青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東 青島266071

化學(xué)鍍銀纖維的研究進(jìn)展

郭亞馬建偉

青島大學(xué)紡織服裝學(xué)院，山東 青島266071

簡述化學(xué)鍍銀的制備技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，回顧化學(xué)鍍銀的歷史，總結(jié)化學(xué)鍍銀的發(fā)展，介紹化學(xué)鍍銀纖維的應(yīng)用狀況。指出：化學(xué)鍍銀纖維是一種性能優(yōu)異的功能纖維，其導(dǎo)電、抑菌、電磁屏蔽等功能受人矚目。認(rèn)為：自組裝鍍銀是鍍銀質(zhì)量好、綠色環(huán)保的一種鍍銀纖維制備技術(shù)；鍍銀纖維在柔性傳感器與智能服裝上的應(yīng)用將會有很大的市場。

鍍銀纖維， 化學(xué)鍍， 自組裝， 制備， 應(yīng)用

現(xiàn)代科技的進(jìn)步、人民生活水平的提高，使得人們的健康意識逐漸增強(qiáng)。人們越來越關(guān)注紡織材料的環(huán)保性和保健性，各種新型功能材料層出不窮。作為當(dāng)今功能紡織材料研究及開發(fā)的熱點(diǎn)之一，鍍銀纖維具有抗菌、抗靜電和防電磁輻射等特性，被廣泛應(yīng)用于抗菌、電磁屏蔽及電子傳感器等智能紡織品領(lǐng)域。

鍍銀纖維是以錦綸、腈綸、滌綸、芳綸等為基材，通過還原反應(yīng)將金屬銀沉積在聚合物基體表面而得到的。它不僅保留了紡織纖維的柔韌性，還具有天然銀的金屬特性[1]。本文介紹了化學(xué)鍍銀技術(shù)、歷史、發(fā)展，以及化學(xué)鍍銀纖維的應(yīng)用，以期為后續(xù)研究提供方向。

1 化學(xué)鍍銀技術(shù)

纖維表面鍍銀技術(shù)主要分為電鍍、化學(xué)鍍和真空鍍[2]。電鍍(Electroplating)技術(shù)使用最早，也最久，其是利用外電流將電鍍液中的銀離子在陰極上還原，鍍到纖維基材表面的?；瘜W(xué)鍍(Electroless plating)技術(shù)是利用溶液中適當(dāng)?shù)倪€原劑，在某些金屬的催化或其他方法的作用下，使銀離子還原并在纖維表面沉積，是一種高選擇性的方法。真空鍍技術(shù)又稱物理氣相沉積(PVD)法，其包括真空蒸發(fā)、真空濺射和真空離子鍍等，操作復(fù)雜、設(shè)備昂貴，這不利于大規(guī)模生產(chǎn)，主要用于各種薄膜材料[3]，不適用于纖維鍍銀。

相較于電鍍、真空鍍技術(shù)，化學(xué)鍍所需的機(jī)械設(shè)備及其工藝流程較為簡單，如所需溫度低(低于電解液的沸點(diǎn))，成本相對較低；鍍層表面均一致密[4]；保形性非常好，缺陷密度低；既保持了非金屬基材的原有性能，又具有了天然銀的各種功能特性[5]。所以，化學(xué)鍍是纖維鍍銀最常用的一種技術(shù)。

基于纖維前處理反應(yīng)機(jī)理的不同，化學(xué)鍍又分鈀催化還原法和自組裝法兩種。鈀催化還原法是傳統(tǒng)的化學(xué)鍍方法，它是在鈀的催化作用下，氧化溶液中的還原劑，并提供電子，從而還原銀離子為金屬單質(zhì)銀，并沉積于前處理后的基材表面。但是，鈀催化鍍銀得到的纖維鍍層牢度較低、結(jié)合力差，所以其應(yīng)用范圍較窄。自組裝法是通過偶聯(lián)劑偶聯(lián)反應(yīng)或絡(luò)合劑絡(luò)合反應(yīng)進(jìn)行表面改性，引入功能基團(tuán)，使銀鍍層與非金屬表面依靠共價(jià)鍵結(jié)合的[6]。與鈀催化還原法相比，自組裝法所得纖維鍍層結(jié)合牢度更好、耐久性佳，是一種經(jīng)濟(jì)的新型化學(xué)鍍方法，其開啟了纖維化學(xué)鍍銀的新方向，該新技術(shù)使纖維表面獲得特殊功能基團(tuán)更容易[7]，故在化學(xué)鍍銀纖維前處理上具有很好的應(yīng)用[8-9]。

