DE19643091B4

DE19643091B4 - Verwendung von wasserlöslichen Reaktionsprodukten aus Polyamidoaminen, Polyaminen und Epihalogenhydrin in galvanischen Bädern sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und galvanische Bäder, die diese enthalten

Info

Publication number: DE19643091B4
Application number: DE1996143091
Authority: DE
Inventors: Frank Oßwald; Meinhard Langenbahn; Wolfgang Dipl.-Ing. Knoll
Original assignee: Raschig GmbH
Current assignee: Raschig GmbH
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1996-10-18
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2016-10-19
Also published as: DE19643091A1

Abstract

Verwendung von wasserlöslichen Reaktionsprodukten aus wasserlöslichen Polyamidoaminen und/oder Polyaminen mit Epihalogenhydrin als Zusatzmittel in galvanischen Bädern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von wasserlöslichen Reaktionsprodukten aus Polyamidoaminen, Polyaminen und Epihalogenhydrin in galvanischen Bädern sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und galvanische Bäder, die diese enthalten.

Herkömmliche galvanische Bäder führen oftmals zu unbefriedigenden Ergebnissen hinsichtlich des Glanzes, der Streuung und der Duktilität der Abscheidungen. Bei der Leiterplattenfertigung z.B. führt eine ungleichmäßige Beschichtung der Bohrungen zu mechanisch weniger stabilen Lötstellen. Beim Galvanoforming führt eine schlechte Streuung ebenfalls zu ungleichmäßiger Abscheidung und somit zu nicht maßhaltigen Werkstücken.

Die vorliegende Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Mittel für die vorgenannten Zwecke zur Verfügung zu stellen, durch welches es gelingt, am Substrat eine wesentlich bessere Abscheidung zu erhalten.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die Merkmale des Hauptanspruchs und wird durch diejenigen der Unteransprüche gefördert.

Die Herstellung von wasserlöslichen Reaktionsprodukten aus wasserlöslichen Polyamidoaminen und/oder Polyaminen mit Epihalogenhydrin dieser Mittel ist z.B. in der EP 0 031 899 B1 beschrieben. Die dort genannten Substanzen, die ein Verhältnis von Epihalogenhydrin zu basischen Aminogruppen von 1,5 bis 2:1 aufweisen sollen, dienen der Erhöhung der Naßfestigkeit von Papier.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß solche Reaktionsprodukte sich in besonderer Weise für die Anwendung in der Galvanotechnik eignen.

Vorzugsweise einzusetzende Mittel werden erhalten durch Umsetzung von Bernsteinsäure, Adipinsäure, Diglycolsäure oder Sebacinsäure und deren funktionellen Derivaten mit aliphatischen Polyaminen, die mindestens zwei primäre Aminogruppen und mindestens eine sekundäre Aminogruppe enthalten mit dem Epihalogenhydrin. Das Molverhältnis zwischen dem Epihalogenhydrin und der Summe der Äquivalente an freien basischen Amingruppen ist vorteilhaft kleiner als 1,5, insbesondere beträgt dies etwa 1, da hier die höchste Wirksamkeit beobachtet wird.

Die Vorteile der Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel in galvanischen Bädern liegen in folgendem. Die Abscheidung der Metalle auf dem Substrat geschieht wesentlich gleichmäßiger hinsichtlich der Schichtdickenverteilung und der Streuung. Die Duktilität der Abscheidung bleibt unabhängig von der Schichtdicke erhalten.

Weiterhin wird beobachtet, daß in Legierungsbädern die Zusammensetzung der Legierungskomponenten über eine längere Gebrauchsdauer konstant bleibt. Herkömmlich mußten Schwankungen der Legierungskomponenten je nach Typ von bis zu ± 20% über die Betriebszeit in Kauf genommen werden, diese Schwankungen werden erfindungsgemäß auf deutlich unter 5% reduziert.

Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, bei wesentlich breiteren Stromdichtebereichen zu arbeiten, wobei die Legierungszusammensetzung auch hierbei konstant bleibt.

