化学镀银纤维的研究进展

青岛大学纺织服装学院，山东 青岛266071

化学镀银纤维的研究进展

郭亚马建伟

青岛大学纺织服装学院，山东 青岛266071

简述化学镀银的制备技术及其优缺点，回顾化学镀银的历史，总结化学镀银的发展，介绍化学镀银纤维的应用状况。指出：化学镀银纤维是一种性能优异的功能纤维，其导电、抑菌、电磁屏蔽等功能受人瞩目。认为：自组装镀银是镀银质量好、绿色环保的一种镀银纤维制备技术；镀银纤维在柔性传感器与智能服装上的应用将会有很大的市场。

镀银纤维， 化学镀， 自组装， 制备， 应用

现代科技的进步、人民生活水平的提高，使得人们的健康意识逐渐增强。人们越来越关注纺织材料的环保性和保健性，各种新型功能材料层出不穷。作为当今功能纺织材料研究及开发的热点之一，镀银纤维具有抗菌、抗静电和防电磁辐射等特性，被广泛应用于抗菌、电磁屏蔽及电子传感器等智能纺织品领域。

镀银纤维是以锦纶、腈纶、涤纶、芳纶等为基材，通过还原反应将金属银沉积在聚合物基体表面而得到的。它不仅保留了纺织纤维的柔韧性，还具有天然银的金属特性[1]。本文介绍了化学镀银技术、历史、发展，以及化学镀银纤维的应用，以期为后续研究提供方向。

1 化学镀银技术

纤维表面镀银技术主要分为电镀、化学镀和真空镀[2]。电镀(Electroplating)技术使用最早，也最久，其是利用外电流将电镀液中的银离子在阴极上还原，镀到纤维基材表面的。化学镀(Electroless plating)技术是利用溶液中适当的还原剂，在某些金属的催化或其他方法的作用下，使银离子还原并在纤维表面沉积，是一种高选择性的方法。真空镀技术又称物理气相沉积(PVD)法，其包括真空蒸发、真空溅射和真空离子镀等，操作复杂、设备昂贵，这不利于大规模生产，主要用于各种薄膜材料[3]，不适用于纤维镀银。

相较于电镀、真空镀技术，化学镀所需的机械设备及其工艺流程较为简单，如所需温度低(低于电解液的沸点)，成本相对较低；镀层表面均一致密[4]；保形性非常好，缺陷密度低；既保持了非金属基材的原有性能，又具有了天然银的各种功能特性[5]。所以，化学镀是纤维镀银最常用的一种技术。

基于纤维前处理反应机理的不同，化学镀又分钯催化还原法和自组装法两种。钯催化还原法是传统的化学镀方法，它是在钯的催化作用下，氧化溶液中的还原剂，并提供电子，从而还原银离子为金属单质银，并沉积于前处理后的基材表面。但是，钯催化镀银得到的纤维镀层牢度较低、结合力差，所以其应用范围较窄。自组装法是通过偶联剂偶联反应或络合剂络合反应进行表面改性，引入功能基团，使银镀层与非金属表面依靠共价键结合的[6]。与钯催化还原法相比，自组装法所得纤维镀层结合牢度更好、耐久性佳，是一种经济的新型化学镀方法，其开启了纤维化学镀银的新方向，该新技术使纤维表面获得特殊功能基团更容易[7]，故在化学镀银纤维前处理上具有很好的应用[8-9]。

2 化学镀银历史

化学镀技术最早始于化学镀镍，距今已有170多年的历史。1844年，WURTZ首次在次磷酸盐溶液中还原出金属镍；1916年，ROUX做了化学镀镍方面的研究，但没有成功[10]；真正的化学镀工艺始于1947年，是在BRENNER和RIDDELL[11]弄清了化学镀镍的催化特性以后才发展起来的，开始只在平面材料上施镀；1974年导电高分子材料出现以后，化学镀开始应用于纤维等微表面。

