DE2844425A1

DE2844425A1 - Verfahren zur aktivierung von kunststoffoberflaechen

Info

Publication number: DE2844425A1
Application number: DE19782844425
Authority: DE
Inventors: Herbert Kuenzig
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-10-12
Filing date: 1978-10-12
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2844425C3; DE2844425B2; NL7907401A

Description

Verfahren zur Aktivierung von Kunststoffoberflächen
Verfahren zur Aktivierung von Kunststoffoberflächen für eine chemische Bekeimung mit einem Edelmetall, so daß danach eine Metallisierung vorgenommen werden kann.
Bei der Metallisierung von ABS-Kunststoffen ist es üblich, nach der mechanischen Aufrauhung die Oberfläche mittels eines starken Oxidationsmittels, z.B. heißen S03 - Dampfes, zu aktivicren, um eine nachfolgende Edelmetallbekeimung durchführen zu können. Unter ABS-Kunststoffen sind solche aus Acrylnitril-Butadien Styrol bzw. modifizierten Plexiglas-Verbindungen zu verstehen.
Auf den Edelmetallkeimen werden danach Netalle, z.B.
Kupfer, Nickel, Silber, Gold chemisch abgeschieden. Die vorstehend erläuterten maßnahmen sind als SAN-Verfahrcn bee i chnet worden.
Der Nachteil diescs Verfahrens besteht darin, daß der S03-Dampf nicht nur sehr giftig sondern auch stark korrosiv ist. Dies bedingt einen erheblichen anlagentechni schen Aufwand, um die Umweltbelastung in Grenzen zu halten und die Gesundheitsgefährdwg der die Anlagen bedienenden Personen zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein nichtoxydatives Verfahren zur Aktivierung von Kunststoffoberflächen zu entwickeln.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte gelöst: 1.1 die Kunststoffoberfläche wird mechanisch aufgerauht 1.2 der Kunststoff wird in eine Lösung eines Komplexbildners eingetauchtJ 1.3 der Kunststoff wird anschließend in eine Lösung eines Edelmetallkomplexsalzes eingetaucht, so daß an der Kunststoffoberflache ein Austausch der im Verfahrensschritt 1.2 angelagerten Komplexe gegen Edelmetallkomplexe erfolgt) 1.all die Edelmetallkomplexe werden zu Metallkeimen reduziert.
Bei diesem Verfahren werden ausschließlich nicht umweltbelastende Materialien verwendet, die ohne großen apparativen Aufwand zu beherrschen sind. Außerdem sind die eingesetzten Materialien kostengiinstig verfügbar, so daß die Aktivierung in besonders wirtschaftlicher Weise ausführbar ist. Bei der Durchführung des Verfahrens entstehen darüberhinaus keine aggressiv gefährlichen Dämpfe.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.
Bei einer zwecErmäßigen Ausführungsform erfolgt die mechanische Aufrauhung nach dem Verfahrensschritt 1.1) mittels Glaskugelstrah]en, bei dem die Glaskugeln einen Durchmesser von etwa 120 bis 250 m haben.
Die Glaskugeln werden durch eine Laval-Düse mittels Preßluft auf die Kunststoffoberfläche geschossen. Dabei entsteht eine Mikrorauhigkeit, die die Grundlage für die Benetzbarkeit des Kunststoffs und die llaftfähigkeit der Metallisierung darstellt. Die makroskopisch betrachtete Oberfläche trägt die Struktur eines llammerschlags. Bei dem Einsatz von Glaskugeln entsteht kein merklicher Materialabtrag, da im wesentlichen die Oberfläche nur deformiert wird.
Bei Verwendung eines Kunststoffs mit Glasfaserverstärkung wird bei einer vorteilhaften Ausführungsform nach der Durchfiihrung der Aufrauhung mit Glaskugeln der Kunststoff mit einem handelsüblichen Conditioner behandelt, um eine Benetzbarkeit der Glas-fasern zu erreichen. Wenn die Benetzbarkeit der Glasfasern vorhanden ist, ergibt sich eine nennenswerte Erhöhung der Haftfestigkeit der chemischen Metallisierung.
Vorzugsweise werden bei dem Verfahrensschritt 1.2) als Komplexbildner Äthylendiamintetraessigsäure oder deren Alkalisalze verwendet. Diese Komplexbildner lassen sich bevorzugt alkalisch lösen, wobei die alkalische Lösung die mechanisch auf;erauhte Oberfläche des Kunst stoffs in den hxdrophilen ObErflächenzustand überführt. Dieser wiederum gestattet die Anlagerung des Komplexbildners.
