JPH08239726A

JPH08239726A - 抗菌、耐海生生物材料

Info

Publication number: JPH08239726A
Application number: JP4183195A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Taniguchi; 口裕一谷; Michio Endo; 藤道雄遠; Naoki Okumura; 村直樹奥; Kenji Fukumoto; 元研治福
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1995-03-01
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】生活関連用分野での抗菌性及び産業分野での
耐海生生物性について、従来材料と遜色ない機械的強
度、コストを得る材料を提供する事。【構成】重量比で、鉄１０〜８０％、アルミニウム１
〜１０％、残部銅あるいは、さらに、クロム、ニッケ
ル、マンガン、銀のいづれか１種を重量比で１〜１５％
含む抗菌、耐海生生物性材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抗菌、耐海生生物に関
する無機系抗菌材料に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】銀、銅は抗菌性を示す金属、すなわち主
として病原性細菌の生長抑制または殺滅を行う物質、と
して従来より知られている。

【０００３】しかし、いずれの金属も当初は抗菌性を示
すものの、表面に酸化皮膜が形成され、その効果が低減
すると共に、見た目にも色あせたイメージになるため広
くは適応されていない。また、有機系の抗菌材も種々市
販されているが、安全性の点ではまだ確立されていない
ものも多い。また、海洋構造物では鉄系材料が主として
使用されるが、フジツボやムラサキイガイ等の海生生物
が付着し、発電所などの流水管でのつまりや流水抵抗の
増大を招いている。このため、キュポラニッケルのよう
に銅を７０〜９０％程度含んだ合金も使用されている
が、これらの合金は非常に高価である上、鉄構造物に比
較すると強度が不足している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、安定した抗
菌性、耐海生生物性を有し、さらに加工性が良好で、耐
食性も適正であり、工業製品として利用価値の高い材料
を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項を
その要旨としている。すなわち、重量比で、鉄１０〜８０％、アルミニウム１〜１０
％、残部が銅および不可避的不純物からなる抗菌、耐海
生生物材料。さらに、クロム、ニッケル、マンガン、銀のうちい
づれか１種を、重量比で１〜１５％含む前記の抗菌、
耐海生生物材料。

【０００６】以下に、本発明を詳細に説明する。抗菌材
料が普及するには、抗菌材料としての単機能だけを保持
しているだけではなく、強度や伸び等の機械的特性が従
来材料と遜色がない事が望まれる。従来の抗菌材料は、
その機能が高くても高価であったり、強度が不足したり
し、また加工性が乏しいため、種々の形状にできない材
料が多くあった。本発明者らは、加工性が良く、強度も
あり、かつ安価である抗菌材料を検討した。

【０００７】ベース材料には抗菌性金属として最もポピ
ュラーな銅を選定した。銅は抗菌性があるものの強度が
なく構造物には適さない。本発明者らは、これに鉄を加
え強度向上を図り、一般材料として広く適応できる事を
狙った。しかし、鉄と銅はお互い固溶度がなく、２相合
金になり、加工中その相境界から破断する事があるの
で、使用しにくい合金系の一つである。特に、熱間加工
性が非常に乏しく、熱間加工試験でＲＡ（破断減面率）
が２０％程度しかない。すなわち、板や箔、線等の各形
状にできない問題点があった。また、この合金は錆やす
く、高湿度雰囲気では赤錆が発生する。すなわち、抗菌
性が要求される環境では錆が発生して使用できない。こ
れらの欠点を克服するため、本発明者らは種々検討した
結果、本発明を完成させるに至った。

【０００８】まず、熱間加工性を向上するには、アルミ
ニウムが最も適している事が判明した。アルミニウム添
加によりＲＡ（破断減面率）が８０％まで向上し、数１
０μｍの箔まで加工が可能になり、また、１０μｍ程度
の線加工も可能になった。さらに、強度についても、Ａ
ｌ添加により強度もアップし、鋳造材で引張強度が７０
ｋｇ／ｍｍ²あり、冷間加工後では１２０Ｋｇ／ｍｍ²
となる。また、伸びは前者で２５％、後者で５％あり、
加工性も問題のないレベルにまで達した。

