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银/聚苯胺/涤纶复合材料的制备及其性能研究

穆世鹏  
【摘要】:织物表面化学镀银可以获得防辐射性能优良的电磁屏蔽材料,同时赋予材料持久的抗菌性能。涤纶电磁屏蔽织物的化学镀前处理工序主要采用传统的粗化-敏化-活化的方式。其中敏化和活化一般采用氯化亚锡(Sn Cl2)在织物表面形成凝胶并将活化剂氯化钯(Pd Cl2)还原,在织物表面形成贵金属催化中心,降低化学镀过程中金属沉积的活化能,提高金属沉积速率。此种方法敏化时使用的Sn Cl2形成的凝胶层容易脱落,导致镀层不均匀、结合牢度差,并且Sn Cl2有毒有害污染环境,同时此种方法活化时使用的Pd Cl2的量较大,Pd Cl2属于贵金属,价格昂贵,增加了化学镀的成本。导电高分子聚合物聚苯胺(PANI)具有电导率高、制备简单等优点而成为研究热点。半掺杂状态的聚苯胺具有一定的还原性,可以将Ag+、Au3+、Pd2+、Rh3+等金属离子还原。基于聚苯胺可以将贵金属离子还原用作催化剂的特点,本论文提出了新的织物化学镀前处理工序:首先采用PANI在纤维表面原位聚合成膜,然后将Ag+还原形成Ag0催化中心,从而引发之后的化学镀过程。采用本课题提出的敏化-活化方法主要优势是相对于Sn Cl2-Pd Cl2方法,原位生成的PANI膜连续均匀,并且PANI中的氨基对银离子有一定的吸附作用,可以提高“催化晶核”的均匀程度。同时采用硝酸银(Ag NO3)取代Pd Cl2为活化液,可有效降低化学镀成本。本论文首先探索了聚苯胺在涤纶纤维(PET)表面原位聚合的最佳工艺条件,探讨反应过程中各个因素包括苯胺浓度、过硫酸铵(APS)用量、硝酸(HNO3)浓度、浴比等因素对聚苯胺能在涤纶纤维表面的均匀性和还原性的影响。通过红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)等方法表征聚苯胺的分子结构、聚集态结构和凝聚态结构。然后将聚苯胺/涤纶复合材料用一定浓度硝酸银溶液活化,并用X射线光电子能谱(XPS)测试表征银在复合材料上的价态。在改变了敏化活化条件并引入聚苯胺柔性大分子层之后,本论文探讨了适合此前处理方法的最佳化学镀银条件。分析了Ag NO3浓度、还原剂浓度、反应温度、添加剂浓度、辅助条件(超声波)等因素对化学镀银金属层牢度和导电性能的影响。同时研究了Ag/PANI/PET复合材料的抗菌性能和电磁屏蔽效能,测试结果表明该复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抗菌性均达到100%;电磁屏蔽效能为60-90d B,可作为航空航天以及军用仪器设备的电磁屏蔽材料。


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