CN105296973A - 一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法 - Google Patents
一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及核-壳结构复合粒子的制备领域，具体是一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法，其步骤为：超高分子量聚乙烯粉末加入到温度为40～80℃的化学镀液中，并在超声水浴环境下保温搅拌混合均匀；然后将还原剂逐滴加入至混合液内，恒温处理30～60min，之后对其进行洗涤、抽滤、烘干，获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。上述方法设计合理，采用化学镀方法在超高分子量聚乙烯粉末表面进行化学镀镍，得到的复合粒子具有密度小、成本低等特点，既可以作为填料在电磁屏蔽领域使用，也可以单独制备成型，极大的扩展了化学镀技术和超高分子量聚乙烯的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及核-壳结构复合粒子的制备领域，具体是一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法。
背景技术
化学镀技术是利用金属盐溶液在还原剂的作用下使金属离子还原成金属，并使其均匀包覆在具有催化活性的基体表面。化学镀能够实现金属的均匀包覆，且与基体表面的结合力强。在基体表面包覆高导电性和化学稳定性良好的金属物质制备高导电性复合粒子是化学镀技术的重要应用之一。
通过化学镀方法制备具有核-壳结构的复合粒子可兼具壳层金属以及核基体材料的优异特性，在光电材料、功能填料及磁性材料等领域应用广泛[MancierV,etal.UltrasonSonochem,2010,17:690-696；LiWZ,etal.ACSApplMaterInterfaces,2013,5:883-891]。目前常用的基体材料以非金属粉末为主，如聚苯乙烯微球、空心玻璃微珠、玻璃纤维、碳纤维等。其中聚合物基体具有可加工性、力学性能良好、质量轻等特性，通过化学镀方法制备的导电复合粒子具有电导率可调节及形态特征可控等优点，可以广泛应用于电子器件、航空、军事等领域。因此，扩展化学镀技术对聚合物基体的选择范围，同时，扩展聚合物基体的应用范围，使复合粒子满足不同领域的应用需求具有重要的研究意义及广泛的应用价值。
发明内容
本发明为了扩展化学镀方法在聚合物基体上的应用范围，提供了一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法，其步骤为：超高分子量聚乙烯粉末加入到温度为40～80℃的化学镀液中，并在超声水浴环境下保温搅拌混合均匀；然后将还原剂逐滴加入至混合液内，恒温处理30～60min，之后对其进行洗涤、抽滤、烘干，获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子；
所述化学镀液是由10～50g/L的NiCl2·6H2O，30～100g/L的C6H5Na3O7·2H2O，100～300ml/L的NH3·H2O以及蒸馏水构成的，还原剂是由20～100g/L的NaH2PO2·H2O以及蒸馏水构成的。
上述方法设计合理，采用化学镀方法在超高分子量聚乙烯粉末表面进行化学镀镍，得到的复合粒子具有密度小、成本低等特点，既可以作为填料在电磁屏蔽领域使用，也可以单独制备成型，极大的扩展了化学镀技术和超高分子量聚乙烯的应用领域。
进一步，本发明提供了超高分子量聚乙烯粉末的表面预处理，该预处理的方法为：
(a)粗化：将超高分子量聚乙烯粉末加入到粗化液中，25～30℃恒温超声水浴中搅拌30～60min，洗涤；
(b)敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到敏化液中，25～30℃恒温超声水浴中搅拌30～60min，洗涤；
(c)活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到活化液中，25～30℃恒温超声水浴中搅拌15～30min，洗涤，干燥，备用。
而且，提供了上述预处理方法中所采用的试剂：所述粗化液是由30g/L的重铬酸钾，700ml/L的98wt％浓硫酸以及蒸馏水构成的；敏化液是由20g/L的氯化亚锡，10ml/L的37wt％的浓盐酸以及蒸馏水构成的；活化液是由0.1～1g/L的氯化钯，10ml/L的37wt％的浓盐酸以及蒸馏水构成的。
本发明通过粗化对粉末表面进行刻蚀，以增大比表面积，提高后续敏化过程中吸附Sn2+的能力以及活化过程中催化活性中心与粒子表面的结合强度。继而通过敏化和活化，使得Pd原子沉积在粒子表面形成活化中心。然后采用化学镀方法在粒子表面进行化学镀镍。本发明通过改变超高分子量聚乙烯粉末的镀前处理工艺、化学镀液中还原剂浓度、络合剂浓度以及粉末装载量等因素实现对复合粒子微观形貌及导电性能的调控，制备得到具有优异电-磁双功能特性的核-壳结构复合粒子。
附图说明
图1为实施例5中对应的镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子的SEM图，右边为局部放大图。从图中可以看出，在复合粒子的表面均匀的包覆了镍层。
图2为图1的局部放大图。
图3为实施例5中对应的镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子的XRD图。从图中可以看出：在2θ＝44.5°，51.8°和76.4°处有衍射峰出现，分别对应面心立方晶形镍的(111)、(200)和(220)三个晶面，证明在超高分子量聚乙烯的表面成功的镀上了金属镍。
图4为实施例5中对应的镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子VSM曲线图。从图中可以看出，复合粒子的饱和磁化强度达到了7.5emu/g，矫顽力为147Oe。
