CN106552757A - 一种抗菌不锈钢件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗菌不锈钢件的制备方法，包括：A、取不锈钢件，对其表面进行碱洗、去离子水喷淋，清除表面脏污；B、将经过步骤A处理的不锈钢件进行喷砂处理；C、将经过步骤B处理的不锈钢件置入表面粗化液中进行表面粗化，然后洗净烘干；D、将经过步骤C处理的不锈钢件浸入纳米银胶体乙醇溶液中，浸泡3‑5分钟后取出不锈钢件，常温干燥后高温烧结，最后清洗表面获得表面含有纳米银颗粒的抗菌不锈钢件。本发明中避免采用在不锈钢熔炼的过程中添加银元素的工艺方法，而是通过对不锈钢制件进行表面加工，使其表面附着有一层银离子杀菌层，从而达到高效杀菌的目的。

Description

一种抗菌不锈钢件的制备方法
技术领域
本发明属于新材料制造领域，具体涉及一种具有抗菌功能的不锈钢件的制备方法。
背景技术
不锈钢制件已经广泛应用于国民生活中的方方面面，在食品餐具、医疗器械和消费类电子产品等领域都有不锈钢制件的身影。尤其在消费类电子领域，智能手机、平板电脑等产品中的外壳、按键等，许多都采用不锈钢材料制成。在消费类电子产品使用的过程中，由于频繁长期与人体接触，不锈钢件表面极易滋生细菌，长期积累下来，不锈钢件表面易形成一层长久性的由细菌、真菌等微生物构成的生物膜，对使用者的身体健康产生极大的威胁。
为解决上述问题，许多厂商开始开发安全持久的抗菌性不锈钢，目前也有一些抗菌型的不锈钢产品已经投入了使用，主要有添加了铜元素的抗菌不锈钢、表面喷涂抗菌涂料的不锈钢、添加了银元素的抗菌不锈钢等。上述制备抗菌不锈钢的工艺存在如下缺点：（1）添加铜元素、银元素或者其他抗菌元素的不锈钢往往是在不锈钢熔炼的过程中作为添加的合金元素使用，添加量需要达到较大的量才能使不锈钢材料具备抗菌的性能，所以往往造成抗菌不锈钢成本高；（2）由于添加了上述抗菌离子的不锈钢在使用的过程中只能依靠不锈钢制件表层的抗菌元素离子，所以在熔炼抗菌不锈钢的过程中对工艺要求十分严格，以免抗菌合金元素分布不均匀或者合金元素对不锈钢材料的性能产生不良影响，这样不仅进一步造成成本高，同时还对不锈钢原材料的制备提出了新的技术要求；（3）表面涂层型的抗菌不锈钢主要是采用在不锈钢的而表面喷涂一层TiO2涂层，利用TiO2涂层吸收紫外线的性能杀死微生物，尽管该方法经济环保，但是在光照弱或者无光照的环境下，该抗菌性不锈钢几乎不具备抗菌功能。
发明内容
从目前悉知的数据看来，无论是从安全性还是抗菌性来考虑，添加银离子杀菌的效果最好。本发明即利用银离子的杀菌能力，提供了一种新型的抗菌不锈钢之间的制备方法。本发明中避免采用在不锈钢熔炼的过程中添加银元素的工艺方法，而是通过对不锈钢制件进行表面加工，使其表面附着有一层银离子杀菌层，从而达到高效杀菌的目的。
本发明所要解决的技术问题通过以下步骤予以实现：
本发明中的抗菌不锈钢件的制备方法，包括如下步骤：
A、取不锈钢件，对其表面进行碱洗、去离子水喷淋，清除表面脏污；
B、将经过步骤A处理的不锈钢件进行喷砂处理，至不锈钢表面粗糙度Ra为6.3-12.5μm；
C、将经过步骤B处理的不锈钢件置入表面粗化液中进行表面粗化，所述表面粗化液的组分为250-285g/L重铬酸钾、460-490g/L浓硫酸，余量为水；进行表面粗化的处理时间为12-15分钟，处理温度为90-96℃；将粗化结束后的不锈钢制件表面用45-60℃的去离子水进行喷淋，去除表面残留的粗化液，烘干；
D、将经过步骤C处理的不锈钢件浸入纳米银胶体乙醇溶液中，浸泡3-5分钟后取出不锈钢件，常温干燥后，在260-320℃条件下高温烧结10-15分钟，清洗表面获得表面含有纳米银颗粒的抗菌不锈钢件。
本发明中，将表面清洁后的不锈钢件首先利用喷砂工艺使不锈钢件表面形成均匀的粗糙面，有助于加速下一步骤中的利用化学药剂进行的更为细致的表面粗化过程。喷砂过程中需控制粗糙度Ra范围在6.3-12.5μm，粗糙度过低则达不到加速的效果，粗糙度过高则会在不锈钢制件表面形成可见的类似于划痕的痕迹，影响不锈钢制件的外观效果。
