DE4016508A1 - Improving adhesiveness of plastics mouldings to metals - by applying thin polymer coating contg. additive which can be evaporated or decomposed to give off gas - Google Patents
Improving adhesiveness of plastics mouldings to metals - by applying thin polymer coating contg. additive which can be evaporated or decomposed to give off gasInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Kunststofformteile mit erhöhter Haftfähigkeit gegenüber Metallen, ein Verfahren zur Erhöhung der Haftfähigkeit von Kunststoffoberflächen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Metall/Kunststoff-Verbundes.The invention relates to molded plastic parts with increased Adhesion to metals, a method of increasing the adhesiveness of plastic surfaces as well as a Process for producing a metal / plastic composite.
Kunststoff/Metall-Verbundwerkstoffe bzw. metallisierte Kunststoffe finden Anwendung als Spezialwerkstoffe für bestimmte industrielle Bereiche, beispielsweise als Gehäusematerial zur elektromagnetischen Abschirmung funktechnischer oder elektronischer Geräte.Plastic / metal composites or metallized Plastics are used as special materials for certain industrial sectors, for example as Housing material for electromagnetic shielding radio or electronic devices.
Solche Verbunde werden üblicherweise durch metallische Beschichtung von Kunststoffen hergestellt. In diesen Kunststoff/Metall-Verbunden treten Phasengrenzen von zwei völlig verschiedenen Werkstoffen in Kontakt. Die sich in dieser Kontaktzone ausbildende Grenzflächenschicht und die darin auftretenden Wechselwirkungen sind von entscheidender Bedeutung für die Gebrauchseigenschaften der Verbunde, insbesondere im Hinblick auf die Haftung des Metalls auf der Kunststoffoberfläche. Um eine zufriedenstellende Haftung zu erreichen, werden die Oberflächen der Kunststoffe vor der metallischen Beschichtung einer Behandlung unterzogen. Die Oberflächenbehandlungen haben im wesentlichen zwei Ziele. Einerseits soll die Oberflächenrauhigkeit des Kunststoffes erhöht werden, um dem aufzubeschichtenden Metall die Möglichkeit zu geben, in die Poren und Unebenheiten auf der Kunststoffoberfläche einzudringen und hierdurch Verankerungsstellen zu bilden. Andererseits versucht man Hauptvalenzbindungen zwischen funktionellen Gruppen des Kunststoffs und des Metalls zu erzeugen.Such composites are usually made of metallic Coating made of plastics. In these Plastic / metal composites occur phase boundaries of two completely different materials in contact. Which is in this contact zone forming interface layer and the interactions occurring in it are from crucial for the performance characteristics the associations, in particular with regard to the liability of the Metal on the plastic surface. To one to achieve satisfactory liability Surfaces of plastics in front of metallic Coating subjected to treatment. The Surface treatments have two main goals. On the one hand, the surface roughness of the plastic be increased to the metal to be coated Possibility to give in the pores and bumps on the Penetrate plastic surface and thereby To form anchor points. On the other hand, you try Main valence bonds between functional groups of the To produce plastic and metal.
