DE4023619A1

DE4023619A1 - Verfahren zur metallisierung von anorganischem oder organischem substratmaterial

Info

Publication number: DE4023619A1
Application number: DE19904023619
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Schaefer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1991-09-19

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung der Oberflächen von Substraten aus anorganischem oder organischem Material, insbesondere von Substraten aus anorganischem oder organischem Fasermaterial.

Derartige Substrate, z. B. Bahnen aus Vliesstoff oder Nadelfilz werden heute normalerweise aus Kunststoffasern hergestellt und sind damit elektrisch nicht leitend. Für viele physikalische oder chemische Einsatzzwecke werden aber heute hochporöse Trägerstoffe benützt, die metallische Eigenschaften aufweisen müssen. Es ist daher notwendig, um derartige Bahnen für solche Zwecke einsetzen zu können, diesen metallische Eigenschaften zu verleihen. Diese Bahnen müssen daher mit einem elektrisch lei tenden, d. h. metallischen Überzug versehen werden. Da die für die genannten Bahnen verarbeiteten Kunststoffasern elektrisch isolierend und damit für eine direkte chemische Metallabschei dung untauglich sind, müssen sie vorher "aktiviert" werden, d. h. auf der Faseroberfläche des Substrates muß im Verlauf ei nes Aktivierungsvorganges zuerst eine katalytisch aktive Sub stanz abgeschieden werden. Zur Aktivierung werden dabei im allgemeinen edelmetallhaltige Aktivierungslösungen benützt, die insbesondere aus einer kolloidalen oder ionogenen Palladiumlö sung mit einem Überschuß an Zinn-II-Ionen als Reduktionsmittel in Salzsäure bestehen.

Eine derartige Aktivierung von Vliesstoff- oder Nadelfilzbahnen mit einer Aktivierungslösung auf der Basis von Palladium/Zinn, wobei die Bahn durch eine Imprägnierstation gezogen wird, ist bereits z. B. aus der DE-PS 36 31 055 bekannt. Auch in der EU-PS 00 82 438 wird eine derartige Verfahrensweise der Aktivierung von Substratoberflächen mit Palladium-(II)-organischen Verbin dungen angegeben.

Die für die Aktivierung der Bahnoberflächen eingesetzten Pal ladium- oder Platinverbindungen sind jedoch sehr teuer, eine Wiedergewinnung der Edelmetalle aus den bei der durchgeführten Aktivierung nicht ausgenützten Lösungen sehr umständlich und damit ebenfalls sehr kostspielig.

Aus der DE-OS 35 20 980 ist es nun dazu auch bekannt, eine Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer auf einen an deren Werkstoff aufzubringen, wobei auf die Oberfläche des Werkstoffes zunächst ein Oxidationsmittel und anschließend Mo nomere aus der Klasse der fünfgliedrigen Heterocyclen aufge bracht werden und die Monomeren polymerisiert werden. In dieser Schrift ist dazu angegeben, daß bei den nach dieser Verfah rensweise erhaltenen Verbundwerkstoffe die elektrisch leitfä higen Polymere festhaftende Filme auf dem Basismaterial bilden sollen. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß die so erhaltenen Verbundwerkstoffe für bestimmte technische An wendungszwecke, z. B. bei dem Einsatz als Fasergerüstplatte für die Elektroden eines Akkumulators, keine genügende und vor al lem zeitlich lange Stabilität besitzen.

Auch eine Abscheidung von Metallen auf ein elektrisch leitfä higes polymeres Trägermaterial ist bereits bekannt aus der EU-PS 00 73 327. Nach der dort angegebenen Verfahrensweise er gibt sich zwingend eine Verwendung von teilweise sehr hochgif tigen Stoffen und organischen Lösungsmitteln.

Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, anorganische und organische, vor allem faserförmige Substrate, verfahrensgemäß zu aktivieren und zu metallisieren, wobei die Verfahrensdurch führung mit einer geringeren Gesundheitsgefährdung bei dem Ar beitsplatz und einer geringen Umweltbelastung durchzuführen ist, das Verfahren selbst technisch nicht aufwendig und kostengünstiger ist als bei einem Aktivierungsvorgang eines elektrisch nicht leitenden Substrates mit einer edelmetallhal tigen Lösung und die erhaltenen metallisierten Endprodukte eine große Stabilität und langzeitliche Verwendungsdauer besitzen.

Diese gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die Ansprüche 2 bis 7 geben bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Praxis so durchge führt, daß das nachfolgend zu metallisierende Substrat bei Raumtemperatur mit der Lösung eines Oxidationsmittels, z. B. Eisen-(III)-chlorid, Kaliumperoxodisulfat oder Eisen-III perchlorat imprägniert wird. Anschließend wird aus der Gasphase auf die Oberflächen des Substrates, z. B. auf die Faseroberflä che eines Vliesstoffes oder eines Nadelfilzes, ein Monomeres aus der Verbindungsklasse der fünfgliedrigen π- elektronenreichen Heterocyclen, z. B. Pyrrol aufgebracht und dort polymerisiert. Dabei wird das Fasermaterial mit einer durchgehenden Schicht von elektrisch leitfähigem Polymer z. B. Polypyrrol überzogen.

Zum Ende der Polymerisation ist dann der elektrische Widerstand des Fasermaterials des Vliesstoffes oder der Nadelfilzbahn auf einen Wert kleiner als 100 Ω/cm abgesunken.

