CN113136612A

CN113136612A - 一种阳极氧化抗菌金属件及其制备方法

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Publication number: CN113136612A
Application number: CN202110094504.4A
Authority: CN
Inventors: 程乐志; 陈冬梅
Original assignee: Shenzhen Jimeirui Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Jimeirui Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-07-20

Abstract

本发明公开一种阳极氧化抗菌金属件及其制备方法，本发明的阳极氧化抗菌金属件包括金属件基体、阳极氧化膜、纳米银染色层和纳米银封孔层，所述阳极氧化膜通过对金属件基体阳极氧化得到，所述纳米银染色层为所述阳极氧化膜负载纳米银染色剂得到，所述纳米银封孔层为所述染色层负载纳米银封孔剂得到，所述纳米银染色剂和所述纳米银封孔剂中，纳米银颗粒抗菌液比例为0.01~3%，纳米银颗粒的尺寸为0.1~30nm。本发明的阳极氧化抗菌金属件兼具持久抗菌抗病毒性、耐磨性、耐蚀性、装饰性等优点，另外，本发明的阳极氧化抗菌金属件制备方法工艺简单、安全环保，成本低廉，适合大规模工业生产和市场化应用。

Description

一种阳极氧化抗菌金属件及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属表面处理领域，尤其涉及一种阳极氧化抗菌金属件及其制备方法。

背景技术

随着科技的不断发展和人们生活品质的提升，对于金属件的性能要求也不断提高。为了克服金属件表面硬度、耐磨损性等方面的缺陷，扩大应用范围，延长使用寿命，表面处理技术成为金属件使用中不可缺少的一环，而阳极氧化技术是应用最广且最成功的。阳极氧化，是指金属件（包括纯金属和合金）在相应的电解液和特定的工艺条件下，由于外加电流的作用，在金属件（阳极）上形成一层氧化膜的过程。经阳极氧化的金属件被广泛用于机械、通讯、交通、日用品和建筑装饰等各个领域。

申请号为201210212975.1的中国发明专利，公开了一种医学外用铝合金多功能涂层的电化学制备方法，通过对铝合金基材进行阳极氧化处理和电解着色，使铝合金表面形成多孔氧化膜并在膜孔中电解沉积一定的银、铜、锌等金属，最后，通过水煮的方式采用含纳米二氧化钛颗粒的沸水对铝合金表面形成的多孔氧化膜孔进行封闭；使氧化膜表层中既含有具备杀菌、防腐的银、铜、锌等金属，同时又含有具备自洁功能的纳米二氧化钛。该制备方法采用电解着色，对设备和电解参数要求较高；需要通过电解含有金属离子的电解液才能将少量金属沉积到氧化膜中，能耗高且负载效率有限。另外，该技术方案采用先在多孔氧化膜孔中电解沉积银、铜、锌等金属后，再用纳米二氧化钛颗粒封孔的方法将银、铜、锌金属封在模孔中。该处理方法极大的阻碍了银、铜、锌等金属暴露在金属表面的机会，它们的杀菌功能也就难以体现出来，最终只能表现出纳米二氧化钛的抗菌自洁功能。更甚的是由于纳米二氧化钛的抗菌自洁功能需要一定的紫外光照射，使得该种抗菌自洁金属件的使用场合受限。还有，由于阳极氧化处理和电解着色后，在铝合金表面形成的多孔氧化膜主要为勃姆体（羟基氧化铝），勃姆体本身耐强酸、强碱的腐蚀性差，采用酸性二氧化钛沸水溶液封孔，会破坏氧化膜层的结构，导致铝合金表面色泽美观度下降、耐磨性、耐蚀性降低。

目前的阳极氧化金属件均无抗病毒功能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述缺陷，提供一种阳极氧化抗菌金属件及其制备方法。采用本发明制备的阳极氧化抗菌金属件兼具持久抗菌抗病毒性、耐磨性、耐蚀性、装饰性等优点，另外，本发明的阳极氧化抗菌金属件制备方法工艺简单、安全环保，成本低廉，适合大规模工业生产和市场化应用。

