shù)語(yǔ)“德爾塔(Δ)E”指在CIELAB顏色空間中提供的如在兩個(gè)顏色坐標(biāo)之間距離所測(cè)量的總的顏色距離如根據(jù)ASTMD1308所測(cè)量,在將化學(xué)品在測(cè)試件中央暴露1小時(shí)之后,涂覆的表面還呈現(xiàn)對(duì)各種化學(xué)品的化學(xué)耐久性。本文所述的制品可包括顏料來(lái)賦予顏色。因此,取決于載體顏色、載體的混合物以及顆粒負(fù)載的量,由這種制品制備的涂層可呈現(xiàn)各種顏色。此外,如通過(guò)ASTMD4541所測(cè)量,本文所述的制品和/或涂層對(duì)油漆粘合力沒有顯示不利影響。在一些情況下,制品或涂層和下方基材的粘合力大于基材的內(nèi)聚強(qiáng)度。換句話說(shuō),在測(cè)試過(guò)程中,涂層和基材之間的粘合力強(qiáng)到使得在涂層與基材表面分離之前,下面的基材發(fā)生失效。例如,如通過(guò)ASTMD4541所測(cè)量,當(dāng)基材包含木材時(shí),涂層和基材之間的粘合力可為約300psi或更大,400psi或更大,500psi或更大,600psi或更大以及在那之間的所有范圍和子范圍。在一些情況下,如通過(guò)ASTMD4400所測(cè)量,當(dāng)作為涂層應(yīng)用到基材時(shí),制品呈現(xiàn)下述的防垂(anti-sag)指數(shù)值:約3或更大,約5或更大,7或更大,8或更大,9或更大,10或更大,11或更大,12或更大,13或更大,14或更大或甚至15或更大。制品和/或涂層可呈現(xiàn)足夠的耐久性,以用于日常應(yīng)用和商業(yè)應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō),如通過(guò)ASTMD4213所測(cè)量,當(dāng)作為涂層應(yīng)用到基材時(shí),所述制品呈現(xiàn)約4或更大,5或更大,6或更大,7或更大和在那之間的所有范圍和子范圍的耐擦洗性。在一種或多種實(shí)施方式中,所述制品和/或涂層可為耐受水分的。例如,在將所述制品和/或涂層在最高達(dá)約95%相對(duì)濕度的環(huán)境中暴露24小時(shí)之后,所述制品和/或涂層的抗微生物活性不呈現(xiàn)變化。制品的一種或多種實(shí)施方式可包含抗微生物玻璃和載體,且抗微生物玻璃的裝載水平使得制品呈現(xiàn)對(duì)污穢物的存在或生長(zhǎng)呈現(xiàn)耐性或保留。污穢物包含真菌、細(xì)菌、病毒及其組合。在一些情況下,在制品如油漆、清漆等制品中污穢物的存在或生長(zhǎng)可導(dǎo)致制品發(fā)生變色,可損壞制品的整體性和負(fù)面影響制品的各種性質(zhì)。通過(guò)給載體包含最低裝載的抗微生物玻璃,(例如,約5重量%或更小,約4重量%或更小,約3重量%或更小,約2重量%或更小,或約1重量%或更小),可消除或減少污穢物。在一些情況下,當(dāng)消除或減少了污垢化時(shí),載體制劑無(wú)需包含某些組分。因此,當(dāng)與不含抗微生物的玻璃的已知制品中所可能使用的載體制劑相比,本文所述的制品的一種或多種實(shí)施方式中所用的載體制劑可具有更多的靈活性和變化。本發(fā)明的另一方面涉及制備抗微生物制品的方法。在一種或多種實(shí)施方式中,所述方法包含熔融玻璃組合物(例如本文所述的組合物)來(lái)形成玻璃,將所述玻璃形成為顆粒、纖維或其組合,將所述顆粒和/或纖維分散進(jìn)入載體(例如,聚合物)以提供填充的聚合物,以及將所述填充的聚合物形成為抗微生物制品。在一種或多種實(shí)施方式中,取決于所述制品的應(yīng)用,所述方法包含將選定量的玻璃裝載進(jìn)入聚合物??