一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜及成膜工艺和应用

本发明涉及不锈钢表面处理，具体涉及一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜及成膜工艺和应用。

背景技术：

1、目前，提高医用不锈钢表面耐蚀性的主要手段有优化钢的成分、腐蚀介质中添加缓蚀剂、钢表面钝化、钢的表面涂层、钢表面自组装防腐薄膜等技术，并已取得了一系列的进展。各种技术各有优缺点，例如优化元素组成过程复杂，且耐蚀性能提高程度有限，不易广泛应用；添加缓蚀剂与钝化法能在一定程度上提高不锈钢的耐蚀性能，但存在环境污染和高成本等问题；表面涂层技术则由于设备复杂，工艺繁锁，不适合大批量生产；自组装技术具有成膜原料消耗少、污染小、操作简单，薄膜取向有序、结构稳定等特点，具有广泛的发展前景。自组装膜技术由于其特殊结构导致界面奇异的组装行为及功能，吸引了国内外研究者极高的兴趣，已经在各个领域显示出强大的应用潜力与前景，特别是在各种表面改性工程中得到愈来愈多的应用。目前虽然对于许多体系在界面的组装行为以及应用领域进行了大量的研究，仍然有许多问题有待于进一步研究解决，如混合体系以及复杂表面活性剂在界面中的相行为与分子间或分子内作用力的相互关系还不是很明确；某些复合膜的结构以及组装形式与已有的理论和模型能否适用还有待于实验的验证。今后，自组装膜技术的发展趋势是尽快实现功能化、实用化，通过对合成，结构，性能之间的关系的深入了解，进一步深入认识自组装膜的成膜机理，了解自组装体系中缺陷的产生及控制方法，设计和制备新的高度有序的自组装单层膜或多层膜体系。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜，该复合膜环保且处理后的复合膜的耐腐蚀性和促骨形成能力优良，可以显著提高不锈钢的耐蚀性。

2、本发明的另一目的在于提供一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的成膜工艺，该工艺操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低。

3、本发明的再一目的在于提供一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的应用，经本发明方案处理的医用不锈钢具有良好的应用前景。

4、本发明的目的通过下述技术方案实现：一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜，包括不锈钢和复合膜，所述复合膜包括植酸-氧化石墨烯层和海藻酸钠-氧化石墨烯层，所述植酸-氧化石墨烯层涂覆于不锈钢表面，所述海藻酸钠-氧化石墨烯层涂覆于植酸-氧化石墨烯层表面。

5、优选的，所述植酸-氧化石墨烯层是由植酸溶液和氧化石墨烯溶液的混合液涂敷而成；所述海藻酸钠-氧化石墨烯层是由海藻酸钠溶液和氧化石墨烯溶液的混合液涂敷而成。

6、本发明中的复合膜环保且处理后的复合膜的耐腐蚀性和促骨形成能力优良，可以显著提高不锈钢的耐蚀性。

7、优选的，所述氧化石墨烯溶液由纯水、三乙醇胺溶液和氧化石墨烯水溶液按照用量比为0.8-1.2:1.5-2.5:0.03-0.07混合后超声分散处理3-10min得到。

8、优选的，所述三乙醇胺溶液的质量浓度为0.8-1.2％；所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为2-10mg/ml。

9、本发明还提供了一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的成膜工艺，包括如下步骤：

10、s1、酸洗处理：将不锈钢试样放入反应器中，加入15-25ml柠檬酸清洗液浸泡15-20min，再用去离子水冲洗不锈钢试样表面的杂质，之后再将其投入原来的柠檬酸清洗液中继续酸洗15-20min，取出再次用去离子水冲洗表面，烘干，备用；

11、s2、配置氧化石墨烯溶液，取15-25g三乙醇胺溶液、8-12g纯水和0.03-0.07g氧化石墨烯水溶液混合后超声处理3-10min，备用；

12、s3、配置转化液：取1.8-2.2ml氧化石墨烯溶液和4.5-5.5ml质量浓度为3-7％植酸溶液，将氧化石墨烯溶液加入植酸溶液中混合搅拌1-5min，得到植酸-氧化石墨烯混合液，备用；取3.5-4.5g氧化石墨烯溶液和7.5-8.5g质量浓度为3-7％海藻酸钠溶液，将海藻酸钠溶液加入氧化石墨烯溶液中，最后加入8-12g纯水并将混合体系置于30-50℃的恒温水浴锅中搅拌1-5min，得到海藻酸钠-氧化石墨烯混合液，备用；

