金属化开孔泡沫和纤维基材制造技术

本发明专利技术涉及一种用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(A)提供开孔泡沫或纤维基材，其中所述开孔泡沫或纤维基材包括聚合物，所述聚合物包括含杂原子部分，包括含杂原子部分的聚合物在所述开孔泡沫或纤维基材的本体中或作为在所述开孔泡沫或纤维基材上的涂层，其中包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物；(B)使所述开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(C)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有所述第二金属的层的所述金属化开孔泡沫或纤维基材。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属化开孔泡沫和纤维基材
本专利技术涉及金属化开孔泡沫或金属化纤维基材、其制备方法及其应用。
技术介绍
开孔泡沫和纤维基材提供了宽范围的特性，这使其在许多领域中受到关注。金属在技术应用中也是不可或缺的。开孔、二维和三维金属结构是已知的，但其具有与块体金属相似的特性。如果将金属和聚合物组合，则可以使金属的特性(如导电性)与聚合物的特性(如其弹性或可成形性)相结合。开孔泡沫和纤维基材的金属化可以为多种应用提供具有非常值得关注的特性的新聚合物/金属复合材料，所述应用例如燃料电池中的电极、膜、过滤、隔热、加热、超轻重量结构和催化。公认的用于聚合物材料的金属化技术包括物理或化学气相沉积和电镀(Eaves,D.HandbookofPolymerFoams2004,SmitherRapraPress)。由于聚合物开孔泡沫复杂的三维结构，这些技术不适用于其均匀金属化。具体的问题是使金属进入开孔泡沫和纤维基材的孔内并在基材上形成连续的金属层。选择的方法可以是湿法金属化，也称为化学镀。根据不同的概念，有许多关于聚合物表面的湿法金属化的报道。聚合物镀铜的主要途径是基于用铜盐和甲醛进行的处理(Nakahara,S.；Okinaka,Y.Ann.Rev.Mater.Sci.1991,21,93)。例如，通过在碱性条件下使用PdCl2作为活化剂用CuSO4和甲醛处理开孔聚氨酯开孔泡沫来实现铜的湿法化学沉积(Tian,Q-h；Guo,X-yTrans.NonferrousMet.Soc.China2010,153,s283)。根据简洁的方法，同样使用CuSO4和甲醛还有四氯金钠在硅烷化玻璃载片上制备等离子体铜纳米颗粒涂层(Susman,M.D.；Feldman,Y.,Vaskevich,A.Rubinstein,I.Chem.Mater.2012,24,2501)。做出了许多努力使用超声波用于快速化学镀(Cobley,A.J.；Mason,T.J.；Saez,V.Trans.Inst.MetalFin.2011,89,303)。然而，超声辅助化学镀需要小心调节超声频率，以避免由微射流引起的金属表面的点蚀，这也可能是在没有超声的情况下由于析出氢气泡而引起的主要问题(Park,Y.S.；Kim,M.H.；Kwon,S.C.Surf.Coat.Technol.2002,20,245)。通过化学镀获得的金属层的品质对聚合物基材的重要性直接对应于其电特性。断裂和颗粒状金属层或点蚀表面将显著降低其导电性。然而，在合适的镀覆条件下，用聚氨酯泡沫制造镍电极(Inazawa,S.；Hosoe,A.；Majima,M.；Nitta,K.SeiTechn.Rew.2010,71,23)。聚氨酯泡沫用作牺牲模板。因此，获得了孔隙率高达98％且孔径为数百微米的高导电性镍开孔泡沫，其在金属氢化物电池中用作阴极集电体。通过各种不同的材料来制备具有泡沫结构的开孔聚合物结构。例如，通过用超临界CO2进行发泡来获得高度多孔的聚(苯乙烯-共-丙烯腈)(SAN)开孔泡沫(Kyung-Nam,L；Lee,H.-J.；Kim,J.-H.Polym.Intern.2000,49,712)。通过微波辅助的三聚氰胺甲醛(MF)树脂合成实现了用于超轻、高度多孔的开孔泡沫的高度通用且技术上已实现的方法(Wang,D.；Zhang,X.；Luo,S.；Li,S.Adv.Mater.Phys.Chem.2012,2,63)。在取决于乳化剂的使用的适当条件下，获得了表观密度低至5.53mgcm-3且具有良好的抗压强度的海绵。用AgNO3和PdCl2作为活化剂进行的开孔三聚氰胺甲醛泡沫的化学镀得到了具有良好导电性(σ＝1.6*103Sm-1)和良好电子屏蔽特性的银涂覆的开孔泡沫(Xu,Y；Li,Y.；Xu,W.,Bao,J.J.Mater.Sci.Electron.2015,26,1159)。已知的金属化方法的问题在于，如果需要高品质的金属化，则其通常需要复杂或费力的工序和/或受限于某些聚合物表面。提供比电阻R<50Ωmm2m-1的导电性开孔三聚氰胺甲醛泡沫的开孔三聚氰胺甲醛(MF)泡沫的金属化是未知的。WO2004/056699涉及可以通过如下获得的纳米颗粒和纳米结构：a)使嵌段共聚物与至少一种低分子量组分混合，b)使混合物相分离以产生纳米结构，c)后续处理以改善所产生的结构的宏观取向，和d)浸出低分子量组分中的至少之一，使得产生尺寸为一百纳米至二百纳米的纳米孔或纳米颗粒。期望提供将开孔泡沫或纤维基材的期望特性与金属的期望特性相结合的新材料。特别地，期望在开孔三聚氰胺甲醛泡沫和纤维基材上提供高品质的金属层。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术涉及用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(A)提供开孔泡沫或纤维基材，其中所述开孔泡沫或纤维基材包括聚合物，所述聚合物包括含杂原子部分，包括含杂原子部分的聚合物在所述开孔泡沫或纤维基材的本体中或作为在所述开孔泡沫或纤维基材上的涂层，其中包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物；(B)使所述开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(C)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有第二金属的层的金属化开孔泡沫或纤维基材。