具体地，本发明的技术方案如下：

一种阳极氧化抗菌金属件，包括金属件基体、阳极氧化膜、纳米银染色层和纳米银封孔层，所述阳极氧化膜通过对金属件基体阳极氧化得到，所述纳米银染色层为所述阳极氧化膜负载纳米银染色剂得到，所述纳米银封孔层为所述染色层负载纳米银封孔剂得到，所述纳米银染色剂和所述纳米银封孔剂中，纳米银颗粒抗菌液比例为0.01~3%，纳米银颗粒的尺寸为0.1~30nm。

作为本发明阳极氧化抗菌金属件的一种改进，所述纳米银染色剂还包括按质量百分比计的如下组分：染料0.1~10%，交联剂0.1~1.5%，纯水90~98%。

作为本发明阳极氧化抗菌金属件的一种改进，所述染料为直接染料、活性染料、还原染料、硫化染料、分散染料、酸性染料、茜素染料中的任意一种或多种组合。

作为本发明阳极氧化抗菌金属件的一种改进，所述纳米银染色剂还包括按质量百分比计的如下组分：酸性毛元0.1~2%，酸性湖蓝0.1~2%，硫酸铝0.1~2%，硫酸铵0.1~2%，茜素染料0.1~2%，纯水90~98%。

作为本发明阳极氧化抗菌金属件的一种改进，所述纳米银封孔剂还包括按质量百分比计的如下组分：水解盐0.1~20%，PH缓冲剂0.5~2%，络合剂0.1~1%，有机添加剂2~5%，纯水80~95%。

作为本发明阳极氧化抗菌金属件的一种改进，所述水解盐为醋酸镍、醋酸钴、醋酸钠、硫酸镍、硫酸钴、硫酸钠中的任意一种或多种组合。

作为本发明阳极氧化抗菌金属件的一种改进，所述纳米银封孔剂的PH值为4~10。

本发明的另一目的是提供一种制备阳极氧化抗菌金属件的方法，包括以下步骤：

S1）将金属件表面预处理后，置于适当的电解液中作为阳极，并进行通电阳极氧化处理，使金属件基体上生成一层多孔蜂窝状阳极氧化膜；

S2）配制纳米银染色剂，将上述含有多孔蜂窝状阳极氧化膜的金属件清洗后，浸泡在纳米银染色剂中进行染色5~30min，使染色分子和纳米银颗粒充分吸附于阳极氧化膜的孔隙内，形成纳米银染色层；

S3）配制纳米银封孔剂，将上述含有纳米银染色层金属件浸泡于纳米银封孔剂中，封住微细孔，并使纳米银颗粒固定于纳米银染色层表面，形成纳米银封孔层，即得到阳极氧化抗菌金属件。

作为本发明制备阳极氧化抗菌金属件的方法的一种改进，所述金属件预处理为脱脂除油、超声波清洗、等离子清洗、激光清洗、溶剂清洗、碱腐蚀、电解抛光、化学抛光中的一种或任意多种的组合。

作为本发明阳极氧化抗菌金属件的一种改进，所述阳极氧化为硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化或草酸阳极氧化中的一种。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.本发明采用在染色剂和封孔剂中添加纳米银颗粒抗菌液，并依次浸泡负载于金属基体上，使多孔蜂窝状阳极氧化膜的孔隙结构内和封闭面层中，均充分填充和包覆有纳米银颗粒，两层含纳米银处理剂的使用赋予了阳极氧化金属件具有长效持久的抗菌抗病毒能力。结合纳米银颗粒的尺寸小和浸泡高负载量的优点，可将染色分子和纳米银颗粒有效填充在氧化膜的孔隙内，形成较厚的抗菌抗病毒涂层，在兼具外观装饰性的同时，即便金属件部分磨损，也不影响纳米银的抗菌抗病毒缓释作用。

