JP6736573B2 - Conductive textile element and method of making the same - Google Patents

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Description

本発明は、導電性テキスタイル要素及びその製造方法の分野に関する。 The present invention relates to the field of electrically conductive textile elements and methods of making the same.

可撓性及びウェアラブルな電子デバイスの急速な発展により、伝導性テキスタイル/衣服に組み込まれ得る相互接続子、接触子、電極及び金属ワイヤとしての導体に対する要求が存在している。したがって、金属ワイヤ、金属酸化物、導電性ポリマー(ICP:intrinsically conducting polymers)及びカーボンナノチューブ(CNT)による糸の合成を含む、又はそれらが組み込まれる、加工された高性能の導電性テキスタイルを合成する方法が開発されてきた。
しかしながら、これらの既存の方法により製作される伝導性テキスタイルは、それらの不撓性、化学的不安定性、生産コスト、人体に及ぼされる危険、並びに最も重要なことは、現行の繊維産業及び衣料産業に適合可能な技術を要する大規模生産に関連する難題に起因して、理想的なものではない。
With the rapid development of flexible and wearable electronic devices, there is a need for conductors as interconnects, contacts, electrodes and metal wires that can be incorporated into conductive textiles/garments. Thus synthesizing processed high performance conductive textiles including, or incorporating, yarns made from metal wires, metal oxides, conductive polymers (ICPs) and carbon nanotubes (CNTs). Methods have been developed.
However, the conductive textiles produced by these existing methods are inflexible, chemically unstable, costly to produce, dangerous to the human body, and most importantly, to the current textile and garment industries. It is not ideal due to the challenges associated with large-scale production requiring adaptable technology.

伝導性テキスタイルを合成する別のアプローチは、様々な金属粒子堆積法を利用して金属皮膜をテキスタイル基材表面上に堆積させることを含む。しかしながら、技術投資の相対量、高度な計器、及び従事する専門的な従業員の専門知識、並びに、本方法の産業化を商業的に制限する、必要とされる比較的厳密な制御パラメータの観点から、このアプローチに関連する制限も存在する。
さらに、テキスタイル表面上への堆積された金属の付着は、かかる伝導性テキスタイルにおける耐久性及び伝導性に関する別の大きな懸念を残している。
Another approach to synthesizing conductive textiles involves depositing metal coatings on textile substrate surfaces utilizing various metal particle deposition methods. However, in terms of the relative amount of technology investment, sophisticated instrumentation, and expertise of the professional employees involved, and the relatively strict control parameters required, which commercially limit the industrialization of the method. Therefore, there are also limitations associated with this approach.
Moreover, the deposition of deposited metal on textile surfaces leaves another major concern regarding the durability and conductivity of such conductive textiles.

さらに、テキスタイル基材上における官能化ポリマーブラシのグラフトによってテキスタイル基材の表面構造を改質することを含む方法も開発されている。特に、テキスタイル基材表面の一端に共有結合により連結する高分子電解質は、テキスタイル基材表面上における官能基の改質をもたらし得るだけでなく、その後の化学反応に利用される官能基の量を増やすことができる。
例として、Azzaroni et al.が、基材表面への正に帯電したポリ[2−(メタクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド(PMETAC)高分子電解質のグラフトを実証している。その後の金属の無電解めっき(ELD)のための触媒部分であるテトラクロロパラジウム(II)酸アニオン([PdCl2−)の投入により、適切な付着特性を伴って頑強な金属層を選択的に堆積することができる。
2010年には、Liu et al.が、表面開始原子移動ラジカル重合(SI−ATRP)を用いてPMETACブラシを綿繊維表面上に成長させることによっても、耐久性の伝導性綿糸を作製する汎用性の高いアプローチを報告しており、これは、未加工のテキスタイル繊維上のPMETACブラシのグラフトに関する史上初めての実証であった。その後の金属ELDは、複数の屈曲、伸縮、摩擦及び更には洗浄サイクルに耐性を示し得る、高い電気安定性を有する伝導性綿糸をもたらした。
しかしながら、Liu et al.により教示されたSI−ATRP法の規模生産の実現可能性は、様々な問題を抱えている。例えば、SI−ATRPは、周囲条件下では適切に実施することができず、窒素による保護を必要とする。さらに、SI−ATRP反応は、比較的長い時間(約24時間)を要し、これは望ましくないものであるとともに、大量生産にとって費用対効果が良くない。それ故、合成プロセスを改良して、高スループットの伝導性テキスタイルの生産を可能にすることが必要とされている。
Further, methods have also been developed that include modifying the surface structure of textile substrates by grafting a functionalized polymer brush onto the textile substrate. In particular, polyelectrolytes that are covalently linked to one end of the textile substrate surface can not only result in modification of the functional groups on the textile substrate surface, but also increase the amount of functional groups available for subsequent chemical reactions. You can increase.
As an example, Azzaroni et al. demonstrate the grafting of positively charged poly[2-(methacryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride (PMETAC) polyelectrolytes onto a substrate surface. By introducing tetrachloropalladium(II) acid anion ([PdCl 4 ] 2− ), which is a catalyst portion for electroless plating (ELD) of the metal thereafter, a robust metal layer is selected with appropriate adhesion characteristics. Can be deposited in a static manner.
In 2010, Liu et al. also reported versatility to make durable conductive cotton yarns by growing PMETAC brushes on cotton fiber surfaces using surface-initiated atom transfer radical polymerization (SI-ATRP). Has been reported for the first time, which was the first ever demonstration of grafting a PMETAC brush on a raw textile fiber. Subsequent metal ELDs resulted in conductive cotton yarns with high electrical stability that could withstand multiple flexes, stretches, rubs and even wash cycles.
However, the feasibility of scale production of the SI-ATRP process taught by Liu et al. has various problems. For example, SI-ATRP cannot be performed properly under ambient conditions and requires nitrogen protection. Moreover, the SI-ATRP reaction requires a relatively long time (about 24 hours), which is undesirable and not cost effective for mass production. Therefore, there is a need to improve the synthesis process to enable the production of high throughput conductive textiles.

