DE10253180B4 - Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen nach dem Hauptpatent DE 102 41 137 B4, bei dem die Oberfläche des Kunststoffs mit Metallpartikeln beaufschlagt wird, anschließend die Oberfläche mit Keimen belegt wird, und bei dem die bekeimte Oberfläche zuerst außenstromlos metallisiert und dann galvanisch verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich zum Zwecke der Partikelbeaufschlagung der Kunststoff und die Partikel gemeinsam in einem sich bewegenden Behälter befinden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen nach dem Hauptpatent DE 102 41 137 B4 . Sie beinhaltet weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des vorgenannten Metallisierungsverfahrens und beansprucht insofern ein Zusatzverhältnis zur DE 102 41 137 B4 .
  • Die hier beschriebene Verbesserung des Metallisierungsverfahrens nach dem Hauptpatent erlaubt die Metallisierung von komplex geformten Produkten insbesondere für den Sanitärbereich wie beispielsweise Duschköpfe, Seifenschalen, Wasserhähne, oder Halterungen für Duschköpfe. Weitere Anwendungsfelder sind zu metallisierende Teile in oder an Kraftfahrzeugen, beispielsweise Abdeckhauben für Autofelgen, Türgriffe etc..
  • Im Hauptpatent werden drei alternative Metallisierungsverfahren für Kunststoffe offenbart, bei denen jeweils das zu beschichtende Substrat in einem ersten Verfahrensschritt mit Metallpartikeln beaufschlagt wird. Durch die Metallpartikelbeaufschlagung wird zum einen die Oberfläche aufgeraut was den Einsatz giftiger Chemikalien zur Aufrauung entbehrlich macht. Weiterhin führen die Metallpartikel zu einer besonders guten Haftung des nachfolgend aufgebrachten metallischen Überzugs auf dem Substrat.
  • In einer Verfahrensalternative nach dem Hauptpatent sind die Metallpartikel autokatalytisch wirksam, sodass auf eine separate Bekeimung verzichtet werden kann. In einer weiteren Verfahrensalternative nach dem Hauptpatent erfolgt die Beaufschlagung mit Metallpartikeln derart, dass auf der Oberfläche eine erste dünne Metallschicht vorliegt die nachfolgend direktgalvanisiert wird.
  • Die Schrift DE 198 33 593 C3 aus den Stand der Technik offenbart ein Verfahren zur selektiven Metallisierung von Substratoberflächen in zwei Stufen. Im ersten Schritt wird die Substratoberfläche durch Strahlen mit einer Rauheit versehen wird. Im nachfolgenden zweiten Schritt werden metallische Keime auf die Oberfläche aufgebracht. Die Belegung wird dabei durch linearen, schwingenden oder rotierenden Reibkontakt durchgeführt. Das Ausführungsbeispiel in Absatz 16 stellt dabei klar, dass die Keime mit einem weichen Kupferdraht, ähnlich wie mit einem Schreibstift, auf die Oberfläche aufgebracht werden. Um überhaupt einen mechanischen Auftrag von Keimen durch Abtrieb zu gewährleisten, muss das Keim bildende Material eine geringere Härte als die Oberfläche des verwendeten Substrats aufweisen.
  • Aus dem Stand der Technik nach DE 100 48 844 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Platinmetallkatalysatoren bekannt bei dem ein Träger alternierend mit einem Reduktionsmittel und einem Salz eines Platinmetalls behandelt wird und anschließend eine Verbindung oder ein Komplex eines Platinmetalls stromlos abgeschieden wird. Nachteilig ist dabei der Einsatz zusätzlicher Chemikalien, d. h. die zusätzliche Behandlung mit einem Reduktionsmittel.
  • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen anzugeben, bei dem der Einsatz umweltbelastender Chemikalien vermieden wird.
  • Ein weiteres technisches Problem besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Metallisierung von Kunststoffen, mit dem eine besonders haftfeste Metallisierung erzielt wird.
