CN105838235B - 一种可金属化的组合物、涂覆层及非金属表面选择性金属化的方法 - Google Patents

一种可金属化的组合物、涂覆层及非金属表面选择性金属化的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可金属化的组合物、涂覆层及非金属表面选择性金属化的方法。该可金属化组合物包括主体树脂和溶剂，其中，主体树脂包含式Ⅰ所示结构的聚合物，其中，R1、R2独立选自羟基、异氰酸酯基、烷氧基或烷烃基中的一种或几种；R3为C1～C4的烷烃基；n1为20～300之间的整数。本发明的组合物在成型后可金属化，且与金属化层的结合力强，同时本发明的组合物可以通过喷涂、印刷、浸涂、刷涂等简单工艺选择性涂覆于非电镀级非金属表面，固化后能在非金属表面形成与非金属结合力强的一体结构层，再化学镀，在既定的位置金属化，无溢镀和漏镀现象，可容易实现非金属表面的选择性金属化，方法简单易实现。

Description

一种可金属化的组合物、涂覆层及非金属表面选择性金属化 的方法
本申请是申请日为2012年04月25日、申请号为201210124315.8、发明名称为“一种可金属化的组合物、涂覆层及非金属表面选择性金属化的方法”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明属于金属化技术领域，尤其涉及一种可金属化的组合物、涂覆层及非金属表面金属化的方法。
背景技术
目前常规的可金属化非金属材质一般是ABS、PP、酚醛玻纤增强塑料等，且分别要使用以上塑料中的专门电镀级塑料才可以。其中，尤以ABS的金属化工艺最为成熟。其常规工艺如下：首先对非金属表面进行一系列的前处理，然后进行化学镀，化学沉积一定厚度的金属从而实现金属化，如果需要，可以在此金属表面再进行后续的电镀工艺，使表面完成常规的电镀金属化装饰。其中表面前处理过程可按照以下步骤进行，除油、粗化、中和还原、活化、还原解胶等，而这些塑料的实际应用却存在很大的局限性，使非金属表面金属化受限，限制了行业的发展，同时现有实际应用中，大部分产品使用的常规塑料材质均为非电镀级，如PC、PET、PMMA等塑料，很难实现金属化，且对于常规的电镀级塑料，也只能将其表面全部金属化，难以实现金属化的选择性。
发明内容
本发明解决了现有技术中存在的可金属化的塑料的实际应用存在很大的局限性，大部分非电镀级的常规塑料无法实现金属化，且能金属化的电镀级塑料，只能全部金属化，难以实现金属化的选择性，影响行业发展的技术问题。提供一种可金属化的组合物、涂覆层及非金属表面金属化的方法。
本发明的第一个目的是提供一种可金属化组合物，该可金属化组合物包括主体树脂和溶剂，所述主体树脂包含式Ⅰ所示结构的聚合物，
其中，R1、R2独立选自羟基、异氰酸酯基、烷氧基或烷烃基中的一种或几种；R3为C1～C4的烷烃基；n1为20～300之间的整数。
本发明的第二个目的是提供一种可金属化涂覆层，所述涂覆层采用上述的可金属化组合物按照下列步骤制得：
S1、将主体树脂、溶剂混匀得浆料；
S2、将步骤S1所得的浆料涂覆在基体上，固化得可金属化涂覆层。
本发明的第三个目的是提供一种非金属表面选择性金属化方法，步骤包括：
A、将上述可金属化组合物混匀得浆料；
B、在需金属化的非金属表面涂覆步骤A所得浆料，固化得漆膜；
C、对步骤B所得漆膜进行粗化和活化，后进行漆膜表面电镀，实现非金属表面选择性金属化。
本发明意外发现本发明提供的组合物在成型后可金属化，且与金属化层的结合力强，同时本发明的组合物可以通过喷涂、印刷、浸涂、刷涂等简单工艺选择性涂覆于非电镀级非金属表面，固化后能在非金属表面形成与非金属结合力强的一体结构层，再通过前处理工艺，后进行化学镀，可只在固化的漆膜表面实现金属化，从而实现选择性金属化的目的。推测原因可能因为本发明的主体树脂中含有特殊的分子链结构，在大分子链上含有特殊结构的多双键活性基团，可以为后续金属化前处理的化学粗化过程提供必须的化学键，为后续的活化创造条件，即为金属化创造了条件，保证金属化层的有效结合力。本发明的组合物中也可以采用主体树脂直接注塑成型，形成可金属化的塑胶件，具有广泛的应用，同时其金属化时形成的金属化层与基体的结合力也强。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种可金属化组合物，包括主体树脂和溶剂，所述主体树脂包含式Ⅰ所示结构的聚合物，
