ES2230796T3 - Procedimiento para metalizar plastico usando una carga catalitica. - Google Patents
Procedimiento para metalizar plastico usando una carga catalitica.Info
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Abstract
Procedimiento para la metalización no electrolítica de plásticos que comprende las etapas de: a) mezclar un plástico granular con un catalizador adecuado para una reacción de metalización no electrolítica, b) formar un cuerpo conformado a partir del producto de la etapa a). c) retirar al menos parte del material de la superficie del producto de la etapa b) para exponer parte de dicho catalizador, d) tratamiento con un ácido para activar el catalizador expuesto de la etapa c), y e) deposición metálica del producto de la etapa d) en un baño metálico no electrolítico.
Description
Procedimiento para metalizar plástico usando una
carga catalítica.
La presente invención se refiere a un
procedimiento mejorado para metalizar plásticos usando una carga
catalítica. Más específicamente, la presente invención se refiere a
metalización no electrolítica.
Hay una necesidad creciente de metalizar
superficies plásticas no conductoras eléctricas con metales para
aplicación, por ejemplo, en tarjetas de circuitos, blindajes para
radiación electromagnética en dispositivos electrónicos, etc.
Para obtener la deposición metálica deseada de
los plásticos, puede aplicarse metalización no electrolítica usando
un material catalítico que está presente sobre la superficie del
artículo a metalizar. El catalizador normalmente comprende
PdCl_{2}, compuestos de plata o fosfuros ferrosos, que están
presentes en forma de pequeñas partículas sobre la superficie del
artículo a metalizar. Para depositar el metal, el artículo se
sumerge en una solución de una sal del metal deseado y un agente
reductor apropiado. En las condiciones adecuadas, las partículas de
catalizador hacen que los iones metálicos se reduzcan desde la
solución para formar una deposición metálica. Esta etapa puede ir
seguida de una o más etapas adicionales de metalización no
electrolítica, usando soluciones adicionales o mediante etapas de
metalización electroquímica convencional. De esta manera, puede
obtenerse una metalización del espesor deseado.
Una técnica habitual para aplicar el material
catalizador a la superficie del artículo es usando una laca en la
que está presente el material catalítico. Normalmente dicha laca
comprende resinas acrílicas, resinas de poliuretano (PUR)
(reticuladas o no reticuladas) y similares. Después de aplicar la
laca líquida al artículo, se calienta, lo que provoca que se
evapore el disolvente y, posteriormente, que la resina se endurezca.
Este tipo de metalización ha resultado eficaz para metalizar
copolímeros de
acrilonitrilo-butadieno-estireno
(ABS), mezclas de policarbonato (PC), PC y otros.
Otra técnica para aplicar el material
catalizador, dicha técnica usa generalmente sales de Pd, es sumergir
las piezas de plástico pretratadas en una solución de activador
basado en paladio. Después del pretratamiento apropiado el
catalizador se absorberá sobre la superficie del polímero.
Un inconveniente obvio de la técnica mencionada
en primer lugar es que es difícil o casi imposible metalizar
artículos con superficies que no sean fácilmente accesibles por la
laca. Por ejemplo, los orificios de taladro en tarjetas de
circuitos impresas o artículos que tengan una geometría compleja no
pueden recubrirse satisfactoriamente con una laca cargada con
catalizador. La metalización selectiva solo puede conseguirse usando
técnicas de enmascarado cuando se aplica la laca. La segunda
técnica, que usa inmersión en una solución de catalizador, no
proporciona ninguna selectividad.
Otra desventaja es el requisito de que la
adhesión de la laca tiene que ser suficientemente fuerte. Esto no
puede conseguirse para todos los tipos de polímeros. Por ejemplo,
los polímeros de cristal líquido como Vectra® E 820 I y polímeros
como poli (butilentereftalato) (PBT), polietileno (PE),
polipropileno (PP) o nylon no pueden metalizarse satisfactoriamente
usando una laca cargada con catalizador.
Un enfoque alternativo para la deposición
metálica de los artículos plásticos es la mezcla en la masa del
plástico del artículo a metalizar, seguido de la etapa de
metalización no electrolítica mencionada anteriormente, seguido
opcionalmente de otra etapa de metalización no electrolítica o
electroquímica.
El documento
US-A-4.767.665 describe un
procedimiento de metalización no electrolítica para materiales
plásticos. Los artículos plásticos descritos en esta patente se
preparan mezclando compuestos de fosfuro metálico en el artículo
plástico.
De acuerdo con el documento
US-A-4.767.665 las partículas
metálicas se exponen realizando un tratamiento superficial, tal como
un tratamiento mecánico o térmico. Esto va seguido después de
metalización mediante el procedimiento no electrolítico mencionado
anteriormente, por ejemplo, poniendo los artículos en baños de
soluciones de sales de cobre en el caso de que se desee una
metalización con cobre.
El procedimiento descrito en el documento
US-A-4.767.665 no resuelve el
problema mencionado anteriormente de metalizar superficies de
artículos con formas complejas.
