CN106318156A - 一种抗菌不锈钢的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种抗菌不锈钢的制备工艺。一种抗菌不锈钢的制备工艺，包括如下步骤：（1）对不锈钢表面进行打磨，碱洗，酸洗，得到预处理不锈钢；（2）将聚酯丙烯酸酯、硅氧烷丙烯酸酯、丙二醇丁醚、纳米含银抗菌剂、二羟甲基乙烷三丙烯酸酯按一定的质量百分比在温度为40～50℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；（3）将步骤（2）的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照一段时间后取出，超声清洗，得到抗菌不锈钢。本发明制备的不锈钢抗菌效果好，方法简单，成本低，环保，而且其对制备设备、工艺技术要求不高，在实际生产中可以得到广泛应用。

Description

一种抗菌不锈钢的制备工艺
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种抗菌不锈钢的制备工艺。
背景技术
不锈钢自上世纪问世，到现在已有90多年的历史。不锈钢的发明是世界冶金史上的一项重大成就，不锈钢的生产为工业和科技进步奠定了重要的物质技术基础。它在发展过程中逐步形成了铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、奥氏体型不锈钢、奥氏体-铁素体型双相不锈钢四大类。由于不锈钢良好的机械性能和耐腐蚀性，它是应用的最广泛的钢铁材料之一，广泛应用于各个工业领域。而很多特殊领域，比如医疗卫生行业、食品行业、洁具、厨具等日常用品不仅要求不锈钢美观，对于不锈钢的抗菌性也有一定要求。抗菌不锈钢技术的研究随之兴起。日本从上世纪90年代就进行了抗菌不锈钢材料的研究工作，研发的产品主要为含铜或含银铁素体、马氏体和奥氏体等抗菌不锈钢。而我国在这方面的研究才刚刚起步，虽已有企业、科研院所在全力开发抗菌不锈钢，但都主要集中在单相含铜抗菌不锈钢上。
抗菌不锈钢发展很快，但仍存在很多问题。目前市场上的抗菌型不锈钢主要包括加铜抗菌不锈钢、表面涂层抗菌不锈钢、加银抗菌不锈钢等。在不锈钢基体中加入抗菌元素入Cu或Ag等，通过特定热处理或时效处理在组织中生成铜或银的固溶相，如ε-Cu相。在使用过程中Cu离子和Ag离子不断从该固溶体中释放出来杀灭细菌。这种合金型抗菌不锈钢的缺陷是由于铜含量达到一定量才会出现抗菌性能，因此其生产成本较高；同时ε-Cu相在热处理析出过程中会带来组织的变化，产生耐腐蚀性能降低、加工性能差的问题。另一种方法是以不锈钢为基体，通过喷涂、辊涂、溶胶一凝胶、离子注入、测控溅射等工艺将具有抗菌功能的材料涂覆到不锈钢表面上，这种方法可以克服合金型抗菌不锈钢由于抗菌相析出造成抗蚀性和加工性能变差的缺陷。中国专利CN103451631A公开了一种抗菌不锈钢及其制备方法，其中，制备步骤包括超声除油、酸洗、渗镀和冲洗干燥，本方法在不锈钢表面渗镀纳米二氧化钛抗菌材料，由于二氧化钛只对日光中的波长小于400nm的紫外线吸收强烈，所以在光照较弱或者无光照的使用环境中，该抗菌型不锈钢抗菌效果不佳，且渗镀法对工艺和设备的要求比较高。中国专利CN 103614719A公开了一种抗菌不锈钢的制备方法，其包括如下步骤：对不锈钢工件表面依次进行碱洗、化学氧化和酸洗，得预处理不锈钢；将银胶体喷涂或者浸涂于预处理不锈钢表面，常温干燥后于150℃～250℃烧结5～15min，清洗，获得所述抗菌不锈钢，该发明制备的银胶体与不锈钢的附着力差，不能长期保存，且需要烧结，工艺复杂。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种方法简单，成本低，而且其对制备设备、工艺技术要求不高，在实际生产中可以得到广泛应用的抗菌不锈钢的制备工艺，制备的不锈钢具有较好的抗菌功能，并且不影响其加工性和力学性能，耐蚀性能得到提高。
一种抗菌不锈钢的制备工艺，包括如下步骤：
(1)对不锈钢表面进行打磨，碱洗，酸洗，得到预处理不锈钢；
(2)按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：50～60％、二苯甲酮：3～8％、硅氧烷丙烯酸酯：0.5～1％、丙二醇丁醚：10～15％、纳米含银抗菌剂：3～5％、二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为40～50℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
(3)将步骤(2)的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照一段时间后，取出超声清洗，得到抗菌不锈钢。
具体地，步骤(1)所述的碱洗的碱洗液组成为：氢氧化钠60～80g/L，碳酸钠20～40g/L，磷酸钠15～25g/L，所述碱洗的处理时间为10～15min，处理温度为50～70℃。
具体地，步骤(1)所述的酸洗过程为先在20～35g/L盐酸溶液中酸洗2～3min，再在60～80g/L硫酸溶液中活化1-2min。
