劉西德

（曲阜師范大學化學與化工學院，山東 曲阜 273165）

桐木板材作為普通的材料，在建筑、裝飾等方面有著廣泛的用途，具有金屬、塑料等其他材料無法比擬的資源優(yōu)勢和環(huán)境友好特性。但由于木材自身變異性大，易腐，易燃，抗靜電性能弱，不導電，電磁屏蔽效果差等特點，使得桐木板材的應用范圍受到限制。隨著科學技術的發(fā)展，木材功能性表面改性技術也取得了較大的發(fā)展，由原來的阻燃、防蟲蛀、抗裂、防變形等性能改良，逐漸發(fā)展為在此基礎上注重賦予木材某些特殊功能。利用化學鍍技術在木材表面沉積一層金屬[1-2]，改變木材表面的導電性能，制造木材金屬復合材料，不但可以保持木材本身所特有的表面裝飾效果及溫度調節(jié)、隔音、濕度調節(jié)等性能，還具有令人滿意的電性能，并具有很高的強重比。改變木材本身所不具備的屏蔽電磁波等性能，拓寬木材的應用范圍及利用效果，木材金屬復合材料作為新一代功能性材料必將具有經濟價值和新的應用領域。

化學鍍主要是利用適宜的還原劑使溶液中的金屬離子在催化劑活化表面還原析出成金屬鍍層的一種化學處理方法。化學鍍的沉積過程是液相離子通過溶液中的還原劑在金屬或其他材料表面上的還原沉積?；瘜W鍍的關鍵是還原劑的選擇和應用，最常用的還原劑是次亞磷酸鈉和甲醛，近年來又逐漸采用其他多種還原劑如肼、硼氫化物、胺基硼烷和它們的衍生物等。實際上，化學鍍是一種無外加電場的電化學過程，由于具有鍍層均勻、硬度高、耐磨、耐腐蝕性好、操作方便等優(yōu)良的特性，越來越被廣泛應用[3-5]。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

氯化鎳，次亞磷酸鈉，檸檬酸鈉，氯化氨，氯化鈀，氯化亞錫，鹽酸，錫粒，氨水，無水乙醇（均為分析純）。

JSM-6700F 型冷場掃描電鏡（FSEM），QZ77-101 遠紅外輻射干燥箱，FA2004N 光電天平，CS501型超級恒溫水浴器，PHSJ-4A 型pH 計。

1.2 桐木板材表面預處理

首先將桐木板材表面的木屑、灰塵清洗除去，由于桐木板材表面存在一些脂溶性成分，會對鍍層質量及鍍層與鍍件之間的結合力產生不利影響，因此施鍍前需用溶劑將桐木板材表面的脂溶性物質除去。使用苯醇混合溶劑（苯∶乙醇=2∶1）在室溫條件下浸泡桐木板材20min，將脂溶性成分溶解除去，然后洗凈、烘干，避免對鍍層產生影響。

1.3 敏化和活化處理

桐木板材在進行化學鍍鎳時，其表面必須具有催化活性中心，在化學鍍鎳過程中才能起到催化作用，加速鎳離子在桐木板材表面的沉積。要使桐木板材表面具有催化活性中心，必須對其進行敏化和活化處理[6]。敏化就是使非金屬表面吸附一些易氧化的物質；活化處理就是將此吸附有還原劑的鍍件浸入含有氧化劑即貴金屬離子的溶液中，使貴金屬析出在鍍件表面上形成催化活性中心。

敏化劑溶液：取10.2g 氯化亞錫溶解于40mL 濃鹽酸中，然后加入蒸餾水稀釋至1000mL。為防止Sn2+被氧化成Sn4+,溶液中需放入一些錫粒。

活化液：取氯化鈀0.22g 溶解于2.5mL 濃鹽酸中，并加蒸餾水稀釋至1000mL。

敏化處理是將預處理過的桐木單板放入敏化液中，在30℃的恒溫條件下，敏化處理10min,并不斷攪拌，然后水洗。將敏化處理過的鍍件放入活化液中，在30℃恒溫條件下處理10min, 并不斷攪拌，然后水洗干凈即可。

1.4 桐木板材表面化學鍍鎳

將經過敏化、活化處理的桐木板材置于一定溫度恒溫槽內的鍍鎳容器中，倒入鍍鎳溶液并用氨水調整鍍液的pH 值，化學鍍鎳即可開始。鍍鎳過程中每隔10min 攪拌1 次，施鍍時間控制在40min 左右，然后取出鍍件，經水洗后烘干并稱重。

鍍液組成：分別稱取氯化鎳(NiCl2·6H2O)、次亞磷酸鈉(NaH2PO2·H2O)、檸檬酸鈉(C6H5Na3O7·2H2O)、氯化氨(NH4Cl)，溶解于1000mL 蒸餾水中即可。