La metalización de superficies de artículos con
formas complejas es de particular relevancia en la metalización de
dispositivos moldeados interconectados en los que a menudo aparecen
estructuras complejas, que además necesitan una metalización
selectiva. También es relevante para la metalización con cobre a
través de orificios de tarjetas de circuitos impresas.
Además, todos los procedimientos conocidos para
metalizar plásticos usando cargas catalíticas tienen en común que el
comienzo del procedimiento de metalización no electrolítica es
lento. Esto se refleja en el periodo de tiempo que se necesita para
observar los primeros signos de depósitos metálicos. Normalmente
suele ser de 20 minutos o más.
Además, con las técnicas de metalización
conocidas los medios para conseguir selectividad para que el metal
se deposite sobre las zonas tratadas de la superficie están
limitados, dando lugar a un producto final con una resolución
insuficiente, a menos que se usen laboriosas técnicas fotoquímicas.
Esto es especialmente importante en la producción de tarjetas de
circuitos impresas y dispositivos moldeados interconectados.
En la presente invención se ha descubierto que
cuando el tratamiento superficial necesario para exponer las
partículas catalíticas se realiza usando una solución alcalina, y
esto va seguido de una activación de las partículas expuestas
mediante un tratamiento con ácido, pueden superarse los problemas
mencionados anteriormente.
De acuerdo con la presente invención se
proporciona un procedimiento de metalización que comprende las
siguientes etapas:
a) componer un plástico granular con un
catalizador adecuado para una reacción de metalización no
electrolítica, opcionalmente con una o más cargas,
b) formar un cuerpo conformado a partir del
producto de la etapa a).
c) retirar al menos parte del material de la
superficie del producto de la etapa b) para exponer parte de dicho
catalizador,
d) tratamiento con un ácido para activar el
catalizador expuesto de la etapa c), y
e) deposición metálica del producto de la etapa
d) en un baño metálico no electrolítico.
Para formar dispositivos moldeados
interconectados, pueden realizarse una segunda o más etapas de
moldeo usando un plástico sin carga entre las etapas b) y c),
proporcionando selectividad.
Usando el procedimiento de acuerdo con la
invención, puede obtenerse una velocidad de metalización de
aproximadamente 2 \mum/h o mayor. Además, el tiempo en el que se
observa la deposición inicial del metal es menor de aproximadamente
15 minutos y a veces incluso menor de aproximadamente 10
minutos.
También es posible obtener una metalización de
buena calidad y selectiva sobre artículos con formas complejas.
De acuerdo con la presente invención la retirada
del plástico en la etapa c) se realiza preferiblemente disolviendo
el plástico usando una solución alcalina. Como alternativa, puede
usarse cualquier otra técnica de eliminación adecuada.
Los plásticos adecuados que pueden usarse para el
procedimiento de metalización de acuerdo con la invención son
polímeros que se sabe que pueden ser atacados por soluciones
alcalinas. Cuando se tratan dichos plásticos con materiales
fuertemente alcalinos tales como hidróxido sódico, las partículas de
catalizador incorporadas en su interior se liberan parcialmente. Si
dicho material tratado se introduce en un baño de metalización no
electrolítica se obtiene una mejor iniciación, y el cobre se
adhiere mejor al plástico. Los preferidos son polímeros de cristal
líquido (LCP), tales como Vectra® E820 I, A 530, C 810, u otros
polímeros de cristal líquido bajo los nombres comerciales
registrados Ekkcel, Xydar y Utrax, todos ellos basados en
macromoléculas de cadena larga de copolímeros de acrilato que
comprenden grupos de revestimiento tales como
p-hidroxi benzoato o diácidos o dioles de
2,6-naftaleno; etc. o un polímero elegido entre el
grupo compuesto por ABS, ABS/PC, poli(etilenimina), (PEI),
poliestireno (PS), polietil-éter-cetona (PEC),
poliéter sulfona (PES), cauchos, nylon, poli (etilentereftalato)
(PET), poli (butilentereftalato) o mezclas como PC/LCP o PBT/PC.
Son particularmente preferidos PBT, PC, LCP y nylons susceptibles
de ataque alcalino.
En la etapa (a) el plástico granular se combina
con un catalizador. En esta etapa puede haber presentes cargas
opcionalmente. Las cargas adecuadas son partículas de vidrio,
dolomita, grafito, fosfatos, sulfatos o más detalladamente sulfatos,
fosfatos y carbonatos de potasio, bario y/o calcio. Las cargas se
añaden para mejorar la resistencia mecánica, para dar color, como
retardadores de llama, como componente "susceptible de ataque"
o solo como un material voluminoso barato para reducir el precio
del material a preparar.
