DE2335497B2 - Verfahren zum katalytischen sensibilisieren von oberflaechen von kunststoffen und loesung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum katalytischen sensibilisieren von oberflaechen von kunststoffen und loesung zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur katalytischen Sensibilisierung von Oberflächen von
Kunststoffen für die nachfolgende stromlose Metallabscheidung, bei dem auf die Oberflächen Metalle oder
Metallverbindungen, die auf die stromlose Metallabscheidung katalytisch wirken, aufgebracht werden.
Üblicherweise wird die Sensibilisierung in einem ein- oder zweistufigen Verfahren durchgeführt. Hierzu wird
die Oberfläche beispielsweise zunächst mit einer Zinnlösung und anschließend mit einer Palladium- oder
Platinsalzlösung behandelt. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, kolloidale Suspensionen von Edelmetallen
sowie Doppelkomplexverbindungen bestimmter Art zum Sensibilisieren zu verwenden.
Auch ist ein Verfahren bekannt (US-PS 33 79 556) für die Aktivierung von nichtmetallischen Stoffen durch
Verwendung von Losungen der Chrom-Werner-Komplexe,
wobei jedoch das Substrat nach der Behandlung mit dem Chromkomplex mit einem Sensibilisator und
danach mit einem Aktivator behandelt wird, worauf sich die stromlose Metallabscheidung anschließt Als typische
geeignete Sensibilisatoren, die leicht oxidierbar sind, werden SnCl2, Sn(BF4)* TiCl3, AgNO3, Hydrochinon
und HBF4 genannt Als typische geeignete Aktivatoren werden Salze von Edelmetallen, z. B. Platin,
Palladium, Gold und Silber angegeben. Bei diesem bekannten Verfahren gelangen z. B. Zinn(II)-chlorid und
Palladiumchlorid zur Anwendung. Die unmittelbare Sensibilisierung von Kunststoffoberflächen ist mit dem
ι ο bekannten Verfahren nicht gegeben.
Gemäß einem weiteren Verfahren (US-PS 35 24 754) wird die zu aktivierende Oberfläche in ein organisches
Lösungsmittel eines Kupfer- oder Nickelsalzes getaucht, worauf durch Reduktion metallische Keime
erzeugt werden. Das verwendete Lösungsmittel muß zur Ausübung einer Quell- und Lösewirkung auf das
Substrat befähigt sein. Nach dem Trocknen wird die behandelte Oberfläche einem Reduktionsmittel ausgesetzt
Die bei Durchführung des bekannten Verfahrens auftretenden Schwierigkeiten liegen insbesondere darin,
daß das Reduktionsmittelbad in der Regel befähigt ist, das zu reduzierende Metallsalz zu lösen, so daß es
Metallsalz aus dem Substrat herauszulösen vermag. In vergleichsweise polaren Substraten, z. B. solchen aus
Polystyrol, besteht zwar eine ausreichende Bindung zwischen dem Substrat und dem Metallsalz, um ein
wesentliches Auslaugen während der Reduktion zu verhindern. In nichtpolaren Substraten, z. B. solchen aus
Polypropylen, ist jedoch eine Steuerung der Verfahrcnsbedingungen während der Reduktion sehr wichtig, um
ein übermäßiges Auslaugen zu vermeiden, bevor die Reduktion in gewünschtem Umfang erfolgt
Zum Zwecke der Sensibilisierung für die Metallabscheidung aus stromlos arbeitenden Bädern wurde
bereits ein Reduktionsverfahren entwickelt, bei weichem die auf die Oberfläche gebrachten Metallionen
nachträglich durch ein Reduktionsmittel oder Wärmeeinwirkung oder Strahlungsenergie zu Metall reduziert
werden, so daß eine für die Metallabscheidung katalytisch aktive Oberfläche entsteht.
