滌綸織物綠色化學鍍銀技術的開發

銀涂層功能材料具有優異的導電性。對于非金屬基材,化學鍍法通常需要經過粗化→敏化→活化→還原處理→鍍覆5個步驟。每個步驟都決定著最終鍍層性能的優劣,因此需保證每一步驟都完善的情況下才能得到優質鍍層。化學鍍銀工藝中,敏化/活化應盡可能使形成的催化活性中心均勻分散,僅使用氯化亞錫還不能達到理想效果;還原處理通常采用甲醛作為還原試劑,而甲醛有一定的毒性,于環境及人體都有危害;銀的標準電極電位為0.7995V,與還原劑之間的電位相差較大,Ag因此,本課題中,優化了敏化/活化工藝,改進了還原處理步驟,采用氨水、乙二胺和硫代硫酸鈉作為復合絡合劑,開發了滌綸織物化學鍍銀技術;并在此基礎上,開發了滌綸雙層化學鍍銀技術,制備出了導電性能與電磁屏蔽性能優良的滌綸鍍銀織物。1實驗部分1.1化銀用材料和試劑滌綸(PET):吳江青城紡織品有限公司提供,240T春亞紡平紋織物(紗支密度為51×38count/cm1.2鍍銀液的制備滌綸織物化學鍍銀,需要基材表面粗化,再經過敏化(A1/A2)、活化(B)、還原處理(C),然后進行鍍銀液(D1/D2)施鍍。具體步驟和用量詳見Tab.1。1.3探索方法1.3.1紡織機粗化的重量率和銀后的重量減重率=(m1.3.2表面形狀采用日本電子株式會社的JSM-6700F型高分辨掃描電子顯微鏡(SEM),分析織物和鍍層的表面形貌。1.3.3表面電阻：采集1.3.4磁體保護采用10cm×10cm樣品,由上海市計量測試技術研究院測試鍍銀滌綸織物的電磁屏蔽效能值。2結果與討論2.1滌綸織物的粗化處理Fig.1為滌綸織物表面粗化前后的SEM照片。化學沉積的金屬層與織物之間的作用主要是機械嚙合,鍍層與織物的結合力主要取決于織物表面凹坑的形狀、深度和密集度為了滌綸與銀鍍層能有良好的結合力,必須在施鍍前對滌綸進行粗化處理。本課題將滌綸織物浸于75℃~85℃的NaOH溶液中,減重率控制在30%左右。滌綸的組成是聚對苯二甲酸乙二醇酯,約含有46%酯基,酯基在高溫的堿溶液中發生水解、熱裂解,部分滌綸分解為聚對苯二甲酸和乙二醇,在纖維表面產生刻蝕,如Fig.1(b)為粗化處理過的滌綸織物,表面呈現出了更多、更深、更密的凹坑和小孔,當貴重金屬鈀的微粒嵌入這些凹坑及小孔時,化學鍍中金屬原子首先在這些活性中心被吸附而形成鎖扣,從而保證鍍層與織物的結合牢度。2.2織物表面鍍層的比較為了確保銀能沉積在織物表面,必須降低銀沉積于滌綸纖維表面的活化能,需將纖維表面敏化/活化,以形成催化活性中心。Fig.2為滌綸經不同敏化液處理、活化后的表面形貌。與Fig.1(b)比較,Fig.2(c)中織物表面上或凹坑內出現了一些細小的顆粒,即為鈀粒子,Fig.2(d)中織物表面較Fig.2(c)中沉積了更多的鈀粒子,且分散均勻。Fig.3為經過不同敏化處理的鍍層的表面形貌。Fig.3(e)中鍍層表面粗糙,有大量絮狀物,而且局部脫落,可見鍍層硬脆,內應力較大。Fig.3(f)中滌綸織物表面的鍍層均勻、絮狀物減少,并且鍍層完整。分析原因為:在對滌綸織物進行敏化/活化時,發生如下反應:水解生成的Sn(OH)Cl膠粒吸附在織物上,當加入PdCl2.3甲醛的危害織物進行活化后表面上殘留有Pd在之前的實驗中采用甲醛作為還原劑,雖然甲醛具有較強的還原性和良好的還原效果,但是甲醛有一定的毒性,對人體健康有害。本文在施鍍前,將活化后的織物浸入C溶液,進行還原處理,一方面可以還原活化后殘余的Pd2.4化學加標劑的選擇Fig.4(g)所示為氨水、乙二胺復合配位化學鍍銀層的表面形貌,有大量絮狀物,鍍層凹凸不平。而當加入硫代硫酸鈉之后,如Fig.3(f)和Fig.4(h)所示,鍍層表面的絮狀物減少,鍍層光滑、平整、致密,且均勻地包覆在滌綸纖維表面,顆粒與顆粒間相互滲透,緊密堆積。從Tab.2可以看出,在利用優化后的敏化/活化工藝后若只用氨水和乙二胺作為絡合劑時,增重只有16.7g/m分析原因為:當用乙二胺、氨水和硫代硫酸鈉作為絡合劑時,銀與其發生如下反應:當只有氨水、乙二胺與銀絡合時,配合物的穩定性不高,見式(1)、式(2)。當遇到還原劑時,反應向離解方向進行,Ag2.5滌綸纖維表面鍍層的制備為了滿足某些領域更高導電性及電磁屏蔽性能的要求,本文開發了滌綸織物雙層化學鍍銀技術,參見Fig.4(h)和Tab.2,可以看出,鍍層光滑平整致密,均勻包覆在滌綸纖維表面,表面有少量絮狀物,顆粒尺寸較單層鍍有所增大,增重接近單層鍍銀的2倍,電阻下降近1倍。分析原因為:一層鍍時,隨著鍍液越來越不穩定及其Ag2.6電磁屏蔽效能經過工藝優化,本課題制備出了導電性良好的銀鍍層滌綸織物,送于上海市計量測試技術研究院檢測,結果參見Fig.5:在30MHz~3000MHz頻率范圍內,單層和雙層鍍銀織物的平均屏蔽效能分別為78.05dB、87.82dB,電磁屏蔽性能優良。3化學鍍銀導電滌綸織物的制備(1)采用化學鍍法制備導電滌綸織物,引入聚乙二醇(PEG1000)作為敏化液分散劑,提高了敏化/活化效率,增重可達36.4g/m(2)采取鍍銀用還原液代替甲醛作為敏化/活化后的還原中和劑,得到了優良的化學鍍銀導電滌綸織物。將化學鍍銀工藝綠色化。(3)引入硫代硫酸鈉作為輔助絡合劑,鍍液穩定性增加,鍍層光滑致密,均勻包覆在滌綸纖維表面。在30MHz~3000MHz頻率范圍內,平均屏蔽效能達到78.05dB。(4)在單層化學鍍銀的基礎上雙層化學鍍銀,得到了光滑平整的