喷砂工艺结束后即可使用重铬酸钾和浓硫酸组成的粗化液进行表面粗化，使不锈钢表面形成微观细密的孔隙层，然后再将该不锈钢制件浸入纳米银胶体乙醇溶液中，不锈钢件表面的孔隙层即可吸附纳米银胶体。使用纳米银胶体的乙醇溶液比水溶液浸透性更佳。高温烧结后，吸附了纳米银胶体的孔隙层即形成抗菌层。
进一步优选，步骤A中碱洗使用的碱洗液成分组成为32-38g/L碳酸钠、15-22g/L磷酸钠、28-34g/L氢氧化钠、8-13g/L磷酸氢二铵、6-12g/L偏磷酸钠、3ml/LOP-10乳化剂，余量为水；碱洗温度为68-72℃，碱洗时间为5-8分钟。
进一步地，步骤B中使用的喷砂料为棕刚玉、钢丸、钢砂、碳化硅颗粒中的一种。
进一步地，步骤C中使用的表面粗化液组分为265-280g/L重铬酸钾、480-485g/L浓硫酸，余量为水。
进一步地，步骤C中使用的表面粗化液中还可添加3-5g/L十八烷基三甲基氯化铵。十八烷基三甲基氯化铵稳定性好，耐强酸能力强，少量添加能够有效提升不锈钢制件表面的活性，从而提升表面粗化的效果。十八烷基三甲基氯化铵的添加量不宜超过5g/L，添加量过多，粗化液中会产生泡沫，一旦泡沫粘附在不锈钢件表面，会导致其表面粗化不均匀。
经过步骤C处理后的不锈钢制件表面形成的粗化膜厚度为0.2-0.65μm。
步骤D中纳米银胶体乙醇溶液含银量为15-30g/L，银颗粒粒径为15-45nm。含银量过低抗菌效果差，含银量过高则容易引起纳米银胶体的团聚，银颗粒粒径选择15-45nm范围内最佳。
进一步地，步骤D中高温烧结的温度为280-290℃，清洗表面的清洗液为去离子水或者乙醇。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中提供的抗菌不锈钢件的制备方法，避免采用在不锈钢熔炼的过程中添加银元素的工艺方法，而是通过对不锈钢制件进行表面加工，使其表面附着有一层银离子杀菌层，从而达到高效杀菌的目的。利用本发明中的制备方法制备出的不锈钢件，不仅杀菌效果好，而且制备工艺简单，无工艺壁垒，适合工业化推广应用。
2、本发明中提供的抗菌不锈钢件的制备方法利用银离子抗菌层来达到杀菌的目的，杀菌效果好，对人体无害。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的内容进行进一步的描述。
（1）不锈钢件的制备
本实施例中采用不锈钢304钢板作为试片材料，通过简单的机械处理将304钢板冲压成不锈钢试片。
（2）碱洗
将步骤（1）中制备的不锈钢试片进行碱洗、去离子水喷淋，清除表面脏污；碱洗液成分组成为35g/L碳酸钠、22g/L磷酸钠、30g/L氢氧化钠、8g/L磷酸氢二铵、11g/L偏磷酸钠、3ml/LOP-10乳化剂，余量为水；碱洗温度为70℃，碱洗时间为5分钟。
在实际制备的过程中，碱洗液成分可根据需求进行调节。若不锈钢件外表面较为干净，可降低碱的添加量、碱洗温度和碱洗时间，若不锈钢件表面脏污严重，尤其是油污重，可增加碱的添加量、碱洗温度和碱洗时间，甚至可以进行多次碱洗，以求将表面污渍全部去除。
碱洗后的不锈钢件用区里水喷淋，直至表面残余的污渍和碱液全部消失。
（3）喷砂
将步骤（2）处理后的不锈钢件进行喷砂处理，选择钢砂作为喷砂料，至不锈钢件表面粗糙度Ra为8μm。
在进行该步骤的处理过程中，如果材料是硬度更高的不锈钢型材，则可选择棕刚玉或者碳化硅等硬度更高的喷砂料。若加工表面活性低的不锈钢件，则可适当提升粗糙度，将粗糙度控制大于10μm。
（4）表面粗化
将经过喷砂处理后的不锈钢件置入表面粗化液中进行表面粗化，表面粗化液的组分为：280g/L重铬酸钾、480g/L浓硫酸、4g/L十八烷基三甲基氯化铵，余量为去离子水。进行表面粗化的处理时间为15分钟，处理温度为95℃；将粗化结束后的不锈钢制件表面用55℃的去离子水进行喷淋，去除表面残留的粗化液，烘干。测得形成的表面粗化层厚度为0.42μm。
