化学镀方面有关电大毕业论文范文 跟辅助络合剂Na４EDTA对锦纶织物化学镀银的影响相关硕士毕业论文范文

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辅助络合剂Na４EDTA对锦纶织物化学镀银的影响

张国伟,王明学,张华鹏,朱海霖

(浙江理工大学浙江省纤维材料和加工技术研究重点实验室,杭州 310018)

摘 要: 采用化学镀银工艺在锦纶针织织物表面沉积银纳米颗粒,探究氨水作为主络合剂、Na4EDTA为辅助络合剂对锦纶织物化学镀银过程的影响,通过扫描电镜和X射线衍射仪对银镀层的形貌、结构进行分析,并测试织物表面电阻、增重率及镀层结合力.结果表明：Na4EDTA作为辅助络合剂可增加镀液稳定性,降低织物表面电阻,但浓度过高会明显降低银沉积速度,导致织物表面电阻上升；织物表面沉积的颗粒为单质银,结晶较为完善,随着Na4EDTA浓度增加,平均晶粒尺寸减小,镀银层颗粒变小,镀层均匀致密；Na4EDTA有助于提高银镀层与织物的结合力,随着Na4EDTA浓度增加,镀层耐磨性提高,摩擦后镀层失重率减小.

关键词： 锦纶；化学镀银；Na4EDTA；络合剂；导电；耐磨

中图分类号： TS159

文献标志码： A

文章编号： 1673\|3851 (2018) 01\|0013\|05

0引言

随着科技的进步,人们对功能化纺织品的需求不断提高.通过化学镀银处理在其表面沉积银纳米颗粒的织物,具有柔软、轻薄、透气、导电、抗菌、导热等多种功能［13］.化学镀银织物在智能纺织品、电磁屏蔽材料、抗静电材料、导电材料、抗菌除臭材料等领域有着广泛的应用［48］.

络合剂是化学镀银配方中必不可少的成分,络合剂的种类和浓度对镀液的稳定性、镀速及镀层质量有很大影响［9］.在镀液中加入络合剂可以和Ag+形成配合物,以限制自由Ag+的浓度,控制Ag+和还原剂之间的反应速度［10］,同时避免在碱性条件下,Ag+和OH-反应生成AgOH或Ag2O沉淀［11］.常见的络合剂有氨水、氰化物、硫代硫酸钠、硫脲、咪唑等［1215］,但在碱性条件下,氨水极易挥发,且和Ag+的络合稳定常数较低,镀液中易发生银的自催化反应,导致银大量浪费［16］；氰化物有剧毒［17］,不符合绿色纺织要求,目前已被淘汰；硫代硫酸钠、硫脲、咪唑与Ag+的络合稳定常数过高［18］,对反应条件要求较高,使生产成本增加.

本文选用氨水作为主络合剂,乙二胺四乙酸四钠盐（Na4EDTA）作为辅助络合剂,通过化学镀银处理,在锦纶织物表面沉积银纳米颗粒,探究乙二胺四乙酸四钠盐（Na4EDTA）的浓度对织物表面电阻、沉积速度（增重率）、表面形貌的影响,并对镀层结构及镀层结合力进行测试表征.

1材料与方法

1.1实验材料、试剂与仪器

材料：70D/48F锦纶长丝经编针织织物,单丝为三角形截面.

试剂：氢氧化钠（NaOH）、硝酸银（AgNO3）、氯化亚锡（SnCl2）、乙二胺四乙酸四钠盐（Na4EDTA）、盐酸、氨水、葡萄糖、无水乙醇、聚乙二醇1000、脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）,均为分析纯.

仪器：DNG9070A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司）,BSA223S型电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）,DF1型集热式磁力搅拌器（常州国宇仪器制造有限公司）,Vltra55型热场发射扫描电子显微镜（德国Zeiss公司）,YG401G型马丁代尔织物耐磨仪（宁波纺织仪器厂）,Nicolet 5700型傅立叶变换红外光谱仪（美国热电公司）,ARL XTRA型X射线衍射仪（瑞士Thermo ARL公司）.

1.2化学镀银工艺及配方

除油：将织物投入100 mL除油液（5 mL/L AEO9、20 g/L NaOH）中,75 ℃处理20 min后用去离子水洗净烘干；

敏化：将除油后的织物投入100 mL敏化液（10 g/L SnCl2、15 g/L HCl）中,室温处理5 min后用去离子水洗净烘干；

化学镀银：将敏化后的织物投入90 mL银盐溶液（5 g/L AgNO3、1.5 g/L NaOH、0.1 g/L 聚乙二醇1000、氨水适量、0~0.6 g/L Na4EDTA）中,30 s后缓慢加入10 mL浓度为10 g/L的葡萄糖溶液,40 ℃磁力搅拌30 min后取出,用去离子水洗净烘干.

