滌綸織物葡萄糖和肼化學(xué)鍍銀的研究*

凌明花 朱國慶 張 輝

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安，710048)

滌綸織物葡萄糖和肼化學(xué)鍍銀的研究*

凌明花 朱國慶 張 輝

(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院，西安，710048)

采用還原劑為葡萄糖和肼對滌綸織物化學(xué)鍍銀，借助SEM和XRD對鍍層的表面形貌進行分析，并測試化學(xué)鍍銀織物的電磁波屏蔽、耐磨性、剛?cè)嵝院屯笟庑?。結(jié)果表明，葡萄糖作還原劑時鍍層表面光滑、晶粒較小，電磁波屏蔽及耐磨性能均優(yōu)于肼鍍銀織物;兩種不同還原劑化學(xué)鍍銀織物的剛?cè)嵝曰静蛔儯笟庑杂兴陆怠?/p>

化學(xué)鍍銀，還原劑，屏蔽效能，耐磨

金屬化導(dǎo)電織物具有抗靜電、電磁波、紫外線和細菌等一系列優(yōu)異性能，因而在電磁波屏蔽、紅外隱身、服飾和醫(yī)療抗菌等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用［1-2］。國內(nèi)外在化學(xué)鍍織物方面，尤其是化學(xué)鍍鎳、鍍銅和鍍銀織物進行了不少研究，化學(xué)鍍技術(shù)不受織物形狀、大小的限制，鍍層均勻，鍍覆后的織物柔軟，設(shè)備投入量小，但是鍍層容易被刮擦而失去屏蔽性能［3］。目前有關(guān)織物化學(xué)鍍銀的研究相對較少，而且主要集中在鍍覆工藝方面，一些實際應(yīng)用性能基本還未涉及［4-7］。本文選用葡萄糖和肼兩種不同還原劑對滌綸織物進行化學(xué)鍍銀，著重探討了鍍銀織物的電磁波屏蔽、耐磨、剛?cè)岷屯笟庑阅堋?/p>

1 試驗材料和方法

1.1 試驗材料

織物:滌綸平紋織物，經(jīng)、緯紗的線密度均為8.3 tex，經(jīng)、緯紗密度為 380根/(10 cm) ×310根/(10 cm)。

化學(xué)試劑:氯化鈀(PdCl2)、氯化亞錫(SnCl2)、次磷酸鈉(NaH2PO2)、硝酸銀(AgNO3)、氨水(NH3·H2O)、葡萄糖(C6H12O6)、肼(H2NNH2)、氫氧化鈉(NaOH)、乙醇(CH3CH2OH)、鹽酸(HCl)、醋酸(CH3COOH)及氫氧化鉀(KOH)，均為分析純。

1.2 滌綸織物化學(xué)鍍銀工藝流程及配方

1.2.1 滌綸織物前處理

織物前處理工藝為:粗化→水洗→敏化、活化→水洗→解膠→水洗→還原→水洗。

首先將滌綸織物用200 g/L的氫氧化鈉溶液在65℃條件下處理45 min，堿減量控制在14%左右;然后將粗化后的織物浸在0.16 g/L氯化鈀和12 g/L氯化亞錫的膠體鈀活化液中，在50℃條件下處理3 h;接著在40℃條件下，在100 mL/L鹽酸溶液中解膠1 min;最后用10 g/L的次磷酸鈉溶液在室溫條件下還原處理5 min。

1.2.2 化學(xué)鍍銀配方

銀的氧化還原電位比較正，可以使用多種還原劑。本文選擇兩種還原劑的化學(xué)鍍銀配方。

配方1:AgNO35.1 g/L，C6H12O615 g/L，KOH 5.7 g/L，NH3·H2O 適量，25 ℃。

配方 2:AgNO35.8 g/L，H2NNH25 g/L，CH3COOH 33.6 g/L，NH3·H2O 適量，25 ℃。

1.3 性能測試

1.3.1 沉積速率測定

用BT124S型分析天平稱量并得到織物鍍覆不同時間后的增重率，以評定鍍銀層的沉積速率。

1.3.2 表面形貌觀察

用JSM-6700F型場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察鍍層表面的形貌和晶粒大小。

1.3.3 XRD 分析

用XRD-7000S型X射線衍射儀對鍍層結(jié)構(gòu)進行分析，管電壓40 kV，管電流40 mA，掃描范圍30°～80°，掃描速度10°/min，掃描步長 0.02°。