墒褂酶鞣N方法和工藝,例如通過(guò)混合單體與玻璃(其可研磨成顆?;蚱渌问?的原位工藝且隨后聚合(成熱固性或熱塑性聚合物基質(zhì)),或者通過(guò)溶液或熔體混合(例如,使用Brabender混合機(jī)或擠出機(jī),單螺桿或雙螺桿的,反應(yīng)性的或非反應(yīng)性的)來(lái)混合聚合物與玻璃等。在一種或多種實(shí)施方式中,將填充的聚合物形成為抗微生物制品可包含擠出或模塑填充的聚合物。在一種或多種實(shí)施方式中,可進(jìn)一步處理抗微生物制品以將玻璃的至少一部分暴露于外部表面。外部表面可為與抗微生物制品的用戶互動(dòng)的表面(例如,手機(jī)、手機(jī)顯示器的外部表面等)。在一種或多種實(shí)施方式中,所述方法可包含除去抗微生物制品的表面部分,以暴露分散在填充的聚合物中的玻璃。除去抗微生物制品表面部分的示例性方法可包括蝕刻(通過(guò)等離子體、酸或機(jī)械方式例如砂紙打磨(sanding)或拋光)。實(shí)施例通過(guò)以下實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的不同實(shí)施方式。實(shí)施例1-62本文所述的組合物的非限制性實(shí)施例見表1。配料表1所示的組成,熔融并形成為玻璃。表2列出了表1的組合物或者由表1的組合物形成的玻璃的選定性質(zhì),包括用于熔融的條件、用于退火的條件、熔體外觀、密度、退火點(diǎn)(如通過(guò)束彎曲粘度計(jì)(BBV)所測(cè)量)、應(yīng)變點(diǎn)(如通過(guò)BBV所測(cè)量)、軟化點(diǎn)(如通過(guò)平行平板粘度計(jì)(PPV)所測(cè)量)、維氏(Vickers)硬度、維氏裂紋引發(fā)、人形切口(chevronnotch)的斷裂韌度、熱膨脹系數(shù)和其它性質(zhì)。表2還包括用于選定玻璃的如通過(guò)ICP技術(shù)所測(cè)定的Cu氧化物的重量百分?jǐn)?shù),以及Cu1+:Cu2+比例。表3包括使用本
技術(shù)領(lǐng)域
所公知的X射線衍射(XRD)技術(shù)所測(cè)定的選定玻璃的晶體相聚集物的晶相和晶體尺寸相關(guān)的信息,其使用市售設(shè)備例如荷蘭飛利浦(Philips)公司制造的型號(hào)PW1830(CuKα輻射)衍射儀。通常從5-80度的2θ采集圖譜。表3還包括通過(guò)XPS技術(shù)測(cè)定的選定玻璃的元素分布信息。然后使用金黃色葡萄球菌,在兩種條件下根據(jù)EPA測(cè)試來(lái)測(cè)試玻璃,如表4所示。表4還包括如通過(guò)ICP技術(shù)所測(cè)定的在選定例子中發(fā)現(xiàn)的Cu和Cu1+的總量。表1批料組成(重量%)SiO255.255.249.851.250.1Al2O325.225.228.221.721.3CuO19.719.722.022.622.1Na2O4.4K2O6.5B2O3P2O5ZnO批料組成(重量%)SiO239.840.438.337.541.4Al2O333.827.432.531.828.1CuO26.432.125.324.821.9Na2O3.98.5K2O5.9B2O3P2O5ZnO批料組成(重量%)SiO247.752.746.949.045.6Al2O37.26.9CuO23.023.322.621.622.0Na2O9.013.613.2K2O12.813.0B2O310.19.6P2O510.310.410.19.69.8ZnO表2*術(shù)語(yǔ)“結(jié)晶”這里用于指非玻璃態(tài)外觀。