1.3测试与表征

1.3.1增重率测试

将织物在烘箱中70 ℃条件下烘干,称量镀银前后织物的质量,织物增重率通过公式（1）计算获得：

W/%等于m2-m1m1×100（1）

其中：m1和m2分别为锦纶织物化学镀银前后的质量,g.

1.3.2导电性能测试

在织物表面随机选取间隔1 cm的两点,使用数字万用表测量两点间的电阻,测量10次取平均值.

1.3.3表面形貌观察

采用热场发射扫描电子显微镜（SEM）对织物的表面形貌进行表征.

1.3.4镀层结构分析

采用X射线衍射仪对织物表面镀层的晶体结构进行表征.测试条件为管电压40 kV,管电流40 mA,扫描范围：30°~85°,扫描速度：4°/min,步长0.02°.

1.3.5镀层结合力分析

将试样放入马丁代尔耐磨仪夹具中,夹持器质量(198&plun;2) g,重锤质量(595&plun;2) g,磨块有效摩擦直径28.8 mm,夹持器与磨台相对运动速度(50&plun;2)、(47&plun;2) r/min,试样以Lissajous曲线与磨料摩擦模拟实际使用过程,摩擦一定次数后测量织物表面电阻.

2结果与讨论

2.1Na4EDTA浓度对织物化学镀银的影响

所制备的锦纶镀银织物的表面电阻与增重率如图1所示,随着Na4EDTA浓度增加,锦纶镀银织物的增重率不断降低,织物表面电阻变化呈先减小后增加的趋势,当Na4EDTA浓度为0.15 g/L时,织物表面电阻最低为0.5521 Ω/cm.其原因为Ag+与Na4EDTA配合物的稳定常数为2.09×107,高于氨水的1.58×107［19］,在相同条件下,随着Na4EDTA浓度的增加,Ag+的络合能力提高,镀液稳定性提高,导致银的沉积速率降低,织物的增重率下降；当Na4EDTA浓度为0时,镀液很快变质,沉积在织物表面的金属银颗粒大小及分布不均,颗粒与颗粒之间的接触面积少,织物表面电阻较大,随着Na4EDTA浓度增加,织物表面金属银的减少,无法完全覆盖织物表面使得电阻升高.

图1Na4EDTA对织物增重率和表面电阻的影响

2.2镀银织物表面形貌分析

添加不同浓度Na4EDTA进行化学镀银,得到的镀银织物表面电镜照片如图2所示,图2(a)为未添加Na4EDTA的镀银织物图片,该织物表面镀层粗糙,银颗粒尺寸较大,且颗粒间隙较大,其原因可能是由于氨水络合能力较低,镀速过快导致镀液不稳定而变质,进而导致沉积速率的不稳定,造成镀层粗糙.图2(b)为添加0.15 g/L Na4EDTA的镀银织物图片,可以看出银单质呈现颗粒状沉积在锦纶织物表面上,颗粒分布均匀,颗粒间结合紧密；从图2(b)—(e)可以看出,随着Na4EDTA浓度的增加,银颗粒数量增加,尺寸逐渐降低,这可能是由于随着Na4EDTA浓度的升高,镀液稳定性增加,银沉积速率降低,相同时间内织物表面沉积的金属银较少,银颗粒尺寸增长较慢.

图2不同浓度Na4EDTA下锦纶镀银织物SEM照片

2.3涤纶织物的镀银层晶体结构分析

添加不同浓度Na4EDTA得到的镀银织物XRD分析结果如图3所示,经过银沉积后,织物表面在38.3°、44.4°、64.6°、77.5°、81.6°处出现较强的衍射峰,分别对应金属银的（111）、（200）、（220）、（311）和（222）晶面特征衍射峰,晶体结构为面心立方结构,峰型尖锐,峰宽狭窄,并无明显的第二相出现,表明沉积出来的确为金属银,且银微晶晶粒较为完善,银镀层纯度较高.

根据谢乐公式［20］计算镀层的晶粒尺寸和晶面的织构系数,结果如表1所示.从表1中可以看出：随着Na4EDTA浓度的增加,锦纶织物不同晶面的晶粒尺寸均呈现下降趋势,加入Na4EDTA后各晶面的择优取向变化不大,表明Na4EDTA对银镀层的织构基本无影响.