Besonders vorteilhaft wirken sich die erfindungsgemäßen Mittel in Kupferbädern, Kupferlegierungsbädern oder Edelmetall oder Edelmetall-Legierungsbädern aus, wobei diese zusätzlich 0,01-10 vorzugsweise 2,2 g/l Epichlorhydrin-Imidazolpolymer und 0,01-2 vorzugsweise 0,2 g/l Bis-Sulfopropyldisulfid enthalten, wobei die Mittel in Mengen von etwa 0,1-10 vorzugsweise 4,8 g/l eingesetzt sind. Hierbei resultiert ein verbesserter Glanz sowie eine überraschend hohe Streuung.

In stromlosen Bädern, wie insbesondere Kupferbädern, wird sogar in Abwesenheit von Komplexbildnern im sauren pH-Bereich eine glatte, gleichmäßige und duktile Abscheidung erhalten.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine neuartige Verfahrensvariante zur Herstellung der erfindungsgemäßen Mittel. Dabei wird die Umsetzung mit 1 bis 1,5 Mol Epihalogenhydrin pro Mol Amin erst nach erfolgter Reaktion von Dicarbonsäuren mit funktionellen Derivaten von Carbonsäuren und einem Polyamin durchgeführt. Diese Vorgehensweise ist wesentlich wirtschaftlicher, da ein Vernetzungsschritt entfällt.

Zum Nachweis der verbesserten Wirksamkeit wurden folgende Versuche durchgeführt.
In einer Hull-Zelle mit einer Kupferanode und einer Messingkathode (10 × 7 cm; Dicke 0,5 mm) sowie einem Badvolumen von 250 ml wurde unter Einblasen von Luft zur Erzeugung einer Rührwirkung die Messingkathode bei Raumtemperatur mit Kupfer beschichtet. Es wurde mit 1,0 A während 10 Minuten platiert. Das Bad enthielt 210,0 g Kupfersulfat 5 H₂O, 75,0 g konzentrierte Schwefelsäure. 0,55 g Epychlorhydrin-Imidazolpolymer und 0,5 g Bis-Sulfopropyldisulfid. An erfindungsgemäßem Additiv waren 1,2 g enthalten. Da das Messingsubstrat in der Hull-Zelle schräg zur Anode steht, ergab sich eine Stromdichtenverteilung von 10 A/dm² nahe der Kupferanode mit logarithmischem Abfall bis nahe Null an der entfernten Kante. Es entstand ein gleichmäßiger, hochglänzender Überzug auf der Kathode, wobei sich überraschenderweise eine Niederschlag auch auf der Kathodenrückseite bildete.
Der Versuch wurde bei 1,5 A und 2 A unter sonst gleichen Bedingungen mit gleich gutem Ergebnis wiederholt.
In den in den Ansprüchen wiedergegebenen Zusammensetzungsgrenzen traten keine Beeinträchtigungen auf.
Herstellungsbeispiel
9,7 g Wasser werden bei Raumtemperatur vorgelegt (20-30°C) und unter Rührung werden 58 g Caprolactam hinzugefügt. Der Ansatz wird auf 30-35°C aufgeheizt.
37,8 g Adipinsäure werden unter Rührung hinzugefügt. Es wird angeheizt. Der Rückfluß beginnt bei ca. 115-122°C und wird zwei Stunden gehalten. Die Sumpftemperatur wird auf ca. 100°C (100-110°C) abgekühlt und 52,9 g Diethylentriamin werden innerhalb einer Stunde bei 100-110°C zudosiert. Ab Ende der Dosierung ist eine niedrigviskose, gelbe, leicht trübe Flüssigkeit entstanden. Der Ansatz wird auf Rückfluß (128-130°C) hochgeheizt und zur Nachreaktion eine Stunde gehalten. Anschließend auf ca. 70°C (65-75°C) abgekühlt.
74,8 g Adipinsäure werden innerhalb von 15 Minuten hinzugegeben. Anschließend wird der Ansatz auf Rückfluß (128-130°C) aufgeheizt und eine Stunde gerührt. Es entsteht eine gelbbraune, viskose Flüssigkeit, die auf ca. 105°C (100-115°C) abgekühlt wird.
26,4 g Diethylentriamin werden bei 100-115°C innerhalb einer Stunde zudosiert. die Reaktion ist leicht exotherm.
Die Apparatur wird zur Destillation umgebaut und der Ansatz wird destilliert. Aus dem Reaktionsgemisch werden insgesamt 37 g Destillat zuletzt im Vakuum bei 100 bis 500 mbar abdestilliert.
Es wird so lange destilliert, bis bei den Endbedingungen nichts mehr übergeht. Die Destillatmenge beträgt ca. 11% vom Einsatz. Der Ansatz wird auf ca. 130°C (125-140°C) abgekühlt, wobei eine deutliche Erhöhung der Viskosität auftritt.
Eine Zwischenprobe hat eine Viskosität von 156 cst (25°C; 1:1 in H₂O, Ubbelohde).
109,6 g eines Gemisches aus dem Destillat (37 g) und 72,6 g Wasser werden innerhalb von 15 Minuten zudosiert. Die Sumpftemperatur sinkt dabei von ca. 130° auf ca. 100°C. Zum Homogenisieren wird der Ansatz eine Stunde bei ca. 90°C (80-90°C) gerührt. Das Produkt wird abgekühlt und abgefüllt.
Auswaage: 321 g
Danach werden 739 g Wasser vorgelegt und mit 321 g des erhaltenen Produkts versetzt. Das Gemisch ist eine gelbe, leicht trübe Flüssigkeit.
92,8 g Epichlorhydrin wird innerhalb von 3 Stunden bei einer Sumpftemperatur von ca. 25°C (20-35°C) zudosiert. Die Reaktion ist leicht exotherm und es muß gekühlt werden.
Am Ende der Dosierung wird der Ansatz zur Nachreaktion 6 Stunden bei einer Sumpftemperatur von 45-50°C gerührt.
Zum Erhalt einer lagerstabilen Lösung werden 839 g Wasser sowie 8,1 g konzentrierter Schwefelsäure hinzugefügt. Der pH der wäßrigen Lösung beträgt 4,9. Mit 11,2 g konzentrierter Schwefelsäure wird der pH von 4,9 auf 2-2,5 eingestellt. Unter Rührung kühlt der Ansatz auf Raumtemperatur ab.
Auswaage: 1987 g

