DE1949683A1 - Method of plating with aluminum - Google Patents
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Description
30. September 1969 H / W (106) 13,668September 30, 1969 H / W (106) 13,668
The Dow Chemical Company, Midland, Michigan, USAThe Dow Chemical Company, Midland, Michigan, USA
VERFAHREN ZUM PLATTIEREN MIT ALUMINIUMMETHOD OF PLATING WITH ALUMINUM
Diese Erfindung betrifft das Plattieren oder Überziehen von Substraten mit Aluminium. Insbesondere richtet sich diese Erfindung auf ein Verfahren, bei dem ein Substrat mit einem Aluminiumüberzug und dieser Aluminiumüberzug mit einem schützenden Decküberzug versehen wird.This invention relates to plating or cladding of substrates with aluminum. In particular, this invention is directed to a method at that a substrate with an aluminum coating and this Aluminum coating is provided with a protective top coating.
Es ist bekannt, dass man Überzüge aus metallischem Aluminium herstellen kann, indem man Aluminiumhydride mit einem Substrat bei einer Temperatur, bei der das Aluminiumhydrid zersetzt wird, in Berührung bringt. Derartige Verfahren, die man auch als Plattierung mit Aluminium bezeichnet, erfordern zur Zersetzung des Aluminiumhydrides verhältnismäßig hohe Temperaturen und können deshalb nicht zur Ablagerung oder Plattierung von Aluminium auf zahlreichen wärmeempfindlichen Substraten verwendet werden. Die erforderliche Wärme wird den Reaktionssystemen bei diesen Arbeitsweisen durch Konvektionsofen, Wärmepistolen oder als Strahlungswärme zugeführt. Wenn derartige Mittel zum Erwärmen verwendet werden, ist es schwierig, die kritische Temperatur genau zu kontrollieren. Deshalb sind die in dieser Weise hergestellten Plattierungen nicht immer von gleichförmiger Haftfestigkeit. Es * besteht-deshalb ein großer Bedarf nach einem Verfahren, mit dessen Hilfe man eine gleichförmige Plattierung mit Aluminium bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen durchführen kann*It is known that metallic aluminum coatings can be produced by using aluminum hydrides with a substrate at a temperature at which the aluminum hydride is decomposed. Such processes, which are also known as plating with aluminum, require the decomposition of the Aluminum hydrides have relatively high temperatures and are therefore unable to deposit or plating of aluminum can be used on a wide variety of heat sensitive substrates. The heat required will be the reaction systems in these working methods by means of convection ovens, heat guns or as radiant heat fed. When such heating means are used, it is difficult to maintain the critical temperature to control closely. Therefore, the platings made in this way are not always of uniform adhesive strength. It * exists-therefore a There is a great need for a method by which one can achieve uniform plating with aluminum at a relatively high level can perform at low temperatures *
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Eine weitere Schwierigkeit bei der bekannten Plattierung mit Aluminiumhydriden besteht darin, dass zahlreiche AIurainiumhydrid-Verbindungen in Gegenwart von Wasser unbeständig sind, so dass es erforderlich ist, die Plattierung im wesentlichen in einer wasserfreien und inerten Atmospäre durchzuführen. Daraus ergibt sich der zusätzliche Wunsch nach einem Plattierungsverfahren mit Aluminium, bei dem Hydride verwendet werden können, die nicht wasserbeständig sind.Another difficulty with the known plating with aluminum hydrides is that numerous alurainium hydride compounds are fickle in the presence of water, so plating is necessary essentially in an anhydrous and inert atmosphere perform. This gives rise to the additional wish after a plating process with aluminum, in which hydrides can be used, which are not water-resistant are.
Ein Substrat, das mit einem dünnen Überzug oder Film aus Aluminium versehen worden ist, erhält in der Regel auch noch einen Decküberzug aus einem Harz oder einem Kunststoff, zum Beispiel aus einem Lackharz, um das weiche Aluminium gegen Kratzer und Anlaufen zu schützen und die spiegelartige Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten. Bisher sind mindestens zwei getrennte Verfahrensschritte erforderlich gewesen, um diese beiden Überzüge aufzutragen; eine Verfahrensstufe für die Plattierung mit dem Aluminium und eine weitere Verfahrensstufe für den Decküberzug. Es besteht aber ein Bedarf nacheinem Verfahren, bei dem gleichzeitig und in einem Arbeitsgang eine gleichförmige Plattierung mit Aluminium bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen und ein Decküberzug erreicht wird. Dadurch würde die Plattierung von wärmeempfindlichen Substraten möglich werden und gleichzeitig die Anzahl der Verfahrensstufen und auch der Zeitaufwand für die Herstellung des Endproduktes verringert werden. Durch die vorliegende Erfindung wird die Ablagerung von Aluminium und eines schützenden Decküberzuges bei niedrigen Temperaturen möglich, wobei eine genauere Kontrolle der Reaktionsbedingungen möglich ist als früher und wobei gleichzeitig auch die Anzahl der Verfahrensstufen verringert wird.A substrate that has been provided with a thin coating or film of aluminum is usually also preserved nor a top coat made of a resin or a plastic, for example made of a varnish resin, around the soft aluminum to protect against scratches and tarnishing and to maintain the mirror-like surface finish. Until now at least two separate procedural steps are required been to apply these two coatings; a process step for the plating with the aluminum and a further process step for the top coat. What is needed, however, is a method in which at the same time and in one operation uniform plating with aluminum at relatively low levels Temperatures and a top coat is reached. This would reduce the plating of heat sensitive substrates become possible and at the same time the number of process stages and the time required for the production of the End product can be reduced. By the present invention, the deposition of aluminum and one protective top coat at low temperatures possible, with a more precise control of the reaction conditions is possible than before and at the same time the number of process stages is reduced.
Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren, bei dem auf einem Substrat ein Katalysator aus einem Übergangsmetall abgelagert wird, der in der Lage ist, Aluminiumhydride unter Bildung von metallischen Aluminiumüberzügen bei verhältnismäßig niedriger Temperatur zu zersetzen; auf diesem Substrat wird in Gegenwart des genannten Katalysators eine Aluminiumhydrid-Verbindung abgelagert; das mit dem Katalysator und dem Aluminiumhydrid überzogene Substrat wird mit einem erwärmten, inerten flüssigen Bad in Berührung gebracht, indem ein Stoff gelöst ist, der einen Decküberzug bilden kann; das Substrat wird mit dem Bad in Berührung gehalten, z. B. durch Tauchen, um die Aluminium- * hydrid-Verbindung zu zersetzen, wobei ein metallischer Alu miniumüberzug auf dem Substrat entsteht; das mit den AIu- This invention relates to a process in which a catalyst composed of a transition metal is deposited on a substrate, which catalyst is capable of decomposing aluminum hydrides with the formation of metallic aluminum coatings at a relatively low temperature; an aluminum hydride compound is deposited on this substrate in the presence of said catalyst; the coated with the catalyst and the aluminum hydride substrate is contacted with a heated inert liquid bath in contact by a substance is dissolved, which can form a top coat; the substrate is kept in contact with the bath, e.g. B. by dipping to decompose the aluminum * hydride compound, with a metallic aluminum coating on the substrate; that with the AIu-
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minium überzogene Substrat wird aus dem Bad entnommen und die inerte Flüssigkeit wird entfernt, wobei sich ein Decküberzug aus dem zur Herstellung von überzügen geeigneten Material, zum Beispiel einem Harz oder einem Kunststoff auf dem mit dem Aluminium überzogenen Substrat bildet.The minium coated substrate is removed from the bath and the inert liquid is removed, leaving a topcoat for making coatings suitable material, for example a resin or a plastic, on the substrate coated with the aluminum forms.
Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen jedes feste Material als Substrat geeignet. Als Beispiele für Substrate, die verwendet werden können, seien Metalle wie Eisen, Magnesium, Messing und Kupfer, Polymere wie Polyolefine, Polyamide, Polyester und polymere Fluorkohlenstoffverbindungen, Glas, Papier, Textilien, Kohle und Graphit, Holz und keramische Materialien genannt, die alle nach dem Verfahren der Erfindung mit Aluminium plattiert und einem Decküberzug versehen werden können. Die Beschaffenheit der Oberfläche, die plattiert werden soll, bestimmt zu einem großen Ausmaß den Glanz der erhaltenen Aluminiumplatt ierung. Im allgemeinen erhält man bei Verwendung von glatten, nicht-porösen Oberflächen, wie sie bei den meisten Metallen und einigen Polymerfilmen gegeben ist, eine glänzendere Plattierung als bgi verhältnismäßig porösen Oberflächen, wie sie bei Papier oder Textilien auftreten. Auf der Oberfläche von einigen Polymeren wie Polyäthylen, Polyteträfluoräthylen, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere und Polypropylen läßt sich nach der Erfindung noch eine bessere Adhesion der Aluminiumplattierung erreichen, wenn die Oberfläche vorher polar gemacht wurde, zum Beispiel durch Sulfonierung oder durch eine Korona-Entladung. Durch die Erfindung können auch viele Formkörper wie Kontaktdrähte, Metallspitzen, Reflektoren, Autozubehörteile und andere Dekorationsgegenstände plattiert werden.In practicing the present invention, essentially any solid material will be used Suitable substrate. Examples of substrates that can be used are metals such as iron, magnesium, Brass and copper, polymers such as polyolefins, polyamides, polyesters and polymeric fluorocarbon compounds, Glass, paper, textiles, charcoal and graphite, wood and ceramic materials are all named after can be coated with aluminum using the method of the invention. The nature of the surface to be clad is determined to a large extent the gloss of the obtained aluminum plate ation. In general, the use of smooth, non-porous surfaces, such as those in the given to most metals and some polymer films, a glossier plating than bgi comparatively porous surfaces, such as those found on paper or textiles. On the surface of some polymers like Polyethylene, polytetrafluoroethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymers and polypropylene can be made even better adhesion of the aluminum plating according to the invention can be achieved if the surface has been made polar beforehand, for example by sulfonation or by a corona discharge. With the invention, many shaped bodies such as contact wires, metal tips, reflectors, Car accessories and other decorative items are plated.
