CN105200466B - 一种彩色不锈钢的抗菌制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有抗菌功能的彩色不锈钢制备方法，其特征在于：所述方法是在彩色不锈钢材料的基础上，将其在酸性溶液中进行电镀处理，在彩色不锈钢的表面形成一层抗菌氧化膜，所用酸性溶液是以CuSO4、H2SO4、CrO3和去离子水为原料混合而成，本发明提供的制造工艺具有保留彩色不锈钢的原有色彩，并使彩色不锈钢具备一定抗菌功能的特点。
Description
技术领域
本发明属于彩色不锈钢材料表面功能化处理的技术领域，特别提供一种彩色不锈钢的抗菌制备方法。该发明使得在不改变彩色不锈钢外观颜色的前提上，能够使不锈钢同时兼具色彩多样化和抗菌功能，满足了目前市场对不锈钢材料的外观色彩和抗菌的双重要求，可广泛应用于家用器具、厨房、浴室设备、汽车工业以及高层建筑的内外装饰品等材料领域。
背景技术
20世纪初金属材料领域最伟大的发明之一就是不锈钢，由于不锈钢表面可提供美感和清洁感，因而建筑材料、家用器具、厨房设备等表面也常用不锈钢装饰。随着不锈钢应用领域的日趋扩大，人们也不断要求其表面色彩多样化，近年来彩色不锈钢的发展已进入高潮，并不断向高级化和多样化的装饰性、艺术性方面发展。彩色不锈钢在装饰性材料上的应用，扩大了彩色不锈钢的应用范围，为彩色不锈钢提供了新的信息，开拓了新的市场。
进入21世纪，在2002年的SARS给我国带来了巨大的社会恐慌，2015年的MERS病毒更严重威胁着人们的生命安全，这些都表明公共卫生安全对当今社会稳定和人民健康的重要性，预防此类事件发生的主要途径之一就是控制有害微生物的滋长，甚至将其杀灭。随着人们生活环境的清洁化及防病抗病意识的提高，一种被称为抗菌不锈钢的新型不锈钢已经被人们所熟知。抗菌不锈钢是一种被誉为具有跨时代意义的新型功能抗菌材料，与其他抗菌材料相比，具有不产生耐药性、广谱抗菌、抗菌时效长、无毒以及其制品美观、耐磨等优点，因而在生活中得到了最广泛的应用。
彩色不锈钢的表面颜色是一种干涉色，颜色的种类取决于表面氧化膜的化学成分，由于其表面氧化膜并不具有可以抑制细菌生长的功能，因此它本质上仍是普通不锈钢。抗菌不锈钢作为新一代生物功能材料，虽然能提供抗菌功能，但由于其冶炼制备工艺与传统不锈钢相差无几，颜色上仍然是不锈钢传统的银色，也缺乏色彩多样性。
基于上述背景，如果能开发一种不锈钢材料，使之表面色彩多样，美感十足，又对细菌具有一定的杀灭作用，不仅可以拓宽彩色不锈钢的应用范围，为彩色不锈钢提供了新的信息，开拓了新的市场，而且可以满足人们对不锈钢材料色彩和抗菌的双重要求，使彩色不锈钢功能多样化，成为彩色抗菌不锈钢。
因此，本申请拟提供一种彩色不锈钢的抗菌功能化方法，在很大程度上解决现有问题，对彩色不锈钢应用市场的拓展起到一定的积极作用。
发明内容
为解决以上彩色不锈钢存在的问题，本发明在彩色不锈钢的基础上添加了抗菌功能，能够使不锈钢同时兼具色彩多样化和抗菌效果的两种特性，满足了目前市场对不锈钢材料的外观色彩和抗菌的双重要求。
本发明具体提供了一种彩色不锈钢的抗菌制备方法，其特征在于：将彩色不锈钢材料在酸性溶液中进行电镀处理，在彩色不锈钢的表面形成一层抗菌氧化膜，所述酸性溶液是以CuSO4、H2SO4、CrO3和去离子水为原料混合而成的。
其中，各种原材料的配比按重量百分比计为：
优选的配比为：