Después de la etapa de exposición, se realiza el
tratamiento con ácido para activar las partículas expuestas. Los
ácidos que son adecuados para este propósito se eligen entre el
grupo compuesto por soluciones de ácidos minerales y/o orgánicos
fuertes con un pH por debajo de 2, preferiblemente < 1. Los
ácidos que pueden usarse adecuadamente en la etapa (d) son ácido
sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido metanosulfónico, ácido
sulfámico, ácido acético, glicina, ácido fosfórico, ácido oxálico,
ácido naftalenosulfónico, ácido maleico, ácido bencenosulfónico,
ácido tricloroacético y ácido crómico.
El material de catalizador que está presente en
el plástico comprende fosfuros, preferiblemente fosfuros ferrosos,
opcionalmente mezclados con otros compuestos catalíticos, tales como
compuestos de plata, por ejemplo AgNO_{3} o compuestos de
organoplata; compuestos de paladio o metales tales como paladio,
níquel, plata o mezclas de los mismos.
En una realización preferida, la formación de un
cuerpo conformado en la etapa b) se realiza mediante moldeo por
inyección.
La invención se ilustrará ahora con ejemplos, que
no pretenden limitar el alcance de la invención.
Se combinaron muestras de Vectra® E 820 I con
fosfuro ferroso en una cantidad del 15% en peso, basado en la
composición total, usando una extrusora de tornillo. Las muestras se
atacaron posteriormente usando una solución de hidróxido sódico de
aproximadamente 10 N a 70ºC durante 15 minutos, seguido de la
activación a temperatura ambiente usando ácido sulfúrico de
aproximadamente el 6% durante 1 minuto.
Las muestras se sumergieron en un baño químico de
cobre (Enplate^{TM} Cu 872 I/873) a 46ºC y se controló la
velocidad de metalización.
Después de 5 minutos se observó el primer signo
de deposición de cobre. Después de 12 minutos se observó una capa
metálica continua compacta viz.
La velocidad de metalización fue de
2-2,5 \mum/h y el espesor final de cobre fue de 20
\mum.
Las muestras metalizadas se sometieron al ensayo
de cinta ASTM 3359-83-B, con el que
se evaluó la unión entre la capa metálica depositada y la capa de
sustrato. A partir de este ensayo, empezó a verse claro que la unión
era buena (grado 4 a 5 en una escala de 0 a 5).
Se prepararon muestras de Vectra® E 820 I
cargadas con fosfuro ferroso como en el ejemplo anterior. Con este
material se formaron placas; en dichas placas se taladraron
orificios de diferente longitud y diámetro. Los orificios tenían
una anchura mayor de 0,15 mm. Parte de los orificios se atacaron con
hidróxido sódico 10 N. Parte de los orificios de la porción atacada
se trataron con ácido sulfúrico al 2,5%.
Se obtuvieron los siguientes resultados:
| Orificios | Tiempo hasta el primer signo de cobre | Velocidad de metalización |
| (minutos) | [\mum/h] | |
| No tratado | \infty | 0 |
| Solo atacado | \geq 15*) | 2**) |
| Atacado y tratado con ácido | 5 | 2 |
| *): dependiendo del tiempo entre el ataque y la metalización | ||
| **): una vez completa la iniciación |
Claims (8)
1. Procedimiento para la metalización no
electrolítica de plásticos que comprende las etapas de:
a) mezclar un plástico granular con un
catalizador adecuado para una reacción de metalización no
electrolítica,
b) formar un cuerpo conformado a partir del
producto de la etapa a).
c) retirar al menos parte del material de la
superficie del producto de la etapa b) para exponer parte de dicho
catalizador,
d) tratamiento con un ácido para activar el
catalizador expuesto de la etapa c), y
e) deposición metálica del producto de la etapa
d) en un baño metálico no electrolítico.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1, en el que la retirada del plástico de la etapa c) se realiza
poniendo en contacto el cuerpo conformado con una solución
alcalina.
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación
1 o la reivindicación 2, en el que la etapa b) se realiza mediante
moldeo por inyección.
4. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el ácido en la etapa d) es
una solución de un ácido mineral y/o orgánico con un pH de menos de
2, preferiblemente de menos de 1.
5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicho catalizador comprende
fosfuros, preferiblemente fosfuros ferrosos, mezclados opcionalmente
con plata, compuestos de plata, paladio, compuestos de paladio,
níquel o mezclas de los mismos.
6. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el plástico es un polímero de
cristal líquido elegido entre el grupo constituido por un
copolímero de poliacrilato tal como copolímero de acrilato
reforzado con p-hidroxibenzoato o grupos diácido o
diol de 2,6-naftaleno; copolímero de
acrilonitrilo-butadieno-estireno,
mezclas de copolímero de
acrilonitrilo-butadieno-estireno/carbonato,
policarbonato, poli (etilenimina), poliestireno, poli
(etilétercetona) (PEC), poliétersulfona (PES), cauchos, nylon, poli
(etilentereftalato) y mezclas de los mismos.
7. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el metal que se va a
depositar del baño metálico se selecciona entre el grupo constituido
por cobre, níquel, plata, cobalto, oro, paladio, estaño y mezclas
de los mismos.
8. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa (a) también se
mezcló un agente de carga con el plástico y el catalizador.
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