CN103998503B - 热塑性组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热塑性组合物,其包括:a)热塑性树脂和b)其量相对于组合物的总重量至少为1重量%的金属化合物,其中所述金属化合物用分子式AB2O4表示,其中A代表铜和任选的一种或多种其它金属,B代表铬和锰和任选的一种或多种其它金属的组合。

Description

热塑性组合物
本发明涉及一种热塑性组合物,其包括热塑性树脂和激光直接成型添加剂。本发明还涉及利用激光直接成型工艺生产电路载体的方法。本发明还涉及通过所述方法得到的电路载体。
例如在US-B2-7060421和WO-A-2009024496中描述了一种聚合物组合物,其包括聚合物和激光直接成型(LDS)添加剂。这种聚合物组合物可以有利地用于制造非导电部件的LDS方法中,所述方法包括如下步骤:用激光辐射辐照所述部件上待形成导电性迹线的区域,以便在导电通道所处的位置活化塑性表面;随后金属化被辐照的区域,从而在这些区域上堆积金属。WO-A-2009024496中描述了芳香族聚碳酸酯组合物,其含有能够被电磁辐射激活由此形成单质金属核的金属化合物和2.5-50重量%的类橡胶聚合物,其中加入后者是为了减少由于芳香族聚碳酸酯组合物中这类金属化合物的存在而导致的聚碳酸酯的降解。
虽然现有技术中已知的LDS添加剂在某些情况下是令人满意的,但仍存在对改进的LDS添加剂的持续需求。
本发明的一个目的是提供一种显示出改进的镀层性能的热塑性组合物。
因此,本发明提供一种热塑性组合物,其包括:
a)热塑性树脂,和
b)其量相对于组合物的总重量至少为1重量%的金属化合物,
其中所述金属化合物用分子式AB2O4表示,其中A代表铜和任选的一种或多种其它金属,B代表铬和锰和任选的一种或多种其它金属的组合。
在所述分子式的组分A中,所述一种或多种其它金属是化合价为2的金属阳离子。所述其它金属可以从例如镉、锌、钴、镁、锡、钛、铁、铝、镍、锰、铬和两种或多种上述金属的组合中选择。
在所述分子式的组分B中,所述一种或多种其它金属是化合价为3的金属阳离子。所述其它金属可以从例如镉、镍、锌、铜、钴、镁、锡、钛、铁、铝和两种或多种上述金属的组合中选择。
出人意料地,发明人发现根据本发明所述的热塑性组合物显示出改进的镀层性能。发明人还发现根据本发明所述的组合物在例如Izod缺口冲击强度实验中表现出的韧性显著增加,尤其是在低温时。出人意料地,已发现聚碳酸酯组合物的模制部件在-20℃下的Izod缺口冲击强度(根据ISO180/4A所述的在样品厚度≤3.2mm时测量)能够增至高于25kJ/m2,甚至高于30kJ/m2,甚至高于35kJ/m2
根据本发明所述的热塑性组合物中的金属化合物起着LDS添加剂的作用,其使所述组合物能够在激光直接成型工艺中使用。
在激光直接成型工艺中,提供热塑性组合物包括热塑性树脂和激光直接成型添加剂,用激光辐射辐照热塑性组合物的其上待形成导电性迹线的区域,随后被辐照的区域被选择性地金属化以形成导电性迹线。没有被激光辐射辐照的局域不发生金属化。所述金属化可以通过例如标准的化学镀层工艺(例如铜镀工艺)完成。
不想被任何理论束缚,可以认为激光直接成型添加剂能够被激光辐射激活并因此形成单质金属颗粒。人们认为这些金属颗粒在标准的铜镀工艺中起着铜沉积的核的作用并形成了导电性迹线形成的基础。辐射也可能不直接被激光直接成型添加剂吸收,而是被其它物质吸收,然后这些物质将吸收到的能量转移至激光直接成型添加剂中并因此使单质金属释放。
所述激光辐射可以是UV光(波长为100至400nm)、可见光(波长为400至800nm)或红外光(波长为800至25000nm)。其它优选形式的辐射是X-射线、γ-射线和粒子束(电子束、α-粒子束和β-粒子束)。优选的激光辐射是红外光辐射,更优选地是其波长为1064nm。