Schwierigkeiten bei der Durchführung dieses Verfahrens ergeben sich daraus, daß es nicht möglich ist, vor
der Einbringung der Oberfläche in das Reduktionsmittel den Überschuß an Metallsalz durch Spülen zu entfernen,
ohne gleichzeitig die katalytische Sensibilisierung zu gefährden. Dadurch kann einerseits überschüssiges
Metallsalz in das Reduktionsmittel gebracht werden, wodurch dieses sich schneller verbraucht. Weiterhin
kann das Metallsalz bei der Behandlung mit dem Reduktionsmittel an Stellen verschleppt werden, an
denen eine Metallisierung der Oberfläche nicht erwünscht ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Probleme und Schwierigkeiten
zu vermeiden und ein Verfahren zu entwickeln, welches die Entfernung des überschüssigen Metallsalzes ohne
schädliche Nebenwirkungen erlaubt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einer Verfahrensweise, die sich dadurch kennzeichnet,
fco daß man a) die zu metallisierende Oberfläche zunächst
mit einer wäßrigen Lösung behandelt, die mindestens eine Verbindung eines der Elemente Eiser, Kobalt,
Kupfer, Nickel oder Zink enthält, das in mindestens einem seiner Zustände katalytisch wirksam ist, wobei
(\s diese Verbindung entweder selbst Benetzereigenschaften
aufweist oder in einem nachfolgenden Verfahrensschritt solche erlangt, und b) die so vorbehandelte
Oberfläche anschließend einer Behandlung unterzieht,
welche die Löslichkeit der angegebenen Verbindung herabsetzt bzw. diese in eine Verbindung geringer
Löslichkeit umwandelt und einen Oberschuß derselben gleichzeitig entfernt, und c) entweder gleichzeitig mit
dem Verfahrensschritt b) oder anschließend an diesen das oder die in der Verbindung enthaltenen Elemente in
ihre katalytisch aktive Form überführt.
Im Vergleich zu den bekannten Sensibilisierungslösungen
besitzen die erfindungsgemäßen Sensibilisierungslösungen die folgenden Vorteile:
a) Anschließend an das Aufbringen des Metallsalzes und vor der Behandlung mit dem Reduktionsmittel
kann ein Spülgang eingeschaltet werden, der die Entfernung des überschüssigen Metallsalzes garantiert,
da die Benetzungs- und Oberfiächenadsorptionseigenschaften
der Metallsabdösung verbessert sind und gleichzeitig die Löslichkeit des fest
verankerten Metallsalzes herabgesetzt wird.
b) Nach erfolgter Sensibilisierung erfolgt der Metallfiiederschlag
in stromlos arbeitenden Bad sehr schnell und gleichmäßig.
c) Da das Metallsalz aufgrund der Benetzereigenschaften bei mikroporösem Material in den Poren
fest verankert wird, wird auch der Metallniederschlag in den Poren verankert und dadurch eine
sehr gute Haftfestigkeit erzielt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die verwendeten Stoffe sollen folgende Eigenschaften aufweisen:
a) Gute Absorbierbarkeit an dir Oberfläche.
b) Sie sollen in einen Zustand überführbar sein, in dem sie katalytisch auf die Metallabscheidung aus
stromlos arbeitenden Bädern wirken.
c) Der Überschuß des oder der im ersten Verfahrensschritt aufgebrachten Verbindung oder der Verbindungen
soll durch eine Nachbehandlung entfernbar sein.
Vorteilhaft besteht der Stoff, der im ersten Verfahrensschritt
verwendet wird, aus einer Kupfer- oder Nickelverbindung oder aus einer Mischung von beiden
mit Ammoniak oder einem Amin, so daß sich ein Ammonium- oder ein Aminkomplex bildet.
Auch kann ein Dichlorocupratkomplex verwendet werden, der durch Kochen von Kupferplättchen in
Kupferchloridlösung mit einem großen Überschuß an Salzsäure hergestellt wird.
Wie die Ammoniumkomplexe, ist diese Verbindung hochpolarisiert, allerdings mit umgekehrtem Vorzeichen,
und bindet sich deshalb begierig an die positiv geladenen Oberflächenbezirke. Nach einer weiteren
Ausgestaltungsform des Verfahrens wird ein Metallsalzkomplex,
wie beispielsweise Zinkpyrophosphat (Zn2p2O7), in Ammoniak gelöst und diese Lösung auf die
Oberfläche des zu metallisierenden Körpers aufgebracht.
Bei Verwendung geeigneter Spülmittel kann in allen drei Fällen die Löslichkeit der an der Oberfläche
adsorbierten Metallkomplexteilchen herabgesetzt werden.