在第二方面中，本专利技术涉及用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(i)提供开孔泡沫或纤维基材；(ii)使所述开孔泡沫或纤维基材接触包括含杂原子部分的聚合物，其中包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物，以提供聚合物涂覆的开孔泡沫或纤维基材；(iii)使所述聚合物涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(iv)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有第二金属的层的金属化开孔泡沫或纤维基材。在第三方面中，本专利技术涉及用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(a)提供开孔泡沫或纤维基材，其中所述开孔泡沫或纤维基材包括聚合物，所述聚合物包括含杂原子部分，其中包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物；(b)使所述开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(c)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有第二金属的层的金属化开孔泡沫或纤维基材。本专利技术的另一方面涉及可通过根据本专利技术的方法获得的金属化开孔泡沫或纤维基材。本专利技术的又一方面涉及照明装置，所述照明装置包括：第一导电层，其包括根据本专利技术的第一金属化开孔泡沫或金属化纤维基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(A)提供开孔泡沫或纤维基材，其中所述开孔泡沫或纤维基材包括聚合物，所述聚合物包括含杂原子部分，所述包括含杂原子部分的聚合物在所述开孔泡沫或纤维基材的本体中或作为在所述开孔泡沫或纤维基材上的涂层，其中所述包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物；(B)使所述开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(C)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有所述第二金属的层的所述金属化开孔泡沫或纤维基材。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.02.25 EP 15156521.51.一种用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(A)提供开孔泡沫或纤维基材，其中所述开孔泡沫或纤维基材包括聚合物，所述聚合物包括含杂原子部分，所述包括含杂原子部分的聚合物在所述开孔泡沫或纤维基材的本体中或作为在所述开孔泡沫或纤维基材上的涂层，其中所述包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物；(B)使所述开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(C)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有所述第二金属的层的所述金属化开孔泡沫或纤维基材。2.根据权利要求1所述的用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(i)提供开孔泡沫或纤维基材；(ii)使所述开孔泡沫或纤维基材接触包括含杂原子部分的聚合物，以提供聚合物涂覆的开孔泡沫或纤维基材，其中所述包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物；(iii)使所述聚合物涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(iv)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有所述第二金属的层的所述金属化开孔泡沫或纤维基材。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述开孔泡沫或纤维基材包含选自以下的聚合物材料：三聚氰胺甲醛树脂、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯及其组合，优选地，其中所述开孔泡沫或纤维基材包含三聚氰胺甲醛。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述包括含杂原子部分的聚合物包括聚乙烯基吡啶。5.一种用于制备金属化开孔泡沫或纤维基材的方法，其中所述方法包括：(a)提供开孔泡沫或纤维基材，其中所述开孔泡沫或纤维基材包括聚合物，所述聚合物包括含杂原子部分，其中所述包括含杂原子部分的聚合物选自聚乙烯基吡啶、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚烯丙基胺、聚环氧乙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物及其共聚物或共混物；(b)使所述开孔泡沫或纤维基材接触第一金属的纳米颗粒，以提供纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材；以及(c)使所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材接触包含第二金属的盐和还原剂的溶液，以提供在所述纳米颗粒涂覆的开孔泡沫或纤维基材上具有所述第二金属的层的所述金属化开孔泡沫或纤维基材。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中所述第一金属包括Ag、Au、Pd、Pt、Rh和Ru及其合金。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述第二金属包括Ag、Cu、Au、Pd、Pt、Rh和Ru及其合金。8.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法包括：(i)提供开孔泡沫或纤维基材，其中所述开孔泡沫或纤维基材包含三聚氰胺甲醛；(ii)使所述开孔泡沫或纤维基材接触包含所述包括含杂原子部分的聚合物和第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯·格赖纳，泽马·阿加瓦尔，马库斯·朗纳，
申请(专利权)人：拜罗伊特大学，
类型：发明
国别省市：德国,DE