表3表4關(guān)于實(shí)施例13,SEM圖像表明發(fā)生相分離,且包括玻璃基質(zhì)相和分散的玻璃態(tài)第二相。將分散的相看作可降解的相,并包括赤銅礦晶體。當(dāng)形成的玻璃在水中拋光時(shí),分散的相部分地溶解,分散的相的降解是明顯的。EDS分析表明相對(duì)于玻璃態(tài)第二相和晶體相,玻璃相富集了硅(即,耐久的相)。晶體相是最富含銅的。雖然無(wú)意受限于理論,但據(jù)信玻璃態(tài)第二相富集了硼。在沒有超出簡(jiǎn)單的熔融后退火的額外的熱處理的情況下,可降解的相(包括赤銅礦晶體的沉淀)的相分離容易進(jìn)行。圖3-5是由實(shí)施例30的組合物制成的玻璃的TEM圖像和SEM圖像。圖3顯示了TEM圖像,其中最深色的區(qū)域表示富含二氧化硅的玻璃態(tài)相,較淺的區(qū)域是相分離的玻璃態(tài)區(qū)域,其富集了磷、硼和鉀。如上所述,這些相分離的玻璃態(tài)區(qū)域是可降解的區(qū)域,且富含二氧化硅的玻璃態(tài)相是耐久的相??山到獾南嗪湍途玫南嘈纬刹AУ牟A?。圖3的TEM圖像中顯示的顏色最淺的區(qū)域表示赤銅礦晶體??雌饋?lái)比最淺的區(qū)域更深色的區(qū)域表示相分離的玻璃態(tài)區(qū)域,其富集了磷、硼和鉀(即,可降解的相)。在圖3中,富含二氧化硅的玻璃態(tài)相通過(guò)最深色的區(qū)域來(lái)表示。在圖3的TEM圖像中可看見赤銅礦晶體的晶面。圖4顯示在用水拋光之后,玻璃的橫截面的SEM圖像。從圖4可知在水中,可降解的相(即,圖3所示的富集了磷、硼和鉀的相分離的玻璃態(tài)區(qū)域)優(yōu)先溶解。通過(guò)可降解的相的溶解,來(lái)釋放形成可降解的相的赤銅礦晶體中包含的Cu1+離子。圖6顯示由本文所述的組合物制成的玻璃的STEM圖像。圖6顯示三相形貌,其中銅以顆粒形式存在且被磷酸鹽纏繞,且分布在玻璃基質(zhì)中。因?yàn)榱姿猁}容易溶于水中,因此它將被水溶解,暴露Cu顆粒,其釋放活性Cu物質(zhì)來(lái)起作用(殺滅病毒和細(xì)菌)。在熔融時(shí)的玻璃的相分離參見圖7A-7B和8A-8C,其是從本體和表面區(qū)域獲得的樣品的橫截面TEM圖像的EDX超圖。兩種TEM圖像使用相同的放大倍數(shù)。圖7A-7B分別顯示在1650℃下熔融和在650℃下退火相對(duì)于從1650℃的熔融溫度在水中淬冷之后即刻的實(shí)施例30的本體和表面區(qū)域。圖7A顯示淬冷的樣品,其是相分離的,且在可降解的相之內(nèi)包括赤銅礦晶體。因此,相分離和晶體的形成沒有受到淬冷的抑制。因此,圖7A顯示在1600℃下或在熔體中發(fā)生相分離。具體來(lái)說(shuō),圖7A顯示了作為最深色顏色的耐久的相,最淺的部分表示存在銅,以及環(huán)繞最淺的部分且具有稍微更深色顏色的部分表示磷。圖8A-8B分別顯示在800℃下1小時(shí)的額外的熱處理之后的實(shí)施例30的斷裂橫截面和拋光橫截面的SEM圖像。額外的熱處理似乎使微觀結(jié)構(gòu)成熟。如圖4和5所示,與用標(biāo)準(zhǔn)方法制備的樣品相比,最大赤銅礦晶體的尺寸增加,且納米尺度明亮對(duì)比相的數(shù)目顯著減少。在一些實(shí)施方式中,在可降解的相中,銅濃度超過(guò)溶解度極限,且銅沉淀出可降解的相。因此,在沒有任何額外的熱處理(例如,在最高達(dá)約600℃的溫度下在氫氣中的熱處理)的情況下,抗微生物的玻璃在熔融狀態(tài)且當(dāng)冷卻成最終狀態(tài)時(shí)具有抗微生物活性??刮⑸锏牟AОㄗ懔康卮嬖谟诳山到獾南嘀械腃u1+和/或Cu0,該銅離子浸提出來(lái),并提供抗微生物效率。