DE2844425B2

DE2844425B2 - Verfahren zur Aktivierung von Kunststoffoberflächen

Info

Publication number: DE2844425B2
Application number: DE19782844425
Authority: DE
Inventors: Herbert 8750 Aschaffenburg 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: 1980-08-14
Also published as: DE2844425C3; NL7907401A; DE2844425A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur *° Aktivierung von Kunststoffoberflächen für eine chemische Bekeimung mit einem Edelmetall, das die Basis für eine stromlose Metallisierung bildet, wobei die Kunststoffoberflächen aufgerauht und in eine Lösung von Edelmetallkomplexsalzen eingetaucht werden, die danach zu Metallkeimen reduziert werden.

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt (DE-OS 71320). Bei diesem Verfahren werden die zu meiallisierenden Oberflächen der Kunststoffe zuerst gereinigt und chemisch geätzt, indem sie z. B. in cine ^o Chromschwefelsiiure-Lösung getaucht werden. Die Chromschwefelsiiiire wird beim Ätzen teilweise reduziert und daher inaktiv Daneben werden auch die Kunststoffoberflachen zum Teil abgetragen. Hierdurch entstehen giftige Abfallprodukte, die für die Ätzbehandlung weiterer Kunststoffoberflächen nicht mehr geeignet sind.

Es ist weiterhin bekannt, für die chemische Bekeimung Kunststoffe mit aufgerauhter Oberfläche zu verwenden (US- PS 28 72 359). «>

Die Aufrauhung erfolgt bei einem anderen bekannten Verfahren zur stromlosen Metallisierung durch Schleifen der Kunststoffoberflächen mit einer Suspension von Wiener Kalk und durch anschließendes Ätzen mit konzentrierter Salpetersäure (DE-AS 24 48 148). Die Salpetersäure wird dabei verbraucht. Weiterhin bewirkt das Ätzen mit Salpetersäure ein teilweises Abtragen der Verfahrensschritts in gleicher Weise wie bei Verwendung von Chromschwefelsäure aus Sicherheitsgründen ein großer apparativer Aufwand notwendig.

Es ist ein weiteres Verfahren zur stromlosen Metallisierung von Kunststoffoberflächen bekannt, bei dem ebenfalls Chromschwefelsäure verwendet wird. Die Konzentration der Chromschwefelsäure in wäßriger Lösung wird bei diesem Verfahren zur Beeinflussung der Haftfestigkeit der auf den Kunststoffoberflächen stromlos abgeschiedenen Metallschichten verändert (Zeitrschrift »Plating« 58, 1971. S. 583-587). Hinsichtlich der Reduktion der Chromschwetelsäure, dem teilweisen Abtragen der Oberflächen und dem aus Sicherheitsgründen notwendigen apparativen Aufwand ergeben sich bei diesem Verfahren keine Unterschiede zu den oben bereits erwähnten Verfahren.

Bekannt ist ferner, bei einem Bad für die Abscheidung von Palladium auf Kunststoffoberflächen zusammen mit dem gelösten Palladium Äthylendiamintetraessigsäure als Stabilisator zu verwenden. Dieses Bad wird mit den Kunststoffoberflächen in Berührung gebracht (GB-PS 11 64 774).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß die Kunststoffoberflächen für die nachfolgende stromlose Metallisierung nicht-oxidativ unter Einsatz von Stoffen aufgeschlossen werden, die weniger umweltbelastcnd sind und eine Verminderung des für die Durchführung des Verfahrens notwendigen apparativen Aufwands ermöglichen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Aufrauhung mittels Glaskugelstrahlen erfolgt und daß die Kunststoffoberfläche vor der Behandlung mit den Edelmetallkomplexsalzen in einer alkalischen Lösung eirss Komplexbildner, der Äthylendiamintetraessigsäure oder deren Alkalimetallsalze enthält, aktiviert werden.

Bei diesem Verfahren werden ausschließlich wenig umweltbelastende Materialien verwendet, die ohne großen apparativen Aufwand zu beherrschen sind. Außerdem sind die eingesetzten Materialien kostengünstig verfügbar, so daß die Aktivierung in besonders wirtschaftlicher Weise ausführbar ist. Bei der Durchführung des Verfahrens entstehen darüber hinaus keine aggressiv gefährlichen Dämpfe. Äthylendiamintetraessigsäure oder deren Alkalisalze lassen sich bevorzugt alkalisch lösen, wobei die alkalische Lösung die mechanisch aufgerauhte Oberfläche des Kunststoffs in den hydrophilen 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 Komplexbildner zu. Der Komplexbildner bietet dabei den Vorteil, daß die verwendeten Gefäße von der Alkalilauge nicht merklich angegriffen weiden. Deshalb kann man preiswerte Kunststoffgefäße einsetzen, die der Lösung ohne weiteres widerstehen. Anschließend wird die Kunststoffoberfläche in die 70" 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.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform werdet-Glaskugeln mit Durchmessern von etwa 120 bis 250 Jim

Oberfläche. Daneben isi für die Durchführung dicStä vcrwciiuCS. Die Glaskugeln werden durch eine Lava!

Düse mittels Preßluft auf die Kunststoffoberfläche geschossen. Dabei entsteht eine Mikrorauhigkeit, die die Grundlage für die Benetzbarkeit des Kunststoffs und die Haftfähigkeit der Metallisierung darstellt. Die makroskopisch betrachtete Oberfläche trägt die Struktur eines Hammerschlags. Bei dem Einsatz von Glaskugeln entsteht kein merklicher Materialabtrag, da im wesentlichen die Oberfläche nur deformiert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Oberflächen von glasfaserverstärkten Kunststoffen vor dem Eintauchen in die alkalische Lösung des Komplexbildners mit einem handelsüblichen Aktivator für Glasfasern behandelt werden. Hierdurch wird eine Benetzbarkeit der Glasfasern erreicht, die eine nennenswerte Erhöhung der Haftfestigkeit der chemischen Metallisierung bewirkt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß als Edelmetallkomplexsalzlösung eine Lösung von Palladiumchlorid und Alkalichlorid in Salzsäure verwendet wird, die anschließend mit Wasser verdünnt wird, und daß danach zur Disproportionierung der Edclmetalikomplexsalzlösung zu Edelmetallkomplexen der pH-Wert durch Zugabe von Alkaühydroxidlösung 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-Komplcxes gegen den Edelmetallkomplex. Untcr EDTA-Komplex sind hierbei die obenerwähnten Äthylendiamintetraessigsäurc-Komplcxe und/oder deren Salze zu verstehen. Verantwortlich für diese Reaktion ist die Oberflächcnaffiniiät der verschiedenen Komplexe. J5

Von der Kunststoffoberflächc 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 Edclmctallhydroxid überführt werden, das voluminös ausflockt. Auf diese Weise wird das Edelmetall-Hydroxid in den Kavernen festgehalten.

Die Edelmetallkomplexe werden anschließend durch eine chemische oder photochemische Reaktion zu Metallkeimen reduziert. Die chemische Reduktion des Edclmetallhydroxids findet in einer alkalischen Formaldehydlösung oder in einer leicht sauren SnCL?-Lösung statt Wenn ehern sch reduziert wird, ergeben sich Edelmetallkeime, die in die gesamte Oberfläche eingelagert sind. Auf diese Weise kann man Telefongehäuse oder auch Modeschmuck metallisieren. Will man photochemisch reduzieren, trägt man eine Suspension eines stark η-dotierten Halbleitermaterials durch Eintauchen auf die Oberfläche auf. Die feinen Halbleiterkristallite sind Elektronenspender bei der Belichtung. Die frei werdenden Elektronen reduzieren das Edelmetallhydroxid zu Metallkeimen. Diese Methode gestattet eine selektive Bekeimung. Die Suspension wird nach der selektiven Belichtung in einer Ammoniumazetatlösung abgespült und das nicht belichtete, nicht reduzierte Edelmetallhydroxid in ein Edelmetallchlorid überfährt und ausgewaschen, z. B. in fließendem Wasser. Dabei erhält man nur an den belichteten Stellen der Oberfläche eine Edelmetailbekeimung. Danach erfolgt die chemische Metallisierung an denjenigen Stellen, an denen sich die Keime befinden.

Als Edelmetalle können Gold, Iridium, Osmium, Palladium, Platin, Rhodium, Ruthenium oder Silber benutzt werden. Vorzugsweise wird aber mit Palladium gearbeitet, da Palladium eine starke katalytische Wirkung besitzt, durch die die Abscheidungsgeschwindigkeit bei der chemischen Metallisierung erhöht wird. Bei red'iktiv arbeitenden chemischen Metallisierungsbädern ist ein Katalysator wie Palladium notwendig. Bei autokatalytisch arbeitenden Metallisierungsbädern können alle Edelmetalle verwendet werden. Man benutzt zweckmäßigerweise Edelmetallsalzlösungen, die mit einer Konzentration von ca. I 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 arbeilen oder ein reduktiv arbeitendes Bad mit einer galvanisch arbeitenden Metallisierung kombinieren. Bei der galvanischen Nachverstärkung 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 es mit einem wesentlich kleineren apparativen Aufwand durchführbar ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Aktivierung von Kunststoffoberflächen für eine chemische Bekeimung mit einem Edelmetall, das die Basis für eine stromlose Metallisierung bildet, wobei die Kunststoffoberflächen aufgerauht und in eine Lösung von Edelmetallkomplexsalzen eingetaucht werden, die danach zu Metallkeimen reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrauhung mittels Glaskugelstrahlen erfolgt und daß die Kunststoffoberflächen vor der Behandlung mit den Edelmetallkomplexsalzen in einer alkalischen Lösung eines Komplexbildners, der Äthylendiamintetraessigsäure oder deren Alkalimetallsalze enthält aktiviert "⁵ werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Glaskugeln mit Durchmessern von etwa 120 bis 250 μπι verwendet werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2.. dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen von glasfaserverstärkten Kunststoffen vor dem Eintauchen in die alkalische Lösung des Komplexbildners mit einem handelsüblichen Aktivator für Glasfasern behandelt werden.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Edelmetallkomplcxsalzlösung eine Losung von Palladiumchtorid und Alkalichlorid in Salzsäure verwendet wird, die anschließend mit Wasser verdünnt wird, und daß danach für Disproportionierung der Edelmetallkomplexsalzlösung zu Edelmetallkomplexen der pH-Wert durch Zugabe von Alkalihydroxidlösung auf etwa 5,5 eingestellt wird.