具有改善的強度的抗微生物玻璃制品以及它們的制備和使用方法
【專利說明】具有改善的強度的抗微生物玻璃制品以及它們的制備和使用 方法
[00011本申請根據35U.S.C.§119要求2013年06月17日提交的美國臨時申請系列第61/ 835,844號的優先權，本文以該申請的內容為基礎并通過參考將其完整地結合于此。
[0002] 背景
[0003] 本發明總體涉及抗微生物玻璃制品。具體來說，本文所述的各種實施方式涉及具 有抗微生物性能和改善的強度的玻璃制品以及該玻璃制品制造方法和使用方法。
[0004] 觸摸激活或觸摸互動設備，如屏幕表面(例如通過觸摸表面特定部分激活、具有用 戶互動能力的電子設備的表面），變得越來越普遍。一般來說，這些表面應當具有高光學透 射率、低霧度和高耐用性等。隨著用戶與設備之間基于觸摸屏的互動程度增加，表面包藏的 微生物(例如細菌、真菌、病毒等)在用戶之間傳播的可能性也增大。
[0005] 為了盡可能減少微生物的存在，已為各種玻璃制品提供所謂的"抗微生物"性質。 無論是用作觸摸激活的裝置的屏幕表面或者用于其它應用，這種抗微生物玻璃制品仍然需 要呈現高強度(包含高平均撓曲強度）。此外，當暴露于升高的溫度、濕度、反應性環境等時， 這種抗微生物制品還應耐受顏色變化。在玻璃制品的制造和加工過程中或在制品的正常使 用過程中，可出現這些苛刻的條件。在一些情況下，這種變色可使玻璃制品變得難看。此外， 過量的變色最終可導致玻璃制品變得不適于其預期的目的。
[0006] 因此，本領域仍然需要提供具有改善的強度以及當暴露于苛刻條件時不變色的抗 微生物玻璃制品的技術。
【發明內容】
[0007] 本文所述的是具有改善的強度且當暴露于苛刻條件時不變色的各種抗微生物玻 璃制品，以及它們的制造和使用方法。
[0008] -種改善的抗微生物玻璃制品包含玻璃基材，該玻璃基材具有從玻璃基材的表面 向內延伸到第一深度的壓縮應力層或區域以及從玻璃基材的表面向內延伸到第二深度的 抗微生物的含銀層或區域，該第二深度可任選地小于第一深度。在一種或多種實施方式中， 壓縮應力層在玻璃基材的表面處包含約500兆帕斯卡(MPa)或更大的壓縮應力。壓縮應力的 上限可為約1.2吉帕斯卡(GPa)。壓縮應力層的深度可小于約100微米(μπι)。在一些實施方式 中，壓縮應力從玻璃基材的表面進入到深度單調地降低。
[0009] 在一種或多種實施方式中，抗微生物的含銀區域的深度可為約20μπι或更小或約10 μπι或更小。在一些情況下，以該抗微生物的含銀區域的總重量為基準計，抗微生物的含銀區 域的銀濃度是約6重量％或更大。以該抗微生物的含銀區域的最外面的10nm的總重量為基 準計，在抗微生物的含銀區域的最外面的Ο.ΟΙμπι或10納米(nm)處的銀濃度可最高達約45重 量％。在一些情況下，以該抗微生物的含銀區域的最外面的10nm的總重量為基準計，在該抗 微生物的含銀區域的最外面的10納米處的銀濃度可最高達約6重量％。
[0010] 在一種或多種替代實施方式中，抗微生物的含銀區域可較厚。例如，抗微生物的含 銀區域的厚度可最高達約15 Ομπι (例如，是約2 Ομπι-約15 Ομπι)。
[con]抗微生物玻璃制品可包含設置在玻璃基材的表面上的額外的層。所述額外的層的 示例包含抗反射涂層，防眩光涂層，防指紋涂層，防污涂層，提供顏色的組合物，環境阻擋涂 層，和導電涂層。
