(57)【要約】【課題】所定の構造物などに対してチオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌に対して十分に高い抗腐食性を付与する。【解決手段】所定の基材上に、亜鉛層 とマンガン、コバルト、及び銅から選択される少なくとも一種の抗菌性元素からなる抗菌層とをそれぞれ順次に析出させて、前記亜鉛層と前記抗菌層とからなる多層膜を形成する。次いで、前記多層膜を所定の温度で加熱することにより、亜鉛及び前記抗菌性元素を含む抗微生物腐食合金メッキを製造する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛と、マンガン、コバルト、マグネシウム、及び銅から選ばれる少なくとも一種の抗菌性元素とを含むことを特徴とする、抗微生物腐食合金メッキ。
【請求項２】
厚さが１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の抗微生物腐食合金メッキ。
【請求項３】
鉄酸化菌に対する腐食性を呈することを特徴とする、請求項１又は２に記載の抗微生物腐食合金メッキ。
【請求項４】
前記鉄酸化菌は、チオバシルス・フェロオキシダンスであることを特徴とする、請求項３に記載の抗微生物腐食合金メッキ。
【請求項５】
所定の基材上に、亜鉛層 とマンガン、コバルト、マグネシウム、及び銅から選択される少なくとも一種の抗菌性元素からなる抗菌層とをそれぞれ順次に析出させて、前記亜鉛層と前記抗菌層とからなる多層膜を形成した後、この多層膜を所定の温度で加熱することにより、亜鉛及び前記抗菌性元素を含む抗微生物腐食合金メッキを製造することを特徴とする、抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【請求項６】
前記加熱は、亜鉛の融点以上で行うことを特徴とする、請求項５に記載の抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【請求項７】
前記亜鉛層の厚さが１０〜５０μｍであり、前記抗菌層の厚さが１０〜５０μｍであることを特徴とする、請求項５又は６に記載の抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【請求項８】
前記亜鉛層及び前記抗菌層はこの順に積層することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一に記載の抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【請求項９】
前記亜鉛層及び前記抗菌層は、電気メッキ法により析出させることを特徴とする、請求項５〜８のいずれか一に記載の抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【請求項１０】
前記抗微生物腐食合金メッキの厚さが１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする、請求項５〜９のいずれか一に記載の抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【請求項１１】
前記抗微生物腐食合金メッキは、鉄酸化菌に対する腐食性を呈することを特徴とする、請求項５〜１０のいずれか一に記載の抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【請求項１２】
前記鉄酸化菌は、チオバシルス・フェロオキシダンスであることを特徴とする、請求項１１に記載の抗微生物腐食合金メッキの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄鋼材料技術、表面処理技術、環境技術、バイオテクノロジー、及び土木・建築産業などにおいて好適に用いることのできる抗微生物腐食合金メッキ、及び抗微生物腐食合金メッキの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛および各種亜鉛合金膜は、鉄鋼材料の耐食性めっきなどとして以前から多用されてきた。そのため、土壌中や温泉地などの環境中において建造される構造物に使用されたり、また今後の使用が検討されたりしている。しかしながら、このような環境においては、各種微生物が鉄材料の腐食に関与する可能性がきわめて大きい。鉄に対する微生物腐食は通常の電気化学的なメカニズムで進行する腐食現象とは異なるメカニズムを持つため、同じ防食法では解決できないことが多い。そのためこの抗微生物腐食に対する特別な防食法が考案される必要がある。
【０００３】
