一种抗菌铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及金属表面处理技术领域，尤其涉及一种抗菌铝合金及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种抗菌铝合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属表面处理
，尤其涉及一种抗菌铝合金及其制备方法
。

技术介绍

[0002]铝及其合金广泛应用于工业
、
国防
、
制造业
、
日用品等多个领域
。
铝合金表面的氧化铝薄膜可以有效保护铝合金基体受进一步氧化腐蚀，但它无法抵御微生物的附着和繁殖，微生物附着在铝合金表面会污染铝合金并使铝合金发生点蚀，从而破坏铝合金各项性能，影响其应用
。
因此使铝合金或其表面实现抗菌功能化就突显出十分重要的意义
。
载人航天工程大量使用铝合金，其中舱内多处面板是由防锈铝合金制成，而载人航天器舱内由于航天员的活动难以避免微生物的存在，舱内密闭的环境中细菌滋生在表面后更难去除，微生物的大量存在无论对航天器本身安全还是对航天员健康的隐患都很大，所以针对载人航天工程使用较多的铝合金进行抗菌功能化也十分紧迫
。
常用的涂层方式对铝合金进行表面改性的方法并不适用与太空微重力环境，涂层若发生脱落漂浮在舱内隐患更大，所以亟需找到新的稳定的铝合金表面抗菌处理新方法
。
[0003]铝合金表面抗菌功能化不改变铝合金本身组织结构和元素组成，只是在铝合金表面进行抗菌改性修饰，相比制备合金型抗菌铝合金，铝合金表面修饰最大的优势在于可以直接对已经成型的铝合金进行修饰，且工艺简单，是现在铝合金抗菌功能化选用最多的方法
。
铝合金作为无机金属材料，最常见的表面修饰方法还是在其表面涂覆一层抗菌涂层
。Dogan
采用离子交换法制备了
Ag、Zn
负载沸石，然后将抗菌沸石混入醋酸乙烯漆中，在将其涂覆到铝箔上得到6‑
10mm
厚的抗菌涂层，对大肠杆菌表现出良好的抗菌效果
。
张维丽
[
等采用溶胶
‑
凝胶法，将
TiO2
混入钛酸丁脂中制备溶胶，然后在铝合金表面制备了一层紧密的
TiO2
抗菌薄膜，表现出一定的抗菌活性
。
铝合金表面涂层抗菌室目前使用较多的方法，过程简单方便，但涂层老化脱落容易引起抗菌长效性不佳
。
另外，铝合金表面阳极氧化是一种非常成熟的铝合金表处理工艺，能够带来致密的氧化膜，表面均匀规则的纳米孔隙成为功能离子沉积的绝佳位置，很多铝合金表面功能化的实现都是通过两步法，先进行表面阳极氧化处理，然后再沉积一层有效活性成分
。
铝合金表面抗菌功能化也可以通过这种两步法实现
。Tomioka
等人采用阳极氧化法在铝合金表面形成
AAO
，然后在
AAO
表面的孔内填充硫代硫酸银络合物，制备出抗菌性能较佳的铝合金制品，这种制备抗菌铝合金的方法对于抗菌成分的选择非常广泛，但不适用于不规则形状的铝合金构件，此外阳极氧化可以得到非常规整的纳米孔结构，但对于粒子沉积不需要如此规整的孔结构，所以阳极氧化法就显得太复杂且耗能
。
[0004]表面仿生纳米结构抗菌早在
2007
年就由美国研究者
Kenneth
发现，他研究了鲨鱼皮表面的特殊纳米结构，在聚二甲基硅氧烷弹性体上构筑了这种纳米图案，然后发现这种结构表面能有效抑制金黄色葡萄球菌生长成膜
。
澳大利亚研究者研究蝉及蜻蜓翅膀表面的纳米结构也发现了这种现象，其表面生长着一层具有高长径比级规律排列的纳米突起结构
。
其抗菌特性与基体及表面的化学物质无关，完全依靠表面结构的物理机械作用
。
这样就
避免了抗菌剂的使用，同时也就规避了使用抗菌剂可能会带来的重金属离子和有毒试剂对环境和操作人员的危害，更加环保
。
这种结构能够长期出于自发效应杀死细菌或阻止细菌生长繁殖
。
由于细菌细胞大小一般为
500
至
1000nm
，而纳米柱阵列之间的间隙距离为
170nm
左右
。
所以使得当细菌细胞接触纳米柱阵列时，细胞无法处于间隙中，又因为纳米柱高度为
200nm
左右，比不到
10nm