Der Ausdruck "Aluminiumhydrid" wird hier in seinem breiten Sinn verwendet und schließt jede Hydridverbindung ein, die mindestens ein Aluminiutnatom enthält, an das ein Wasserstoff atom direkt gebunden ist, wobei sowohl die solv&tisierten und die nicht-solvatisierten Formen von denjenigen Aluminiumhydriden gemeint sind, die in beiden Formen vorkommen. Als Beispiele von Verbindungen die zu dieser Verbindungsgruppe gehören, seien genannt: Aluminiumtrihydrid, die substituierten Aluminiumhydride, wie diejenigen der empirischen Formel AlHnX3-n» in der X Halogen, eine -OR Gruppe oder eine -R Gruppe ist, wobei R eine Alkyl-, sub- f stituierte Alkyl-, Aryl- oder substituierte Arylgruppe sein kann und η einen Wert von 3 oder weniger haben kann.The term "aluminum hydride" is used in its broad sense herein and includes any hydride compound containing at least one aluminum atom to which a hydrogen atom is directly bonded, both the solvated and unsolvated forms of those aluminum hydrides being meant occur in both forms. Examples of compounds that belong to this group of compounds include: aluminum trihydride, the substituted aluminum hydrides, such as those of the empirical formula AlHnX3- n »in which X is halogen, an -OR group or a -R group, where R is an alkyl, sub- f-substituted alkyl, can be aryl or substituted aryl group, and η has a value of 3 or may have less.
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Andere Aluminiumhydrid-Verbindungen, die ebenfalls nach der Erfindung verwendet werden können, sind« komplexe Aluminiumhydride, wie L1A1H4, NaAltfy, Mg(AIH4)2 und komplexe substituierte Aluminiumhydride wie diejenigen mit der empirischen Formel M(AlHnjX4-ra)a> wobei X die vor stehend gegebene Bedeutung hat, m einen Wert von 4 oder weniger hat und M ein Metall oder eine Mischung von Metallen ist, vorzugsweise ein Alkali- oder Erdalkalimetall* und a einen Wert hat, der der Wertigkeit von M ent spricht. Besonders gut brauchbar sind die verbal tnisfaäfilg einfachen Aluminiumhydride, die mindestens zwei an das Aluminium gebundene Wasserstoffatome enthalten, zum Beispiel AIH3, AlH2Br und LiAlH4. Es können auch Mischungen dieser verschiedenen Aluminiumhydride benützt werden. Other aluminum hydride compounds that can also be used according to the invention are "complex aluminum hydrides such as L1A1H4, NaAltfy, Mg (AIH4) 2 and complex substituted aluminum hydrides such as those with the empirical formula M (AlHnjX4- ra ) a> where X the has the meaning given above , m has a value of 4 or less and M is a metal or a mixture of metals, preferably an alkali or alkaline earth metal * and a has a value which corresponds to the valency of M ent. The verbally simple aluminum hydrides , which contain at least two hydrogen atoms bonded to the aluminum, for example AlH3, AlH2Br and LiAlH4, are particularly useful. Mixtures of these different aluminum hydrides can also be used.