（5）吸附银胶体
本实施例中选择的市售纳米银胶体中银颗粒粒径为20nm，将纳米银胶体溶至乙醇溶液中，调整两者的比例至制备的纳米银胶体乙醇溶液中含银量为25g/L。
将含有表面粗化层的不锈钢件进入上述制备的纳米银胶体乙醇溶液中，浸泡5分钟后，取出不锈钢见，常温干燥后，在275℃条件下高温烧结10分钟后自然冷却，冷却后用无水乙醇清洗不锈钢件表面。
将上述实施例中制备的304抗菌不锈钢试片与市售抗菌涂层不锈钢件作比较。将饱含有浓度为105cfu/ml的金黄葡萄球菌稀释液的琼脂片置于该实施例中的304抗菌不锈钢试片与市售抗菌涂层不锈钢上，将该试片与对比例置于30±2℃条件下观察24h后记录金黄葡萄球菌的杀菌率。
通过观察测试可得，本实施例制备出的304抗菌不锈钢试片杀菌率最高可达99%，24h内抗菌能效稳定，白天和晚上都无明显差异；对比例中的包含有抗菌涂层的不锈钢件在有日光照射的情况下杀菌率可达到90%，然而在无光照的环境中基本无杀菌能力。由此可见，本实施例中的抗菌不锈钢件抗菌效果更佳。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A、取不锈钢件，对其表面进行碱洗、去离子水喷淋，清除表面脏污；
B、将经过步骤A处理的不锈钢件进行喷砂处理，至不锈钢表面粗糙度Ra为6.3-12.5μm；
C、将经过步骤B处理的不锈钢件置入表面粗化液中进行表面粗化，所述表面粗化液的组分为250-285g/L重铬酸钾、460-490g/L浓硫酸，余量为水；进行表面粗化的处理时间为12-15分钟，处理温度为90-96℃；将粗化结束后的不锈钢制件表面用45-60℃的去离子水进行喷淋，去除表面残留的粗化液，烘干；
D、将经过步骤C处理的不锈钢件浸入纳米银胶体乙醇溶液中，浸泡3-5分钟后取出不锈钢件，常温干燥后，在260-320℃条件下高温烧结10-15分钟，清洗表面获得表面含有纳米银颗粒的抗菌不锈钢件。
2.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤A中碱洗使用的碱洗液成分组成为32-38g/L碳酸钠、15-22g/L磷酸钠、28-34g/L氢氧化钠、8-13g/L磷酸氢二铵、6-12g/L偏磷酸钠、3ml/LOP-10乳化剂，余量为水；碱洗温度为68-72℃，碱洗时间为5-8分钟。
3.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤B中使用的喷砂料为棕刚玉、钢丸、钢砂、碳化硅颗粒中的一种。
4.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤C中使用的表面粗化液组分为265-280g/L重铬酸钾、480-485g/L浓硫酸，余量为水。
5.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤C中使用的表面粗化液中还可添加3-5g/L十八烷基三甲基氯化铵。
6.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：经过步骤C处理后的不锈钢制件表面形成的粗化膜厚度为0.2-0.65μm。
7.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤D中纳米银胶体乙醇溶液含银量为15-30g/L，银颗粒粒径为15-45nm。
8.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤D中高温烧结的温度为280-290℃。
9.如权利要求1所述抗菌不锈钢件的制备方法，其特征在于：步骤D中清洗表面的清洗液为去离子水或者乙醇。
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