[0012] 在JIS Z 2801 (2000)測試條件下，抗微生物玻璃制品可使至少金黃色葡萄球菌 (Staphylococcus aureus)、產氣腸桿菌（Enterobacter aerogenes)和綠胺假單胞菌 (Pseudomomas aeruginosa)的濃度呈現至少5對數減少。在一些情況下，抗微生物玻璃制品 可在改變的JIS Z 2801(2000)測試條件下，使至少金黃色葡萄球菌、產氣腸桿菌和綠膿假 單胞菌的濃度呈現至少3對數減少，其中該改變的條件包含在約38 % -約42 %的相對濕度下 將抗微生物玻璃制品加熱到約23°C_約37°C的溫度并保持約24小時，然后干燥約6小時-約 24小時。又在其它實施方式中，在干燥測試中，抗微生物玻璃制品可使至少金黃色葡萄球 菌、產氣腸桿菌和綠膿假單胞菌的濃度呈現至少2對數減少。
[0013] 抗微生物玻璃制品的實施方式可用作下述的一部分:電子裝置的觸敏顯示屏或蓋 板、電子裝置的非觸敏部件、家用電器的表面、醫療設備的表面、生物或醫療封裝容器或者 車輛零部件的表面。
[0014] 還提供制備本文所述的抗微生物玻璃制品的方法。在一種或多種實施方式中，所 述方法包含提供玻璃基材，形成從玻璃基材的表面向內延伸到第一深度的壓縮應力層，和 形成從玻璃基材的表面向內延伸到第二深度的抗微生物的含銀區域。在一種或多種實施方 式中，形成抗微生物的含銀區域可包含使包含銀的介質中的多個銀陽離子與玻璃基材中的 多個第一陽離子進行交換。在一些實施方式中，形成壓縮層包括在含有有毒組分 (poisoning component)的恪鹽浴中浸沒玻璃基材，以恪鹽浴的總重量為基準計，該有毒組 分的量可為約0.01重量％_約10重量％。
[0015] 該有毒組分可包含下述中的至少一種:離子半徑小于鉀陽離子的離子半徑的陽離 子，以及與玻璃基材中的第一陽咼子相同的陽咼子。有毒組分的不例包含NaN〇3和LiN〇3。在 一種或多種實施方式中，在形成壓縮應力層之前或之后，玻璃基材中存在多個第一陽離子。 因此，在一種或多種實施方式中，所述方法可包含在形成抗微生物的含銀區域之前，將多個 第一陽尚子引入玻璃基材。
[0016] 在一種或多種替代實施方式中，形成壓縮應力層的步驟和形成抗微生物的含銀區 域的步驟同時進行。
[0017] 應理解，前面的一般性描述和以下的附圖和詳細描述介紹了各種實施方式，用來 提供理解要求保護的主題的性質和特性的總體評述或框架。
[0018] 附圖簡要說明
[0019] 圖1是韋布爾圖，其顯示實施例1A和比較例1B-1C的通過環疊環測試所測量的強度 分布；
[0020] 圖2的圖片顯示實施例2A和比較例2B的銀濃度分布隨深度的變化；
[0021] 圖3A的圖片顯示實施例3A的壓縮應力分布隨深度的變化；
[0022]圖3B的圖片顯示比較例3B的壓縮應力分布隨深度的變化;和 [0023]圖4的圖片顯示比較例4A-4B和實施例4C的抗微生物效率。
[0024] 具體描述
[0025] 現在參考附圖，其中在幾個視圖中相似的附圖標記表示相似的部分，下面將詳細 描述示例實施方式。在本說明書全文中，各種組件可確定具有具體的數值或參數。但是，提 供這些項目作為本發明的示例。實際上，示例性實施方式沒有限制各種方面和概念，因為可 實施許多可比擬的參數、尺寸、范圍和/或值。類似地，術語"第一"、"第二"、"伯"、"仲"、"頂 部"、"底部"、"遠端"、"近端"等不表示任何順序、數量或重要程度，僅用來將一種元素與另 一種進行區分。此外，術語"一個"、"一種"和"該"并不表示數量的限制，而是表示存在"至少 一個"所述項目。
