化學(xué)鍍銀導(dǎo)電滌綸織物的研究

董　猛，田俊瑩，江　紅

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387；2.深圳市昌碩新材料科技有限公司，廣東深圳 518100)

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化學(xué)鍍銀導(dǎo)電滌綸織物的研究

董猛1，田俊瑩1，江紅2

(1.天津工業(yè)大學(xué)紡織學(xué)部，天津 300387；2.深圳市昌碩新材料科技有限公司，廣東深圳 518100)

摘要：以葡萄糖為還原劑，采用化學(xué)鍍銀法制備導(dǎo)電滌綸織物，研究了硝酸銀濃度、葡萄糖濃度、乙醇濃度及反應(yīng)時(shí)間對(duì)滌綸織物導(dǎo)電性能的影響，通過(guò)SEM和XRD圖譜分析導(dǎo)電織物表面形貌與晶體結(jié)構(gòu)，并測(cè)試其電磁屏蔽性能。結(jié)果表明，化學(xué)鍍銀滌綸織物具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能，且化學(xué)鍍銀后滌綸織物的電磁屏蔽性能明顯增加。

關(guān)鍵詞：滌綸織物化學(xué)鍍銀表面結(jié)構(gòu)電磁屏蔽

金屬化織物在制備導(dǎo)電織物、智能紡織品、電磁屏蔽服、抗菌抗靜電服等方面有著潛在應(yīng)用[1]。近年來(lái)，金屬化織物成為研究功能性紡織品的熱點(diǎn)之一，常用的織物金屬化方法有磁控濺射法、金屬涂層法、金屬纖維混紡、化學(xué)鍍法等，其中化學(xué)鍍?cè)O(shè)備簡(jiǎn)單、容易操作、具有深鍍能力，是有效的織物表面金屬化方法[1-5]。

織物化學(xué)鍍覆主要有鍍銀、鍍銅、鍍鎳及其復(fù)合鍍等，化學(xué)鍍銀織物導(dǎo)電性能優(yōu)異、抗菌性好，備受關(guān)注[4]。本文采用化學(xué)鍍銀的方法對(duì)滌綸織物進(jìn)行金屬化，選擇葡萄糖為還原劑，乙醇為穩(wěn)定劑，探索了硝酸銀濃度、葡萄糖濃度、乙醇濃度及反應(yīng)時(shí)間對(duì)鍍銀織物導(dǎo)電性能的影響，并對(duì)其表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)材料與儀器

實(shí)驗(yàn)材料：白色滌綸平紋織物為基布，經(jīng)緯密120×180根/英寸，克重61.9g/m2。

硝酸銀(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；氫氧化鈉(天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)；氯化亞錫(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；氨水(天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)；無(wú)水乙醇(天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司)；氯化鈀(天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑廠(chǎng))；葡萄糖(天津市贏達(dá)稀貴化學(xué)試劑廠(chǎng))；以上試劑均為分析純。

實(shí)驗(yàn)儀器：SE602F電子天平(奧新斯儀器(上海)有限公司)；U3402A半臺(tái)式數(shù)字萬(wàn)用表(美國(guó)安捷倫Agilent Technology公司)；HG-TC100B震蕩水浴鍋(上海梅香儀器有限公司)；DZF-6090真空干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；S4800冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本日立公司)；78～1型磁力加熱攪拌器(Datacolor公司)；VDR-P01等離子表面處理機(jī)(廣東韋達(dá)爾科技有限公司 )；ZNB40矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(ROHDE&SCHWARZ)

1.2化學(xué)鍍銀滌綸織物的制備

鍍銀工藝流程：

(1)將滌綸織物在30%乙醇溶液和去離子水中超聲清洗10min，60℃烘干；(2)去油后的滌綸織物進(jìn)行等離子體處理，設(shè)置工藝參數(shù)為真空度50Pa，功率250W，時(shí)間3min。(3)將粗化的滌綸織物在含10g/L氯化亞錫和0.5mol/L的鹽酸溶液中，溫度30℃，敏化處理20min，去離子水沖洗至pH=7。(4)配置濃度為0.25g/L的氯化鈀溶液，加入適量的鹽酸(濃度2.5mL/L)，磁力攪拌加熱，直到氯化鈀完全溶解，將敏化后的織物放入氯化鈀溶液中，活化一段時(shí)間后取出，用去離子水沖洗至pH=7。(5)配置一定濃度的硝酸銀溶液，浴比約1:100，根據(jù)反應(yīng)方程式計(jì)算氫氧化鈉量，將2.5g/L的氫氧化鈉溶液緩緩加入硝酸銀溶液中，攪拌均勻，生成棕褐色沉淀，充分反應(yīng)后，慢慢滴加氨水溶液，直至反應(yīng)液清澈，制得銀氨溶液，pH約為13?；罨蟮臏炀]織物放在銀銨溶液中一段時(shí)間。配置葡萄糖還原液，設(shè)置還原液與銀銨溶液體積比為1:1，向銀銨溶液中滴加葡萄糖還原液，用磁力攪拌器攪拌，再將所鍍織物平鋪放入反應(yīng)液中，進(jìn)行反應(yīng)。(6)用去離子水洗至pH=7，在真空干燥箱內(nèi)烘干。