とりわけ酸性土壌中に存在するチオバシルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌は、酸性雨の問題や温泉地への構造物の摘要などがしばしば問題となる環境中に存在し、そのような環境中で使用される構造物、装置等の腐食に関与することが指摘されているため、この防食法を確立する必要性が指摘されてきた。しかしながら、現状においては、上述した構造物の、チオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌に対する腐食技術が確立されていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、所定の構造物などに対してチオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌に対して十分に高い抗腐食性を付与することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく、本発明は、
亜鉛と、マンガン、コバルト、マグネシウム、及び銅から選ばれる少なくとも一種の抗菌性元素とを含むことを特徴とする、抗微生物腐食合金メッキに関する。
【０００６】
また、本発明は、
所定の基材上に、亜鉛層 とマンガン、コバルト、マグネシウム、及び銅から選択される少なくとも一種の抗菌性元素からなる抗菌層とをそれぞれ順次に析出させて、前記亜鉛層と前記抗菌層とからなる多層膜を形成した後、この多層膜を所定の温度で加熱することにより、亜鉛−抗菌元素合金膜からなる抗微生物腐食合金メッキを製造することを特徴とする、抗微生物腐食合金メッキの製造方法に関する。
【０００７】
構造物などに抗腐食性を付与するために、前記構造物の表面に亜鉛メッキなどを施すことが頻繁に行われるが、亜鉛は細菌や生体に対して毒性がないことから、上述した亜鉛メッキでは、構造物などをチオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌による腐食から十分に保護することができない。そこで、本発明者らは、汎用の亜鉛メッキに対して十分な抗微生物腐食性を付与すべく、鋭意検討を実施した。
【０００８】
本発明者らは、亜鉛メッキに対して所定の元素を加え、鉄酸化菌などの微生物に対して高い抗腐食性を付与することを試みた。前記鉄酸化菌は、ほとんどの金属に対して通性を呈し、目的とする添加元素の探索は困難を極めたが、マンガン、コバルト及び銅は前記鉄酸化菌に対して高い抗腐食性を呈することを見出した。そこで、本発明者らは、マンガンなどの抗菌性元素を亜鉛と合金化させて、鉄酸化菌に対して高い抗腐食性を有するメッキの作製を試みた。
【０００９】
従来、亜鉛合金膜は水溶液からの合金電析を用いて作製していた。したがって、従来の方法で上述した抗腐食性を有する亜鉛合金膜を作製しようとすると、亜鉛及び抗菌性元素という２つの異なる金属の電析を同一の電位で行うことが要求される。したがって、プロセスが複雑になるとともに、使用される化学種も限定され、実用的な観点からはきわめて複雑かつ困難なプロセスである。さらに、水溶液中からの電析では、生成される合金皮膜は熱的に非平衡である可能性があり、使用中に加熱されるような場合にはメッキが変質することもあった。
【００１０】
このような観点から、上述した抗腐食性の亜鉛合金膜を作製するに当り、従来の合金電析法に代わる新規な作製方法を確立することが要求された。そこで、本発明者らは、上述した本発明の製造方法に従って、合金電析法などにより亜鉛層と抗菌性元素からなる抗菌層とを独立に析出させて多層膜を形成し、この多層膜に対して所定温度で加熱処理を施すことによって、固相−固相、液相−固相反応、及び液相−液相反応を通じて、亜鉛と前記抗菌性元素とを含み、チオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌に対して十分に高い抗腐食性を有する、目的とする本発明の合金メッキが得られることを見出した。
【００１１】
還元すれば、上述した本発明の製造方法によって、目的とする本発明の抗微生物腐食合金メッキを得ることができ、所定の構造物などに対してチオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌に対して十分に高い抗腐食性を付与することができるようになる。