化学镀的应用领域十分广泛，包括化学化工、机械、模具、电子、印刷、矿冶、能源、交通运输、计算机、纺织、生物医疗和航空航天等[12]4-5。其能使不规则形状的金属、绝缘体、半导体、二极管等三维镀件表面获得连续均匀的镀层，同时还提供了一种很好的调节镀层理化性能的有效途径，如能很大限度地调节力学、热学、磁学、电学等性能[13-23]。

工业上，化学镀银最早应用于水壶内胆、镜面和镀银饰品等产品，随后应用在某些难以应用电镀和形状复杂的金属及非金属材料金属化上[12]7。尽管银属贵金属，但与铁、铜等金属相比，银具有优良的耐气候性、导电性及抗菌性等，因此在工业上被广泛使用[24]88。近年来，功能纺织品发展势头良好，镀银纤维被大量用于制作抗菌、导电、电磁屏蔽服装及智能服装等产品。

3 化学镀银发展

化学镀技术已是发展最快的一种表面处理技术，其均镀能力高，所得镀层耐磨性较好、耐蚀性优良、硬度较高。目前，在制镜工业、镀银饰品、印刷电路、纤维镀银及光纤制备等行业，化学镀银技术显示出了其重要性与优越性，化学镀银纤维平均年增长率在12%～15%[24]89。但传统的SnCl2敏化、Pd催化前处理后进行化学镀银，只能得到满足一般要求的镀层，且镀层结合力低，这在一定程度上限制了其应用。而自组装前处理化学镀银法正好解决了这一问题，它适用于对镀层结合力要求较高的化学镀产品。已有大量研究表明，将现有自组装膜技术与传统化学镀银技术相结合以拓宽应用，是极具应用价值和现实性的一项课题。

已有研究者就通过络合剂络合反应引入功能基团，改进银镀层与非金属表面的结合，进行了深入研究。王博莲等[25]采用壳聚糖对锦纶织物进行预处理，利用壳聚糖结构中的—NH2、—OH与锦纶之间的氢键结合，以及壳聚糖分子中大量的—OH和—NH2对大部分金属离子具有的较强配位能力，与金属离子形成螯合物[26]，从而促使金属粒子的连续沉积，获得性能良好的Ag镀层。YU等[27]将交联壳聚糖(CS)用作螯合剂来吸收钯离子，在纤维表面形成催化膜，成功引发银沉积。WANG等[28]使用多巴胺对间位芳纶在碱性条件下进行改性，引入吲哚和儿茶酚基团，提高了后续化学镀银中银的利用率，且结合力好。

还有研究者通过偶联剂偶联反应引入巯基功能基团，使银镀层与非金属表面依靠共价键结合。刘正春等[29]利用巯基丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂，利用溶剂抽提法获得单分子层自组装巯基化的玻璃，并将所得的玻璃用于化学镀银，成功在玻璃表面沉积生成光亮的银层。且经XPS、SEM及X射线衍射分析证明，和常规化学镀银方法相比，此法获得的玻璃表面银层均匀性好、结合力高，镀层晶体结构完整，与金属银及常规方法的晶体结构一致。朱国庆等[30]利用氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂对空心玻璃微珠表面改性后，进行化学镀银。且经过各种测试表明：相比传统的前处理方法化学镀银，如胶体钯活化法和银氨溶液活化法，直接对空心玻璃微珠表面进行偶联改性前处理所得化学镀银的镀层更加致密、均一，且银层更厚、结合牢度高、导电性能优异。高翠翠[31]使用3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和3-巯丙基三乙氧基硅烷(KH-580)两种硅烷偶联剂，对腈纶的纤维表面进行改性，成功获得一种具有偕胺腙基和巯基双活性基团的腈纶。且经表征分析发现：腈纶镀银纤维表面未出现银的团聚现象，镀层均匀致密，厚度可达1 μm左右；镀层结合力好，不易剥离、脱落；腈纶镀银织物的屏蔽效能在50 dB左右。

