[發(fā)明專利]耐生物體液腐蝕性的鎂合金超疏水表面的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611046209.7
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106733564A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張倩倩
• 申請（專利權(quán)）人: 大連大學(xué)
• 主分類號: B05D7/14
• 分類號: B05D7/14;B05D5/00;B23K26/362;B05D3/00
• 代理公司: 大連智高專利事務(wù)所(特殊普通合伙)21235
• 代理人: 胡景波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種耐蝕性的超疏水表面的處理方法。

背景技術(shù)

鎂合金作為一種輕金屬材料，被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色工程材料。因其具有比強度高、比剛度高、熱疲勞性能好、生物相容性良好、電磁屏蔽性能優(yōu)異、導(dǎo)熱導(dǎo)電能力強、抗震性好和可回收等優(yōu)點，在交通運輸、生物醫(yī)學(xué)、航空航天和國防工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。近年來，鎂合金憑借其良好的生物相容性、低密度、與人體骨骼相近的彈性模量等特點，成為當(dāng)今最具發(fā)展?jié)摿Φ尼t(yī)用金屬材料，具有很強的發(fā)展前景。

鎂合金作為醫(yī)用植入材料，與現(xiàn)有已經(jīng)進入臨床使用的醫(yī)用金屬材料相比，具有以下突出的優(yōu)點:①良好的生物相容性和生物可降解性；②良好的力學(xué)相容性；③完全可降解性；④成本低。但迄今為止，鎂合金作為生物材料的應(yīng)用潛力與現(xiàn)實之間依然存在巨大反差，鎂合金較差的耐蝕性是制約鎂合金發(fā)揮潛力的瓶頸。生物鎂合金在生理環(huán)境中降解速度過快，且多為局部腐蝕，易導(dǎo)致支撐器械在服役過程中提前失效。為了解決生物醫(yī)用鎂合金的主要問題，研究人員提出了很多方法，其中，表面改性技術(shù)是一種既可改善生物相容性，又能提高表面耐蝕性的有效方法，且又不使鎂合金基體失去作為生物醫(yī)用材料的優(yōu)點，因此，表面改性技術(shù)就成為解決醫(yī)用鎂合金發(fā)展的關(guān)鍵方法之一。

超疏水表面是指基底材料對水的靜態(tài)接觸角大于150°的表面，如自然界中廣泛存在的蓮屬科葉面、水黽的腿、蜻蜓翅膀等，它們均具有超疏水性和自清潔能力。通過對材料表面進行改性，使其具有超疏水特性，可有效降低基底材料的表面自由能，改善和控制材料的潤濕、黏著、潤滑和磨損性能，在材料改性與應(yīng)用方面具有巨大的應(yīng)用潛力。在材料基底構(gòu)建超疏水涂層具有良好的抗腐蝕、流體減阻和表面自清潔性能，在醫(yī)用鎂合金構(gòu)件等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

對超疏水荷葉的研究表明：表面微/納二元粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能物質(zhì)是荷葉具有超疏水自清潔效果的主要原因。超疏水表面的制備方法雖然已有很多，如采用等離子、化學(xué)刻蝕技術(shù)、電鍍等技術(shù)與涂覆低表面能物質(zhì)相結(jié)合的方法，或采用化學(xué)轉(zhuǎn)化的方法，已能制備出超疏水表面，但是這些方法或是設(shè)備昂貴，或是對環(huán)境有污染，或是制備周期過長等，尚存在改進的余地。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種簡便易行、成本低廉且耐生物體液腐蝕性的鎂合金超疏水表面的制備方法。發(fā)明人基于前人對鎂合金超疏水材料性能的研究，充分發(fā)揮超疏水表面的優(yōu)勢，提出了基于構(gòu)建超疏水表面提高生物醫(yī)用鎂合金性能的設(shè)想，通過減小試件與液體的接觸面積、降低試件與液體的黏著性，提高鎂合金在生物環(huán)境中的耐蝕性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

S1在鎂合金試樣表面上制備微米級粗糙結(jié)構(gòu)；

S2配制環(huán)氧樹脂溶液和SiO₂納米分散液，將環(huán)氧樹脂溶液涂于加工后的試樣表面，然后向表面涂覆SiO₂納米分散液，干燥，獲得微/納米復(fù)合表面結(jié)構(gòu)；

S3將全氟烴基三乙氧基硅烷乙醇溶液旋涂于試樣微/納米復(fù)合結(jié)構(gòu)表面，干燥，獲得超疏水表面。

優(yōu)選地，所述步驟S1使用激光打標(biāo)機在鎂合金試樣表面獲得粗糙的微米級表面，激光打標(biāo)機采用點狀形貌，點陣間距50～70μm，電流12～15A。

采用激光打標(biāo)機進行表面加工，參數(shù)調(diào)整方便，操作簡單，激光加工間距可以改變微米級粗糙結(jié)構(gòu)的粗糙度，小的點陣間距可以將熔融飛濺物堆積在表面凸起上；加工電流決定了輸入能量，輸入電流大，h/d比增加，表面凸起高度增加。點陣間距和電流兩個參數(shù)相結(jié)合，共同影響表面微米級粗糙結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，步驟S1還包括對鎂合金試樣預(yù)處理，具體為：將經(jīng)過打磨、拋光后的鎂合金試樣，依次于丙酮、乙醇和蒸餾水中超聲清洗，然后吹干。

優(yōu)選地，所述步驟S2環(huán)氧樹脂溶液以丙酮為溶劑，環(huán)氧樹脂與丙酮的體積比為1：10，所述環(huán)氧樹脂的固化劑為2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚，熟化劑為聚酰胺樹脂。

優(yōu)選地，所述步驟S2中SiO₂納米分散液包括納米SiO₂顆粒、無水乙醇和硅烷偶聯(lián)劑，所述SiO₂納米分散液的濃度為10-20g/L。其濃度為納米SiO₂顆粒在無水乙醇中的濃度，SiO₂納米分散液的濃度經(jīng)實驗研究，當(dāng)濃度超過20g/L時，接觸角沒有明顯增加，且滾動角變大，超疏水性變差。

更進一步的，每1g納米SiO₂顆粒加入0.5mL硅烷偶聯(lián)劑。