他の試みは、in−situフリーラジカル重合を用いて同様の正に帯電した高分子電解質PMETACで事前に改質される様々なテキスタイル基材上に金属を堆積させることにより導電性の繊維、糸及び布を作製することによって、合成アプローチを改良するように行われる。in−situフリーラジカル重合は、高分子電解質の重合のスループットを増大させることができる。
一般的に、この反応は、完了するのに約1時間〜3時間しかかからず、周囲条件で行うことができるため、先に言及したSI−ATRP等の他の重合法よりもメリットが大きいと言える。しかしながら、この改良アプローチは、触媒部分の選択が、テキスタイル表面上にグラフトされる高分子電解質ブラシの特性及び性質に大幅に依存することから、カチオン性PMETACが、その後の金属の無電解めっきのためのアニオン性[PdCl2−部分と結合するため制限されるという欠点を有する。
さらに、使用される[PdCl2−部分は比較的高価である(97%テトラクロロパラジウム(II)酸アンモニウム2グラム当たりUSD159.5)。アニオン性[PdCl2−部分は再利用することができたとしても、大量生産において使用される場合には依然として経済的ではない。
Another approach has been to conduct conductive fibers, yarns by depositing metal on various textile substrates that have been pre-modified with similar positively charged polyelectrolytes PMETAC using in-situ free radical polymerization. And fabrics to improve the synthetic approach. In-situ free radical polymerization can increase the throughput of polyelectrolyte polymerization.
In general, this reaction takes only about 1 to 3 hours to complete and can be carried out at ambient conditions, which is a great advantage over other polymerization methods such as SI-ATRP mentioned above. Can be said. However, this improved approach has been shown to use cationic PMETACs for the subsequent electroless plating of metals, since the choice of catalyst moieties depends heavily on the properties and properties of the polyelectrolyte brushes grafted onto the textile surface. It has the drawback of being limited by its association with the anionic [PdCl 4 ] 2- moiety of
Furthermore, the [PdCl 4 ] 2- moiety used is relatively expensive (USD 159.5 per 2 grams of 97% ammonium tetrachloropalladium(II)ate). Anionic [PdCl 4] 2- portion even can be reused, still not economical when used in mass production.

本発明は、上述した問題のうちの少なくとも1つを軽減しようとするものである。 The present invention seeks to mitigate at least one of the above mentioned problems.

本発明は、幾つかの広範な形態を含むことができる。本発明の実施形態は、本明細書に記載する異なる広範な形態のうちの1つ又は任意の組合せを含むことができる。 The present invention can include several broad forms. Embodiments of the invention can include one or any combination of the various broad forms described herein.

第1の広範な形態において、本発明は、
(i)テキスタイル要素の表面を、負に帯電した高分子電解質で改質する工程と、
(ii)前記テキスタイル要素の改質された表面を金属粒子で被覆する工程と、
を含む、導電性テキスタイル要素を製造する方法を提供する。
In a first broad form, the invention comprises:
(I) modifying the surface of the textile element with a negatively charged polyelectrolyte;
(Ii) coating the modified surface of the textile element with metal particles,
There is provided a method of manufacturing a conductive textile element, comprising:

好ましくは、工程(i)が、in−situフリーラジカル重合によって、前記テキスタイル要素の表面を、負に帯電した高分子電解質で改質することを含むことができる。 Preferably, step (i) can include modifying the surface of the textile element with a negatively charged polyelectrolyte by in-situ free radical polymerization.

好ましくは、前記負に帯電した高分子電解質が、ポリ(メタクリル酸ナトリウム塩)及びポリ(アクリル酸ナトリウム塩)の少なくとも一方を含むことができる。 Preferably, the negatively charged polyelectrolyte may include at least one of poly(sodium methacrylic acid salt) and poly(sodium acrylate salt).

好ましくは、工程(i)が、テキスタイル要素のシラン処理された表面を、負に帯電した高分子電解質で改質することを含むことができる。 Preferably, step (i) can include modifying the silanized surface of the textile element with a negatively charged polyelectrolyte.

好ましくは、工程(ii)が、金属の無電解めっきによって、前記テキスタイル要素の改質された表面を金属粒子で被覆することを含むことができる。 Preferably, step (ii) can comprise coating the modified surface of said textile element with metal particles by electroless plating of metal.

好ましくは、前記金属粒子が、銅及びニッケルの粒子の少なくとも一方を含むことができる。 Preferably, the metal particles may include at least one of copper and nickel particles.

好ましくは、前記テキスタイル要素が、布へと形成するように構成される糸及び繊維の少なくとも一方を含むことができる。 Preferably, the textile element may include at least one of yarns and fibers configured to form into a fabric.

好ましくは、前記テキスタイル要素が、ポリエステル、ナイロン、綿及び絹の糸又は繊維の少なくとも1つを含むことができる。 Preferably, the textile element may comprise at least one of polyester, nylon, cotton and silk threads or fibers.

更に広範な形態において、本発明は、
テキスタイル要素の表面を、負に帯電した高分子電解質で改質する装置と、
前記テキスタイル要素の改質された表面を金属粒子で被覆する被覆装置と、
を備える、導電性テキスタイル要素を製造する装置を提供する。
In a broader form, the invention comprises
A device for modifying the surface of the textile element with a negatively charged polyelectrolyte;
A coating device for coating the modified surface of the textile element with metal particles,
An apparatus for manufacturing an electrically conductive textile element is provided.

好ましくは、前記テキスタイル要素の表面を、前記負に帯電した高分子電解質で改質する装置が、in−situフリーラジカル重合によって、前記テキスタイル要素の表面を、負に帯電した高分子電解質で改質するように構成されることができる。 Preferably, the apparatus for modifying the surface of the textile element with the negatively charged polyelectrolyte modifies the surface of the textile element with the negatively charged polyelectrolyte by in-situ free radical polymerization. Can be configured to.