优选地,存在于根据本发明所述的组合物中的组分b)包括总量至少85重量%的Cu和Cr,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。更优选地,根据本发明所述的组合物中的金属化合物包括总量至少90重量%的Cu和Cr,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。优选地,根据本发明所述的组合物中的金属化合物包括总量至多99重量%的Cu和Cr,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。
优选地,存在于根据本发明所述的组合物中的组分b)包括至少1重量%的Mn,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。更优选地,所述金属化合物包括至少2重量%、更优选地至少3重量%或者甚至更优选地至少5重量%的Mn,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。优选地,所述金属化合物包括至多15重量%的Mn,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。更优选地,所述金属化合物包括至多12重量%、更优选地至多10重量%的Mn,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。
优选地,根据本发明所述的组合物中存在的组分b)包括总量至少95重量%的Cu、Cr和Mn,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。更优选地,所述金属化合物包括总量至少98重量%、甚至更优选地至少99重量%的Cu、Cr和Mn,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。
在具体的优选实施方式中,组分b)包括至少1重量%的Mn和总量至少95重量%的Cu、Cr和Mn,其中所述量是相对于金属化合物中存在的金属的总重量。
存在于金属化合物中的每种金属的量都可以通过XRF(X-射线荧光)分析来确定。XRF分析可以通过联合使用例如AXIOSWDXRF分光仪(来自PANalytical)和Omnian软件完成。
组分b)可以颗粒的形式被加入以制备根据本发明所述的热塑性组合物。优选地,组分b)的颗粒大小的D50为1-1.5μm。已发现颗粒大小在上述范围内的组分b)对镀层性能是特别有利的。优选地,组分b)优选的颗粒大小的D10为0.3-1μm。优选地,组分b)优选的颗粒大小的D90为1.5-10μm。所述颗粒大小可以利用光散射技术确定。例如可以使用Microtrac全方位分析仪(FRA)。
存在于本发明的组合物中的组分b)的浓度至少为1重量%、优选地是在2重量%-25重量%之间、更优选地是在3重量%-20重量%之间、甚至更优选地是在4重量%-15重量%之间、特别优选地是从5重量%至10重量%,其中所述量是相对于组合物的总重量。
在本发明的组合物中的热塑性树脂a)的浓度优选地是在45重量%-99重量%之间、更优选地是在70重量%-97重量%之间,其中所述量是相对于组合物的总重量。
可能存在于根据本发明所述的组合物中的热塑性树脂的实例包括,但不局限于聚碳酸酯(特别是芳香族聚碳酸酯)、聚酰胺、聚酯、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或这些树脂的组合。这些树脂可以是均聚物、共聚物或者它们的混合物,可以是支化的或未支化的。
合适的聚酰胺(PA)的实例是脂肪族聚酰胺,其最终可以是支化的聚酰胺(例如PA6、PA46、PA66、PA6/66、PA11、PA12)、半芳香族聚酰胺(例如MXD6、PA6I/6T、PA66/6T、PA4T)、全芳香族聚酰胺以及上述聚酰胺的共聚物和混合物。
合适的聚酯的实例是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)、聚萘二酸乙二醇酯(PEN)、聚萘二酸丁二醇酯(PBN)。优选的聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯。