1.3.4 電磁波屏蔽效能測定

化學(xué)鍍銀織物電磁波屏蔽效能測試方法參照文獻［4］進行。

1.3.5 耐磨性能測試

用YG401D型織物平磨儀，參照GB/T 21196.3—2007測定鍍銀織物的耐磨性能。試樣直徑為29 cm，磨料選用滌綸原織物，加壓為5.83 N，夾持器與磨臺相對運動速度為50 r/min。平磨1 000次后，用BT124S型分析天平分別稱取試樣磨損前、后的質(zhì)量，以相對質(zhì)量損失率來評價織物的耐磨性。

1.3.6 織物透氣性測試

根據(jù)GB/T 5453—1997，用 YG(B)461E型數(shù)字式織物透氣量儀測定織物的透氣量，試樣兩側(cè)壓力差為127.4 Pa，試樣直徑為70 mm。

1.3.7 織物剛?cè)嵝詼y試

用LYF-22型硬挺度儀測定織物的剛?cè)嵝浴?/p>

2 結(jié)果與分析

2.1 增重率分析

不同還原劑化學(xué)鍍銀的反應(yīng)現(xiàn)象和速度差異較大。由表面現(xiàn)象觀察得出，當將還原液緩慢加入銀氨溶液時，還原劑為葡萄糖時反應(yīng)較快，加入還原液約10 s后鍍液開始變成暗灰色，大約過了5 min后變成黑色渾濁溶液;加入還原劑為肼的還原液約2 min后鍍液局部才開始出現(xiàn)淺黃色，接著慢慢變成醬黃至淺灰色，反應(yīng)約40 min后溶液開始變得澄清。圖1給出兩種還原劑滌綸織物化學(xué)鍍銀增重率與施鍍時間的關(guān)系?？梢钥闯觯咸烟菫檫€原劑時的增重率在5 min后基本不變，而肼為還原劑時增重率隨著時間的增加而不斷增加。其原因可能是葡萄糖和肼的還原能力以及對溶液的穩(wěn)定性有一定差異，從而影響了化學(xué)反應(yīng)速度，進而影響到金屬沉積的速度及金屬堆積的“各向同性”，最終影響鍍層的均勻性和致密性以及金屬與纖維的結(jié)合牢度。

圖1 化學(xué)鍍銀織物的增重率變化圖

2.2 SEM 分析

圖2 給出了滌綸織物不同還原劑化學(xué)鍍銀的SEM照片?？梢钥闯觯咸烟清冦y的鍍層表面較平滑致密，且有少量的絮狀物;肼鍍銀的鍍層表面較粗糙厚實，且出現(xiàn)較多絮狀物質(zhì)。經(jīng)過研究［6］，鍍銀層表面絮狀物均為反應(yīng)不徹底的殘留物。

圖2 不同還原劑化學(xué)鍍銀織物的SEM照片

2.3 XRD 分析

圖3 給出了滌綸織物肼和葡萄糖化學(xué)鍍銀的XRD譜圖。可以看出兩種不同還原劑鍍銀織物的特征峰2θ均出現(xiàn)在38.3°(111)、44.4°(200) 、64.6°(220)和 77.6°(311)，為典型的納米晶結(jié)構(gòu)。由Scherrer公式計算晶粒尺寸，可知葡萄糖鍍銀的晶粒大小為16.3 nm，肼鍍銀的晶粒大小為26.6 nm，與以往的研究結(jié)果基本一致［6］。

圖3 不同還原劑化學(xué)鍍銀織物的XRD譜圖

2.4 電磁波屏蔽效能分析

圖4 給出了葡萄糖和肼化學(xué)鍍銀織物的電磁波屏蔽測試結(jié)果?？梢钥闯?，葡萄糖化學(xué)鍍銀織物(增重率為15.1%)的電磁波屏蔽性能好于肼化學(xué)鍍銀織物(增重率為17.2%)。這是因為采用葡萄糖為還原劑時鍍層結(jié)構(gòu)更加致密，從而有利于電磁波屏蔽效能的提高。

圖4 不同還原劑化學(xué)鍍銀織物的屏蔽效能

2.5 耐磨性能分析

圖5 給出了兩種不同還原劑化學(xué)鍍銀對織物耐磨性能的影響(平磨1 000次后)。可以看出，葡萄糖為還原劑時織物的耐磨性比較好，平磨1 000次后其質(zhì)量損失率為1.62%;還原劑為肼時，質(zhì)量損失率為2.89%。從圖6的SEM照片可以證實，葡萄糖為還原劑時鍍層表面幾乎未發(fā)生磨損，而肼為還原劑時鍍層表面局部出現(xiàn)剝離與裂紋。這是因為不同還原劑的還原能力不同，影響了鍍層的均勻性、致密性以及金屬與纖維的結(jié)合牢度。