具体实施方式
实施例1：
对超高分子量聚乙烯粉末表面进行预处理，具体包括：
粗化：将2g超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml粗化液中，温度为25℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤；
敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml敏化液中，温度为25℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤；
活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml活化液中，温度为25℃，在超声水浴中搅拌15min，洗涤，干燥，备用。
其中粗化液、敏化液、活化液的配制过程如下：
粗化液：称取30g重铬酸钾，加入到装有300ml蒸馏水的容器中，待其溶解后再量取700ml98wt％的浓硫酸，边搅拌边缓慢加入，待溶液澄清后获得粗化液。
敏化液：称取2g氯化亚锡，加入到装有100ml蒸馏水的容器中，滴加1ml37wt％的浓盐酸，待其完全溶解后获得敏化液。
活化液：称取0.1g氯化钯，溶解于1ml37wt％的浓盐酸中，搅拌均匀后加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀直至溶液澄清后获得活化液。
对超高分子量聚乙烯粉末化学镀镍，具体工艺过程为：将上述预处理且干燥后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml的化学镀液中，温度为40℃，在超声水浴中搅拌，将10ml的还原剂液逐滴加入到镀液中，进行30min的化学镀镍，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。
上述中化学镀液的具体组成为：10g/L的NiCl2·6H2O，30g/L的C6H5Na3O7·2H2O，100ml/L的NH3·H2O，溶剂为蒸馏水。还原剂液的具体组成为：20g/L的NaH2PO2·H2O，溶剂为蒸馏水。
实施例2：
对超高分子量聚乙烯粉末表面进行预处理，具体包括：
粗化：将2g超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml粗化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤；
敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml敏化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤；
活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml活化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌15min，洗涤，干燥，备用。
其中粗化液、敏化液、活化液的配制过程如下：
粗化液：称取30g重铬酸钾，加入到装有300ml蒸馏水的容器中，待其溶解后再量取700ml98wt％的浓硫酸，边搅拌边缓慢加入，待溶液澄清后获得粗化液。
敏化液：称取2g氯化亚锡，加入到装有100ml蒸馏水的容器中，滴加1ml37wt％的浓盐酸，待其完全溶解后获得敏化液。
活化液：称取0.3g氯化钯，溶解于1ml37wt％的浓盐酸中，搅拌均匀后加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀直至溶液澄清后获得活化液。
对超高分子量聚乙烯粉末化学镀镍，具体工艺过程为：将预处理且干燥后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml化学镀液中，温度为50℃，在超声水浴中搅拌，将10ml的还原剂液逐滴加入到镀液中，进行40min的化学镀镍，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。
上述中化学镀液的具体组成为：20g/L的NiCl2·6H2O，40g/L的C6H5Na3O7·2H2O，150ml/L的NH3·H2O，溶剂为蒸馏水。还原剂液的具体组成为：30g/L的NaH2PO2·H2O，溶剂为蒸馏水。
实施例3：
对超高分子量聚乙烯粉末表面进行预处理，具体包括：
粗化：将2g的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml粗化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌40min，洗涤；
敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml敏化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌40min，洗涤；
活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml活化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌15min，洗涤，干燥，备用。
其中粗化液、敏化液、活化液的配制过程如下：
粗化液：称取30g重铬酸钾，加入到装有300ml蒸馏水的容器中，待其溶解后再量取700ml98wt％的浓硫酸，边搅拌边缓慢加入，待溶液澄清后获得粗化液。
敏化液：称取2g氯化亚锡，加入到装有100ml蒸馏水的容器中，滴加1ml37wt％的浓盐酸，待其完全溶解后获得敏化液。
