溶胶-凝胶法活化技术研究及其在电磁屏蔽织物制备中的应用

摘要

本论文研究了一种基于溶胶-凝胶技术的化学镀前处理方法，成功地在纺织品表面形成化学镀催化活性层，进而引发化学镀镍。此活化方法改进了传统的“粗化、敏化、活化”三步法工艺，并且降低了贵金属用量，所形成的微薄贵金属催化层具有更高的催化活性，应用于聚酰胺纤维织物，获得了具有优异电磁屏蔽功能与高结合牢度的化学镀镍纺织品。因此该前处理工艺具有突出的优点与广阔的应用前景。
　　 以聚酰胺（Polyamide）织物为基材，首先在织物表面形成一层APTES溶胶，处理后转化为带有富电子基团的凝胶，再经过浸渍钯盐活化液，配位络合并吸附还原得到具有较高催化活性的钯膜。通过正交实验及单因素实验讨论了工艺处方以及钯盐溶液的最佳工艺条件，并分析了各因素对活化过程的影响。采用化学镀镍／磷后织物的电阻值以及化学镀前后织物的增重率作为活化效果的评判标准，得到了活化工艺的最佳条件：APTES浓度2％、乙醇浓度28.6％、醋酸浓度0.714％、溶胶整理时间30min;活化的最佳工艺条件为：氯化钯浓度40mg/L、处理温度为25℃、处理时间30min～40min。
　　 进而又尝试以聚酰胺织物为基材，首先利用β-环糊精(β-CD)具有较大的分子体积和特殊的羟基分布的结构特点与金属钯配位络合，形成负载型络合物催化剂，之后通过溶胶-凝胶技术将具有“巢栖”效应的环糊精固定在织物上，在织物表面沉积一层Pd-β-CD催化薄膜，后经化学镀镍研究表明该膜具有较高催化活性。通过正交实验及单因素实验讨论了载体层形成条件以及钯活化液的最佳配比，分析了各因素对活化过程的影响。采用化学镀镍后织物的电阻值作为活化效果的评判依据，得到了织物载体层形成的最佳工艺条件为：GPTMS浓度18g/L、TEOS浓度20g/L、氨水浓度3.6％、乙醇浓度为26.7％，处理时间30min;活化的最佳工艺条件为：氯化钯浓度45mg/L、处理温度25℃、处理时间30min～40min。
　　 采用XRD、SPM、SEM、UV-Vis等方法对经最佳活化工艺条件处理后所得的催化膜进行了表征。活化后基材的XRD图谱表明，在织物表面形成了钯活化层；采用SPM观测了薄膜表面钯晶粒形貌特征与粒子尺寸，SEM及显微图像观察可以佐证这一结论；并通过紫外-可见光谱(UV-Vis)对钯-β-环糊精(Pd-β-CD)的络合方式进行了研究。
　　 对化学镀镍后的织物进行了力学性能、抗紫外性能、耐蚀性、导电稳定性、热稳定性、耐摩性及金属镀层结合牢度的测试，结果表明，经溶胶-凝胶活化方法处理后所获电磁屏蔽材料，力学性能不会受到较大影响，各方面稳定性较好，表现出良好的电磁屏蔽性、导电性以及抗紫外性能，其镀层与基材具有良好的结合牢度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 非金属化学镀前活化工艺的发展

1.2.1 第一代活化工艺

1.2.2 第二代活化工艺

1.2.3 第三代活化工艺

1.2.4 新兴技术

1.3 溶胶-凝胶法概述

1.3.1 溶剂

1.3.2 水的加入量

1.3.3 水解温度

1.3.4 催化剂

1.3.5 添加剂

1.3.6 干燥

1.3.7 焙烘

1.4 环糊精性质概述

1.5 纳米钯膜形成机理

1.6 溶胶-凝胶技术的原理

1.7 化学镀原理

1.8 课题的研究意义及本论文的研究内容

第二章 实验部分

2.1 试剂和仪器

2.2 实验工艺

2.2.1 硅烷改性剂APTES制备电磁屏蔽织物的工艺

2.2.2 硅烷改性剂R制备电磁屏蔽织物的工艺

2.3 性能测试与结构表征

2.3.1 电磁屏蔽织物电阻值

2.3.2 电磁屏蔽织物表面增重

2.3.3 电磁屏蔽效能计算

2.3.4 织物上钯膜形貌

2.3.5 钯晶生成的确定

2.3.6 织物处理过程中的表面形貌

2.3.7 电磁屏蔽织物的耐磨性能

2.3.8 电磁屏蔽织物的力学性能

2.3.9 电磁屏蔽织物的耐腐蚀性能

2.3.10 电磁屏蔽织物的热稳定性

2.3.11 电磁屏蔽织物的抗紫外性能

第三章 结果与讨论

3.1 织物的选择

3.2 γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶胶制备条件研究

3.3 在纤维基材表面形成凝胶工艺条件的研究

3.3.1 正交实验设计

3.3.2 正交实验结果及分析

3.4 各因素对表面凝胶与活化效果的影响

3.4.1 APTES浓度对电磁屏蔽织物表面电阻的影响

3.4.2 整理时间对电磁屏蔽织物表面电阻的影响

3.4.3 乙醇浓度对电磁屏蔽织物表面电阻的影响

3.4.4 醋酸浓度对电磁屏蔽织物表面电阻的影响

3.4.5 浸轧压力对电磁屏蔽织物表面电阻的影响

3.4.6 氯化钯浓度对电磁屏蔽织物表面电阻的影响

3.5 样品性能测试与结构表征

3.5.1 纤维表面“凝胶-钯”膜微观形态分析

3.5.2 X射线衍射(XRD)测试及结果分析

3.5.3 光学显微镜观察与分析

3.5.4 SEM图像分析

3.5.5 PA电磁屏蔽织物的性能测试

3.6 “巢栖”包埋活化工艺的探索

3.6.1 正交实验设计

3.6.2 正交实验结果及分析

3.7 各因素对活化效果的影响

3.7.1 水用量对电磁屏蔽织物表面电阻的影响

3.7.2 醇用量对电磁屏蔽织物织物表面电阻的影响

3.7.3 催化剂用量对电磁屏蔽织物织物表面电阻的影响

3.8 结构表征与样品性能测试

3.8.1 紫外-可见光谱测试结果

3.8.2 织物的SEM表征

3.8.3 SPM图像分析

3.8.4 R溶胶粒径分布表征

3.8.5 X射线衍射(XRD)测试及结果分析

3.8.6 电磁屏蔽织物的性能测试

第四章 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