CN106435537A - 一种聚合物基材表面选择性化学镀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚合物基材表面选择性化学镀的方法，操作按如下步骤进行：(a)聚合物基材表面前处理；(b)采用涂布工艺在聚合物基材表面印制底涂、干燥；(c)聚合物基材表面选择性印制敏化溶液；(d)聚合物基材浸入活化溶液中活化；(e)化学镀制得表面选择性金属化聚合物基材。本发明提供的方法工艺流程简单，成本低廉，同时具有良好的选择性。在柔性线路板、集成电路等领域有良好的应用前景。

Description

一种聚合物基材表面选择性化学镀的方法
技术领域：
本发明涉及涂覆技术领域，尤其涉及到一种在聚合物基材表面进行化学镀的方法。
背景技术：
聚合物表面选择性金属化具有成本低、易携带、可弯曲和生物相容性强等优势，在显示器，选择性屏蔽，集成化金属微器件(微电极，微加热器，微传感器等)电路等众多领域都具有潜在应用价值，引起国内外研究者们广泛关注。
目前关于聚合物表面区域金属化主要采用沉积-光刻技术，热压技术和选择性化学镀技术。其中选择性化学镀技术因其操作简单、精度高、成本低和不受基底的表面形态限制受到广泛关注。例如，专利200510110438.6和专利200510110437.1公开了一种激光诱导选择性化学镀的方法，将催化剂粒子胶体涂布在基体上，通过紫外光或激光选择性辐射，使催化剂粒子被还原成金属粒子并嵌入基体中，未辐射区域的胶体离子被清洗掉，然后实施化学镀即可得到基体上微米级图形化的化学镀层。中国专利200810142571.3公开了一种用于塑料基材的选择性化学镀方法，此方法先在基材上涂覆纳米金属浆料，然后激光刻蚀，最后进行化学涂覆。这两种发法均采用激光刻蚀制备图案，不仅成本高，操作难度大，而且对基材要求也比较高，都与本发明专利有明显技术上的差异。再如中国专利201080027204.4公开了金属在塑料基板上的选择性沉积方法，此方法包含将塑料制品磺化、活化该磺化的塑料制品以使其上接受镀覆。此方法只适用于塑料基材，另外涉及到磺化反应，不环保。再如中国专利201410125969.1和201510390594.6公开了一种在聚合物基材表面化学镀的方法，此方法是在聚合物基材表面选择性印制成膜后富含活性基团的底涂，活化敏化后化学施镀，该方法是通过选择性印制的底涂表面吸附催化剂粒子，实现聚合物表面选择性活化和化学镀。
发明内容
本发明的目的在于克服现有选择性化学镀方法的不足，提供一种聚合物基材表面选择性化学镀的方法，它工艺简单、环保。
实现本发明目的的技术方案是：
一种聚合物基材表面选择性化学镀的方法，在基体表面印制底涂，并在底涂表面选择性印制敏化溶液，将聚合物基材浸入活化液中活化，然后化学镀；所述方法包含以下步骤：
(1)采用涂布工艺在清洗后的聚合物基材表面全区域印制底涂乳液，厚度为5纳米～50纳米，之后置于80℃～150℃的条件下干燥0.5分钟～5分钟；
(2)在步骤(1)所得聚合物基材表面选择性印制敏化溶液，2分钟～10分钟后用去离子水中清洗；
(3)将步骤(2)所得聚合物基材浸入pH为1～4的活化液中进行活化，活化液浓度为0.05克/升～0.8克/升，活化温度为30℃～80℃，活化时间为1～60分钟；
(4)将步骤(3)所得基体在去离子水中清洗、化学镀后40℃～100℃干燥1分钟～30分钟，得到镀件。
其中，聚合物基材材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
其中，底涂乳液是丙烯酸树脂乳液、甲基丙烯酸树脂乳液、甲基丙烯酸甲酯树脂乳液、丙烯酸丁酯树脂乳液，丙烯腈和/或苯乙烯的聚丙烯酸酯共聚物乳液，聚碳酸酯树脂乳液，环氧树脂乳液、酚醛树脂乳液、水性聚氨酯乳液中的至少一种；