具体地，步骤(2)所述的纳米含银抗菌剂为纳米银、纳米氧化银、纳米磺胺嘧啶银中的一种或几种。
进一步，所述的纳米含银抗菌剂的粒径为10～100nm。
具体地，步骤(3)所述的光照时间为5～10min。
具体地，步骤(3)所述的清洗液为质量分数为50～70％的乙醇水溶液，超声3～5h。
本发明具有的有益效果：
(1)本发明制备的不锈钢具有良好持续的抗菌功能，并且不影响其加工性和力学性能，耐蚀性能得到提高。
(2)本发明利利用UV固化技术，固化速度快，可以将含有抗菌涂料紫外固化到不锈钢表面，抗菌涂层与不锈钢表面附着力强，无异味，高抗刮，高耐化，抗菌效果好。
(3)本发明方法简单，成本低，环保，而且其对制备设备、工艺技术要求不高，在实际生产中可以得到广泛应用。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
(1)对不锈钢表面进行打磨；之后在温度为50℃，用氢氧化钠60g/L，碳酸钠20g/L，磷酸钠15g/L的碱液清洗15min；然后先在20g/L盐酸溶液中酸洗2min，再在60g/L硫酸溶液中活化1min，得到预处理不锈钢；
(2)按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：50％，二苯甲酮：3％，硅氧烷丙烯酸酯：0.5％，丙二醇丁醚：10％，粒径为10nm的纳米银：3％，二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为45℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
(3)将步骤(2)的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照5min后取出，在质量分数为50％的乙醇水溶液中超声3h，得到抗菌不锈钢。
实施例2
(1)对不锈钢表面进行打磨；之后在温度为60℃，用氢氧化钠70g/L，碳酸钠25g/L，磷酸钠15g/L的碱液清洗12min；然后先在25g/L盐酸溶液中酸洗2min，再在70g/L硫酸溶液中活化1min，得到预处理不锈钢；
(2)按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：55％，二苯甲酮：3％，硅氧烷丙烯酸酯：0.7％，丙二醇丁醚：10％，粒径为30nm的纳米银：3％，二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为45℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
(3)将步骤(2)的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照5min后取出，在质量分数为60％的乙醇水溶液中超声3h，得到抗菌不锈钢。
实施例3
(1)对不锈钢表面进行打磨；之后在温度为65℃，用氢氧化钠70g/L，碳酸钠30g/L，磷酸钠20g/L的碱液清洗10min；然后先在25g/L盐酸溶液中酸洗3min，再在70g/L硫酸溶液中活化2min，得到预处理不锈钢；
(2)按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：55％，二苯甲酮：5％，硅氧烷丙烯酸酯：0.7％，丙二醇丁醚：12％，粒径为50nm的纳米氧化银：4％，二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为45℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
(3)将步骤(2)的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照8min后取出，在质量分数为60％的乙醇水溶液中超声3h，得到抗菌不锈钢。
实施例4
(1)对不锈钢表面进行打磨；之后在温度为55℃，用氢氧化钠80g/L，碳酸钠35g/L，磷酸钠20g/L的碱液清洗10min；然后先在30g/L盐酸溶液中酸洗3min，再在75g/L硫酸溶液中活化2min，得到预处理不锈钢；
(2)按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：55％，二苯甲酮：6％，硅氧烷丙烯酸酯：0.7％，丙二醇丁醚：12％，粒径为60nm的纳米磺胺嘧啶银：5％，二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为45℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
(3)将步骤(2)的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照8min后取出，在质量分数为50％的乙醇水溶液中超声5h，得到抗菌不锈钢。
实施例5
(1)对不锈钢表面进行打磨；之后在温度为70℃，用氢氧化钠80g/L，碳酸钠35g/L，磷酸钠25g/L的碱液清洗15min；然后先在30g/L盐酸溶液中酸洗3min，再在75g/L硫酸溶液中活化2min，得到预处理不锈钢；