厚度的细胞膜高了一个数量级；这就使得细菌细胞靠近并接触纳米柱阵列时不可能通过细胞膜轻微变形就能大面积接触基底，躺在基底上，只可能被纳米柱阵列顶着架在空中；但是研究又发现细菌细胞有一个特性就是它们会尽最大可能使细胞膜与可附着对象最大表面积接触，为了更大面积的接触纳米柱或者基底，细胞膜开始不规则变形，当达到变形极限时，细胞膜就会出现破裂；单细胞生物细胞膜一旦损坏，细胞就会很快死亡，整个过程看上去像是细菌细胞一个自杀式过程，从而使这种纳米突起阵列结构达到杀菌效果，同时这也解释了为什么细胞壁刚度较强的革兰氏阳性细菌会对这种结构表现出抗性
。
因此，细菌细胞的力学性能尤其是细胞壁刚度是决定细胞对微纳结构抗性的关键因素，微纳结构杀菌实际上是纳米柱阵列使得附着在阵列上的细菌细胞膜或细胞壁变形破裂，使细菌死亡，从而达到杀菌目的
。
[0005]基于上述情况，本专利技术提出了一种抗菌铝合金及其制备方法
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供了一种抗菌铝合金及其制备方法
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种抗菌铝合金，所述抗菌铝合金通过以下步骤的方法制备而成：
[0008](1)
将铝合金依次用无水乙醇和去离子水在
20
～
25℃
超声清洗
10
～
15min
，超声功率为
100
～
150Hz
，清洗完成后取出自然晾干，备用；
[0009](2)
将步骤
(1)
处理过的铝合金放入浓度为
0.005
～
0.01mol/L
的有机酸溶液中完全浸没并浸泡
10
～
15min
，随后以每分钟2～
3℃
加热至
90
～
95℃
，在
90
～
95℃
保温处理
25
～
30min
，随后取出自然冷却至室温，得到有机酸处理过的铝合金；
[0010](3)
将含甲基的酰胺类化合物与有机极性溶剂以体积比为
1:1.5
～2混合均匀，随后加热至
85
～
90℃
，将步骤
(2)
有机酸处理过的铝合金完全浸没于含甲基的酰胺类化合物水溶液中并保温处理
10
～
24h
，取出用无水乙醇清洗2～3次，晾干，得到表面具有纳米柱结构的铝合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种抗菌铝合金，其特征在于，所述抗菌铝合金通过以下步骤的方法制备而成：
(1)
将铝合金依次用无水乙醇和去离子水在
20
～
25℃
超声清洗
10
～
15min
，超声功率为
100
～
150Hz
，清洗完成后取出自然晾干，备用；
(2)
将步骤
(1)
处理过的铝合金放入浓度为
0.005
～
0.01mol/L
的有机酸溶液中完全浸没并浸泡
10
～
15min
，随后以每分钟2～
3℃
加热至
90
～
95℃
，在
90
～
95℃
保温处理
25
～
30min
，随后取出自然冷却至室温，得到有机酸处理过的铝合金；
(3)
将含甲基的酰胺类化合物与有机极性溶剂以体积比为
1:1.5
～2混合均匀，随后加热至
85
～
90℃
，将步骤
(2)
有机酸处理过的铝合金完全浸没于含甲基的酰胺类化合物水溶液中并保温处理
10
～
24h
，取出用无水乙醇清洗2～3次，晾干，得到表面具有纳米柱结构的铝合金；
(4)
取含硫的硅烷偶联剂，按质液比
1g
：
15ml
与去离子水混溶水解，得到硅烷水溶液，将表面具有纳米柱结构的铝合金完全浸没于硅烷水溶液中，以功率
400
～
600W、
时间
10
～
15min、
微波处理1～3次，取出用无水乙醇清洗2～3次，晾干，得到具有超长纳米柱结构的铝合金
。2.
根据权利要求1所述的抗菌铝合金，其特征在于，所述有机酸包括植酸
、
单宁酸
、
没食子酸
、
富马酸
、
酒石酸的其中一种或两种以上的组合
。3.
根据权利要求1所述的抗菌铝合金，其特征在于，所述含甲基的酰胺类化合物包括
N,N
‑
二甲基丙烯酰胺
、N
‑
异丙基丙烯酰胺
、N,N
‑
二甲基甲酰胺
、N
‑
二甲基甲酰胺的其中一种
。4.
根据权利要求1所述的抗菌铝合金，其特征在于，所述有机极性溶剂包括二甲基亚砜
、
吡啶
、
四甲基乙二胺
、
异丙醇的其中一种
。5.
根据权利要求1所述的抗菌铝合金，其特征在于，所述含硫的硅烷偶联剂包括3‑
巯丙基甲基二甲氧基硅烷
、3
‑
巯丙基三乙氧基硅烷
、3

【专利技术属性】
技术研发人员：崔国昌，李旭，田尧，宋微，李宁，贾元琛，张云海，
申请(专利权)人：山东创新精密科技有限公司，
类型：发明
国别省市：