敏化液印制方法为喷涂、打印、丝网印刷、刮涂、凹版印刷和旋涂中的至少一种。
上述聚合物基材表面选择性化学镀的方法，所述步骤(2)中敏化液为氯化亚锡溶液，敏化液浓度为1克/升～60克/升，敏化液pH为1～3，并采用表面活性剂调节敏化液的表面张力。
上述聚合物基材表面选择性化学镀的方法，所述步骤(2)中敏化液的表面张力要小于步骤(1)中底涂成膜后的表面张力。
上述聚合物基材表面选择性化学镀的方法，所述步骤(3)中活化液包含金属胶体催化剂，并且其中所述金属胶体催化剂为钯、铂、银和金中的至少一种。
上述聚合物基材表面选择性化学镀的方法，所述步骤(4)中化学镀包括化学镀铜、化学镀镍和化学镀银中的至少一种。
上述聚合物基材表面选择性化学镀的方法，聚合物基材表面只有印制的敏化液的区域能吸附催化剂粒子，使化学镀覆一层金属。
上述聚合物基材表面选择性化学镀的方法，采用表面活性剂调节敏化液的表面张力，表面活性剂是单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、蔗糖酯、月桂醇聚氧乙烯醚、12-14碳伯醇聚氧乙烯醚、12-14碳仲醇聚氧乙烯醚、支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、支链化10碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、直链的10碳醇聚氧乙烯醚、直链的8碳辛醇聚氧乙烯醚、直链的8碳异辛醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
本发明中，只有印有敏化溶液的部分能吸附还原催化剂离子，在聚合物基材表面选择性形成催化中心，通过催化剂粒子催化还原镀液中金属离子，实现聚合物基材表面选择性化学镀。
本发明的优点：
1、本发明采用的制备方法，避免了激光刻蚀的繁琐工序，可以简化选择性化学镀的工艺；
2、本发明采用的制备方法可以对不同聚合物基材进行选择性化学镀；
3、本发明制备的金属化聚合物基材，可用于显示器，选择性屏蔽，集成化金属微器件，等等。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，这些实施例只用于理解本发明，并非要对本发明的保护范围进行限制，本领域技术人员根据上述本发明的核心技术所作的一些非本质的改进和调整，均应视为处于本发明的保护范围之内。
实施例1：
采用涂布工艺在清洗后的聚乙烯基材表面全区域印制丙烯酸丁酯底涂，厚度为5纳米，之后置于150℃的条件下干燥5分钟；将所得聚乙烯基材表面采用喷墨打印工艺选择性印制敏化溶液，10分钟后用去离子水清洗，其中敏化溶液是浓度为1克/升，pH为3氯化亚锡溶液，并采用单硬脂酸甘油酯表面活性剂调节敏化液的表面张力，使其小于丙烯酸丁酯底涂的表面张力，保证敏化液能润湿底涂表面；将所得聚乙烯基材浸入活化液中进行活化，采用氯化钯粉末溶于盐酸溶液以配置活化液，活化液浓度为0.8克/升，并采用盐酸调节活化液pH为1，活化温度为30℃，活化时间为60分钟；取出用去离子水清洗烘干备用。
配制化学镀镍镀液，镀液组分为：NiSO4·7H2O(50克/升)、NaH2PO2·H2O(25克/升)、(NH4)2·SO4(11克/升)、C6H8O7(7克/升)。将活化后的基材浸入55℃的化学镀镍镀液中施镀5分钟。化学镀镍后，用去离子水清洗，在烘箱中40℃干燥30分钟，即得聚乙烯基材上化学镀镍件，其中只有印有敏化液的部分化学镀上镍。
实施例2：