(2)按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：60％，二苯甲酮：8％，硅氧烷丙烯酸酯：0.7％，丙二醇丁醚：12％，粒径为80nm的纳米磺胺嘧啶银：5％，二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为45℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
(3)将步骤(2)的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照10min后取出，在质量分数为65％的乙醇水溶液中超声5h，得到抗菌不锈钢。
实施例6
(1)对不锈钢表面进行打磨；之后在温度为60℃，用氢氧化钠80g/L，碳酸钠40g/L，磷酸钠25g/L的碱液清洗10min；然后先在35g/L盐酸溶液中酸洗2min，再在80g/L硫酸溶液中活化1min，得到预处理不锈钢；
(2)按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：60％，二苯甲酮：5％，硅氧烷丙烯酸酯：1％，丙二醇丁醚：12％，粒径为100nm的纳米银：5％，二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为50℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
(3)将步骤(2)的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照8min后取出，在质量分数为70％的乙醇水溶液中超声4h，得到抗菌不锈钢。
机械性能测试
(1)基础力学性能检测
试板、垫板尺寸及坡口设计参考GB2652-89金属拉伸试验方法，室温力学性能检测结果见表1。
(2)耐腐蚀性能
根据不锈钢点蚀电位测量方法(国家标准：GB/T 17899-1999)对本发明实施例制得的不锈钢进行阳极极化曲线测试，测试结果见表1。
经过上述制备方法得到的抗菌不锈钢的机械性能见表1。
表1
表1中，对比例为未涂抗菌涂料的不锈钢机械性能。
由表1可以看出，本发明制得的抗菌不锈钢机械性能较未涂抗菌涂料的不锈钢机械变化不大，不影响其加工性和力学性能，耐蚀性能得到提高。
抗菌性能检测
采用典型的覆膜法，参照日本抗菌协会JISZ280检测标准，检测实施例试样对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抗菌效果，结果见表2。
表2
序号 抗大肠杆菌(％) 抗金黄色葡萄球菌(％)
实施例1 99.9 99.9
实施例2 99.9 99.9
实施例3 99.9 99.9
实施例4 99.9 99.9
实施例5 99.9 99.9
实施例6 99.9 99.9
对比例1 36.5 33.7
表2中，对比例为未涂抗菌涂料的不锈钢抗菌性能。
从以上实施例可以看出，本发明制备的抗菌不锈钢具有优良的抗大肠杆菌和金黄色葡萄球菌性能。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种抗菌不锈钢的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对不锈钢表面进行打磨，碱洗，酸洗，得到预处理不锈钢；
（2）按质量百分比配制紫外光固化抗菌涂料：聚酯丙烯酸酯：50～60%、二苯甲酮：3～8%、硅氧烷丙烯酸酯：0.5～1%、丙二醇丁醚：10～15%、纳米含银抗菌剂：3～5%、二羟甲基乙烷三丙烯酸酯余量，将上述原料在温度为40～50℃下搅拌溶解，避光处理，得含银抗菌涂料；
（3）将步骤（2）的含银涂料浸涂或喷涂于预处理的不锈钢表面，在紫外固化箱中光照一段时间后，取出超声清洗，得到抗菌不锈钢。
2.如权利要求1所述的一种抗菌不锈钢的制备工艺，其特征在于，步骤（1）所述的碱洗的碱洗液组成为：氢氧化钠60～80g/L，碳酸钠20～40g/L，磷酸钠15 ～ 25g/L，所述碱洗的处理时间为10～15min，处理温度为50～ 70℃。
3.如权利要求1所述的一种抗菌不锈钢的制备工艺，其特征在于，步骤（1）所述的酸洗过程为先在20～35g/L盐酸溶液中酸洗2～3min，再在60 ～80 g/L硫酸溶液中活化1-2min。
4.如权利要求1所述的一种抗菌不锈钢的制备工艺，其特征在于，步骤（2）所述的纳米含银抗菌剂为纳米银、纳米氧化银、纳米磺胺嘧啶银中的一种或几种。
5.如权利要求4所述的一种抗菌不锈钢的制备工艺，其特征在于，所述的纳米含银抗菌剂的粒径为10～100 nm。
6.如权利要求1所述的一种抗菌不锈钢的制备工艺，其特征在于，步骤（3）所述的光照时间为5～10 min。
7.如权利要求1所述的一种抗菌不锈钢的制备工艺，其特征在于，步骤（3）所述的清洗液为质量分数为50～70%的乙醇水溶液，超声3～5 h。
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