專利名稱：具有抗菌活性的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末以及用含有該粉末的樹脂涂覆的生物波鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有抗菌活性的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，該粉末可應(yīng)用于鋼板以使其具有抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能。另外，本發(fā)明涉及一種鋼板，該鋼板可屏蔽低頻電磁波，并可用在需要抗菌活性和遠(yuǎn)紅外輻射的場合。
背景技術(shù)：
屬于紅外輻射的遠(yuǎn)紅外輻射的波長為2.5～20μm。在高于0K的溫度下，所有物質(zhì)都產(chǎn)生遠(yuǎn)紅外輻射，但是這種輻射廣泛從被稱為遠(yuǎn)紅外發(fā)射器的特定陶瓷中產(chǎn)生。按照韓國專利公報95-8584的公開，遠(yuǎn)紅外輻射的能量效率如此之高，歸功于其通過應(yīng)用廣泛的輻射傳遞能量。
例如，遠(yuǎn)紅外輻射對于人體的有益效果使遠(yuǎn)紅外發(fā)射器可以應(yīng)用于桑拿建筑物、電器、普通建筑物等中。
按照韓國專利申請88-1616和95-26761的公開，典型的遠(yuǎn)紅外發(fā)射器是硬玉和淡英斑巖。除此之外，已知過渡金屬氧化物也具有高遠(yuǎn)紅外發(fā)射率(韓國專利公開號95-8584)。因這些遠(yuǎn)紅外發(fā)射器幾乎不具有導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性，預(yù)計其具有電磁屏蔽能力。
有多種方法可以使鋼板具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射能力。例如，按照日本專利公開號95-248231和2000-171045的公開，用遠(yuǎn)紅外發(fā)射陶瓷涂覆鋼板以提高其耐熱性和能量效率。按照韓國專利申請90-22365的公開，可通過腐蝕將不銹鋼板變?yōu)檫h(yuǎn)紅外發(fā)射器。韓國專利公開號1998-83238介紹了一種制造遠(yuǎn)紅外發(fā)射鋼板的方法，其中在諸如聚乙烯樹脂等熱固性樹脂中加入含有諸如Al2O3、SiO2等的遠(yuǎn)紅外發(fā)射陶瓷的沸石粉末，然后進(jìn)行熱處理。但是，由于選擇了不合適的遠(yuǎn)紅外發(fā)射器，該鋼板在全波長范圍中表現(xiàn)出僅0.90以下的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。特別是，在已知對人體健康有益的5-8μm的波長帶范圍內(nèi)，其遠(yuǎn)紅外發(fā)射率僅為約0.5-0.8。
參照

圖1a和1b，顯示了發(fā)射曲線。在圖4a中常規(guī)PCM(預(yù)涂覆金屬)鋼板的發(fā)射率對波長作圖。圖4b示出了PCM鋼板和理想體的典型的發(fā)射率對波長作圖。從曲線中可以看出，這些鋼板沒有顯示出高頻遠(yuǎn)紅外發(fā)射。另外，不能預(yù)計這些鋼板屏蔽低頻電磁波。
按照條件的需要，需要鋼板抑制微生物，以及顯示高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。在這一點(diǎn)上，一些現(xiàn)有技術(shù)提出在鋼板中應(yīng)用抗菌物質(zhì)以用于內(nèi)部裝修、廚房用具等。例如，韓國專利公開號1996-58162公開了在磷酸鹽材料中浸漬的銀(Ag)作為可用于鋼板的抗菌物質(zhì)。類似的，按照日本專利公開特開平8-257493和韓國專利公開號1998-83239的公開，具有抗菌活性的無機(jī)物質(zhì)如Zn和Ag浸漬在具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的沸石載體中?？蓱?yīng)用于鋼板的抗菌物質(zhì)的另一個例子是光催化劑如TiO2(日本專利公開2000-63733)。另外，美國專利6,313,664利用具有催化活性的金屬與TiO2結(jié)合，使鋼板具有抗菌活性。應(yīng)用于鋼板的大多數(shù)常規(guī)抗菌物質(zhì)是基于金屬離子的抗菌活性和TiO2的光學(xué)性能。但是，含有抗菌金屬離子和光催化劑的載體不僅遠(yuǎn)紅外發(fā)射率差，而且非常昂貴。
由于構(gòu)成時變的、與生物體系具有不同相互作用的電場和磁場，發(fā)現(xiàn)電磁波對人體具有有害作用，這導(dǎo)致開發(fā)了多種用于屏蔽電磁波的方法和物質(zhì)。對人體產(chǎn)生不利影響的人造波統(tǒng)稱為有害波。
最近的研究證明了低頻電磁波對生物體系的有害作用。特別地，一系列提示了輸電線周圍的電磁場(60Hz)與致癌作用的相互作用的研究在全世界產(chǎn)生重大影響。
除了致癌作用，當(dāng)長時間暴露于低頻電磁波時，發(fā)現(xiàn)具有磁性的低頻電磁波在人體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，這打破了各種離子如Na+、K+、Cl-等的跨細(xì)胞膜生物平衡，對人體的激素分泌和免疫細(xì)胞產(chǎn)生不利影響。一項研究報道說磁場改變與睡眠有關(guān)的褪黑激素的分泌量，從而導(dǎo)致長期影響健康的失眠。
作為對來自電磁場的不利健康作用的環(huán)境因素的反應(yīng)，最近許多國家通過立法降低從各種電器或電磁器中釋放的電磁波的容許水平。另外，有關(guān)電磁場的規(guī)定用作了電器和/或電磁器的進(jìn)口壁壘。例如，瑞典和其它歐洲國家禁止進(jìn)口磁漏2mG或更高的的電視或計算機(jī)監(jiān)視器。