2 結果與討論

2.1 桐木板材表面化學鍍鎳的結構表征

實驗條件：加速電壓5.0kV，加速電流10μA，工作距離7.0mm，分辨率為微米級。由圖1 可知，木板表面形成了一層致密而且均勻的Ni-P 合金鍍層，鍍層結晶細致、平整光亮。在掃描電鏡下可以看到桐木板材表面已經完全均勻地被金屬包裹，表面形成了光亮的金屬鍍層。

圖1 桐木單板表面化學鍍鎳電鏡掃描圖

2.2 鍍液pH 值對鍍層質量的影響

鍍鎳溶液的pH 值對鎳的沉積速度影響較大。隨著鍍液pH 的增加，H2PO2-的還原能力增強，因此鎳在桐木板材表面的沉積速度加大，隨著pH 值的升高，鍍層質量先增加后降低。實驗結果表明，鍍液pH 值過高，會使鍍層變得灰暗、粗糙，鍍層結構松散，鍍層與基體之間結合力較弱，鍍層易脫落。這是由于過高的pH 值會使鍍液分解，容易出現混濁，從而降低了次亞磷酸鈉的還原能力，且鍍層夾帶的鍍液沉淀物共沉積，影響了鍍層的質量。桐木板材表面化學鍍鎳的最佳pH 值控制在8.0 左右為宜。

表1 65℃時鍍液不同pH 值對鍍件質量影響的實驗結果

2.3 鍍液溫度對鍍層質量的影響

桐木板材表面化學鍍鎳過程中，溫度對鍍層質量的影響較大。在敏化、活化、化學鍍鎳過程中，溫度都必須嚴格控制。經多次實驗可知敏化、活化過程溫度應控制在30℃左右。溫度低于15℃時，敏化、活化效果不好；溫度較高時，鍍層質量差且不均勻?；瘜W鍍鎳過程中提高溫度，有利于鍍鎳反應的進行，鎳的沉積速度加快；若溫度過高，鍍層質量反而下降。這是因為溫度過高時，鍍液揮發(fā)性增加，鍍液不穩(wěn)定，容易氧化分解而出現渾濁。這時鍍層變得粗糙，出現針孔和皺褶，金屬鍍層與桐木板材之間的結合力變小。根據實驗結果，桐木板材表面化學鍍鎳的溫度控制在65℃為宜。

表2 pH 為8.0 時不同溫度下鍍件質量的實驗結果

2.4 鍍液主鹽濃度對鍍層質量的影響

桐木板材化學鍍鎳過程中，氯化鎳作為化學鍍鎳的主鹽，在鍍液中提供反應生成金屬鎳的來源，其濃度對于鍍層質量及鍍層之間的結合力影響較大。氯化鎳濃度過小，則無法提供足夠的金屬鎳離子進行施鍍反應；濃度過大，容易造成金屬鎳的沉積速度較快結合力較弱，而且鍍液中還容易形成氫氧化物沉淀，使得鍍液的穩(wěn)定性變差。實驗結果表明，NiCl2·6H2O 的濃度控制在45g·L-1左右為宜。

2.5 絡合劑對鍍層質量的影響

化學鍍鎳過程中絡合劑具有重要的作用，絡合劑與鎳離子生成鎳絡合物，可降低游離鎳離子的濃度，防止沉積速度過快和在進行化學鍍后期由于溶液中亞磷酸離子的積累，與游離的鎳離子結合生成亞磷酸鎳白色沉淀，同時還防止在堿性溶液中由于鎳離子濃度過大造成的氫氧化鎳沉淀。鍍液中絡合劑的用量對于鍍層質量具有較大的影響，化學鍍鎳可使用的絡合劑種類較多，實驗發(fā)現水楊酸及酒石酸作為絡合劑時，鎳的沉積速度較小而沒有實用價值，在桐木板材化學鍍鎳過程中檸檬酸鈉作為絡合劑效果較好，實驗結果表明檸檬酸鈉絡合劑的用量控制在45g·L-1為宜。

表3 鍍液溫度65℃、pH 為8.5 時不同主鹽濃度時鍍件質量的實驗結果

表4 絡合劑不同用量對鍍層質量影響的實驗結果

3 結語

桐木板材化學鍍鎳的試驗，有許多工作值得認真探索和嘗試，雖然經過多次實驗，確定了桐木板材表面化學鍍鎳的工藝流程和控制條件，但是實驗的許多方面還需要進一步的研究。隨著研究的深入和加強，桐木板材化學鍍鎳技術必將更加完善，桐木板材金屬復合材料的應用前景將更加廣泛，其社會效益和經濟價值會得到充分的體現。

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