其中，R1、R2独立选自羟基、异氰酸酯基、烷氧基或烷烃基中的一种或几种；R3为C1～C4的烷烃基；n1为20～300之间的整数。主体树脂中含有特殊的分子链结构，在大分子链上含有特殊结构的多双键活性基团，可以为金属化前处理的化学粗化过程提供必须的化学键，为后续的活化创造条件，保证化学镀层的有效结合力。
优选地，聚合物为端羟基聚丁二烯、端异氰酸酯基聚丁二烯或干性油改性树脂。其中，干性油改性树脂优选为亚麻油改性醇酸树脂或蓖麻油改性醇酸树脂。进一步优选，聚合物为式Ⅱ所示结构的端羟基聚丁二烯，
其中，n2为20～300之间的整数，优选n2为30～100之间的整数。优选的结构可以固化形成式Ⅲ所示结构，
此结构在金属化前处理的粗化过程中，在粗化液的作用下，发生反应Ⅰ所示的化学反应，使得固化膜层表面中部分链段被蚀掉，形成微孔和凹槽，且这些微观粗糙结构周围布满了亲水基团如—OH、—SO3H等，为后续的活化过程创造了条件，即为金属化创造了条件，同时进一步提高了金属化层的有效结合力。
主体树脂中还可以含有其他水性体系和/或溶剂型体系树脂，其中，其他水性体系和溶剂型体系树脂本发明没有限制，可以为本领域技术人员公知的各种水性体系和溶剂型体系树脂，可以为一种也可以为多种，本发明没有限制，优选主体树脂包括聚氨酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、干性油树脂或其相互间的改性树脂中的一种或多种。上述的主体树脂可以在一定条件下自然固化，也可以通过与固化体系树脂在一定条件下反应固化，本发明没有限制，优选主体树脂中还含有固化体系树脂，可以采用本领域技术人员公知的各种固化体系树脂，优选氨基树脂、异氰酸酯树脂、胺类、酸类、酸酐类或酚醛树脂中的一种或几种。为优化整个金属化产品的整体性能，优选主体树脂包括丙烯酸树脂、饱和聚酯树脂、环氧树脂和异氰酸酯树脂，主体树脂组成聚氨酯树脂体系。本发明所选树脂包含但不限于以上树脂。上述的其他水性体系和/或溶剂型体系树脂的主体树脂在涂覆组合物中的质量百分含量优选为30～80wt％，进一步优选为50～65wt％。上述树脂对金属化前处理具有惰性，能避免在金属化前处理对固化膜的基本性能的影响，优化金属化层与基材的附着力。
优选地，以主体树脂的总量为基准，聚合物的质量百分含量为15～50wt％。进一步优选为25～40wt％，优化形成的涂覆层的性能和与金属化层的有效结合力。
一般当金属化组合物需应用于非金属表面的选择性金属化时，需在非金属表面制备漆膜，通过对漆膜金属化，从而实现对非金属表面的选择性金属化，组合物一般制备成可涂覆的浆料，一般含有溶剂。溶剂本发明没有限制，可以为本领域技术人员公知的各种溶剂，一般使涂料具有喷涂或者印刷等涂覆性能即可，较佳情况下能均匀分散组合物，对组合物中的主体树脂等有较好的溶解力最优，一般对底材有一定的咬蚀能力最佳。例如可以为常规石油系化学品溶剂、水等。溶剂型体系溶剂，可优选酮类、醇酯类、苯类等有机溶剂，例如环己酮、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酸丁酯、二甲苯等。本发明所选的溶剂包含但不限于以上溶剂。上述溶剂在组合物中的质量百分含量优选为15～60wt％，进一步优选为20～40wt％。
优选地，组合物中还可以包括助剂。助剂本发明没有限制，可以根据设计需要进行添加改性，例如助剂可以选自表面活性剂、消泡剂、润湿分散剂、流变助剂、紫外光稳定剂、防腐剂、光引发剂或活性催化剂中的一种或几种。具体的可以从BYK、AFCONA、TEGO、汽巴等厂家选择上述助剂产品。助剂的添加量本发明也没有限制，以组合物的总量为基准，上述助剂的质量百分含量优选为0.1～5wt％，进一步优选为0.2～2wt％。