好ましくは、前記負に帯電した高分子電解質が、ポリ(メタクリル酸ナトリウム塩)及びポリ(アクリル酸ナトリウム塩)の少なくとも一方を含むことができる。 Preferably, the negatively charged polyelectrolyte may include at least one of poly(sodium methacrylic acid salt) and poly(sodium acrylate salt).

好ましくは、前記テキスタイル要素の表面を、前記負に帯電した高分子電解質で改質する装置が、テキスタイル要素のシラン処理された表面を、負に帯電した高分子電解質で改質するように構成されることができる。 Preferably, the apparatus for modifying the surface of the textile element with the negatively charged polyelectrolyte is configured to modify the silanized surface of the textile element with the negatively charged polyelectrolyte. You can

好ましくは、前記被覆装置が、金属の無電解めっきによって、前記テキスタイル要素の改質された表面を金属粒子で被覆するように構成されることができる。 Preferably, the coating apparatus can be configured to coat the modified surface of the textile element with metal particles by electroless plating of metal.

好ましくは、前記金属粒子が、銅及びニッケルの粒子の少なくとも一方を含むことができる。 Preferably, the metal particles may include at least one of copper and nickel particles.

好ましくは、前記テキスタイル要素が、布へと形成するように構成される糸及び繊維の少なくとも一方を含むことができる。 Preferably, the textile element may include at least one of yarns and fibers configured to form into a fabric.

好ましくは、前記テキスタイル要素が、ポリエステル、ナイロン、綿及び絹の糸又は繊維の少なくとも1つを含むことができる。 Preferably, the textile element may comprise at least one of polyester, nylon, cotton and silk threads or fibers.

更に広範な形態において、本発明は、本発明の第1の広範な形態の方法の工程により製造される導電性テキスタイル要素を提供する。 In a more broad form, the present invention provides a conductive textile element made by the steps of the method of the first broad form of the present invention.

更に広範な形態において、本発明は、本発明の第1の広範な形態の方法の工程により製造される少なくとも1つのテキスタイル要素から形成される布を提供する。 In a more broad form, the invention provides a fabric formed from at least one textile element produced by the steps of the method of the first broad form of the invention.

本発明は、添付図面に関連して記載する、好ましいが限定しない本発明の実施形態の以下の詳細な説明から、より十分に理解されるであろう。 The present invention will be more fully understood from the following detailed description of preferred, but non-limiting embodiments of the invention, described in connection with the accompanying drawings.

本発明の実施形態に従って、in−situフリーラジカル重合による伝導性綿糸を作製する方法の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a method of making conductive cotton yarn by in-situ free radical polymerization according to an embodiment of the present invention. 図1に示される方法に従って製作される、例示的な銅で被覆された綿糸を示す図である。FIG. 2 illustrates an exemplary copper-coated cotton thread made according to the method shown in FIG. 1. 本発明の実施形態に従って形成される、初期状態の綿糸、シラン変性された綿、及びPMANa変性された綿糸のフーリエ変換赤外分光分析(FTIR)スペクトルデータの図である。FIG. 4 is a Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) spectral data of pristine cotton yarn, silane modified cotton, and PMANAn modified cotton yarn formed in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従って作製されるPMANa変性された綿のEDXスペクトルの図である。FIG. 6 is an EDX spectrum of PMANA-modified cotton made according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態による、(A)初期状態の綿;(B)シラン変性された綿;(C)PMANaで被覆された綿;(D〜F)銅で被覆された綿を含む種々の改質を伴う綿繊維の表面モルフォロジを表すSEM画像である。Various modifications including (A) pristine cotton; (B) silane-modified cotton; (C) PMANa-coated cotton; (DF) copper-coated cotton, according to embodiments of the present invention. 6 is a SEM image showing the surface morphology of cotton fibers with quality. (A)合成した状態の(as-synthesized)銅で被覆された綿糸の線形抵抗、及び(B)本発明の実施形態に従って作製される綿糸の引張強度を表すデータを示す図である。FIG. 3 shows data representing (A) linear resistance of as-synthesized copper-coated cotton yarns, and (B) tensile strength of cotton yarns made in accordance with embodiments of the present invention. 本発明の実施形態に従って作製される、銅で被覆された糸から形成される織布の製作に関する工程段階を示す図である。FIG. 5 shows process steps involved in making a woven fabric formed from copper-coated yarns made in accordance with embodiments of the present invention. 本発明の実施形態に従って作製される、銅で被覆された糸から織られた布のシート抵抗データを示す図である。FIG. 6 shows sheet resistance data for fabrics woven from copper-coated yarns made in accordance with embodiments of the present invention. 種々の洗浄回数の下で洗浄した布から解いた綿糸のSEM画像であり、該綿糸は本発明の実施形態に従って作製されたものである。6 is an SEM image of cotton yarn unraveled from a cloth washed under various numbers of washes, the cotton yarn being made according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従って作製される、PMANaを補ってニッケルで被覆された綿布(PMANa-assisted nickel-coated cotton fabric)を示す図である。FIG. 3 shows a PMANa-assisted nickel-coated cotton fabric made according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従って形成される、例示的なPAANaを補って銅で被覆された糸(PAANa-assisted copper-coated yarn)を示す図である。FIG. 6 illustrates an exemplary PAANa-assisted copper-coated yarn formed in accordance with an embodiment of the invention. 本発明の実施形態に従って形成される、例示的なPAANaを補ってニッケルで被覆された絹糸(PAANa-assisted nickel-coated silk yarn)を示す図である。FIG. 3 illustrates an exemplary PAANa-assisted nickel-coated silk yarn formed in accordance with an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に従って作製される、PAANaを補って銅で被覆されたナイロン糸(PAANa-assisted copper-coated nylon yarn)を示す図である。FIG. 1 shows a PAANa-assisted copper-coated nylon yarn made in accordance with an embodiment of the present invention and supplemented with PAANa. 本発明の実施形態に従って作製される、PAANaを補って銅で被覆されたナイロン糸(PAANa-assisted copper-coated nylon yarn)から形成したポリエステル布を示す図である。FIG. 1 shows a polyester fabric formed from PAANa-assisted copper-coated nylon yarn, made in accordance with an embodiment of the present invention, which is PAANa-supplemented copper-coated nylon yarn.