【０００９】以下に、その成分範囲を述べる。抗菌性メ
カニズムは抗菌作用のある金属がイオンとなって環境中
に溶け出す事により菌や藻に作用を与える事による。す
なわち、抗菌性を示すには最低限の金属イオンが溶解す
る合金設計が必要である。ＳＵＳの様に非常に緻密で安
定な皮膜が形成される合金では、たとえ銅を含んでいて
も抗菌性は示さない。しかし、反対に溶解速度があまり
に速い合金では劣化が激しく工業製品になり得ない。本
発明者らは、この最適値を検討しながら開発を行い成分
範囲を決定した。以下、特段の表示がない限り重量％で
示す。

【００１０】鉄は、１０〜８０％である。鉄と銅はお互
い固溶せず、二相組織となる。マトリックスは銅であ
り、鉄がデンドライト状に晶出する。鉄が多いと銅の割
合が少なくなり、抗菌性が低減する様に思われるが、銅
の溶出速度が増しあまり変化がない。鉄の濃度は使用用
途とコストに応じて選択する事ができる。すなわち、安
価で高強度が要求される構造部材には、高鉄成分合金が
望ましい。また、鉄濃度が低い程、加工性が良いので加
工性が要求される場合には、低鉄濃度に保持する事が望
ましい。海洋構造物等の強度を要求される分野では鉄濃
度を５０％以上が望ましく、台所のシンクやろ過ネット
等の用途では鉄が３０％以下が望ましい。

【００１１】アルミニウムは、添加するほど熱間加工性
と耐食性が増すが、抗菌性は低下する。これは、アルミ
ニウムは表面で酸化アルミになり緻密な皮膜を形成する
ためであり、高アルミニウム濃度程皮膜が形成されやす
く、銅や鉄のイオンが溶出しにくくなるためと考えられ
る。また、１０％以上添加すると銅相中に脆いβ相が形
成され熱疲労強度が劣化する。

【００１２】クロム、ニッケル、マンガンも抗菌作用、
耐海生生物性を有している。しかし、これらの金属は目
的に応じて添加すべきである。クロムは、アルミニウム
と同様表面に酸化皮膜を形成し、抗菌性、耐海生生物性
を低減させるが、アルミニウムと共存した場合、緻密な
酸化皮膜を形成するため、寿命を要求される分野に適応
できる。

【００１３】ニッケルは、クロムと同様な効果がある
が、ニッケルアレルギーが最近問題になっており、直接
肌に触れる分野では避けるべきである。しかし、ニッケ
ルを添加すると銅相が強化されると共に、鉄相がオース
テナイト組織になり、高温強度が確保できる他、組織が
微細化し、なめらかな表面となる。ただ、コストアップ
になるのでその効果との兼合となる。１５％以上では、
ニッケルアルミニウム系の金属間化合物を形成し、脆く
なる。

【００１４】マンガンは、本発明合金の溶解速度をあ
げ、抗菌性を上昇させる。このため、抗菌性が非常に要
求される分野に適する。

【００１５】クロム、ニッケル、マンガンの添加濃度は
いずれも１％で効果が出始めるが、高濃度である程効果
が高い。しかし、１５％以上添加すると加工性が乏しく
工業製品としての価値が減る他、高価となる。また、こ
れらの金属はいづれか１種で有効であるが、強度や伸び
等抗菌性以外の合金設計上で複数種使用する事では本発
明の範囲を限定するものではない。

【００１６】本発明合金は、無垢材料としてそのまま板
や線にして使用できる他、抗菌性のない他の材料上に溶
射して抗菌性を付与できる事ができる。

【００１７】溶射材料の形状は、ワイヤーや粉末があ
る。ワイヤーは通常の線引き加工で作成でき、コストも
安価である。一方、粉末はガスアトマイズや水アトマイ
ズ法等で製造できるが高価になる。本発明合金はどちら
の形状も容易に形成する事ができ、フレーム溶射やアー
ク溶射に十分使用できる。

【００１８】本発明合金は、金色から赤褐色、黄色等そ
の成分によって色を制御する事ができ、デザイン的な好
みにより成分を変える事も可能であり、装飾分野に適用
できる。