圖5 不同還原劑化學(xué)鍍銀織物的耐磨性能

圖6 不同還原劑化學(xué)鍍銀織物平磨1 000次后的SEM照片

2.6 剛?cè)嵝院屯笟庑苑治?/h3>

表1給出了不同還原劑化學(xué)鍍銀織物的剛?cè)嵝院屯笟庑詼y試結(jié)果。從表1中可知，滌綸織物經(jīng)過粗化處理后，織物彎曲長度和彎曲剛度變小，即織物柔軟性和懸垂性有所提高;再經(jīng)過不同還原劑化學(xué)鍍銀后，織物的柔軟性和懸垂性均有所下降，這主要是由于粗化后織物表面鍍覆的金屬鍍銀層所致。由于織物表面包覆了一層金屬鍍層，使部分孔隙堵塞，從而使織物的透氣性變小。

表1 不同還原劑化學(xué)鍍銀織物的剛?cè)嵝院屯笟庑?/p>

3 結(jié)語

采用還原劑為葡萄糖和肼對滌綸織物進行化學(xué)鍍銀，借助掃描電鏡和X射線衍射儀對鍍層表面形貌和結(jié)構(gòu)進行了研究，測試了化學(xué)鍍銀織物的電磁波屏蔽、耐磨性、剛?cè)嵝院屯笟庑阅堋Ｔ囼灲Y(jié)果表明，葡萄糖化學(xué)鍍銀沉積速率較快，鍍層結(jié)構(gòu)區(qū)別不大，但晶粒大小有所不同。當兩種鍍銀織物的增重率相同時，還原劑為葡萄糖的鍍銀織物電磁波屏蔽效能優(yōu)于肼為還原劑的鍍銀織物;葡萄糖鍍銀織物的耐磨性能好于肼鍍銀織物;化學(xué)鍍銀織物的柔軟性和懸垂性基本不變，透氣性稍有下降。

［1］潘智勇，張慧，吳中偉，等.電磁屏蔽織物材料研究進展［J］.科技導(dǎo)報，2009，27(24):86-91.

［2］SCHOLZ J，NOCKE G，HOLLSTEIN F，et al.Investigations on fabrics coated with precious metals using the magnetron sputter technique with regard to their anti-microbial properties［J］.Surface and Coatings Technology，2005，192(2/3):252-256.

［3］伍學(xué)高，李銘華，黃渭成.化學(xué)鍍技術(shù)［M］.成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社，1995:107-108.

［4］詹建朝，張輝，沈蘭萍.不同增重率化學(xué)鍍銀電磁屏蔽織物的研究［J］.表面技術(shù)，2006，35(3):25-27.

［5］焦紅娟，郭紅霞，李永卿，等.鍍銀導(dǎo)電纖維的制備和性能［J］.華東理工大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2006，32(2):173-176.

［6］張輝，沈蘭萍，詹建朝.滌綸織物不同還原劑化學(xué)鍍銀及防電磁波性能［J］.材料工程，2007(5):31-35.

［7］顧國鋒，胡航.化學(xué)鍍電磁輻射防護織物的屏蔽效能分析［J］.廣西物理，2005，26(1):38-40.

Electroless silver plating on PET fabric by using glucose and hydrazine as reducing agent

Ling Minghua，Zhu Guoqing，Zhang Hui
(School of Textile ＆ Materials，Xi’an Polytechnic University)

Electroless platings of silver on PET fabrics were operated by using two different reducing agents in the labatory.The surface and structural changes in the deposition of Ag were also investigated by means of SEM and XRD.The properties of the Ag-plated fabrics，such as electromagnetic shielding performance，abrasion resistance，softness and permeability，were also measured.It was found，compared with H2NNH2，the grain size became smaller when using C6H12O6as the reducing agent.For the Agplated fabrics with the similar weight percentage gains，the shielding effectiveness and abrasion resistance of the Ag-plated fabric using C6H12O6as reducing agent turned up better.The softness of PET fabric before and after treatments was not changed，but the permeability decreased to some extent for both samples.

electroless silver plating，reducing agent，shielding effectiveness，abrasion resistance

TQ153.3;TS195.591.3

A

1004－7093(2011)06－0033－04

*陜西省教育廳重點實驗室項目(09JS007)

2010－11－15

凌明花，女，1984年生，在讀碩士研究生。主要從事功能性紡織品研究。

張輝，E-mail:hzhangw532@xpu.edu.cn