2 化學(xué)鍍銀歷史

化學(xué)鍍技術(shù)最早始于化學(xué)鍍鎳，距今已有170多年的歷史。1844年，WURTZ首次在次磷酸鹽溶液中還原出金屬鎳；1916年，ROUX做了化學(xué)鍍鎳方面的研究，但沒有成功[10]；真正的化學(xué)鍍工藝始于1947年，是在BRENNER和RIDDELL[11]弄清了化學(xué)鍍鎳的催化特性以后才發(fā)展起來的，開始只在平面材料上施鍍；1974年導(dǎo)電高分子材料出現(xiàn)以后，化學(xué)鍍開始應(yīng)用于纖維等微表面。

化學(xué)鍍的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，包括化學(xué)化工、機(jī)械、模具、電子、印刷、礦冶、能源、交通運(yùn)輸、計(jì)算機(jī)、紡織、生物醫(yī)療和航空航天等[12]4-5。其能使不規(guī)則形狀的金屬、絕緣體、半導(dǎo)體、二極管等三維鍍件表面獲得連續(xù)均勻的鍍層，同時(shí)還提供了一種很好的調(diào)節(jié)鍍層理化性能的有效途徑，如能很大限度地調(diào)節(jié)力學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)等性能[13-23]。

工業(yè)上，化學(xué)鍍銀最早應(yīng)用于水壺內(nèi)膽、鏡面和鍍銀飾品等產(chǎn)品，隨后應(yīng)用在某些難以應(yīng)用電鍍和形狀復(fù)雜的金屬及非金屬材料金屬化上[12]7。盡管銀屬貴金屬，但與鐵、銅等金屬相比，銀具有優(yōu)良的耐氣候性、導(dǎo)電性及抗菌性等，因此在工業(yè)上被廣泛使用[24]88。近年來，功能紡織品發(fā)展勢頭良好，鍍銀纖維被大量用于制作抗菌、導(dǎo)電、電磁屏蔽服裝及智能服裝等產(chǎn)品。

3 化學(xué)鍍銀發(fā)展

化學(xué)鍍技術(shù)已是發(fā)展最快的一種表面處理技術(shù)，其均鍍能力高，所得鍍層耐磨性較好、耐蝕性優(yōu)良、硬度較高。目前，在制鏡工業(yè)、鍍銀飾品、印刷電路、纖維鍍銀及光纖制備等行業(yè)，化學(xué)鍍銀技術(shù)顯示出了其重要性與優(yōu)越性，化學(xué)鍍銀纖維平均年增長率在12%～15%[24]89。但傳統(tǒng)的SnCl2敏化、Pd催化前處理后進(jìn)行化學(xué)鍍銀，只能得到滿足一般要求的鍍層，且鍍層結(jié)合力低，這在一定程度上限制了其應(yīng)用。而自組裝前處理化學(xué)鍍銀法正好解決了這一問題，它適用于對鍍層結(jié)合力要求較高的化學(xué)鍍產(chǎn)品。已有大量研究表明，將現(xiàn)有自組裝膜技術(shù)與傳統(tǒng)化學(xué)鍍銀技術(shù)相結(jié)合以拓寬應(yīng)用，是極具應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)性的一項(xiàng)課題。

已有研究者就通過絡(luò)合劑絡(luò)合反應(yīng)引入功能基團(tuán)，改進(jìn)銀鍍層與非金屬表面的結(jié)合，進(jìn)行了深入研究。王博蓮等[25]采用殼聚糖對錦綸織物進(jìn)行預(yù)處理，利用殼聚糖結(jié)構(gòu)中的—NH2、—OH與錦綸之間的氫鍵結(jié)合，以及殼聚糖分子中大量的—OH和—NH2對大部分金屬離子具有的較強(qiáng)配位能力，與金屬離子形成螯合物[26]，從而促使金屬粒子的連續(xù)沉積，獲得性能良好的Ag鍍層。YU等[27]將交聯(lián)殼聚糖(CS)用作螯合劑來吸收鈀離子，在纖維表面形成催化膜，成功引發(fā)銀沉積。WANG等[28]使用多巴胺對間位芳綸在堿性條件下進(jìn)行改性，引入吲哚和兒茶酚基團(tuán)，提高了后續(xù)化學(xué)鍍銀中銀的利用率，且結(jié)合力好。

