用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及抑制微生物污垢附着生长技术领域，具体提供一种用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜及其制备方法。该薄膜是通过电沉积银而得到的具有超疏水性和光亮的银薄膜，由于银具有杀灭细菌能力，微生物污垢的胞外分泌物总量减少，结构空洞化，蛋白质变性，使得污垢整体生长缓慢，达到抑制微生物在银薄膜表面的初期粘附和生长，形成抑垢作用。在光亮的银薄膜表面，由于微生物污垢在表面的粘附力下降，进而减少微生物污垢的附着。随着银薄膜表面的疏水性增强，进一步降低微生物的粘附力。基于这些协同效果，本发明专利技术所制备的超疏水光亮银薄膜可有效地抑制微生物污垢生长和在其表面的附着。其表面的附着。其表面的附着。

【技术实现步骤摘要】
用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于抑制微生物污垢附着生长
，用于防止如流量限制器、热交换器的微生物附着，导致流量限制器和热交换器失控，以及其它应用在海水和城市用水管网中的防止金属的微生物腐蚀。具体提供一种用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]自然水环境中存在着大量的微生物，在长时间的使用中，由于微生物的附着，会导致水循环管网中的污染和水管网上流量控制器的失控；在循环冷凝器上的附着，导致热交换器的失效。同样在金属器壁上的附着，也会引起城市管网中水环境质量的下降以及金属的腐蚀，特别是目前我国大力开发海洋资源的当下，抑制微生物污垢附着，防止海洋环境下的微生物金属腐蚀。
[0003]在水体中，微生物污垢的形成分为几个阶段，理清微生物污垢的形成，对抑制微生物污垢的附着生长至关重要。微生物污垢形成的早期阶段是微生物附着和生物膜形成阶段。水环境中的微生物附着过程包括细菌起始黏附、生物膜黏附期、生长期、成熟和剥落期等4个阶段。首先有机分子和少量细菌黏附在基材表面，在化学键合、静电作用、机械连锁或扩散作用下进行黏附，也会在剥离、平面剪切、非平面剪切等作用下从基材表面脱落，因此此时为可逆附着阶段，此时微生物利用自身分泌的聚合物在表面牢固黏附，进入不可逆附着阶段，不可逆附着后，生物膜继续生长，经过几天或数周时间到达成熟和剥落期，微生物在材料表面的附着和固定是一个十分复杂的动态过程，受很多因素的影响。研究表明微生物的附着量与材料的本质(材料对微生物的毒性)有关；并随着材料表面粗糙度的增加，微生物污垢的附着量增加；同时与材料表面的疏水性呈正相关。
[0004]到目前为止很多研究采用银或氧化亚铜作为抑制微生物附着生长的材料，如银薄膜或纳米氧化亚铜，其原理是利用其杀灭细菌能力，微生物污垢的胞外分泌物总量减少，结构空洞化，蛋白质变性，造成污垢整体生长缓慢。达到抑制微生物在表面的初期粘附和生长，形成抑垢作用。也有通过将金属表面进行硅烷偶联剂修饰后，使其表面形成疏水性结构，达到抑制微生物污垢附着生长的目的。就目前所使用的效果来看，无论哪种方法，其抑制微生物附着生长的效果均不是十分理想。