Neben wäßrigen Lösungen können auch organische verwendet werden, besonders, wenn es sich um
kunstharzähnliche zu metallisierende Körper handelt. Beispielsweise wird Kupferchlorid unter Komplexbildung
in Dimethylformamid gelöst. Bringt man eine <>5 Kunstharzoberfläche mit einer solchen Lösung in
Berührung, so werden die Metallkomplexe bereitwillig von der Oberfläche adsorbiert. Überschüssige Metallionen
können beispielsweise mit Wasser weggespült werden. Anschließend wird die Oberfläche mit einem
Reduktionsmittel, wie beispielsweise Zinnchlorid oder Natriumboranat ebenfalls in Dimethylformamid gelöst,
behandelt und dadurch die Komplexe in einen katalytisch aktiven Zustand gebracht
Das vorliegende Verfahren kann zur Sensibilisierung von einer großen Zahl von Kunststoffen, wie beispielsweise
Polyepoxyde, Phenole, Polystyrol, Polyester, Nylons, Polyacetate, Polykarbonate und ähnliche, sowie
Glas, Porzellan, Textilien, Papier, Holz und ähnliche Verwendung finden. Die Oberflächen werden vorteilhaft
zuvor polar und benetzbar gemacht Hierzu werden in einem ersten Schritt beispielsweise Dimethylformamid,
Dimethylsulfoxyö oder Mischungen von Toluol und Wasser verwendet Die Wahl des Lösungsmittels hängt
vom Kunststoff ab. Nach dieser sogenannten Voraktivierung wird durch Behandlung mit Chromschwefelsäure
und anschließender Verwendung eines Reduktionsmittels eine permanente Aktivierung erzielt
Eine andere Möglichkeit einer geeigneten Vorbehandlung
besteht in dem teilweisen Abbau der Oberflächenschicht oder dem Aufbringen einer zusätzlichen
Oberflächenschicht die anschließend teilweise abgebaut wird. Beispielsweise kann eine solche Oberflächenschicht
leicht abbaubare Teilchen, wie Gummipartikeln, enthalten, die durch Behandlung mit geeigneten
Reagenzien, wie Permanganat oder Chromschwefelsäure, abgebaut werden, und so entsteht eine mikroporöse
Oberflächenschicht
Im folgenden werden einige Beispiele wiedergegeben.
Eine Epoxydharz-Glasfaser-Preßstoffplatte wird an
vorgezeichneten Punkten mit Löchern versehen. Die Oberfläche wird dann durch Eintauchen in eine
Dimethylformamidlösung von 25 bis 300C für 2 bis 5 Minuten und anschließendem Abspülen mit Wasser
vorbehandelt und durch Nachbehandlung mit einer Lösung aus 100 g/l CrO3 und 250 ml/1 konj.entrierter
Schwefelsäure für 1 Minute und anschließend mit einer 5% NaHSO3-Lösung für 2 Minuten sowie Spülen mit
heißem Wasser (65 bis 700C) permanent polar und benetzbar gemacht. Anschließend wird die Platte an der
Luft oder im Trockenofen getrocknet
Die so vorbereit2te Platte wird mit einer negativen
Abdeckmaske bedruckt und nachfolgend sensibilisiert. Als Lösung für den ersten Verfahrensschritt wird die
folgende, mit Wasser auf 1 Liter aufgefüllte Mischung verwendet:
CuCl2 · 2 H2O
Salzsäure (37%)
NaH2PO2-2H2O
Salzsäure (37%)
NaH2PO2-2H2O
34 g/l
250 ml/1
30 g/l
250 ml/1
30 g/l
Die so behandelte Platte wird anschließend mit einer wäßrigen Lösung gespült, um die Löslichkeit des
Kupfersalzes zu verringern und überschüssiges Salz zu entfernen. Dann wird die Kunstharzplatte in das
Reduktionsmittel eingetaucht, das im vorliegenden Fall aus einer Lösung von 1 g/l Natriumboranat in Methanol
oder Wasser besteht; dadurch wird die adsorbierte Kupferverbindung zu katalytisch aktiven Kupferkeimen
reduziert.
