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具有抗菌性能的材料表面能增强材料的使用性能,提高产品的附加值,可以在众多领域获得应用,如食品、生物制品加工机械、医疗器械、轻工业产品及加工机械、日用生活品等。
抗菌复合化学镀层就是利用复合化学镀手段进行金属材料的表面抗菌处理。其基本方法是通过将具有抗菌性能的材料加以超微粒化加工,然后采用复合化学镀的方法把它制成复合化学镀层,亦即在普通镀液中加入抗菌微粒,使之与镀层金属共沉积得到复合镀层。这样获得的镀层将在表面持有一定量的抗菌粒子,使镀层在保存了原有镀层的物理、化学性能和机械性能的基础上,兼具有抗菌性能。由于镀层较高的稳定性和抗菌粒子的特性,这样制得的镀层抗菌性能持久,耐候性强,不会产生类似化学抗菌剂所产生的二次污染。
本研究分为两个部分:
第一部分用镀层中的纳米TiO2含量作为主要优化目标,试图获得较高纳米TiO2含量的复合镀层,方法是先用单因素分析法分析镀液中主盐含量、pH值、纳米TiO2用量等对镀层中TiO2含量的影响,然后用正交分析对施镀工艺条件进行综合优化。
第二部分对用上述工艺制备的复合镀层进行抗菌性能检测,以确认其抗菌效果。
待镀试件选用Q235A钢片,制成50mm×20mm×1.0mm的薄片,将试件打磨除锈、表面抛光、除油、清洗、活化后去化学镀;施镀中抗菌粒子选用的是已经证实在光催化条件下具有优良的抗菌性能的纳米TiO2,将纳米粒子TiO2进行预处理、分散后加入基础镀液中进行化学复合镀操作。
镀层经表观检测、结合力检测、抗腐蚀性能检测、孔隙率检测等分析镀层的一般理化性能与机械性能,用扫描电子显微镜观察镀层的表面微观形貌,用光电子能谱仪分析镀层表面的成份。研究表明,镍盐的浓度为25g/L、pH值为4.0、纳米TiO2添加量为200mg/L、反应温度为85℃条件下,制得的镀层表面质量较好,结合力、孔隙率、耐蚀性等性能均达到使用要求,其镀层中的二氧化钛含量为最高,达到2.14%(wt)。
对制得镀件进行了抗菌性能检测,采用平板菌落计数法测定抗菌率。结果表明用上述配方与工艺条件制得的镀层具有明显的抗菌性能,用20W荧光灯光源距样品20cm高度照射下,样品对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌24小时的抗菌率分别达到82.2%和84.7%,明显高于对照组的不锈钢片(0%)和Ni-P镀层(30.7%),但在非光照条件下,镀片没有明显的抗菌性能,这与纳米二氧化钛的抗菌机理是吻合的。