Um die Anwendung der Aluminiumhydrid-Verbindungen zu erleichtern, ist es in der Regel vorteilhaft, sie in solvatisierter Form zu benützen. Als Solvatisierungsmittel oder als Mittel, die mit den Aluminiumhydriden Komplexe bilden, seien Äther und andere sauerstoffhaltige organische Verbindungen genannt und Verbindungen, die eine funktioneile Gruppe wie ein zweiwertiges Schwefelatom oder ein dreiwertiges Stickstoffatom oder ein dreiwertiges Phosphoratom enthalten, wodurch die Solvatation des Alurniniumhydrides mit derartigen Verbindungen möglich wird. Als Solvat wird in der Regel ein Ätherat verwendet und es sind eine Vielzahl von Äthern mit etwa 2 bis etwa 20 Kohlenstoffatomen zur Bildung dieser Ätherate gut geeignet. In der Regel werden niedrigere aliphatische Äther wie Äthyl-, Propyl- oder Butylather verwendet; es ist jedoch auch möglich, Äther mit aromatischen Gruppen wie Methylphenyläther, Äthylphenyläther, Propyl~ phenyläther oder alicyclische Äther wie Tetrahydrofuran zu benützen. ,In order to facilitate the application of the aluminum hydride compounds, it is usually advantageous to use them in solvated form To use form. As a solvating agent or as an agent that complexes with the aluminum hydrides form, be ethers and other oxygen-containing organic Compounds called and compounds that have a functional group such as a divalent sulfur atom or a trivalent Contain nitrogen atom or a trivalent phosphorus atom, causing the solvation of the aluminum hydride with such connections becomes possible. An etherate is usually used as the solvate, and there are a large number of Ethers with about 2 to about 20 carbon atoms to form this etherate well suited. Usually lower aliphatic ethers such as ethyl, propyl or butyl ethers are used; However, it is also possible to use aromatic ether Groups such as methyl phenyl ether, ethyl phenyl ether, propyl ~ phenyl ethers or alicyclic ethers such as tetrahydrofuran too use. ,
Um die Anwendung der Alurainiumhydridverbindung zu erleichtern und einen gleichförmigen Auftrag zu erhalten, kann in der Regel jedes Lösungsmittel oder eine Mischung von Lösungsmitteln oder;Suspendiermitteln für das Aluminiumhydrid verwendet werden, wobei diese Mittel mit dem Aluminiumhydrid nicht weiter als unter Bildung eines Komplexes oder eines Solvates sich umsetzen sollen» Geeignete Lösungsmittel schließen aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol, aliphatische Kohlenwasserstoffe wie Hexan, Äther und tertiäre Amine ein.In order to facilitate the application of the alurainium hydride compound and to obtain a uniform application, in generally any solvent or mixture of solvents or suspending agents for the aluminum hydride can be used, these means with the aluminum hydride should not react further than to form a complex or a solvate »Suitable solvents include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene, aliphatic hydrocarbons such as hexane, ethers and tertiary amines.
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Gegebenenfalls können derartige Aluminiumhydride in situ gleichzeitig während der Plattierungsstufe hergestellt werden, wobei Ausgangsstoffe verwendet werden, die Alurainiumhydride bilden, zum Beispiel Mischungen von Lithium-Aluminiumhydrid und Aluminiumchlorid oder Natrium-Aluminiumhydrid und Alurainiumbromid. Die Gegenwart eines Metallhalogenides wie LiCl, MgCl2 oder AICI3 zusammen mit dem Aluminiumhydrid ist für die Plattierungsreaktion nicht nachteilig.Optionally, such aluminum hydrides can be prepared in situ simultaneously during the plating step, starting materials are used which form alurainium hydrides, for example mixtures of lithium aluminum hydride and aluminum chloride or sodium aluminum hydride and alurainium bromide. The presence of a metal halide such as LiCl, MgCl2 or AlCl3 along with the aluminum hydride is for the plating reaction is not detrimental.
Um die Zersetzung der Aluminiumhydride unterhalb ihren normalen Zersetzungstemperaturen zu erreichen und dadurch das dabei gebildete Aluminium zu verursachen, einen Überzug oder eine Plattierung auf dem Substrat zu bilden, ist es erforderlich, das Aluminiumhydrid mit bestimmten Zersetzungskatalysatoren auf Basis von Übergangsmetallen in Berührung zu bringen. Derartige Zersetzungskatalysatoren auf Basis von Übergangsmetallen, die bei der Erfindung verwendet werden können, sind Verbindungen von Metallen der Gruppen IVA und VA des Periodensystems. Wenn der Katalysator auf das Substrat in einem Lösungsmittel aufgetragen wird, ist es vorteilhaft, dass das Metall in Form einer Verbindung vorliegt, die in einem Umfang von mindestens 1 χ 10"" Gew% des verwendeten Lösungsmittels löslich ist. Derartige Verbindungen, die sich bewährt haben, sind zum Beispiel ZrCl4, NbCl5, VOCl2, VOCI3, TiCl4*2 (C2H5X2O , TiCU, TiBr4, VCl4, Ti(OC2H5)2Cl2, TiCl2(i-OC3H7)2, TiCl2«2 (C2Hs)2O , Ti(BH4)3-2In order to decompose the aluminum hydrides below their normal decomposition temperatures and thereby cause the aluminum formed to form a coating or plating on the substrate, it is necessary to bring the aluminum hydride into contact with certain decomposition catalysts based on transition metals. Such transition metal-based decomposition catalysts which can be used in the invention are compounds of metals of groups IVA and VA of the periodic table. If the catalyst is applied to the substrate in a solvent, it is advantageous that the metal is in the form of a compound which is soluble to an extent of at least 1 10 ""% by weight of the solvent used. Such compounds that have proven themselves are, for example, ZrCl4, NbCl5, VOCl 2 , VOCI3, TiCl4 * 2 (C 2 H 5 X 2 O, TiCU, TiBr4, VCl 4 , Ti (OC 2 H5) 2 Cl 2 , TiCl 2 (i-OC 3 H7) 2 , TiCl 2 «2 (C 2 Hs) 2 O, Ti (BH4) 3 -2
(C2H5)2O. Einige der hier angeführten Katalysatoren auf Basis von Ubergangsmetallen haben eine ausgeprägtere Wirkung als andere bei der Herabsetzung der Zersetzungstemperatur des Aluminiumhydrides. Die Chloride, Bromide und Oxichloride des Titans, Niobs, Vanadins und Zirkons scheinen wirksamer zu sein als andere Verbindungen der Gruppen IVA und VA der Übergangsmetalle. Es wurde gefunden, dass TiCl4 besonders wirksam in der Herabsetzung der Zersetzungstemperatur der Aluminiumhydride und der dabei erhaltenen Aluminiumplattierung ist. Wenn die vorhin definierten Katalysatoren nicht verwendet werden, müssen unerwünscht hohe Temperaturen für die Zersetzung des Aluminiumhydrides angewandt werden. Bei derartigen Temperaturen wird aber selbst dann, wenn eine Zersetzung erreicht wird, in der Regel kein Überzug oder keine Plattierung aus Aluminium gebildet.(C2H5) 2 O. Some of the catalysts based on transition metals listed here have a more pronounced effect than others in reducing the decomposition temperature of the aluminum hydride. The chlorides, bromides and oxychlorides of titanium, niobium, vanadium and zirconium appear to be more effective than other compounds of Groups IVA and VA of the transition metals. It has been found that TiCl 4 is particularly effective in lowering the decomposition temperature of the aluminum hydrides and the resulting aluminum plating. If the catalysts defined above are not used, undesirably high temperatures have to be used for the decomposition of the aluminum hydride. However, at such temperatures, even if decomposition is achieved, no coating or cladding of aluminum will typically be formed.
