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表面改性抗菌不锈钢概述
人们还通过离子溅射、表面处理和涂层的方法在普通不锈钢表面渗入或涂镀铜、银、锌或钦等抗菌元素而赋予普通不锈钢抗菌性能。
通过表面铜离子注入的方法制备了420抗菌不锈钢,退火处理后,不锈钢具有优良的抗菌性和耐蚀性。他在研究中发现,富铜相较之纯铜具有更高的抗菌性。使用自制的渗铜剂在奥氏体不锈钢OCrl8Ni9表面渗铜,通过表面的扩散,获得了深度超过50微米渗铜层。经过这种抗菌热处理后,渗铜层表现出良好的抗菌性能,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌效果。通过在不锈钢表面化学镀具有抗菌性能的银-聚四氯乙烯(PTFE)复合涂层,也可以获得具有优良的抗菌性及耐蚀性的抗菌不锈钢材料。通过表面改性技术来获得抗菌不锈钢的抗菌原理主要是通过改变不锈钢表面能的表面特性来抑制细菌在表面的附着。按照扩展的Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek(DLVO)理论对于大肠杆菌,σsb为35.6mN/m,σsb为24.5mN/m,σsb理论值为28.3mN/m,高的σsb表面能不利于细菌的附着,因而该涂层表现出优良的抗菌性。这项工艺属表面处理领域,现有化学镀钯和电镀钯工艺都较复杂,这无疑会增加生产的难度和成本。将经过FeCl3和NaOH溶液处理后的不锈钢,浸泡在AgNO3、ZnSO4、TiO2、柠檬酸二钠、OP组成的浸泡液中,可以在常温下制得抗菌型不锈钢。
概括起来,表面涂层抗菌不锈钢[50-57]分为有机涂层和无机涂层两种。一、有机涂层抗菌不锈钢。在不锈钢表面涂覆含有有机抗菌剂(比如,银-聚四氯乙烯(PTFE)复合涂层)或有光催化活性的纳米ZnO/TiO2半导体陶瓷的涂料,可使不锈钢具有抗菌性能。二、无机涂层抗菌不锈钢。在不锈钢表面或表面一定厚度层内形成一层具有抗菌效果的无机涂层。这些涂层主要是银、铜、锌或它们与其它元素形成的合金或者具有光催化活性的钦或锌的氧化物。
在表面涂或镀上抗菌层的不锈钢材料,不适用于高腐蚀、高磨损的环境,一旦表面被腐蚀或者脱落,这种材料便失去了抗菌的功能。相反,自带抗菌功能的不锈钢材料具有持久抗菌性,其内部和表面一样具有杀菌效力。这种产品更具有竞争力。
据文献表明,目前选择的抗菌元素主要是银和铜。从工艺的可实践性与经济性考虑,含铜的抗菌不锈钢仍然是主要关注的研究对象。这是因为:一、生产过程中添加铜比添加银容易控制,由于银离子不够稳定,会转变为金属银或氧化银而变色;二、矿产资源中,铜的含量较其他合金元素多。且中国是主要的铜生产国家,在铜的利用上占有很大的优势。相对银的使用而言,墨西哥和澳大利亚是世界最大的银生产和存储国,中国在此则是处于相对的弱势。对自带抗菌功能的不锈钢的研究,人们不仅仅局限于化学成分和工艺上的调整,在抗菌不锈钢的制作方法上也作了一些试探性的研究,例如粉末法。日本爱知制钢公司与日本深海金属株式会社合作开发出使用微粒喷射硬化法对不锈钢表面进行抗菌处理的技术,这种新型抗菌不锈钢制造方法的要点是:先将抗菌金属铜的微粒(直径约0.1毫米)与空气中的水分发生反应并进行离子化,然后以0.2-0.8MPa的高压,把它们高速喷射到不锈钢表面,形成抗菌层,铜或银的浓度可超过0.1%。抗菌实验结果表明,抗菌层对黄色葡萄球菌有99.9%以上的杀菌效果。这种制备技术操作简单、成本低廉,却损失了不锈钢产品表面本身具有的美观、亮泽的特性。2003年,日本的大阪府立工业专科学校试验采用MIM粉末法制造了加铜抗菌不锈钢[,并对其显微组织、力学性能、抗菌性能和耐蚀性等进行了研究,研究结果表明:一、MIM(粉末冶金)法制造的加铜不锈钢烧结品的相对密度和力学性能,有随着加铜量的增加而降低的倾向,加铜量为5%(质量)和8%(质量)时出现最值低。但随着加铜量的进一步增高,不锈钢的相对密度和抗拉强度提高,加Cu10%经1100℃烧结的产品力学性能最高。二、随铜添加量的增高,抗菌效力也提高。三、添加铜有改善不锈钢耐点蚀性的效果。传统的制作方法受实际可行性的限制,只能加入非常有限量的铜,而采用这种制造方法,则可添加足量的铜,并充分研究铜含量对抗菌不锈钢抗菌性的影响。
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