1.3測(cè)試與表征

1.3.1表面電阻

采用自制銅塊電極，使用萬(wàn)用表測(cè)試不同位置上鍍銀織物的表面電阻，計(jì)算單位長(zhǎng)度的電阻值，測(cè)量5次取平均值。

1.3.2化學(xué)鍍銀織物增重率

對(duì)化學(xué)鍍銀滌綸織物，測(cè)試鍍銀后，其增重變化。m2為化學(xué)鍍銀后織物質(zhì)量，m1為鍍銀前的質(zhì)量。增重率=(m2/m1-1)×100%。

1.3.3X射線(xiàn)衍射(XRD)

采用X射線(xiàn)衍射儀(XRD)對(duì)化學(xué)滌綸織物的結(jié)晶性結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

1.3.4織物表面形貌觀(guān)察

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡分析鍍銀滌綸織物表面的形態(tài)特征。

1.3.5織物電磁屏蔽性能測(cè)試

采用德國(guó)ZNB40網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試滌綸織物及化學(xué)鍍銀織物的屏蔽效能，分析其電磁屏蔽性能。

2結(jié)果與討論

2.1化學(xué)鍍銀表面電阻影響因素的分析

2.1.1葡萄糖濃度的影響

設(shè)置AgNO3溶液濃度為8g/L，乙醇濃度60mL/L，反應(yīng)時(shí)間1h，反應(yīng)溫度30℃，葡萄糖濃度分別為3g/L、5g/L、8g/L、10g/L、12g/L，隨著葡萄糖濃度的增加，鍍銀滌綸織物增重率和表面電阻變化如圖1所示。

圖1　葡萄糖濃度對(duì)鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

由圖1可知，隨著葡萄糖濃度的增大，鍍銀織物的增重率逐漸增加，導(dǎo)電性能增強(qiáng)，在葡萄糖濃度為10g/L時(shí)，其表面電阻約0.9Ω/cm，葡萄糖濃度再增加時(shí)，鍍銀織物的增重率和導(dǎo)電性能有所下降，當(dāng)硝酸銀量一定，葡萄糖量過(guò)大時(shí)，其還原速率大，在反應(yīng)液中直接生成銀，發(fā)生團(tuán)聚，沉積到織物上的銀量下降，導(dǎo)電性能降低。

2.1.2硝酸銀濃度的影響

設(shè)置葡萄糖濃度為10g/L，乙醇濃度60mL/L，反應(yīng)時(shí)間1h，反應(yīng)溫度30℃，硝酸銀濃度分別為4g/L、6g/L、8g/L、10g/L、12g/L，AgNO3濃度對(duì)鍍銀織物表面電阻和增重率的影響如圖2所示。

圖2　硝酸銀濃度對(duì)鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

反應(yīng)液中銀離子濃度對(duì)化學(xué)鍍銀的影響較大， 由圖2可知，當(dāng)AgNO3的濃度較低時(shí)，織物表面沉積的單質(zhì)銀較少，增重率小，在織物表面所形成的銀膜層還未完全連續(xù)，其表面電阻相對(duì)較大。當(dāng)AgNO3濃度逐漸增加時(shí)，沉積到織物上的銀增多，增重率增加，導(dǎo)電性能增加，AgNO3濃度10g/L后，織物增重率增加緩慢，表面電阻值逐漸趨于平衡，當(dāng)AgNO3濃度為12g/L時(shí)，鍍銀織物的表面電阻值為0.43Ω/cm。

2.1.3氧化還原反應(yīng)時(shí)間的影響

設(shè)置AgNO3溶液濃度為12g/L，葡萄糖濃度為10g/L，乙醇濃度60ml/L，反應(yīng)溫度30℃，氧化還原反應(yīng)時(shí)間為10min、20min、30min、50min、60min。化學(xué)鍍銀反應(yīng)時(shí)間對(duì)織物增重率和表面電阻的影響如圖3所示。

圖3　反應(yīng)時(shí)間對(duì)鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

由圖3可知，在30min內(nèi)，隨著鍍銀時(shí)間的增長(zhǎng)，其增重率上升快，表面電阻值下降很大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過(guò)30min后，織物表面電阻下降不明顯，說(shuō)明基本反應(yīng)完全。

通過(guò)觀(guān)察化學(xué)鍍銀過(guò)程顏色變化可知，在銀銨溶液中加入配置好的還原劑后，3min內(nèi)反應(yīng)液成土黃色，接著成灰色，約10min后成黑色渾濁液，反應(yīng)30min后，反應(yīng)溶液逐漸澄清，說(shuō)明反應(yīng)基本完成。