活化液：称取0.5g氯化钯，溶解于1ml37wt％的浓盐酸中，搅拌均匀后加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀直至溶液澄清后获得活化液。
对超高分子量聚乙烯粉末化学镀镍，具体工艺过程为：将预处理且干燥后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml化学镀液中，温度为55℃，在超声水浴中搅拌，将10ml的还原剂液逐滴加入到镀液中，进行50min的化学镀镍，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。
上述中化学镀液的具体组成为：20g/L的NiCl2·6H2O，50g/L的C6H5Na3O7·2H2O，180ml/L的NH3·H2O，溶剂为蒸馏水。还原剂液的具体组成为：40g/L的NaH2PO2·H2O，溶剂为蒸馏水。
实施例4：
对超高分子量聚乙烯粉末表面进行预处理，具体包括：
粗化：将2g的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml粗化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌40min，洗涤；
敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml敏化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌40min，洗涤；
活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml活化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤，干燥，备用。
其中粗化液、敏化液、活化液的配制过程如下：
粗化液：称取30g重铬酸钾，加入到装有300ml蒸馏水的容器中，待其溶解后再量取700ml98wt％的浓硫酸，边搅拌边缓慢加入，待溶液澄清后获得粗化液。
敏化液：称取2g氯化亚锡，加入到装有100ml蒸馏水的容器中，滴加1ml37wt％的浓盐酸，待其完全溶解后获得敏化液。
活化液：称取0.6g氯化钯，溶解于1ml37wt％的浓盐酸中，搅拌均匀后加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀直至溶液澄清后获得活化液。
对超高分子量聚乙烯粉末化学镀镍，具体工艺过程为：将预处理且干燥后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml化学镀液中，温度为60℃，在超声水浴中搅拌，将10ml还原剂液逐滴加入到镀液中，进行50min的化学镀镍，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。
上述中化学镀液的具体组成为：30g/L的NiCl2·6H2O，50g/L的C6H5Na3O7·2H2O，200ml/L的NH3·H2O，溶剂为蒸馏水。还原剂液的具体组成为：55g/L的NaH2PO2·H2O，溶剂为蒸馏水。
实施例5：
对超高分子量聚乙烯粉末表面进行预处理，具体包括：
粗化：将2g的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml粗化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌50min，洗涤；
敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml敏化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌50min，洗涤；
活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml活化液中，温度为28℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤，干燥，备用。
其中粗化液、敏化液、活化液的配制过程如下：
粗化液：称取30g的重铬酸钾，加入到装有300ml蒸馏水的容器中，待其溶解后再量取700ml98wt％的浓硫酸，边搅拌边缓慢加入，待溶液澄清后获得粗化液。
敏化液：称取2g氯化亚锡，加入到装有100ml蒸馏水的容器中，滴加1ml37wt％的浓盐酸，待其完全溶解后获得敏化液。
活化液：称取0.7g氯化钯，溶解于1ml37wt％的浓盐酸中，搅拌均匀后加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀直至溶液澄清后获得活化液。
对超高分子量聚乙烯粉末化学镀镍，具体工艺过程为：将预处理且干燥后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml化学镀液中，温度为65℃，在超声水浴中搅拌，将10ml的还原剂液逐滴加入到镀液中，进行55min的化学镀镍，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。
上述中化学镀液的具体组成为：38g/L的NiCl2·6H2O，60g/L的C6H5Na3O7·2H2O，260ml/L的NH3·H2O，溶剂为蒸馏水。还原剂液的具体组成为：75g/L的NaH2PO2·H2O，溶剂为蒸馏水。
实施例6：
对超高分子量聚乙烯粉末表面进行预处理，具体包括：
粗化：将2g的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml粗化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌60min，洗涤；
敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml敏化液中，温度为28℃，在超声水浴中搅拌60min，洗涤；
