[发明专利]一种超疏水抗菌抗病毒不锈钢基于溶胶-凝胶的制备方法

说明书

本发明涉及一种超疏水抗菌抗病毒不锈钢基于溶胶‑凝胶的制备方法，所述制备方法先将不锈钢进行表面前处理，然后采用阳极氧化处理在所述不锈钢表面形成氧化膜，随后采用溶胶‑凝胶处理在所述氧化膜表面形成功能膜，得到超疏水抗菌抗病毒不锈钢。本发明所述制备方法先通过阳极氧化在不锈钢表面形成表面具有微纳结构的氧化膜，再通过溶胶‑凝胶处理形成具有低表面能物质和抗菌物质的功能膜。本发明制备的超疏水抗菌抗病毒不锈钢超疏水抗菌层不仅与基体结合性能良好，而且具有长效的超疏水性能和抗菌抗病毒性能，使得静态接触角达到150°以上，滚动角小于等于5°，还具有操作简单、成本较低等优点，便于大规模推广使用。

技术领域

本发明涉及不锈钢表面处理技术领域，尤其涉及一种超疏水抗菌抗病毒不锈钢基于溶胶-凝胶的制备方法。

背景技术

不锈钢材料由于具有优异的机械性能和耐腐蚀性能，被广泛应用于日常生活和工业建设中。传统不锈钢材料在使用的过程中会遇到暴露在潮湿环境下结露结霜以及表面被腐蚀等问题。近年来，仿生超疏水材料由于其表面独特的超疏水性能引起了人们的广泛关注，通常将静态接触角大于150°和滚动角为0°-10°的表面定义为超疏水表面，在自清洁、防腐蚀、防污染等方面具有应用价值，超疏水不锈钢也应运而生。

目前，通过制备超疏水的表面涂层来改变不锈钢表面的湿润性能是制备超疏水不锈钢的理想方案。不锈钢表面实现超疏水一般是通过改变其表面粗糙度或者通过低表面能物质在表面改性来实现的。超疏水表面改性的方法主要有溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、水热合成法、化学刻蚀法、模板法和激光刻蚀法等方法，一般为先制备出表面微纳结构，再通过低表面能物质修饰来获得超疏水表面。其中，化学气相沉积法和激光刻蚀法所用设备为精密设备，设备价格高昂且生产效率低，不适用大规模生产；水热合成法是在密封高压釜中进行反应，生产能耗较高不适用大规模使用；化学刻蚀法采用酸性或碱性刻蚀液进行表面刻蚀处理，但刻蚀后表面光亮度较差，影响表面效果；模板法是采用软模或硬模复制技术，不适用形状复杂的产品，使用存在一定局限性。此外，现在市面上生产使用较多的低表面能物质多为价格昂贵的氟硅烷等低表面能修饰剂。因此，现有技术中公开的超疏水不锈钢制备方法，不仅存在方法本身的缺陷，还存在生产成本较高的问题，均导致超疏水不锈钢的制备方法不能大规模推广使用。

CN111235559A公开了一种不锈钢的表面处理方法和疏水不锈钢及其应用，所述表面处理方法利用化学刻蚀和低表面能物质修饰的方法，在不锈钢表面形成超疏水表面。虽然制备得到的超疏水不锈钢的疏水性能较好，静态接触角可以达到150°以上，滚动角小于等于5°，但是存在表面刻蚀均匀性较差，腐蚀速率难以控制等问题，不利于大规模推广使用。

CN110653493A公开了一种不锈钢表面超疏水微纳结构的纳米激光烧蚀与化学热分解复合制备方法，所述复合制备方法包括不锈钢预处理；对预处理后的不锈钢进行激光烧蚀，形成微纳结构；在所述微纳结构上沉积硬脂酸微纳颗粒；二次激光烧蚀，使硬脂酸分解；经后处理，即得超疏水不锈钢。所述制备方法的刻蚀速率较低，设备价格高昂，难以满足大批量生产的需求。

CN107740152A公开了一种不锈钢表面耐热超疏水涂层的电沉积方法，包括：1、先用丙酮对不锈钢进行超声清洗，再使用NaOH溶液进行碱洗，最后用去离子水超声清洗干净；2、用HF将清洗后的不锈钢进行酸洗活化处理；3、将表面活化处理后的不锈钢浸泡至稀土金属盐或者铪盐水溶液中进行电沉积处理；4、表面电沉积金属氧化物的不锈钢放置于1Pa的真空环境中进行处理。所述电沉积方法不仅生产效率低，还使用了大量价格昂贵的稀土金属盐，难以满足大批量生产的需求。

近些年来，抗菌抗病毒不锈钢的研究与开发成为不锈钢的研究热点，其不仅可以保持不锈钢基体的力学性能和表面光洁度，还具有一定的抗菌效果。因此，目前亟需开发一种新型的超疏水抗菌抗病毒不锈钢的制备方法，不仅能够达到超疏水和抗菌的双重效果，还具有操作简单、成本较低等优点，便于大规模推广使用。

发明内容