Das für die katalytische Metallabscheidung vorbereitete
Kunstharzteil wird in ein stromlos Metall
abscheidendes Kupferbad gebracht, das die folgende Die Kupferabscheidung wird bis zu einer gewünsch-
Zusammensetzung hat: ten Stärke fortgesetzt und anschließend bei etwa 100" C
CuSO4 ■ 5 H2O 30 g/l für 30 Minuten getrocknet
Rochelle-Salz 150 g/l Das im vorangegangenen Beispiel ausführlich be-
Natriumcyanid 30 mg/1 ? schriebene Verfahren kann auch mit Sensibilisierungslö-
Formaldehyd(37%) 15 mg/1 sungen der folgenden, den Beispielen 2 bis 13
Netzmittel 1 ml angegebenen Zusammensetzungen durchgeführt wer-Natriumhydroxyd
bis pH-Wert = 13 den, wobei jeweils mit Wasser auf 1 Liter aufzufüllen ist:
Mit Wasser auf 1 Liter auffüllen.
2 15 g/l CuzO 300 ml/1 HCl (37%ig) 30 g/l NaH2PO4 - 2 H2O
3 25 g/l CuSOi ■ 5 H2O 25 g/l N1SO4 ■ 7 H2O 200 ml/1 NH4OH (konz.)
4 25 g/l CuSO4 - 5 H2O 25 g/l NiSOi · 7 H2O 200 ml/1 NH4OH (konz.) 2 g/l Hydrochinon
5 20 g/l Ζπ2Ρ2θ/ 200 ml/1 NHiOH
6 25 g/l NiSOi · 7 H2O 200 ml/1 NHiOH (konz.)
7 25 g/l CuSOi ■ 5 H2O 200 ml/1 NH1OH (konz.)
8 25 g/l Co(C2H302)2 ■ 4 H2O 200 ml/l NHiOH (konz.)
9 0,5 g/l PdCl2 · 2 H2O 200 ml/1 NHiOH (konz.)
10 10 g/l CuCl 300 ml/1 HCl (konz.) 30 g/l SnCb · 2 H2O
11 25 g/l CuSOi · 5 H2O 5 bis 50 mg/1 PdCl: · 2 H2O 200 ml/1 NH1OH (konz.)
12 25 g/l CuSOi ■ 5 H2O 40 g/l Triethanolamin
13 10 g/l CuSOi · 5 H2O 10 g/l NiSOi · 7 H2O 10 g/l Benzyltrimethyl-
ammoniumchlorid
Im zweiten Verfahrensschritt kann Wasser durch eine Mit allen in den Beispielen angegebenen Zusammen·
Losung von 1 g Boranat in 1 Liter Wasser(pH 9.5—10.0) Setzungen werden im wesentlichen die gleichen
ersetzt werden. Ergebnisse erzielt.
Claims (3)
1. Verfahren zum katalytischen Sensibilisieren von
Oberflächen von Kunststoffen für die nachfolgende stromlose Metallabscheidung, bei dem auf die
Oberflächen Metalle oder Metallverbindungen, die auf die stromlose Metallabscheidung katalytisch
wirken, aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet,
daß man
a) die zu metallisierende Oberfläche zunächst mit einer wäßrigen Lösung behandelt, die mindestens
eine Verbindung eines der Elemente Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel oder Zink enthält,
das in mindestens einem seiner Zustände katalytisch wirksam ist, wobei diese Verbindung
entweder selbst Benetzereigenschaften aufweist oder in einem nachfolgenden Verfahrensschritt solche erlangt und
b) die so vorbehandelte Oberfläche anschließend einer Behandlung unterzieht, welche die Löslichkeit
der angegebenen Verbindung herabsetzt bzw. diese in eine Verbindung geringer
Löslichkeit umwandelt und einen Überschuß derselben gleichzeitig entfernt, und
c) entweder gleichzeitig mit dem Venahrensschritt (b) oder anschließend an diesen das oder
die in der Verbindung enthaltenen Elemente in ihre katalytisch aktive Form überführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polarität der Benetzereigenschaften
aufweisenden Verbindung entgegengesetzt derjenigen der zu metallisierenden Oberfläche
wählt.
3. Lösung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie
mindestens eine Verbindung eines der Elemente Eisen, Kobalt, Kupfer, Nickel oder Zink enthält,
welche als solche oder vermittels eines nachfolgenden Behandlungsschrittes Benetzereigenschaften
aufweist und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt in eine für die stromlose Metallabscheidung
katalytisch wirksame Form überführbar ist.
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