ここで、図1〜図12Bを参照して本発明の例示的な実施形態を説明する。 Exemplary embodiments of the present invention will now be described with reference to Figures 1-12B.

まず図1を参照すると、PMANa高分子電解質を、綿糸等のテキスタイル基材上に作製する手順が概略的に示されている。本実施形態は、ポリ(メタクリル酸ナトリウム塩)(PMANa)で被覆された綿糸を作製する例として、綿糸上で実施し得るin−situフリーラジカル重合法を含むものである。
続いて、商業規模の生産に適切な品質の導電性綿糸を得るために、その後のイオン交換、イオンの還元、及びPMANaで被覆された綿糸上への金属粒子の無電解めっきを実施してもよい。本実施形態は、テキスタイル基材上におけるPAANa高分子電解質の作製にも適用可能とし得ることに留意されたい。
Referring first to FIG. 1, there is schematically shown a procedure for making a PMANa polyelectrolyte on a textile substrate such as cotton thread. The present embodiment includes an in-situ free radical polymerization method that can be carried out on a cotton yarn as an example of producing a cotton yarn coated with poly(sodium methacrylic acid salt) (PMANA).
Subsequent ion exchange, ion reduction, and electroless plating of metal particles onto the PMANA-coated cotton yarn are then carried out in order to obtain a conductive cotton yarn of suitable quality for commercial scale production. Good. Note that this embodiment may also be applicable to the preparation of PAAAn polyelectrolytes on textile substrates.

本プロセスを実施する上で、綿糸を初めに、5%〜20%(v/v)のC=C結合を有するシラン溶液におよそ30分間浸漬させることにより、セルロースのヒドロキシル基を、シラン分子と適切に反応させる。
綿糸をその後、純粋な(fresh)脱イオン(DI)水で十分に濯ぐことにより、過剰に物理吸着したシラン及び副生成物分子がいずれも除去される。シラン処理のこの工程は、図1における100によって表される。
In carrying out this process, cotton yarns are first exposed to 5% to 20% (v/v) silane solution with C=C bonds for approximately 30 minutes to convert the hydroxyl groups of the cellulose into silane molecules. React appropriately.
The cotton thread is then rinsed thoroughly with fresh deionized (DI) water to remove any excess physisorbed silane and by-product molecules. This step of silane treatment is represented by 100 in FIG.

濯いだ綿糸をその後、100℃〜120℃の炉におよそ15分間〜30分間入れ、縮合反応を完了させる。続いて、シラン変性された綿糸を、3g〜7gのMANa粉末と35mg〜75mgのKとを含むおよそ50mLの水溶液に浸漬させる(同様に、PAANa高分子電解質についてはAANa粉末を使用することができる)。
綿糸を入れた溶液混合物全体を、フリーラジカル重合を行うために、炉内において60℃〜80℃で0.5時間〜1時間加熱する。フリーラジカル重合プロセスでは、シランの二重結合がフリーラジカルによって開裂することで、PMANa高分子電解質の成長が綿繊維表面上にもたらされ得る。フリーラジカル重合のこの工程は、図1における110によって表される。
The rinsed cotton yarn is then placed in a 100° C. to 120° C. oven for approximately 15 minutes to 30 minutes to complete the condensation reaction. Subsequently, the silane-modified cotton, is immersed in an aqueous solution of approximately 50mL and a K 2 S 2 O 8 in MANa powder and 35mg~75mg of 3G~7g (Similarly, the AANa powder for PAANa polyelectrolyte Can be used).
The entire solution mixture containing the cotton thread is heated in an oven at 60°C to 80°C for 0.5 hours to 1 hour in order to carry out free radical polymerization. In the free radical polymerization process, the double bonds of the silane can be cleaved by free radicals, resulting in the growth of PMANa polyelectrolytes on the cotton fiber surface. This step of free radical polymerization is represented by 110 in FIG.

その後、PMANaで被覆された綿糸を、39g/Lの硫酸銅(II)五水和物溶液に0.5時間〜1時間浸漬させる。ここで、Cu2+イオンが、イオン交換によりポリマー上に固定される。続いて0.1M〜1.0Mの水素化ホウ素ナトリウム溶液中において還元を行うと、Cu2+が、その後のCuの無電解めっきにおけるCuの成長に関する核形成部として作用するCu粒子へと還元されると考えられる。イオン交換及び還元のこの工程は、図1における120により表される。 Then, the cotton yarn coated with PMANA is dipped in a 39 g/L copper(II) sulfate pentahydrate solution for 0.5 hours to 1 hour. Here, Cu 2+ ions are fixed on the polymer by ion exchange. Subsequent reduction in 0.1 M to 1.0 M sodium borohydride solution reduces Cu 2+ to Cu particles that act as nucleation sites for Cu growth in subsequent Cu electroless plating. It is thought to be. This step of ion exchange and reduction is represented by 120 in FIG.

水素化ホウ素ナトリウム溶液中における還元後のポリマーで被覆された綿を、水に溶解させた12g/Lの水酸化ナトリウムと、13g/Lの硫酸銅(II)五水和物と、29g/Lの酒石酸ナトリウムカリウムと、9.5mL/Lのホルムアルデヒドとからなる、銅の無電解めっき浴に60分間〜180分間浸漬させる。合成した状態のCuで被覆された糸を、脱イオン(DI)水で濯ぎ、風乾させる。
金属の無電解めっきを実施する工程は、図1における130によって表され、この第1の実施形態の方法の工程に従って作製される、例示的なCuで被覆された綿糸は、図2における200によって表される。
12 g/L sodium hydroxide, 13 g/L copper(II) sulphate pentahydrate dissolved in water, polymer-coated cotton after reduction in sodium borohydride solution, 29 g/L It is immersed for 60 minutes to 180 minutes in a copper electroless plating bath consisting of sodium potassium tartrate and 9.5 mL/L of formaldehyde. The as-synthesized Cu-coated yarn is rinsed with deionized (DI) water and air dried.
The step of performing electroless plating of metal is represented by 130 in FIG. 1, and an exemplary Cu-coated cotton thread made according to the steps of the method of this first embodiment is represented by 200 in FIG. expressed.

