一種玄武巖纖維無(wú)鈀活化化學(xué)鍍銅方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于玄武巖纖維的功能涂覆領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種玄武巖纖維無(wú)鈀 活化化學(xué)鍍銅的方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 玄武巖纖維作為一種高性能纖維，由于具有玄武巖纖維具有良好的力學(xué)性能如較 高抗拉強(qiáng)度和彈性模量，同時(shí)還有優(yōu)良的物理化性能，如良好的粘合性、耐熱性、不燃性及 抗腐蝕性等，且玄武巖纖維制備無(wú)污染，降解后為土壤母質(zhì)優(yōu)異特性，被廣泛應(yīng)用于航空航 天、建筑、化工、醫(yī)學(xué)、電子、農(nóng)業(yè)等軍工和民用領(lǐng)域。由于玄武巖纖維不導(dǎo)電、對(duì)電磁波無(wú)防 護(hù)能力，使其應(yīng)用受到一定限制。若能在其表面上鍍一層金屬，改善其表面性能，將拓寬 其在電子領(lǐng)域應(yīng)用，可作為導(dǎo)電材料和電磁屏蔽材料。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)紡織面料表面金屬 化處理的方法有真空沉積法、磁控濺射法、電鍍及化學(xué)鍍法等。其中化學(xué)鍍工藝由于其所需 設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、且所獲得的鍍層與基體結(jié)合力好，適用于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用 于非金屬材料表面金屬化處理?？椢镥兏步饘僦饕墟?、銅、銀及其復(fù)合鍍層。銅由于具有 良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、延展性，且價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。
[0004] 化學(xué)鍍的必要條件是待鍍基材表面具有催化活性，由于紡織纖維本身是惰性材 料，鍍前需要進(jìn)行活化預(yù)處理，使其表面吸附上一層可引發(fā)化學(xué)鍍的催化劑，通常采用貴金 屬鈀作為活化劑，該方法雖可獲得金屬鍍層，但所需原料成本高。本發(fā)明目的是采用無(wú)鈀活 化化學(xué)鍍銅獲得導(dǎo)電玄武巖纖維。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供化學(xué)鍍銅工藝條件使銅鍍覆到玄武巖纖維表面 的方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，能夠在玄武巖纖維表面形成均勻的導(dǎo)電功能鍍層，同時(shí) 保持玄武巖纖維的舒適性。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案：首先對(duì)玄武巖纖維表面進(jìn)行前處理，利用有機(jī)溶劑除去玄武 巖纖維表面的雜質(zhì)，再采用氫氧化鈉對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行刻蝕，然后采用硫酸銅-硼氫化鈉 溶液進(jìn)行活化，最后對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行化學(xué)鍍銅，其特點(diǎn)在于在玄武巖纖維上，通過(guò)化學(xué)鍍 方法在玄武巖纖維上形成銅鍍層。
[0008] 本發(fā)明提供一種玄武巖纖維無(wú)鈀活化化學(xué)鍍銅方法，其原料包括硫酸銅、乙二胺 四乙酸二鈉、亞鐵氰化鉀、乙醛酸、氫氧化鈉、乙醇、丙酮和玄武巖纖維織物。
[0009] 所述活化劑為硫酸銅-硼氫化鈉、氯化銅-硼氫化鈉、硫酸鎳-硼氫化鈉、氯化 銅-硼氫化鈉、硝酸銀、氯化鈀中的至少一種。
[0010] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種玄武巖纖維無(wú)鈀活化化學(xué)鍍銅 方法，其特征在于，包括以下步驟： SI:將玄武巖纖維依次用無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水清洗，然后在70°C-90°c溫度下干 燥l_3h，以除去多余的水分。
[0011] S2:將所述玄武巖纖維用5-30g/l的硫酸銅溶液室溫活化處理3-60min，取出 將其放入2-30g/l硼氫化鈉溶液中室溫處理l-60min后，取出備用，在室溫-90°C干燥 0. 5~3h〇
[0012] S3:對(duì)活化后的玄武巖纖維進(jìn)行化學(xué)鍍銅，將金屬銅鍍到玄武巖纖維表面，用去 離子水清洗，在50-90°C下烘干。
[0013] 優(yōu)選的，步驟S1中所述有機(jī)溶劑為丙酮和乙醇，其體積比為1~3 :1，超聲處理 30-180min〇
[0014] 所述S1后可對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行10-80g/l氫氧化鈉刻蝕前處理，刻蝕溫度：室 溫-80°C，刻蝕時(shí)間：30-180min，用去離子水清洗。