13、s4、自组装成膜：将酸洗后的不锈钢试样放置于真空旋转涂膜仪上进行layer-by-layer成膜。

14、优选的，步骤s1中，所述柠檬酸清洗液包括如下重量比的原料：质量浓度为2-4％的柠檬酸溶液20-35％、环状阳离子类表面活性剂4.5-7％、缓蚀剂0.5-1.5％、去离子水75-82.5％；所述环状阳离子类表面活性剂为三乙醇胺、聚丙烯酰胺，所述缓蚀剂为钼酸钠、磷酸纳、硅酸钠、十六烷胺。

15、优选的，步骤s2中超声处理时，超声4-6s后停4-6s反复该操作。

16、优选的，步骤s4中，进行真空旋转涂膜处理时，旋转涂膜顺序为先旋涂植酸-氧化石墨烯溶液层，再旋涂海藻酸钠-氧化石墨烯溶液层。

17、优选的，步骤s4中，真空旋转涂膜处理具体条件为仪器转速为1000-1050rpm、加速度为490-510rpm/s、环境温度100-110℃，转化液由注射器以0.5ml/s速度滴入，每层膜制备时间20-50s。

18、一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜在医用不锈钢的应用。

19、经本发明方案处理的医用不锈钢具有良好的应用前景。

20、本发明的有益效果在于：本发明的不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜环保且处理后的复合膜的耐腐蚀性和促骨形成能力优良，可以显著提高不锈钢的耐蚀性；成膜工艺操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低；经本发明方案处理的医用不锈钢具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜，包括不锈钢，其特征在于：所述复合膜包括植酸-氧化石墨烯层和海藻酸钠-氧化石墨烯层，所述植酸-氧化石墨烯层涂覆于不锈钢表面，所述海藻酸钠-氧化石墨烯层涂覆于植酸-氧化石墨烯层表面。

2.根据权利要求1所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜，其特征在于：所述植酸-氧化石墨烯层是由植酸溶液和氧化石墨烯溶液的混合液涂敷而成；所述海藻酸钠-氧化石墨烯层是由海藻酸钠溶液和氧化石墨烯溶液的混合液涂敷而成。

3.根据权利要求2所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液由纯水、三乙醇胺溶液和氧化石墨烯水溶液按照用量比为0.8-1.2:1.5-2.5:0.03-0.07混合后超声分散处理3-10min得到。

4.根据权利要求3所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜，其特征在于：所述三乙醇胺溶液的质量浓度为0.8-1.2％；所述氧化石墨烯水溶液的质量浓度为2-10mg/ml。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的成膜工艺，其特征在于：包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的成膜工艺，其特征在于：步骤s1中，所述柠檬酸清洗液包括如下重量比的原料：质量浓度为2-4％的柠檬酸溶液20-35％、环状阳离子类表面活性剂4.5-7％、缓蚀剂0.5-1.5％、去离子水75-82.5％。

7.根据权利要求5所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的成膜工艺，其特征在于：步骤s2中超声处理时，超声4-6s后停4-6s反复该操作。

8.根据权利要求5所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的成膜工艺，其特征在于：步骤s4中，进行真空旋转涂膜处理时，旋转涂膜顺序为先旋涂植酸-氧化石墨烯溶液层，再旋涂海藻酸钠-氧化石墨烯溶液层。

9.根据权利要求5所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜的成膜工艺，其特征在于：步骤s4中，真空旋转涂膜处理具体条件为仪器转速为1000-1050rpm、加速度为490-510rpm/s、环境温度100-110℃，转化液由注射器以0.5ml/s速度滴入，每层膜制备时间20-50s。

10.如权利要求1-4任一项所述的一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜在医用不锈钢的应用。

技术总结
本发明涉及不锈钢表面处理技术领域，具体涉及一种不锈钢表面氧化石墨烯掺杂复合膜及成膜工艺和应用，包括不锈钢和复合膜，所述复合膜包括植酸‑氧化石墨烯层和海藻酸钠‑氧化石墨烯层，所述植酸‑氧化石墨烯层涂覆于不锈钢表面，所述海藻酸钠‑氧化石墨烯层涂覆于植酸‑氧化石墨烯层表面。本发明以医用316L不锈钢为研究对象，在医用不锈钢制备了氧化石墨烯掺杂复合膜，并研究膜层的抗腐蚀性能，分析其腐蚀机制及骨诱导形成能力，最终制备出满足医用不锈钢表面改性的表面改性工艺，为不锈钢在医学领域的进一步开发应用提供参考。

技术研发人员：祝闻,刘子灿,吴庆,蓝欣文,郭思楠,高佳娜,黄毅,朱枝胜,廖忠淼,李康,陈肯,宋佳慧
受保护的技术使用者：东莞理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24