采用涂布工艺在清洗后的聚乙烯醇基材表面全区域印制聚碳酸酯树脂底涂，厚度为50纳米，之后置于80℃的条件下干燥0.5分钟；将所得聚乙烯醇基材表面采用丝网印刷工艺选择性印制敏化溶液，2分钟后用去离子水清洗，其中敏化溶液是浓度为60克/升，pH为1氯化亚锡溶液，并采用脂肪酸山梨坦表面活性剂调节敏化液的表面张力，使其小于聚碳酸酯树脂底涂的表面张力，保证敏化液能润湿底涂表面；将所得聚乙烯醇基材浸入活化液中进行活化，采用氯化铂粉末溶于盐酸溶液以配置活化液，活化液浓度为0.05克/升，并采用盐酸调节活化液pH为4，活化温度为80℃，活化时间为1分钟；取出用去离子水清洗烘干备用。
配制化学镀银镀液，镀液组分为：AgNO3(29克/升)、NH3·H2O(4克/升)、和HCHO(55克/升)。将活化后的基材浸入45℃的化学镀银镀液中施镀10分钟。化学镀银后，用去离子水清洗，在烘箱中100℃干燥1分钟，即得聚乙烯醇基材上选择性化学镀银样品，其中只有印有敏化液的部分化学镀上银。
实施例3：
采用涂布工艺在清洗后的尼龙基材表面全区域印制酚醛树脂底涂，厚度为10纳米，之后置于90℃的条件下干燥1分钟；将所得尼龙基材表面采用凹版印刷工艺选择性印制敏化溶液，5分钟后用去离子水清洗，其中敏化溶液是浓度为10克/升，pH为2氯化亚锡溶液，并采用聚山梨酯表面活性剂调节敏化液的表面张力，使其小于酚醛树脂底涂的表面张力，保证敏化液能润湿底涂表面；将所得尼龙基材浸入pH为2的AgNO3溶液中进行活化，活化液浓度为0.06克/升，活化温度为40℃，活化时间为20分钟，取出用去离子水清洗烘干备用。
配制化学镀铜镀液，镀液组分为：NiSO4·7H2O(1克/升)、CuSO4·5H2O(24克/升)、NaH2PO2·H2O(55克/升)、Na3C6H5O7·2H2O(1.5克/升)、H3BO3(70克/升)。将活化后的基材浸入40℃的化学镀铜镀液中施镀5分钟。化学镀铜后，用去离子水清洗，在烘箱中50℃干燥10分钟，其中只有印有敏化液的部分化学镀上铜。
实施例4：
采用涂布工艺在清洗后的聚苯乙烯基材表面全区域印制环氧树脂底涂，厚度为15纳米，之后置于100℃的条件下干燥2分钟；将所得聚苯乙烯基材表面采用滚涂印刷工艺选择性印制敏化溶液，8分钟后用去离子水清洗，其中敏化溶液是浓度为50克/升，pH为2氯化亚锡溶液，并采用蔗糖酯表面活性剂调节敏化液的表面张力，使其小于环氧树脂底涂的表面张力，保证敏化液能润湿底涂表面；将所得聚苯乙烯基材浸入pH为3的HAuCl4活化液中进行活化，活化液浓度为0.1克/升，活化温度为55℃，活化时间为10分钟；将所得基体在去离子水中清洗备用。
配制化学镀铜镀液，镀液组分为：NiSO4·7H2O(0.5克/升)、CuSO4·5H2O(26克/升)、NaH2PO2·H2O(50克/升)、Na3C6H5O7·2H2O(1.2克/升)、H3BO3(40克/升)。将活化后的基材浸入45℃的化学镀铜镀液中施镀10分钟。化学镀铜后，用去离子水清洗，在烘箱中60℃干燥10分钟，其中只有印有敏化液的部分化学镀上铜。
实施例5：
采用刮涂工艺在清洗后的聚对苯二甲酸乙二醇酯基材表面全区域印制聚氨酯底涂，厚度为6纳米，之后置于130℃的条件下干燥3分钟；将所得聚对苯二甲酸乙二醇酯基材表面采用打印工艺选择性印制敏化溶液，8分钟后用去离子水清洗，其中敏化溶液是浓度为1.5克/升，pH为2氯化亚锡溶液，并采用单硬脂酸甘油酯表面活性剂调节敏化液的表面张力，使其小于丙烯酸丁酯底涂的表面张力，保证敏化液能润湿底涂表面；将所得聚对苯二甲酸乙二醇酯基材浸入活化液中进行活化，采用氯化钯粉末溶于盐酸溶液以配置活化液，活化液浓度为0.8克/升，并采用盐酸调节活化液pH为1，活化温度为30℃，活化时间为40分钟，将所得基体在去离子水中清洗、化学镀后60℃干燥10分钟，取出用去离子水清洗烘干备用。