  • Das oben genannte technische Problem wird durch die Merkmale der unabhängigen Verfahrensansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung nach dem Hauptpatent besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Metallisierung von Kunststoffen nach dem Hauptpatent DE 102 41 137 B4 , bei dem die Oberfläche des Kunststoffs mit Metallpartikeln beaufschlagt wird, anschließend die Oberfläche mit Keimen belegt wird, und bei dem die bekeimte Oberfläche zuerst außenstromlos metallisiert und dann galvanisch verstärkt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass sich zum Zwecke der Partikelbeaufschlagung der Kunststoff und die Partikel gemeinsam in einem sich bewegenden Behälter befinden.
  • Durch das gemeinsame Vorhandensein von Partikeln und zu behandelndem Kunststoff in einem sich bewegenden Behälter können insbesondere Klein- und Kleinstteile sowie Schüttgutartikel mit besonders gleichförmigem Ergebnis mit Partikeln beaufschlagt werden. Dieser Vorteil stellt sich insbesondere auch bei komplex geformten dreidimensionalen Kunststoffen ein, so insbesondere Kunststoffen mit Ausnehmungen oder Löchern. Die Metallpartikelbeaufschlagung erfolgt hierbei hauptsächlich durch Verschmieren der Partikel auf der Oberfläche des zu behandelnden Kunststoffs.
  • Weiterhin weist diese Vorgehensweise den Vorteil auf, dass damit eine hohe Zahl von Kunststoffteilen gleichzeitig mit Partikeln beaufschlagt werden kann, so dass die Beaufschlagung insofern besonders wirtschaftlich erfolgt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Hauptpatent ist ein Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen vorgesehen, bei dem eine Kunststoffoberfläche mit autokatalytisch wirksamen Metallpartikeln beaufschlagt und anschließend außenstromlos metallisiert sowie galvanisch verstärkt wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass sich zum Zwecke der Partikelbeaufschlagung der Kunststoff und die Partikel gemeinsam in einem sich bewegenden Behälter befinden.
  • In einer zusätzlichen Ausgestaltung des Verfahrens nach dem Hauptpatent ist eine Metallisierung von Kunststoffen vorgesehen, bei dem eine Kunststoffoberfläche mit Metallpartikeln beaufschlagt und anschließend direktgalvanisiert wird, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass sich zum Zwecke der Partikelbeaufschlagung der Kunststoff und die Partikel gemeinsam in einem sich bewegenden Behälter befinden.
  • Bei den beiden letztgenannten Verfahrensausgestaltungen stellen sich dieselben Vorteile wie bei der erstgenannten Variante ein.
  • Die jeweilige Verfahrensvariante kann so erfolgen, dass die Partikelbeaufschlagung in einer rotierenden Trommel oder einem Rüttler erfolgt. Beim Rüttler kann die mechanische Bewegung des Behälters entlang einer oder mehrerer Vorzugsrichtungen hin und zurück erfolgen. Bei der rotierenden Trommel ist eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Rotationsbewegung, vorzugsweise mit zwischenzeitlichem Wechsel der Drehrichtung möglich. Die zwischenzeitliche Änderung der Drehrichtung führt dazu, dass die Partikel leichter an alle zu behandelnden Oberflächenbereiche gelangen, und sich insofern ein besonders gleichmäßiges Bearbeitungsergebnis einstellt. Weiterhin hilft die Drehrichtungsänderung, ein Sich-Verkeilen der zu behandelnden Kunststoffteile aufzulösen bzw. zu vermeiden.
