CN108866516B - 一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,包括以下步骤:(1)制备活化液;(2)聚合物基材的处理;(3)化学镀。与现有技术相比,本发明的有益效果为:发明的制备方法可以采用贱金属离子活化不同聚合物基材表面,实现聚合物表面低成本化学镀。本发明的制备方法工艺简单,节能环保,无毒无害,可以工业化。

Description

一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法
技术领域
本发明涉及聚合物表面金属化领域,特别是一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法。
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目前主要采用沉积-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。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。再如专利201080027204.4公开了金属在塑料基板上的选择性沉积方法,但是此专利与本发明专利具有明显技术上的差异。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,这些专利涉及的聚合物表面化学镀都包括三个工艺环节:聚合物表面改性;活化和化学镀施镀,其中活化环节采用贵金属离子(银离子,铂离子,金离子和钯离子)溶液,极大增加化学镀的成本。本专利降低目前活化工艺流程的成本,采用一种使用贱金属催化剂制备聚合物基材表面选择性化学镀的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,以解决现有技术中的不足,它能够解决现有技术中选择性化学镀层制备方法成本高的问题。
本发明提供了一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,包括以下步骤:
(1)制备活化液:将硅烷偶联剂、乙醇和去离子水置于分散机中高速搅拌 5 min得均匀溶液,后加入10~200g/L贱金属离子溶液继续搅拌10 min,再加入10~40g/L纳米颗粒制造剂,调节pH值为4,继续搅拌6h,调节溶液的表面张力使其小于聚合物基材的表面张力,即得活化液;
(2)聚合物基材的处理:采用10%的氢氧化钠溶液浸泡聚合物基材20min,并用离子水中清洗、烘干,再在聚合物基材表面选择性印制步骤(1)所得活化液之后置于80~150℃的条件下干燥5~10 min;
(3)化学镀:将步骤(2)所得基体在去离子水中清洗,浸入化学镀液中施镀,化学镀后在40~100℃下干燥1~30 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
优选的是,步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷以及乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。
优选的是,步骤(1)中所述硅烷偶联剂、乙醇和去离子水质量比为(8~30):60:10。
优选的是,步骤(1)中所述纳米颗粒制造剂为正硅酸乙酯和/或钛酸四乙酯。
优选的是,步骤(1)中调节pH的试剂为10%的盐酸,30%醋酸或30%的柠檬酸中的至少一种。
优选的是,步骤(1)中贱金属离子为镍离子、铜离子、锌离子或铁离子的至少一种。
优选的是,步骤(1)中采用乙二醇或丙三醇中的至少一种调节表面张力。
优选的是,步骤(2)中所述的聚合物基材材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、无纺布、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。
优选的是,步骤(2)中所述的活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。
优选的是,步骤(3)中所述化学镀液为化学镀铜液。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:发明的制备方法可以采用贱金属离子活化不同聚合物基材表面,实现聚合物表面低成本化学镀。本发明的制备方法工艺简单,节能环保,无毒无害,可以工业化。
附图说明
图1 聚对苯二甲酸乙二醇酯基材表面选择性化学镀铜。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,包括以下步骤:
(1)制备活化液:将硅烷偶联剂、乙醇和去离子水置于分散机中高速搅拌 5 min得均匀溶液,后加入10~200g/L贱金属离子溶液继续搅拌10 min,再加入10~40g/L纳米颗粒制造剂,调节pH值为4,继续搅拌6h,调节溶液的表面张力使其小于聚合物基材的表面张力,即得活化液;
(2)聚合物基材的处理:采用10%的氢氧化钠溶液浸泡聚合物基材20min,并用离子水中清洗、烘干,再在聚合物基材表面选择性印制步骤(1)所得活化液之后置于80~150℃的条件下干燥5~10 min;
(3)化学镀:将步骤(2)所得基体在去离子水中清洗,浸入化学镀液中施镀,化学镀后在40~100℃下干燥1~30 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
水解的硅烷形成的硅醇基同基材具有较好的附着力,使镀层具有较高的附着力,且硅烷中的活性基团可吸附催化剂粒子;另一方面,纳米颗粒制造剂在酸性条件下水解形成纳米颗粒,吸附催化剂的硅烷分子包裹在纳米颗粒表面形成催化中心,纳米颗粒的高活性和其表面的催化剂原子协同催化化学镀反应,即当活化液印制在聚合物表面时,同时实现改性聚合物和活化聚合物表面。
步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油迷氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷以及乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。
步骤(1)中所述硅烷偶联剂、乙醇和去离子水质量比为(8~30):60:10。
步骤(1)中所述纳米颗粒制造剂为正硅酸乙酯和/或钛酸四乙酯。
步骤(1)中调节pH的试剂为10%的盐酸,30%醋酸或30%的柠檬酸中的至少一种。
步骤(1)中贱金属离子为镍离子、铜离子、锌离子或铁离子的至少一种。
步骤(1)中采用乙二醇或丙三醇中的至少一种调节表面张力。
步骤(2)中所述的聚合物基材材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、无纺布、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。
步骤(2)中所述的活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。
步骤(3)中所述化学镀液为化学镀铜液。
本发明的实施例1:
如图1所示,采用10%的氢氧化钠溶液浸泡聚对苯二甲酸乙二醇酯基材20min,并用离子水中清洗、烘干备用。将氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水(氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水质量比为30:60:10)置于分散机中高速搅拌 5 min 得均匀溶液,后加入10g/L硫酸铜银溶液继续搅拌10 min,加入10g/L正硅酸乙酯,采用30%醋酸调节pH值为4,继续搅拌6h,并采用乙二醇和丙三醇调节溶液的表面张力要小于聚对苯二甲酸乙二醇酯基材的表面张力,即得活化液。采用刮涂工艺在聚对苯二甲酸乙二醇酯基材表面选择性印制活化液,置于150 ℃的条件下干燥5 min。用去离子水中清洗,浸入化学镀铜液中施镀,化学镀后100 ℃干燥1 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
本发明的实施例2:
采用10%的氢氧化钠溶液浸泡聚乙烯醇基材20min,并用离子水中清洗、烘干备用。将氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水(乙烯基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水质量比为8:60:10)置于分散机中高速搅拌 5 min 得均匀溶液,后加入10 g/L氯化铁溶液继续搅拌10 min,加入40g/L钛酸四乙酯,采用10%的盐酸调节pH值为4,继续搅拌6h,并采用丙三醇调节溶液的表面张力要小于聚乙烯醇基材的表面张力,即得活化液。采用刮涂工艺在聚乙烯醇基材表面选择性印制活化液,置于80 ℃的条件下干燥10 min。用去离子水中清洗,浸入化学镀铜液中施镀,化学镀后40 ℃干燥30 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
本发明的实施例3:
采用10%的氢氧化钠溶液浸泡尼龙基材20min,并用离子水中清洗、烘干备用。将氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水(氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水质量比为10:60:10)置于分散机中高速搅拌 5 min 得均匀溶液,后加入200 g/L硝酸锌溶液继续搅拌10min,加入20g/L钛酸四乙酯,采用30%柠檬酸调节pH值为4,继续搅拌6h,并采用乙二醇和丙三醇调节溶液的表面张力要小于尼龙基材的表面张力,即得活化液。采用刮涂工艺在尼龙基材表面选择性印制活化液,置于100 ℃的条件下干燥8 min。用去离子水中清洗,浸入化学镀铜液中施镀,化学镀后60 ℃干燥2 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
本发明的实施例4:
采用10%的氢氧化钠溶液浸泡聚乙烯基材20min,并用离子水中清洗、烘干备用。将氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水(氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水质量比为15:60:10)置于分散机中高速搅拌 5 min 得均匀溶液,后加入100 g/L硫酸铁溶液继续搅拌10 min,加入10g/L正硅酸乙酯和20g/L钛酸四乙酯,采用10%的盐酸调节pH值为4,继续搅拌6h,并采用乙二醇和丙三醇调节溶液的表面张力要小于聚乙烯基材的表面张力,即得活化液。采用刮涂工艺在聚乙烯基材表面选择性印制活化液,置于90 ℃的条件下干燥6 min。用去离子水中清洗,浸入化学镀铜液中施镀,化学镀后70 ℃干燥20 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
本发明的实施例5:
采用10%的氢氧化钠溶液浸泡聚丙烯基材20min,并用离子水中清洗、烘干备用。将氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水(氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和去离子水质量比为30:60:10)置于分散机中高速搅拌 5 min 得均匀溶液,后加入150 g/L硫酸镍溶液继续搅拌10 min,加入25g/L正硅酸乙酯,采用30%醋酸调节pH值为4,继续搅拌6h,并采用乙二醇和丙三醇调节溶液的表面张力要小于聚丙烯基材的表面张力,即得活化液。采用刮涂工艺在聚丙烯基材表面选择性印制活化液,置于150 ℃的条件下干燥5 min。用去离子水中清洗,浸入化学镀铜液中施镀,化学镀后100 ℃干燥20 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果,以上所述仅为本发明的较佳实施例,但本发明不以图面所示限定实施范围,凡是依照本发明的构想所作的改变,或修改为等同变化的等效实施例,仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时,均应在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)制备活化液:将硅烷偶联剂、乙醇和去离子水置于分散机中高速搅拌 5 min 得均匀溶液,后加入10~200g/L贱金属离子溶液继续搅拌10 min,再加入10~40g/L纳米颗粒制造剂,调节pH值为4,继续搅拌6h,调节溶液的表面张力使其小于聚合物基材的表面张力,即得活化液;步骤(1)中所述纳米颗粒制造剂为正硅酸乙酯和/或钛酸四乙酯;
(2)聚合物基材的处理:采用10%的氢氧化钠溶液浸泡聚合物基材20min,并用离子水清洗、烘干,再在聚合物基材表面选择性印制步骤(1)所得活化液之后置于80~150℃的条件下干燥5~10 min;
(3)化学镀:将步骤(2)所得基体在去离子水中清洗,浸入化学镀液中施镀,化学镀后在40~100℃下干燥1~30 min,得到表面选择性金属化聚合物基材。
2.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷以及乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(1)中所述硅烷偶联剂、乙醇和去离子水质量比为(8~30):60:10。
4.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(1)中调节pH的试剂为10%的盐酸,30%醋酸或30%的柠檬酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(1)中贱金属离子为镍离子、铜离子、锌离子或铁离子的至少一种。
6.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(1)中采用乙二醇或丙三醇中的至少一种调节表面张力。
7.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(2)中所述的聚合物基材材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇、无纺布、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。
8.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(2)中所述的活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。
9.根据权利要求1所述的使用贱金属制备选择性化学镀聚合物基材的方法,其特征在于:步骤(3)中所述化学镀液为化学镀铜液。
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