涤纶织物绿色化学镀银技术的开发

涤纶织物绿色化学镀银技术的开发

银涂层功能材料具有优异的导电性。对于非金属基材,化学镀法通常需要经过粗化→敏化→活化→还原处理→镀覆5个步骤。每个步骤都决定着最终镀层性能的优劣,因此需保证每一步骤都完善的情况下才能得到优质镀层。化学镀银工艺中,敏化/活化应尽可能使形成的催化活性中心均匀分散,仅使用氯化亚锡还不能达到理想效果;还原处理通常采用甲醛作为还原试剂,而甲醛有一定的毒性,于环境及人体都有危害;银的标准电极电位为0.7995V,与还原剂之间的电位相差较大,Ag因此,本课题中,优化了敏化/活化工艺,改进了还原处理步骤,采用氨水、乙二胺和硫代硫酸钠作为复合络合剂,开发了涤纶织物化学镀银技术;并在此基础上,开发了涤纶双层化学镀银技术,制备出了导电性能与电磁屏蔽性能优良的涤纶镀银织物。1实验部分1.1化银用材料和试剂涤纶(PET):吴江青城纺织品有限公司提供,240T春亚纺平纹织物(纱支密度为51×38count/cm1.2镀银液的制备涤纶织物化学镀银,需要基材表面粗化,再经过敏化(A1/A2)、活化(B)、还原处理(C),然后进行镀银液(D1/D2)施镀。具体步骤和用量详见Tab.1。1.3探索方法1.3.1纺织机粗化的重量率和银后的重量减重率=(m1.3.2表面形状采用日本电子株式会社的JSM-6700F型高分辨扫描电子显微镜(SEM),分析织物和镀层的表面形貌。1.3.3表面电阻：采集1.3.4磁体保护采用10cm×10cm样品,由上海市计量测试技术研究院测试镀银涤纶织物的电磁屏蔽效能值。2结果与讨论2.1涤纶织物的粗化处理Fig.1为涤纶织物表面粗化前后的SEM照片。化学沉积的金属层与织物之间的作用主要是机械啮合,镀层与织物的结合力主要取决于织物表面凹坑的形状、深度和密集度为了涤纶与银镀层能有良好的结合力,必须在施镀前对涤纶进行粗化处理。本课题将涤纶织物浸于75℃~85℃的NaOH溶液中,减重率控制在30%左右。涤纶的组成是聚对苯二甲酸乙二醇酯,约含有46%酯基,酯基在高温的碱溶液中发生水解、热裂解,部分涤纶分解为聚对苯二甲酸和乙二醇,在纤维表面产生刻蚀,如Fig.1(b)为粗化处理过的涤纶织物,表面呈现出了更多、更深、更密的凹坑和小孔,当贵重金属钯的微粒嵌入这些凹坑及小孔时,化学镀中金属原子首先在这些活性中心被吸附而形成锁扣,从而保证镀层与织物的结合牢度。2.2织物表面镀层的比较为了确保银能沉积在织物表面,必须降低银沉积于涤纶纤维表面的活化能,需将纤维表面敏化/活化,以形成催化活性中心。Fig.2为涤纶经不同敏化液处理、活化后的表面形貌。与Fig.1(b)比较,Fig.2(c)中织物表面上或凹坑内出现了一些细小的颗粒,即为钯粒子,Fig.2(d)中织物表面较Fig.2(c)中沉积了更多的钯粒子,且分散均匀。Fig.3为经过不同敏化处理的镀层的表面形貌。Fig.3(e)中镀层表面粗糙,有大量絮状物,而且局部脱落,可见镀层硬脆,内应力较大。Fig.3(f)中涤纶织物表面的镀层均匀、絮状物减少,并且镀层完整。分析原因为:在对涤纶织物进行敏化/活化时,发生如下反应:水解生成的Sn(OH)Cl胶粒吸附在织物上,当加入PdCl2.3甲醛的危害织物进行活化后表面上残留有Pd在之前的实验中采用甲醛作为还原剂,虽然甲醛具有较强的还原性和良好的还原效果,但是甲醛有一定的毒性,对人体健康有害。本文在施镀前,将活化后的织物浸入C溶液,进行还原处理,一方面可以还原活化后残余的Pd2.4化学加标剂的选择Fig.4(g)所示为氨水、乙二胺复合配位化学镀银层的表面形貌,有大量絮状物,镀层凹凸不平。而当加入硫代硫酸钠之后,如Fig.3(f)和Fig.4(h)所示,镀层表面的絮状物减少,镀层光滑、平整、致密,且均匀地包覆在涤纶纤维表面,颗粒与颗粒间相互渗透,紧密堆积。从Tab.2可以看出,在利用优化后的敏化/活化工艺后若只用氨水和乙二胺作为络合剂时,增重只有16.7g/m分析原因为:当用乙二胺、氨水和硫代硫酸钠作为络合剂时,银与其发生如下反应:当只有氨水、乙二胺与银络合时,配合物的稳定性不高,见式(1)、式(2)。当遇到还原剂时,反应向离解方向进行,Ag2.5涤纶纤维表面镀层的制备为了满足某些领域更高导电性及电磁屏蔽性能的要求,本文开发了涤纶织物双层化学镀银技术,参见Fig.4(h)和Tab.2,可以看出,镀层光滑平整致密,均匀包覆在涤纶纤维表面,表面有少量絮状物,颗粒尺寸较单层镀有所增大,增重接近单层镀银的2倍,电阻下降近1倍。分析原因为:一层镀时,随着镀液越来越不稳定及其Ag2.6电磁屏蔽效能经过工艺优化,本课题制备出了导电性良好的银镀层涤纶织物,送于上海市计量测试技术研究院检测,结果参见Fig.5:在30MHz~3000MHz频率范围内,单层和双层镀银织物的平均屏蔽效能分别为78.05dB、87.82dB,电磁屏蔽性能优良。3化学镀银导电涤纶织物的制备(1)采用化学镀法制备导电涤纶织物,引入聚乙二醇(PEG1000)作为敏化液分散剂,提高了敏化/活化效率,增重可达36.4g/m(2)采取镀银用还原液代替甲醛作为敏化/活化后的还原中和剂,得到了优良的化学镀银导电涤纶织物。将化学镀银工艺绿色化。(3)引入硫代硫酸钠作为辅助络合剂,镀液稳定性增加,镀层光滑致密,均匀包覆在涤纶纤维表面。在30MHz~3000MHz频率范围内,平均屏蔽效能达到78.05dB。(4)在单层化学镀银的基础上双层化学镀银,得到了光滑平整的