2.本发明利用纳米银的广谱抗菌和高效杀菌特性，不需要特殊的光照条件，就能够有效杀灭各种病毒、细菌和微生物，使用范围广、应用领域大。

3.本发明采用对阳极氧化后的金属件先清洗再染色的方法，避免了黏附在金属件上的酸残留物未彻底清洗而引起染色时出现斑点、污染染色剂及减弱染色能力、与染色剂发生化学反应等问题。

4. 本发明设置染色时间为5~30min，在保证染色效率的同时，兼顾染色的负载量和均匀性。如果染色时间过短，则染色分子和纳米银颗粒就会在封孔剂中出现明显的扩散现象，金属件成品颜色的耐久性也较差；如果染色时间超过30min，孔隙处于填充饱和状态，几乎不能再增加额外的负载量。

5.本发明通过对封孔剂进行PH值调节，避免耐酸性差的多孔氧化膜被腐蚀，从而避免了金属件表面色泽美观度的下降、耐磨性、耐蚀性降低等问题。

6.本发明通过调节纳米银颗粒的尺寸和在染色剂及封孔剂中的占比，可设计不同填充情况和负载量的功能阳极氧化膜，从而进一步调节纳米银的释放速率和抗菌抗病毒效果，大大提高阳极氧化抗菌金属件的产品多样性。

7.本发明采用配方设计优化和浸泡负载的方式进行染色和封孔，提高负载量，降低工艺难度，且适用于多种阳极氧化工艺的金属件，使金属件兼具持久抗菌抗病毒性、耐磨性、耐蚀性、装饰性等优点，有利于阳极氧化抗菌金属件的大规模工业生产和市场化应用。

具体实施方式

下面就根据具体实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不局限于此。

实施例一：

一种制备阳极氧化抗菌金属件的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1）将金属件表面经过脱脂除油、碱腐蚀、溶剂清洗预处理后，置于稀硫酸电解液中作为阳极，并进行通电阳极氧化处理，使金属件基体上生成一层多孔蜂窝状阳极氧化膜；

S2）按质量百分比计的如下组分配制纳米银染色剂：纳米银颗粒抗菌液1%，酸性毛元1.2%，酸性湖蓝0.2%，硫酸铝1%，硫酸铵0.5%，茜素染料1.6%，纯水94.5%。将上述含有多孔蜂窝状阳极氧化膜的金属件清洗后，浸泡在纳米银染色剂中进行染色10min，使染色分子和纳米银颗粒充分吸附于阳极氧化膜的孔隙内，形成纳米银染色层；

S3）按质量百分比计的如下组分配制纳米银封孔剂：纳米银颗粒抗菌液0.8%，醋酸镍6%，醋酸钴8%，PH缓冲剂0.6%，络合剂0.2%，有机添加剂2%，纯水82.4%，加适当氨水将纳米银封孔剂调节至PH=5.8。将上述含有纳米银染色层金属件浸泡于纳米银封孔剂中，封住微细孔，并使纳米银颗粒固定于纳米银染色层表面，形成纳米银封孔层，即得到阳极氧化抗菌金属件。

实施例二：

S1）将金属件表面经过脱脂除油、碱腐蚀、溶剂清洗、化学抛光预处理后，置于草酸电解液中作为阳极，并进行通电阳极氧化处理，使金属件基体上生成一层多孔蜂窝状阳极氧化膜；

S2）按质量百分比计的如下组分配制纳米银染色剂：纳米银颗粒抗菌液0.8%，直接耐晒蓝1.5%，酸性湖蓝0.6%，醋酸钴1%，铬酸钾0.8%，茜素红1.5%，纯水94.8%。将上述含有多孔蜂窝状阳极氧化膜的金属件清洗后，浸泡在纳米银染色剂中进行染色15min，使染色分子和纳米银颗粒充分吸附于阳极氧化膜的孔隙内，形成纳米银染色层；