图3不同浓度Na4EDTA制得锦纶镀银织物XRD图谱

表1Na4EDTA浓度对晶粒尺寸及织构系数的影响

Na4EDTA

浓度/(g·L-1)

晶粒尺寸/nm(111)(200)(220)(311)(222)

织构系数/%(111)(200)(220)(311)(222)

024.222.626.824.728.621.415.522.617.722.8

0.1515.911.619.519.819.620.612.518.616.931.4

0.3014.012.019.218.619.720.211.627.118.522.6

0.4513.412.317.516.819.522.615.617.417.726.7

0.6013.112.116.715.119.021.413.720.614.729.6

注：(111)、(200) 、(220) 、(311)、 (222)为晶面指数.

2.4镀层结合力分析

织物镀层耐磨性分析反映镀层与纤维之间的结合力［21］,图4为不同浓度Na4EDTA得到的镀银织物摩擦3000次后重量损失率曲线,随着Na4EDTA浓度的增加,失重率逐渐降低,因此Na4EDTA对织物耐磨性有积极影响.

图5为不同浓度Na4EDTA得到的镀银织物摩擦3000次后的表面电镜照片,结果表明,摩擦一定次数后银镀层均出现裂纹.当不添加Na4EDTA时,银镀层脱落严重,摩擦后表面银镀层无法完全覆盖住织物表面,这和不添加Na4EDTA时镀银层晶粒尺寸较大有密切关系,镀银层晶粒尺寸较大时,镀层结构疏松,摩擦后更容易大面积脱落.从图5(b)—(e)可以看出,随着Na4EDTA浓度的增加,摩擦相同次数后,织物表面完整性越来越好.平均晶粒尺寸越小,镀银层耐磨性越好,失重率越小.

图4不同浓度Na4EDTA制得锦纶镀银织物

摩擦3000次后失重率

图5不同浓度Na4EDTA制得锦纶镀银织物摩擦3000次后SEM照片

3结论

本文以化学镀银工艺在锦纶织物表面沉积银纳米颗粒,探究氨水作为主络合剂、Na4EDTA为辅助络合剂对锦纶织物化学镀银过程的影响,并对镀银织物进行测试和表征,主要结论如下：

a） 在其他条件相同情况下,Na4EDTA的加入使沉积速率降低,镀银织物的增重率随着Na4EDTA浓度的升高而降低；不添加Na4EDTA时电阻较高,织物表面电阻随着Na4EDTA浓度的升高先降低后增加.

b） 通过对镀银织物进行镀层形貌和结构分析,发现Na4EDTA作为辅助络合剂,得到的银镀层均匀致密,银镀层纯度高,颗粒尺寸较小,晶粒尺寸随着Na4EDTA浓度的升高而降低,Na4EDTA对银镀层的织构基本无影响.

c） 通过对镀银织物进行耐磨性分析,发现Na4EDTA有助于银镀层结合力和耐磨性提高,Na4EDTA浓度越高,耐磨性越好,摩擦后失重率越小.

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Effect of auxiliary complexing agent tetrasodium EDTA

on chemical silver plating of nylon fabric

ZHANG Guowei, WANG Mingxue, ZHANG Huapeng, ZHU Hailin

(Zhejiang Provincial Key Laboratory of Fiber Materials and Manufacturing Technology,

Zhejiang SciTech University, Hangzhou 310018, China)

Abstract： The silver nanoparticles were deposited on the surface of nylon knitted fabric by chemical silver plating. The effect of Na4EDTA as the auxiliary complexing agent along with ammonia as the main complexing agent on chemical silver plating process was explored. The surface morphology and structure of the silver plated layer fabric were characterized by scanning electron microscope(SEM) and Xray diffractometer(XRD), and the surface resistance, weight gain and adhesion of the coating were tested. The result shows that the Na4EDTA as the auxiliary complexing agent can increase the stability of plating solution and reduce the surface resistance of the fabric. However, the high concentration of Na4EDTA can significantly reduce the deposition rate of silver, which leads to the increase of the surface resistance of the fabric. The particles deposited on the surface of the fabric are simple silver and the crystallization is perfect. With the increase of Na4EDTA concentration, the erage grain size decreases; the particles at the silver plated layer become aller, and the coating is uniform and dense. Na4EDTA is helpful to improve the adhesion between silver coating and fabric. The wear resistance of the coating improves, and the weight loss rate of the coating decreases after friction with the increase of Na4EDTA concentration.

Key words： nylon fiber; chemical silver plating; Na4EDTA; complexing agent; electric conductivity; wear resistance

(责任编辑： 廖乾生)

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