同樣地，隨著與電磁有關(guān)的學(xué)術(shù)團(tuán)體(韓國電磁工程協(xié)會)和醫(yī)學(xué)團(tuán)體發(fā)揮重要作用，韓國的政府和非政府組織進(jìn)行了很大的努力以制定一項控制電場和磁場暴露極限的法律(Journal of the KoreaElectromagnetic Engineering Society，第8卷，第2期，1997；White Paperon the Activity at National Assembly of the Committee on the Problems ofHarmful Electromagnetic Waves，1999年12月出版；“EpiodemiologicalInvestigation for the Influence of Electromagnetic Waves on the Body andStudy on the Enactment of Law Regulating Electromagnetic Waves”，Korea Radio Station Management Agency(KORA 99-09，2000年8月))。
為處理這種有害的電磁波，在兩方面開發(fā)了屏蔽技術(shù)構(gòu)造和材料。目前使用銅和鋁作為電磁波的屏蔽。此外，本發(fā)明人在韓國專利申請1999-52018中描述了一種在低頻具有優(yōu)良的磁屏蔽效應(yīng)的鋼材料。但是，這樣的非鐵材料及具有優(yōu)良電磁屏蔽性能的鋼板不適合作為遠(yuǎn)紅外發(fā)射器，因為它們的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率很差。
發(fā)明的公開本發(fā)明人進(jìn)行了廣泛而全面的研究，發(fā)現(xiàn)某些堿性氧化物具有優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，以及對微生物的抑制活性，可以應(yīng)用于鋼板上，從而產(chǎn)生了本發(fā)明。
因此，本發(fā)明的一個目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，及提供一種具有抗菌活性、其飽和水溶液的pH為堿性，并具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射活性的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種樹脂涂覆的鋼板，該鋼板具有抗菌活性及遠(yuǎn)紅外發(fā)射活性。
本發(fā)明的第三個目的是提供了用含有遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的樹脂涂覆的屏蔽電磁波的鋼板，該鋼板具有屏蔽電磁波及抗菌活性，并具有遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能。
按照本發(fā)明的一個方面，提供一種遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，該粉末具有抗菌活性，其飽和水溶液的pH值范圍為7.5-10.5，并顯出0.9或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種具有抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的樹脂涂覆鋼板，其樹脂涂層的干厚度為5-60μm，所說的樹脂涂層中含有5-100重量份遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末/100重量份樹脂，所說的粉末的飽和水溶液的pH值范圍為7.5-10.5，并具有0.9或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他目的、特征和其它優(yōu)點(diǎn)，附圖中
圖1a為ZnO粉末和理想黑體的遠(yuǎn)紅外發(fā)射曲線；圖1b為MgO粉末和理想黑體的遠(yuǎn)紅外發(fā)射曲線；圖2a為顯示含有與氫氧化鎂和大腸桿菌結(jié)合的MgO的標(biāo)準(zhǔn)試樣的照片；圖2b為顯示培養(yǎng)圖2a的標(biāo)準(zhǔn)試樣24小時后大腸桿菌生長的照片；圖3a為顯示含有與氫氧化鋅和綠膿假單孢菌結(jié)合的ZnO的標(biāo)準(zhǔn)試樣的照片；圖3b為顯示培養(yǎng)圖3a的標(biāo)準(zhǔn)試樣24小時后綠膿假單孢菌的生長的照片；圖4a為常規(guī)聚酯PCM板的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線；圖4b為常規(guī)聚酯PCM板和理想黑體的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線；圖5為聚酯樹脂的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線；圖6a為TiO2粉末的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線；圖6b為MgO粉末的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線；圖6c為CaCO3粉末的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線；圖6d為ZnO粉末的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線；圖7為用含有MnO和TiO2粉末的聚酯樹脂涂覆的生物波(bio-wave)鋼板的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率對波長所作的曲線。
實施本發(fā)明的最佳方式當(dāng)與水分接觸時，某些堿性金屬氧化物粉末在其表面具有M(OH)或M(OH)2的形式(式中M為堿金屬元素)的氫氧化物。這些氫氧化物堿性弱，但具有優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外發(fā)射和有效的抗菌活性。
由于它們在水中的溶解度高，Na2O、K2O和CaO粉末很容易與水分作用而分別形成NaOH、KOH和Ca(OH)2，同時產(chǎn)生大量的熱。此外，Na2O、K2O或CaO的水溶液的pH值為11或更高，堿性很強(qiáng)。因此，這些氧化物不適合作為遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，因為它們的堿性很高，這對身體是有害的，盡管粉末形式的Na2O、K2O和CaO具有抗菌活性。