在优选的实施方式中,热塑性组合物包括基于聚碳酸酯的树脂。基于聚碳酸酯的树脂可以选自聚碳酸酯或者包括聚碳酸酯的树脂混合物。所述聚碳酸酯可以是均聚物、共聚物或者它们的混合物,可以是支化的或未支化的。例如,US2009/0292048中描述了适当的基于聚碳酸酯的树脂,其通过引用被并入本文。
聚碳酸酯包括芳香族碳酸酯链单元,所述单元包括具有结构式(I)的结构单元的组分:
-R1-O-CO-O-(I)
其中,R1基团是芳香族、脂肪族或脂环族的原子团。有益地,R1是芳香族有机原子团;在一个可选的实施方式中,R1是结构式(II)的原子团:
-A1-Y1-A2-(II)
其中,A1和A2中的每一个都是单环二价芳基,Y1是有0、1或2个原子的桥连原子团,其将A1和A2分开。在一个典型的实施方式中,一个原子分开A1和A2。这类原子团的示例性例子是-O-、-S-、-S(O)-、-S(O2)-、-C(O)-、亚甲基、环己基-亚甲基、2-[2,2,1]-二亚环庚基、亚乙基、异亚丙基、新亚戊基、亚环己基、亚环十五基、亚环十二基、亚金刚烷基等。在另外一个实施方式中,0个原子分开A1和A2,其中一个示例性例子是双酚。桥连原子团Y1可以是烃基或饱和烃基(例如亚甲基、亚环己基或异亚丙基)。
合适的芳香族聚碳酸酯包括至少由二价苯酚和碳酸酯前体,例如通过公知的界面聚合工艺或熔融聚合方法制成的聚碳酸酯。可以应用的适当的二价苯酚是有一个或多个含有两个羟基的芳香族环的化合物,其中每个羟基都与形成部分芳香族环的碳原子直接相连。这类化合物的实例是4,4’-二羟基联苯、2,2-双(4-羟苯基)丙烷(双酚A)、2,2-双(4-羟基-3-甲基苯基)丙烷、2,2-双-(3-氯-4-羟苯基)-丙烷、2,2-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-丙烷、2,4-双-(4-羟苯基)-2-甲基丁烷、2,4-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-2-甲基丁烷、4,4-双(4-羟苯基)庚烷、双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-甲烷、1,1-双-(4-羟苯基)-环己烷、1,1-双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-环己烷、2,2-(3,5,3′,5′-四氯-4,4′-二羟基二苯基)丙烷、2,2-(3,5,3′,5′-四溴-4,4′-二羟基二苯基)丙烷、(3,3′-二氯-4,4′-二羟基苯基)甲烷、双-(3,5-二甲基-4-羟苯基)-砜、双-4-羟苯基砜、双-4-羟苯基硫醚。
碳酸酯前体可以是羰基卤化物、卤代甲酸酯或碳酸酯。羰基卤化物的实例是羰基氯和羰基溴。适当的卤代甲酸酯的实例是二价苯酚(例如氢醌)或二醇(例如乙二醇)的双-卤代甲酸酯。适当的碳酸酯的实例是碳酸二苯基酯、碳酸二(氯苯基)酯、碳酸二(溴苯基)酯、碳酸二(烷苯基)酯、碳酸苯基甲苯基酯等及其混合物。虽然也可以使用其它碳酸酯前体,但是优选地使用羰基卤化物,特别是羰基氯(也被称为光气)。
可以使用催化剂、酸受体和用于控制分子量的化合物制备根据本发明所述的组合物中的芳香族聚碳酸酯。
催化剂的实例是叔胺(例如三乙胺、三丙胺和N,N-二甲基苯胺)、季铵化合物(例如四乙基溴化铵)和季鏻化合物(例如甲基三苯基溴化鏻)。
有机酸受体的实例是吡啶、三乙胺、二甲基苯胺等。无机酸受体的实例是碱金属或碱土金属的氢氧化物、碳酸盐、碳酸氢盐和磷酸盐。
用于控制分子量的化合物的实例是一价苯酚(例如苯酚、对-烷基苯酚和对-溴苯酚)和仲胺。
热塑性树脂可以是树脂(例如聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯、聚酯酰胺、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯)和至少一种类橡胶聚合物的混合物。WO-A-2009024496中描述了类橡胶聚合物的实例,其通过引用被并入本文。特别优选的是聚碳酸酯和类橡胶聚合物的混合物。类橡胶聚合物是一种弹性体(即橡胶状的)聚合物或者包含一种弹性体(即橡胶状的)聚合物,其中所述弹性体聚合物的Tg值优选地低于约10℃,更具体地低于约-10℃或者更具体地约-20℃至-80℃。