本発明のその他の特徴及び利点については、以下の発明の実施の形態で詳述する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、所定の構造物などに対してチオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌に対して十分に高い抗腐食性を付与することができる、抗微生物腐食合金メッキ及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明においては、最初に、所定の基材上に、亜鉛層及び抗菌層を順次に析出させて多層膜を形成する。前記抗菌層はマンガン、コバルト、マグネシウム、及び銅から選ばれる少なくとも一種の抗菌性元素を含む。これらの抗菌性元素は、細菌や生体などに対して高い毒性を有し、特にチオバルス・フェロオキシダンスなどの鉄酸化菌に対して十分に高い抗腐食性を有する。したがって、最終的に得た合金メッキに対し、前述したような高い抗腐食性を付与することができる。
【００１４】
前記亜鉛層及び前記抗菌層を析出させる方法は特に限定されるものではないが、それぞれ電気メッキ法を用いることができる。前記抗菌層を電界メッキ法によって形成する場合、前記抗菌性元素の硫酸塩、塩化物などを用いることができる。また、前記亜鉛層を電界メッキ法によって形成する場合は、硫酸亜鉛、塩化亜鉛を主成分とする電気亜鉛メッキ法に用いられる通常のメッキ浴を用いることができる。
【００１５】
また、前記多層膜を構成する前記亜鉛層の厚さは、１０〜５０μｍであることが好ましく、同じく前記抗菌層の厚さは、１０〜５０μｍであることが好ましい。これによって、後の加熱処理によって各種の安定な相からなる合金メッキを得ることができる。また、上記のような厚さの亜鉛層及び抗菌層は、上述した電気メッキ法によって上記各層を形成する場合の、形成条件の変動幅をある程度許容することができる。すなわち、前記亜鉛層及び前記抗菌層を形成する際の電析条件が、前記各層の形成中に若干変動したとしても、上記厚さの範囲内にほぼ収めることができるようになる。
【００１６】
なお、前記亜鉛層及び前記抗菌層の積層順序は特に限定されるものではないが、亜鉛層／抗菌層の順に積層することが好ましい。抗菌層／亜鉛層の順で積層すると、最終的に得た合金メッキの表層部分が亜鉛リッチとなって、十分な抗微生物腐食性を付与できない場合がある。
【００１７】
また、前記多層膜を形成すべき前記基材は、一般には目的とする本発明の抗微生物腐食合金メッキを形成して、抗微生物腐食性を付与すべき部材であって、所定の構造物あるいは装置部品などである。
【００１８】
次いで、本発明においては、前記多層膜に対して所定温度で加熱処理を施し、前記亜鉛層と前記抗菌層とを合金化する。加熱処理温度は特に限定されるものではないが、亜鉛の融点以上であることが好ましい。これによって、前記亜鉛層が溶解して液相となり、この液相が前記抗菌層中に速やかに拡散するため、目的とする合金メッキを比較的短時間で簡易に形成することができる。
【００１９】
例えば、亜鉛の融点以上で上記加熱処理を実施した場合は、目的とする合金メッキを得るために要する加熱時間は、数時間程度であるが、亜鉛の融点より低い温度で前記加熱処理を実施した場合は、目的とする抗微生物腐食合金メッキを得るためには、数日間の時間を要する。
【００２０】
また、加熱温度の上限については特に限定されるものではなく、前記加熱操作を行う炉や制御系全体の特性などに依存して決定される。しかしながら、亜鉛は蒸気庄が高いためにあまりに高温に加熱処理すると、亜鉛が蒸気となって散逸し、十分な合金膜を得ることができなくなる。このような観点より、最も適する加熱温度は一般には６００℃程度である。また、この温度を超えて加熱処理を実施し、ある程度の亜鉛が散逸しても、得られる合金メッキのチオバシルス・フェロオキシダンスなど鉄酸化菌に対する抵抗性は依然として高い。なお、亜鉛の融点は、約４２０℃である。
【００２１】
なお、前記加熱処理は、不活性ガス雰囲気、窒素ガス雰囲気などの非酸化性雰囲気中で行う。
【００２２】
以上のような工程を経ることにより、本発明の抗微生物腐食合金メッキを形成することができる。なお、この合金メッキがチオバシルス・フェロオキシダンスなど鉄酸化菌などに対して十分な抗微生物腐食性を呈するためには、その厚さを１μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。但し、前記合金メッキの厚さが１μｍより小さくなっても、前記合金メッキが形成されている限り、前記合金メッキを形成している基材に対しては抗微生物腐食性を付与することができるようになる。
【００２３】
また、得られた合金メッキは、チオバシルス・フェロオキシダンスなど鉄酸化菌に対して著しい抗腐食性を呈するが、その他の細菌及び生体などに対しても良好な抗腐食性を呈する。
【実施例１】
【００２４】