优选地，组合物中还可以包括颜填料，用于增强涂覆层对金属层的附着力，提高涂覆层的丰满度和机械性能等。颜填料可以为无机颜料或有机颜料，无机颜料可以为金属或非金属氧化物、盐类、单质等，有机颜料可以为酞菁系颜料、偶氮颜料等。具体的可以从碳酸钙、滑石粉、钛白粉等颜料中选择。本发明所选颜填料包含但不限于以上颜填料。上述颜填料在组合物中的质量分数优选为0～30wt％，进一步优选0～20wt％。
本发明同时提供了一种可金属化涂覆层，所述涂覆层采用上述的可金属化组合物按照下列步骤制得：
S1、将主体树脂、溶剂混匀得浆料；其中，混匀采用本领域技术人员公知的各种混合方式，例如机械搅拌等，本发明没有限制，对各物质的添加顺序本发明也没有限制，一般先将有机的混匀，再加入无机物质。混匀时可根据需要加热或降温等，例如水浴加热或水循环降温。
S2、将步骤S1所得的浆料涂覆在基体上，固化得可金属化涂覆层。涂覆的方式本发明也没有限制，例如可以通过喷涂、印刷、浸涂、刷涂等在基体表面形成一层浆料即可，固化本发明没有限制，可以为本领域技术人员公知的各种固化，例如热塑性固化、热固性固化等，可根据主体树脂的种类来进行较易操作的固化方式，当然也可以采用添加其他物质进行其他方式的固化，本发明没有限制，一般可选择室温固化、加热固化、UV光照固化等。基体本发明没有限制，可以是用来做涂覆层的支持体，可以是不与涂覆层结合的基体，也可以是需金属化的部分，直接金属化，与本发明的组合物形成的涂层具有较好的结合力。
固化的具体反应可以例举如反应Ⅱ所示：
本发明同时提供了一种非金属表面选择性金属化方法，步骤包括：
A、将上述可金属化组合物混匀得浆料；
B、在需金属化的非金属表面涂覆步骤A所得浆料，固化得漆膜；
C、对步骤B所得漆膜进行粗化和活化，后进行漆膜表面电镀，实现非金属表面选择性金属化。其中，粗化可以对漆膜表面进行化学蚀刻和增加其亲水性，一般通过酸性和强氧化性的粗化液作用，使漆膜表面发生化学反应，表面的化学键断裂被氧化，表面出现微孔和凹槽等微观粗糙结构，保证最终镀层与基材之间的“铆合”作用，增强结合力，同时，氧化后产生的亲水基团如羧基、羟基等的适量存在，保证了接下来的活化过程中产生的化学镀催化剂能够正常被吸附在微孔和凹槽处。粗化液优选铬酐加无机酸粗化液或高锰酸钾加无机酸粗化液等，具体优选铬酐加无机酸粗化液。其中，无机酸本发明没有限制，可以选自硫酸、盐酸或磷酸中的一种或几种，具体优选硫酸。可以自己配置也可以市购，例如可以采用安美特、麦德美等厂家的对应类型的粗化液产品。一般粗化后会残留一些酸性物质和氧化剂等，为防止其对产品及后续工序的影响，一般会在粗化后对基材表面进行中和还原处理。
活化为化学电镀提供催化活性中心，一般需要贵金属的催化剂如钯、金等，在活化液的作用下在漆膜表面形成胶体状物质，活化液中的还原剂将贵金属盐类还原，得到贵金属单质如钯，胶体状物质把钯等贵金属包裹起来形成胶体钯，胶体钯则在亲水基团的作用下，进入基材的微孔和凹槽内铆接，从而保证电镀的金属化层的结合力和实用性。活化液可以选自胶体钯型、氯化钯型、硝酸银型等类型的活化液中的一种或几种，优选为活化胶体钯型活化液。可以自己配置也可以市购，例如可以采用安美特、麦德美等公司的对应类型的活化液产品。其一般形成的催化活性中心的钯处在胶体包裹中，需要将胶体打开，暴露钯，增强催化活性，可以采用还原解胶。
对固化形成的漆膜还可根据需要进行其他前处理工艺，例如前序的除油清洗过程等，当然如需要也可对非金属表面进行一些前处理工艺，除油清洗可以是针对漆膜这一部分，可以是对整个整体，本发明没有限制，还原解胶后也可采用本领域技术人员公知的各种后续处理等。处理完后即可进行电镀，电镀的方法本发明也没有限制，可以采用本领域技术人员公知的各种电镀方法，例如化学镀，具体的可以为化学镀铜、化学镀镍等，也可以继续在上电镀其他金属，对电镀的金属种类及层数本法明没有限制，应用广泛。