Der Zersetzungskatalysator auf Basis eines Übergangsmetalles wird vorzugsweise auf das Substrat vor der Berührung mit dem Aluminiumhydrid aufgebracht. Ein derartiger Zersetzungskatalysator kann auf das Substrat unmittelbar als feinver- ' teilter Feststoff, oder als flüssige Lösung oder Suspension oder auch als Dampf aufgetragen werden, wenn diese» die Natur des Katalysators und des verwendeten Substrates gestatten.The decomposition catalyst based on a transition metal is preferably applied to the substrate prior to contact with the aluminum hydride. Such a decomposition catalyst can be applied directly to the substrate as a finely divided solid, or as a liquid solution or suspension or can also be applied as steam, if this »nature allow the catalyst and the substrate used.
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Vorzugsweise wird aber das Substrat mit einer ausreichenden Menge einer relativ verdünnten Lösung des Zersetzungskatalysators in Berührung gebracht, um die Oberfläche des Substrates anzufeuchten. Das Lösungsmittel für den Katalysator wird dann entfernt, zum Beispiel durch Verdampfen, wobei der Katalysator im wesentlichen gleichförmig dispergiert auf der zu plattierenden Oberfläche zurückbleibt. Katalysatorlösungen mit mindestens etwa 1 χ 10~& Gew% an Zersetzungskatalysator und vorzugsweise in Konzentrationen von etwa 5 χ 10"^ bis etwa 100 Gew% Katalysator ergeben wenn sie auf das Substrat aufgetragen werden, ausreichend Katalysator, um eine Plattierung des Aluminiums aus einem Aluminiumhydrid bei einer beachtlich tieferen Temperatur zu ermöglichen, als dieses in Abwesenheit eines Zersetzung!" katalysators möglich ist. Es wurde gefunden, dass die Gleichförmigkeit der Verteilung des Katalysators auf dem Substrat einen wesentlichen Einfluß sowohl auf die Gleichförmigkeit als auch auf die Dicke der Aluminiumplattierung hat. Es ist deshalb vorteilhaft, den Katalysator in einer Weise auf das Substrat aufzubringen, die eine verhältnismäßig gleichförmige Verteilung sicherstellt. Preferably, however, the substrate is contacted with a sufficient amount of a relatively dilute solution of the decomposition catalyst to wet the surface of the substrate. The solvent for the catalyst is then removed, for example by evaporation, leaving the catalyst substantially uniformly dispersed on the surface to be plated. Catalyst solutions with at least about 1 χ 10% by weight of decomposition catalyst and preferably in concentrations of about 5 χ 10% to about 100% by weight catalyst produce, when applied to the substrate, sufficient catalyst to plating the aluminum from an aluminum hydride at a considerably lower temperature than this in the absence of decomposition! " catalyst is possible. It has been found that the uniformity of the distribution also has the catalyst on the substrate has a significant effect on both the uniformity than the thickness of the aluminum plating. It is therefore advantageous to apply the catalyst to the substrate in a manner which ensures a relatively uniform distribution.
