JP5636705B2

JP5636705B2 - 抗菌機能材

Info

Publication number: JP5636705B2
Application number: JP2010059421A
Authority: JP
Inventors: 圭介山本; 道弘竹田; 照男市野; 優希河村; 哲二大橋; 嘉洋加藤
Original assignee: Lixil Corp
Current assignee: Lixil Corp
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: CN102190447A; JP2011190155A

Description

本発明は、ガラス、釉薬、タイル素地などの基材の表面を抗菌化してなる抗菌機能材に係り、特に抗菌剤として導電性酸化亜鉛を用いた抗菌機能材に関する。

導電性酸化亜鉛が抗菌性を有することは、特開２００２−１０４８２３号公報などに見られる通り広く知られている。同号公報の００２３段落には、導電性酸化亜鉛としてアルミニウム、インジウム又はスズをドープした酸化亜鉛が記載されている。同号公報の００４１〜００４３段落には、導電性酸化亜鉛を繊維質材料に定着させたり、合成樹脂や塗料中に含有させることが記載されている。

特開２００２−１０４８２３号公報

導電性酸化亜鉛を基材表面に定着させただけでは、基材表面の表面に導電性酸化亜鉛粒子が分散状に存在するだけであり、抗菌性能が低い。また、導電性酸化亜鉛粒子が基材表面から脱落し易い。導電性酸化亜鉛等の抗菌剤をタイル表面にショットピーニングすることも知られているが、集塵ロスが多いため、抗菌剤の消費量が多く、経済的でない。

導電性酸化亜鉛を合成樹脂や塗料中に混入させた場合、基材内部に存在する導電性酸化亜鉛は抗菌作用に全く又は殆ど寄与しない。抗菌作用を強くするためには導電性酸化亜鉛を多量に添加する必要があるが、このように導電性酸化亜鉛を多量に添加したのでは、基材の特性が損なわれるおそれがある。

本発明は導電性酸化亜鉛による抗菌が十分に発揮される抗菌機能材を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の抗菌機能材は、平均粒子径５〜１００ｎｍのＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子を含有する無機バインダーを基材表面に付着させた後、３００〜８００℃で焼き付けることによりＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子の一部又は全部がイオン化しているものである。
本発明（請求項２）の抗菌機能材は、Ａｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子のみを含有する無機バインダーが基材表面に焼き付けられることによりＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子の一部又は全部がイオン化しているものである。

請求項３の抗菌機能材は、請求項１又は２において、酸化亜鉛がイオン化し、無機バインダー中に拡散していることを特徴とするものである。

請求項４の抗菌機能材は、請求項１ないし３のいずれか１項において、酸化亜鉛がイオン化し、該基材表面中に拡散していることを特徴とするものである。

請求項５の抗菌機能材は、請求項１ないし４のいずれか１項において、無機バインダーが水ガラスであることを特徴とするものである。

本発明の抗菌機能材は、基材表面に導電性酸化亜鉛を無機バインダーによって焼き付けたものである。この抗菌機能材では、導電性酸化亜鉛は無機バインダー中に拡散しており、基材表面に導電性酸化亜鉛が満遍なく存在するので、抗菌作用が良好である。

本発明では、導電性酸化亜鉛含有無機バインダー層が基材表面に焼き付けられており、導電性酸化亜鉛の剥落等がなく、耐久性も良好である。また、製造時の抗菌剤のロスも少ない。

本発明では、導電性酸化亜鉛としてＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛を用いる。本発明者の研究結果によると、このＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛、特にＧａドープ酸化亜鉛は、ＩｎやＳｎをドープした酸化亜鉛に比べて抗菌作用に優れることが認められた。

なお、導電性酸化亜鉛がイオン化して無機バインダー中や、基材表面に拡散している場合には、抗菌作用が良好なものとなる。無機バインダーとして水ガラスを用いた場合には、１５０〜８００℃程度の低温で焼き付けることにより、導電性酸化亜鉛が無機バインダー中にイオン化して拡散する。酸化亜鉛がガラスのネットワーク中に拡散することにより、ガラスネットワークが強化されるという効果も期待できる。