還有研究者通過偶聯(lián)劑偶聯(lián)反應(yīng)引入巰基功能基團(tuán)，使銀鍍層與非金屬表面依靠共價(jià)鍵結(jié)合。劉正春等[29]利用巰基丙基三甲氧基硅烷作為偶聯(lián)劑，利用溶劑抽提法獲得單分子層自組裝巰基化的玻璃，并將所得的玻璃用于化學(xué)鍍銀，成功在玻璃表面沉積生成光亮的銀層。且經(jīng)XPS、SEM及X射線衍射分析證明，和常規(guī)化學(xué)鍍銀方法相比，此法獲得的玻璃表面銀層均勻性好、結(jié)合力高，鍍層晶體結(jié)構(gòu)完整，與金屬銀及常規(guī)方法的晶體結(jié)構(gòu)一致。朱國慶等[30]利用氨丙基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑對空心玻璃微珠表面改性后，進(jìn)行化學(xué)鍍銀。且經(jīng)過各種測試表明：相比傳統(tǒng)的前處理方法化學(xué)鍍銀，如膠體鈀活化法和銀氨溶液活化法，直接對空心玻璃微珠表面進(jìn)行偶聯(lián)改性前處理所得化學(xué)鍍銀的鍍層更加致密、均一，且銀層更厚、結(jié)合牢度高、導(dǎo)電性能優(yōu)異。高翠翠[31]使用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和3-巰丙基三乙氧基硅烷(KH-580)兩種硅烷偶聯(lián)劑，對腈綸的纖維表面進(jìn)行改性，成功獲得一種具有偕胺腙基和巰基雙活性基團(tuán)的腈綸。且經(jīng)表征分析發(fā)現(xiàn)：腈綸鍍銀纖維表面未出現(xiàn)銀的團(tuán)聚現(xiàn)象，鍍層均勻致密，厚度可達(dá)1 μm左右；鍍層結(jié)合力好，不易剝離、脫落；腈綸鍍銀織物的屏蔽效能在50 dB左右。

4 鍍銀纖維的應(yīng)用

鍍銀纖維除保留了纖維自身的柔曲性外，還擁有銀金屬優(yōu)良的金屬特性和銀自身特殊的功能性，在紡織上應(yīng)用廣泛。鍍銀纖維價(jià)格昂貴，故多與其他纖維混紡、交織或并紗使用，一般純紡織物很少[32]。

4．1抗菌產(chǎn)品

鍍銀纖維具有安全、高效、廣譜和持久的抗菌性能，它能不斷釋放銀離子附著于細(xì)胞膜或細(xì)胞表面的硫氫基團(tuán)上，有效抑制細(xì)胞的呼吸作用，同時(shí)銀離子還能與氫絡(luò)合物化學(xué)結(jié)合，破壞細(xì)胞的螺旋結(jié)構(gòu)，從而使纖維表面的細(xì)菌死亡。

基于這一特性，鍍銀纖維特別適用于制作與人體接觸頻繁的服飾、家紡、醫(yī)療衛(wèi)生用品、戶外運(yùn)動及部隊(duì)裝備用品等。由鍍銀纖維與棉、毛、麻、黏膠纖維等混紡、交織或并紗的面料，能有效消滅細(xì)菌、吸附分解臭味，十分適用于內(nèi)衣、內(nèi)褲、睡衣、短袖和鞋襪等產(chǎn)品；可有效抑制細(xì)菌的繁殖和滋生，適用于制造床單、被套、枕巾、毛巾、沙發(fā)布、毛毯、窗簾等家紡產(chǎn)品；能在高致病環(huán)境下抵御病菌對人體的侵害，適合生產(chǎn)醫(yī)護(hù)工作服、病號服、手術(shù)服、醫(yī)用口罩、消毒紗布、繃帶等；能在缺水、無條件洗滌的惡劣環(huán)境中延長穿用期，對傷口起一定的治療作用，適合開發(fā)野外作業(yè)服[33]。