4 镀银纤维的应用

镀银纤维除保留了纤维自身的柔曲性外，还拥有银金属优良的金属特性和银自身特殊的功能性，在纺织上应用广泛。镀银纤维价格昂贵，故多与其他纤维混纺、交织或并纱使用，一般纯纺织物很少[32]。

4．1抗菌产品

镀银纤维具有安全、高效、广谱和持久的抗菌性能，它能不断释放银离子附着于细胞膜或细胞表面的硫氢基团上，有效抑制细胞的呼吸作用，同时银离子还能与氢络合物化学结合，破坏细胞的螺旋结构，从而使纤维表面的细菌死亡。

基于这一特性，镀银纤维特别适用于制作与人体接触频繁的服饰、家纺、医疗卫生用品、户外运动及部队装备用品等。由镀银纤维与棉、毛、麻、黏胶纤维等混纺、交织或并纱的面料，能有效消灭细菌、吸附分解臭味，十分适用于内衣、内裤、睡衣、短袖和鞋袜等产品；可有效抑制细菌的繁殖和滋生，适用于制造床单、被套、枕巾、毛巾、沙发布、毛毯、窗帘等家纺产品；能在高致病环境下抵御病菌对人体的侵害，适合生产医护工作服、病号服、手术服、医用口罩、消毒纱布、绷带等；能在缺水、无条件洗涤的恶劣环境中延长穿用期，对伤口起一定的治疗作用，适合开发野外作业服[33]。

4．2抗静电产品

镀银纤维作为导电纤维的一种，具有良好的导电性。经研究测试发现，当织物中镀银纤维含量不小于0．5%(相对织物质量的百分数)时，其静电现象可大大减轻。当镀银纯纺或混纺织物靠近带电物体时，电场自身会发生电晕放电，故利用这一原理可进行静电中和[34]。镀银纤维制品被广泛用于生产防尘工作服、抗静电手套、抗静电毛毯、抗静电内衣、抗静电普通外衣及鞋袜等产品。

4．3防电磁辐射产品

电磁屏蔽织物是通过反射、吸收或过滤等方式减弱电磁波，从而实现防电磁波辐射的功能的[35]。金属银导电性能优异，故镀银纤维制品具有优越的电磁屏蔽效果，加之镀银纤维织物手感柔软、透气性良好，故被广泛应用于电子、通信、军工和功能性纺织品等领域，目前国内多用于生产孕妇和婴儿防电磁辐射服装。

4．4智能纺织品

近年来，智能纺织品深入人心，其已成为纺织研究的前沿项目。人工智能纺织品将互联网、生物技术、电子技术与纺织材料相结合，可对外界条件做出调节反馈[36]。导电织物传感器就是其中的一类[37]，常用在医疗健康监测、运动、通信、航空航天、消防等领域。且随着音乐夹克、智能运动鞋等产品的问世，智能穿戴市场逐渐被人们所熟知。智能可穿戴医疗设备能收集数据、管理健康、诊治疾病，为人类的健康保驾护航；智能户外运动服、鞋及护腕等产品，能随时记录穿戴者的路程、频率和消耗的热量，还能播放音乐[38-39]。智能纺织品因大大方便了人们的生活而受到世界的持续关注。目前，由镀银纤维制成的柔性传感器正在研究中，其与纺织品的结合是智能纺织品今后发展的一个方向。

5 结语

镀银纤维在纺织领域的应用日益广泛，其包括抗菌、抗静电、电磁屏蔽、柔性传感器及智能纺织品等领域。其中，柔性传感器和智能纺织品属纺织前沿领域，对镀银纤维的镀层质量及环保等方面的要求更加严苛，而自组装镀银技术可以很好地解决这些问题。目前，使自组装镀银技术产业化，以取代传统镀银技术，是亟待解决的问题。

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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

郭亚，女，1992年生，在读硕士研究生，研究方向为纺织材料与纺织品设计

马建伟，E-mail：915286867@qq．com

TS102．6

： A

1004-7093(2017)07-0001-04