シラン変性された綿及びPMANaがグラフトした綿は、フーリエ変換赤外分光分析(FTIR)により特性決定することができる。図3に示されるように、1602cm−1及び1410cm−1に位置する付加的なピークの存在が、シラン分子のC=C結合を表す。769cm−1に位置する別の特徴的なピークは、Si−O−Siの対称伸縮に帰属するものであり、これにより、綿繊維表面上でシラン分子が互いに架橋できていることが示される。
PMANa変性された綿のサンプルでは、カルボン酸塩の逆対称伸縮振動を表す1549cm−1に位置する新たなピークが、PMANaのグラフトを裏づけるものである。1455cm−1及び1411cm−1に位置する他のピークはともに、PMANaによるカルボン酸塩の対称伸縮振動に帰属するものである。
Silane modified cotton and PMANa grafted cotton can be characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). As shown in FIG. 3, the presence of additional peaks located at 1602 cm −1 and 1410 cm −1 represents the C═C bond of the silane molecule. Another characteristic peak located at 769 cm −1 is attributed to the symmetrical stretching of Si—O—Si, which indicates that the silane molecules can cross-link each other on the cotton fiber surface.
In the PMANA-modified cotton sample, a new peak located at 1549 cm −1 , which represents the antisymmetric stretching vibration of the carboxylate, confirms the PMANA-graft. The other peaks located at 1455 cm −1 and 1411 cm −1 both belong to the symmetrical stretching vibration of the carboxylate by PMANA.

PMANaがグラフトした綿は、エネルギー分散型X線分析(EDX)によっても特性決定することができる。MANaの重合により、PMANaの存在を示すナトリウム元素を有する綿サンプルが残ることが図4に示される。図5の走査型電子顕微鏡(SEM)画像を更に参照すると、シラン処理された綿繊維表面と未加工の綿繊維表面との表面上のモルフォロジの間に明白な違いがないことは、目に見えて明らかであると言える。
しかしながら、シラン処理された綿繊維表面上におけるPMANaの重合後に、被覆層が綿繊維表面上を覆うことは注目に値するものである。図5のD〜Fは、銅金属粒子が、亀裂の兆候を何も伴うことなく比較的均一に堆積していることを示すものである。
PMANA-grafted cotton can also be characterized by energy dispersive X-ray analysis (EDX). It is shown in FIG. 4 that the polymerization of MANa leaves a cotton sample with elemental sodium indicating the presence of PMANA. With further reference to the scanning electron microscopy (SEM) image of FIG. 5, it can be seen that there is no apparent difference between the morphology on the surface of the silanized cotton fiber surface and the untreated cotton fiber surface. Can be said to be clear.
However, it is noteworthy that the coating layer covers the cotton fiber surface after polymerization of PMANA on the silane-treated cotton fiber surface. 5D-F show that the copper metal particles are deposited relatively uniformly without any sign of cracking.

銅で被覆された綿糸の伝導性は、二探触子電気的検査法によって特性決定することができる。この点について、製造時において銅で被覆された糸の線形抵抗は、図6Aに示されるように約1.4Ω/cmであることが見てとれ、また図6Bに示されるように、引張特性が未処理の綿糸と比較して優れており、引張伸び(+33.6%)及び最大荷重(+27.3%)がともに増大する。引張伸び及び最大荷重の増大は、銅層による綿糸の強度の増強に起因することが認められる。 The conductivity of copper coated cotton yarns can be characterized by two-probe electrical inspection. In this regard, the linear resistance of the as-manufactured copper clad yarn was found to be about 1.4 Ω/cm as shown in FIG. 6A and as shown in FIG. 6B. Is superior to untreated cotton yarn, and both tensile elongation (+33.6%) and maximum load (+27.3%) are increased. It is observed that the increase in tensile elongation and maximum load is due to the increased strength of the cotton yarn due to the copper layer.

綿糸表面上における銅の付着及び洗浄耐久性を更に試験するために、まず、銅で被覆された綿糸を織って布にする。図7Aに示される合成した状態の銅で被覆された綿糸を初めに、図7Bに示されるように、工業用の糸ワインダーを用いてコーンに巻きつける。その後、コーンを、図7Cに示されるCCI織機に移すことにより、銅で被覆された糸を織って布にする。
織り上げ設定では、銅で被覆された綿糸が、布のよこ糸を形成するように構成されるのに対し、布のたて糸は、最初に織機に実装しておいた図7Dの差込み画像に示されるような未処理の綿糸によって形成される。本織り上げプロセスには問題も欠点も見られない。
織った後、布を5cm×15cmの切片に切断し、図7Dに示されるように四辺をかがり縫いし、続いて、以下の洗浄条件下における、試験規格AATCC試験法61−試験番号2A:(家庭及び商業)洗濯に対する色堅牢度:(機械洗浄)促進型(図7E)に従って一連の洗浄サイクルを施す。
To further test the copper adhesion and wash durability on the cotton yarn surface, the copper-coated cotton yarn is first woven into a fabric. The as-synthesized copper-coated cotton yarn shown in FIG. 7A is first wrapped around a cone using an industrial yarn winder as shown in FIG. 7B. The cone is then transferred to the CCI loom shown in FIG. 7C to weave the copper coated yarn into a fabric.
In the weave setting, the copper-coated cotton yarns are configured to form the weft yarns of the fabric, while the warp yarns of the fabric are as shown in the inset image of Figure 7D, which was originally mounted on the loom. Formed by untreated cotton yarn. The main weaving process has no problems or drawbacks.
After weaving, the fabric was cut into 5 cm x 15 cm sections and sewn on all sides as shown in Figure 7D, followed by test standard AATCC Test Method 61-Test No. 2A under the following wash conditions: ( Color fastness to home and commercial) laundry: A series of wash cycles according to (machine wash) accelerated (FIG. 7E).