需金属化的非金属表面是指选择性金属化的部分，采用本发明的方法，可以只对需金属化的部分进行金属化，当涂覆本发明的组合物后，可以对整个非金属进行上述工艺，而只在需金属化的部分形成牢固的金属化层，工艺简单，易实现。其中，非金属只是能与本发明的漆膜很好结合的物质，结合可以是物理结合，也可以是固化时形成化学键结合，例如可以为现有广泛应用的非电镀级塑料底材，例如PC、PET、PMMA等塑料，本发明所适用的底材包含但不限于以上材料。本发明制作的选择性金属化塑料件，化学电镀时有优异的选择性，能很好的区分上镀与不上镀的界限，有效的防止溢镀；金属化层与基材之间具有优异的附着力；成本较低。可以应用于多种高科技领域，例如手机内部天线、精细电路、选择性电镀外观件等，从而提高了产品的技术性能也降低了原有方案的成本，大大提高了产品的竞争力。
以下结合具体实施例对本发明做进一步解释说明。实施例及对比例中所采用原料均通过商购得到。
实施例1
(1)称取如表1所示的组合物，混匀，后采用印刷工艺涂覆于PC底材表面，涂覆的厚度为30微米，在通风烤箱中80℃烘烤约1h固化。
(2)对样品进行清洗除油，然后按照以下工艺进行前处理和化学镀铜：粗化(50℃保持10min)——水洗——还原(20g/L亚硫酸钠溶液，常温保持5min)——水洗——活化(常温保持5min)——水洗——还原(20g/L亚硫酸钠溶液，常温保持5min)——水洗——解胶(500ml/L盐酸溶液，常温保持5min)——水洗——化学镀铜(40℃保持1～4h)——水洗。得样品S1(其中，粗化液使用安美特的铬酐加无机酸粗化液产品，活化液使用安美特的胶体钯型活化液产品)。
实施例2
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品S2，不同的是组合物，具体如表1所示。
实施例3
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品S3，不同的是组合物，具体如表1所示。
实施例4
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品S4，不同的是组合物，具体如表1所示。
实施例5
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品S5，不同的是组合物，具体如表1所示。
实施例6
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品S6，不同的是组合物，具体如表1所示。
实施例7
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品S7，不同的是组合物，具体如表1所示。
实施例8
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品S8，不同的是组合物，具体如表1所示。
对比例1
采用与实施例1相同的方法和步骤制备样品DS1，不同的是组合物，具体如表1所示。
性能测试：
按照ASTM D3359–1997的技术标准对实施例1-8制备的样品S1-S8及对比例1制备的样品DS1进行附着力测试，同时观察样品S1-S8、DS1的外观，是否有溢镀或者漏镀，即外观上是否是按照既定的位置顺利的金属化，测试结果如表2。
表1
表2
本发明的组合物在成型后可正常上镀，且与金属化层的结合力强，同时本发明的组合物可以通过喷涂、印刷、浸涂、刷涂等简单工艺选择性涂覆于非电镀级非金属表面，固化后能在非金属表面形成与非金属结合力强的一体结构层，再化学镀，在既定的位置金属化，无溢镀和漏镀现象，可容易实现非金属表面的选择性金属化，方法简单易实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种可金属化组合物，其特征在于，所述可金属化组合物包括主体树脂和溶剂，所述主体树脂包含式Ⅰ所示结构的聚合物，