Für Substrate, bei denen die Oberflächeneigenschaften die gleichförmige Verteilung einer Katalysatorlösung oder des Aluminiumhydrides schwierig machen, zum Beispiel metallischem Magnesium und bei bestimmten festen Polymeren, wurde gefunden, dass es vorteilhaft ist, zu derartigen Lösungen eine geringe Menge, zum Beispiel 0,0001 bis etwa 5,0 Gew%, eines Netzmittels zuzusetzen. Geeignete Netzmittel schließen zum Beispiel Stearate wie Natrium-oder AIuminiumstearat oder Aluminiumalkoxide wie Aluminiumisopropoxid ein.For substrates where the surface properties the uniform distribution of a catalyst solution or of aluminum hydride difficult, for example metallic Magnesium, and certain solid polymers, have been found to be beneficial to such To add a small amount, for example 0.0001 to about 5.0% by weight, of a wetting agent to solutions. Suitable wetting agents include, for example, stearates such as sodium or aluminum stearate or aluminum alkoxides such as aluminum isopropoxide a.
Lösungsmittel, die für den Zersetzungskatalysator auf Basis eines Übergangsmetalles geeignet sind, sind diejenigen normalerweise flüssigen Materialien, in denen der Katalysator in einem Ausmaß von mindestens 1 χ 10~6 Gew% löslich ist und.die das Substrat nicht nachteilig beeinflussen und die das Anion des Katalysators nicht so sehr verändern, dass es unlöslich wird. Geeignete Lösungsmittel schließen nichtreagierende Lösungsmittel wie Benzol, Hexan und halogenierte Kohlenwasserstoffe, reaktionsfähige Lösungsmittel wie Alkohole, Aldehyde, Ketone, Merkaptane, Carbonsäuren und Mineralsäuren und Koordinationslösungsmittel wie Äther, Nitrile, Amide und -Amine ein. Solvents that are suitable for the decomposition catalyst based on a transition metal are those normally liquid materials in which the catalyst is soluble to an extent of at least 1 χ 10 -6% by weight and which do not adversely affect the substrate and which the anion of the Do not change the catalyst so much that it becomes insoluble. Suitable solvents include non- reactive solvents such as benzene, hexane and halogenated hydrocarbons, reactive solvents such as alcohols, aldehydes, ketones, mercaptans, carboxylic acids and mineral acids, and coordination solvents such as ethers, nitriles, amides and amines.
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Durch Auftragen des Zersetzungskatalysators auf nur ausgewählte Bereiche des Substrates, ist es möglich, eine Aluminiumplattierung nur in derartigen ausgewählten Bereichen zu erhalten. In dieser Weise können dekorative Muster, Anweisungen oder gedruckte Schaltungen angebracht werden. In ähnlicher Weise kann das gesamte oder ein Teil eines ausgewählten Substrates mit Aluminium überzogen oder plattiert werden, um die Fähigkeit einer derartigen Oberfläche zur Haftung an anderen Materialien zu erhöhen. Von besonderem Interesse sind Überzüge aus Aluminium auf Oberflächen von Glas, keramischen Materialien, Metallen oder Polymeren, um ihre Haftung an klebenden Polymeren oder Adhäsionspolymeren oder -copolymeren zu erhöhen, zum Beispiel an Copolymeren aus Äthylen und Acrylsäure. By applying the decomposition catalyst to only selected areas of the substrate, it is possible to obtain aluminum plating only in such selected areas. Decorative patterns, instructions or printed circuit boards can be attached in this way. Similarly, all or part of a selected substrate can be coated or plated with aluminum to increase the ability of such a surface to adhere to other materials. Coatings made of aluminum on surfaces of glass, ceramic materials, metals or polymers are of particular interest in order to increase their adhesion to adhesive polymers or adhesion polymers or copolymers, for example to copolymers of ethylene and acrylic acid.
Sobald die gewünschte Form und Menge des Zersetzungska talysators auf dem Substrat aufgetragen ist, wird die katalysatorhaltige Oberfläche des Substrates mit einer geeigneten Form des Aluminiumhydrides in Berührung gebracht. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, das Aluminiumhydrid als eine 0.1 molare bis 1,0 molare Lösung oder Suspension des Aluminiumhydrides anzuwenden, wobei diese Lösungen oder Suspensionen durch Tauchen, Sprühen oder andere geeignete Mittel aufgetragen werden können. Es werden jedoch auch gute Ergebnisse erhalten, wenn man die katalysatorhaltige Oberfläche des Substrates mit feinverteiltem festen Aluminiumhydrid in Berührung bringt. As soon as the desired shape and amount of Zersetzungka catalyst has been applied to the substrate, the catalyst-containing surface of the substrate is brought into contact with a suitable form of the aluminum hydride. In general, it is advantageous to use the aluminum hydride as a 0.1 molar to 1.0 molar solution or suspension of the aluminum hydride, it being possible for these solutions or suspensions to be applied by dipping, spraying or other suitable means. However, good results are also obtained if the catalyst-containing surface of the substrate is brought into contact with finely divided solid aluminum hydride.
Das Lösungsmittel für die Aluminiumhydridverbindung wird in der Regel verdampft und das so behandelte Substrat wird dann mit einem heißen inerten flüssigen Bad, das das gelöste Material für den Decküberzug enthält, in Berührung gebracht, zum Beispiel durch Tauchen.The solvent for the aluminum hydride compound is evaporated in the control and the so treated substrate is then contacted with a hot inert liquid bath containing the dissolved material for the top coat in contact, for example by dipping.
