(57)【要約】【課題】抗菌性ガラスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】一種の抗菌性ガラスの調製方法であり、そのステップは、アルカリ金属イオンを有するガラスを少なくとも１枚用意し、第１炉体に入れ、半物理的強化および脱アルカリ調整を行うことによりガラスの色価を下げ、ガラスを第２炉体に入れそして化学強化処理を施した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一種の抗菌ガラスの製造方法であり、ガラスの色価を低減し、以下の手順を含み、
少なくとも１つのガラスを提供し、前記ガラスはアルカリ金属イオンを有し、
前記ガラスを第１炉体に配置し、半物理的強化および１回のアルカリ除去の調製を行い、そして前記ガラスを第２炉体に入れ、化学強化調製を行うことを特徴とする、抗菌ガラスの製造方法。
【請求項２】
前記半物理的強化およびアルカリ除去を調製する方法は以下の手順を含み、
塩化アンモニウムを含むアルカリ除去剤を前記第１炉体の底部に置き、準備するガラスを入れ、前記第１炉体を３５０から６００℃までに加熱し、前記第１炉体において、温度が３５０から６００℃までに達すると、前記塩化アンモニウムが昇華しガス化を促進し始め、塩化水素とアンモニアガスとに分解し、前記ガラス中のナトリウムイオンＮａ ＋は昇温時に流動性が高く、水素イオンＨ ＋と交換した後、前記ガラス表面のナトリウムイオンＮａ ＋と反応してガラス表面に白い霧状の析出物を付着させ、前記塩化アンモニウムが昇華しガス化分解が終了した後、前記第１炉体の加熱を停止し、前記ガラス表面が室温に達するまで、前記第一炉体をファンで冷却し、そして超音波を使用して前記ガラスの表面の白い霧状の析出物を洗浄することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記化学強化調製の方法は以下の手順を含み、
前記第２炉体を３８０℃に加熱した後、２４時間放置し、前記第１炉体を使用して前記ガラスを洗浄し、２時間予熱し、前記ガラスを前記第２炉体に入れ、重量比９５％から９９．９９％まで、純度９５％から９９．９８％までの硝酸カリウム、重量比０．０１から５％まで、純度９９．９％の硝酸銀混合液で３８０℃で３０分間イオン交換し、前記硝酸カリウムと前記硝酸銀が混ざり合っていて、白い霧状になり、冷却後に固体を呈し、前記ガラスの表面を超音波で洗浄した後、前記ガラス自体の色を元に戻すことができることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ガラスは、アルミノシリケートガラスおよびアルミノホウケイ酸ガラスのうちから１つを選択されるものであることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ガラスは、ソーダライムガラスであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルカリ除去剤は、カオリナイトＡｌ 4（Ｓｉ 4Ｏ10）ＯＨ6、二酸化硫黄ＳＯ2、硫酸アンモニウム（ＮＨ4）2ＳＯ4、および塩化アルミニウムＡｌＣｌ3のいずれかを選ぶことができ、硫酸アンモニウム対塩化アルミニウムの重量比は１０：１であり、塩化アンモニウム対塩化アルミニウムの重量比は１０：１であり、そして硫酸アンモニウム対塩化アンモニウムの重量比は１０：１であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
一種の抗菌性ガラスであり、前記抗菌性ガラスはアルカリ金属イオンのガラス構造を有し、３５０から６００℃までに加熱された半物理的強化ガラス構造であることを特徴とする抗菌性ガラス。
【請求項８】
前記抗菌性ガラスは、アルカリ除去剤を介して脱アルカリ性ガラス構造であることを特徴とする、請求項７に記載のガラス。
【請求項９】
前記抗菌性ガラスは、イオンを介して銀イオンを交換するガラス構造であることを特徴とする、請求項８に記載のガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガラス、特に抗菌性ガラスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｇｌａｓｓは、主にＣｏｒｎｉｎｇ  Ｇｌａｓｓによって製造されたアルミノシリケート製品の抗菌化学処理のための米国特許ＵＳ８７５３７４４Ｂ２、および中国特許ＣＮ１０３０６８７６４Ｂの特許出願を有する。この特許は、２段階の化学強化と島構造の指紋防止処理に適用される。さらに、米国特許第６９２１５４６Ｂ２号明細書および中国特許第１５５７７５６Ａ号明細書はスプレー式処理方法を使用している。