Das so erhaltene elektrisch leitfähige Fasermaterial kann dann direkt in wäßrigem Medium metallisiert werden, entweder durch eine stromlose chemische Metallisierung oder durch eine elek trolytische Abscheidung des Metalls auf dem Fasermaterial aus sauren oder alkalischen Galvanikbädern der entsprechenden wäßrigen Metallsalz-Lösungen.

Bei einer galvanischen Metallisierung wird das elektrisch leitfähige Fasermaterial als Kathode geschaltet. Als Anode verwendet man zweckmäßigerweise eine stab- oder flächenförmige Metall-Elektrode. Die angelegte Spannung liegt zwischen 0,5 Volt und 10 Volt und die Elektrolyse dauert zwischen 15 Minuten und mehreren Stunden. Das so metallisierte Faserma terial verliert nur unwesentlich von seiner anfänglichen Poro sität und die einzelnen Fasern sind von einer durchgängigen Metallschicht umhüllt.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird anhand von Beispielen noch näher erläutert:

Beispiel 1

Ein Bahnstück eines Vliesmaterials aus Polypropylen wurde mit Eisen-(III)-chlorid als Oxidationsmittel imprägniert. Nach er folgter Polymerisation mit Pyrrol waren sämtliche Fasern der Oberfläche des Bahnstückes mit elektrisch leitfähigem Polymer überzogen. In einer schwach schwefelsauren Kupfersulfat-Lösung wurde das jetzt elektrisch leitfähige Probestück als Kathode geschaltet; als Anode dient ein Kupferblech. Es wurde bei Raumtemperatur 60 Minuten lang mit 1,5 Volt angelegter Spannung elektrolysiert. Nach erfolgter Metallisierung waren sämtliche Fasern der Oberfläche des Bahnstückes mit einer durchgängigen, festhaftenden Kupferschicht überzogen.

Beispiel 2

Ein Bahnstück aus einem Nadelfilzmaterial aus Polypropylen wurde gemäß Beispiel 1 imprägniert und die Dampfpolymerisation mit Pyrrol durchgeführt. Das so aktivierte Bahnstück wurde in einer ammoniakalischen Nickelsulfat-Lösung als Kathode ge schaltet und bei 3 Volt angelegter Spannung elektrolysiert. Nach erfolgter Metallisierung waren sämtliche Fasern an der Oberfläche des Bahnstückes vollständig und gleichmäßig mit ei ner Nickelschicht überzogen.

Die Anwendung dieses neuen Verfahrens beschränkt sich nicht auf die Aktivierung und die anschließende Metallisierung von elek trisch nicht leitendem Fasermaterial. Jedes beliebige Formstück aus anorganischem oder organischem Material kann mit diesem Verfahren unter schonenden Bedingungen zuerst aktiviert und danach elektrochemisch oder chemisch stromlos metallisiert werden.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbe sondere darin, daß anstelle der bisher eingesetzten Edelme tallverbindungen für den Aktivierungsvorgang von Substraten der verschiedensten Art, wie Formstücken, Formteilen, Formkörpern, Bahnstücken usw., aus anorganischem oder organischem Material, preisgünstigere chemische Verbindungen eingesetzt werden kön nen, wobei eine sehr gute nachfolgende Metallisierung an der Oberfläche der Substrate gewährleistet ist und ein sehr sta biles Endprodukt erhalten wird.

Die erfindungsgemäße Verfahrensweise bedeutet auch eine geringe Gesundheitsgefährdung für die am Arbeitsplatz Tätigen und ins gesamt eine geringere Umweltbelastung.

Claims

1. Verfahren zur Metallisierung der Oberflächen von elektrisch nicht leitenden Substraten aus anorganischem oder organischem Material, insbesondere von Substraten aus anorganischem oder organischem Fasermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Substrates zunächst mit der Lösung eines Oxidationsmittels imprägniert wird, anschließend aus der Gas phase auf die Oberfläche des Substrates ein elektrisch leitfä higes Polymer aufgebracht wird und schließlich die aktivierte Oberfläche des Substrates in wäßrigem Medium metallisiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ein zu behandelndes Substrat ein Faservlies oder ein Nadelfilz eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung der Oberflächen des Formstückes mit einer Lösung durchgeführt wird, die Sauerstoff enthaltende Verbin dungen wie Peroxosäuren und deren Salze, Peroxoborate, Peroxochromate, Perchlorate, Permanganate oder Ei sen-(III)-chlorid als Oxidationsmittel enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Gasphase als elektrisch leitfähiges Polymer eine fünfgliedrige heterocyclische Verbindung auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als eine fünfgliedrige heterocyclische Verbindung ein Pyr rol oder ein Thiophen auf die Oberfläche des Substrates aufge bracht wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An spruche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallisierung der vorbehandelten Oberflächen des Sub strates mittels stromloser chemischer Metallisierung oder mit tels elektrolytischer Abscheidung eines Metalls in wäßrigem Medium auf den Oberflächen des Substrates erfolgt.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die metallisierten Substrate aus organischen Polymeren, z. B. aus Polyäthylen oder Polypropylen, oder aus thermoplastischen Kunststoffen, Polyamiden, Polyethern, Polyurethanen, Polystyrolen, polyimiden, Polyamidimiden oder aus anorganischen, elektrisch nichtleitenden Materialien wie z. B. Glas bestehen.