Das inerte flüssige Bad kann aus einer beliebigen Substanz bestehen, die bei erhöhten Temperaturen flüssig ist, in der Regel bei Temperaturen zwischen 50 und etwa 200° C, und die im wesentlichen inert gegenüber Aluminiumhydrid und dem besonders verwendeten Substrat ist. Das Bad sollte im wesentlichen wasserfrei sein, das heißt, dass es in der Regel weniger als etwa 20 Teile pro Million Wasser enthalten sollte, wegen der Empfindlichkeit der meisten Aluminiumhydride gegenüber Feuchtigkeit. In ähnlicher Weise sollte das Auftragen der Aluminiumhydrid-Verbindung auf das Substratmaterial im wesentlichen in einer wasserfreien Atmosphäre durchgeführt werden, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Geeignete Ma- ' terialien für das Bad sind zum Beispiel Naphtha, Äthylbutylbenzol, Äthylbenzol, Diphenylether, Oktadekan, Xylol and andere ähnliche Materialien. Andere inerte aliphatischeThe inert liquid bath can consist of any substance which is liquid at elevated temperatures, typically at temperatures between 50 and about 200 ° C., and which is essentially inert to aluminum hydride and the particular substrate used. The bath should be essentially anhydrous, that is, it should typically contain less than about 20 parts per million of water because of the sensitivity of most aluminum hydrides to moisture. Similarly, application of the aluminum hydride compound to the substrate material should be carried out in a substantially anhydrous atmosphere for best results. Suitable materials for the bath are, for example, naphtha, ethylbutylbenzene, ethylbenzene, diphenyl ether, octadecane, xylene and other similar materials. Other inert aliphatic
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oder aromatische Verbindungen und Äther können verwendet werden, die in dem angegebenen Temperaturbereich flüssig sind. Das Bad sollte aber nicht unter Verwendung von Verbindungen mit reaktionsfähigen Gruppen hergestellt werden wie mit Alkoholen, Ketonen, Aldehyden, Estern, Säuren und ungesättigten aliphatischen Verbindungen, da in Anwesenheit dieser Verbindungen Aluminiumplattierungen entstehen, die dunkel, und uneben sind und das Substrat ausserdem auch noch nichtplattierte Bereiche enthält.or aromatic compounds and ethers can be used that are liquid in the specified temperature range are. However, the bath should not be made using compounds with reactive groups as with alcohols, ketones, aldehydes, esters, acids and unsaturated aliphatic compounds, as in presence these connections result in aluminum claddings are dark and uneven and the substrate also contains unplated areas.
Es ist vorteilhaft, aber nicht erforderlich, für das Bad Stoffe zu verwenden, die im Bereich von etwa 100 bis etwa 140° C sieden. Ein derartiges Bad ermöglicht die Übertragung der erforderlichen Wärme für die Herstellung der Aluminiumplattierung und verdampft ausserdera auch leicht, wobei sich ein glatter Überzug bildet, der nur ψ ein Minimum an Fließspuren besitzt. Höher siedende inerte Flüssigkeiten können nach dem Auftragen des Decküberzuges zum Beispiel durch Abwischen oder Ablaufenlassen entfernt werden. It is advantageous, but not necessary, to use substances which boil in the range from about 100 to about 140.degree. C. for the bath. Such Bad enables the transfer of the heat required for the production of aluminum plating and evaporated ausserdera also easy, thereby forming a smooth coating, the only ψ a minimum of flow marks has. Inert liquids with a higher boiling point can be removed after the top coat has been applied, for example by wiping them off or letting them run off.