試験規格によれば、1回の洗浄サイクルが、およそ5回の商用機による洗濯サイクルに等しいことに留意されたい。合計で6回の洗浄サイクルを行うので、それに応じてこれは、およそ30回の商用機による洗濯サイクルに相当すると考えられる。
洗浄した布の電気抵抗の変化は、四探針法を用いて評価することができるため、本実施形態に従って作製される布のシート抵抗は、図8に示されるように、0.9±0.2オーム/sq(未洗浄)、及びおよそ20回の商用機による洗濯サイクルに等しい4回の洗浄後には73.8±13.4オーム/sqとなると測定される。
Note that according to test standards, one wash cycle equals approximately five commercial machine wash cycles. A total of 6 wash cycles are performed, and accordingly this is considered to correspond to approximately 30 commercial machine wash cycles.
Since the change in the electric resistance of the washed cloth can be evaluated by using the four-point probe method, the sheet resistance of the cloth manufactured according to this embodiment is 0.9±0 as shown in FIG. .2 ohms/sq (unwashed) and 73.8±13.4 ohms/sq after 4 washes, which is approximately equal to 20 commercial machine wash cycles.

洗浄した銅で被覆された綿糸の表面モルフォロジは、布から解かれた洗浄した銅で被覆された綿糸の特徴を定めるものであり、SEMにより試験することができる。図9のSEM画像に示されるように、銅金属粒子が綿繊維の表面上に保持されることが目に見えて明らかである。シート抵抗の増大に関する1つの認識される理由は、繰り返される洗浄サイクルにより生じた綿繊維の緩んだ構造によるものである。 The surface morphology of the washed copper-coated cotton yarn characterizes the washed copper-coated cotton yarn unraveled from the fabric and can be tested by SEM. As shown in the SEM image of Figure 9, it is visibly apparent that the copper metal particles are retained on the surface of the cotton fibers. One recognized reason for the increased sheet resistance is due to the loose structure of the cotton fibers created by repeated washing cycles.

作製した布に標準的な洗浄サイクルを適用する間、ランドリー機械の強烈な摩擦力及び伸縮力のシミュレーションを探求する上で、50個のスチールボールを洗浄槽(washing canisters)に加えることにも留意する。布上におけるスチールボールの摩擦は、繊維構造に大きな影響を及ぼす。
銅で被覆された綿繊維は、きつく締まった状態に保たれなくなることから、互いの接触が失われ、その結果、電子の移動に利用可能な伝導性経路が減少することとなる。したがって、洗浄サイクルを繰り返すと、シート抵抗が増大するにもかかわらず、図9におけるSEM画像は、綿繊維表面上における銅金属粒子の比較的強力な付着を裏づけている。
Also note the addition of 50 steel balls to the washing canisters in order to explore the simulation of the strong friction and stretching forces of the laundry machine while applying the standard washing cycle to the fabrics made. To do. The friction of the steel balls on the fabric has a great effect on the fiber structure.
The copper-coated cotton fibers no longer stay tight and lose contact with each other, resulting in a reduction of the conductive pathways available for electron transfer. Therefore, the SEM image in FIG. 9 confirms the relatively strong adhesion of the copper metal particles on the cotton fiber surface, despite increasing sheet resistance with repeated wash cycles.

本発明の代替的な実施形態では、綿繊維を銅粒子で被覆するのではなく、代わりにニッケル金属粒子をテキスタイル表面上に上記と同じアプローチを用いて無電解めっきさせてもよい。同じ実験手順及び試験を行ってもよいが、利用し得るニッケルの供給源は、イオン交換法における120g/Lの硫酸ニッケル(II)溶液とする。
続いて、水に溶解させた40g/Lの硫酸ニッケル六水和物と、20g/Lのクエン酸ナトリウムと、10g/Lの乳酸と、1g/Lのジメチルアミンボラン(DMAB)とからなる、ニッケルの無電解めっき浴を60分間〜180分間利用する。得られるニッケルで被覆された綿布のシート抵抗は、図8に示されるように、銅で被覆された繊維糸のものと極めてよく似た結果を示すことがわかる。
図10を参照すると、例示的なニッケルで被覆された綿布が、ニッケル金属の高い均一性を示す300によって表され、このバルク抵抗は3.2Ωと測定される。
In an alternative embodiment of the invention, instead of coating the cotton fibers with copper particles, nickel metal particles may instead be electrolessly plated onto the textile surface using the same approach as above. The same experimental procedure and tests may be carried out, but the source of nickel available is a 120 g/L solution of nickel(II) sulphate in the ion exchange method.
Subsequently, it consists of 40 g/L nickel sulfate hexahydrate dissolved in water, 20 g/L sodium citrate, 10 g/L lactic acid, and 1 g/L dimethylamine borane (DMAB). A nickel electroless plating bath is used for 60 minutes to 180 minutes. It can be seen that the sheet resistance of the resulting nickel-coated cotton fabric shows results very similar to those of the copper-coated fiber yarn, as shown in FIG.
Referring to FIG. 10, an exemplary nickel-coated cotton cloth is represented by 300, which exhibits high nickel metal uniformity, and its bulk resistance is measured to be 3.2Ω.

本発明の他の実施形態は、綿以外の基材の使用を含むものであってもよく、また、様々なテキスタイル材料、例えば、絹、ナイロン及びポリエステルにも適切に適用し得ることが理解されよう。
これに関して、本発明の実施形態に従って作製される、例示的なPAANaを補って銅で被覆された糸(PAANa-assisted copper-coated yarn)は、図11Aにおける400によって表され、本発明の実施形態に従って作製される、例示的なPAANaを補ってニッケルで被覆された絹糸(PAANa-assisted nickel-coated silk yarn)は、図11Bにおける500によって表され、本発明の実施形態に従って作製される、例示的なPAANaを補って銅で被覆されたナイロン糸(PAANa-assisted copper-coated nylon yarn)は、図12Aにおける600によって表され、本発明の実施形態に従って作製される、例示的なPAANaを補って銅で被覆されたナイロン糸(PAANa-assisted copper-coated nylon yarn)から形成されるポリエステル布は、図12Bにおける700によって表される。
It is understood that other embodiments of the invention may include the use of substrates other than cotton and may also be suitable applied to various textile materials such as silk, nylon and polyester. See.
In this regard, an exemplary PAANa-assisted copper-coated yarn made according to embodiments of the present invention (PAANa-assisted copper-coated yarn) is represented by 400 in FIG. An exemplary PAANa-assisted nickel-coated silk yarn made according to the invention is represented by 500 in FIG. 11B and made according to an embodiment of the invention. A PAANa-assisted copper-coated nylon yarn is represented by 600 in FIG. 12A and is made in accordance with an embodiment of the present invention. The polyester fabric formed from PAANa-assisted copper-coated nylon yarn is represented by 700 in FIG. 12B.