Gemäß einer herkömmlichen Technik werden die Kunststoffoberflächen mit Ätzchemikalien, beispielsweise Bromatlösungen oder Schwefelsäure, behandelt. Bei diesen Ätztechniken sind jedoch mehrere Bäder und zwischengeschaltete, aufwendige Spülvorgänge nötig. Des weiteren fallen große Mengen an umweltbelastenden Lösungen an. Eine weitere Methode besteht in der Auftragung eines Primers mit anschließender Weiterbehandlung. Diese Methode ist ebenfalls sehr arbeitsaufwendig. Gemäß jüngeren Methoden werden die zu metallisierenden Kunststoffe einem Plasma oder einer Glimmentladung ausgesetzt, um die Oberfläche zu aktivieren. Diese Techniken erfordern ebenfalls einen hohen Arbeits- und Geräteaufwand.According to a conventional technique, the Plastic surfaces with etching chemicals, for example Bromate solutions or sulfuric acid. With these However, etching techniques are multiple baths and intermediate, complex rinsing processes necessary. Of further large quantities of environmentally harmful solutions fall at. Another method is to apply one Primers with subsequent treatment. This method is also very labor intensive. According to more recent methods are the plastics to be metallized a plasma or exposed to a glow discharge to the surface activate. These techniques also require a high level Labor and equipment expenditure.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kunststofformteile mit erhöhter Haftfähigkeit gegenüber Metallen, ein Verfahren zur Erhöhung der Haftfähigkeit von Kunststoffoberflächen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Metall/Kunststoff-Verbundes unter Verwendung solcher Kunststofformteile zur Verfügung zu stellen, wobei die im Stand der Technik bekannten arbeits- und geräteaufwendigen und zum Teil umweltbelastenden Oberflächenbehandlungen nicht erforderlich sind.The invention has for its object plastic molded parts with increased adhesiveness to metals, a process to increase the adhesion of plastic surfaces and a method for producing a Metal / plastic composite using such To provide plastic moldings, the im State of the art labor and equipment consuming and partly not environmentally harmful surface treatments required are.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kunststofformteil gemäß Anspruch 1, ein Verfahren zur Erhöhung der Haftfähigkeit gemäß Anspruch 9 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Metall/Kunststoff-Verbundes gemäß Anspruch 19.This object is achieved by a Plastic molding according to claim 1, a method for Increase in adhesion according to claim 9 and a method for producing a Metal / plastic composite according to claim 19.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8, 10 bis 18, 20 und 21 angegeben.Preferred embodiments of the invention are in the Claims 2 to 8, 10 to 18, 20 and 21 specified.
Das Polymer der dünnen Schicht ist vorzugsweise mit dem Polymer, aus dem das Kunststoffteil besteht, identisch oder zumindest damit verträglich. Die Aufbringung der dünnen Schicht kann dadurch erfolgen, daß man auf die Kunststoffoberflächen eine das Polymer und das Additiv enthaltende Lösung aufträgt und anschließend trocknet. Die Auswahl des Lösungsmittels ist hierbei abhängig von der Art des für die Ausbildung der dünnen Schicht verwendeten Polymeren. Als Lösungsmittel für Polystyrol und Styrolcopolymere eignet sich beispielsweise Toluol. Als Lösungsmittel für Polycarbonat eignet sich beispielsweise Methylenchlorid, Chloroform, m-Kresol, Tetrahydrofuran, Dioxan oder Cyclohexanon.The polymer of the thin layer is preferably with the The polymer from which the plastic part is made is identical or at least compatible with it. The application of the thin layer can be done by looking at the Plastic surfaces include the polymer and the additive applying solution and then drying. The choice of solvent depends on this on the type of for the formation of the thin layer polymers used. As a solvent for polystyrene and styrene copolymers are suitable for example toluene. Suitable as a solvent for polycarbonate for example methylene chloride, chloroform, m-cresol, Tetrahydrofuran, dioxane or cyclohexanone.
Die Aufbringung der dünnen Schicht kann gemäß einer anderen Ausführungsform auch direkt bei der Herstellung von Kunststofformteilen durch ein Coextrudierverfahren erfolgen, wobei das das Additiv enthaltende Polymer geeigneterweise erst kurz vor Beendigung des Fertigungsschrittes für das Kunststofformteil aufextrudiert wird. Hierbei kann das Additiv so gewählt werden, daß es sich bereits bei den Temperaturen, die bei dieser Coextrusion vorherrschen, zersetzt bzw. verdampft. Das Additiv kann aber auch so gewählt werden, daß es sich erst unmittelbar vor oder gleichzeitig mit der später erfolgenden Metallisierung durch Wärme- oder Strahlungseinwirkung zersetzt oder verdampft. Bei der Zersetzung bzw. Verdampfung des Additivs spalten sich Gase, beispielsweise Stickstoff oder Kohlendioxid, ab, wobei auf der Kunststoffoberfläche Mikroporen erzeugt werden. Diese Mikroporen dienen als Verankerungsstellen für die später aufzubeschichtenden Metalle und bewirken eine deutlich verbesserte Haftung der Metallschichten auf der Kunststoffoberfläche.The application of the thin layer can be according to another Embodiment also directly in the manufacture of Plastic molded parts are made by a co-extrusion process, the polymer containing the additive suitably only shortly before the completion of the manufacturing step for the Plastic molding is extruded. Here it can Additive should be chosen so that it is already in the Temperatures that prevail in this coextrusion, decomposes or evaporates. The additive can also do so be chosen so that it is only immediately before or simultaneously with the subsequent metallization Heat or radiation decomposes or evaporates. Split on decomposition or evaporation of the additive gases, for example nitrogen or carbon dioxide, whereby micropores are created on the plastic surface will. These micropores serve as anchor points for the metals to be coated later and cause one significantly improved adhesion of the metal layers on the Plastic surface.