相反，MgO和ZnO很難與水分或水反應(yīng)。當(dāng)MgO和ZnO粉末直接與水或水分接觸時，它們只有極少量形成氫氧化物，由于這些氫氧化物的存在，粉末表面的pH值范圍為7.5-10.5。在堿性氧化物粉末的表面，與水分的反應(yīng)如下面的化學(xué)式1所示[1]通常微生物經(jīng)不起環(huán)境變化。當(dāng)環(huán)境的pH進(jìn)入7.5-10.5的范圍時，一些微生物的生長可能會受到有效的抑制。弱的堿性pH范圍對人體無害，因此這些氫氧化物或氧化物用來制造類礦泉水、堿性食物、抗酸劑等。
與MgO和ZnO相反，CaCO3不會因改變環(huán)境pH而具有抗菌活性。CaCO3粉末自身具有抗菌活性，在水中的溶液度很小。但是，CaCO3的抗菌活性比MgO或ZnO弱。在用與樹脂結(jié)合的CaCO3涂覆鋼板以使其具有抗菌活性時，CaCO3的用量必須比MgO、ZnO、Mg(OH)2和Zn(OH)2更大。另外，MgO、ZnO、Mg(OH)2、Zn(OH)2和CaCO3在遠(yuǎn)紅外波長帶均具有0.90或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，優(yōu)選0.92或更高。
按照本發(fā)明，具有0.90或更高、優(yōu)選0.92或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，并具有7.5-10.5的pH或具有天然的抗菌活性的陶瓷粉末可以用作抗菌、遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末(下文僅稱作“發(fā)射粉末”)。
僅作說明而非限制的發(fā)射粉末的例子包括MgO、Mg(OH)2、ZnO、Zn(OH)2、CaCO3粉末或這些粉末的混合物。
按照本發(fā)明的一個實施方案，在發(fā)射粉末中優(yōu)選含有17重量％的抗菌且遠(yuǎn)紅外發(fā)射性的MgO、Mg(OH)2、ZnO、Zn(OH)2、CaCO3或它們的混合物。如果氧化物或氫氧化物的用量低于17重量％，其(粉末)不顯示優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
發(fā)射粉末優(yōu)選具有1.0m2/g或更大的比表面積。另外，優(yōu)選粒子尺寸為100目或更小的發(fā)射粉末。當(dāng)與粘合劑結(jié)合涂覆時，比表面積小或粒子尺寸大的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末使涂層不均勻。
本發(fā)明的發(fā)射粉末可以通過任何已知的方法制備。例如，通過來自鋼鐵廠的堿性耐火材料的水化作用可以獲得Mg(OH)2。詳細(xì)來說，當(dāng)用作鋼鐵廠的堿性耐火材料的氧化鎂(MgO)于水溶液中在100℃或更高溫度被加熱和老化時，在耐火材料的表面形成氫氧化鎂。另外，可以從海水獲得氫氧化鎂。
由于含有MgO、Mg(OH)2、ZnO、Zn(OH)2、CaCO3或它們的混合物的粉末為白色，將粉末與有色顏料混合而保持顏料的顏色。因此，可以獲得理想顏色的將要涂覆到基材如鋼板和塑料上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末。
除了具有優(yōu)越的遠(yuǎn)紅外發(fā)射和抗菌活性，含有MgO、Mg(OH)2、ZnO、Zn(OH)2、CaCO3或它們的混合物的粉末對人體無害。因此，本發(fā)明的發(fā)射粉末與涂料或樹脂結(jié)合，可以應(yīng)用于任何需要抗菌活性和健康的遠(yuǎn)紅外發(fā)射的場合。本發(fā)明發(fā)射粉末的說明性而非限制性的應(yīng)用實例包括樹脂涂覆的鋼板、壁紙、家具和塑料管。
應(yīng)用于鋼板時，如上所述，發(fā)射粉末與樹脂結(jié)合。應(yīng)用于鋼板的任何樹脂可用來與本發(fā)明的發(fā)射粉末結(jié)合?？捎糜诒景l(fā)明的說明性而非限制性的樹脂的例子包括聚酯樹脂和丙烯酸樹脂。
按照本發(fā)明，基于100重量份樹脂，發(fā)射粉末的用量為5-100重量份，優(yōu)選為15-100重量份。例如，當(dāng)發(fā)射粉末的用量低于5重量份時，導(dǎo)致較差的抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能。而隨著樹脂中的發(fā)射粉末的含量增加時，遠(yuǎn)紅外輻射也增強(qiáng)。僅僅考慮遠(yuǎn)紅外輻射因素，最好使用更多的發(fā)射粉末。但是，在100重量份樹脂中超過100重量份的發(fā)射粉末時會導(dǎo)致涂層的粘結(jié)性能、與其它組分如顏料的相容性變差。
但是，臨界抗菌活性所需的發(fā)射粉末量隨發(fā)射粉末的不同而不同。例如，使樹脂涂覆的鋼板具有90％或更高的抗菌能力所需的最小發(fā)射粉末量取決于所用的發(fā)射粉末。詳細(xì)地說，為使鋼板具有90％或更高的抗菌能力，基于100重量份樹脂，MgO或Mg(OH)2的用量必須為5重量份或更高，ZnO或Zn(OH)2的用量為20重量份或更高，CaCO3的用量為30重量份或更高。
按照本發(fā)明，用于涂覆鋼板的樹脂組合物除含有發(fā)射粉末，根據(jù)情況需要還可以含有固化劑、消光劑、分散劑和其他添加劑。
當(dāng)含有遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的樹脂涂覆在鋼板上時，鋼板的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率隨所得涂層的變厚而增加至某一程度。例如，當(dāng)含有發(fā)射粉末的涂層組合物以5μm的干厚度涂覆在鋼板上時，涂層的抗菌能力為90％或更高，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.85或更高。干厚度為15μm時，涂層的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.90或更高。但是，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率一直增加，直到干厚度達(dá)到60μm。超過60μm的干厚度使涂層的粘結(jié)力下降，而不增加遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。對于PCM(預(yù)涂金屬)鋼板的情況，優(yōu)選涂層的干厚度小于30μm?？紤]到上述條件，含有發(fā)射粉末的樹脂優(yōu)選在鋼板上涂覆到5-60μm的干厚度，更優(yōu)選為15-30μm的干厚度。