Vorteilhafterweise setzt man die alkalische Lösung wie folgt an: Man löst Alkalihydroxid in Wasser, wobei sich die Lösung erwärmt, und setzt den Komplexbildner zu. Der Komplexbildner bietet dabei den Vorteil, daß die verwendeten Gefäße von der Alkali lauge nicht merklich angegriffen werden. Deshalb kann man preiswerte Kunststoffgefäße einsetzen, die der Lösung ohne weiteres widerstehen. Anschließend wird die Xunststoffoterfläche in die 70 C warme Lösung für ca. 5 Minuten eingetaucht Es erfolgt bei dieser Behandlung kein merklicher Abtrag an der Kunststoffoberfläche. Danach wird die Kunststoffoberfläche mit kaltem Wasser gespült.
Vorzugsweise wird als Edelmetallkomplexsalzlösung eine salzsaure Lösung von Palladiumchlorid und Alkalichlorid verwendet, wobei diese Lösung anschließend mit Wasser verdünnt und danach der pES-Wert durch Zugabe von Alkalyhydroxidlösung auf etwa 5,5 eingestellt wird.
Bei der Einstellung des pH-Werts auf etwa 5,5 findet durch Disproportionierung die Bildung von Edelmetallkomplexen statt.
Nach dem Eintauchen der nach der oben dargelegten Methode vorbehandelten Kunststoffoberflächen in diese Lösung erfolgt ein Austausch des EDTA-Komplexes gegen den Edelmetallkomplex. Unter EDTA-Komplex sind hierbei die oben erwähnte Äthylendiamintetraessigseiure -Komplexe und/oder deren Salze zu verstehen. Verantwortlich für diese Reaktion ist die Oberflächenaffinität der verschiedenen Komplexe.
Von der Kunststoffoberfläche muß die anhaftende Flüssigkeitsschicht abgespült werden. Dies geschieht vorteilhafterweise in einer alkalischen Lösung, welche das Auswaschen der Edelmetallkomplexe aus den von der Glaskugelbestrahlung erzeugten Kavernen verhindert, da die Edelmetallkomplexe in das Edelmetallhydroxid überführt werden, das voluminös ausflockt. Auf diese Weise wird das Edelmetall-Hydroxid in den Kavernen festgehalten.
Vorzugsweise erfolgt der Verfahrensschritt 1.4). durch eine chemische oder photochemische Reaktion.
Die chemische Reduktion des Edelmetallhydroxids findet vorteilhafterweise in einer alkalischen Formaldehydlösung oder in einer leicht sauren SnC12-Lösung statt. Wenn chemisch reduziert wird, ergeben sich Edelmetallkeime, die in die gesamte Oberfläche eingelagert sind. Auf diese Weise kann man Telefollgeh.iuse oder auch Modeschmuck metallisieren. Will man photochemisch reduzieren, tragt man zweckmäßigerweise eine Stlspension eines stark n-dotierten llalbleitermaterials durch Eintauchen auf die Oberfläche auf. Die feinen !Ialbliterkristallite sind Elektronenspender bei der Belichtung. Die frei werdenden Elektronen reduzieren das Edelmetallhydroxid zu 4etallkeimen. Diese Methode gestattet eine selektive Bekeimung. Die Suspcnsion wird vorteilhafterweise in einer Ammoniumazetatl(5suJlg abgespült und das nicht belichtete, nicht reduzierte Edelmetallhydroxid in ein Edelmetallchloxid iibergefilhrt und ausgewaschen, z.B. in fließendem Wasser.
Dabei erhält man nur an den belichteten Stellen der Oberfläche eine Edelmetallbekeimung. Danach erfolgt die chemische Netallisierung an denjenigen Stellen, an denen sich die Keime befinden.
Als Edelmetalle können Gold, Iridium, Osmium, Palladium, Platin, Rhodium, Rhutenium oder Silber benutzt werden. Vorzugsweise wird aber mit Palladium gearbeitet, da Palladium eine starke katalytische Wirkung besitzt, durch die die Abscheidungsgeschwindigkeit bei der chemischen Eletollisierung erhöht wird. Bei reduktiv arbeitenden chemischen tetalisierungsbädern ist ein Katalysator wie Palladium vorteilhaft. Bei autokatalytisch arbeitenden Metallisierungsbädern können alle Edelmetalle verwendet werden. Man benutzt zweckmjßigerweise Edelmetallsalzlösungen, die mit einer Konzentration von ca-Gramm pro Liter Wasser angesetzt sind.
Als abzuscheidende Metalle werden bevorzugt Kupfer, Nickel, Gold und Silber verwendet.
Um eine ausreichende Schichtstärke der Metallbelegung zu erreichen, wird man bei der chemischen Metallabscheidung mit autokatalytischen Bädern arbeiten oder ein reduktiv arbeiten<3es Bad mit einer galvanisch arbeitenden Metallicie?rung kombinieren. Bei der galvanischen Machverst.irkung der Schicht ist eine Flächenbekeimung erforderlich, um die Stromführung zu gewährleisten.
Gegenüber der Vakuumaufdampfung von Metallen auf Kunststoffoberflächen hat das oben erläuterte Verfahren den Vorteil, daß cs mit einem wesentlich kleineren apparativen Aufwand durchführbar ist.

