本報實(shí)習記者 趙萍
2020年注定是要載入史冊的一年。新年伊始，新冠肺炎疫情突然暴發(fā)。這場(chǎng)由新冠肺炎疫情引起的公共衛生事件改變了人們的生活方式，大家開(kāi)始越來(lái)越關(guān)注個(gè)人健康和公共衛生，各種抗病毒、抗菌類(lèi)產(chǎn)品變得炙手可熱。與此同時(shí)，在不銹鋼行業(yè)，抗菌不銹鋼的關(guān)注度也開(kāi)始悄然回升。
今年初以來(lái)，寶鋼德勝、酒鋼等多家鋼企相繼研發(fā)出了不同類(lèi)型的抗菌不銹鋼產(chǎn)品。而在此前，中科院金屬研究所、太鋼、寶鋼不銹等單位成功研發(fā)的合金型鐵素體和奧氏體抗菌不銹鋼已廣泛用于制造餐廚具、洗衣機滾筒、醫療器械等?？梢灶A見(jiàn)，隨著(zhù)社會(huì )對健康衛生越來(lái)越重視，抗菌性將成為不銹鋼發(fā)展的一個(gè)重要方向。
不過(guò)，不銹鋼基體本身不具有抗菌性，抗菌不銹鋼是如何實(shí)現抗菌的？近日，中國特鋼企業(yè)協(xié)會(huì )不銹鋼分會(huì )舉辦的CSSC不銹鋼線(xiàn)上講堂解答了這一疑問(wèn)。
不銹鋼如何具備抗菌性這件事得從抗菌金屬元素說(shuō)起。目前已發(fā)現的具有抗菌性的金屬離子主要分為具有較強抗菌效果的Ag（銀）、Bi（鉍）、Cu（銅）、Mo（鉬），具有一般抗菌效果的Cd（鎘）、Pr（鐠）、Si（硅）、Ti（鈦），和具有較弱抗菌效果的AI（鋁）、Co（鈷） 、Cr（鉻）、Mg（鎂）、Mn（錳）、Pb（鉛）、Zn（鋅），而當前可以通過(guò)技術(shù)手段加入不銹鋼中起到抗菌效果的元素主要是Ag和Cu，兩者抗菌性能具有持久、廣譜的特點(diǎn)且具有生物安全性，同時(shí)由于不改變基體結構，基本不會(huì )降低傳統不銹鋼的性能。相較而言，Ag的抗菌效果要好于Cu，但是受Ag在鋼中的溶解度非常低、不易加入等影響，目前多數鋼廠(chǎng)生產(chǎn)的抗菌不銹鋼主要通過(guò)添加Cu元素來(lái)達到抑制甚至殺死細菌的效果。
那么，含銅抗菌不銹鋼中的銅元素是如何工作以達到抗菌效果的呢？對此，學(xué)界有多種說(shuō)法。一是細菌在銅表面不易形成保護性的生物膜，加上過(guò)量的銅元素堆積在細菌細胞內破壞了細菌細胞膜結構，使其流失細胞質(zhì)等營(yíng)養物質(zhì)，導致其凋亡；二是細菌的細胞壁和細胞膜帶負電荷，銅離子帶正電荷，由于異性電荷相吸，細菌內部電平衡被破壞，細菌的生存微環(huán)境紊亂失調，導致其死亡；三是銅以離子形態(tài)穿透細胞壁進(jìn)入細菌細胞內，與羥基（-SH）發(fā)生反應，使蛋白質(zhì)凝固，破壞細胞合成酶的活性，使細菌喪失分裂增殖能力而死亡?？偟膩?lái)看，無(wú)論是化學(xué)反應還是物理作用，經(jīng)過(guò)試驗，含銅抗菌不銹鋼對多種細菌的殺菌率可以達到90%以上甚至是100%，完全滿(mǎn)足中國抗菌材料及制品行業(yè)協(xié)會(huì )對抗菌制品抗菌率達90%的標準規定。
目前，多數鋼廠(chǎng)主要生產(chǎn)的是合金型抗菌不銹鋼。這類(lèi)抗菌不銹鋼主要通過(guò)在冶煉過(guò)程中整體添加抗菌元素，并利用特殊工藝加以熱處理而制成，具有良好的抗菌性能，抗菌性持久，對人體無(wú)二次傷害。值得注意的是，只有經(jīng)過(guò)熱處理才能析出富銅相，富銅相的形貌、數量和分布決定了抗菌性能的強弱。由于富銅相在不銹鋼表面和內部均勻分布，即使材料表面因長(cháng)時(shí)間使用造成磨損也不會(huì )影響其抗菌性，而且制造合金型抗菌不銹鋼可以利用現有的不銹鋼生產(chǎn)裝備，為鋼廠(chǎng)節約制造成本。
除了合金型抗菌不銹鋼外，還有涂層型抗菌不銹鋼、表面改性型抗菌不銹鋼、復合型抗菌不銹鋼。涂層型抗菌不銹鋼主要依靠表面具有抗菌功能的銀銅合金、光催化性氧化物涂層達到抗菌效果，但抗菌金屬層經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間使用后容易磨損甚至脫落，難以長(cháng)久抗菌。復合型抗菌不銹鋼是利用銅或銅合金的抗菌性與不銹鋼材料本身的力學(xué)性能、工藝性能相結合，將兩者復合到一起而制成，這種制造方法目前對生產(chǎn)設備和生產(chǎn)技術(shù)要求較高，難以實(shí)現批量化生產(chǎn)。表面改性型抗菌不銹鋼是通過(guò)離子濺射和熱處理等方法，向不銹鋼基體表面滲入銅、銀等抗菌元素以增加不銹鋼的抗菌性能，可利用成品不銹鋼進(jìn)行短流程生產(chǎn)，但表面磨損后抗菌性能降低。此外，有企業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)出一種抗菌氧化膜不銹鋼。其將不銹鋼基體置于含銀的酸性溶液介質(zhì)中經(jīng)過(guò)通電等特別處理，在不銹鋼表面形成大分子結構氧化膜以達到抗菌的效果。這種抗菌不銹鋼在抗菌性能、防霉性能、防腐蝕性、抗變色性及加工性能等方面有獨特優(yōu)勢，能夠快速高效地抗菌，但其持久性未知。
綜上來(lái)看，我國抗菌不銹鋼還有很大的發(fā)展空間，如何解決銅在某些介質(zhì)中不耐腐蝕問(wèn)題，如何精準控制析出相尺寸、分布等，均需要企業(yè)加強基礎研究，攻克核心難題，同時(shí)也需要企業(yè)在穩定批量工業(yè)化制備工藝上加大研發(fā)力度，助推抗菌不銹鋼快速發(fā)展。