其中，R1、R2独立选自羟基、异氰酸酯基、烷氧基或烷烃基中的一种或几种；R3为C1～C4的烷烃基；n1为20～300之间的整数，所述主体树脂包括聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂、干性油树脂或相互间的改性树脂中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述聚合物为端羟基聚丁二烯或端异氰酸酯基聚丁二烯。
3.根据权利要求2所述的组合物，其中，所述聚合物为式Ⅱ所示结构的端羟基聚丁二烯，
其中，n2为20～300之间的整数。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述聚合物为式Ⅱ所示结构的端羟基聚丁二烯，
其中，n2为30～100之间的整数。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述主体树脂包括固化体系树脂。
6.根据权利要求5所述的组合物，其中，所述固化体系树脂选自氨基树脂、异氰酸酯树脂、胺类、酸类、酸酐类或酚醛树脂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述主体树脂包括丙烯酸树脂、饱和聚酯树脂、环氧树脂和异氰酸酯树脂。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中，以主体树脂的总量为基准，所述聚合物的质量百分含量为15～50wt％。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中，以主体树脂的总量为基准，所述聚合物的质量百分含量为25～40wt％。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述溶剂选自酮类、醇酯类或苯类中的一种或几种，且以所述组合物的总量为基准，所述溶剂的质量百分含量为15～60wt％。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物还包括助剂。
12.根据权利要求11所述的组合物，其中，所述助剂为表面活性剂、消泡剂、润湿分散剂、流变助剂、紫外光稳定剂、防腐剂、光引发剂或活性催化剂中的一种或几种，且以所述组合物的总量为基准，所述助剂的质量百分含量为0.1～5wt％。
13.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物还包括颜填料。
14.一种可金属化涂覆层，其特征在于，所述涂覆层采用权利要求1至13中任意一项所述的可金属化组合物按照下列步骤制得：
S1、将所述可金属化组合物混匀得浆料；
S2、将步骤S1所得的浆料涂覆在基体上，固化得可金属化涂覆层。
15.一种非金属表面选择性金属化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、将所述可金属化组合物混匀得浆料；
B、在需金属化的非金属表面涂覆步骤A所得浆料，固化得漆膜；
C、对步骤B所得漆膜进行粗化和活化，然后进行漆膜表面电镀，实现非金属表面选择性金属化；
所述可金属化组合物为权利要求1至14中任意一项的可金属化组合物。
16.根据权利要求15所述的非金属表面选择性金属化方法，其中，
所述粗化包括用具有酸性和氧化性的粗化液与步骤B所得涂覆层发生表面反应；
所述活化包括用活化液在经过粗化的步骤B所得涂覆层表面形成催化活性中心。
17.根据权利要求16所述的非金属表面选择性金属化方法，其中，
所述粗化液选自高锰酸钾加无机酸粗化液或铬酐加无机酸粗化液，所述无机酸选自硫酸、盐酸或磷酸中的一种或几种；
所述活化液选自胶体钯型、氯化钯型或硝酸银型活化液中的一种或几种。
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