[0015] 優(yōu)選的，步驟S3中，根據(jù)本發(fā)明所述的導(dǎo)電玄武巖纖維的制備方法中，化學(xué)鍍工 藝條件為：11-23 §/1硫酸銅，1〇-4(^/1乙二胺四乙酸二鈉，6-2以/1乙醛酸，〇-3.〇1111亞鐵 氰化鉀（0. 1-0. 5g/1)，pH為10. 5-12. 5,溫度為55-80°C。在上述參數(shù)條件下，化學(xué)鍍時(shí)間 為：10_60min。
[0016] 實(shí)施本發(fā)明的無(wú)鈀活化化學(xué)鍍銅法制備導(dǎo)電玄武巖纖維的方法，具有以下有益效 果：本發(fā)明采用化學(xué)鍍技術(shù)，具有生產(chǎn)效率高、成本低、工藝簡(jiǎn)便、涂層結(jié)合力好、重復(fù)性好、 易于批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，而且獲得的化學(xué)鍍銅玄武巖纖維具有導(dǎo)電功能。
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【附圖說(shuō)明】： 圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的玄武巖纖維織物化學(xué)鍍銅SEM圖(放大3000倍） 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的玄武巖纖維織物化學(xué)鍍銅SEM圖(放大30000倍） 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備的玄武巖纖維織物化學(xué)鍍銅XRD圖 圖4為本發(fā)明的玄武巖纖維織物的接觸角 圖5為本發(fā)明實(shí)施例2制備的經(jīng)NaOH刻蝕后的玄武巖纖維織物接觸角 圖6為本發(fā)明實(shí)施例2制備經(jīng)NaOH刻蝕后的玄武巖纖維織物化學(xué)鍍銅SEM圖（放大 3000 倍） 圖7為本發(fā)明實(shí)施例2制備經(jīng)NaOH刻蝕后的玄武巖纖維織物化學(xué)鍍銅SEM圖（放大 30000 倍)。
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【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明提供一種玄武巖纖維無(wú)鈀化學(xué)鍍銅方法，其原料包括硫酸銅、乙二胺四乙 酸二鈉、亞鐵氰化鉀、乙醛酸、氫氧化鈉、乙醇、丙酮和玄武巖纖維。
[0020] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種玄武巖纖維無(wú)鈀活化化學(xué)鍍銅 的方法方法，其特征在于，包括以下步驟： S1 :將玄武巖纖維依次用無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水清洗，然后在70°C-90°C溫度下干 燥l_3h，以除去多余的水分。
[0021] S2:將所述玄武巖纖維用5-30g/l的硫酸銅溶液室溫活化處理3-60min，取出 將其放入2-30g/l硼氫化鈉溶液中室溫處理l-60min后，取出備用，在室溫-90°C干燥 0. 5~3h〇
[0022] S3:對(duì)活化后的玄武巖纖維進(jìn)行化學(xué)鍍銅，將金屬銅鍍到玄武巖纖維表面，用去 離子水清洗，在50-90°C下烘干。
[0023] 優(yōu)選的，步驟S1中所述有機(jī)溶劑為丙酮和乙醇，其體積比為1~3 :1，超聲處理 30-180min〇
[0024] 所述S1后可對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行10-80g/l氫氧化鈉刻蝕前處理，刻蝕溫度：室 溫-80°C，刻蝕時(shí)間：30-180min，用去離子水清洗。
[0025] 優(yōu)選的，步驟S3中，根據(jù)本發(fā)明所述的玄武巖纖維無(wú)鈀化學(xué)鍍銅的方法中，化學(xué) 鍍工藝條件為：ll_23g/l硫酸銅，10-40g/l乙二胺四乙酸二鈉，6-21g/l乙醛酸，0-3. 0ml亞 鐵氰化鉀（〇. 1-0. 5g/1)，pH為10. 5-12. 5,溫度為55-80°C。在上述參數(shù)條件下，化學(xué)鍍時(shí) 間為：10-60min。
[0026] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0027] 實(shí)施例1 將尺寸為5cmX5cm的玄武巖纖維織物用丙酮和乙醇（1:1)混合液在 50°C水浴中清洗30min，取出織物在烘箱中烘干。將清洗后的織物放入在5g/l硫酸銅溶液 中活化處理3min，取出織物浸漬在5g/l硼氫化鈉溶液中處理3min?；罨蟮牟紭臃湃牖?學(xué)鍍銅溶液中，鍍液由20g/lCuS04,20g/l乙二胺四乙酸二鈉，18g/l乙醛酸，2. 5ml0. 2g/ 1亞鐵氰化鉀組成，pH值為12. 0,鍍液溫度為70°C，鍍銅30min后取出布樣，稍微冷卻后用 去離子水清洗，在80°C烘箱中烘干。
[0028] 導(dǎo)電玄武巖織物的微觀結(jié)構(gòu)與性能表現(xiàn)如下： 1、導(dǎo)電鍍銅玄武巖織物的表面形貌： 化學(xué)鍍銅玄武巖織物在不同放大倍數(shù)下的掃描電鏡照片見(jiàn)圖1和2。由圖可知，玄 武巖纖維表面完全被銅顆粒覆蓋，銅顆粒在織物表面呈均勻的鍍覆。從放大倍數(shù)為30000 的SEM來(lái)看，銅顆粒已發(fā)生抱團(tuán)現(xiàn)象，抱團(tuán)后的顆粒尺寸為銅納米顆粒呈球形，粒徑約為 60-100nm，粒徑分布均勻。