在樹脂涂層中，優(yōu)選遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的含量大約為25-50重量％。例如，如果遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的含量低于25重量％，發(fā)射率變差。另一方面，當(dāng)使用超過50重量％的發(fā)射粉末時，發(fā)射率也不會進(jìn)一步增加。
在對人體有益的5-8μm的波長帶上，聚酯樹脂的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.5-0.8，這與在5-20μm范圍之外的其他波長帶上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率相比顯著的差，如圖5所示。因此，當(dāng)使用聚酯樹脂時，需要使用在5-8μm的波長帶上具高遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的發(fā)射粉末，從而需要聚酯樹脂涂覆的鋼板在5-8μm的波長帶上具有0.85或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，在5-20μm的遠(yuǎn)紅外全波長帶之外的其他范圍的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.90或更高。
在5-8μm的波長帶上，MgO、Mg(OH)2、ZnO、Zn(OH)2和CaCO3均具有0.90或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。因此，在本發(fā)明中，將選自MgO、Mg(OH)2、ZnO、Zn(OH)2、CaCO3及它們的混合物中的任何一種與聚酯樹脂結(jié)合并應(yīng)用于鋼板，都可取得在5-8μm的波長帶上的理想遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
按照本發(fā)明，含有遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的的聚酯樹脂被涂覆到鋼板上至干厚度為15-60μm，優(yōu)選干厚度為15-30μm。例如，如果涂層厚度低于15μm，得不到充足的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。另一方面，超過60μm的涂層厚度對鋼板的粘結(jié)性能變差。
當(dāng)用與在5-8μm的波長帶上具有0.90或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末混合的聚酯樹脂涂覆鋼板時，發(fā)現(xiàn)鋼板在5-20μm的遠(yuǎn)紅外全波長帶的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率平均為0.90或更高，在5-8μm的波長帶上其遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.85或更高。
應(yīng)該理解本發(fā)明的發(fā)射粉末并不局限于用于本發(fā)明的鋼板。如果本發(fā)明的發(fā)射粉末施用于其上，可應(yīng)用任何鋼板。另外，將與本發(fā)明的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末混合的樹脂涂覆到電磁屏蔽鋼板上，從而制成生物波鋼板，該鋼板在抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射方面均很優(yōu)越，并具有優(yōu)良的電磁屏蔽效果。本文所用的術(shù)語“生物波鋼板”是指可屏蔽有害的電磁波(例如，60Hz的人造電磁場)并發(fā)射有益的遠(yuǎn)紅外輻射的鋼板。
可用于本發(fā)明的電磁屏蔽鋼板的例子是在60Hz的時變磁場中具有2000或更高的最大磁導(dǎo)率的鋼板，但不限于此。
含有95重量％或更高的鐵及0.02重量％或更低的碳的鋼板，在60Hz的時變磁場中能夠顯示2000或更高的最大磁導(dǎo)率。
碳含量超過0.02重量％會降低時變磁場(60Hz)中的最大磁導(dǎo)率，使電磁屏蔽效果減弱。可用于本發(fā)明的鋼板是含有0.02重量％或更低的碳、95重量％或更高鐵的冷軋鋼板，和含有0.5-3.5重量％硅的硅鋼板。這些鋼板可以電解方式或熱浸方式鍍鋅、鍍鉻或涂覆樹脂。
抗菌性發(fā)射粉末和生物波鋼板可用來控制或除掉真菌，特別是大腸桿菌和綠膿假單孢菌。因此，本發(fā)明的生物波鋼板不僅可以用在需要電磁場屏蔽和遠(yuǎn)紅外發(fā)射的地方，而且可以用在需要除掉大腸桿菌和綠膿假單孢菌的地方。
在對本發(fā)明作了總的描述之后，參照下面的特定具體實施例可以進(jìn)一步理解本發(fā)明，這些實施例僅出于說明的目的，如無另外指明，無意限制本發(fā)明。實施例1在100g水中分別加入下表1所列的各種堿性氧化物和氫氧化物30g。加入堿性氧化物或氫氧化物后，測量水溶液的pH值，結(jié)果列在表1。在加入堿性氧化物或氫氧化物之前，預(yù)先測得蒸餾水的pH為6.7。
還測得了堿性氧化物和氫氧化物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，結(jié)果列在表1。為此，借助于遠(yuǎn)紅外分析儀，對表1所列的各種氧化物和氫氧化物的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率進(jìn)行測量，然后根據(jù)波長在50℃使用該分析儀測量理想黑體的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。遠(yuǎn)紅外發(fā)射率定義為樣品的發(fā)射率與理想黑體的發(fā)射率的面積比。在圖1a和圖1b中分別給出了氧化鋅和氧化鎂的發(fā)射譜，同時給出了理想黑體的發(fā)射譜。