本発明の幅広い形態である先の概要から、好都合なことに、テキスタイル/布に組み込むのに適切な可撓性、ウェアラブル性、耐久性及び/又は洗浄可能性を示し得る導電性テキスタイル要素を製造し得ることを含む様々な利点が提供され得ることが理解されよう。
なお、このような高性能導電性テキスタイル要素(繊維、糸及び布)は、比較的低コストの技術を利用して、費用対効果良く大規模で製造することができる。該製造は、in−situフリーラジカル重合の化学反応により、負に帯電した高分子電解質、例えばPMANa又はPAANaをテキスタイル基材上で成長させ、これにより好都合なことに、無電解めっきされた金属と、テキスタイル要素及び基材とを架橋する改善された負に帯電した高分子電解質層がもたらされ得ることに基づくものである。
特に、テキスタイル基材への伝導性金属の付着は、負に帯電した高分子電解質PMANa又はPAANaの層のこのような表面改質により大きく改善させることができる。ここで、かかる伝導性テキスタイルの電気的性能は、摩擦、伸縮及び洗浄の繰返しサイクルを受けても、より高い信頼性、頑強性及び耐久性を示し得る。また、負に帯電した高分子電解質を調製するのに使用されるin−situフリーラジカル重合法は、強い化学薬品を一切用いることなく周囲条件及び水性条件下で実施することができる。
From the above summary, which is a broad form of the invention, advantageously manufacture conductive textile elements that may exhibit suitable flexibility, wearability, durability and/or washability for incorporation into textiles/fabrics. It will be appreciated that various advantages may be provided, including what can be done.
It should be noted that such high performance conductive textile elements (fibers, threads and fabrics) can be manufactured cost-effectively and on a large scale, using relatively low cost techniques. The preparation involves growing a negatively charged polyelectrolyte, such as PMANA or PAANAa, on a textile substrate by a chemical reaction of in-situ free radical polymerization, which advantageously produces an electroless plated metal. , Which can result in an improved negatively charged polyelectrolyte layer that crosslinks with textile elements and substrates.
In particular, the deposition of conductive metals on textile substrates can be greatly improved by such surface modification of the layer of negatively charged polyelectrolyte PMANA or PAANa. Here, the electrical performance of such conductive textiles may be more reliable, robust and durable, even after repeated cycles of rubbing, stretching and washing. Also, the in-situ free radical polymerization method used to prepare negatively charged polyelectrolytes can be carried out under ambient and aqueous conditions without the use of any strong chemicals.

当業者は、本明細書に記載した発明が、本発明の範囲から逸脱することなく、具体的に記載したもの以外の変形及び変更が可能であることを理解するであろう。当業者に明らかとなるこうした全ての変形及び変更は、広範に上述したように本発明の趣旨及び範囲内にあるものとみなされるべきである。
本発明は、全てのこうした変形及び変更を含むように理解されるべきである。本発明はまた、本明細書において個々に又はまとめて言及するか又は示した工程及び特徴の全てと、上記工程又は特徴のうちの任意の2つ以上のありとあらゆる組合せとを含む。
Those skilled in the art will appreciate that the invention described herein can be modified and altered other than as specifically described without departing from the scope of the invention. All such variations and modifications apparent to those skilled in the art are to be considered within the spirit and scope of the invention, as broadly described above.
The present invention should be understood to include all such variations and modifications. The invention also includes all of the steps and features mentioned or shown individually or collectively herein and in any and all combinations of two or more of the above steps or features.

本明細書におけるいかなる従来技術に対する言及も、その従来技術が共通の一般知識の一部を形成するということを認めるものであるか、又はいかなる形態で示唆するものでもなく、かつそのように解釈されるべきではない。 Any reference in this specification to any prior art is not an admission that it is forming part of the common general knowledge, or is in any way implied, and is to be construed as such. Should not be.

Claims (14)