S3）按质量百分比计的如下组分配制纳米银封孔剂：纳米银颗粒抗菌液1.2%，硫酸镍2%，硫酸钠2%，硫酸钴8%，PH缓冲剂0.5%，络合剂0.5%，有机添加剂3%，纯水82.8%，加适当氨水将纳米银封孔剂调节至PH=5.7。将上述含有纳米银染色层金属件浸泡于纳米银封孔剂中，封住微细孔，并使纳米银颗粒固定于纳米银染色层表面，形成纳米银封孔层，即得到阳极氧化抗菌金属件。

将实施例1至2的阳极氧化抗菌金属件分别编号为S1~S2，参照中华人民共和国国家标准《表面抗菌不锈钢第1部分:电化学法》GB/T 24170.1-2009进行抗菌性能测试，测试对象包括金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) ATCC 6538和大肠埃希氏菌(Escherichia coli) ATCC 25922，所得结果见表1。

表1：编号为S1~S2的阳极氧化抗菌金属件的抗菌性能

组别	金黄色葡萄球菌抗菌率%	大肠埃希氏菌抗菌率%	抗菌级别
				S 1	>99%	>99%	A
S 2	>99%	>99%	A

*参照标准，抗菌率≥99%为A级，抗菌率≥90%为B级。

将实施例1至2的阳极氧化抗菌金属件分别编号为S1~S2，参照国际标准《塑料和其他非多孔表面抗病毒活性的测定》ISO 21702-2019进行抗病毒测试，测试对象为甲型流感病毒HIN1(A/PR/8/34)，宿主名称： MDCK细胞，所得结果见表2。

表2：编号为S1~S2的阳极氧化抗菌金属件的抗病毒性能

组别	抗病毒活性值	抗病毒活性率%
			S 1	3.35	99.96%
S 2	3.86	99.99%

由表1和表2的测试结果表明，本发明的阳极氧化抗菌金属件具有长效持久的抗菌抗病毒能力。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和结构的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims

1.一种阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，包括金属件基体、阳极氧化膜、纳米银染色层和纳米银封孔层，所述阳极氧化膜通过对金属件基体阳极氧化得到，所述纳米银染色层为所述阳极氧化膜负载纳米银染色剂得到，所述纳米银封孔层为所述染色层负载纳米银封孔剂得到，所述纳米银染色剂和所述纳米银封孔剂中，纳米银颗粒抗菌液比例为0.01~3%，纳米银颗粒的尺寸为0.1~30nm。

2.根据权利要求1所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述纳米银染色剂还包括按质量百分比计的如下组分：染料0.1~10%，交联剂0.1~1.5%，纯水90~98%。

3.根据权利要求2所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述染料为直接染料、活性染料还原染料、硫化染料、分散染料、酸性染料、茜素染料中的任意一种或多种组合。

4.根据权利要求3所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述纳米银染色剂还包括按质量百分比计的如下组分：酸性毛元0.1~2%，酸性湖蓝0.1~2%，硫酸铝0.1~2%，硫酸铵0.1~2%，茜素染料0.1~2%，纯水90~98%。

5.根据权利要求1所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述纳米银封孔剂还包括按质量百分比计的如下组分：水解盐0.1~20%，PH缓冲剂0.5~2%，络合剂0.1~1%，有机添加剂2~5%，纯水80~95%。

6.根据权利要求1所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述水解盐为醋酸镍、醋酸钴、醋酸钠、硫酸镍、硫酸钴、硫酸钠中的任意一种或多种组合。

7.根据权利要求1所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述纳米银封孔剂的PH值为4~10。

8.本发明的另一目的是提供一种制备阳极氧化抗菌金属件的方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述金属件预处理为脱脂除油、超声波清洗、等离子清洗、激光清洗、溶剂清洗、碱腐蚀、电解抛光、化学抛光中的一种或任意多种的组合。

10.根据权利要求8所述的阳极氧化抗菌金属件，其特征在于，所述阳极氧化为硫酸阳极氧化、铬酸阳极氧化或草酸阳极氧化中的一种。