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不锈钢如何具有抗菌性能,要从抗菌金属元素说起。目前已发现具有抗菌性能的金属离子主要有抗菌作用较强的Ag(银)、Bi(铋)、Cu(铜)、Mo(钼),抗菌作用一般的Cd(镉)、Pr(镨)、Si(硅)、Ti(钛),抗菌作用较弱的AI(铝)、Co。目前可以通过技术手段添加到不锈钢中的元素主要是Ag和Cu,它们具有持久、广谱的抗菌性能,并且具有生物安全性。同时,传统不锈钢的性能基本不会因为基体结构不变而降低。相比较而言,银的抗菌效果优于铜。但由于Ag在钢中的溶解度低,添加Ag困难,目前大多数钢厂生产的抗菌不锈钢主要是通过添加Cu来达到抑制甚至杀灭细菌的效果。
那么,含铜抗菌不锈钢中的铜元素是如何发挥作用达到抗菌效果的呢?对此,学术界众说纷纭。一是细菌难以在铜表面形成保护性生物膜,细菌细胞内铜元素的过量积累破坏了细菌的细胞膜结构,使其失去细胞质等营养物质,导致其凋亡;第二,细菌的细胞壁和细胞膜带负电,铜离子带正电。由于异性电荷的吸引,破坏了细菌内部的电平衡,使细菌生存的微环境紊乱,导致其死亡;铜以离子的形式穿透细胞壁进入细菌细胞,与羟基(-SH)发生反应,使蛋白质凝固,破坏细胞合成酶的活性,使细菌失去分裂增殖能力而死亡。总的来说,无论是化学反应还是物理作用,经过测试,含铜抗菌不锈钢对各种细菌的杀菌率都可以达到90%以上,甚至100%,完全符合中国抗菌材料及制品工业协会规定的抗菌产品90%的标准。
目前大部分钢厂主要生产合金抗菌不锈钢。这种抗菌不锈钢主要是在整个冶炼过程中加入抗菌元素,采用特殊工艺热处理而成。它具有良好的抗菌性,抗菌性持久,对人体无二次伤害。值得注意的是,只有经过热处理才能析出富铜相,富铜相的形态、数量和分布决定了抗菌性能。由于富铜相均匀分布在不锈钢的表面和内部,即使材料表面因长期使用而磨损,也不会影响其抗菌性能。另外,可以利用现有的不锈钢生产设备制造合金抗菌不锈钢,为钢厂节约制造成本。
除合金抗菌不锈钢外,还有涂层抗菌不锈钢、表面改性抗菌不锈钢和复合抗菌不锈钢。涂层抗菌不锈钢主要依靠具有抗菌功能的银铜合金和光催化氧化物涂层来达到抗菌效果,但抗菌金属层长期使用后容易磨损甚至脱落,难以长时间抗菌。复合抗菌不锈钢是将铜或铜合金的抗菌性能与不锈钢的机械性能和工艺性能相结合而制成的。目前这种制造方式对生产设备和生产工艺要求较高,难以实现批量生产。表面改性抗菌不锈钢是通过离子溅射和热处理将铜、银等抗菌元素渗入不锈钢基体表面,以增加不锈钢的抗菌性能。成品不锈钢可以短流程生产,但表面磨损后抗菌性能会下降。
此外,一些企业已经工业化生产了抗菌氧化膜不锈钢。将不锈钢基材置于含银的酸性溶液介质中,经过通电等特殊处理后,在不锈钢表面形成大分子结构氧化膜,达到抗菌效果。这种抗菌不锈钢在抗菌性能、防霉性、耐腐蚀性、耐变色性和可加工性等方面具有独特的优势。它可以快速高效地抵抗细菌,但其持久性未知。
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