[发明专利]一种通过多巴胺对无机粒子进行表面化学镀铜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉体化学镀领域，具体涉及一种通过多巴胺对无机粒子进行表面化学镀铜的方法。

背景技术

现代社会的高速发展带来的一个重大问题是电磁波污染问题，一方面，不同电子、电气设备发出的电磁波会相互干扰，影响设备的稳定性；另一方面，大量的电磁波会危害人类的健康。在一些国防军工领域，电磁波的泄露还会导致一些安全问题。为解决这些问题，各种电磁屏蔽材料和吸波材料应运而生，其中电磁屏蔽涂料以其工艺简单、无需特殊设备以及与基材一体化的特点而被广泛应用于电磁屏蔽领域。电磁屏蔽涂料主要由树脂、稀释剂、添加剂和填料四部分组成，其中填料的电磁性能决定了涂料的电磁屏蔽能力，常用的填料有银粉、镍粉、铜粉和石墨等，银粉、镍粉、铜粉的导电性比较高，但是密度比较大，在涂料中易引起沉降问题，而且会增加涂层的重量；石墨的密度虽然比较小，但导电性不如金属，而且有取向问题。为解决纯金属粉密度大的问题，常用的方法是在轻质基体上通过化学镀的方法镀上一层金属银、铜或镍等，这样既可降低填料的密度，又可发挥金属层的电磁性能。大部分无机粒子密度小于银、铜或镍的密度（银：10.49g/cm^-3；铜：8.96g/cm^-3；镍：8.90 g/cm^-3），在其表面镀上金属后，可制得轻质导电填料。本发明涉及在各种无机粒子表面进行化学镀铜，主要以氧化铝微球、空心玻璃微珠、空心碳球和针状硅酸盐为例。

氧化铝是由铝矾土和硬水铝石制备的，硬度大，有刚玉之称，作为填料使用时不易变形。氧化铝密度为3.97 g/cm^-3，小于金属银、铜、镍粉体，但氧化铝绝缘性比较高，不能作为导电填料使用，在表面镀上金属铜层后，可获得良好的导电性。空心玻璃微珠和空心碳球的密度远小于金属粉末，表面金属化后，密度可控，适合作为电磁屏蔽用涂料和发泡聚合物的填料。针状硅酸盐属于天然矿物，其来源广泛，成本低，在聚合物填充补强方面发挥的作用越来越大，其表面化学镀铜后，导电导热性得到很大的提高，可制备导热或导电聚合物复合材料。

常规的化学镀处理包括碱性除油、微蚀、电性调整、预浸、敏化活化、加速、化学镀等繁琐的过程，而且其中的一些化学药水对环境和人体的危害比较大。2007年开始，有研究证明多巴胺能够通过自身氧化作用在不同类型基体（金属、无机物和高分子）表面形成聚多巴胺层，聚多巴胺层具有大量的邻酚羟基和氨基，能够进一步形成功能化层，如接枝其他分子，表面金属化等。聚多巴胺层能吸附金属离子，并具有一定的还原性，能够在辅助还原剂的协同作用下，在基体表面沉积完整的金属层。目前用多巴胺进行表面金属化的研究涉及的基体有粉末，纤维和膜表面等，而且化学镀银的研究居多，专利CN 101812678 A在玻璃微珠、铝粉和针状硅酸盐表面沉积聚多巴胺层，然后在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）存在下分散于银氨溶液中进行预处理，最后将预处理后的粉体分散于含葡萄糖的银氨溶液中，获得表面包覆银的粉体。本发明的创新点和优势在于：（1）利用多巴胺对无机粒子表面进行活化，相对于传统化学镀中的钯活化，操作简单，对环境无污染；（2）制备了以无机粉体为核，金属铜层为壳的核壳结构，相对于直接使用金属粉体，密度大大降低，特别是当使用空心玻璃微珠和空心碳球作为基体时；（3）表面化学镀铜的成本远低于化学镀银，而且铜的导电性和银相差不大（铜：1.678×10^-8Ω·m；银：1.586×10^-8Ω·m）。

发明内容

本发明主要是针对电磁屏蔽涂料和吸波涂料中填料易沉降的问题，提供了一种以无机粒子作为基体，以聚多巴胺作为中间层，在表面还原金属铜离子，制备轻质导电填料的方法。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种通过多巴胺对无机粒子进行表面化学镀铜的方法，包括以下步骤：

（1）将乙醇或丙酮超声清洗后的无机粒子加入到pH为6.0-10.0，浓度为0.5g/L-5.0g/L的多巴胺溶液中，聚合反应0.5-48h，得表面包覆了聚多巴胺层的无机粒子；

（2）配制化学镀铜液：首先配制以氯化铜为主盐的水溶液，再加入乙二胺四乙酸为络合剂，硼酸为稳定剂，二甲基胺硼烷为还原剂， 加入或不加入PEG2000为添加剂，最后调节pH为6.0-9.0，得化学镀铜液；所述氯化铜、乙二胺四乙酸、硼酸、二甲基胺硼烷与PEG2000在化学镀铜液中的物质的量浓度分别为20mM-70mM、20mM-70mM、0.05-0.3M、0.05-0.4M与0-10ppm；