DE3504455A1 - Verfahren zur behandlung eines elektrisch nicht leitenden substrats vor der stromlosen metallisierung - Google Patents
Verfahren zur behandlung eines elektrisch nicht leitenden substrats vor der stromlosen metallisierungInfo
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Description
Die Erfindung ist allgemein auf eine verbesserte Zusammensetzung und ein Verfahren zur Vorbehandlung elektrisch
nicht leitender Substrate anwendbar, um sie für die nachfolgende stromlose Metallisierung empfänglich zu machen.
Genauer gesagt ist die Erfindung auf eine verbesserte Sensibilisierungslösung gerichtet sowie auf ein Verfahren
zur Vorbehandlung bestimmter elektrisch nicht leitender Substrate, um ihre nachfolgende Aktivierung zu erhöhen,
die sie für eine stromlose Metallisierung zur Erzeugung
eines gleichmäßigen fest haftenden Metallüberzugs empfänglich macht.
Es sind bereits viele Zusammensetzungen und Verfahren zur Anwendung beim Aufbringen metallischer Überzüge auf
alle oder ausgewählte Teile der Oberfläche nicht leitender Substrate, wie Kunststoffteile, angewendet oder vorgeschlagen
worden. Typisch für solche Metallisierungsverfahren sind die in den US-PS 3 622 370, 3 961 109,
3 962 4 97 und 4 204 013 beschriebenen, auf die bezüglich weiterer Hintergrunddetails zum erfindungsgemäßen Verfahren
verwiesen wird. Gemäß solcher bekannten Verfahren werden nicht leitende Substrate üblicherweise einer Vielzahl
von aufeinander folgenden Vorbehandlungsstufen unterworfen, die eine Reinigungsstufe und mechanisches
oder chemisches Ätzen der Oberfläche des Substrats einschließen, um den gewünschten Rauhigkeitsgrad zu bekommen
und dadurch die mechanische Bindung des danach stromlos
350U55
abgeschiedenen Metallüberzugs zu erhöhen. Das geätzte Substrat wird gewöhnlich einer Aktivierungsbehandlung
unterworfen, wozu eine einen Zinn-Palladium-Komplex enthaltende
Lösung verwendet wird? danach wird das Substrat beschleunigt und nach dem Spülen mit Wasser einer üblichen
stromlosen Metallisierung wie einer stromlosen Abscheidung von Kupfer oder Nickel unterworfen. Während
sich die vorstehend angegebene Vorbehandlungsfolge in
Verbindung mit einer Vielzahl von nicht leitenden Substraten, einschließlich polymere Materialien wie Acrylnitril-butadien-styrol
(ABS), Polyarylether, Polyamid und dergleichen als außerordentlich geeignet erwiesen
hat, ist gefunden worden, daß bestimmte nicht leitende Substrate, wie Glas, Keramik und modifizierte Polyphenylenoxid-polymere
nicht angemessen aktiviert werden können; die resultierenden stromlos abgeschiedenen Metallüberzüge »'
sind ungleichmäßig und/oder diskontinuierlich und auch durch eine sehr geringe Haftfestigkeit von Metall zu Substrat
gekennzeichnet. Um diese Schwierigkeit in Verbindung mit bestimmten nicht leitenden Substraten zu überwinden,
ist bisher vorgeschlagen worden, vor der Aktivierungsstufe eine Sensibilisierungsstufe mit Ethylendiamin
(EDA) enthaltenden Lösungen vorzunehmen. Obwohl diese Sensibilisierungsbehandlung die Gleichmäßigkeit des
nachfolgend stromlos abgeschiedenen Metallüberzugs und seine Haftfestigkeit am Substrat wesentlich verbessert
.../10
haben, hat EDA den Nachteil etwas korrosiv zu sein und Abfallaufbereitungsproblerne der ausgetragenen Abwasser
zu verursachen, weil die starken Komplexbindungseigenschaften eine weitgehende Ausfällung verunreinigender
Metallionen, wie Chrom, Kupfer, Nickel und dergleichen, bei Zugabe alkalischer Substanzen vor dem Verwerfen
verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die Schwierigkeiten
und die Nachteile der bekannten Sensibilisierungslösungen zu überwinden und ein Verfahren anzugeben, bei
welchem eine Klasse von Verbindungen zur Anwendung kommt, die in relativ niedrigen Konzentrationen eingesetzt werden
kann, um die erforderliche Sensibilität des Substrats vor der Aktivierung zu erreichen. Die bei dem Verfahren
verwendeten Verbindungen sollen weniger korrosiv sein, bessere Haftfestigkeit des nachfolgenden stromlos abgeschiedenen
Metallüberzugs am Substrat gewährleisten, vielseitig in der Anwendung sein und die Abfallbehandlung
der Abwasser durch Ausfällen verunreinigender Metalle erleichtern.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen
angegeben.
.../11
1- 350U55
Zusammenfassende Darstellung der Erfindung Die Vorteile der Erfindung gemäß den Verfahrensaspekten
werden dadurch erreicht, daß man ein gereinigtes und geätztes nicht leitendes Substrat vor der Aktivierung
sensibilisiert, indem man es mit einer wäßrigen Lösung in Kontakt bringt, die eine kontrollierte, zur Sensibilisierung
des Substrats wirksame Menge eines badlöslichen und verträglichen organischen Amin-Sensibilisierungsmittels
nachstehender Strukturformel enthält:
,/12
tCfgt
«1 *2
«1 *2
worin X und Y, die gleich oder verschieden sein können,
ausgewählt sind aus der Gruppe -Z, -Cl, -Br, -J, -OH oder X und Y ersetzt sein können durch die Brücken
bildende Gruppe -O- oder -S-;
und worin bedeuten
und worin bedeuten
Z -N (R3) 2R4 ΑΘ, -
Αθ; ^
Αθ . Cl", Br", j", OH", SO4 = oder BF4T.
R1, R2 und R_, die gleich oder verschieden sein
können, H oder ein C1-4-AIkYl, -Alkenyl, -Alkinyl oder
-Hydroxialkyl;
R4 ein Aryl oder Aralkyl mit bis zu 10 C-Atomen
oder R_;
R5 R1, eine Carboxi- oder Sulfo-Gruppe;
a 0 oder 1;
b 0 oder 1; und
c eine ganze Zahl von 1 bis 5; sowie Gemische davon.
OR'G/NAL
Die Konzentration des Sensibilisierungsmittels kann im
Bereich von etwa 1 bis etwa 50 g/l liegen, gebräuchlicher sind Konzentrationen im Bereich von etwa 2 bis etwa 10 g/l.
Es wird auch in Betracht gezogen, daß die Lösung EDA in Verbindung mit dem organischen Amin-Sensibilisierungsmittel
nach der Erfindung in Mengen bis zu 90 Gew.-%, bezogen auf die gesamten vorliegenden Sensibi1isierungsmittel,
enthalten kann.
Die Sensibilisierungslösung enthält außerdem Hydroxylionen,
um einen pH-Wert innerhalb des Bereiches von etwa 7 bis etwa 11, gewöhnlich etwa 8 bis etwa 10 zu
gewährleisten. Das nicht leitende geätzte Substrat wird mit der auf einer Temperatur im Bereich von etwa 15 bis
etwa 82 0C gehaltenen Lösung etwa 15 Sekunden bis etwa 10 Minuten oder langer in Kontakt gebracht, wonach das
sensibilisierte Substrat mit Wasser gespült und danach in die Aktivierungsstufe gemäß üblicher Praxis geführt
wird. Obwohl die Verwendung eines Netzmittels bei der praktischen Durchführung der Erfindung nicht notwendig
ist, können kleine Mengen verträglicher Netzmittel in bestimmten Fällen eingesetzt werden, um die Benetzbarkeit
des zu sensibilisierenden Substrats zu erhöhen. Wenn gewünscht, kann die Lösung bewegt werden; zufriedenstellende
Ergebnisse werden gewöhnlich durch einfaches Tauchen des Substrats in die Lösung erhalten.
.../14
Weitere Merkmale der Erfindung und Vorteile, zu denen sie führt, werden aus der nachstehenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen hervorgehen.
Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Vorbehandlung nicht leitender Substrate der Art, die bei
Anwendung des üblichen VorbehandlungsZyklus nicht ausreichend
katalysiert werden, um danach einen gleichförmigen und fest haftenden stromlos abgeschiedenen
Überzug zu erreichen. Zu solchen nicht leitenden Substraten gehören Glas, bestimmte Keramiken und modifizierte
Polyphenylenoxid-polymere, die bei Wegfall einer Sensibilisierungsbehandlung keinen Katalysator
oder eine nicht ausreichende Menge Katalysator an den Oberflächen während der Aktivierungsstufe absorbieren,
um zufriedenstellendes Metallisieren beim nachfolgenden Eintauchen in die Metallisierungslösung zu ermöglichen.
Die Sensibilisierungslösung nach der Erfindung enthält als ihren wesentlichen Bestandteil ein badlösliches
und verträgliches organisches Amin nachstehender Strukturforme1:
.../15
Ίιιι»"
worin X und Y, die gleich oder verschieden sein können, ausgewählt sind aus der Gruppe -Z, -Cl, -Br, -J, -OH
oder X und Y ersetzt sein können durch die Brücken bildende Gruppe -0- oder -S-;
und worin bedeuten
und worin bedeuten
Z -N (R3J2R4 ΑΘ, -\2>
A9 )
- R1 A9, *5
Ae . Cl", Br", j"\ OH~, SO4 5* oder 1BF4T;
R-, R- und R_, die gleich oder verschieden sein
können, H oder ein C1--Alkyl, -Alkenyl, -Alkinyl oder
-Hydroxialkyl;
R4 ein Aryl oder Aralkyl mit bis zu 10 C-Atomen
oder R_;
Rr R-ir eine Carboxi- oder Sulfo-Gruppe;
a O oder 1;
b 0 oder 1; und
c eine ganze Zahl von 1 bis 5; sowie Gemische davon.
.../16
Organische Amin-Sensibilisierungsmittel, die erfindungsgemäß
geeignet sind und der Strukturformel entsprechen, schließen ein: N-(3-Chlor~2-hydroxipropyl)-trimethylammoniumchlorid
oder seine Epoxi-Form (2,3-Epoxi-propyl)-trimethyl-ammoniumchlorid
oder das Hydrolyseprodukt der Epoxi-Form 2,3-Dihydroxi-propyl-trimethyl-ammoniumchlorid.
Das vorstehende Sensibilisierungsmittel oder Gemische davon kann in einer Menge von etwa 1 bis etwa 50 g/l,
vorzugsweise etwa 2 bis etwa 10 g/l vorliegen, wobei Konzentrationen von etwa 5 g/l optimal sind. Obwohl
Sensibilisierungsmittelkonzentrationen über 50 g/l verwendet werden können, wird kein merklicher Vorteil durch
solch hohe Konzentrationen erreicht und derartig hohe Konzentrationen sind aus wirtschaftlichen Gründen unzweckmäßig.
Außerdem erschwert die Verwendung solch höherer Konzentrationen auch die Abfallbehandlung der Spülabwässer,
was auf eine Komplexbindung verunreinigender Metallionen darin zurückzuführen ist.
Es wird auch in Betracht gezogen, daß ein Teil des organischen Amin-Sensibilisierungsmittels durch Ethylendiamin
(EDA) ersetzt werden kann, das in Mengen bis zu etwa 90 Gew.-%, bezogen auf das gesamte anwesende Sensibilisierungsmittel
vorliegen kann, wobei Konzentrationen von etwa 20 bis 80 Gew.-% bevorzugt werden. Wenn das or-
../17
ganische Amin-Sensibilisierungsmittel nach der Erfindung
in Kombination mit EDA verwendet wird, kann die Konzentration des organischen Amins nach der Erfindung im Bereich
von etwa 1 bis etwa 4 0 g/l, vorzugsweise etwa 3 bis etwa 15 g/l, insbesondere etwa 5 g/l vorliegen. Eine
besonders zufriedenstellende Zusammensetzung ist eine Sensibilisierungslösung, die etwa 5 g/l des organischen
Amins nach der Erfindung in Kombination mit etwa 10 g/l EDA enthält.
Das Betriebsbad wird auf einen pH-Wert im Bereich von etwa neutral (pH 7) bis etwa 11, vorzugsweise etwa 8 bis
10 gehalten; ein pH-Wert von etwa 9 ist besonders günstig. Die Einstellung und Aufrechterhaltung des pH-Wertes
der Lösung kann durch Zugabe eines Alkalimetallhydroxids oder Ammoniumhydroxids erreicht werden, wovon Natriumhydroxid
typisch ist.
Der Zusatz eines Netzmittels oder Surfactants in die Betriebs lösung ist nicht notwendig, kann aber wahlfrei
in bestimmten Fällen vorgenommen werden, um die Benetzbarkeit des Substrats mit der Lösung zu verbessern. Im
allgemeinen kann irgendein badlösliches und verträgliches Netzmittel in Mengen bis zu etwa 5 g/l verwendet werden;
wenn ein Netzmittel eingesetzt wird, sind Konzentrationen von mindestens etwa 0,05 g/l typisch. Die spezielle Kon-
.../18
zentration des Netzmittels im Betriebsbad, wenn es verwendet wird, schwankt, abhängig von der bestimmten Type
und seiner Aktivität.
Die Sensibilisierungslösung kann einem gereinigten und
geätzten nicht leitenden Substrat durch Tauchen, Überfluten oder dergleichen aufgebracht werden; am gebräuchlichsten
ist die Tauchbehandlung. Obwohl Badbewegung angewendet werden kann um den Oberflächenkontakt zu verbessern,
ist sie gewöhnlich nicht notwendig um eine zufriedenstellende Sensibilisierung des Substrats zu erreichen.
Die Kontaktzeit des Substrats mit der Sensibilisierungs
lösung kann so kurz sein wie etwa 15 Sekunden und bis zu etwa 10 Minuten oder langer dauern; Zeiten
im Bereich von etwa 60 Sekunden bis etwa 5 Minuten sind typisch und angemessen.
Die Betriebslösung wird auf einer Temperatur im Bereich
von etwa 15 bis etwa 82 C, vorzugsweise etwa 27 bis etwa 54°C gehalten. Eine besonders günstige Temperatur für
die meisten Substrate ist etwa 3 8 C. Bei Temperaturen unter etwa 15 C kann etwas von der Wirksamkeit der Sensibilisierung
des Substrats verlorengehen, während bei Temperaturen über etwa 82°C nachteilige Wirkungen in Verbindung
mit bestimmten nicht leitenden Substraten, wie Kunststoffen, die bei so hohen Temperaturen zum Verformen
.../19
neigen, auftreten. Dementsprechend liegen die bevorzugten Arbeitstemperaturen im Bereich von etwa 27 bis etwa 54 C.
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird das nicht leitende Substrat einer üblichen Vorbehandlung
vor der stromlosen Metallisierung, unterworfen, wie in
der US-PS 4 204 013 beschrieben, deren Lehren durch ihre Nennung hierin mit aufgenommen sind. Die zu metallisierenden
Teile werden im allgemeinen einer Reinigungsbehandlung unterworfen, um irgendwelche Oberflächenverunreinigungen
zu entfernen. Die Reinigungsbehandlung kann in manchen Fällen die Behandlung mit einem organischen
Lösungsmittel einschließen, um das Substrat, wie Kunststoff substrate, während der folgenden Ätzstufe hydrophil
zu machen. Die Reinigung wird gewöhnlich unter Verwendung einer wäßrigen alkalischen Tränklösung und anschließendem
Kontakt mit einem organischen Lösungsmittel, welches entweder ein Ein-Phasensystem oder eine Wasser-organisches
Lösungsmittel-Emulsion sein kann, durchgeführt.
In der Industrie wird seit vielen Jahren beim dekorativen Metallisieren von Kunststoffen Lösungsmittel zum
Konditionieren von ABS- und Polyphenylenoxid-Kunststoffen als wahlfreies Mittel zur Begünstigung einer wirksamen
Ätzung und folglich verbesserter Metallisierbarkeit und
und Haftfestigkeit verwendet. Vorkonditionierung ist je-
.../20
doch für wirksames Metallisieren einiger Kunststoffe, die EMI-Abdeckung (EMI shielding) erfordern, zwingend.
Im Fall von Polycarbonat z.B. verursacht Lösungsmitte1-konditionierung,
daß der Kunststoff für Mineralsäureätzung empfänglich wird, was den Kunststoff hydrophil
macht und Bindungsstellen für die nachfolgende stromlose
Metal!abscheidung schafft. Lösungsmitte!konditionierung
kann auch zum Rückfließen (reflow) der Oberflächenhaut
eines Kunststoffs, wie Schaumpolystyrol, angewendet werden, so daß seine Oberfläche gute Kohäsivkraft hat.
Zum Konditionieren der meisten Kunststoffe, die Konditionierung erfordern, kann mechanischer Abrieb angewendet
werden. Chemische Konditionierung wird aber den arbeitsintensiveren mechanischen Abriebtechniken, die
weniger kostenwirksam und schwerer zu automatisieren sind, vorgezogen.
Das gereinigte Teil wird dann sorgfältig mit Wasser gespült und danach einer Ätzung unterworfen, um Oberflächenrauhheit
zu bekommen, was die mechanische Bindung des Substrats zu dem stromlos abgeschiedenen Metallüberzug
erhöht. Im Fall von nicht leitenden Substraten, wie Keramik oder Glas, kann die Ätzung mechanisch, wie
durch Abschleifen oder Sandblasen vorgenommen werden. Im Fall von Glas kann die Ätzung auch durch Verwendung
einer Fluorwasserstoffsäure-Ätzlösung bewirkt werden. Bei polymeren Materialien wird gewöhnlich eine chemische
.../21
Ätzung vorgenommen, wobei das Teil mit einer wäßrigen
sauren Lösung, die Chrom(VI)-Ionen und Säure, wie Schwefelsäure, enthält, in Kontakt gebracht wird.
Die bestimmte Konzentration der Ätzlösung, die Temperatur und die Behändlungsdauer schwanken, abhängig
von der Art des zu behandelnden nicht leitenden Substrats; die chemische Ätzung wird nach den bekannten
und praktisch ausgeübten Techniken vorgenommen.
Im Anschluß an die Ätzstufe wird das geätzte nicht leitende Substrat gewöhnlich gespült und vorzugsweise einer
Neutralisierstufe unterworfen, wenn eine Chromsäure-Ätzlösung
verwendet worden ist, um die Reduktion irgendwelcher restlicher verunreinigender Chrom(VI)-Ionen in
den dreiwertigen Zustand zu bewirken. Eine typische Neutralisierbehandlung ist in der US-PS 3 962 497 beschrieben,
deren Lehren durch ihre Nennung hiermit einbezogen sind. Nach der Neutralisierbehandlung, wenn sie angewandt
worden ist, wird das Substrat wieder mit Wasser gespült und dann der Sensibilisierungsstufe nach der
Erfindung unterworfen.
Es ist gefunden worden, daß die Sensibilisierungsstufe besonders zufriedenstellend und notwendig für die Vorbehandlung
polymerer Substrate aus modifiziertem PoIyphenylenoxid,
Polystyrol, Polycarbonat und Polypropylen
.../22
sowie nicht leitende Substrate, einschließlich Glas und Keramiks ist. Nach der Sensibilisierung wird das Teil
wieder mit Wasser gespült und danch in einer wäßrigen sauren, einen Zinn-Palladium-Komplex enthaltenden Lösung
aktiviert. Zur Aktivierung können verschiedene Typen von Zinn-Palladium-Komplexen verwendet werden, einschließlich
der in den US-PS 3 011 920 und 3 532 518 beschriebenen, deren Inhalt durch ihre Nennung hierin aufgenommen ist.
Nach der Aktivierung wird das aktivierte Teil gewöhnlich ein- oder mehrmals nacheinander mit Wasser gespült, wonach
es einer BeschIeunigungsbehandlung in einer wäßrigen
Lösung, die gewöhnlich ein substituiertes Alkylamin, eine Mineralsäure und ein geeignetes Reduktionsmittel enthält,
unterworfen, wie es die US-PS 4 204 013 lehrt. Nach der Beschleunigung wird das Teil wieder mit kaltem Wasser
gespült und danach einer stromlosen Metallisierung unterworfen,
um einen kontinuierlichen und fest haftenden Metallüberzug, wie Kupfer, Nickel oder Kobalt, auf allen
oder ausgewählten Oberflächen zu erhalten.
Es ist selbstverständlich, daß wenn nur ausgewählte Bereiche des nicht leitenden Substrats einen Metallüberzug
erhalten sollen, nach dem Reinigen ein geeigneter abdeckender Überzug auf die Bereiche, die nicht metallisiert
werden sollen, aufgebracht wird. Zu diesem Zweck kann jede
.../23
im Handel erhältliche abdeckende Zusammensetzung verwendet werden.
Nach der stromlosen Metallisierung kann das mit dem Metallüberzug
versehene Teil, wenn gewünscht, mehrmals in Elektrolyten der verschiedensten bekannten Typen galvanisiert
werden, um das Teil ganz oder auf ausgewählten Bereichen mit einem mehrschichtigen Metallüberzug zu versehen.
Obwohl die Sensibilisierungsstufe nach der Erfindung nur bei bestimmten nicht leitenden Substraten, die ohne diese
Sensibilisierung nicht in zufriedenstellender Weise metallisiert werden können, erforderlich ist, ist ein weiteres
wichtiges Merkmal der Erfindung in der Tatsache zu sehen, daß wenn leicht metallisierbare Kunststoffe durch die
Sensibilisierungslösung hindurchgeführt werden, keine
nachteilige Wirkung auf die anschließende Metallisierung
festgestellt worden ist. Dies ist besonders wichtig, wenn automatische Fertigungsstraßen benutzt werden, in denen
eine Vielzahl verschiedener nicht leitender Substrate, die einige einschließen, die keine Sensibilisierungsbehandlung
erfordern, bearbeitet werden.
Um die Erfindung noch weiter zu erläutern, werden die folgenden Beispiele gebracht, auf die die Erfindung jedoch
nicht beschränkt ist.
,/24
Eine Reihe von nicht leitenden Testplatten einer Größe von etwa 7,62 cm mal etwa 10,16 cm und einer Dicke von
0,254 cm wurden einer üblichen Vorbehandlung ohne Anwendung einer Sensibilisierungslösung unterworfen und
anschließend in einem Bad für die stromlose Verkupferung mit Kupfer beschichtet. Die Testplatten waren aus modifiziertem
schwer entflammbarem geschäumtem Polyphenylenoxid-polymer
(im Handel unter der Bezeichnung Noryl PN-235 von General Electric Comp, erhältlich).
Nach geeigneter Reinigung wurden die Testplatten chemisch in einer wäßrigen sauren Lösung geätzt, die enthielt:
356 g/l Chromsäure, 412 g/l Schwefelsäure und 0,02 g/l eines perfluorierten Netzmittels (im Handel unter der
Bezeichnung FC-98 von Minnesota Mining & Manufacturing Comp, erhältlich). Die Testplatten wurden 5 Minuten lang
in die 600C warme Ätzlösung getaucht und danach 2 Minuten
mit 60°C warmen Wasser gespült. Die gespülten Testplatten
wurden danach in einer wäßrigen Lösung, die 18 g/l Salzsäure und 3 g/l Hydroxylamin-sulfat enthielt und 49 C
warm war, 5 Minuten neutralisiert und dann 1 Minute mit Wasser von 21°C gespült. Anschließend wurden die Platten
5 Minuten bei 43°C in einer wäßrigen sauren Lösung, die 0,77 g/l Palladium, 9 g/l Zinnchlorid, 35,2 g/l Salzsäure
und 192 g/l Natriumchlorid enthielt, aktiviert.
.../25
Die Testplatten wurden dann mit Wasser von 21 C 1 Minute gespült/ einer Beschleunigungsbehandlung in einer 5 Vol.-%igen
wäßrigen Fluoborsäurelösung von 24°C 1 Minute lang unterworfen
und dann mit Wasser von 21 C 1 Minute gespült.
Die gespülten Platten wurden dann 10 Minuten bei 600C
einer stromlosen Verkupferung in einem Bad, das 4 0 g/l des Natriumsalzes der Ethylendiamintetraessigsäure,
4,2 g/l Kupferchlorid, 3 g/l Formaldehyd, 10 mg/1 Natriumcyanid
und Hydroxylionen zur Bereitstellung eines
pH-Werts von etwa 12,2 unterworfen. Die Temperatur der mittels Luft bewegten Lösung wurde auf 60 C gehalten.
Nach der stromlosen Verkupferung wurden die Testplatten in Augenschein genommen und die Prüfung ergab, daß nur
etwa 50 % des Oberflächenbereichs jeder Platte mit Kupfer
beschichtet war.
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde unter Benutzung ähnlicher Testplatten wiederholt, aber nach der
Spülung mit Wasser im Anschluß an die Neutralisierung und
vor dem Aktivieren einer Sensibilisierungsbehandlung unterworfen. Die Sensibilisierung der Platten wurde durch
Eintauchen in eine Lösung, die 50 g/l (2,3-Epoxipropyl)-trimethylammoniumchlorid
enthielt und eine Temperatur
,/26
von 43 C hatte, 5 Minuten lang durchgeführt. Die Platten wurden danach 1 Minute mit Wasser von 21°C gespült,
aktiviert und stromlos verkupfert, wie in Beispiel 1 beschrieben.
Nach dem Verkupfern wurden die Platten einer Inspektion unterworfen, die zeigte, daß 100 % des Oberflächenbereichs
jeder Platte mit Kupfermetall überzogen war.
Die Vorbehandlung und die stromlose Verkupferung, wie in Beispiel 1 beschrieben, beginnend mit der Aktivierungsstufe, wurde an Testplatten aus Glas wiederholt. Die Inspektion
nach der stromlosen Verkupferung ergab, daß sich überhaupt kein Kupfer auf der Oberfläche der Glasplatte
abgeschieden hatte.
Eine Testplatte aus Glas wurde der gleichen Vorbehandlungsstufenfolge
und der stromlosen Verkupferung unterworfen, wie in Beispiel 2 beschrieben, beginnend mit
der Sensibilisierungsstufe. Die Inspektion nach der stromlosen Verkupferung zeigte, daß 100 % des Oberflächenbereichs
der Testplatte mit Kupfermetall beschichtet war.
.../27
Es wurde eine Reihe von Vergleichstests durchgeführt,
wobei zwei verschiedene Testplattentypen verwendet wurden. Der erste Satz Testplatten war aus flammhemmendem
geschäumtem Polyphenylenoxid-polymer des gleichen Typs wie das in Beispiel 1 benutzte (im Handel unter der Bezeichnung
Noryl FN-215 von General Electric Comp, erhältlich)
. Der zweite Satz Testplatten war aus ungeschäumtem flammhemmendem Polymer (im Handel unter der
Bezeichnung Noryl PN-190 von General Electric Comp, erhältlich). Die Testplatten wurden der gleichen Vorbehandlungsfolge
unter Benutzung der gleichen Lösungen wie in Beispiel 1 beschrieben, unterworfen mit der Ausnahme,
daß eine Sensibilisierungslösung verwendet wurde,
die 50 g/l eines SensibilisierungsmitteIs des Typs wie
in Tabelle 1 angegeben, enthielt. Die Behandlungsfolge war: chemische Ätzung bei 68°C 1 Minute; Spülen mit
Wasser bei 21°C 2 Minuten; Neutralisieren bei 49 C 5 Minuten; Spülen mit Wasser bei 21°C 1 Minute; Sensibilisieren
bei 52°C 3 Minuten; Spülen mit Wasser bei 21°C 1 Minute; Aktivieren bei 43°C 5 Minuten; Spülen
mit Wasser bei 21°C 1 Minute; Beschleunigen bei 24°C 1 Minute; Spülen mit Wasser bei 21 C 1 Minute; stromloses
Verkupfern bei 60 C 10 Minuten.
.../28
Die resultierenden Testplatten wurden danach auf Haftfestigkeit des Metallüberzugs nach der ASEP TP-200 Vorschrift
"Standard Method of Test for the Peel Strength of Metal Plastics" untersucht. Die zu vergleichenden
Haftfestigkeiten, ausgedrückt in kg/cm, 2 Tage sowie eine Woche nach der Metallisierung, sind der Tabelle 1 zu
entnehmen.
Kunststoff | Tabelle 1 | Haftfestigkeit kq/cm | nach 1 Woche |
|
Beisp. | Noryl PN-190 | nach 2 Taqen |
0,143 | |
No. | Noryl PN-190 | Sensibilisierungs mittel, 50 q/1 |
0,143 | 0,448 |
5 | Noryl FN-215 | Ethylendiamin | 0,233 | 0,806 |
6 | Noryl FN-215 | (2,3-Epoxi-propy1)- trine thyl-ammonium- chlorid |
0,358 | 1,253 |
7 | Ethylendiamin | 0,627 | ||
8 | (2,3-Epoxi-propy1)- | |||
trimethyl-aninioniumchlorid
Aus der vorstehenden Tabelle 1 ist zu ersehen, daß die Testplatte des Beispiels 6 eine bessere Haftfestigkeit
sowohl nach 2 Tagen als auch nach 1 Woche aufweist als die Testplatte des Beispiels 5, bei der nach üblicher
Praxis EDA verwendet worden ist. Ebenso sind die Haftfestigkeitswerte bei der Testplatte 8, bei der ein organisches
Amin-Sensibilisierungsmittel nach der Erfindung eingesetzt worden ist, besser als die der Testplatte 7,
bei der EDA das einzige Sensibilisierungsmittel war.
.../29
Es wurde eine Reihe von Vergleichstests durchgeführt, bei der verschiedene Typen und Kombinationen von SensibilisierungsmitteIn
verwendet wurden. Die Testplatten waren aus Kunststoff, der unter der Bezeichnung Noryl
PN-235 von General Electric Comp, im Handel ist. Die
Testplatten wurden einer Vorbehandlung und einer stromlosen Verkupferung unterworfen, wobei die gleichen Lösungen
wie in Beispiel 1 beschrieben,verwendet wurden, aber zusätzlich eine Sensibilisierungsbehandlung unter
Verwendung einer Lösung, die ein Sensibilisierungsmittel in einer Konzentration, wie in Tabelle 2 angegeben, enthielt,
vorgenommen wurde. Die Vorbehandlung und Metallisierung wurde wie folgt vorgenommen: Ätzen der Testplatten
bei 68 C 6 Minuten; Spülen mit Wasser von 21 C 2 Minuten; Neutralisieren bei 27°C 2 Minuten; Spülen mit Wasser von
21°C 1 Minute; Sensibilisieren bei 27 C 3 Minuten; Spülen mit Wasser von 21°C 1 Minute; Aktivieren bei 32°C 2 Minuten;
Spülen mit Wasser von 21 C 1 Minute; Beschleunigen bei 24°C 1 Minute; Spülen mit Wasser von 21°C 1 Minute;
und stromlos verkupfern bei 60 C 10 Minuten. Die resultierenden mit Kupfer beschichteten Testplatten wurden
einem Haftfestigkeitstest nach der Testmethode ASEP TP-200, wie die Platten der Beispiele 5 bis 8, unterworfen.
Die Ergebnisse sind der Tabelle 2 zu entnehmen.
/30
Beispiel Sensibilisierungs-Nr. mittel
9 5 g/l 2,3-Dihydroxi-propyl-
trinethylaimoniunchlorid
10 50 g/l Ethylendiamin
11 10 g/l Ethylendiamin
12 5 g/l 2,3-Dihydroxi-propyltrimethyl-aminoniumchlorid
+ 10 g/l Ethylendiamin
Haftfestigkeit kg/cm nach 1 Woche
1,217
0,985 1,271 1,611
Wie aus der Tabelle 2 zu ersehen ,hatte die Testplatte des
Beispiels 9, die mit einer Lösung, welche nur 5 g/l eines organischen Amin-SensibilisierungsmitteIs nach
der Erfindung enthielt, sensibilisiert worden ist, eine wesentlich bessere Haftfestigkeit als die Platte des
Beispiels 10, die nach dem Stand der Technik unter Verwendung von 50 g/l EDA sensibilisiert worden ist. Durch
Beispiel 12 wird die Verwendung einer Kombination von den organisches Amin-SensibilisierungsmxtteIn nach der
Erfindung mit relativ geringen Mengen EDA veranschaulicht. Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen eine signifikante
Verbesserung in der Haftfestigkeit des Überzugs eine Woche nach der Metallisierung.
Beispiel 13
Um die Verbesserung der Behandlung zur Abfallbeseitigung
.../31
der vom Spülen der sensibilisierten Testplatten stammenden
Abflüsse zu demonstrieren, wurde ein Vergleichstest zwischen EDA und 2,3-Dihydroxi-propyl-trimethyl-ammoniumchlorid
durchgeführt. Es wurde eine übliche EDA-Sensibilisierungslösung
hergestellt, die 50 g/l EDA enthielt; die Lösung wurde um das 100-fache verdünnt, um einen
Abwasserstrom einer EDA-Konzentration von etwa 0,5 g/l nachzuahmen. Die verdünnte Lösung hatte einen pH-Wert
von etwa 8,5. Der verdünnten Lösung wurden 12,5 ppm Chromionen, 30,4 ppm Kupferionen und 20,1 ppm Nickelionen
absichtlich als verunreinigende Metallionen zugefügt.
Nach Nachahmung einer Abfallbeseitigungsbehandlung der Lösung wurde Ätznatron zugegeben, um den pH-Wert
auf etwa 10 zu bringen. Nach dem Ausfällen wurde die restliche Konzentration verunreinigender Metallionen
in der Behändlungs lösung bestimmt. Es wurde gefunden,
daß die behandelte Lösung 2,6 ppm Chromionen, 28,4 ppm Kupferionen und etwa 19,2 ppm Nickelionen enthielt. Aus
dem Vorstehenden ist zu ersehen, daß praktisch alle Kupfer- und Nicke1-ionen in dem nachgeahmten Spülabfluß
zurückgehalten wurden, während der Chromionengehalt um 80 % herabgesetzt wurde.
Zum Vergleich wurde eine Sensibilisierungslösung nach der Erfindung hergestellt, die 5 g/l 2,3-Dihydroxipropyl-trimethyl-ammoniumchlorid
in Übereinstimmung
.../32
mit der üblichen Betriebsbadkonzentration hergestellt. Die Lösung wurde um das 100-fache verdünnt, um einen
typischen Abfluß der Spülstufen mit einer Konzentration an dem organischen Amin-Sensibilisierungsmittel von
etwa 0,05 g/l nachzuahmen. Der verdünnten Lösung wurden die gleichen verunreinigenden Metallionen absichtlich
zugesetzt, so daß die Chromionenkonzentration etwa 12,5 ppm, die Kupferionenkonzentration etwa 29,5 ppm
und die Nickelionenkonzentration etwa 19,5 ppm war. Die
verunreinigte Lösung wurde danach von einem pH-Wert von
9 durch Zugabe von Natronlauge auf einen pH-Wert von etwa
10 gebracht und nach dem Ausfällen wurden die in der behandelten Lösung noch vorhandenen restlichen Metallionen
bestimmt. Es wurde gefunden, daß alle Chrom- und Nickelionen ausgefällt worden sind und die Kupferionenkonzentration
ganz erheblich herabgesetzt worden war, nämlich von 29,5 auf nur 6,2 ppm.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind bevorzugt.
Für den Fachmann ergibt sich, daß daran noch viele verschiedene Abwandlungen und Änderungen möglich
sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Claims (18)
1. Verfahren zur Behandlung eines elektrisch nicht leitenden Substrats, um es für die stromlose Metallisierung
empfänglich zu machen, bei welchem ein reines Substrat geätzt, aktiviert und danach vor seiner stromlosen
Metallisierung beschleunigt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß man das geätzte Substrat vor der Aktivierung sensibilisiert, indem man es mit einer wäßrigen Lösung
in Kontakt bringt, die eine kontrollierte, zur Sensibilisierung
des Substrats wirksame Menge eines badlöslichen und verträglichen organischen Amin-Sensibi-
...12
European Patent Attorneys Zugelassene Vortreter beim Europaischen Patentamt
Deutsche Bank AG Hamburg, Nr. OB/284Θ7 (BLZ 2OO7OO 0O) · Postscheck Hamburg 2842-2O6
Dresdner Bank AG Hamburg, Nr. Θ33 6Ο35 (BLZ 2OO8OO00)
lisierungsmittels nachstehender Strukturformel
enthält:
worin X und Y, die gleich oder verschieden sein können, ausgewählt sind aus der Gruppe -Z, -Cl, -Br, -J, -OH
oder X und Y ersetzt sein können durch die Brücken bildende Gruppe -O- oder -S-;
und worin bedeuten
und worin bedeuten
ινθ
Z -N (R3) 2R4 A9, -
Αθ . Cl", Br", j", OH", SO4" oder BF4T,
R1, R0 und R_, die gleich oder verschieden sein
können, H oder ein C, 4-Alkyl, -Alkenyl, -Alkinyl oder -Hydroxialky1;
R4 ein Aryl oder Aralkyl mit bis zu 10 C-Atomen
oder R_;
R5 R., eine Carboxi- oder Sulfo-Gruppe;
a O oder 1;
b 0 oder 1; und
c eine ganze Zahl von 1 bis 5; sowie Gemische davon.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die das organische Amin in einer Menge von etwa 1 bis etwa
50 g/l enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die das organische
Amin in einer Menge von etwa 2 bis etwa 10 g/l enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die das organische
Amin in einer Menge von etwa 5 g/l enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die in Kombination
mit dem organischen Amin Ethylendiamin enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die das organische
Amin in einer Menge von etwa 1 bis etwa 40 g/l und das Ethylendiamin in einer Menge bis zu
etwa 90 Gew.-%, bezogen auf die Kombination enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die das organische Arain in einer Menge von etwa 3 bis etwa 15 g/l
und das Ethylendiamin in einer Menge von etwa 20 bis etwa 80 %, bezogen auf die Kombination, enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine wäßrige Lösung verwendet, die das organische Amin in einer Menge von etwa 5 g/l und das
Ethylendiamin in einer Menge von etwa 10 g/l enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Lösung auf einer Temperatur zwischen
etwa 15 und etwa 82°C hält.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Lösung auf einer Temperatur zwischen
etwa 27 und etwa 54°C hält.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige Lösung auf einer Temperatur von
etwa 38°C hält.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert der wäßrigen Lösung in einem
Bereich von etwa 7 bis etwa 11 hält.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert der wäßrigen Lösung in einem
Bereich von etwa 8 bis etwa 10 hält.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man den pH-Wert der wäßrigen Lösung auf etwa 9 hält.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches Amin N-(3-Chlor-2-hydroxipropyl)
-trimethyI-ainraoniumchlorid einsetzt.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches Amin (2,3-Epoxi-propyl)-trimethyl-ammoniumchlorid
einsetzt.
17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches Amin 2,3-Dihydroxi-propyltrimethyl-ammoniumchlorid
einsetzt.
18. Verfahren zur stromlosen Metallisierung eines elektrisch
nicht leitenden Substrats, dadurch gekennzeichnet, daß man ein gereinigtes und geätztes, nicht
leitendes Substrat vorsieht, das Substrat sensibilisiert, indem man seine Oberflächen mit einer wäßrigen
Lösung in Kontakt bringt, die eine kontrollierte, die
Sensibilisierung des Substrats bewirkende Menge eines
badlöslichen und verträglichen organischen Amin-Sen sibilisierungsmittels nachstehender Strukturformel
enthält:
worin X und Y, die gleich oder verschieden sein können, ausgewählt sind aus der Gruppe -Z, -Cl, -Br, -J, -OH
oder X und Y ersetzt sein können durch die Brücken bildende Gruppe -0- oder -S-;
und worin bedeuten
und worin bedeuten
Z -N (R1) ,R4 A9, -V"Ö^>
A9 )
- R1 A9, ^ A9 . . Cl", Br", j", CH", S04 = ocler BF4T;
R1, R~ und R_, die gleich oder verschieden sein
können, H oder ein C..-Alkyl, -Alkenyl, -Alkinyl oder -Hydroxialky1;
R4 ein Aryl oder Aralkyl mit bis zu 10 C-Atomen
oder R3;
R5 R,, eine Carboxi- oder Sulfo-Gruppe;
a O oder 1;
b 0 oder 1; und
c eine ganze Zahl von 1 bis 5; sowie Gemische davon.
das sensibilisierte Substrat spült, das Substrat durch Inkontaktbringen seiner Oberflächen mit einer
wäßrigen sauren, einen Zinn-Palladium-Komplex enthaltenden
Lösung aktiviert und anschließend nacheinander spült, beschleunigt, spült und stromlos metallisiert,
um einen Metallüberzug der gewünschten Dicke zu erhalten.
./8
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DE3743741A1 (de) * | 1987-12-23 | 1989-07-06 | Basf Ag | Polymere konditionierungsmittel zur vorbehandlung von nichtmetallischen oberflaechen fuer eine chemische metallisierung |
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