最初に、チオバシルス・フェロオキシダンスの培養を実施した。この培養に際しては、表１に示すような培養液(I)及び（II）を用いた。培養に先立ち、これらの培養液（I）及び(II)をそれぞれ３８２Ｋ、１．２ｋｓで高圧蒸気滅菌し、培養直前にこれら二液を混合しこれを９Ｋ培地として用いた。
【００２５】
【表１】
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【実施例２】
【００２６】
最初に、板厚１．５ｍｍの炭素鋼（ＪＩＳ  ＳＳ４００）からなる基板を準備し、次いで、前記基板を、塩化亜鉛１３７ｇ、ホウ酸１０ｇ、塩化ナトリウム５ｇ、及び硫酸アルミニウム１０ｇを含む、総量３００ｍｌの亜鉛めっき浴中に浸漬し、２０Ａ／ｄｍ２の電流密度で５分間電解し、亜鉛層を厚さ２０μｍに析出させた。次いで、硫酸マンガン９０ｇ、硫酸アルミニウム１０ｇ、及びホウ酸１０ｇを含み、全量３００ｍｌのマンガンメッキ浴中に浸漬し、１０Ａ／ｄｍ２の電流密度にて５分間電解し、前記亜鉛層上にマンガン層を厚さ１０μｍに電析させた。
【００２７】
その後、得られた多層膜を２００℃から１２００℃の各温度にて所定時間加熱処理して合金化し、合金メッキを得た。次いで、これらの試料を実施例１と同様にして調整した９Ｋ培地中に浸漬させ、チオバシルス・フェロオキシダンスを接種し、実施例１と同様の手順で増殖阻害作用を菌数測定により調べた。
【００２８】
この結果、いずれの合金メッキもチオバシルス・フェロオキシダンスの増殖を抑制し、高い抗腐食性を示したが、６００℃で加熱処理して得た合金メッキにおいて、最も大きな増殖阻害作用が確認され、この場合にチオバシルス・フェロオキシダンスに対して最も高い抗腐食性を呈することが確認された。
【００２９】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００３０】
（図３を参酌すると、マグネシウムを添加した場合、その添加量が１００ｍＭの場合に、菌数がゼロとなって抗菌作用が認められるので、本発明に対する比較例の位置付けとして不適当であるので、削除しました）
次いで、培養槽に５０ｍｌの９Ｋ培地を入れた後、コバルト粉末、銅粉末、マンガン粉末、マグネシウム粉末、チタン粉末、アルミニウム粉末、ニッケル粉末をそれぞれ１０ｍＭ、５０ｍＭ、１００ｍＭ添加し、直ちに１０５／ｍｌの菌数になるようにチオバシルス・フェロオキシダンスを接種した。恒温槽の温度は３０℃に保持し、培地をスターラーで撹拌した。経時的に細菌数を測定した。細菌数の測定は、クリスタルバイオレットで細菌を染色後、光学顕微鏡下、細菌係数板を用いて行った。
【００３１】
図１〜図７に各種粉末を含んだ９Ｋ培地中におけるチオバシルス・フェロオキシダンスの増殖阻害作用を調べた結果を示す。図１〜図４に示すように、チオバシルス・フェロオキシダンス培地にコバルト粉末、銅粉末、マンガン粉末、及びマグネシウムを加えた場合は、その添加量に比例して菌数が経時的に減少していることが確認された。特に、マンガン粉末及びマグネシウム粉末を加えた場合は、その添加量が５０ｍＭあるいは１００ｍＭの場合に、それぞれ５０時間及び１００時間経過後に菌数が著しく低減し、その後の増殖がほとんど完全に抑制されていることが分かる。
【００３２】
一方、図５〜図７に示すように、チオバシルス・フェロオキシダンス培地にチタン粉末、アルミニウム粉末、及びニッケル粉末を加えた場合は、これらの粉末添加にも拘わらず、菌数の減少は認められなかった。したがって、チオバシルス・フェロオキシダンスに対し、コバルト、銅及びマンガンが抗腐食性を呈することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】チオバシルス・フェロオキシダンス培地にコバルト粉末を加えた場合の菌数の経時的変化を示すグラフである。
【図２】チオバシルス・フェロオキシダンス培地に銅粉末を加えた場合の菌数の経時的変化を示すグラフである。
【図３】チオバシルス・フェロオキシダンス培地にマンガン粉末を加えた場合の菌数の経時的変化を示すグラフである。
【図４】チオバシルス・フェロオキシダンス培地にチタン粉末を加えた場合の菌数の経時的変化を示すグラフである。
【図５】チオバシルス・フェロオキシダンス培地にアルミニウム粉末を加えた場合の菌数の経時的変化を示すグラフである。
【図６】チオバシルス・フェロオキシダンス培地にニッケル粉末を加えた場合の菌数の経時的変化を示すグラフである。
【図７】チオバシルス・フェロオキシダンス培地にニッケル粉末を加えた場合の菌数の経時的変化を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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