按照韓國建筑材料學(xué)會的KICM-FIR-1002，通過搖瓶法測量MgO和ZnO粉末的抗菌活性。
大腸桿菌(ATCC 25922)和綠膿假單孢菌(ATCC 15422)與含有MgO和ZnO的發(fā)射粉末混合，制得標(biāo)準(zhǔn)試樣，然后在肉湯中培養(yǎng)。發(fā)射粉末對細(xì)菌的抑制率表示成活細(xì)胞計數(shù)占標(biāo)準(zhǔn)試樣的總活細(xì)胞計數(shù)的百分?jǐn)?shù)。結(jié)果示于下表1。另外，在培養(yǎng)之前以及培養(yǎng)24小時后，標(biāo)準(zhǔn)試樣中的試驗細(xì)菌示于圖2a和3b。
表1

從表1看出，白色的Al2O3、TiO2和SiO2粉末即使溶解時對蒸餾水的pH也沒有影響。堿性氧化物ZnO、MgO、CaO和Na2O的水溶液具有堿性pH，因為它們部分溶解于其表面，分別形成氫氧化物Zn(OH)2、Mg(OH)2、Ca(OH)2和NaOH。而且，Zn(OH)2、Mg(OH)2、Ca(OH)2和NaOH粉末各自溶解的量與其相應(yīng)的氧化物在水中的溶解量相同，然后測量所得水溶液的pH值。從表1的數(shù)據(jù)明顯可以看出，氧化物的水溶液具有與其相應(yīng)的氫氧化物粉末的水溶液幾乎相同的pH值。這是因為當(dāng)與水分接觸時，如上所述，堿性氧化物ZnO、MgO、CaO和Na2O在其表面上形成氫氧化物，這些氫氧化物使溶液的pH值增大。
強(qiáng)堿性的CaO、Na2O、Ca(OH)2和NaOH在實際應(yīng)用中是不利的，原因是它們可以對人體造成不利影響。相反，ZnO、MgO、Zn(OH)2和Mg(OH)2的堿性足夠弱，不會對人體產(chǎn)生不利影響，但在足以抑制細(xì)菌生長方面很有效。實施例2將MgO置入高壓釜中，然后在110℃下，使其水化不同的時間，得到具有不同Mg(OH)2濃度的試樣。通過熱解重量分析法測量粉末中的Mg(OH)2含量。水化含量表示為進(jìn)行熱解重量分析時，重量變化占理論重量變化(，30.8重量％)的百分?jǐn)?shù)。
表2MgO的顆粒尺寸和Mg(OH)2含量隨水化時間的變化

從表2中看出，隨水化時間的增加，水化為Mg(OH)2的MgO增多。還發(fā)現(xiàn)形成的Mg(OH)2的含量取決于初始MgO顆粒尺寸。因此，將MgO粉化為更細(xì)的顆粒能夠保證更大的Mg(OH)2含量。
當(dāng)MgO的顆粒尺寸為大約100目或更大時，即使時間延長，所產(chǎn)生的Mg(OH)2的量也不會大到顯示出充足的抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射。因此，優(yōu)選將MgO粉化為100目或更小的顆粒尺寸。實施例3測定了實施例2的含有由MgO水化生成的Mg(OH)2每個試樣的顆粒尺寸，結(jié)果列于下表3。顆粒尺寸的測量采用比表面積分析儀(Micromeritics Inc.制造)進(jìn)行。
表3

從表3的數(shù)據(jù)明顯可以看出，粉末的比表面積隨MgO水化時間的延長而增大。這是由于水化產(chǎn)生的微細(xì)的Mg(OH)2。但是，水化6小時后，發(fā)現(xiàn)比表面積不再增大，原因是在長時間的水化過程中，已經(jīng)形成的Mg(OH)2在生長。
同時，初始顆粒尺寸100目的MgO粉末得到的水化含量不超過30％，比表面積也不會達(dá)到1.0m2/g，即使水化時間長達(dá)6小時也不行。實施例4借助于傅立葉變換紅外光譜儀(Midac Corporation制造)，評價每個含有Mg(OH)2的試樣的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。試樣的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率及其制備條件、Mg(OH)2的含量總結(jié)在下表4中。
試樣的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率表示為在50℃下，試樣的發(fā)射率對波長所作的發(fā)射曲線下覆蓋的面積與理想黑體的發(fā)射曲線覆蓋的面積之比。在這一點(diǎn)上，試樣的發(fā)射率對遠(yuǎn)紅外發(fā)射帶(2.5-20μm)中的波長所作的曲線下覆蓋的面積定義為試樣的遠(yuǎn)紅處能。
表4

從試樣8-16可以看出，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率隨Mg(OH)2含量的增加幾乎呈直線增加。Mg(OH)2含量的增加使微細(xì)顆粒的數(shù)量增加，并因此使比表面積增加。這說明含有Mg(OH)2的粉末可以應(yīng)用于遠(yuǎn)紅外輻射涂料。相反，對比例9盡管遠(yuǎn)紅外發(fā)射率優(yōu)良，但不適合在涂料中應(yīng)用，原因是它的比表面積小。實施例5評價商購試劑級、純度為99％或更高的MgO粉末和從海水制得的試劑級Mg(OH)2粉末的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。通過傅立葉變換紅外光譜儀測量，發(fā)現(xiàn)目前商用的MgO的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.904。另一方面，測得從海水制得的Mg(OH)2粉末的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.946，仍然比商購的MgO的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率值高。根據(jù)這些結(jié)果，可以理解含有Mg(OH)2的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末不限于MgO水化制得的Mg(OH)2，而且也可以從海水中提取Mg(OH)2。實施例6如下表5所示，遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末與聚酯樹脂結(jié)合，制備涂層材料。此后，使用刮條涂布機(jī)將其以不同的干厚度涂覆在電磁屏蔽鋼板上，每塊鋼板在時變低頻磁場中的最大磁導(dǎo)率為3000，碳含量為0.003％。形成的干厚度也示于下表5中。施用涂層材料后，在225℃下熱固化鋼板上的涂層，制備聚酯樹脂涂覆的鋼板。