Als Überzugsmaterial kann jeder Stoff verwendet werden, der im wesentlichen mit der Aluminiumhydrid-Verbindung nicht reagiert und einen klaren, flexiblen und haftenden Film gibt, der in den erwärmten inerten Badflüssigkeiten löslich oder dispergierbar ist. Die Überzugsmaterialien bestehen in der Regel aus organischen Materialien und schließen zum Beispiel filmbildende Harze und filmbildende Kunststoffe wie Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylidenfluorid, Hexafluoraceton, Polyformaldehyd, Polyparaxylol, Polyäther, zum Beispiel Polyäthylenoxid und Polypropylenoxid, Copolymere von Epoxiden und andere ähnliche Materi- ) alien ein, die zu einem nicht-trocknenden Decküberzug trocknen. Das tatsächlich verwendete Material für den Decküberzug hängt von der gewünschten Zähigkeit und anderen Eigenschaften des herzustellenden Überzuges ab. Die Konzentration des Überzugsmaterials in dem flüssigen Bad hängt in einem gewissen Umfang von der gewünschten Dicke des fertigen Decküberzuges ab. Das Bad wird in der Regel bei einer Temperatur von etwa 50 bis etwa 200° C gehalten, doch ist eine Temperatur von etwa 100 bis etwa 150° meist bevorzugt. Die Ablagerungstemperatur für den Aluminiumüberzug hängt von der im einzelnen verwendeten Aluminiumhydrid-Verbindung, dem verwendeten Zersetzungskatalysator und in einem gewissen Umfang auch von der Katalysatorkonzentration ab. Derartige Ablagerungstemperatüren sind jedoch wesentlich niedriger als diejenigen, die in Abwesenheit eines Katalysators benötigt werden.Any substance which does not react essentially with the aluminum hydride compound and which gives a clear, flexible and adhesive film which is soluble or dispersible in the heated, inert bath liquids can be used as the coating material. The coating materials are generally organic materials and include, for example, film-forming resins and film-forming resins such as polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, hexafluoroacetone, polyformaldehyde, polyparaxylene, polyethers, such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, copolymers of epoxides and other similar Materi-) alien a that dry to a non-drying topcoat. The actual material used for the top coat will depend on the toughness desired and other properties of the coat being made. The concentration of the coating material in the liquid bath depends to some extent on the desired thickness of the finished topcoat. The bath is typically maintained at a temperature of about 50 to about 200 ° C, but a temperature of about 100 to about 150 ° is most preferred. The deposition temperature for the aluminum coating depends on the particular aluminum hydride compound used, the decomposition catalyst used and, to a certain extent, also on the catalyst concentration. Such deposition temperatures, however, are much lower than those required in the absence of a catalyst.
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Das vorliegende Verfahren kann auch als kontinuierliche Arbeitsweise für das Überziehen von verschiedenen geformten Gegenständen, zum Beispiel von Filmen, Stoffbahnen oder Papier verwendet werden. Es kann auch zum Überziehen von anderen Gegenständen wie zum Beispiel Kontaktdrähten, Metallspitzen, Perlen, Pulvern, verschiedenen unregelmäßig geformten Gegenständen für Lichtreflektoren oder von Rohren verwendet werden. The present process can also be used as a continuous operation for coating various shaped articles, for example films, webs of fabric or paper. It can also be used to coat other objects such as contact wires, metal tips, beads, powders, various irregularly shaped objects for light reflectors or tubes.
In dem folgenden Beispiel wird die Erfindung noch näher erläutert:The invention is explained in more detail in the following example:
Eine Probe eines handelsüblichen Polyesterfilmes wurde zuerst mit einem Metallkatalysator überzogen, wobei dieser Katalysator aus TiCl4, gelöst in dem inerten Lösungsmittel Äthyläther bestand. Das Lösungsmittel wurde verdampft. Dann wurde eine AIH3 - Lösung bestehend aus 0,25 molarem AIH3 in Diäthyläther auf die Probe aufgetragen und das Lösungsmittel erneut verdampft. A sample of a commercially available polyester film was first coated with a metal catalyst, said catalyst of TiCl4 dissolved in the inert solvent was ethyl ether. The solvent was evaporated. Then an AIH3 solution consisting of 0.25 molar AIH3 in diethyl ether was applied to the sample and the solvent was evaporated again.
Es wurde dann ein organisches Bad aus Xylol, das 5 Gew% Polystyrol als Material für den Decküberzug enthielt, hergestellt, wobei dieses Bad gegenüber Aluminiumhydrid inert war. Das flüssige Bad wurde auf 130° C erwärmt und die Probe des Films wurde in das Bad 5 Minuten eingetaucht, wobei sich eine Aluminiumplattierung auf denn Film bildete. Die Probe wurde aus dem Bad entnommen und das Xylol von der Oberfläche der Probe verdampfen gelassen. Dabei bildete sich ein Decküberzug aus Polystyrol auf dem metallischen Aluminiumüberzug. Der Decküberzug haftete sehr gut und verlieh dem überzogenen Film einen hohen Grad an Steifheit.An organic bath was then prepared from xylene containing 5% by weight of polystyrene as material for the top coat, this bath being inert to aluminum hydride. The liquid bath was heated to 130 ° C and the sample of the film was immersed in the bath for 5 minutes, during which time an aluminum plating was formed on the film. The sample was removed from the bath and the xylene allowed to evaporate from the surface of the sample. A polystyrene topcoat formed on the metallic aluminum coating. The top coat adhered very well and gave the coated film a high degree of stiffness.
In ähnlicher Weise wurden verschiedene andere Substratmaterialien wie Magnesium, Aluminium, Textilien, Glas keramische Materialien und Papier behandelt, wobei glänzende und gleichförmige Aluminiumfilme erhalten wurden, die einen Decküberzug aus einem Kunststoffmaterial wie Polyäthylen, Polypropylen oder Polytetrafluoräthylen besaßen.Similarly, various other substrate materials such as magnesium, aluminum, textiles, glass became ceramic Treated materials and paper to obtain glossy and uniform aluminum films that a cover made of a plastic material such as polyethylene, Polypropylene or polytetrafluoroethylene possessed.
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