Claims

Verwendung von wasserlöslichen Reaktionsprodukten aus wasserlöslichen Polyamidoaminen und/oder Polyaminen mit Epihalogenhydrin als Zusatzmittel in galvanischen Bädern.
Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsprodukte erhalten sind durch Umsetzung von Bernsteinsäure, Adipinsäure, Diglycolsäure oder Sebacinsäure und deren funktionellen Derivaten mit aliphatischen Polyaminen, die mindestens zwei primäre Aminogruppen und mindestens eine sekundäre Aminogruppe enthalten mit dem Epihalogenhydrin.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Epihalogenhydrin Epichlorhydrin eingesetzt ist, wobei das Molverhältnis von Epichlorhydrin zur Summe der Äquivalente an freien basischen Amingruppen kleiner als 1,5, vorzugsweise etwa 1, ist.
Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die galvanischen Bäder Kupferbäder, Kupferlegierungsbäder oder Edelmetall-oder Edelmetall-Legierungsbäder sind.
Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 4 in Galvanisierungsbädern die 0,01-10 g/l Epichlorhydrin-Imidazolpolymer und 0,01-2 g/l Bis-Sulfopropyldisulfid enthalten, wobei die Reaktionsprodukte in Mengen von 0,1-10 g/l eingesetzt sind.
Verwendung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß 0,2 g/l Bis-Sulfopropyldisulfid und 2,2 g/l Epichlorhydrin-Imidazolpolymer enthalten sind und die Reaktionsprodukte in einer Menge von 4,8 g/l eingesetzt sind.
Verfahren zur Herstellung von Reaktionsprodukten nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man zunächst absatzweise eine Dicarbonsäure mit einem funktionellen Derivat einer Carbonsäure und einem Polyamin kondensiert und erst anschließend das so erhaltene Polyamidoamin mit Epihalogenhydrin versetzt, wobei 1,5 bis 1 Mol Epihalogenhydrin pro 1 Mol freie basische Amingruppe eingesetzt wird.
Galvanische Bäder enthaltend Kupfer- oder Edelmetallsalze oder Salze zur Abscheidung von Kupfer- oder Edelmetallegierungen, sowie übliche Hilfs- und Zusatzstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß Reaktionsprodukte gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 in einer Menge von 0,1 bis 10 g/l zugesetzt sind.
Galvanische Bäder gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstoffe 0,01-10 g/l Epichlorhydrin-Imidazolpolymer und 0,01-2 g/l Bis-Sulfopropyldisulfid enthalten sind.