評價聚酯樹脂涂覆的鋼板在5-20μm的波長帶上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，結(jié)果列在下表5中。
為測試鋼板的抗菌活性，使用KICM-FIR-1002的壓縮法。在標(biāo)準(zhǔn)試樣(不含抗菌陶瓷)和含有抗菌發(fā)射粉末的試驗試樣中接種大腸桿菌(ATCC 25922)和綠膿假單孢菌(ATCC 15422)，然后用其他試樣覆蓋試驗試樣，之后在37℃下培養(yǎng)24小時。通過測量試驗試樣中的活細(xì)胞對標(biāo)準(zhǔn)試樣中的活細(xì)胞的百分比，得到細(xì)菌的死亡率，結(jié)果列在下表5。
表5

從表5明顯可以看出，發(fā)現(xiàn)用比較材料號11處理的鋼板遠(yuǎn)紅外發(fā)射率極差，且沒有抗菌活性。
從材料號17和18可以看出，隨涂層厚度的增加，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率增加。但是，抗菌活性與涂層厚度無關(guān)。甚至厚度為5-10μm時，也能得到超過90％的死亡率。另外，盡管材料號17和18遠(yuǎn)紅外發(fā)射率有某種程度地不佳，仍然顯示超過90％的死亡率?；谶@樣的性能，材料號17和18可以應(yīng)用作耐指紋涂層和薄膜涂層，以及PCM涂層。但是，材料號17和18的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率也超過0.85，滿足遠(yuǎn)紅外發(fā)射器的最低要求。
每100重量份聚酯樹脂含5-10重量份MgO足以得到90％或更高的死亡率。用材料號19和20涂覆的鋼板的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率低至0.85-0.90，但對細(xì)菌具有有效的抑制活性。但是，優(yōu)選MgO的用量是每100重量份樹脂10重量份或更高，以取得90.0或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
對于100重量份樹脂，大腸桿菌和綠膿假單孢菌的90％或更高的死亡率需要使用20重量份或更多的ZnO(材料號23和24)，或30重量份或更多的CaCO3(材料號25)。實施例7用韓國專利公開1998-8329號中描述的PCM涂層法制造的遠(yuǎn)紅外發(fā)射鋼板在5-8μm的波長帶上具有低至0.5-0.8的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，如圖4a和4b所示。這被認(rèn)為歸因于這樣的一個事實，即聚酯樹脂在5-8μm的波長帶上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率低，如圖5所示。
在特定的波長帶上測定多種材料的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，結(jié)果如圖6a至6d所示，并總結(jié)于下表6中。
表6

從表6可以看出，測定了多個遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，其按照波長帶隨發(fā)射器的不同而不同。發(fā)現(xiàn)MgO、CaCO3和ZnO(材料號26和28)和至少含有這些氧化物之一的混合物(材料號29)在5-20μm的波長帶上顯示出優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。即使波長帶縮窄至5-8μm的范圍，其遠(yuǎn)紅外發(fā)射率仍然很優(yōu)良。因此，發(fā)射粉末MgO、CaCO3和ZnO可用于提高聚酯樹脂在5-8μm的波長帶上的發(fā)射。實施例8發(fā)射粉末以預(yù)定量與用于PCM的聚酯樹脂結(jié)合，制備涂層材料。發(fā)射粉末的種類和用量見下表7。
然后，使用刮條涂布機(jī)將涂層材料以不同的干厚度涂覆在電磁屏蔽鋼板上，每塊鋼板在低頻最大磁導(dǎo)率為3000，碳含量為0.003％。形成的干厚度也列在下表7中。施用涂層材料后，在225℃下熱固化鋼板上的涂層以制備聚酯樹脂涂覆的鋼板。評價聚酯樹脂鋼板在波長帶上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，結(jié)果列在下表7中。
表7

從對比材料號19可以看出，用不含任何遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的聚酯樹脂涂覆的鋼板在5-8μm的波長帶上具有低的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，原因是聚酯樹脂本身的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率低。在聚酯樹脂中含有Al2O3或TiO2的情況下(對比材料號20和21)，在5-20μm的波長帶上測得的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率平均較高，但當(dāng)波長帶縮窄至5-8μm時，遠(yuǎn)紅外發(fā)射率很差。
相反，從材料號30-35可以看出，當(dāng)含有MgO、CaCO3和ZnO時，即使用聚酯樹脂涂覆，測定顯示鋼板具有0.85或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，原因是遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末在5-8μm的波長帶上具有優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，補(bǔ)償了聚酯樹脂低劣的發(fā)射率。
當(dāng)相對于聚酯樹脂發(fā)射粉末的用量太少時，例如，每100重量份聚酯樹脂10重量份用量，如對比材料號8所示，不能得到足夠的遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能。另一方面，發(fā)射粉末用量過多時，例如，每100重量份聚酯樹脂100重量份發(fā)射粉末，會帶來與其它添加劑的相容性的問題，以及使涂布性能劣化。