技术实现思路

[0005]为了解决水体系中由于微生物污垢的附着，所引起的如流量控制器的堵塞、热交换器隔热以及微生物导致的金属腐蚀等问题，本专利技术将银薄膜具有杀菌的效果与微生物难于附着的光亮表面银薄膜相结合，提供一种用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜及其制备方法。
[0006]为了评价超疏水光亮银薄膜抑制微生物污染物附着生长的能力，我们选用304不
锈钢作为基材(当然除了304不锈钢基材外，还可以是其它表面为金属的基材)，在其表面进行电沉积超疏水光亮银薄膜。为了获得良好附着强度的银薄膜，在进行电沉积银薄膜之前，对基材进行了电镀铜的预处理。超疏水光亮银薄膜的制备方法是采用电沉积的方法。银电沉积的基础溶液构成为，主盐使用硝酸银，络合剂为丁二酰亚胺，导电盐为焦磷酸钾。硝酸银的浓度范围为10～100g/L，浓度低于10g/L时由于浓度过低，导致电沉积银薄膜的质量下降，浓度大于100g/L时，由于浓度过高，所获得的银薄膜会变得疏松，硝酸银的最佳浓度范围是30～60g/L。络合剂丁二酰亚胺的最佳浓度范围是50～100g/L，导电盐焦磷酸钾的浓度范围为50～120g/L。毋容置疑，对于导电盐和络合剂而言，也可以选择电沉积领域其它常用试剂，但是对于本专利技术的光亮剂而言，与焦磷酸钾和丁二酰亚胺是最佳组合。
[0007]为了获得稳定的银电沉积溶液，控制银电沉积液的pH在8～11之间，例如可以使用KOH或NaOH调整银电沉积溶液的pH。
[0008]该银电沉积溶液的操作温度范围较为宽泛，可设定在10～50℃之间，电流密度范围为0.1～2A/dm2。
[0009]为了获得光亮的银薄膜，银电沉积溶液中添加了5
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甲基乙内酰脲或其衍生物的光亮剂，光亮剂的浓度范围为5～30g/L，最佳浓度范围为10～20g/L。银电沉积光亮剂不仅可以使用5
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甲基乙内酰脲，它的部分衍生物也具有良好的光亮剂效果，其衍生物的结构式为其中R1＝H或CH3；R2＝H、CH3、Cl或Br；R3＝H、CH3、Cl或Br。
[0010]为了更加有利于抑制微生物污染物的附着生长，将大约粒径为20
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800nm的银颗粒加入到上述银电沉积溶液中，可获得超疏水性且光亮的银薄膜。毋容置疑，在一定范围内，银颗粒的粒径越小越好，但是颗粒非常小的银颗粒所带来的是成本的急剧增加，当银颗粒较大时，辅以超声波振动，足以将银颗粒均匀的复合电沉积到银薄膜中。本专利技术将银薄膜具有杀菌的效果与微生物难于附着的光亮且疏水的表面银薄膜相结合，获得了兼具必要光亮特点和超疏水效果的银薄膜，从而能够更好的抑制微生物污垢的附着生长。
[0011]与现有技术相比，本专利技术取得了如下有益效果：本专利技术将银薄膜具有杀菌的效果与微生物难于附着的光亮表面银薄膜相结合，提供一种用于抑制微生物污垢附着生长的超疏水光亮银薄膜，该薄膜是通过电沉积银而得到的具有疏水性和光亮的银薄膜，由于银具有杀灭细菌能力，微生物污垢的胞外分泌物总量减少，结构空洞化，蛋白质变性，使得污垢整体生长缓慢，达到抑制微生物在银薄膜表面的初期粘附和生长，形成抑垢作用。在光亮的银薄膜表面，由于微生物污垢在表面的粘附力下降，进而减少微生物污垢的附着。随着银薄膜表面的疏水性增强，进一步降低微生物的粘附力。基于这些协同效果，本专利技术所制备的疏水光亮银薄膜可有效地抑制微生物污垢生长和在其表面的附着，108h吸附周期时微生物附着生长的抑制效果比不添加光亮剂可提升31％左右。
附图说明
[0012]图1为电沉积银薄膜的SEM图，其中A为无5
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甲基乙内酰脲；B为15g/L 5
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甲基乙内酰脲。
[0013]图2为加入500nm银颗粒后的SEM图。
[0014]图3不同条件下电沉积银薄膜的接触角。
具体实施方式
[0015]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明。实施例给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0016]为了有效说明本专利技术的效果，首先准备好1.5x4cm(厚度为0.5mm)的304不锈钢片，经碱洗除油后，在其表面进行了预镀铜处理，然后将其置于银基础镀液(硝酸银、丁二酰亚胺、焦磷酸钾，用KOH调整溶液的pH)中进行电沉积，电沉积的条件是在30℃。若需要光亮银薄膜，可向上述溶液中加入5
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甲基乙内酰脲或其衍生物均可以获得与5
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甲基乙内酰脲相当的性能，以下具体实施例不再一一证明。进一步若需要超疏水性光亮银薄膜时，可向上述银溶液中加入纳米银颗粒。若在未添加光亮剂的情况下添加纳米银颗粒，则获得的基材表面会呈现粗糙和疏水性能不佳的缺陷，不能很好的抑制微生物附着、生长。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜的制备方法，其特征在于：通过电沉积的方式，在表面为金属的基材表面制备银薄膜，电沉积液中包括可溶性银盐和光亮剂；所述光亮剂为5
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甲基乙内酰脲或其衍生物电沉积前还包括电镀铜预处理步骤；电沉积液中可溶性银盐的浓度范围为10～100g/L，络合剂丁二酰亚胺的浓度范围是50～100g/L，导电盐焦磷酸钾的浓度范围为50～120g/L。2.根据权利要求1所述的用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜的制备方法，其特征在于：电沉积液中还分散有20
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800nm的纳米银颗粒，且电沉积过程中辅以超声波照射。3.根据权利要求1所述的用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜的制备方法，其特征在于：电沉积液中还添加有络合剂丁二酰亚胺，导电盐焦磷酸钾。4.根据权利要求1所述的用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜的制备方法，其特征在于：电沉积液的pH值为8～11。5.根据权利要求4所述的用于抑制微生物污垢附着生长的疏水光亮银薄膜的制备方法，其特征在于：电沉积液的pH值使用氢氧化钾和/或氢氧化钠调整。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈智栋，康丰，王文昌，王世颖，张维，边春华，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：