Das unter Gasabspaltung zersetzbare oder verdampfbare Additiv wird geeigneterweise gewählt aus der Gruppe der organischen Azoverbindungen, Azide, Säurehydrazide, Peroxide und niedrig siedenden Lösungsmittel.The decomposable or vaporizable with the elimination of gas Additive is suitably selected from the group of organic azo compounds, azides, acid hydrazides, Peroxides and low boiling solvents.
Die Azoverbindungen entsprechen vorzugsweise der Formel (I)The azo compounds preferably correspond to the formula (I)
R¹-N=N-R²R¹-N = N-R²
worin bedeuten:
R¹ und R², die gleich oder verschieden sind, eine
Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Arylgruppe
oder eine Gruppe der Formelin which mean:
R¹ and R², which are the same or different, represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group or a group of the formula
worin X die Bedeutung -CN, -OCOR⁵, -COOR⁵ oder Halogen hat und R³, R⁴ und R⁵, die gleich oder verschieden sind, die Bedeutung Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl haben.wherein X is -CN, -OCOR⁵, -COOR⁵ or Has halogen and R³, R⁴ and R⁵, the same or different are meaning alkyl, cycloalkyl or aryl.
Beispiele geeigneter Azoverbindungen entsprechen den nachfolgenden Formeln (I-1) bis (I-6). Deren etwaige Zersetzungstemperaturen bei einer Halbwertszeit von etwa 1 Stunde sind ebenfalls in Klammern angegeben.Examples of suitable azo compounds correspond to the following formulas (I-1) to (I-6). Any of them Decomposition temperatures with a half-life of about 1 hour is also given in parentheses.
Unter diesen Verbindungen ist Azo-di(isobutyronitril) der Formel (I-6) besonders geeignet.Among these compounds, azo-di (isobutyronitrile) is the Formula (I-6) is particularly suitable.
Die bei der vorliegenden Erfindung als Additiv verwendbaren Azide entsprechen beispielsweise der Formel (II), (III) oder (IV)Those usable as an additive in the present invention Azides correspond for example to the formula (II), (III) or (IV)
R⁶-N₃ (III) oder R⁶-SO₂N₃ (IV)R⁶-N₃ (III) or R⁶-SO₂N₃ (IV)
worin R⁶ Aryl, Alkyl oder Cycloalkyl bedeutet.wherein R⁶ means aryl, alkyl or cycloalkyl.
Das als Additiv verwendbare Säurehydrazid entspricht beispielsweise der Formel (V) oder (VI)The acid hydrazide that can be used as an additive corresponds for example of the formula (V) or (VI)
R⁶-SO₂-NHNH₂ (VI)R⁶-SO₂-NHNH₂ (VI)
worin R⁶ Aryl, Alkyl oder Cycloalkyl bedeutet.wherein R⁶ means aryl, alkyl or cycloalkyl.
Als gasabspaltende Additive eignen sich weiterhin organische Peroxide, wie Diacylperoxide, Peroxydicarbonate, Alkylperester, Perketale, Dialkylperoxide und Hydroperoxide. Geeignete Peroxide entsprechend beispielsweise der Formel (VII) oder (VIII)Organic additives are also suitable as gas-releasing additives Peroxides, such as diacyl peroxides, peroxydicarbonates, Alkyl peresters, perketals, dialkyl peroxides and hydroperoxides. Suitable peroxides according to, for example, the formula (VII) or (VIII)
worin R⁷ und R⁸, die gleich oder verschieden sind, Aryl oder Alkyl bedeuten.wherein R⁷ and R⁸, which are the same or different, aryl or alkyl.
