CN102296332A

CN102296332A - 一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法

Info

Publication number: CN102296332A
Application number: CN2011102603692A
Authority: CN
Inventors: 唐芬; 姜荣军; 俞会根
Original assignee: XIAMEN HUARONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: XIAMEN HUARONG ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2011-12-28

Abstract

本发明公开一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，聚乙烯微粒置于除油溶液中，30～70℃，反应3～8min；除油后置于粗化溶液中，62～80℃，反应5～15min；粗化后置于还原溶液中，20～50℃，反应1～3min；还原后置于预浸溶液中，20～50℃，反应1～3min；预浸后置于10～100ml/LPd/Sn胶体中，20～40℃，反应5～20min；活化后置于金属置换溶液中，20～60℃，反应5～10min；金属置换后置于电镀液中，20～50℃，电流密度0.5～8A/dm²进行电镀。本发明避免了传统化学镀费时、成本高、不环保的缺点，成功实现在聚乙烯表面的直接电镀。

Description

一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法

技术领域

本发明涉及塑料电镀领域，特别是涉及在聚乙烯表面直接镀导电金属的方法。

背景技术

塑料电镀是指在塑料表面覆盖上一层金属，与金属制件相比，塑料电镀制品不仅可以实现很好的金属质感，而且能减轻制品重量，在有效改善塑料外观及装饰性的同时，也改善了其在电、热及耐蚀等方面的性能，提高了其表面机械强度。

因为塑料本身不导电，所以相比于普通金属，其电镀难度比较大，一般的塑料电镀工艺包括以下程序：

(1) 除油：去除塑料成型过程中留下的污物及指纹；

(2) 粗化：将塑料表面粗化成内锁的凹洞以使镀层密着住不易剥离；

(3) 活化：将还原剂吸附在表面，常用锡化合物；

(4) 化学镀：利用还原剂将溶液中的金属离子还原沉积在具有催化活性的塑料表面，使之形成金属镀层；

(5) 电镀：将经过化学镀已具有导电性的塑料件制品进行电镀加厚金属层。

可见，要对塑料进行电镀，最关键的步骤是对塑料表面进行金属化处理，使其表面覆盖一层金属薄层，具有导电性，目前普遍采用化学镀方法。

化学镀是一种效率高并且价格低廉的方法，但是，它存在以下问题：1) 化学镀液中常常含有EDTA或三乙醇胺等难以处理的络合剂；2) 含有致癌物甲醛；3) 工艺稳定性差，镀层易产生麻点。相比于传统化学镀方法，目前的主流工艺是胶体钯-镍化学镀工艺，可用于自动化生产，稳定性也有提高，但是化学镀镍液的缺点是易老化，寿命短，需要经常更换溶液，废液处理成本较高，一样存在环保压力。

传统的电镀塑料一般是ABS树脂，聚碳酸酯，聚苯乙烯，聚丙烯等，而聚乙烯则少见报道。聚乙烯简称PE，为热塑性树脂。以密度的大小分为：低密度聚乙烯，高密度聚乙烯，中密度聚乙烯，此外还有线型低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯等。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能，化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀，常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良，广泛用于纺织、造纸、医疗、机电、化工等行业。然而，聚乙烯对于环境应力（化学与机械作用）是很敏感的，耐热老化性差，耐热性（热变形温度）低。同时由于聚乙烯分子极性小、表面能低，表面改性困难。

本发明人利用聚乙烯耐热性差，在100℃左右易熔融，电镀在聚乙烯微粒表面的导电金属将失去基底而失去导电性的特性，将聚乙烯表面直接镀导电金属的微粒应用在锂离子电池上，作为正极活性材料或负极活性材料的导电剂使用，因此，急需发展一种适合于聚乙烯微粒材料的直接电镀方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，特别是在3～5微米的聚乙烯微粒表面镀导电金属的方法。

为了达成上述目的，本发明的具体步骤如下：

（1）除油

除油工序有利于聚乙烯微粒表面粗化的均匀性，同时增加粗化液的使用寿命。

将聚乙烯微粒置于5～50 g/L NaOH，3～30 g/L Na₂CO₃，3～30 g/L Na₃PO₄·12H₂O，0.1～1 g/L 十二烷基苯磺酸钠，10～100 g去离子水组成的混合溶液中，在30～70 ℃温度条件下，反应3～8 min。

