鋁合金擁有優(yōu)異的性能,因此廣泛應(yīng)用于多個行業(yè)。鋁合金表面的氧化鋁薄膜可以有效保護(hù)鋁合金基體被進(jìn)一步氧化腐蝕,但無法抵御細(xì)菌的附著和繁殖,細(xì)菌附著在鋁合金表面會污染鋁合金并對鋁合金的各項使用性能造成不良影響。因此實現(xiàn)鋁合金抗菌功能化就突顯出十分重要的意義。鋁合金抗菌改性方法主要包括制備合金型抗菌鋁合金和鋁合金表面抗菌改性,合金化過程復(fù)雜且不環(huán)保,還會引起鋁合金組織成分改變,且可選抗菌成分有限;鋁合金表面抗菌改性的常見方法是在鋁合金表面涂覆抗菌涂層,然而涂層易脫落,這制約了該種方法的使用。因此研究簡單易行、結(jié)合穩(wěn)定、對基材本身力學(xué)性能影響小的鋁合金表面抗菌改性方法具有十分重要的研究意義。本論文主要針對上述問題,以5A06防銹鋁合金為研究對象,分別通過鋁合金表面微處理結(jié)合抗菌樹脂壓入方法、在鋁合金表面微處理后接枝抗菌季銨鹽以及在鋁合金表面構(gòu)筑納米陣列結(jié)構(gòu)來獲得表面抗菌功能化鋁合金,并對其抗菌性能進(jìn)行了評價,本文具體工作和主要研究結(jié)果如下:1.使用H_2O_2對鋁合金進(jìn)行微處理,然后將含有三甲氧基硅烷基-丙基二甲基十八烷基季銨鹽(DC5700)的環(huán)氧樹脂通過模壓注入鋁合金表面的納米結(jié)構(gòu)中,得到壓入抗菌涂層的鋁合金。微觀形貌結(jié)果表明微處理后的鋁合金表面形成了三維納米網(wǎng)絡(luò)互通結(jié)構(gòu)。附著力測試結(jié)果顯示涂層附著力等級達(dá)到1級,網(wǎng)絡(luò)互通結(jié)構(gòu)使得鋁合金與環(huán)氧樹脂實現(xiàn)了很強(qiáng)的結(jié)合。該方法制備的抗菌鋁合金對革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都有十分良好的抗菌性能,當(dāng)DC5700與環(huán)氧樹脂的質(zhì)量比為1:100時,其對大腸桿菌(E.coli)和金黃色葡萄球菌(S.aureus)的抗菌率都達(dá)到了99%以上。拉伸測試結(jié)果表明鋁合金力學(xué)性能變化不大,拉伸強(qiáng)度稍有下降,由228 MPa下降到218 MPa;斷裂伸長率有所增加,由12%增加到了14%。2.5A06鋁合金先經(jīng)過熱水處理進(jìn)行表面活化,通過水解后DC5700與活化鋁合金的脫水偶聯(lián)反應(yīng),將DC5700接枝到鋁合金表面上,得到表面接枝抗菌鋁合金。通過紅外光譜分析與表面潤濕性測試表征其表面活化程度,結(jié)果表明,熱水處理后的鋁合金表面活化程度明顯增強(qiáng),紅外光譜和X-射線光電子能譜分析證明DC5700成功接枝到了鋁合金表面。DC5700接枝成功賦予鋁合金表面優(yōu)異的抗菌性能,40℃熱水活化后的鋁合金接枝DC5700后對S.aureus的抗菌率達(dá)到99%以上,80℃熱水處理的鋁合金接枝DC5700后對E.coli的抗菌率達(dá)到99%以上。拉伸斷裂測試結(jié)果表明這種方法處理后的鋁合金的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率不僅不降低,而且還有少量提高。3.通過水處理和DMF溶液處理兩步法可以在鋁合金表面構(gòu)筑出納米突起結(jié)構(gòu),通過系統(tǒng)的形貌表征證明調(diào)節(jié)處理溫度和保溫時間可以實現(xiàn)對納米結(jié)構(gòu)微觀形貌的調(diào)控,構(gòu)筑出納米片與納米柱結(jié)構(gòu),構(gòu)筑出的納米柱結(jié)構(gòu)頂端尺寸最小可達(dá)34 nm。抗菌性能測試結(jié)果表明,該形貌的鋁合金對E.coli的抗菌率達(dá)到52%以上,通過XRD表征證明鋁合金表面沒有其它抗菌物相出現(xiàn),這表明抗菌性能來自于納米結(jié)構(gòu)的作用。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG178
【部分圖文】：

疏水、自清潔的特點[58-60]。還有學(xué)者研究壁虎的腳掌上飛檐走壁，是因為其腳掌上有無數(shù)微米級纖毛[61]。也有表面的微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其表面有一層規(guī)律的高長徑比納昆蟲翅膀能夠使革蘭氏陰性菌喪失活性，并且這種作用關(guān)，僅是特殊納米結(jié)構(gòu)的機(jī)械作用導(dǎo)致的[12, 62, 63]。這泛關(guān)注，因為，這是一種新型的抗菌材料，并且不需要構(gòu)就具備優(yōu)良的抗菌性能，這擁有十分重大的科學(xué)意義生納米結(jié)構(gòu)還具有很多潛在的功能性應(yīng)用。納米結(jié)構(gòu)抗菌材料的提出米結(jié)構(gòu)抗菌早在 2007 年就由美國研究者 Kenneth[11]發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)，在聚二甲基硅氧烷彈性體上構(gòu)筑了這種納米能有效抑制金黃色葡萄球菌生長成膜。

圖 1-2 蟬翼表面結(jié)構(gòu)抗菌機(jī)理圖[65]。Biophysical model of the interactions between cicada(P. claripennis) wingbacterial cells有研究者 Bandara[66]團(tuán)隊針對蜻蜓翅表面納米結(jié)構(gòu)抗菌提出腸桿菌在納米結(jié)構(gòu)表面死亡的過程來自于細(xì)菌接觸高低不接觸較高的納米柱并且分泌具有粘性的胞外物質(zhì)，然后當(dāng)向較低納米柱移動時，身體被高納米柱粘結(jié)形成鉤掛作用其示意圖如圖 1-3 所示。

圖 1-2 蟬翼表面結(jié)構(gòu)抗菌機(jī)理圖[65]。2 Biophysical model of the interactions between cicada(P. claripennis) wing nbacterial cells有研究者 Bandara[66]團(tuán)隊針對蜻蜓翅表面納米結(jié)構(gòu)抗菌提出不腸桿菌在納米結(jié)構(gòu)表面死亡的過程來自于細(xì)菌接觸高低不平先接觸較高的納米柱并且分泌具有粘性的胞外物質(zhì)，然后當(dāng)細(xì)是向較低納米柱移動時，身體被高納米柱粘結(jié)形成鉤掛作用，其示意圖如圖 1-3 所示。 【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2835048