CN105780493A - 一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,包括:将棉织物浸泡在苯胺和盐酸的混合溶液中,然后再加入过硫酸铵溶液进行反应,得到聚苯胺/棉织物;将上述聚苯胺/棉织物放入硝酸银溶液中敏化,得到敏化聚苯胺/棉织物;配制镀银溶液,然后放入步骤(2)的敏化聚苯胺/棉织物,超声反应,即得。本发明所得材料具有良好的导电性26.7mΩ/sq,耐腐蚀性能好,并具备优异的电磁屏蔽效应40~80dB。

Description

一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法
技术领域
本发明属于功能性棉织物的制备领域,特别涉及一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法。
背景技术
电磁辐射在电子产品的使用过程中产生,是继水污染、大气污染和噪声污染之后的第四大污染。这一隐形杀手不仅会造成电磁干扰,影响其他信号的传输,造成导弹误发和飞机失事等危害;也会危害人体的健康,引起白内障、白血病以及癌症等病变。因此,开发具有电磁屏蔽效应的织物势在必行。
电磁屏蔽织物是指可以强反射电磁波的织物,当电磁波入射到织物表面后,进入内部的电磁能通过电导损耗将其转化成热能,从而消耗电磁波能量。因而,导电是使织物获得电磁屏蔽效应的有效途径。目前,电磁屏蔽织物的相关专利涉及化学纤维居多,包括第CN201010551157.5号中公开的制备带有孔洞的聚酯或聚酰胺电磁屏蔽织物,具备良好的电磁屏蔽效应和透气性;第CN201310014809.5号中公开的使用氢气等离子预处理涤纶织物,进而通过镀银制备具有电磁屏蔽性能产品。第CN201510222706.7号中公开的使用低温等离子体预处理棉织物表面,之后在其上用交联树脂交联苯胺单体,最后原位聚合聚苯胺,制得电磁屏蔽效率为18dB的产品,但是单纯依靠聚苯胺使得电磁屏蔽效能不高。此外,制备棉织物导电及电磁屏蔽的方法通常依靠贵金属钯引发的化学镀或是真空镀等方法,其成本高昂,步骤繁琐也是限制其应用的主要问题。
因此为了满足更高的需求,需要选择一种新型的赋予棉织物导电和电磁屏蔽性能的工艺方法来提高电磁屏蔽效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,本发明实现了在棉织物上进行无钯化学镀银,从而赋予其导电性和电磁屏蔽效应的简便方法。
本发明的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,包括:
(1)棉织物上原位聚合聚苯胺:
将棉织物浸泡在苯胺和盐酸的混合溶液中进行苯胺单体的吸附,然后再加入过硫酸铵溶液进行原位聚合反应,得到聚苯胺/棉织物;
(2)敏化:
将上述聚苯胺/棉织物放入硝酸银溶液中进行银单质的还原,形成活化位点,得到敏化聚苯胺/棉织物;
(3)化学镀银:
配制镀银溶液,然后放入步骤(2)的敏化聚苯胺/棉织物,超声反应,得到具有导电及电磁屏蔽性能棉织物。
所述步骤(1)中棉织物为碱处理后的棉织物,具体为:将原棉织物放在浴比为1:100的氢氧化钠溶液中,在80℃条件下处理1h,氢氧化钠溶液浓度为40g/L。
所述步骤(1)中混合溶液中盐酸浓度为0.5M,苯胺浓度为0.25M;过硫酸铵溶液的浓度为0.25M;混合溶液、过硫酸铵溶液的体积比为5:1。
所述步骤(1)中浸泡在苯胺和盐酸的混合溶液中0.5-2h,使苯胺单体深入纤维内部,便于聚苯胺在棉织物上的合成,随后加入过硫酸铵溶液进行反应时间为3-6h。
所述步骤(2)中硝酸银的浓度为0.5-4g/L;敏化时间为3-6h。