【００１９】

【実施例】以下に、本発明を実施例によりさらに説明す
る。実施例１〜４表１に示すように、重量比で、銅８０％、アルミニウム
１％，４％，７％および１０％の４水準、残部鉄の板を
作成し、これから、１０ｍｍ角の試料を作成した。次
に、滅菌シャーレ（径９ｃｍ）に２０ｍｌのデゾキシコ
レート寒天培地（下層）を流して固めた寒天培地の上
に、４５℃で大腸菌を１０⁴個接種したデゾキシコレー
ト寒天培地（上層）を４ｍｌを重層して作成した寒天培
地の上に、上記各金属試料を乗せ、３７℃で４８Ｈｒ保
持した。

【００２０】保持後、金属試料を取り除き、跡地の無菌
部分の大きさを調査した。その結果を、表１に示す。大
きさは無菌部分の直径を測定した。無菌部分は目視でコ
ロニーが皆無の部分とした。比較例には、ＳＵＳ３０４
の板を使用した。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１に示す結果から、実施例１〜４のいず
れにおいても抗菌性がある事が確認でき、さらにアルミ
ニウム濃度が低い方が抗菌性が強い事が判明した。無機
素銅では無菌領域は広いが、表面が変色した。

【００２３】実施例５重量比で、銅８０％、アルミニウム２％、クロム５％、
残部鉄の板を作成し、これから、１０ｍｍ角の試料を作
成した。培養は実施例１と同様にし、跡地の無菌部分の
大きさを調査した。

【００２４】実施例６重量比で、銅７０％、アルミニウム２％、ニッケル１５
％、残部鉄の板を作成し、これから、１０ｍｍ角の試料
を作成した。大腸菌もしくは黄色ぶどう球菌を混合して
作成した寒天培地に試料を乗せ、３７℃恒温槽で２４時
間保持した。試料を取り除き、跡地の無菌部分の大きさ
を調査した。無菌部分は目視でコロニーが皆無の部分と
した。

【００２５】実施例７重量比で、銅７０％、アルミニウム２％、マンガン５
％、残部鉄の板を作成し、これから、１０ｍｍ角の試料
を作成した。大腸菌もしくは黄色ぶどう球菌を混合して
作成した寒天培地に試料を乗せ、３７℃恒温槽で２４時
間保持した。試料を取り除き、跡地の無菌部分の大きさ
を調査した。

【００２６】実施例５〜７の測定結果を、表２に示す。
表２に示す結果から、実施例５〜７のいずれも抗菌性の
あることが確認された。比較例の無酸素銅は、無菌領域
は広いが表面が変色していた。

【００２７】

【表２】

【００２８】実施例８銅１０％、アルミニウム８％、クロム８％、残部鉄の組
成のパイプを作成し、海中に建てた。比較例としてＳＴ
ＰＧ規格のパイプを並列して建てた。これらを３０日間
放置し、付着生物を調査した。付着生物は主にフジツ
ボ、ムラサキイガイであるが、実施例では海水面近くで
やや付着は認められたものの金属面は十分露出してい
た。一方、ＳＴＰＧ管では海水面近くでは大量に付着
し、金属面は全く見えなかった。

【００２９】実施例９銅５０％、アルミニウム３％、マンガン８％、残部鉄の
組成からなる粉末をアトマイズ法により作成し、この粉
末を用いてＳＵＳ板表面に溶射した。厚みは１５０μｍ
であった。この試料について実施例１と同様の試験を行
った。その結果、直径１９ｍｍの無菌部分が認められ
た。

【００３０】実施例１０銅５０％、アルミニウム３％、マンガン８％、残部鉄の
組成の粉末をアトマイズ法により作成し、この粉末を用
いてＳＵＳ板表面に溶射した。厚みは１５０μｍであっ
た。この試料について実施例１と同様の試験を行った。
その結果、直径１９ｍｍの無菌部分が認められた。

【００３１】

【発明の効果】本発明により、以上詳説したように、抗
菌性、耐海生生物性を保持し、機械特性の良好な材料を
提供する事が可能になった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福元研治川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、鉄１０〜８０％、アルミニウム
１〜１０％、残部が銅および不可避的不純物からなるこ
とを特徴とする抗菌、耐海生生物材料。
【請求項２】さらに、クロム、ニッケル、マンガン、銀
のうちいづれか１種を、重量比で、１〜１５％含む請求
項１に記載の抗菌、耐海生生物材料。