以下、本発明についてさらに詳細に説明する。

＜導電性酸化亜鉛＞
本発明で用いる導電性酸化亜鉛は、Ａｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛であり、通常はコストの面からＡｌのみ又はＧａのみをドープした酸化亜鉛を用いる。Ａｌのドープ量は酸化亜鉛１ｇに対し１〜２００ｍｇ特に１０〜７０ｍｇ程度が好適であり、Ｇａのドープ量は酸化亜鉛１ｇに対し１〜２００ｍｇ特に１０〜７０ｍｇ程度である。

焼き付け前の導電性酸化亜鉛の平均粒径は５〜１００ｎｍ特に１０〜５０ｎｍ程度が好適である。この平均粒径は、電子顕微鏡の撮像から計測した値である。

＜無機バインダー＞
無機バインダーとしては水ガラスが好適であり、特に３号〜４号珪酸ナトリウム水ガラスが好適である。

＜基材＞
基材としては、ガラス製品（ガラス板、ガラス工芸品など）、タイル焼成素地（施釉、無釉）及び無釉タイル未焼成素地などのセラミック質のものが好適である。

＜導電性酸化亜鉛と無機バインダーとの混合及び焼き付け＞
導電性酸化亜鉛と無機バインダー中の水ガラス固形分量との比は、重量比で１０／１００〜１５０／１００程度、特に２５／１００〜７５／１００程度が好適である。

水ガラスは、０．５〜１０ｗｔ％特に１〜７ｗｔ％程度の水溶液とされることが好ましい。導電性酸化亜鉛は、水に分散させた後、この水溶液に添加されることが好ましい。この導電性酸化亜鉛が分散した水ガラス水溶液は、スプレー法、浸漬法、塗布法、蒸着法、スパッタ法など、特にスプレー法により基材表面に付着されるのが好ましい。この際、導電性酸化亜鉛が基材表面１００ｃｍ^２（１０ｃｍ×１０ｃｍ）当り０．０００１〜１．０ｍｇ特に０．０５〜０．２ｍｇ存在するように付着させるのが好ましい。

その後、必要に応じ乾燥させた後、好ましくは１５０〜８００℃特に好ましくは３００〜５００℃で１〜２００分特に５〜６０分程度加熱処理して導電性酸化亜鉛含有無機バインダーを基材表面に焼き付ける。

無機バインダーが水ガラスの場合、導電性酸化亜鉛がイオン化してガラスのネットワーク中に拡散し、ガラスネットワークが強化されると共に、高い抗菌性能が得られる。

水ガラスに顔料を添加しない場合、生成した焼き付け層は無色透明であり、基材表面に外観上の変化は全く又は殆どない。ただし、水ガラスに対し顔料を加えておくことにより焼き付け層に着色を施してもよい。

基材表面がガラスや釉薬、タイル素地などのセラミック質である場合、酸化亜鉛の一部はこれらの基材表面中にも拡散することがある。

このように無機バインダーを用いて導電性酸化亜鉛を基材表面に焼き付けてなる抗菌機能材は、この抗菌機能材の実質的に最表面部分にのみ導電性酸化亜鉛が存在しており、用いた導電性酸化亜鉛のすべて又は大部分が抗菌作用に寄与する。また、導電性酸化亜鉛は無機バインダー中に拡散して基材表面に満遍なく存在するので、抗菌作用が良好である。特に、無機バインダーとして水ガラスを用いると、導電性酸化亜鉛がイオン化して水ガラス由来ガラス層中に拡散するので、少量の導電性酸化亜鉛使用量で十分な抗菌作用が得られる。また、このガラス層の基材表面への付着力が高いと共に、酸化亜鉛がガラスネットワークを強化する作用も有するので、抗菌作用が長期にわたって発揮される。