導電性テキスタイルを製造する方法であって、
(i)テキスタイルの表面をシラン処理し、シラン処理された表面を提供する工程と、
(iin−situフリーラジカル重合によって、前記シラン処理された表面上で、負に帯電した高分子電解質をグラフトする工程と、
(iii)イオン交換によって、前記高分子電解質に、金属イオンを添加する工程と、
(iv)前記金属イオンを還元し、元素金属とする工程と、
)前記テキスタイルを金属粒子で被覆する工程と、
を含む、導電性テキスタイルを製造する方法。
A method of manufacturing a conductive textile , comprising:
(I) silanizing the surface of the textile to provide a silanized surface;
By (i i) in-situ free radical polymerization, on the silane treated surface, the step of grafting a negatively charged polyelectrolyte,
(Iii) adding metal ions to the polymer electrolyte by ion exchange,
(Iv) a step of reducing the metal ions to form an elemental metal;
( V ) coating the textile with metal particles,
A method of making a conductive textile , comprising:
前記負に帯電した高分子電解質が、ポリ(メタクリル酸ナトリウム塩)及びポリ(アクリル酸ナトリウム塩)の少なくとも一方を含む、請求項に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the negatively charged polyelectrolyte comprises at least one of poly(methacrylic acid sodium salt) and poly(acrylic acid sodium salt). 前記工程()が、金属の無電解めっきによって、前記テキスタイルを金属粒子で被覆することを含む、請求項1又は2に記載の方法。 3. The method of claim 1 or 2 , wherein step ( v ) comprises coating the textile with metal particles by electroless plating of metal. 前記金属粒子が、銅及びニッケルの粒子の少なくとも一方を含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。 Wherein the metal particles comprise at least one of copper and nickel particles A method according to any one of claims 1-3. 前記テキスタイルが、布へと形成するように構成される糸及び繊維の少なくとも一方を含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。 The method of any one of claims 1 to 5 , wherein the textile comprises at least one of yarns and fibers configured to form into a fabric. 前記テキスタイルが、ポリエステル、ナイロン、綿及び絹の糸又は繊維の少なくとも1つを含む、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。 The textile, polyester, nylon, including cotton and at least one of silk threads or fibers, the method according to any one of claims 1-5. 導電性テキスタイルを製造する装置であって、
テキスタイルの表面をシラン処理し、シラン処理された表面を提供する装置と、
in−situフリーラジカル重合によって、前記シラン処理された表面上で、負に帯電した高分子電解質をグラフトする装置と、
イオン交換によって、前記高分子電解質に、金属イオンを添加する装置と、
前記金属イオンを還元し、元素金属とする装置と、
前記テキスタイルを金属粒子で被覆する装置と、
を備える、導電性テキスタイルを製造する装置。
A device for manufacturing conductive textiles , comprising:
An apparatus for silanizing the surface of the textile and providing a silanized surface,
a device for grafting a negatively charged polyelectrolyte onto the silanized surface by in-situ free radical polymerization ;
A device for adding metal ions to the polymer electrolyte by ion exchange,
A device for reducing the metal ions to form an elemental metal,
A device for coating the textile with metal particles,
An apparatus for manufacturing a conductive textile, comprising:
前記負に帯電した高分子電解質が、ポリ(メタクリル酸ナトリウム塩)及びポリ(アクリル酸ナトリウム塩)の少なくとも一方を含む、請求項に記載の装置。 8. The device of claim 7 , wherein the negatively charged polyelectrolyte comprises at least one of poly(methacrylic acid sodium salt) and poly(acrylic acid sodium salt). 前記被覆装置が、金属の無電解めっきによって、前記テキスタイルを金属粒子で被覆するように構成される、請求項7又は8に記載の装置。 9. A device according to claim 7 or 8 , wherein the coating device is arranged to coat the textile with metal particles by electroless plating of metal. 前記金属粒子が、銅及びニッケルの粒子の少なくとも一方を含む、請求項のいずれか一項に記載の装置。 Wherein the metal particles comprise at least one of copper and nickel particles, apparatus according to any one of claims 7-9. 前記テキスタイルが、布へと形成するように構成される糸及び繊維の少なくとも一方を含む、請求項10のいずれか一項に記載の装置。 The device according to any one of claims 8 to 10 , wherein the textile comprises at least one of yarns and fibers adapted to be formed into a fabric. 前記テキスタイルが、ポリエステル、ナイロン、綿及び絹の糸又は繊維の少なくとも1つを含む、請求項11のいずれか一項に記載の装置。 The Te key style, polyester, nylon, comprising at least one of cotton and silk threads or fibers, according to any of claims 7-11. 請求項1〜のいずれか一項に記載の方法の工程により製造される導電性テキスタイルConductive textile produced by the process of the method according to any one of claims 1-6. 請求項1〜のいずれか一項に記載の方法の工程により製造される少なくとも1つのテキスタイルから形成される布。 Fabric formed from at least one textile produced by the process of the method according to any one of claims 1-6.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK3386916T3 (en) * 2016-07-27 2021-06-21 Epro Development Ltd IMPROVEMENTS IN THE PRODUCTION OF SILICON NANOPARTICLES AND THEIR USES
KR101863276B1 (en) * 2017-01-12 2018-05-31 한국과학기술연구원 Method and Apparatus For Repairing Compsoite Material Using Solvation Process
TWI671453B (en) 2018-09-14 2019-09-11 安炬科技股份有限公司 Method for manufacturing graphene conductive fabric
KR102620871B1 (en) 2020-12-10 2024-01-04 인하대학교 산학협력단 Method and apparatus for enhancing text classification data using translation-based text data transformation and deep learning correction
CN114277474A (en) * 2021-12-23 2022-04-05 江南大学 Method for coating surface of yarn

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA990679A (en) * 1971-11-22 1976-06-08 Veb Textilkombinat Cottbus Electroplating organic polymer film carrying grafted metal salt
US3801478A (en) * 1972-01-27 1974-04-02 Cottbus Textilkombinat Process of metallizing polymeric materials
DE3301669A1 (en) * 1983-01-20 1984-07-26 Bayer Ag, 5090 Leverkusen LIGHTNING COMPOSITE MATERIAL
JPH04160164A (en) * 1990-01-08 1992-06-03 Mitsui Petrochem Ind Ltd Alpha-olefinic polymer molding plated with metal and its production
US7468332B2 (en) * 2005-09-02 2008-12-23 Jamshid Avloni Electroconductive woven and non-woven fabric
WO2008133672A2 (en) * 2006-12-22 2008-11-06 Drexel University Nanowires and coatings of self-assembled nanoparticles
CH699118A1 (en) * 2008-07-15 2010-01-15 Tex A Tec Ag Multifunctional, responsive functional layers on solid surfaces and processes for producing them.
CN102121194B (en) * 2010-01-11 2013-08-14 香港理工大学 Conductive fabric manufacturing method and fabric manufactured by same
CN102995395B (en) * 2011-09-15 2014-12-17 香港理工大学 Conductive textile and its making method
GB201303284D0 (en) * 2013-02-25 2013-04-10 Sec Dep For Business Innovation And Skills The Conductive fabric
KR101574307B1 (en) * 2013-04-04 2015-12-21 제일모직주식회사 Method for Carbon Nanofiber Complex Having Excellent EMI Shielding Property
JP2016160480A (en) * 2015-02-28 2016-09-05 住江織物株式会社 Plated fiber and method for manufacturing the same

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