所述步骤(3)中配制镀银溶液为:还原液和氧化液混合。
所述还原液为:还原剂、稳定剂和去离子水混合;氧化液为:硝酸银、络合剂、加速剂和去离子水混合。
所述还原剂为葡萄糖和酒石酸钾钠,稳定剂为乙醇和聚乙二醇,络合剂为乙二胺和氨水,加速剂为氢氧化钾。
还原液具体为:将葡萄糖、酒石酸钾钠、乙醇和聚乙二醇1540、去离子水,混合溶解,其中葡萄糖、酒石酸钾钠、乙醇、聚乙二醇、去离子水的比例为16g:0.5g:8mL:0.15g:200mL。
优选:葡萄糖16g,其中酒石酸钾钠0.5g,乙醇8ml和聚乙二醇(1540)0.15g作为稳定剂,200ml去离子水,混合溶解。
氧化液具体为:首先配制硝酸银溶液和氢氧化钾溶液:然后,向硝酸银溶液中滴加氨水,溶液变浑浊,继续滴加直到溶液重新变回澄清;再次,将氢氧化钠溶液倒入其中,搅拌均匀,溶液又变浑浊,滴加氨水至澄清;最后加入乙二胺;其中硝酸银、氨水、氢氧化钾、乙二胺的比例为:2g:12ml:1.2g;4ml。
硝酸银、氨水、氢氧化钾、乙二胺、去离子水的比例为:2g:12ml:1.2g:4ml:60mL。
优选氧化液具体为:
首先配制硝酸银溶液和氢氧化钾溶液:硝酸银溶液为:硝酸银2g溶于50ml去离子水;
氢氧化钾溶液为:氢氧化钾1.2g溶于10ml去离子水;然后,向硝酸银中滴加氨水,溶液变浑浊,继续滴加直到溶液重新变回澄清,所需氨水为5ml;再次,将氢氧化钠溶液倒入其中,搅拌均匀,溶液又变浑浊,滴加氨水至澄清,所需氨水为7ml;最后加入4ml乙二胺。
所述步骤(3)中超声反应时间为1-3h。
本发明首先将棉织物进行原位聚合聚苯胺,然后利用聚苯胺的还原性在棉织物上生成银活化点,进而在银氨溶液中成功制备镀银棉织物。
有益效果
本发明通过采用聚苯胺作为还原物质,对银单质进行预先还原,生成活化位点,随后在超声条件下进行清洗,去除了局部颗粒大的银单质,保证织物上的银单质大小均一,活化位点均匀,有利于后续银氨溶液中形成均匀一致的镀银层,并获得良好的导电性和电磁屏蔽效应。
本发明所得材料具有良好的导电性(26.7mΩ/sq),耐腐蚀性能好,并具备优异的电磁屏蔽效应(40~80dB)。
附图说明
图1为本发明的流程示意图;
图2为聚苯胺还原银的原理图;
图3为实施例1的棉织物镀银前后的电磁屏蔽效能曲线:(a)原棉织物,(b)镀银棉织物;图4为实施例2的棉织物镀银前后的电磁屏蔽效能曲线:(a)原棉织物,(b)镀银棉织物。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种平纹棉织物的加工方法,具体步骤为:
(1)对棉织物进行前处理处理:
a.将原棉织物放在浴比为1:100的氢氧化钠(40g/L)溶液中,在80℃条件下处理1h;去除表面杂质,并进行刻蚀;
b.将处理好的棉织物放在60℃的烘箱进行烘干30min。
(2)在棉织物上原位聚合聚苯胺:
a.将碱处理好的棉织物浸泡在200ml含0.5M盐酸和0.25M苯胺的混合溶液中1h;
b.加入40ml的0.25M的过硫酸铵溶液,聚合3h。
c.聚合反应结束后,用去离子水反复洗涤后,室温晾干,制得聚苯胺/棉织物。
(3)化学镀银:
a.敏化:将聚苯胺/棉织物放入1g/L硝酸银溶液中敏化5h;
b.制备还原液和氧化液,将二者混合后,加入聚苯胺/棉织物,在超声条件下进行镀银反应1.5h,
c.镀银液的配方如下:
还原液:葡萄糖16g,其中酒石酸钾钠0.5g,乙醇8ml和聚乙二醇(1540)0.15g作为稳定剂,200ml去离子水,混合溶解。
氧化液:加入硝酸银2g于50ml去离子水,滴加氨水至澄清,另配氢氧化钾1.2g至10ml去离子水中溶解,倒入上述澄清溶液后再滴加氨水至澄清,之后滴加乙二胺4ml。