2.1.4乙醇濃度的影響

設(shè)置AgNO3溶液濃度為12g/L，葡萄糖濃度為10g/L，反應(yīng)溫度30℃，氧化還原反應(yīng)時(shí)間為30min，還原液中乙醇濃度分別為20g/L、40g/L、60g/L、80g/L， 反應(yīng)液中加入乙醇，可以起到穩(wěn)定鍍液的作用。乙醇濃度對(duì)織物增重率和表面電阻的影響如圖4所示。

圖4　乙醇濃度對(duì)鍍銀織物表面電阻和增重率的影響

由圖4可知，從整體上看，乙醇濃度對(duì)鍍銀織物表面電阻和增重率影響與其他因素相比不是十分顯著，在乙醇濃度為60g/L時(shí)，鍍銀織物的增重率和表面電阻值基本保持不變。

2.2織物表面形貌分析

掃描電子顯微鏡觀(guān)察等離子體處理滌綸織物及化學(xué)鍍銀織物表面形態(tài)，如圖5所示。

(a)等離子體處理滌綸織物×600(b)等離子體處理滌綸織物×10000

(c)化學(xué)鍍銀織物×600　　　(d)化學(xué)鍍銀織物×10000

觀(guān)察圖5，由(a)(b)可知，滌綸織物經(jīng)過(guò)空氣等離子體處理后，表面不再平整，等離子起到刻蝕作用，表面的凹坑有利于銀膜層與纖維的結(jié)合，提高導(dǎo)電滌綸織物的結(jié)合牢度[6]。在其表面化學(xué)鍍銀后，由(c)(d)可以看出，銀粒子形成膜層將滌綸纖維包裹，也有團(tuán)聚的銀粒子沉積在各纖維之間，高倍下觀(guān)察單根纖維上包裹的銀膜層之間有空隙，但基本連接緊密。

2.3X射線(xiàn)衍射(XRD)分析

由圖6可知，織物化學(xué)鍍銀層為面心立方結(jié)構(gòu)，分別在2θ=38.2°、44.4°、64.5°、77.5°、81.6°左右時(shí)出現(xiàn)銀的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面特征衍射峰，化學(xué)鍍銀滌綸織物峰型特別尖銳，峰寬更窄，衍射峰的強(qiáng)度更強(qiáng)，鍍銀層中沒(méi)有檢測(cè)到銀氧化態(tài)的存在，說(shuō)明鍍銀的晶粒結(jié)晶質(zhì)量更高，純度更好。

圖6　化學(xué)鍍銀織物XRD圖譜

2.4電磁屏蔽性能測(cè)試

a 化學(xué)鍍銀滌綸織物；b 滌綸織物

圖7滌綸織物及化學(xué)鍍銀滌綸織物的屏蔽效能隨波長(zhǎng)變化趨勢(shì)圖

由圖7可知，滌綸原織物的屏蔽效能值非常小，經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍銀后，其屏蔽效能值顯著增加，波長(zhǎng)頻率在250MHz～3000MHz范圍內(nèi)，屏蔽效能約35dB，具有有效屏蔽作用，可用于一般工業(yè)或商業(yè)用電子產(chǎn)品中。

3結(jié)論

(1)滌綸織物化學(xué)鍍銀中，隨著織物增重率的增加，其導(dǎo)電性能增強(qiáng)。較優(yōu)工藝為硝酸銀濃度12g/L，葡萄糖濃度10g/L，乙醇濃度60g/L，反應(yīng)時(shí)間30min，反應(yīng)溫度30℃時(shí)，表面電阻約0.26Ω/cm。波長(zhǎng)頻率在250MHz～3000MHz范圍內(nèi)，屏蔽效能約35dB，具有有效的屏蔽作用。

(2)通過(guò)SEM圖片可以看出，滌綸纖維被銀膜層緊密包裹，XRD圖譜分析說(shuō)明織物表面的單質(zhì)銀純度高，結(jié)晶質(zhì)量好，鍍銀層為面心立方結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)

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Research on Electroless Silver Conductive Polyester Fabric

DONGMeng1,TIANJun-ying1,JIANGHong2

(1. Textile Department, Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387;2. Shenzhen Changshuo New Material Technology Co., Ltd, Shenzhen 518100)

Abstract:Conductive polyester fabric was prepared by electroless silver plating with glucose as a reducing agent. The effects of concentration of silver nitrate, glucose concentration, ethanol concentration and reaction time on the conductive properties of polyester fabric were studied. The surface morphology and crystal structure of the silver coating were investigated by SEM and XRD. And electromagnetic shielding performance was also tested. The results showed that electroless silver plating polyester fabric had excellent electrical conductivity and electromagnetic shielding performance of polyester fabric was remarkably improved by electroless silver plating.

Key words:polyester fabricelectroless silversurface structureelectromagnetic shielding

中圖分類(lèi)號(hào)：TS153

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-5580(2016)02-0073-04

通訊作者：田俊瑩(1968-)，女，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師。

收稿日期：2016-02-02

第一作者：董猛(1988-)，男，碩士研究生，研究方向：紡織品節(jié)能減排染整新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。