  • Im sich bewegenden Behälter sind bevorzugt zusätzliche Andruckkörper vorgesehen, beispielsweise Glaskugeln oder Keramikpyramiden, mit deren Hilfe auch eine Innenbeschichtung der zu behandelnden Kunststoffteile möglich wird. Die Größe der Andruckkörper wird hierbei so gewählt, dass sie leicht in die entsprechenden Raumbereiche gelangen welche zu behandeln sind.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens sind die Partikel in einer im Behälter befindlichen Flüssigkeit suspendiert. Wird zum Beispiel eine rotierende Trommel als Behälter gewählt, so erfolgt die Oberflächenbehandlung ähnlich wie bei einer Waschmaschine derart, dass die in der Flüssigkeit suspendierten Metallpartikel, ggf. auch Metall- und Hartstoffpartikel, infolge der Bewegung der Trommel die Kunststoffteile beaufschlagen. Durch die im Behälter befindliche Flüssigkeit kollidieren die zu behandelnden Teile wegen der sie abbremsenden Flüssigkeit weniger heftig miteinander, sodass Beschädigungen ihrer Oberfläche gemindert werden. Weiterhin führt die Flüssigkeit dazu, dass die Metallpartikel weniger tief in die Oberfläche des Kunststoffs hineingedrückt werden, sodass dabei eine Verschmierung der Metallpartikel auf der Oberfläche stärker ausgeprägt ist.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
  • In eine Trommel in Form einer Sechsecksäule mit einer Länge von 45 cm und einer Schlüsselweite von 18 cm wurden Duschköpfe aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) derart hineingegeben, dass die Trommel etwa zur Hälfte mit den Duschköpfen ausgefüllt war. In die Trommel wurden zusätzlich 2 kg Kupferpartikel mit einem mittleren Durchmesser von 30 μm hineingegeben. Damit die Wasseraustrittsöffnungen der Duschköpfe auch innenbeschichtet wurden enthielt die Trommel als zusätzliche Andruckkörper Korundkugeln von 1 mm Durchmesser.
  • Die Behandlung erfolgte bei sich mit 10 Umdrehungen pro Minute drehender Trommel für ca. 2 Stunden. Um die Drehrichtung zu ändern wurde der die Trommel antreibende Elektromotor jeweils umgepolt, um ein sich Ineinanderverkeilen der Duschköpfe zu vermeiden. Die Bearbeitung erfolgte gestückelt in 2 × 45 min Rechtslauf und 2 × 15 min Linkslauf.
  • Die gesamte Außenfläche der Duschköpfe wurde auf diese Weise mit Kupferpartikeln versehen. Weiterhin wurde die Innenfläche im Schlauchanschlussbereich des Duschkopfes auf eine Strecke von ca. 2 cm innenbeschichtet.
  • Die derart behandelten Duschköpfe aus ABS wurden mittels eines Ultraschallbades von Restpartikeln gereinigt.
  • Die gereinigten Duschköpfe wurden in ein handelsübliches ionogenes Pd-Aktivierungsbad getaucht, und die anhaftenden Pd-Ionen mittels Behandlung mit Sn2+-Ionen reduziert. Die nachfolgende außenstromlose Metallisierung der aktivierten ABS-Teile erfolgte mit einem Kupferbad auf der Basis von Cu-SO4/NaOH/HCHO. Die Cu-Schicht wurde durch galvanische Abscheidung einer 10 μm dicken Schicht aus Kupfer, Glanznickel sowie Chrom verstärkt.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen nach dem Hauptpatent DE 102 41 137 B4, bei dem die Oberfläche des Kunststoffs mit Metallpartikeln beaufschlagt wird, anschließend die Oberfläche mit Keimen belegt wird, und bei dem die bekeimte Oberfläche zuerst außenstromlos metallisiert und dann galvanisch verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich zum Zwecke der Partikelbeaufschlagung der Kunststoff und die Partikel gemeinsam in einem sich bewegenden Behälter befinden.
  2. Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen nach dem Hauptpatent DE 102 41 137 B4, bei dem eine Kunststoffoberfläche mit autokatalytisch wirksamen Metallpartikeln beaufschlagt und anschließend außenstromlos metallisiert sowie galvanisch verstärkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich zum Zwecke der Partikelbeaufschlagung der Kunststoff und die Partikel gemeinsam in einem sich bewegenden Behälter befinden.
  3. Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffen nach dem Hauptpatent DE 102 41 137 B4, bei dem eine Kunststoffoberflache mit Metallpartikeln beaufschlagt und anschließend direktgalvanisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich zum Zwecke der Partikelbeaufschlagung der Kunststoff und die Partikel gemeinsam in einem sich bewegenden Behälter befinden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelbeaufschlagung in einer rotierenden Trommel oder einem Rüttler erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälter zusätzliche Andruckkörper vorgesehen sind
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelbeaufschlagung mit einer Mischung aus Metall- und Hartstoffpartikeln erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel in einer im Behälter befindlichen Flüssigkeit suspendiert sind
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