4．2抗靜電產(chǎn)品

鍍銀纖維作為導(dǎo)電纖維的一種，具有良好的導(dǎo)電性。經(jīng)研究測試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)織物中鍍銀纖維含量不小于0．5%(相對織物質(zhì)量的百分?jǐn)?shù))時(shí)，其靜電現(xiàn)象可大大減輕。當(dāng)鍍銀純紡或混紡織物靠近帶電物體時(shí)，電場自身會發(fā)生電暈放電，故利用這一原理可進(jìn)行靜電中和[34]。鍍銀纖維制品被廣泛用于生產(chǎn)防塵工作服、抗靜電手套、抗靜電毛毯、抗靜電內(nèi)衣、抗靜電普通外衣及鞋襪等產(chǎn)品。

4．3防電磁輻射產(chǎn)品

電磁屏蔽織物是通過反射、吸收或過濾等方式減弱電磁波，從而實(shí)現(xiàn)防電磁波輻射的功能的[35]。金屬銀導(dǎo)電性能優(yōu)異，故鍍銀纖維制品具有優(yōu)越的電磁屏蔽效果，加之鍍銀纖維織物手感柔軟、透氣性良好，故被廣泛應(yīng)用于電子、通信、軍工和功能性紡織品等領(lǐng)域，目前國內(nèi)多用于生產(chǎn)孕婦和嬰兒防電磁輻射服裝。

4．4智能紡織品

近年來，智能紡織品深入人心，其已成為紡織研究的前沿項(xiàng)目。人工智能紡織品將互聯(lián)網(wǎng)、生物技術(shù)、電子技術(shù)與紡織材料相結(jié)合，可對外界條件做出調(diào)節(jié)反饋[36]。導(dǎo)電織物傳感器就是其中的一類[37]，常用在醫(yī)療健康監(jiān)測、運(yùn)動、通信、航空航天、消防等領(lǐng)域。且隨著音樂夾克、智能運(yùn)動鞋等產(chǎn)品的問世，智能穿戴市場逐漸被人們所熟知。智能可穿戴醫(yī)療設(shè)備能收集數(shù)據(jù)、管理健康、診治疾病，為人類的健康保駕護(hù)航；智能戶外運(yùn)動服、鞋及護(hù)腕等產(chǎn)品，能隨時(shí)記錄穿戴者的路程、頻率和消耗的熱量，還能播放音樂[38-39]。智能紡織品因大大方便了人們的生活而受到世界的持續(xù)關(guān)注。目前，由鍍銀纖維制成的柔性傳感器正在研究中，其與紡織品的結(jié)合是智能紡織品今后發(fā)展的一個(gè)方向。

5 結(jié)語

鍍銀纖維在紡織領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其包括抗菌、抗靜電、電磁屏蔽、柔性傳感器及智能紡織品等領(lǐng)域。其中，柔性傳感器和智能紡織品屬紡織前沿領(lǐng)域，對鍍銀纖維的鍍層質(zhì)量及環(huán)保等方面的要求更加嚴(yán)苛，而自組裝鍍銀技術(shù)可以很好地解決這些問題。目前，使自組裝鍍銀技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，以取代傳統(tǒng)鍍銀技術(shù)，是亟待解決的問題。

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Research progress of the electroless silver-plated fiber

GuoYa，MaJianwei

College of Textile & Clothing，Qingdao University， Qingdao 266071， China

The preparation technology and advantages & disadvantages of electroless silver plating were described briefly． The history of the electroless silver plating was reviewed． The development of the electroless silver plating was summarized． And the application situation of the electroless silver-plated fiber was introduced． It was pointed out that the electroless silver-plated fiber was a kind of functional fiber with excellent performance， whose conductivity， antibacteria， electromagnetic shielding and other functions attracted public attention． It was considered that self-assembly silver plating was a kind of the electroless silver-plated fiber’s preparation technology with good silver-plated quality and green environmental protection． The silver-plated fibers were applied to flexible sensors and smart textiles， and would have a great market．

silver-plated fiber， electroless plating， self-assembly， preparation， application

2017-04-12

郭亞，女，1992年生，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榧徔棽牧吓c紡織品設(shè)計(jì)

馬建偉，E-mail：915286867@qq．com

TS102．6

： A

1004-7093(2017)07-0001-04