なお、本発明で用いるＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛は、１５０℃以上の温度で焼き付けられることにより導電性は消失するので、抗菌機能材表面に存在する状態では通常は非導電性酸化亜鉛となっている。

本発明では、抗菌作用をさらに高めるために、銀などの他の抗菌材を加えて焼き付けを行ってもよい。

［実施例１］
導電性酸化亜鉛としてＧａドープ酸化亜鉛（Ｇａ含有量５０ｍｇ／ｇ、平均粒径３０ｎｍ）を用い、無機バインダーとして３号水ガラスを用いた。Ｇａドープ酸化亜鉛を水に分散させ、これを水ガラス水溶液に添加し、混合してスプレー液を調製した。これを施釉陶器質タイル（１００×１００×５ｍｍ）の表面に常温にてスプレーした。乾燥後、１５０℃、２００℃、３００℃、４００℃又は７００℃で空気雰囲気中で３０分加熱して焼き付けを行った。

その他の主な条件は次の通りである。

スプレー液の組成
珪酸ナトリウム：固形分として２．０ｗｔ％
導電性酸化亜鉛：１ｗｔ％
残部：水
スプレーによる付着量：酸化亜鉛として１０ｍｇ／１００ｃｍ^２
得られた抗菌性タイルの表面の抗菌活性をＪＩＳＺ２８０１によって評価した。結果を表１，２に示す。

なお、得られた抗菌性タイル表面についてＸ線回折測定を行い、ＺｎＯメインピーク（ＣｕＫα，２θ＝３６．１５９°）の高さを測定した。後述の比較例１の焼付前（塗布後）のピーク高さを１００％としたときのデータを表３に示す。

［実施例２］
導電性酸化亜鉛としてＡｌドープ酸化亜鉛（Ａｌ含有量５０ｍｇ／ｇ、平均粒径３０ｎｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。結果を表１〜３に示す。

［比較例１］
導電性酸化亜鉛としてＩｎドープ酸化亜鉛（Ｉｎ含有量５０ｍｇ／ｇ、平均粒径３０ｎｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。結果を表１〜３に示す。

［比較例２］
導電性酸化亜鉛としてＳｎドープ酸化亜鉛（Ｓｎ含有量５０ｍｇ／ｇ、平均粒径３０ｎｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。結果を表１〜３に示す。

［比較例３］
酸化亜鉛として何もドープしていない酸化亜鉛（平均粒径３０ｎｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様とした。結果を表１〜３に示す。

［考察］
表１，２の通り、本発明によると、比較例１〜３に比べて高い抗菌活性が得られる。特に、Ｇａをドープすることにより高い抗菌活性が得られる。

なお、焼き付けた酸化亜鉛含有ガラス層の耐水性を調べるために、実施例１及び比較例１のタイルを９０℃の温水に１６時間浸漬した後、抗菌活性を同様にして測定して結果を表４に示した。

表４の通り、実施例１のタイルは温水浸漬後でも高い抗菌性能を有していることが認められた。

Claims

平均粒子径５〜１００ｎｍのＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子を含有する無機バインダーを基材表面に付着させた後、３００〜８００℃で焼き付けることによりＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子の一部又は全部がイオン化している抗菌機能材。
Ａｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子のみを含有する無機バインダーが基材表面に焼き付けられることによりＡｌ及び／又はＧａドープ酸化亜鉛粒子の一部又は全部がイオン化している抗菌機能材。
請求項１又は２において、酸化亜鉛がイオン化し、無機バインダー中に拡散していることを特徴とする抗菌機能材。
請求項１ないし３のいずれか１項において、酸化亜鉛がイオン化し、該基材表面中に拡散していることを特徴とする抗菌機能材。
請求項１ないし４のいずれか１項において、無機バインダーが水ガラスであることを特徴とする抗菌機能材。