當(dāng)測(cè)試未經(jīng)處理的玻璃以及在表4所列的條件下1天之后的玻璃時(shí),如在EPA測(cè)試下金黃色葡萄球菌的對(duì)數(shù)減少所證明,Cu1+離子的釋放提供抗微生物活性。通過(guò)形成具有2.5cmx2.5cm尺寸的片或基材制品,來(lái)測(cè)試本文所述的玻璃的抗微生物性能。為了測(cè)試實(shí)施例的抗微生物活性,利用EPA測(cè)試。在本文所述的實(shí)施例中,在進(jìn)行測(cè)試之前,將金黃色葡萄球菌(ATCC6538)連續(xù)培養(yǎng)5天。將細(xì)菌培養(yǎng)基與血清(5%最終濃度)和TritonX-100(最終濃度0.01%)混合。為每一樣品/載體接種20微升的細(xì)菌懸浮液,并允許其在室溫和42%的相對(duì)濕度下干燥(通常,干燥約20分鐘-40分鐘),然后將其暴露于細(xì)菌并暴露2小時(shí)的暴露時(shí)間段。在2小時(shí)的暴露之后,使用中和劑緩沖液從載體洗滌細(xì)菌,并放置在胰蛋白酶大豆瓊脂板上。在37℃下培養(yǎng)24小時(shí)之后,檢測(cè)和計(jì)數(shù)細(xì)菌菌落形成。基于相對(duì)于玻璃載體或合適的油漆對(duì)照的來(lái)自樣品的菌落數(shù)目,計(jì)數(shù)幾何平均和百分比減少。如下所述來(lái)形成根據(jù)一種或多種實(shí)施方式的制品。將玻璃研磨成粉末,并與描述為透明光澤保護(hù)性蠟(finish)的市售載體混合,所述載體可購(gòu)自民瓦克斯公司(MinwaxCompany),商標(biāo)是銅負(fù)載(重量%/重量%)是約5%,10%或15%(以包含約20重量%Cu的玻璃為基準(zhǔn)計(jì))。然后,將混合的載體和玻璃粉末刷涂到紙上,其用聚合物膜支持,然后進(jìn)行涂覆。將涂覆的紙切割成2.5x2.5cm片,用于抗微生物性能測(cè)試。當(dāng)使用熱塑性聚合物時(shí),將玻璃粉末與市售聚合物(其商標(biāo)是)在195℃-220℃的溫度范圍和50rpm(轉(zhuǎn)/分鐘)的速率下混合。玻璃的負(fù)載是約60-80%。通過(guò)熱壓制過(guò)程,將所得聚合物和玻璃復(fù)合材料制成2.5x2.5cm片。在一些實(shí)施例中,利用環(huán)氧樹脂。在這種實(shí)施例中,在20毫升小瓶中,將約3.0克市售環(huán)氧樹脂(ErisysGE22)與約1g的固化劑(AmicurePACM)和2克的乙醇組合,并良好混合。添加約10克的粉末玻璃,并良好混合。將所得混合物在室溫下固化幾天,然后打碎小瓶,以將組合形成凝膠,其進(jìn)一步在室溫下干燥1天,且在65℃下干燥幾小時(shí)。這得到干燥的環(huán)氧樹脂/玻璃復(fù)合材料。也對(duì)與環(huán)氧樹脂組合的實(shí)施例進(jìn)行測(cè)試,從而測(cè)定復(fù)合材料的密度或孔隙率。這包括將實(shí)施例在水中放置2分鐘,然后取出實(shí)施例。測(cè)量在水中放置之前和之后的質(zhì)量差異,以檢測(cè)實(shí)施例的孔隙率。在EPA測(cè)試下,測(cè)試完全由實(shí)施例4,5,6,9,10,12,13,14和21的玻璃制成的片。此外,還在EPA測(cè)試下,測(cè)試純銅金屬的比較性基材。圖9顯示了那些玻璃的抗微生物性能。實(shí)施例14呈現(xiàn)至少與比較性基材相同的抗微生物性能,且實(shí)施例6、12和13使金黃色葡萄球菌呈現(xiàn)大于3的對(duì)數(shù)減少。將玻璃56形成為具有小于或等于約1微米的平均主要尺寸的顆粒。將顆粒與聚合物載體組合。顆粒在載體中的負(fù)載是約5%。