将实施例1制备的镀银棉织物进行测试,结果如下:
测试一:耐水洗性
根据GB3921-2008标准,分别进行0次、5次、10次、15次和20次水洗测试,其方阻的变化值如表1。可以看出,随着水洗次数的增加,织物的表面方阻逐渐增大,水洗20次后,达到140.2mΩ/sq,但仍满足导电需求。
表1织物表面方阻随水洗次数增加的变化
水洗次数/次 0 5 10 15 20
方阻mΩ/sq 20.5 37.8 100.4 126.6 140.2
测试二:酸碱性
将镀银棉织物进行耐酸碱性的测试,测试前后的方阻如表2所示。可以得知,经过不同处理的样品表面方阻存在不同程度的增大,但仍满足导电性的需求。
表2镀银棉织物在不同溶液中浸渍前后的表面电阻
浸渍溶液 浸渍前方阻mΩ/sq 浸渍后方阻mΩ/sq
0.2mol/L HCl 21.24 39.43
0.2mol/L NaOH 28.52 76.01
50g/L NaCl 34.63 64.79
测试三:电磁屏蔽效能测试
图3为镀银棉织物的电磁屏蔽效能测试曲线。电磁屏蔽效果是根据SE的不同取值进行分类的,SE在20~30dB之间,适用于家用电磁放射个体防护品,如衬衫等;在30~60dB之间,可用于一般工业、商业设备、会议室等;在60~90dB的屏蔽材料具有良好屏蔽效果,可用于航空航天及军用仪器设备等。从图中可以看出,在频率为300kHz~3GHz之间,纯棉织物的电磁屏蔽效能基本为0,没有电磁屏蔽蔽性能;而镀银后棉织物的屏蔽效能在40~85dB之间,展现了良好的电磁屏蔽性能。
实施例2
一种斜纹棉织物的加工方法,具体步骤为:
(1)对棉织物进行前处理处理:
a.将原棉织物放在浴比为1:100的氢氧化钠(50g/L)溶液中,在100℃条件下处理1h;去除表面杂质,并进行刻蚀;
b.将处理好的棉织物放在60℃的烘箱进行烘干30min。
(2)在棉织物上原位聚合聚苯胺:
a.将碱处理好的棉织物浸泡在250ml含0.5M盐酸和0.25M苯胺的混合溶液中1h;
b.加入50ml的0.25M的过硫酸铵溶液,聚合5h。
c.聚合反应结束后,用去离子水反复洗涤后,室温晾干,制得聚苯胺/棉织物。
(3)化学镀银:
a.敏化:将聚苯胺/棉织物放入2g/L硝酸银溶液中敏化5h;
b.制备还原液和氧化液,将二者混合后,加入聚苯胺/棉织物,在超声条件下进行镀银反应2h,
c.镀银液的配方如下:
还原液:葡萄糖16g,其中酒石酸钾钠0.5g,乙醇8ml和聚乙二醇(1540)0.15g作为稳定剂,200ml去离子水,混合溶解。
氧化液:加入硝酸银4g于100ml去离子水,滴加氨水至澄清,另配氢氧化钾2.4g至20ml去离子水中溶解,倒入澄清的银氨溶液后再滴加氨水至澄清,之后滴加乙二胺8ml。
将实施例2制备的镀银棉织物进行测试,结果如下:
测试一:耐水洗性
根据GB3921-2008标准,分别进行0次、5次、10次、15次和20次水洗测试,其方阻的变化值如表1。可以看出,随着水洗次数的增加,织物的表面方阻逐渐增大,水洗20次后,达到153mΩ/sq,但仍满足导电需求。
表1织物表面方阻随水洗次数增加的变化
水洗次数/次 0 5 10 15 20
方阻mΩ/sq 26.7 40.3 104.4 133 153
测试二:酸碱性
将镀银棉织物进行耐酸碱性的测试,测试前后的方阻如表2所示。可以得知,经过不同处理的样品表面方阻存在不同程度的增大,但仍满足导电性的需求。
表2镀银棉织物在不同溶液中浸渍前后的表面电阻
浸渍溶液 浸渍前方阻mΩ/sq 浸渍后方阻mΩ/sq
0.2mol/L HCl 27.1 42.1
0.2mol/L NaOH 30.5 83.0
50g/LNaCl 38.7 68.7
测试三:电磁屏蔽效能测试