弹性体聚合物的实例包括聚异戊二烯、基于丁二烯的橡胶聚合物(如聚丁二烯、苯乙烯-聚丁二烯的无规共聚物和嵌段共聚物、所述嵌段共聚物的氢化物、丙烯腈-丁二烯共聚物和丁二烯-异戊二烯共聚物)、基于丙烯酸酯的橡胶聚合物(如乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、丙烯酸酯-丁二烯酸共聚物(例如丙烯酸的弹性体聚合物,例如丙烯酸丁酯-丁二烯共聚物))、基于硅氧烷的橡胶聚合物(如聚有机硅氧烷(例如聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷和二甲基-二苯基硅氧烷共聚物))和其它弹性体聚合物(例如乙烯-丙烯的无规共聚物和嵌段共聚物、乙烯和[α]-烯烃的共聚物、乙烯和脂肪族乙烯基的共聚物(例如乙烯-乙酸乙烯基酯)、乙烯-丙烯非共轭二烯三聚物(例如乙烯-丙烯-己二烯共聚物)、丁烯-异戊二烯共聚物和聚氯乙烯),这些物质可以单独使用,也可以两种或多种联合使用。
具体优选的弹性体聚合物包括ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、AES树脂(丙烯腈-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物)、AAS树脂(丙烯腈-丙烯酸弹性体-苯乙烯共聚物)和MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)。具体优选的接枝共聚物是ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)和MBS(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物)或这些共聚物的混合物,原因在于聚碳酸酯基质与这些共聚物之间的相容性特别高,从而能使这些共聚物均匀地分散到聚碳酸酯基质中。这就减少了可能由某种类型的组分b)引起的热塑性树脂的任何降解。从经济的观点出发,甚至更优选的是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)。可以使用任何可商购ABS。特别优选的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)是橡胶含量为10-50重量份、优选10-40重量份、甚至更优选10-30重量份的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
优选地,热塑性树脂a)中类橡胶聚合物的浓度是热塑性树脂a)的量的0-60重量%。
根据本发明所述的热塑性组合物还可以包括选自云母、滑石(talk)和硅灰石的矿质填料c),其优选量为至少1重量%,其中所述量是相对于组合物的总重量。优选地,所述矿质填料的量是至多10重量%。
根据本发明所述的热塑性组合物还可以包括0-25重量%的一种或多种其它添加剂,其中所述量是相对于组合物的总重量。所述添加剂包括常规添加剂(例如耐热或热-氧化降解的稳定剂、耐水解的稳定剂、耐光(尤其是UV光)降解和/或光-氧化降解的稳定剂)、防滴剂(例如PTFE)、加工助剂(例如脱模剂和润滑剂)和着色剂(例如颜料和染料)。上述的KunststoffHandbuch,3/1中记载了这些添加剂和它们的常用量的适当实例。
优选地,根据本发明所述的热塑性组合物包括65-99重量%的热塑性树脂a)、1-25重量%的激光直接成型添加剂b)和0-10重量%的矿质填料c)。根据本发明所述的热塑性组合物还可以包括0-25重量%,优选地0.5-5重量%的其它添加剂。因此,组分a)、b)和c)的总量是75-100重量%,优选地是95-99.5重量%,其中所述量是相对于组合物的总重量。