それは銀イオン成分を有する金属イオン前駆体を用いることによるガラス表面の抗菌処理である。特開平１０−１５８０３７によって特許を取得された旭硝子(ＡＧＣ Ｇｌａｓｓ)の日本の特許は、ソーダライムガラスの化学強化処理である。しかしながら、上記特許技術の全ては、銀イオン交換後のガラス表面の黄金色効果を扱っていない。実際、上記の特許技術を試験した後、すべての特許技術は、抗菌処理後にソーダライムガラスの色変化（黄金色）を引き起こすという問題を抱えていることがわかった。この製造プロセスにより、製品のアプリケーションレベルが低下し、特に装飾建材および家電製品において、製品の適用レベルを低下させるＬａｂ値（ｂ *は６から９までより大きい）の色彩問題を反映することができない。それ故、抗菌処理後の先行技術における色変化の問題は克服されないままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許ＵＳ８７５３７４４Ｂ２号明細書
【特許文献２】中国特許ＣＮ１０３０６８７６４Ｂ号明細書
【特許文献３】米国特許第６９２１５４６Ｂ２号明細書
【特許文献４】中国特許第１５５７７５６Ａ号明細書
【特許文献５】特開平１０−１５８０３７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の主な目的は、ガラスの抗菌効果、強化後のより容易な切断、および色度の低減を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、ガラスの色価を低下させる抗菌性ガラスの製造方法を提供する。この方法は、アルカリ金属イオンを有する少なくとも１つのガラスを用意することと、ガラスを第１炉体に入れることと、半物理的強化および脱アルカリ調製とを行うことと、ガラスを第２の炉体に入れることと、化学強化調製が実施されるとを含む。半物理的強化およびアルカリ除去を調製するための方法は、下記の順の通りである。塩化アンモニウムを含む脱塩剤を第１炉体の底に広げる。準備するガラスを置き、最初の炉を３５０から６００℃までに加熱する。第１炉体では、温度が３５０から６００℃までに達すると、塩化アンモニウムが昇華を加速し始め、塩化水素とアンモニアガスに分解する。ガラス中のナトリウムイオンＮａ +は、温度が上昇すると非常に流動性が高くなり、水素イオンＨ+と交換した後、ガラス表面のナトリウムイオンＮａ+と反応して、ガラス表面に白い霧状の付着物を付着させる。塩化アンモニウム昇華ガス化分解終了後、第一炉体加熱を停止する。ガラス表面が室温に達するまで、第一炉体をファンで冷却する。そして超音波を使用してガラスの表面の白い霧状の析出物を洗浄する。
化学強化調製の方法は下記の通りである。第２炉体を３８０℃に加熱した後、２４時間放置する。第１炉体を使用してガラスを洗浄し、2時間予熱する。ガラスを第２の炉体に入れ、重量比９５％から９９．９９％まで、純度９５％から９９．９８％までの硝酸カリウム、重量比０．０１から５％まで、純度９９．９％の硝酸銀混合液で３８０℃で３０分間イオン交換する。硝酸カリウムと硝酸銀が混ざり合っていて、白い霧状になり、冷却後に固体を呈する。ガラスの表面を超音波で洗浄した後、ガラス自体の色を元に戻すことができる。ここで、アルカリ除去剤はまた、カオリナイト(Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ)Ａｌ4（Ｓｉ 4Ｏ10）ＯＨ6、二酸化硫黄(Ｓulfur  ｄｉｏｘｉｄｅ)ＳＯ2、硫酸アンモニウム(Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｓｕｌａｆａｔｅ)（ＮＨ4）2ＳＯ4、および塩化アルミニウム(Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ) ＡｌＣｌ3から選択され得る。硫酸アンモニウム対塩化アルミニウムの重量比は１０：１であり、塩化アンモニウム対塩化アルミニウムの重量比は１０：１であり、そして硫酸アンモニウム対塩化アンモニウムの重量比は１０：１である。ここで、ガラスは、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、およびソーダライムガラスから１つを選択されるものである。