配制化学镀镍镀液，镀液组分为：NiSO4·7H2O(50克/升)、NaH2PO2·H2O(25克/升)、NH4Cl(8克/升)、C6H8O7(7克/升)。将活化后的基材浸入55℃的化学镀镍镀液中施镀5分钟。化学镀镍后，用去离子水清洗，在烘箱中40℃干燥30分钟，即得聚对苯二甲酸乙二醇酯基材上化学镀镍件，其中只有印有敏化液的部分化学镀上镍。

Claims (7)

1.一种聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于，操作按如下步骤进行：
(1)、采用涂布工艺在清洗后的聚合物基材表面全区域印制底涂乳液，厚度为5纳米～50纳米，之后置于80℃～150℃的条件下干燥0.5分钟～5分钟；
(2)、在步骤(1)所得聚合物基材表面选择性印制敏化溶液，2分钟～10分钟后用去离子水中清洗，其中敏化液为氯化亚锡溶液，敏化液浓度为1克/升～60克/升，敏化液pH为1～3，并采用表面活性剂调节敏化液的表面张力，敏化液的表面张力要小于聚合物底涂成膜后的表面张力；
(3)、将步骤(2)所得聚合物基材浸入pH为1～4的活化液中进行活化，活化液浓度为0.05克/升～0.8克/升，活化温度为30℃～80℃，活化时间为1分钟～60分钟；
(4)、将步骤(3)所得基体在去离子水中清洗、化学镀后40℃～100℃干燥1分钟～30分钟，得到表面选择性金属化聚合物基材。
2.根据权利要求1所述的聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的聚合物基材材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的底涂乳液是丙烯酸树脂乳液、甲基丙烯酸树脂乳液、甲基丙烯酸甲酯树脂乳液、丙烯酸丁酯树脂乳液、丙烯腈和/或苯乙烯的聚丙烯酸酯共聚物乳液、聚碳酸酯树脂乳液、环氧树脂乳液、酚醛树脂乳液、水 性聚氨酯乳液中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的敏化液印制方法为喷涂、打印、丝网印刷、刮涂、凹版印刷和旋涂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于：所述采用表面活性剂是单硬脂酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、蔗糖酯、月桂醇聚氧乙烯醚、12-14碳伯醇聚氧乙烯醚、12-14碳仲醇聚氧乙烯醚、支链化13碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、支链化10碳格尔伯特醇聚氧乙烯醚、直链的10碳醇聚氧乙烯醚、直链的8碳辛醇聚氧乙烯醚、直链的8碳异辛醇聚氧乙烯醚中的至少一种。
6.据权利要求5所述的聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于：所述步骤(3)中活化液包含金属胶体催化剂，并且其中所述金属胶体催化剂为钯、铂、银和金中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于：所述步骤(4)中化学镀包括化学镀铜、化学镀镍和化学镀银中的至少一种。
根据权利要求7所述的聚合物基材表面选择性化学镀的方法，其特征在于：聚合物基材表面只有印制的敏化液的区域能吸附催化剂粒子，使化学镀覆一层金属。
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