Claims

Patentansprüche 1Verfahren zur Aktivierung von Kunststoffoberflächen für eine chemische beleimung mit einem Edelmetall, so daß danach eine Metallisierung vorgenommen werden kann, gckennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: 1.1 die Kunststoffoberfläche wird mechanisch aufgerauht, 1.2 der Kunststoff wird in eine Lösung eines Komplexbildners eingetauchtl 1.3 der Kunststoff wird anschließend in eine Lösung eines Edelmetallkomplexsalzes eingetaucht, so daß an der Kunststoffoberfläche ein Austausch der im Verfahrensschritt 1.2 angelagerten Komplexe gegen Edelmetallkomplexe erfolgte i.4 die Edelmetallkomplexe werden zu Metallkeimen reduziert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Aufrauhung nach dem Verfahrensschritt 1.1 mittels Glaskugelstrahlen erfolgt, bei dem die Glaskugeln einen Durchmesser von etwa 120 bis 250m haben.
3. Verfahren nah Anspruch 1 oder 2, bei dem ein glasfascrverstärkter Kunststoff verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nach Ausfiihrung des Verfahrensschrittes 1.2 der Kunststoff mit einem handelsüblichen Conditionei behandelt wird, um eine Benetzbarkeit der Glasfasern zu erreichen.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei dem Verfahrensschritt 1.2 als Komplexbildner Äthylendiamintetraessigsäure oder deren Alkalimetallsalze verwendet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelmetallkomplexsalzlösung eine Lösung von Palladiumchlorid und Alkalichlorid in Salzsaure verwendet wird, wobei anschließend diese Lösung mit Wasser verdünnt und danach der plI- Wert durch Zugabe von Alkali -hydroxidlösung auf etwa 5,5 eingestellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einen der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt 1.4 durch eine chemische oder photochemische Reduktion erfolgt.