[发明专利]一种铝合金表面抗菌功能化改性方法

说明书

本发明公开了一种铝合金表面抗菌功能化改性方法，该方法以铝合金为基体，首先通过简单环保的水处理方法，使铝合金表面羟基化，令其表面具备反应活性；然后，利用可与羟基发生偶联反应的抗菌季铵盐的化学活性，使其与活化铝合金表面的羟基发生脱水偶联反应，将抗菌季铵盐接枝到铝合金表面，从而使铝合金表面获得抗菌功能。本发明技术工艺简单、过程环保、成本低廉、反应效率高；具有稳定、持久地抗菌效果，而且还具备良好的耐擦洗性；对代表性菌种金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌率高达99％以上。此外，按本发明制备的抗菌材料对铝合金形貌结构没有损伤，力学性能有所提升。

技术领域

本发明涉及表面功能材料技术领域，具体涉及一种铝合金表面抗菌功能化改性方法。

背景技术

铝合金是一种在工业、建筑、航海以及航空航天等多领域常用的重要结构材料，拥有优异的物理和化学性能。但铝合金往往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导致铝合金表面氧化层被破坏，使铝合金形成微型原电池，极易发生点蚀，使铝合金内部易形成应力集中，从而使铝合金的力学性能大大降低，影响铝合金作为结构材料的应用。铝合金用作医疗器械或传输管道时，微生物的存在也会对其功能应用造成破坏，尤其是致病性微生物附着在医疗器械容易带来极大的健康隐患，微生物形成菌膜堵塞管道也会造成仪器设备的损坏。因此，使铝合金面免受微生物的影响和破坏具有十分重要的意义。

为了防止细菌在铝合金表面生存繁殖，现阶段针对铝合金表面抗菌的方法主要是在铝合金表面涂覆一层抗菌涂层，然而这种抗菌方法有很明显的弊端，首先是随着服役时间的延长，表面涂层会剥落，从而失去抗菌效果。而且，该种制备方式设计热处理，增加工艺难度和生产成本。此外，很多抗菌涂层里所使用的抗菌剂多是溶出型抗菌成分，既不能保证抗菌的长效性，还容易使细菌抗药性，同时还会对环境造成不利影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金表面抗菌功能化改性方法，以解决现有技术存在问题。本发明通过简单环保的水处理将铝合金表面羟基化，然后将反应性季铵盐通过羟基偶联反应接枝到活化铝合金表面，得到抗菌功能性铝合金的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种铝合金表面抗菌功能化改性方法，包括：

(1)将经过乙醇超声清洗后的铝合金进行干燥，去除铝合金表面残留液，再将铝合金置于温度为25-100℃的去离子水中保温处理3-5min，然后干燥，去除铝合金表面水滴，制得表面活化铝合金；

(2)将表面活化铝合金浸入浓度为7.5-75g/L的季铵盐溶液中后取出，放置于温度为80-120℃且密封的烘箱中反应1-3h，然后取出并在常温下静置，随后用乙醇溶液和去离子水分别清洗铝合金，干燥后制得抗菌铝合金。

本发明是先通过简单环保的水处理方法，将铝合金表面羟基化，再在羟基化后的铝合金表面接枝季铵盐，此方法工艺简单、反应效率高、可批量生产；铝合金的力学性能不仅不会降低，还会有一定程度的增强；并且所有程序都十分环保。

本发明将安全的带有反应基团的季铵盐通过化学结合到羟基化后的铝合金表面上，季铵基团通过与细菌的直接接触杀死细菌，并不需要释放溶出型抗菌物质，因此抗菌稳定性优异。并且化学接枝到铝合金表面上，相对于在铝合金表面涂覆抗菌涂层，抗菌基团与基体结合更加强固稳定；抗菌剂需求量少，且分布均匀、不易分解；得到的产品抗菌性能持久稳定；并且工艺简单、成本低廉、环境友好。

此外，本发明在铝合金上接枝的季铵盐在抗菌过程中是通过物理接触杀死细菌，季铵盐的结构不会发生变化，使用一段时间后通过洗涤或擦拭等方式除去表面附着的细菌残骸，就能够恢复抗菌性，可以循环使用，具有良好重复抗菌效果。并且，接枝长链烷烃后的铝合金表面呈现疏水性，方便冲洗去除残留污染物。