（2）粗化

粗化是聚乙烯微粒电镀前处理中的关键一步，直接关系产品的成功率，主要作用是使聚乙烯微粒表面呈微观粗糙，间接增大镀层的接触面。

将除油后的聚乙烯微粒置于10～380 g/L CrO₃，10～396 g/L H₂SO₄，5～15 mg/L Pd²⁺，10～100 g去离子水组成的混合溶液中，在62～80 ℃温度条件下，反应5～15 min。

（3）还原

还原工序主要是为了还原聚乙烯微粒表面的六价铬，防止后续工序的镀液被六价铬污染而导致性能下降。

还原液组成为：5～50 g/L 还原剂，1～10 g/L 调校剂，5～40 ml/L HCl，10～100 g去离子水。反应温度20～50 ℃，反应时间1～3 min。

所述还原剂为：NaH₂PO₂（次亚磷酸钠），DMAB（二甲基胺硼烷），KBH₄（硼氢化钾），N₂H₄（联氨）中的任意一种。

所述调校剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠中的至少一种。

（4）预浸

预浸的作用是增加活化液的稳定性，防止活化液被清洗水稀释，减少无谓损失，同时预浸对活化液起到缓冲作用，防止胶体钯直接与塑料表面的中性水接触导致破坏性水解。

预浸液组成为：100～300 ml/L HCL，10～100 g去离子水。反应温度20～50 ℃，反应时间1～3 min。

（5）活化

活化是聚乙烯微粒表面直接电镀中非常重要的一环。聚乙烯经粗化后，在活化液中基体表面与含贵金属离子Pd²⁺的溶液接触，然后贵金属离子很快被二价锡还原为金属微粒而吸附在其表面。所以活化的实质就是在聚乙烯微粒表面吸附一定量的活化中心，从而催化随后的施镀过程。10～100 ml/L Pd/Sn胶体，反应温度20～40 ℃，反应时间5～20 min。

上述Pd/Sn胶体配置方法为：1) 60℃时，把1 kg NaCl溶于3 L水中，分成两份；2) 把3 g香草醛加入到其中2 L NaCl饱和溶液中，边加热边搅拌30～40 min，直至香草醛完全溶解，生成香草醛-NaCl溶液；3) 把1 kg SnCl₂加入到香草醛-NaCl溶液中，加热搅拌，使其溶解；4) 另取20 g PdCl₂加入到40～60℃的200 ml饱和NaCl溶液中，搅拌使其完全溶解；5) 将第3)、4)步得到的溶液混合，加热到80℃，恒温1h，生成2 L过饱和Pd/Sn胶体浓缩液。

（6）金属置换

金属置换的工作原理是首先移除塑料表面上围绕在钯周围的锡，然后把金属置换上，从而增加聚乙烯微粒表面的金属性。

金属置换溶液一般由金属盐、络合剂、强碱和稳定剂组成，具体组成为：10～300 ml/L 金属置换剂，10～100 g去离子水。反应温度20～60 ℃，反应时间5～10 min。

所述金属置换剂配置方法为：1) 把50～400 g/L的NaOH，NaCO₃，KOH，K₂CO₃等碱性化合物溶解于水中；2) 把0.4mol（摩尔）金属盐溶解于10% H₂SO₄溶液中；3) 每升碱溶液中加入2 ml金属盐溶液，配成金属置换剂。

（7）电镀

100～220 g/L CuSO₄·5H₂O，10～33 ml/H₂SO₄，0.1～2 g/L Cl^-，反应温度20～50 ℃，电流密度J_k=0.5～8 A/dm²

采用上述方案后，本发明中活化是最重要的一个步骤，其实质就是在聚乙烯表面吸附一定量的活化中心，从而催化随后的施镀过程。本发明避免了传统化学镀过程费时、成本高、不环保的缺点，能够成功实现在聚乙烯表面的直接电镀导电金属。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

将3～5微米的聚乙烯微粒置于50 g/L NaOH，30 g/L Na₂CO₃， 30 g/L Na₃PO₄·12H₂O，1 g/L 十二烷基苯磺酸钠，100 g去离子水组成的混合溶液中，在温度70 ℃，反应8 min。

将除油后的聚乙烯微粒置于380 g/L CrO₃，396 g/L H₂SO₄，15 mg/L Pd²⁺，100 g去离子水组成的混合溶液中，在温度80 ℃，反应15 min。