在优选的实施方式中,根据本发明所述的热塑性组合物包括70-97重量%的热塑性树脂a)和1-10重量%的激光直接成型添加剂b),其中组分a)和b)的总量相对于组合物的总量是95-99.5重量%,并且热塑性树脂包括相对于热塑性树脂的量20-40重量%的类橡胶聚合物。
组分b)和上述其它任选的添加剂可以通过合适的混合装置(例如单螺杆挤出机或双螺杆挤出机)引入到热塑性树脂a)中,优选地使用双螺杆挤出机。优选地,热塑性树脂颗粒至少和组分b)一起被引入挤出机中并被挤出,然后在水浴中骤冷并制粒。因此,本发明还涉及一种制造根据本发明所述的热塑性组合物的方法,所述方法将组分a)、b)和其它的添加剂以及增强剂熔融混合。
本发明还涉及一种模制件,其包含根据本发明所述的热塑性组合物。本发明具体涉及通过注塑根据本发明所述的组合物而制成的模制件。本发明还涉及一种物品(具体是一种电路载体),其包含根据本发明所述的组合物而制成的模制件。在一个实施方式中,这种电路载体被用来制造天线。
本发明还涉及制造这种电路载体的方法,所述方法包括如下步骤:提供含有根据本发明所述的热塑性组合物的模制件,利用激光辐射辐照所述部件的其上待形成导电性迹线的区域,随后金属化被照射的区域。在一个优选的实施方式中,激光被同时用于使金属核释放和实现部件消融而形成促进粘附的表面。这为实现沉积金属导线的优异粘附强度提供了一种简便的方式。激光的波长有利地为248nm、308nm、355nm、532nm、1064nm或甚至10600nm。优选地,通过镀层工艺将其它金属沉积在通过激光辐射产生的金属核上。优选地,所述金属化通过如下进行:将模制件浸渍在至少一种化学镀槽中,从而在模制件中被照射区域上形成导电路径。化学镀层工艺的非限制性实例为镀铜工艺、镀金工艺、镀镍工艺、镀银工艺、镀锌工艺和镀锡工艺。
现在通过参考下列实施例和对比例阐述本发明。
实施例
由表1所给出的组分制备对比实验(CEx)1和实施例(Ex)1的组合物。此外,加入用于加工和稳定的添加剂。这些添加剂包括脱模剂(LoxiolP861/3.5,由Cognis提供)、热稳定剂(Irgafos168,由BASF提供)、抗氧化剂(Irganox1076,由BASF提供)和单磷酸锌(Z21-82,由Budenheim提供)。
表2给出了LDS添加剂1、2的组分和颗粒大小。
LDS添加剂的组分是利用X-射线荧光分析来测定的。利用X-射线荧光分析可以确定存在于金属化合物中的每种金属的量。XRF分析是通过联合使用AXIOSWDXRF分光仪(来自PANalytical)和Omnian软件完成的。将样品压入测量盘中并在真空环境下对测量盘进行分析。
可以使用Microtrac全方位分析仪(FRA)利用光散射技术来确定颗粒大小。
根据表3所给出的量制备所有的样品组合物。所有的量都是重量百分比。在各个实施例中,样品在280℃的温度下在同向旋转双螺杆挤出机中被挤出。将挤出物制粒,并将收集到的颗粒在100℃的温度下干燥4小时,随后使用约260℃-270℃的熔融温度将其注塑为70×50×2mm的板和ASTM-大小的Izod棒(64×12.7×3.2mm)。
在23℃和-20℃的温度下,根据ISO180/4A所述来测量Izod缺口冲击强度。
通过使用不同的激光功率和频率来激光活化注塑板以及随后在McDermidMID100B1化学镀槽中的镀层工艺对镀层性能进行判断。镀层性能是根据在约30-60分钟内形成的铜层的厚度来判断的,其取决于沉积速度。利用X-射线荧光测量技术来测量铜层厚度。由于铜层形成的沉积速度高度依赖于镀槽的条件,因此已知具有稳定的铜层形成性能的参考材料被包括于此。所谓的镀层指数给出了测试材料的镀层性能,其指的是测试材料的铜层厚度与在参考材料上形成的铜层厚度的比值。使用PocanDP7102作为参考材料,设置镀层时间使得能够在该参考材料上形成约3.5-5.5μm的铜层厚度。18个样品的镀层是在3-8W,60-100kHz的条件下完成的。表3显示了平均镀层指数和最大镀层指数。
实施例1和对比实验1
表3显示了对比实验(CEx)1和实施例(Ex)1的组合物和结果。