如圖7所示，象材料號35那樣用含有MgO與TiO2的混合物的聚酯樹脂涂覆鋼板時，也檢測到在5-8μm的波長帶上具有優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。實施例8測量了按照實施例8的表7所示的條件涂覆的鋼板，以及碳含量為0.003重量％、在時變磁場中的最大磁導(dǎo)率為3000的冷軋鋼板在60Hz的電磁屏蔽效率和屏蔽效果。
由相同的材料制成的所有試樣，冷軋鋼板和樹脂涂覆的鋼板顯示的電磁屏蔽效率分布在94.5至95.5％的范圍中?？紤]到試驗誤差，這些值基本是相等的。也發(fā)現(xiàn)電磁屏蔽效果分布在99至99.2％的窄范圍內(nèi)。
即使用含有這樣的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的聚酯樹脂涂覆，鋼板固有電和磁的屏蔽性能也不會改變。因此，本發(fā)明的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末可以應(yīng)用于電磁屏蔽鋼板以生產(chǎn)生物波鋼板。實施例9為選擇適用于生物波鋼板的材料，測定了已知的對人體友好電磁屏蔽鋼板、多種鋼和非鋼材料的低頻磁屏蔽效率。關(guān)于這一點(diǎn)，按下式計算磁屏蔽效率 也測定了60Hz下時變磁場中的最大磁導(dǎo)率。結(jié)果總結(jié)在下表8中。
表8

純銅和純鋁板(對比材料號24和25)均具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，但最大磁導(dǎo)率太差而不適用于低頻磁場。對比材料號27的不銹鋼板也不適用于本發(fā)明，原因是其最大磁導(dǎo)率在60Hz的時變磁場中太低。當(dāng)含有超過0.02重量％的碳時，象對比材料號26那樣，冷軋鋼板在60Hz的時變磁場中的最大磁導(dǎo)率顯著降低，因此不適合作為生物波鋼板。坡莫合金如對比材料號28顯示出極高的磁導(dǎo)率，但除在經(jīng)濟(jì)上不合適以外，其Fe含量也太低。實施例10將含有Mg(OH)2的粉末(遠(yuǎn)紅外發(fā)射率0.941)、硬玉粉末(遠(yuǎn)紅外發(fā)射率0.934)和淡英斑巖粉末(遠(yuǎn)紅外發(fā)射率0.956)加工成比表面積為1.0m2/g或更大的微細(xì)粉末。然后，將這些發(fā)射粉末以特定的比例與有機(jī)涂層材料混合，有機(jī)涂層材料例如，諸如那些含有丙烯酸樹脂涂料的典型涂料、稀釋劑、二甲苯溶劑等。含有發(fā)射粉末的涂料以不同的厚度涂覆到實施例9的材料號36的鋼板上。干燥后，借助于傅立葉變換紅外光譜儀(Midac Corporation制造)，按涂層厚度評價如此形成的含有不同的發(fā)射粉末量的涂層的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。將遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末在涂層(為蒸發(fā)稀釋劑而干燥后的)中的重量百分?jǐn)?shù)(下文稱“涂層中的發(fā)射器含量”)，以及其依賴于涂層厚度的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率歸納列在下表9中。
表9

從表9的數(shù)據(jù)明顯可以看出，純粹的冷軋鋼板(對比材料號29)和僅用不含遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末的有機(jī)涂料涂覆的冷軋鋼板(對比材料號30)的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率很差。發(fā)現(xiàn)用發(fā)射粉末涂覆鋼板的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率大大地依賴于涂層中的發(fā)射器含量。當(dāng)涂層中的發(fā)射器含量為10重量％或更低時，就象對比材料號31那樣，鋼板的發(fā)射率在發(fā)射效率方面有所降低。另一方面，當(dāng)涂層中的發(fā)射器含量超過60重量％時，如對比材料號32，或涂層厚度超過60μm，如對比材料號33，不能進(jìn)一步提高鋼板的遠(yuǎn)紅外發(fā)射效率，并觀察到涂層的粘結(jié)力劣化。
相反，具有含有發(fā)射粉末的16-60μm厚涂層的鋼板，如材料號40-47，表現(xiàn)出優(yōu)良的發(fā)射效率。實施例11磁場屏蔽試驗結(jié)果顯示，實施例10中材料號40-47的鋼板的低頻磁場屏蔽效率范圍是90至91％，考慮到實驗誤差，該值與材料號37的鋼板的值是相等的。因此，本發(fā)明的鋼板可以用作屏蔽有害波長并發(fā)射有益的遠(yuǎn)紅外輻射的生物波鋼板。
工業(yè)實用性如上文所述的本發(fā)明的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末具有優(yōu)良的抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能。而且遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末可以應(yīng)用于電磁屏蔽鋼板而不會干擾鋼板的固有電磁屏蔽效果。因此，本發(fā)明提供了屏蔽有害的低頻電磁波、發(fā)射有益的遠(yuǎn)紅外輻射、且對細(xì)菌的生長具有抑制活性的生物波鋼板。
以示例的方式描述了本發(fā)明，應(yīng)該理解所用的術(shù)語是為了進(jìn)行描述而非限制。通過以上的教導(dǎo)，本發(fā)明的多種改進(jìn)和變化是可能的。因此，應(yīng)該理解在附帶的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可在具體描述的范圍之外實踐本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，其具有抗菌活性，其在飽和水溶液中的pH值范圍是7.5-10.5，并具有0.9或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