活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml活化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤干燥备用。
其中粗化液、敏化液、活化液的配制过程如下：
粗化液：称取30g的重铬酸钾，加入到装有300ml蒸馏水的容器中，待其溶解后再量取700ml98wt％的浓硫酸，边搅拌边缓慢加入，待溶液澄清后获得粗化液。
敏化液：称取2g氯化亚锡，加入到装有100ml蒸馏水的容器中，滴加1ml37wt％的浓盐酸，待其完全溶解后获得敏化液。
活化液：称取0.8g氯化钯，溶解于1ml37wt％的浓盐酸中，搅拌均匀后加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀直至溶液澄清后获得活化液。
对超高分子量聚乙烯粉末化学镀镍，具体工艺过程为：将预处理且干燥后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml化学镀液中，温度为74℃，在超声水浴中搅拌，将10ml的还原剂液逐滴加入到镀液中，进行55min的化学镀镍，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。
上述中化学镀液的具体组成为：45g/L的NiCl2·6H2O，80g/L的C6H5Na3O7·2H2O，280ml/L的NH3·H2O，溶剂为蒸馏水。还原剂液的具体组成为：90g/L的NaH2PO2·H2O，溶剂为蒸馏水。
实施例7：
对超高分子量聚乙烯粉末表面进行预处理，具体包括：
粗化：将2g的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml粗化液中，温度为28℃，在超声水浴中搅拌60min，洗涤；
敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml敏化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌60min，洗涤；
活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml活化液中，温度为30℃，在超声水浴中搅拌30min，洗涤干燥备用。
其中粗化液、敏化液、活化液的配制过程如下：
粗化液：称取30g重铬酸钾，加入到装有300ml蒸馏水的容器中，待其溶解后再量取700ml98wt％的浓硫酸，边搅拌边缓慢加入，待溶液澄清后获得粗化液。
敏化液：称取2g氯化亚锡，加入到装有100ml蒸馏水的容器中，滴加1ml37wt％的浓盐酸，待其完全溶解后获得敏化液。
活化液：称取1g氯化钯，溶解于1ml37wt％的浓盐酸中，搅拌均匀后加入1000ml蒸馏水，搅拌均匀直至溶液澄清后获得活化液。
对超高分子量聚乙烯粉末化学镀镍，具体工艺过程为：将预处理且干燥后的超高分子量聚乙烯粉末加入到100ml的化学镀液中，温度为80℃，在超声水浴中搅拌，将10ml还原剂液逐滴加入到镀液中，进行60min的化学镀镍，之后进行洗涤、抽滤、烘干，最终获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子。
上述中化学镀液的具体组成为：50g/L的NiCl2·6H2O，100g/L的C6H5Na3O7·2H2O，300ml/L的NH3·H2O，溶剂为蒸馏水。还原剂液的具体组成为：100g/L的NaH2PO2·H2O，溶剂为蒸馏水。
下表为实施例一到实施例七所制得复合粒子的电导率
| 项目 | 电导率(S/cm) |
| 实施例1 | 0.25S/cm |
| 实施例2 | 1.18S/cm |
| 实施例3 | 1.48S/cm |
| 实施例4 | 8.96S/cm |
| 实施例5 | 22.06S/cm |
| 实施例6 | 25.96S/cm |
| 实施例7 | 27.22S/cm |
Claims (3)
1.一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法，其特征在于，其步骤为：超高分子量聚乙烯粉末加入到温度为40～80℃的化学镀液中，并在超声水浴环境下保温搅拌混合均匀；然后将还原剂逐滴加入至混合液内，恒温处理30～60min，之后对其进行洗涤、抽滤、烘干，获得镀镍超高分子量聚乙烯复合粒子；
所述化学镀液是由10~50g/L的NiCl2·6H2O，30~100g/L的C6H5Na3O7·2H2O，100~300ml/L的NH3·H2O以及蒸馏水构成的，还原剂是由20~100g/L的NaH2PO2·H2O以及蒸馏水构成的。
2.根据权利要求1所述的一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法，其特征在于，超高分子量聚乙烯粉末加入到化学镀液之前进行了表面预处理，该预处理的方法为：
（a）粗化：将超高分子量聚乙烯粉末加入到粗化液中，25～30℃恒温超声水浴中搅拌30～60min，洗涤；
（b）敏化：将粗化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到敏化液中，25～30℃恒温超声水浴中搅拌30～60min，洗涤；
（c）活化：将敏化后的超高分子量聚乙烯粉末加入到活化液中，25～30℃恒温超声水浴中搅拌15～30min，洗涤，干燥，备用。
3.根据权利要求2所述的一种超高分子量聚乙烯粉末表面化学镀镍方法，其特征在于，所述粗化液是由30g/L的重铬酸钾，700ml/L的98wt%浓硫酸以及蒸馏水构成的；敏化液是由20g/L的氯化亚锡，10ml/L的37wt%的浓盐酸以及蒸馏水构成的；活化液是由0.1~1g/L的氯化钯，10ml/L的37wt%的浓盐酸以及蒸馏水构成的。
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