本发明所述彩色不锈钢的抗菌制备方法，其特征在于：所述酸性溶液中CuSO4和CrO3的重量比优选为93.5-106.5。
根据抗菌不锈钢的设计原理，不锈钢表面富铜相的析出使得材料具有有效的杀菌作用，所以本发明所述的彩色不锈钢抗菌处理的酸性溶液成分设计，其中重要的组成成分是CuSO4和CrO3，这两种试剂的加入，使本发明所采用的彩色不锈钢同时兼具了色彩丰富化和抗菌功能化的效果。
本发明所述的彩色不锈钢抗菌处理的酸性溶液中含有H2SO4，作用是提高溶液的导电性，防止铜盐水解成氧化亚铜而沉淀析出，使镀层结晶细致，改善镀液的分散能力，保证阳极的正常溶解。
本发明所述彩色不锈钢抗菌处理的酸性溶液，其特征在于：在反应容器中加入去离子水，将H2SO4缓慢地加入到水中，达到充分溶解后加入一定量的CrO3，完成硫酸-铬酐溶液的制备后，将一定量的CuSO4粉末加入到溶液中，使用超声波清洗器震荡10±2分钟，在室温和常压下混合，酸性溶液制备完成。
本发明所述彩色不锈钢的抗菌制备方法，其特征在于：选取着色后的彩色不锈钢，将其放入酸性溶液内，再将直流稳压电源的负极接彩色不锈钢试片，正极接含磷0.1％的铜阳极。温度设定为35-50℃，电流密度为5-8mA·cm-2，反应时间为8-12min，同时计时，一定时间后取出即可，抗菌氧化膜制备装置见图1。
本发明所述的彩色不锈钢的抗菌制备方法中电镀参数的设定，可同时满足制备后的彩色不锈钢具备有效的抗菌性和保留原有色彩的有益效果，并且可以有效节约能源和保护环境，如果所采用参数不在所设定的范围内，则会造成无法同时满足彩色不锈钢的抗菌性能和保留原有色彩的目的性。
本发明所述彩色不锈钢的抗菌制备工艺可广泛用于对家用器具、厨房、浴室设备、汽车工业以及高层建筑的内外彩色不锈钢的表面功能化处理。
本发明的有益效果是：
1、本发明采用CuSO4、H2SO4和CrO3作为彩色不锈钢抗菌氧化膜制备的酸性溶液主体成分，彩色不锈钢在进行电镀抗菌处理后，不锈钢材料具有一定的抗菌功能，从而解决了目前彩色不锈钢的功能单一化问题，对应用市场的拓展起到了一定的积极作用。
2.采用酸性溶液处理后的彩色不锈钢仍保留原有颜色，并未对彩色不锈钢原来的色彩造成影响。
附图说明
图1抗菌氧化膜制备装置简图(其中1、磷铜阳极，2、彩色不锈钢试样，3、酸性溶液)。
具体实施方式
根据本发明电镀参数和抗菌处理酸性溶液所设定的化学成分范围，针对彩色不锈钢的抗菌钝化膜的实施例和对比例制备工艺见表1。以彩色304奥氏体不锈钢为例，本发明实施例和对比例采用着色后为蓝色、茶色和紫色的不锈钢作为实验材料，每一种实施例和对比例的实验方法均作用于三种颜色的彩色不锈钢。
表1实施例和对比例的电镀参数以及酸性溶液成分
1.表面颜色观察
对实施例和对比例的彩色抗菌不锈钢材料进行表面颜色的观察，观察结果见表2。
2.体外抗菌性能检测
根据“JIS Z 2801-2000《抗菌加工制品－抗菌性试验方法和抗菌效果》、GB/T2591-2003《抗菌材料抗菌性能实验方法和抗菌效果》”等相关标准规定，定量测试了表1所示镀铜处理后的彩色抗菌不锈钢对常见感染菌(大肠杆菌和金黄色葡萄球菌)作用后的杀菌率。抗菌性能检测结果见表2，其中杀菌率的计算公式为：杀菌率(％)＝[(对照样品活菌数-镀铜处理彩色不锈钢活菌数)/对照样品活菌数]×100％，对照样品活菌数是彩色不锈钢样品上进行细菌培养后的活菌数，镀铜处理彩色不锈钢活菌数是指镀铜处理彩色不锈钢进行细菌培养后的活菌数。