2.權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，其中遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.92或更高。
3.權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，其中粉末的顆粒尺寸為100目或更小。
4.權(quán)利要求1所述的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，其中粉末的比表面積為1.0m2/g或更大。
5.權(quán)利要求1-4任一項所述的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，其中所述的粉末由選自氫氧化鎂、氧化鎂、氫氧化鋅、氧化鋅、碳酸鈣、它們的混合物及含有部分這些物質(zhì)的顆粒的材料制成。
6.權(quán)利要求5所述的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，其中所述的粉末由氫氧化鎂制成。
7.權(quán)利要求5所述的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末，其中所述的粉末含有至少17重量％的選自氫氧化鎂、氧化鎂、氫氧化鋅、氧化鋅、碳酸鈣及它們的混合物的一種組分。
8.具有抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的樹脂涂覆鋼板，其具有干厚度為5-60μm的樹脂涂層，所說的樹脂涂層含有5-100重量份的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末/100重量份樹脂，所說的粉末在其飽和水溶液中的pH值范圍是7.5-10.5，并具有0.9或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率。
9.權(quán)利要求8所述的樹脂涂覆鋼板，其中遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.92或更高。
10.權(quán)利要求8所述的樹脂涂覆鋼板，其中樹脂涂層的厚度為15-30μm。
11.權(quán)利要求8所述樹脂涂覆鋼板，其中遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末由選自氫氧化鎂、氧化鎂、氫氧化鋅、氧化鋅、碳酸鈣、它們的混合物及含有部分這些物質(zhì)的顆粒的材料制成。
12.權(quán)利要求8-11任一項所述的樹脂涂覆鋼板，其中所述的鋼板具有0.85或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，對細(xì)菌生長的抑制效率為90％或更高。
13.權(quán)利要求12所述的樹脂涂覆鋼板，其中遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.90或更高。
14.權(quán)利要求8或12所述的樹脂涂覆鋼板，其中遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末為氧化鎂，其用量為每100重量份樹脂5-100重量份，以及對細(xì)菌的抑制活性的抑制效率為90％或更高。
15.權(quán)利要求8或12所述的樹脂涂覆鋼板，其中遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末為氧化鋅，其用量為每100重量份樹脂20-100重量份，對細(xì)菌的抑制活性的抑制效率為90％或更高。
16.權(quán)利要求8或12所述的樹脂涂覆鋼板，其中遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末為碳酸鈣，其用量為每100重量份樹脂30-100重量份，對細(xì)菌的抑制活性的抑制效率為90％或更高。
17.權(quán)利要求8所述的樹脂涂覆鋼板，其中樹脂為聚酯，遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末具有0.90或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，以及干厚度為15-30μm。
18.權(quán)利要求17所述的樹脂涂覆鋼板，其中鋼板在遠(yuǎn)紅外全波長帶上平均具有0.90或更高的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率，在5-8μm范圍的遠(yuǎn)紅外波長帶上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射率為0.85或更高。
19.權(quán)利要求8或17所述的樹脂涂覆鋼板，其中鋼板在60Hz的時變磁場中具有2000或更高的最大磁導(dǎo)率。
20.權(quán)利要求19所述的樹脂涂覆鋼板，其中鋼板為冷軋鋼板，或含碳量為0.02重量％或更低，含鐵量為95重量％或更高，或被冷軋鋼板覆蓋的鋼板。
21.權(quán)利要求19所述的樹脂涂覆鋼板，其中鋼板為含有0.5-3.5重量％硅的硅鋼板，或被硅鋼板覆蓋的鋼板。
22.權(quán)利要求8或17所述的樹脂涂覆鋼板，其中涂層含有25-50重量％的遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末及具有抗菌活性和遠(yuǎn)紅外發(fā)射性能的樹脂涂覆的鋼板。除具有0.9或更高的發(fā)射率外，遠(yuǎn)紅外發(fā)射粉末可抑制細(xì)菌的生長，其飽和水溶液的pH值為7.5－10.5。在電磁屏蔽鋼板上涂覆干厚度為5－60μm的涂層材料而不干擾鋼板的固有的電磁屏蔽性能，該涂層材料含有5－100重量份的上述粉末/100重量份樹脂。
文檔編號C22C38/00GK1400959SQ01805053
公開日2003年3月5日 申請日期2001年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月19日
發(fā)明者李在永, 金逸榮, 孫晉君, 趙雷夏, 吳知恩, 趙在億, 金辰泰, 李貞植, 金容敏 申請人:Posco公司, 浦項產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究院