本発明の別の実施形態は、アルカリ金属イオンのガラス構造を有し、３５０℃から６００℃に加熱された半物理的強化ガラス構造である抗菌ガラスを提供する。そのうち、抗菌性ガラスは、脱アルカリ剤を介して脱アルカリするガラス構造体である。また、抗菌性ガラスは、イオンを介して銀イオンを交換するガラス構造である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明は加工対象物として様々な種類のガラス材料を使用することができ、加工後の色変化の問題はない。製造プロセスおよび原材料においてより低いコストを有する。本発明の製造プロセスが完了した後も、それは依然として優れた切断および外部加工能力を有し、建築材料および内装工事などの関連産業用途に適用することができる。さらに、本発明の用途は、光電パネル、食品、医療用および化粧品用容器の用途に導入することができ、その製造、加工は、材料および形状の制限なしに処理される。関連産業で使用される原材料のコストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の抗菌性ガラスの製造方法を示す概略図である。
【図２】本発明の半物理的強化および脱アルカリ製造方法を示す概略図である。
【図３】本発明の化学強化製造方法の模式図である。
【図４】本発明は、最適なレベル組合せ実験の参考図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１に示すのはガラスの色価を低減するための抗菌性ガラスの製造方法を提供する本発明の実施形態である。この方法は以下のステップを含む。ステップＳ１、アルカリ金属イオンを有する少なくとも１つのガラスを提供する。ステップＳ２、ガラスを第１炉体に配置し、半物理的強化および１回のアルカリ除去の調製を行う。そしてステップＳ３、ガラスを化学強化調製用の第２炉体に入れる。本発明は、抗菌ガラスの製造方法を提供し、同時に理想的な抗菌製造プロセス効果を達成し、そして抗菌ガラスが切断され成形されるのが容易であるという目的を達成する。国際色コードの色値、色変更モデル（Ｌ *ａ *ｂ *）、Ｌ *は明るさ（輝度）を表し、a *はマゼンタからグリーンまでの範囲を示し、ｂ *はイエローからブルーまでの範囲を示す。Ｌの値の範囲は０から１００です。Ｌ* =５０の場合、５０％黒に相当する。ａ *とｂ *の範囲は+ １２７から-１２８です。+ １２７ a *は赤で、-１２８ａに移行すると徐々に緑に変わる。同じ原理で、+ １２７ｂ *は黄色、-１２８ｂ *は青である。これらのうち、色変化モデル（Ｌ ＊ａ ＊ｂ ＊）も色変化モデル（Ｌ ＊ ａ ＊ ｂ ＊）により同じ色値範囲を表すことができる。本発明の抗菌性ガラスは、任意のガラスであり得るが、一実施形態において、ガラスは、アルカリ金属イオンを付与されたもの、例えば、アルミノシリケートガラスまたはソーダライムガラスである。一般に、高温の物理的強化は６００℃以上である必要があるガラスはローラーテーブルの上に置かれ、６２０℃以上でオーブンに押し込まれるこのアニーリング温度はガラスを柔らかくしてから急速に空気で冷やすことができる。ガラスの表面は焼なまし温度以下に冷却されて急速に硬化し収縮するが、ガラスの内側はまだ短時間で流動する。ガラスが内側に収縮すると、表面に圧縮応力が発生し、ガラスの内側は引っ張り応力になる。熱処理された強化ガラスは約６２０℃の温度で板ガラスを均一に加熱し、そしてガラスは均一な温度および光学的性質を確実にするためにセラミック回転ホイールによって一定の速度で運ばれる。製造プロセスは強化ガラスとほぼ同じである。ただし、冷却プロセスは遅くなる。
全体の物理的強化には６００℃以上の炉体が必要であり、本発明では６００℃未満の炉体を採用し、半物理的に強化して３５０から６００℃までに加熱すればよい。本発明の第１炉体の半物理的強化操作温度は３５０から６００℃までであり、ガラス切断はより容易であり、そして完全な物理的強化ガラスのように切断することは容易ではない。
【０００９】
図２は本発明の一実施形態であり、半物理的強化、およびアルカリ除去を調製するための方法を示す。この方法は以下のステップを含む。ステップＳ１１、一種のアルカリ除去剤としての塩化アンモニウムを第１炉体の底部に置く。ステップＳ１２、準備するガラスを入れ、第１炉体を３５０から６００℃までに加熱する。ステップＳ１３、第１炉体において、温度が３５０から６００℃までに達すると、塩化アンモニウムが昇華しガス化を促進し始め、塩化水素とアンモニアガスとに分解する。ステップＳ１４において、ガラス中のナトリウムイオンＮａ+は昇温時に流動性が高く、水素イオンＨ+と交換した後、ガラス表面のナトリウムイオンＮａ+と反応してガラス表面に白い霧状の析出物を付着させる。ステップＳ１５、塩化アンモニウムが昇華しガス化分解が終了した後、第１炉体加熱を停止する。ステップＳ１６、ガラスの表面が室温に達するまで、第１の炉体をファンで冷却する。そして、ステップＳ１７において、超音波を用いてガラス表面の白い霧状の付着物を洗浄する。
アルミノシリケートガラスまたはソーダライムガラスを準備するが、準備前のマスターガラスの大きさ、厚さ、外観は必要に応じて選択できるが、特に制限はない。一実施形態では、使用されるガラスは、両方とも同時に試験される８００ｍｍ×８００ｍｍのアルミノシリケートガラスおよびソーダライムガラスである。マスターガラスを準備し、それを直立の据え付け品に置き、そして６００℃以下の半物理的強化による半物理的強化のために準備する。一実施形態では、第１の炉体における所要空間容量は１．７ｍ×１．２ｍ×１ｍである。第１炉体の底部に４ｋｇの塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）が置かれ、そして温度が上昇する。炉内の実際の温度が３５０から６００℃までに達すると、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）が昇華しガス化を促進し始める。塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）を脱アルカリ剤として使用することができる。加熱すると、塩化アンモニウム（ＮＨ4Ｃｌ）は塩化水素（ＨＣｌ）とアンモニア（ＮＨ3）に分解し、化学反応式はＮＨ4Ｃｌ→ＮＨ3 + ＨＣｌとなる。ガラス表面の脱アルカリおよび半物理的強化を行う。ガス化が完了したら加熱を止め、ガラス表面が室温になるまで第１炉体をファンで冷却する。マスターガラスを除去して超音波表面洗浄を行った後、半物理的強化および１回のアルカリ除去準備を行う第１段階が完了する。
一般に、アルカリ除去方法は亜硫酸ガスと水を含む高温雰囲気中でガラスを白金（Ｐｔ）触媒で処理することである。ガラスの表層からＮａ+ナトリウムイオンが滲み出して亜硫酸と反応して表層がＳｉＯ2-層となり、その結果、表層が低膨張ガラスとなり、冷却時に圧縮応力が発生する。アルカリ除去法はＮａ2Ｏ ＋ ＣａＯ ＋ＳｉＯ2ガラスに利用可能であるが、その効果はそれほど明白ではない。また、本発明のアルカリ除去剤は、カオリナイト(Ｋａｏｌｉｎｉｔｅ)Ａｌ4（Ｓｉ4Ｏ10）ＯＨ6、二酸化硫黄(Ｓulfur  ｄｉｏｘｉｄｅ)ＳＯ2、硫酸アンモニウム(Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｓｕｌａｆａｔｅ)（ＮＨ4）2ＳＯ4、および塩化アルミニウム(Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ) ＡｌＣｌ3のいずれかをさらに含むことができる。硫酸アンモニウム対塩化アルミニウムの重量比は１０：１であり、塩化アンモニウム対塩化アルミニウムの重量比は１０：１であり、そして硫酸アンモニウム対塩化アンモニウムの重量比は１０：１である。
【００１０】
図３に示すように、本発明の一実施形態では、化学強化調製方法は次のステップを含む。Ｓ２１、第２炉体を３８０℃に加熱した後、２４時間放置する。Ｓ２２、第１炉体を用いてガラスを洗浄し、２時間予熱する。Ｓ２３、ガラスを第２炉体に入れ、重量比９５％から９９．９９％まで、純度９５％から９９．９８％までの硝酸カリウム、重量比０．０１から５％まで、純度９９．９％の硝酸銀混合液を３８０℃で３０分間のイオン交換を行う。Ｓ２４、硝酸カリウムおよび硝酸銀が混ざり合っていて、白い霧状になり、冷却後に固体を呈する。そして、Ｓ２５、ガラス表面を超音波洗浄した後、ガラス自体の色を復元することができる。
本発明の一実施形態では、第１段階の後に化学強化調製物が提供される。第２炉体の半自動予熱・化学強化を準備し、第２炉体の容量は３トンの硝酸カリウムと硝酸銀の混合液を担持できることが要求される。第二炉体は、３８０℃で２４時間加熱して使用することができる。準備が完了した後、第１の炉体ステップＳ１１からステップＳ１７までを洗浄してガラス製品を強化固定具に配置し、第１段階を３８０℃で２時間半自動的に予熱し、それによってガラス自体の温度が化学強化できる温度に達し、温度差変換によりガラス表面に亀裂を生じさせることを避ける。予熱後、ガラス生成物を化学的に強化された第２炉体に移し、３８０℃で３０分間のイオン交換を行う。完了すると、ガラスの表面は白いミストのように見え、これは硝酸カリウムと硝酸銀の混合物で、冷却すると固体の色になる。マスターガラスを取り出して超音波表面洗浄した後、ガラス自体の色を元に戻すことができ、全工程を完了することができる。
本発明の抗菌性ガラスの信頼性および強度試験は、既存の製品に関する信頼性試験および強度試験と比較される。
実験群Ａは本発明の半物理的強化（３５０から６００℃まで）、および一回限りの化学強化検証群であった。実験群表１−１、表１−２に示すのは半物理的強化と1つの化学的強化の抗菌性ガラス実験群である。
実験群Ａの調製方法は以下の通りである。（１）塩化アンモニウムを用いたガラスの半物理的強化および脱アルカリ工程を３５０から６００℃まで３時間行う。（２）塩化アンモニウムガス化終了後、ガラスを取り出し、空気を冷却して室内温度まで冷却する。（３）ガラスを３時間予熱して３８０℃にする。（４）０．５時間の化学強化（硝酸銀０．５％）を行う。（５）２段階化学強化抗菌ガラス加工を完了する。
【００１１】
【表１−１】
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【００１２】
【表１−２】
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【００１３】
以下の表２-１に示すように、アルミノシリケートガラス(ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅ  ｇｌａｓｓs)の抗菌試験。
【表２−１】
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「＊」注：黄色ブドウ球菌試験群は３回反復して微量の細菌を産生した；計算結果は平均０．３ＣＦＵ ／ ｃｍ 2であり、＜１を＊（推定値）とし、０．３はＬｏｇを≡０．５にするので、3.32  - （ -  0.5）= 3.82（抗菌活性）を計算する。
【００１４】
下の表２-２に示すように、ソーダライムガラスの抗菌試験である。
【表２−２】
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「＊」注：黄色ブドウ球菌試験群は３回反復して微量の細菌を産生した；計算結果は平均０．６ＣＦＵ ／ｃｍ 2であり、＜１を＊（推定値）とし、０．６はＬｏｇを≡０．２にするので、4.54 -(-0.2)=4.74（抗菌活性）を計算する。
【００１５】
本発明の抗菌性ガラスは、表３-１、表３-２、表３-３、表３-４に示すように、強化後の切断面の平坦性について試験される。
強化の後、切断面平坦度試験、実験条件およびパラメータ、表３-１：
【表３−１】
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【００１６】
強化後切断面平坦度試験は、切断面の平坦度を顕微鏡で観察する。一般的な機器は、３Ｄ投影顕微鏡とダイヤモンドレンズの使用であり、実験条件とパラメータは直交実験組み合わせ表、表３−２を形成することができる。
【表３−２】
2019156711.tif 000008
【００１７】
切断面の平坦度の実験データを下の表３-３に示す。
【表３−３】
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【００１８】
【表３−４】
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図４は、最適な水平組合せ実験の参考図である。
【００１９】
本発明は、抗菌性ガラスを製造する方法を提供する。一回限りの銀イオン化学置換が提供される場合、ガラスの変色を減らすことができ、そして抗菌性ガラスは特定の材料のガラスに限定されない。例えば、ソーダ石灰ガラスおよびアルミノケイ酸ガラスの両方を使用して抗菌効果を達成することができ、そして色変化を減少させる実用性が改善される。本発明の関連する信頼性試験および強度試験は、２つの化学強化と同じ結果を有する。
【００２０】
本発明は、抗菌性ガラスを製造する方法を提供し、複雑な工程段階を単純化し、そして以下の特定の効果を達成する。本発明は加工対象物として様々な種類のガラス材料を使用することができ、加工後の色変化の問題はない。本発明は、製造プロセスおよび原材料においてより低いコストを有する。試験後、本発明の抗菌性ガラスの混合強化方法は、１．５回の物理的強化と１回の化学的強化とを含み、他の強化ガラスを切断することができないという問題とは異なる。したがって、本発明の製造プロセスが完了した後も、それは依然として優れた切断および外部加工能力を有し、建築材料および内装工事などの関連産業用途に適用することができる。さらに、本発明の用途は、光電パネル、食品、医療用および化粧品用容器の用途に導入することができ、その製造、加工は、材料および形状の制限なしに処理される。関連産業で使用される原材料のコストを削減できる。さらに、本発明においては、抗菌性試験ＪＩＳ２８０１の抗菌性値が５以上であり、黄色ブドウ球菌が３．８から４．７以上となっている。
【００２１】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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