如通過(guò)用于金黃色葡萄球菌的EPA測(cè)試所測(cè)量,在下述時(shí)間點(diǎn)評(píng)估抗微生物效率:就在顆粒和聚合物載體組合之后,顆粒和聚合物載體組合之后1周,顆粒和聚合物載體組合之后1個(gè)月,以及顆粒和聚合物載體組合之后3個(gè)月。圖10的圖片顯示在每一時(shí)間段之后的抗微生物效率。如圖10所示,甚至在形成為顆粒并與聚合物載體組合之后3個(gè)月,所述玻璃使金黃色葡萄球菌呈現(xiàn)至少2的對(duì)數(shù)減少。此外,在組合之后1個(gè)月,玻璃顆粒和聚合物載體的組合呈現(xiàn)大于5的對(duì)數(shù)減少。在改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試下,評(píng)估玻璃56和比較性玻璃(A)(包含10重量%擴(kuò)散其中的銀離子含量)相對(duì)于鼠諾如病毒的抗微生物活性和細(xì)胞毒性。此外,如關(guān)于改變的用于病毒的JISZ2801測(cè)試所述,來(lái)制備玻璃56和比較性玻璃A的抗微生物活性對(duì)照樣品和細(xì)胞毒性對(duì)照樣品。表5顯示輸入病毒對(duì)照和抗微生物活性對(duì)照結(jié)果,表6顯示細(xì)胞毒性對(duì)照結(jié)果,表7顯示在暴露于鼠諾如病毒2小時(shí)的暴露時(shí)間之后的比較性玻璃A的結(jié)果,表8顯示在暴露于鼠諾如病毒2小時(shí)的暴露時(shí)間之后的玻璃56,表9顯示比較性玻璃A和玻璃56對(duì)RAW264.7細(xì)胞培養(yǎng)物的細(xì)胞毒性,且表10顯示測(cè)試病毒的非殺病毒水平,如在用于比較性玻璃A和玻璃56的細(xì)胞毒性對(duì)照樣品上所測(cè)量。表5:輸入病毒對(duì)照和抗微生物活性對(duì)照結(jié)果表6:細(xì)胞毒性對(duì)照結(jié)果。表7:在暴露于鼠諾如病毒2小時(shí)的暴露時(shí)間之后比較性玻璃A的結(jié)果。表8:在暴露于鼠諾如病毒2小時(shí)的暴露時(shí)間之后玻璃56的結(jié)果。表9:對(duì)照比較性玻璃A和對(duì)照玻璃56對(duì)RAW264.7細(xì)胞培養(yǎng)物的細(xì)胞毒性表10:測(cè)試物質(zhì)(中和對(duì)照)的非殺病毒水平與抗微生物活性對(duì)照樣品相比,在室溫(20℃)和42%的相對(duì)濕度下暴露2小時(shí)的暴露時(shí)間之后,比較性玻璃A使鼠諾如病毒呈現(xiàn)0.33對(duì)數(shù)減少(或53.2%平均減少)。然而,與抗微生物活性對(duì)照樣品相比,在室溫(20℃)和42%的相對(duì)濕度下暴露2小時(shí)的暴露時(shí)間之后,玻璃56使鼠諾如病毒呈現(xiàn)大于4.33的對(duì)數(shù)減少(或99.995%平均減少或者更大)。與細(xì)胞毒性對(duì)照樣品相比,在存在5%胎牛血清有機(jī)土壤負(fù)載時(shí),在室溫(20℃)和42%的相對(duì)濕度下暴露2小時(shí)的暴露時(shí)間之后,比較性玻璃A沒有使鼠諾如病毒的病毒滴度出現(xiàn)平均減少。然而,與細(xì)胞毒性對(duì)照樣品相比,在存在5%胎牛血清有機(jī)土壤負(fù)載時(shí),在室溫(20℃)和42%的相對(duì)濕度下暴露2小時(shí)的暴露時(shí)間之后,玻璃56使鼠諾如病毒的病毒滴度呈現(xiàn)大于3.67的平均對(duì)數(shù)減少(或者至少99.98%或更大的平均減少)。表10所示的結(jié)果表明,在≤1.5log10的PFU50/250μL下,每一測(cè)試樣品都被中和。