[0029] 2、導(dǎo)電鍍銅玄武巖織物的晶體結(jié)構(gòu)： 玄武巖織物化學(xué)鍍銅的晶體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。根據(jù)X射線衍射標(biāo)準(zhǔn)卡片TOF，由衍射峰數(shù)據(jù) 可確定鍍銅鍍層為面心立方的晶體結(jié)構(gòu)，在2 0為43.28°、50. 43°、74. 13°、89. 84°處 的衍射峰分別代表銅的（111)、（200)、（220)和（311)的晶面，XRD圖譜中沒(méi)有出現(xiàn)氧化銅 的衍射峰，結(jié)果表明化學(xué)鍍銅玄武巖織物中的銅層主要是金屬銅。
[0030] 3、鍍銅玄武巖織物的導(dǎo)電性能： 表1為玄武巖織物與鍍銅玄武巖織物的表面電阻比較表。表面電阻越低，表明導(dǎo)電性 越好，玄武巖織物原始布樣的表面電阻無(wú)限大，說(shuō)明玄武巖織物不導(dǎo)電，在經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍銅處 理后，玄武巖織物的表面電阻降為78. 3mQ/sq，表明化學(xué)鍍銅玄武巖織物具有較高的導(dǎo)電 性。
[0031] 耒1匾始玄武巖纖維織物與仆堂轆銅后的耒而由陽(yáng)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種導(dǎo)電玄武巖纖維，包括玄武巖纖維與金屬層，其特征在于所述基底為玄武巖纖 維，所述導(dǎo)電層以金屬為鍍層材料，利用化學(xué)鍍方法在玄武巖纖維上形成金屬鍍層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)電玄武巖纖維，其特征在于，所述導(dǎo)電材料為金屬銅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)電玄武巖纖維，其特征在于，所述金屬鍍層用化學(xué)鍍方法 制備。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)鍍中，其特征在于，采用無(wú)鈀活化法制備金屬鍍銅玄武 巖纖維。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的化學(xué)鍍中，其特征在于，化學(xué)鍍?nèi)芤翰徊捎糜卸镜募兹?，而?乙醛酸作為還原劑。
6. -種玄武巖纖維無(wú)鈀化學(xué)鍍銅的方法其特征在于，包括步驟： S1 :將玄武巖纖維依次用無(wú)水乙醇、丙酮和去離子水清洗，然后在70°C -90°C溫度下干 燥l_3h，以除去多余的水分； S2:將所述玄武巖纖維用5-30g/l的硫酸銅溶液室溫活化處理3-60min，取出將其放 入2-30g/l硼氫化鈉溶液中室溫處理l-60min后，取出備用，在室溫-90°C干燥0. 5-3h ; S3:對(duì)活化后的玄武巖纖維進(jìn)行化學(xué)鍍銅，將金屬銅鍍到玄武巖纖維表面，用去離子 水清洗，在50-90°C下烘干。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電玄武巖纖維的制備方法，其特征在于，在所述S1后 可以玄武巖纖維進(jìn)行10-80g/l氫氧化鈉刻蝕前處理，刻蝕溫度：室溫-80°C，刻蝕時(shí)間： 30-180min，用去離子水清洗。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的導(dǎo)電玄武巖纖維的制備方法，其特征在于，在所述步驟S3中， 所述化學(xué)鍍銅工藝條件為：ll_23g/l硫酸銅，10-40g/l乙二胺四乙酸二鈉，6-21g/l乙醛 酸，0-3. 0ml 亞鐵氰化鉀（0? 1-0. 5 g/1)，pH 為 10. 5-12. 5,溫度為 55-80°C。
9. 在上述參數(shù)條件下，化學(xué)鍍時(shí)間為：10-60min。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種玄武巖纖維無(wú)鈀活化化學(xué)鍍銅方法，首先將有機(jī)溶劑去除玄武巖纖維表面雜質(zhì)，然后采用氫氧化鈉進(jìn)行刻蝕，對(duì)玄武巖纖維進(jìn)行無(wú)鈀活化處理，采用乙醛酸為還原劑的化學(xué)鍍銅方法將金屬銅鍍?cè)谛鋷r纖維表面，從而獲得鍍銅玄武巖纖維。本發(fā)明獲得的鍍銅玄武巖纖維的方法工藝簡(jiǎn)便、成本低廉、生產(chǎn)效率高、鍍層結(jié)合力好、易于批量生產(chǎn)與控制導(dǎo)電鍍層的圖案形狀和大小，該方法制備的玄武巖纖維導(dǎo)電效果好，金屬鍍層與玄武巖纖維結(jié)合牢度。
【IPC分類】C23C18-18, C23C18-40
【公開(kāi)號(hào)】CN104674199
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510072816
【發(fā)明人】郭榮輝, 石坤, 蘭建武
【申請(qǐng)人】四川大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年2月12日