图4为镀银棉织物的电磁屏蔽效能测试曲线。电磁屏蔽效果是根据SE的不同取值进行分类的,SE在20~30dB之间,适用于家用电磁放射个体防护品,如衬衫等;在30~60dB之间,可用于一般工业、商业设备、会议室等;在60~90dB的屏蔽材料具有良好屏蔽效果,可用于航空航天及军用仪器设备等。从图中可以看出,在频率为300kHz~3GHz之间,纯棉织物的电磁屏蔽效能基本为0,没有电磁屏蔽蔽性能;而镀银后棉织物的屏蔽效能在40~80dB之间,展现了良好的电磁屏蔽性能。

Claims (10)

1.一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,包括:
(1)将棉织物浸泡在苯胺和盐酸的混合溶液中,然后再加入过硫酸铵溶液进行反应,得到聚苯胺/棉织物;
(2)将上述聚苯胺/棉织物放入硝酸银溶液中敏化,得到敏化聚苯胺/棉织物;
(3)配制镀银溶液,然后放入步骤(2)的敏化聚苯胺/棉织物,超声反应,得到具有导电及电磁屏蔽性能棉织物。
2.根据权利要求1所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中棉织物为碱处理后的棉织物,具体为:将原棉织物放在浴比为1:100的氢氧化钠溶液中,在80℃条件下处理1h,氢氧化钠溶液浓度为40g/L。
3.根据权利要求1所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中混合溶液中盐酸浓度为0.5M,苯胺浓度为0.25M;过硫酸铵溶液的浓度为0.25M;混合溶液、过硫酸铵溶液的体积比为5:1。
4.根据权利要求1所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:所述步骤(2)中硝酸银的浓度为0.5-4g/L;敏化时间为3-6h。
5.根据权利要求1所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中配制镀银溶液为:还原液和氧化液混合。
6.根据权利要求5所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:所述还原液为:还原剂、稳定剂和去离子水混合;氧化液为:硝酸银、络合剂、加速剂和去离子水混合。
7.根据权利要求6所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:所述还原剂为葡萄糖和酒石酸钾钠,稳定剂为乙醇和聚乙二醇,络合剂为乙二胺和氨水,加速剂为氢氧化钾。
8.根据权利要求7所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:还原液具体为:将葡萄糖、酒石酸钾钠、乙醇和聚乙二醇1540、去离子水,混合溶解,其中葡萄糖、酒石酸钾钠、乙醇、聚乙二醇、去离子水的比例为16g:0.5g:8mL:0.15g:200mL。
9.根据权利要求7所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:氧化液具体为:首先配制硝酸银溶液和氢氧化钾溶液:然后,向硝酸银溶液中滴加氨水,溶液变浑浊,继续滴加直到溶液重新变回澄清;再次,将氢氧化钠溶液倒入其中,搅拌均匀,溶液又变浑浊,滴加氨水至澄清;最后加入乙二胺;其中硝酸银、氨水、氢氧化钾、乙二胺的比例为:2g:12mL:1.2g:4mL。
10.根据权利要求1所述的一种具有导电及电磁屏蔽性能棉织物的制备方法,其特征在于:所述步骤(3)中超声反应时间为1-3h。
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