[0026] 本文所述的是具有改善的強度且當暴露于苛刻條件（即，在制品的制造和/或使用 過程中）時不變色的各種抗微生物玻璃制品，以及它們的制造和使用方法。術語"抗微生物" 在本文中指殺死超過一個類型的微生物中的超過一種微生物(例如細菌、病毒、真菌等)或 抑制其生長。
[0027] 本文所述的改善的抗微生物玻璃制品通常包含玻璃基材，該玻璃基材具有從玻璃 基材的表面向內延伸到第一深度的壓縮應力層或區域以及從玻璃基材的表面向內延伸到 第二深度的抗微生物的含銀層或區域。在說明書全文中，術語"壓縮應力層"應用來指具有 壓縮應力的層或區域，術語"抗微生物的含銀區域"應用來指包含抗微生物的銀物質的層或 區域。這種使用只是為了方便，且無意于在術語"區域"或"層"之間以任何方式提供不同。
[0028] -般來說，本文所述的改善的制品和方法沿著玻璃基材的較淺的深度包含高濃度 銀，且其在玻璃基材的表面處包含具有高壓縮應力的壓縮應力層。在一些情況下，壓縮應力 從玻璃基材的表面沿著壓縮應力層單調地降低。如本文所使用，當用來描述壓縮應力時，術 語"單調地"或"單調的"指壓縮應力沿著壓縮應力層從玻璃基材的表面到壓縮應力層的深 度(D0L)降低，且在沿著壓縮應力層的任何一個或多個位置不增加超過約5MPa。
[0029] 玻璃基材
[0030] 對用于玻璃基材的玻璃的選擇沒有受限于特定組合物。例如，選定的組合物可為 硅酸鹽、硼硅酸鹽、鋁硅酸鹽或硼鋁硅酸鹽玻璃組合物中的任意一種，其任選地可包括一種 或更多種堿金屬和/或堿土金屬改性劑。
[0031] 舉例而言，一類玻璃組合物包括具有氧化鋁或氧化硼中的至少一種和堿金屬氧化 物或堿土金屬氧化物中的至少一種的那些組合物，其中-15摩爾％ < (R20+V0-A1203-2抑2)-82〇3<4摩爾％，1?可以是1^、恥、1(、肋和/或〇8，且1? /可以是1^丄&、33口/或8&。此類組 合物的一個子組包含:約62摩爾％至約70摩爾％的310 2; 0摩爾％至約18摩爾％的六12〇3; 0摩 爾％至約10摩爾％的82〇3; 0摩爾％至約15摩爾％的1^2〇; 0摩爾％至約20摩爾％的似20; 0摩 爾％至約18摩爾％的1(20; 0摩爾％至約17摩爾％的]\%0; 0摩爾％至約18摩爾％的0&0;以及0 摩爾％至約5摩爾％的21*〇2。這種玻璃在M. J.德吉內卡(MatthewJ.Dejneka)等人于2008年 11 月25號提交的名為"Glasses Having Improved Toughness And Scratch Resistance (具有改善的粗糙度和耐刮擦性的玻璃)"的美國專利申請第12/277,573號中更充分的描 述，該專利申請要求2008年11月29號提交的美國臨時專利申請第61/004,677號的優先權， 其全文通過引用結合入本文，如同其全部列于下文。
[0032] 另一類說明性組合物包括具有至少50摩爾％的3102和至少一種改性劑的那些組 合物，所述改性劑選自堿金屬氧化物和堿土金屬氧化物，其中[(Al 203(摩爾％)+B203(摩 爾％ ))/( Σ堿金屬改性劑(摩爾％ )) ]>1。此類組合物的一個子組包括50摩爾％至約72摩 爾％ Si〇2;約9摩爾％至約17摩爾％Ah〇3;約2摩爾％至約12摩爾％B2〇3;約8摩爾％至約16摩 爾％似20;約0摩爾％至約4摩