将粗化后的聚乙烯微粒置于50 g/L NaH₂PO₂，1 g/L 十二烷基磺酸钠，40 ml/L HCl，100 g去离子水组成的还原液中，在温度50 ℃，反应3 min。

将还原后的聚乙烯微粒置于300 ml/L HCL，100 g去离子水组成的溶液中，在温度20 ℃，反应3 min。

将预浸后的聚乙烯微粒置于10～100 ml/L Pd/Sn胶体溶液中，在温度30℃，反应20 min。

将还原后的聚乙烯微粒置于300 ml/L 铜置换剂，100 g去离子水组成的溶液中，在温度30 ℃，反应10 min。

将铜置换后的聚乙烯微粒置于220 g/L CuSO₄·5H₂O，33 ml/H₂SO₄，0.1 g/L Cl^-溶液中，在温度25 ℃，电流密度J_k=4 A/dm²下进行电镀。

这样，即制得聚乙烯表面直接镀导电金属的微粒。

Claims

1.一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）除油：聚乙烯微粒置于除油溶液中，在30～70 ℃温度条件下，反应3～8 min；

（2）粗化：除油后的聚乙烯微粒置于粗化溶液中，在62～80 ℃温度条件下，反应5～15 min；

（3）还原：粗化后的聚乙烯微粒置于还原溶液中，在20～50 ℃温度条件下，反应1～3 min；

（4）预浸：还原后的聚乙烯微粒置于预浸溶液中，在20～50 ℃温度条件下，反应1～3 min；

（5）活化：预浸后的聚乙烯微粒置于10～100 ml/L Pd/Sn胶体中，在20～40 ℃温度条件下，反应5～20 min；

（6）金属置换：活化后的聚乙烯微粒置于金属置换溶液中，在20～60 ℃温度条件下，反应5～10 min；

（7）电镀：金属置换后的聚乙烯微粒置于电镀液中，在20～50 ℃温度条件下，电流密度0.5～8 A/dm²进行电镀。

2.根据权利要求1所述的一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于：所述步骤（1）中，除油溶液组成为：5～50 g/L NaOH，3～30 g/L Na₂CO₃，3～30 g/L Na₃PO₄·12H₂O，0.1～1 g/L 十二烷基苯磺酸钠，10～100 g去离子水。

3.根据权利要求1所述的一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于：所述步骤（2）中，粗化溶液组成为：10～380 g/L CrO₃，10～396 g/L H₂SO₄，5～15 mg/L Pd²⁺，10～100 g去离子水。

4.根据权利要求1所述的一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，还原液组成为：5～50 g/L 还原剂，1～10 g/L 调校剂，5～40 ml/L HCl，10～100 g去离子水；所述还原剂为：NaH₂PO₂、DMAB、KBH₄和N₂H₄中的任意一种；所述调校剂为十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，预浸液组成为：100～300 ml/L HCL，10～100 g去离子水。

6.根据权利要求1所述的一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于：所述步骤（5）中，Pd/Sn胶体配置方法为：1) 60℃时，把1 kg NaCl溶于3 L水中，分成两份；2)把3 g香草醛加入到其中2 L NaCl饱和溶液中，边加热边搅拌30～40 min，直至香草醛完全溶解，生成香草醛-NaCl溶液；3) 把1 kg SnCl₂加入到香草醛-NaCl溶液中，加热搅拌，使其溶解；4) 另取20 g PdCl₂加入到40～60℃的200 ml饱和NaCl溶液中，搅拌使其完全溶解；5) 将第3)、4)步得到的溶液混合，加热到80℃，恒温1h，生成2 L过饱和Pd/Sn胶体浓缩液。

7.根据权利要求1所述的一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于：所述步骤（6）中，金属置换溶液为铜置换溶液，铜置换溶液组成为：10～300 ml/L 铜置换剂，10～100 g去离子水；所述铜置换剂配置方法为：1) 把50～400 g/L的NaOH，NaCO₃，KOH，K₂CO₃碱性化合物溶解于水中；2) 把100 g CuSO₄·5H₂O溶解于10% H₂SO₄溶液中；3) 每升碱溶液中加入2 ml Cu²⁺溶液，配成铜置换剂。

8.根据权利要求1所述的一种聚乙烯表面直接镀导电金属的方法，其特征在于：所述步骤（7）中，电镀液组成为：100～220 g/L CuSO₄·5H₂O，10～33 ml/H₂SO₄，0.1～2 g/L Cl^-。