Ein besonders geeignetes Peroxid ist beispielsweise Dimyristyl-peroxy-dicarbonat der Formel (VII-1)A particularly suitable peroxide is, for example Dimyristyl peroxydicarbonate of the formula (VII-1)
das eine Zersetzungstemperatur von 57°C bei einer Halbwertszeit von 1 Stunde aufweist.which has a decomposition temperature of 57 ° C at a Has half-life of 1 hour.
Als niedrigsiedende Lösungsmittel für das verdampfbare Additiv eignen sich insbesondere niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe. Deren Auswahl hängt wiederum vom Polymer der dünnen Schicht ab. Für Polystyrol und Styrolcopolymere eignet sich beispielsweise insbesondere Pentan. Die Verwendung niedrigsiedender Lösungsmittel ist insbesondere geeignet für die Aufbringung der dünnen Schicht mittels einem Coextrudierverfahren. Hierbei kann das Ausgangsgranulat für die Coextrusion bereits ein niedrigsiedendes Lösungsmittel in einer Konzentration von etwa 1-2 Gew.-% enthalten. Solche Lösungsmittel enthaltende Polymergranulate sind im Handel erhältlich.As a low-boiling solvent for the evaporable Low-boiling additives are particularly suitable Hydrocarbons. Their selection depends on the Polymer of the thin layer. For polystyrene and For example, styrene copolymers are particularly suitable Pentane. The use of low-boiling solvents is particularly suitable for the application of the thin layer using a coextrusion process. The starting granulate can be used for coextrusion already a low-boiling solvent in one Contain concentration of about 1-2 wt .-%. Such Polymer granules containing solvents are commercially available available.
Die Dicke der dünnen Schicht unterliegt keinen bestimmten Begrenzungen und richtet sich nach der Endanwendung der Kunststofformteile. Übliche Dicken liegen im Bereich von 0,5-10 µm. Vom mechanischen Gesichtspunkt aus betrachtet, ist es erwünscht, daß die dünne Schicht etwa ¹/₃ der Dicke der aufzubeschichtenden Metallschicht beträgt.The thickness of the thin layer is not subject to any particular Limits and depends on the end use of the Plastic moldings. Usual thicknesses are in the range of 0.5-10 µm. From a mechanical point of view, it is desirable that the thin layer about ½ the Thickness of the metal layer to be coated is.
Die Herstellung eines Metall/Kunststoff-Verbundes erfolgt mittels Metallisierung in an sich bekannter Weise, beispielsweise durch ein Hochvakuum-Bedampfungsverfahren. Als Metalle für die Metallisierung lassen sich beispielsweise Aluminium, Kupfer, Zinn oder Zink verwenden. Die Verwendung von Aluminium eignet sich insbesondere für Metall/Kunststoff-Verbunde zur Herstellung von Werkstoffen für die elektromagnetische Abschirmung funktechnischer oder elektronischer Geräte, beispielsweise Gehäuse für Autotelefone.A metal / plastic composite is produced by means of metallization in a manner known per se, for example by a high vacuum vapor deposition process. Can be used as metals for metallization for example use aluminum, copper, tin or zinc. The use of aluminum is particularly suitable for Metal / plastic composites for the production of materials for electromagnetic shielding or electronic devices, for example housings for Car phones.
Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung.The following example explains the invention.
Auf Kunststoffträgerplatten aus Polycarbonat wurden dünne Schichten aus Polycarbonat aufgebracht, wobei diese dünnen Schichten ein gasabspaltendes Additiv enthielten. Als Additiv A wurde Myristylperoxodicarbonat und als Additiv B wurde Azo-bis(isobutyronitril) eingesetzt. Es wurden Polymer/Additiv-Lösungen mit unterschiedlichen Additivkonzentrationen hergestellt. Diese wurden aus Lösung auf die Polycarbonat-Trägerplatten als Film vergossen. Nachdem die Platten 10 Tage im Vakuumschrank bei Raumtemperatur gelagert wurden, konnten die Temperaturtests, die der Simulation der Verarbeitung dienen, durchgeführt werden. Dabei wurden die Platten, wie in den nachfolgenden Tabellen gezeigt, unterschiedlichen Temperaturen in verschiedenen Zeiträumen ausgesetzt. Anschließend daran wurden sie ohne weitere Behandlung mit Aluminium bedampft. Alle Versuche wurden doppelt durchgeführt.Thin plastic plates were made of polycarbonate Layers of polycarbonate applied, these being thin Layers contained a gas-releasing additive. As Additive A became myristyl peroxodicarbonate and as additive B azo-bis (isobutyronitrile) was used. There were polymer / additive solutions with different Additive concentrations produced. These were from solution cast onto the polycarbonate base plates as a film. After the plates in the vacuum cabinet for 10 days Were stored at room temperature, the temperature tests, which serve to simulate the processing will. The panels were as in the following Tables shown different temperatures in exposed to different periods. After that they were sputtered with aluminum without further treatment. All experiments were carried out twice.