表2实施例、对比例彩色抗菌不锈钢的膜外观和抗菌性能测试实验结果
从表2的结果可以看出，本发明实施例1-7，采用酸性溶液电镀后的彩色抗菌不锈钢，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有一定的抗菌功能，同时还满足了保留彩色不锈钢原有色彩的要求。镀铜液中的CuSO4/CrO3的配比，成为彩色不锈钢在镀铜后仍保留原有色彩，且具有一定抗菌性能的关键点。
CrO3的添加，是彩色不锈钢镀铜后既能保留原有色彩，又使材料具有一定抗菌功能的主要试剂之一。未添加CrO3的酸性溶液，可以满足彩色不锈钢具有一定的抗菌性的要求，但是材料表面几乎被铜所覆盖，掩盖了彩色不锈钢原有的颜色，不能满足彩色不锈钢保留原有色彩的要求(对比例1)。如果加入较少量的CrO3，仍可以满足彩色不锈钢材料具备一定的抗菌性，但是不锈钢表面局部有铜，肉眼可见，仍会覆盖部分原来色彩(对比例2)。如果加入CrO3的含量过高，则通过肉眼观测不到表面铜的分布，但是彩色不锈钢并不具有较高的抗菌性(对比例3)。
电镀参数的变化，包括电镀时间、温度、电流密度的变化，涉及到电镀速度的改变，将会对电镀过程是否进行完全产生影响，电镀时间的变化，是影响处理后彩色不锈钢的彩色稳定性和抗菌性的重要参数，镀铜时间过短，彩色不锈钢的抗菌性能较低，无法满足材料要求(对比例4)。延长镀铜时间，使得彩色不锈钢的抗菌性能升高，但是材料表面出现黄色斑块，无法满足保持原有材料色彩的要求(对比例5)。
保持电镀时间在可行范围内，降低处理温度，无法在有限的时间内形成抗菌性能较高的氧化膜(对比例6)，升高处理温度，反应速度随之加快，虽然表面颜色仍保留原有颜色，但是并没有提高彩色不锈钢的抗菌性能(对比例7)。
降低电流密度的大小，彩色不锈钢表面的颜色并无明显变化，但是其抗菌性能有所降低(对比例8)，提高电流密度的大小，彩色不锈钢表面的颜色发生改变，有大量黄色斑块覆盖在原有颜色上(对比例9)
通过以上实施例和对比例结果可知，只有当CuSO4/CrO3的配比合适，且电镀参数在规定范围内的情况下，它们之间相互配合，才能使得采用电镀处理的彩色不锈钢保留原有色彩的同时，又具备一定的抗细菌感染功能，使两者达到有效平衡，为彩色不锈钢的应用市场的拓展起到积极的作用。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种彩色不锈钢的抗菌制备方法，其特征在于：将彩色不锈钢材料在酸性溶液中进行电镀处理，在彩色不锈钢的表面形成一层抗菌氧化膜，所述酸性溶液是以CuSO4、H2SO4、CrO3和去离子水为原料混合而成的，CuSO 4和CrO3的重量比的比值为93.5-106.5。
2.按照权利要求1所述彩色不锈钢的抗菌制备方法，其特征在于，所述酸性溶液中各种原材料的配比按百分比计为：
3.按照权利要求1或2所述彩色不锈钢的抗菌制备方法，其特征在于，所述酸性溶液中各种原材料的配比按重量百分比计为：
4.按照权利要求1或2所述彩色不锈钢的抗菌制备方法，其特征在于：采用电镀方法对彩色不锈钢进行抗菌处理，阴极为彩色不锈钢试片，阳极为铜片，电解液以CuSO4、H2SO4、CrO3和去离子水为原料混合而成的酸性溶液，电解参数设置为：电解温度35-50℃，电流密度5-8mA·cm-2，反应时间8-12min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |