CN104073788A - Pvc塑料表面亲水化的改性方法 - Google Patents

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Abstract

PVC塑料表面亲水化的改性方法，涉及一种PVC塑料的制备技术领域，依次采用乙醇对PVC塑料进行表面黏膜去除处理、碱液浸泡除去表面油脂、表面打磨粗化后，再采用氢氧化铁胶体浸泡PVC塑料进行改性处理，最后以氯化亚锡水溶液或葡萄糖水溶液进行敏化处理。采用本发明方法改性后具有吸附性，可吸附二价锡离子，有利于后续的活化、镀铜，所得镀层均匀，与基体结合力好。另外，还符合环保要求，而且使用该技术可确保PVC塑料表面铜镀层的正常附着，且表面均匀、导电率高、着附能力强。

Description

PVC塑料表面亲水化的改性方法
技术领域
本发明涉及一种PVC塑料的制备技术领域，特别是表面亲水化的改性技术。
背景技术
化学镀铜技术主要应用于印制线路板孔金属化和塑料电镀，无论是装饰性还是功能性的塑料电镀，化学镀铜都可以保证获得良好的导电性能底层。塑料表面化学镀铜之前需对其进行粗化处理，目的是为了将憎水性塑料表面变成亲水性，便于镀层的沉积；另一方面增加基体与镀层的接触面积，增强结合力。
对于塑料电镀，目前较为常用的化学粗化体系有高铬型粗化液、高锰酸钾粗化液等，是利用粗化液的强氧化性对塑料基底进行腐蚀，得到粗化的效果。但是六价铬会对环境产生污染，且对人体有致癌作用，危害极大。而锰为重金属元素，在工业上使用受到了一定程度的限制。因此，需要开发出一种环保型的粗化液。
塑料表面亲水化的另一个手段就是对表面进行改性，通过表面改性，将其变成亲水性，以实现化学镀的目的。如《材料保护》中的一篇文章《偶联剂在 PVC 塑料化学镀 Ni- Cu-P前处理中的应用》中使用KH550，KH560，NTC-401三种偶联剂对PVC塑料进行表面亲水性改性，取代了传统的铬酸粗化，但是这种方法也存在一定的问题，如浸泡过KH550的塑料片表面容易出现液滴聚集的状态，干燥后，表面改性不均匀。《应用表面科学》中的一篇文章使用了一种半互穿网络水凝胶膜对塑料表面进行改性，但需要在改性前对塑料进行化学粗化，同样涉及到了重金属锰。
发明内容
本发明的目的在于提出一种操作简便、条件易控的PVC塑料基体表面改性方法，以便形成质量好的导电金属镀层。
本发明技术方案是：依次采用乙醇对PVC塑料进行表面黏膜去除处理、碱液浸泡除去表面油脂、表面打磨粗化后，再采用氢氧化铁胶体浸泡PVC塑料进行改性处理，最后以氯化亚锡水溶液或葡萄糖水溶液进行敏化处理。
本发明采用氢氧化铁胶体代替粗化，对PVC塑料基体表面进行改性。突出的特点是：改性时采用的亲水化改性剂和改性条件的选择。氢氧化铁胶体的具体成分为氢氧化铁胶体粒子，离子Fe3+，Cl-，H+，OH-，氢氧化铁胶体呈胶状网络结构，具有吸附性，可吸附二价锡离子，有利于后续的活化、镀铜，所得镀层均匀，与基体结合力好。另外，亲水化改性剂采用不同浓度的氢氧化铁胶体取代污染环境的高铬型粗化液，符合环保要求，而且使用该技术可确保PVC塑料表面铜镀层的正常附着，且表面均匀、导电率高、着附能力强，可应用于电子产业与装饰行业。
本发明制备氢氧化铁胶体有两种方法：
方法一是：将蒸馏水升温至沸后滴加质量百分比浓度为1.5～13%的三氯化铁水溶液，保温于100℃反应制得氢氧化铁胶体。使用质量分数为1.5～13%的三氯化铁溶液与沸水反应制备氢氧化铁胶体，操作简便，易于实现。
方法二是：将浓度为0.1～0.2 mol/L的三氯化铁乙醇溶液和浓度为0.2～1.0 mol/L的氨乙醇溶液以体积比为2：3的比例混合，在反应体系温度为60～70℃的条件下反应，制得胶体粉末，再将胶体粉末放入蒸馏水中搅拌溶解，得氢氧化铁胶体。使用浓度为0.1～0.2 mol/L的三氯化铁乙醇溶液与氨乙醇溶液反应可制备出粉末状氢氧化铁，制备过程中可以避免三氯化铁的水解，且产物易于存放，便于后期的多次使用。
本发明代替了传统粗化液，降低了铬离子以及锰元素对于环境的危害，所得镀层颜色均一，导电性好，与基体的附着强度高。在PVC塑料表面化学镀铜，可以将其作为电镀铜或置换镀银的基底来使用，扩大了塑料的应用范围，可作为装饰用材料，也能用于微电子器件领域。
另外，本发明浸泡用所述氢氧化铁胶体的温度为40～55℃，浸泡时间为0.5～6h。在此温度以及浸泡时间下，PVC塑料表面氢氧化铁胶体附着较多且均匀，同时，PVC塑料表面与氢氧化铁的结合较好，能得到较好的亲水改性的塑料片基体。
本发明敏化处理的所述氯化亚锡水溶液中氯化亚锡浓度为5～25g/L；葡萄糖水溶液中葡萄糖浓度为20～50g/L。本发明可以在塑料基体表面形成微溶水的凝胶Sn2(OH)3Cl，凝胶黏附在基体表面吸附具有活性的金属位点，便于金属镀层的沉积。
本发明所述碱液为质量百分数为10～30%的氢氧化钠水溶液。使用该浓度的氢氧化钠溶液可以充分地除去塑料表面油脂，便于氢氧化铁胶体的附着，增强结合力。
在镀铜前，将敏化处理后的PVC塑料置于银氨溶液中浸泡活化，完成镀铜前处理步骤，就可将处理好的PVC塑料置于镀铜液中进行化学镀铜了。
本发明的主要优点：
1、使用氢氧化铁胶体对塑料表面进行改性，可以充分利用氢氧化铁的吸附性，成功地进行敏化活化以及后续镀铜，所的镀层颜色均匀，导电性好，与基体结合力好。
2、使用氢氧化铁胶体代替传统的化学粗化，降低了铬离子以及锰元素对于环境的危害，做到前处理的环保化。
附图说明
图1为改性后PVC塑料样品接触角图。         
    图2为在改性后的PVC塑料样品表面化学镀铜后的实物图。
具体实施方式　
氢氧化钠胶体使用沸水法和化学法均可制备。
沸水法：将不同质量分数的三氯化铁溶液滴到沸水中，制备出氢氧化铁胶体。
化学法：通过三氯化铁乙醇溶液和氨乙醇溶液反应制备得到胶体粉末，再将胶体粉末放入蒸馏水中搅拌溶解，可得透明的胶体溶液。
实施例一
改性处理：将PVC塑料试样依次置于乙醇中对其表面进行黏膜去除处理、以浓度为10～30%的氢氧化钠水溶液浸泡除去表面油脂、以砂纸打磨使试样表面粗化、以55℃的氢氧化铁胶体浸泡0.5 h。取出试样干燥后，再以5～25g/L的氯化亚锡水溶液敏化处理。
本例所用的氢氧化铁胶体的配制方法是：将40mL蒸馏水升温至沸，然后滴加6mL质量百分比浓度为1.5%的三氯化铁水溶液，保温于100℃反应2min，制得。
活化：在镀铜前，将敏化处理后的试样置于银氨溶液中浸泡活化。
应用：将处理好的镀件试样置于镀液中，按常规方法进行化学镀铜。 
实施例二
改性处理：将PVC塑料试样依次置于乙醇中对其表面进行黏膜去除处理、以浓度为10～30%的氢氧化钠水溶液浸泡除去表面油脂、以砂纸打磨使试样表面粗化、以50℃的氢氧化铁胶体浸泡1 h。取出试样干燥后，再以5～25g/L的氯化亚锡水溶液敏化处理。
本例所用的氢氧化铁胶体的配制方法是：将40mL蒸馏水升温至沸，然后滴加2.5 mL质量百分比浓度为4.7%的三氯化铁水溶液，保温于100℃反应2min，制得。
活化：在镀铜前，将敏化处理后的试样置于银氨溶液中浸泡活化。
应用：将处理好的镀件试样置于镀液中，按常规方法进行化学镀铜。 
实施例三
改性处理：将PVC塑料试样依次置于乙醇中对其表面进行黏膜去除处理、以浓度为10～30%的氢氧化钠水溶液浸泡除去表面油脂、以砂纸打磨使试样表面粗化、以45℃的氢氧化铁胶体浸泡2h。取出试样干燥后，再以5～25g/L的氯化亚锡水溶液敏化处理。
本例所用的氢氧化铁胶体的配制方法是：将40mL蒸馏水升温至沸，然后滴加1 mL质量百分比浓度为9.2%的三氯化铁水溶液，保温于100℃反应3min，制得。
活化：在镀铜前，将敏化处理后的试样置于银氨溶液中浸泡活化。
应用：将处理好的镀件试样置于镀液中，按常规方法进行化学镀铜。 
实施例四
改性处理：将PVC塑料试样依次置于乙醇中对其表面进行黏膜去除处理、以浓度为10～30%的氢氧化钠水溶液浸泡除去表面油脂、以砂纸打磨使试样表面粗化、以40℃的氢氧化铁胶体浸泡6h。取出试样干燥后，再以5～25g/L的氯化亚锡水溶液敏化处理。
本例所用的氢氧化铁胶体的配制方法是：将40mL蒸馏水升温至沸，然后滴加0.5 mL质量百分比浓度为12.6%的三氯化铁水溶液，保温于100℃反应3min，制得。
活化：在镀铜前，将敏化处理后的试样置于银氨溶液中浸泡活化。
应用：将处理好的镀件试样置于镀液中，按常规方法进行化学镀铜。 
实施例五
改性处理：将PVC塑料试样依次置于乙醇中对其表面进行黏膜去除处理、以浓度为10～30%的氢氧化钠水溶液浸泡除去表面油脂、以砂纸打磨使试样表面粗化、以50℃的氢氧化铁胶体溶液浸泡4h。取出试样干燥后，再以5～25g/L的氯化亚锡水溶液敏化处理。
本例所用的氢氧化铁胶体的配制方法是：取20 ml浓度为0.1mol/L的三氯化铁乙醇溶液和30ml浓度为0.4mol/L的氨乙醇溶液在反应体系温度为60℃的条件下反应，制得胶体粉末，再将胶体粉末放入蒸馏水中搅拌溶解，得透明的氢氧化铁胶体溶液。
活化：在镀铜前，将敏化处理后的试样置于银氨溶液中浸泡活化。
应用：将处理好的镀件试样置于镀液中，按常规方法进行化学镀铜。
实施例六
改性处理：将PVC塑料试样依次置于乙醇中对其表面进行黏膜去除处理、以浓度为10～30%的氢氧化钠水溶液浸泡除去表面油脂、以砂纸打磨使试样表面粗化、以50℃的氢氧化铁胶体溶液浸泡4h。取出试样干燥后，再以20～50g/L的葡萄糖水溶液敏化处理。
本例所用的氢氧化铁胶体的配制方法是：取10 ml浓度为0.2mol/L的三氯化铁乙醇溶液和15ml浓度为0.8 mol/L的氨乙醇溶液在反应体系温度为70 ℃的条件下反应，制得胶体粉末，再将胶体粉末放入蒸馏水中搅拌溶解，得透明的氢氧化铁胶体溶液。
本例所使用的葡萄糖水溶液敏化处理温度为25℃，浸泡时间为20min。
活化：在镀铜前，将敏化处理后的试样置于银氨溶液中浸泡活化。
应用：将处理好的镀件试样置于镀液中，按常规方法进行化学镀铜。
效果
上述实施例一至例六所得的塑料片进行接触角的测量，均可发现塑料表面成功改性，接触角低于90°，如图1所示。
经后续的处理以及镀铜所得铜层均匀，导电性好，与基体结合力好，如图2所示。经测试，铜层与PVC塑料试样的结合力为1～1.5kg/cm。