Die mit Aluminium beschichteten Platten wurden einem Temperaturtest unterworfen. Hierbei wurden die Platten innerhalb eines Zyklus 3 Stunden bei 75°C gehalten, danach innerhalb einer halben Stunde auf -40°C abgekühlt und bei dieser Temperatur 3 Stunden gehalten. Die Testdauer betrug 15 Zyklen.The aluminum-coated plates were one Subjected to temperature test. Here the plates held at 75 ° C for 3 hours within a cycle, then cooled to -40 ° C within half an hour and kept at this temperature for 3 hours. The test duration was 15 cycles.
Im Anschluß an den Klimatest wurde zur Beurteilung der Festigkeit des Polymer/Metall-Verbundes ein Haftungstest durchgeführt. Die Ergebnisse dieses Haftungstests sind nachfolgend in Tabelle 1 und 2 aufgeführt. Die Haftung wird nach gut (+), d. h. es lösen sich keine Metallpartikel ab, und nach schlecht (-) klassifiziert, d. h. es lösen sich Metallpartikel vom Kunststoff ab. Beim Haftungstest für die unbehandelten Blindproben lösten sich in allen Fällen die Metallpartikel (Proben 25, 26). Following the climate test, the Strength of the polymer / metal composite an adhesion test carried out. The results of this liability test are listed below in Tables 1 and 2. Liability is after good (+), d. H. no metal particles come off down, and classified as bad (-), d. H. solve it metal particles separate from the plastic. During the liability test for the untreated blank samples dissolved in all Precipitate the metal particles (samples 25, 26).
Wie aus den Tabellen 1 und 2 ersichtlich ist, führt der Zusatz der Polymeradditive A und B zu einer deutlich verbesserten Haftung der Metallschicht im Vergleich zu nicht behandelten Proben. Bei allen erfindungsgemäßen Plattenproben konnte der durchgeführte Haftungstest positiv beurteilt werden.As can be seen from Tables 1 and 2, the addition leads of polymer additives A and B to a significantly improved Adhesion of the metal layer compared to untreated Rehearse. In all plate samples according to the invention, the liability test carried out can be assessed positively.
Claims (21)
R¹ und R², die gleich oder verschieden sind, eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, Arylgruppe oder eine Gruppe der Formel worin X die Bedeutung -CN, -OCOR⁵, -COOR⁵ oder Halogen hat und R³, R⁴ und R⁵, die gleich oder verschieden sind, die Bedeutung Alkyl, Cycloalkyl oder Aryl haben.4. Plastic molding according to claim 3, characterized in that the azo compound corresponds to the formula (I): R¹-N = N-R²worin mean:
R¹ and R², which are the same or different, represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an aryl group or a group of the formula wherein X is -CN, -OCOR⁵, -COOR⁵ or halogen and R³, R⁴ and R⁵, which are the same or different, have the meaning alkyl, cycloalkyl or aryl.
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Citations (1)
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DE3814506A1 (en) * | 1988-04-29 | 1989-11-09 | Bayer Ag | METHOD FOR METALLIZING SUBSTRATE SURFACES |
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1990
- 1990-05-22 DE DE19904016508 patent/DE4016508A1/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3814506A1 (en) * | 1988-04-29 | 1989-11-09 | Bayer Ag | METHOD FOR METALLIZING SUBSTRATE SURFACES |
Non-Patent Citations (2)
Title |
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Derwent-Referat Nr. 86-287530/44 (JP 61-2 09 131) * |
Patents Abstracts of Japan, C-141, 21.12.82, Vol. 6/Nr. 261 (JP 57-1 53 028) * |
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