铝合金表面微处理与抗菌功能化研究

摘要

铝合金拥有优异的性能，因此广泛应用于多个行业。铝合金表面的氧化铝薄膜可以有效保护铝合金基体被进一步氧化腐蚀，但无法抵御细菌的附着和繁殖，细菌附着在铝合金表面会污染铝合金并对铝合金的各项使用性能造成不良影响。因此实现铝合金抗菌功能化就突显出十分重要的意义。铝合金抗菌改性方法主要包括制备合金型抗菌铝合金和铝合金表面抗菌改性，合金化过程复杂且不环保，还会引起铝合金组织成分改变，且可选抗菌成分有限；铝合金表面抗菌改性的常见方法是在铝合金表面涂覆抗菌涂层，然而涂层易脱落，这制约了该种方法的使用。因此研究简单易行、结合稳定、对基材本身力学性能影响小的铝合金表面抗菌改性方法具有十分重要的研究意义。 本论文主要针对上述问题，以5A06防锈铝合金为研究对象，分别通过铝合金表面微处理结合抗菌树脂压入方法、在铝合金表面微处理后接枝抗菌季铵盐以及在铝合金表面构筑纳米阵列结构来获得表面抗菌功能化铝合金，并对其抗菌性能进行了评价，本文具体工作和主要研究结果如下： 1.使用 H2O2对铝合金进行微处理，然后将含有三甲氧基硅烷基-丙基二甲基十八烷基季铵盐（DC5700）的环氧树脂通过模压注入铝合金表面的纳米结构中，得到压入抗菌涂层的铝合金。微观形貌结果表明微处理后的铝合金表面形成了三维纳米网络互通结构。附着力测试结果显示涂层附着力等级达到1级，网络互通结构使得铝合金与环氧树脂实现了很强的结合。该方法制备的抗菌铝合金对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都有十分良好的抗菌性能，当DC5700与环氧树脂的质量比为1:100时，其对大肠杆菌（E.coli）和金黄色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌率都达到了99%以上。拉伸测试结果表明铝合金力学性能变化不大，拉伸强度稍有下降，由228 MPa下降到218MPa；断裂伸长率有所增加，由12%增加到了14%。 2. 5A06铝合金先经过热水处理进行表面活化，通过水解后DC5700与活化铝合金的脱水偶联反应，将DC5700接枝到铝合金表面上，得到表面接枝抗菌铝合金。通过红外光谱分析与表面润湿性测试表征其表面活化程度，结果表明，热水处理后的铝合金表面活化程度明显增强，红外光谱和X-射线光电子能谱分析证明DC5700成功接枝到了铝合金表面。DC5700接枝成功赋予铝合金表面优异的抗菌性能，40℃热水活化后的铝合金接枝DC5700后对S.aureus的抗菌率达到99%以上，80℃热水处理的铝合金接枝DC5700后对E.coli的抗菌率达到99%以上。拉伸断裂测试结果表明这种方法处理后的铝合金的拉伸强度和断裂伸长率不仅不降低，而且还有少量提高。 3. 通过水处理和 DMF 溶液处理两步法可以在铝合金表面构筑出纳米突起结构，通过系统的形貌表征证明调节处理温度和保温时间可以实现对纳米结构微观形貌的调控，构筑出纳米片与纳米柱结构，构筑出的纳米柱结构顶端尺寸最小可达34 nm。抗菌性能测试结果表明，该形貌的铝合金对E.coli的抗菌率达到52%以上，通过XRD表征证明铝合金表面没有其它抗菌物相出现，这表明抗菌性能来自于纳米结构的作用。

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