以Cu2O含量為基準(zhǔn)計(jì),將實(shí)施例12、13和14形成為粉末并以不同的負(fù)載與混合。然后,通過(guò)刷涂工藝,將混合物涂覆到紙上(其在涂覆之前用塑料膜支持),并固化1周。將涂覆的紙切割成片,用于在EPA測(cè)試下進(jìn)行測(cè)試。圖11和12顯示了結(jié)果。圖11顯示了具有不同銅負(fù)載的片的抗微生物性能。圖12顯示了具有15%Cu2O的復(fù)合材料的抗微生物性能。將實(shí)施例12研磨成粉末,并與聚氨酯混合,以提供具有不同玻璃量(以重量百分?jǐn)?shù)計(jì))的復(fù)合材料。將粉末化的玻璃和聚氨酯在195-220℃下混合幾分鐘。使用熔體加工技術(shù),將所得組合制成2.5cmx2.5cm片,并使用EPA測(cè)試評(píng)估抗微生物性能。結(jié)果參見圖13。形成注塑制品,以評(píng)估當(dāng)表面通常被基質(zhì)聚合物薄層覆蓋時(shí)的抗微生物活性。在這種制品中,基質(zhì)聚合物通常是疏水性的,且可影響抗微生物性能。如圖14所示,表面處理可改善抗微生物性能。為了制備注塑樣品,將實(shí)施例12研磨成粉末并與聚氨酯混合,以提供具有60重量%玻璃的可注塑的復(fù)合材料。在如圖14所示的培養(yǎng)皿中注塑復(fù)合材料,以提供4個(gè)注塑樣品(樣品A-D),使用EPA測(cè)試來(lái)評(píng)估其抗微生物性能。樣品A沒有進(jìn)行表面處理。用砂紙打磨樣品B,以除去約10毫克的樣品的頂部表面。如表11所示,使用兩種不同氣體,使用100W的功率和2托(Torr)的壓力,對(duì)樣品C和D進(jìn)行5分鐘的等離子體處理。圖15顯示了樣品A-D的對(duì)數(shù)減少。表11:用于樣品C和D的等離子體處理?xiàng)l件。如本文所述,可通過(guò)熔體混合工藝,將熱塑性聚合物用于形成本文所述的制品。此外,可通過(guò)原位聚合和隨后通過(guò)流延過(guò)程形成為制品,來(lái)形成使用熱塑性聚合物的制品。使用環(huán)氧樹脂(其是熱塑性聚合物)來(lái)驗(yàn)證這個(gè)概念。由ErisysGE22和AmicurePACM制備環(huán)氧樹脂,在醇的存在下,其混合良好。將實(shí)施例12研磨成粉末,且添加到根據(jù)表12的混合物,得到流延進(jìn)入模具的漿料狀材料。在該實(shí)施例中,使用玻璃小瓶作為模具。然后,在室溫下,將環(huán)氧樹脂和研磨玻璃的組合固化幾天。然后除去模具,將所得制品在室溫下干燥1天,且在65℃下干燥幾小時(shí)。表12:用于制備具有環(huán)氧樹脂和來(lái)自實(shí)施例12的研磨的玻璃的制品的組成取決于制品中玻璃的負(fù)載,所得制品可為多孔的或致密的。由表13可知,孔隙率隨著玻璃負(fù)載的增加而增加,其中在將制品在水中浸泡2分鐘之后,測(cè)量制品的吸水。由和不同量的來(lái)自實(shí)施例12的研磨的玻璃組合的與表12所用相同的環(huán)氧樹脂來(lái)制備不同的制品。使用凝膠流延來(lái)制備制品。表13:使用環(huán)氧樹脂和不同的來(lái)自實(shí)施例12的研磨的玻璃負(fù)載的制品的吸水。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言,顯而易見的是可以在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變動(dòng)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3 
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