[发明专利]在有用制品的表面上维持和使用高浓度的溶解铜的方法

说明书

本发明要求2006年5月23日提交的美国临时专利申请 No.60/747,948(“METHODS OF PRODUCTION AND USE OF ANTI-MICROBIAL COPPER”)的优先权权益。

发明领域

本发明总体上涉及提高置于铜或铜合金表面上的溶液中的溶解铜 离子和含铜分子的浓度并由此增强这些铜合金表面的抗微生物性能的 方法。特别地，本发明涉及在制造成半成品或成品前可按工业规模实 施的方法，以及可在制造后施加的处理。

发明背景

铜和铜合金作为人类主要技术材料中的某些已被使用了数千年。 它们兼具易于制造性、可再循环性、抗总体腐蚀性、和它们以各种吸 引人的颜色及光洁度(finish)的可获得性，使得它们成为用于造币以 及其中这些性能重要的各种艺术和建筑应用的优选材料。比几乎所有 竞争材料更大的导电性和导热性与有效强度、可成形性和相对低的成 本的组合使这些材料对于电子工业是至关重要的。

铜是对健康和人体新陈代谢正常机能、以及其它生命形式至关重 要的必需痕量无机元素，其处于非常低的浓度。

英国海军在18世纪初使用船体的铜覆材来防止蛀船虫(船蛆)的 侵蚀以及防止海藻和生物体例如藤壶对木质船体的附着。有益作用归 因于在与海水接触时铜表面的缓慢溶解。此外，铜和铜化合物已用于 由各种材料制成的船体的涂料，这是因为它们在防止船底被海洋生物 沉结(foul)中的有效性。这些抗沉结性能依赖于铜离子从受影响表面 的释放，从而在表面产生对这些生物体有毒的微环境并且防止这些生 物体附着到受影响表面。小至十亿分之一的铜(1 ppb Cu)便可对海洋 微生物起到作用。

最近研究显示，铜合金表面在降低导致食物传播疾病的微生物例 如沙门氏菌、李斯特菌和大肠杆菌的存活能力方面是有效的。这些表 面在减少依赖于卫生保健设施中的继发性感染的微生物例如金黄色葡 萄球菌、军团菌及其它微生物的存活能力方面也是有效的。

常规地，制备具有光亮表面的铜合金产品，用各种处理防止所述 表面受到氧化。铜和铜合金在常温下与大气接触会自然地形成主要由 氧化亚铜(Cu₂O)构成的薄氧化物层；在含硫环境中，存在提高比例的 氧化铜(CuO)和硫化铜(CuS)。该层将随时间而生长得更厚，最终使光 亮表面变模糊并导致表面变暗。表面上的氧化物和/或硫化物的暗色膜 被认为是“脏的”和令人不悦的，除非有意地用于特殊的装饰或建筑 目的。对防止形成这种膜和在它们形成时将其除去进行了大量努力和 研究。利用减缓氧转移到铜合金表面的表面处理(防锈污膜、污迹抑 制剂或聚合物涂层)也减缓氧化膜的形成。这些和其它方法对于本领 域的技术人员是众所周知的。

由于铜、铜合金和铜化合物的抗微生物性能为人们所知已有若干 时间，已存在许多关于利用这些性能的材料和方法所颁布的专利。如 上所述，数个世纪以来一直使用铜覆材以防止船体的生物沉结；近年 来，静态水下结构例如石油平台受到类似保护。这些平台的钢与保护 性铜覆材之间的电偶腐蚀限制了该方法的有效性，但Miller  (4,987,036；1/1991)公开了一种产生基本连续涂层的方法：放置许多 小铜片附着到具有电绝缘材料的结构。Inoue(5,338,319；2/1995)公 开了用含铍铜合金涂覆树脂管内侧的相关方法。这两种方法均涉及与 海水的接触。

另一项专利(Miyafuji 6,313,064；11/2001)使用Cu-Ti合金， 该合金中钛(和可能的其它合金化元素)优先发生氧化。虽然这不依 赖于有意的表面处理在金属表面产生氧化物和可用离子，但这些氧化 物和离子包括除仅仅铜的硫化物和氧化物及铜离子以外的其它和更多 活性元素。