CEx1和Ex1显示:Cu(Cr,Mn)2O4(LDS添加剂2)比CuCr2O4(LDS添加剂1)能产生更好的镀层性能。
此外,Cu(Cr,Mn)2O4能产生更高的Izod冲击强度,尤其是在低温下。
表1
*这些化合物中其它金属的量非常低,以至于供应商用这些分子式来标明这些化合物。
表2
材料 LDS添加剂1 LDS添加剂2
组分(重最%)
Cr 62.4 59.8
Cu 37.4 33.4
Mn 6.1
其它 0.2 0.7
颗粒大小(μm)
D10 0.5 0.5
D50 1.3 1.3
D90 3.3 4.8
表3

Claims (16)

1.一种热塑性组合物,其包括:
a)热塑性树脂,和
b)其量相对于组合物的总重量至少为1重量%的金属化合物,
其中所述金属化合物用分子式AB2O4表示,其中A代表铜和任选的一种或多种其它金属,B代表铬和锰和任选的一种或多种其它金属的组合,其中相对于在所述金属化合物中存在的金属的总重量,组分b)包括总量至少为85重量%的铜和铬。
2.根据权利要求1所述的热塑性组合物,其中组分b)包括至少1重量%的Mn,其中所述量是相对于在金属化合物中存在的金属的总重量。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中组分b)包括总量至少为95重量%的Cu、Cr和Mn,其中所述量是相对于在金属化合物中存在的金属的总重量。
4.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中组分b)是颗粒的形式,颗粒大小D50为1-1.5μm。
5.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中所述组合物包括的所述组分b)的量在2重量%到25重量%之间,其中所述量是相对于组合物的总重量。
6.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中所述组合物包括的所述组分b)的量在3重量%到20重量%之间,其中所述量是相对于组合物的总重量。
7.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中所述组合物包括的所述组分b)的量在4重量%到15重量%之间,其中所述量是相对于组合物的总重量。
8.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中所述组合物包括的所述组分b)的量从5重量%到10重量%,其中所述量是相对于组合物的总重量。
9.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中所述热塑性组合物包括的所述热塑性树脂的量为45-99重量%,其中所述量是相对于组合物的总重量。
10.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中所述热塑性组合物包括的所述热塑性树脂的量在70重量%到97重量%之间,其中所述量是相对于组合物的总重量。
11.根据权利要求1-2中任意一项所述的热塑性组合物,其中热塑性树脂是基于聚碳酸酯的树脂。
12.一种模制件,其含有根据权利要求1-11中任意一项所述的热塑性组合物。
13.一种用于制造电路载体的方法,所述方法包括如下步骤:提供根据权利要求12所述的模制件,用激光辐射辐照所述部件上待形成导电性迹线的区域,随后金属化被辐照的区域。
14.根据权利要求13所述的方法能够得到的电路载体。
15.金属化合物作为激光直接成型添加剂在激光直接成型工艺中的用途,其中所述金属化合物用分子式AB2O4表示,A代表铜和任选的一种或多种其它金属,B代表铬和锰和任选的一种或多种其它金属的组合,其中相对于在所述金属化合物中存在的金属的总重量,所述金属化合物包括总量至少为85重量%的铜和铬。
16.根据权利要求15所述的用途,其中所述金属化合物包括至少1重量%的Mn,其中所述量是相对于在金属化合物中存在的金属的总重量。
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