Claims (5)

1.一种PVC塑料表面亲水化的改性方法，依次采用乙醇对PVC塑料进行表面黏膜去除处理、碱液浸泡除去表面油脂、表面打磨粗化后，再对PVC塑料进行改性处理，最后以氯化亚锡水溶液或葡萄糖水溶液进行敏化处理；其特征在于所述改性处理时采用氢氧化铁胶体浸泡PVC塑料。
2.根据权利要求1所述改性方法，其特征在于：将蒸馏水升温至沸后滴加质量百分比浓度为1.5～13%的三氯化铁水溶液，保温于100℃反应制得氢氧化铁胶体。
3.根据权利要求1所述改性方法，其特征在于：将浓度为0.1～0.2mol/L的三氯化铁乙醇溶液和浓度为0.2～1mol/L的氨乙醇溶液以体积比为2：3的比例混合，在反应体系温度为60～70℃的条件下反应，制得胶体粉末，再将胶体粉末放入蒸馏水中搅拌溶解，得氢氧化铁胶体。
4.根据权利要求1或2或3所述改性方法，其特征在于：浸泡用所述氢氧化铁胶体的温度为40～55℃，浸泡时间为0.5～6h。
5.根据权利要求1所述改性方法，其特征在于：将敏化处理后的PVC塑料置于银氨溶液中浸泡活化。
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