非甲醛还原镀铜制备腈纶导电纤维的研究

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随电子、生物、纺织等技术的发展与融合,智能纺织品开始占据大家的视野。导电纤维在智能纺织品、柔性传感器等的制备中有着广泛的应用。通过化学沉积的方法在非导体材料表面制备金属导电层具有操作简易、价格便宜、适用范围广等优点,是制备导电纤维的重要方法之一。传统化学镀铜的方法通常使用甲醛作为还原剂,存在较大的环境问题和对人体健康不利问题,寻找新的还原剂替代甲醛意义重大。本课题使用腈纶纤维作为基底材料、维生素C为还原剂,通过化学沉积的方法制备镀铜腈纶导电纤维,研究其关键因素的影响规律,并对纤维表面的前处理工艺进行了单宁酸修饰处理的改进研究。本课题首先研究了化学沉积过程中,相关各因素对镀液稳定性、纤维增重率、纤维比电阻、镀层形貌等指标的影响。通过单因素试验与正交优化试验得到:在硫酸铜浓度取值范围较小时,对纤维比电阻影响最大的是维生素C的浓度,其次是温度、硫酸铜浓度、双联吡啶等因素。最佳工艺参数为硫酸铜26.00/L、维生素C 26.00g/L、双联吡啶12.0mg/L、亚铁氰化钾7.0mg/L、反应温度为38℃,反应时间为90min,且由最佳工艺条件制备的纤维比电阻为3.84×10-3Ω·cm。使用电子纤维强力仪对纤维的力学性能进行表征,结果表明反应过程不影响纤维的力学性能;通过灰分测试、XRD物相分析与XPS分析,表明以维生素C为还原剂的化学镀铜体系制备的导电铜层中,铜元素含量高达94.92%,且多以晶面分别为(111)、(200)、(220)铜单质的形式存在;经十次连续洗涤,纤维失重率为4.30%,耐水洗测试表明该镀铜纤维有较好的结合牢度。模拟染料的固色方法,使用交联固色剂DE-2对镀铜后的纤维进行固着处理,处理后镀铜纤维的比电阻大幅下降,纤维表面铜层的附着牢度得到改善,连续十次水洗失重百分率降至1.53%。为了改进前处理工艺的试剂与流程,并且改善纤维表面铜层的结合牢度,采用单宁酸直接与银离子螯合方法还原银离子,一步形成单宁酸银螯合物膜与银催化活性中心,获得的镀铜纤维比电阻为1.96×10-2Ω·cm,且经连续十次洗涤的失重百分率为1.21%。
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