JP2018513267A - プラスチックにめっきするプロセスにおいてクロムフリーエッチングを使用する際のラックのための阻害剤組成物 - Google Patents

プラスチックにめっきするプロセスにおいてクロムフリーエッチングを使用する際のラックのための阻害剤組成物 Download PDF

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Abstract

本発明は、ラック領域の絶縁表面の阻害のための方法および、ポリマー表面へのエレクトロケミカル金属めっきの阻害のための水性阻害組成物に関し、前記阻害組成物は、少なくとも一つの硫黄原子及び少なくとも一つの窒素原子を有する化合物から選択される阻害剤を含む。本発明の阻害組成物は、無クロムエッチングがプラスチックへのめっきプロセスに使用される際、ラックの絶縁領域への意図しない金属化を妨げるための解決策を提供することができる。

Description

本発明は、クロムフリーエッチングが使用されるプラスチックのめっきプロセスにおいて、ラックのポリマー系隔離部のめっき防止のための阻害剤組成物に関する。さらに、本発明は、クロムフリーエッチングが使用されるプラスチックのめっきプロセスにおいて、ラックのめっき阻害のための方法に関する。
装飾的又は技術的目的のため、銅、ニッケル、又はクロムのような金属でエレクトロケミカルめっきプロセスによりプラスチック部品の表面を被覆する表面技術は公知である。
エレクトロケミカル法でめっきされる部品は、通常、ラック上に固定され、電気的に接触される。前記電気めっきを確実に行うには前記ラックからそれぞれの部品への電流フローが必要なため、前記接触部は純金属によって形成されている。しかしながら、前記ラックの残りの部分が金属めっきされるのを防止するため、前記ラックの残りの部分、即ち、前記めっきされる部品との接触部として使用されない前記ラック上の領域は、通常、不活性ポリマーにより絶縁されている。上述のように、前記ラック絶縁部の表面は、しばしば、めっきされる前記部品の表面とは異なるポリマーで形成されている。それにも関わらず、意図的ではなく前記ラック絶縁ポリマーがめっきされる可能性がある。一般的に、そのような意図的ではないラックのめっきは、不合格品や消費コストの上昇を招く。したがって、めっきプロセス後に前記ラックの絶縁部上のめっき金属を取り除く必要があるか、又は前記ラックの前記絶縁領域上への金属めっきを阻害する必要がある。前述の第一の方法はストリッピングと呼ばれる。しかし、めっきプロセスが終了し、かつ、めっきされた部品が前記ラックから取り除かれた後に前記ラックの絶縁領域全体をストリッピングするのはあまり効果的ではなく、よって、経済的ではない。したがって、前述の第二の方法は、はるかにより効果的である。前記エレクトロケミカルめっきプロセスにおいて、前記めっきされる部品のエッチング剤であって、クロム酸を含むエッチング剤が使用されると、前記クロム酸エッチングにより前記絶縁ラック部品は阻害される。前記クロム酸は、前記ラックの絶縁領域において、その後のエレクトロケミカルめっき工程で毒として作用し、前記絶縁されたラック領域のさらなる阻害は必要とされない。
しかし、クロム酸及びクロム酸含有エッチング剤の使用は、大変有害であると広く考えられており、また、クロム酸は、高懸念物質(SVHC)のREACHリストに含まれている。したがって、その将来的な使用は、管理上及び公式認証の高い負担から高価であると考えられており、また、環境に対して有害であるとも考えられている。
したがって、前記クロム酸エッチング剤を避け、エレクトロケミカルめっきされるプラスチック部品をエッチングする代替法が開発されている。
例えば、最近、金属でエレクトロケミカルめっきされるプラスチック部品をエッチングする公知の技術として、マンガン化合物が様々な種類の強酸と組み合わされたマンガン系エッチング組成物の使用がある。
しかしながら、前記エッチングの代替法の使用は、前記ラックの絶縁領域の阻害が前記クロム系エッチング法で起こったようには起こらないという問題を抱える。したがって、前記ラックの絶縁領域が前記プラスチック部品とともに金属めっきされてしまうか、又は、プラスチックへのエレクトロケミカルめっきにおいて無クロムエッチングが経済的に作用するために前記ラック領域のめっき阻害を達成する他の方法を見つける必要がある。
したがって、他の態様の中でも、本発明の目的は、クロムフリーエッチング剤がプロセス中で使用される際、プラスチックのエレクトロケミカルめっきにおいてラックの絶縁領域のめっき阻害のための組成物を提供することである。更に、本発明の態様は、無クロム含有エッチング剤が使用されるプラスチックに対するエレクトロケミカルめっきプロセスのための、絶縁されたラック領域のめっき阻害のための方法を提供することである。
驚くべきことに、前記組成物に関する本発明の目的は、独立請求項1に記載の水性阻害組成物により解決することができる。
独立請求項1により、絶縁表面へのエレクトロケミカル金属めっきの阻害のための水性阻害組成物が提供され、前記阻害組成物は、1つ以上の硫黄原子及び1つ以上の窒素原子を含有する阻害剤を含む。
本発明により提供された水性阻害組成物は、例えば、エレクトロケミカルめっきされる部品を保持するラックのポリマー系絶縁表面領域への金属めっきを確実に阻害することができる。
本発明の水性阻害組成物の使用により、めっき後に前記ラックの絶縁領域をストリッピングする手順が回避されるため、プラスチックに対するめっきプロセスが向上される。無クロムエッチング溶液を使用するために、より環境に優しい代替法の経済的な実施にあたってめっき浴及びストリッピングを再調整するコストを避けるために前記絶縁されたラック領域の阻害がまさに提供される。統計的には、前記絶縁されたラック領域がめっきされる部品の表面の約2倍のサイズの表面を有する背景があることから、意図的にめっきされる部品とともに前記絶縁されたラック領域がめっきされることを阻害するための溶液がない限り、それらラック領域をめっきし、前記めっきプロセス後にそれらを再びストリッピングすることは、産業的アプローチでの全ての無クロムエッチング代替法をほとんど不可能にすると想像できる。したがって、無クロムエッチング剤を使用したそのようなプラスチックのめっき方法のための阻害組成物を提供する本発明により、産業的スケールでの一般的実施が大幅に向上される。
驚くことに、同じ化合物中に少なくとも一つの窒素原子及び少なくとも一つの硫黄原子を含有する阻害剤を含む阻害組成物を使用することにより、前記絶縁されたラック領域の表面のめっきの阻害が、容易に行われ、かつ、環境に優しい手法で達成させることがわかった。本発明の組成物によって、前記ラックが、めっきされる部品が設置される前又は後においても、また、めっきプロセスのエッチング工程前に、前記ラックを前記阻害組成物に含浸することができることがわかった。そのようなシンプルな取扱は、現存するプラスチックめっき工場に容易に取り入れられることができる。
本発明の組成物の前記阻害剤は、一つ以上の硫黄原子に加えて、一つ以上の窒素原子を含有する様々な化合物から選択することができる。そのような化合物は、チオカルバメート、チオセミカルバジド、チオウレア、窒素含有ジスルフィド、窒素原子及び硫黄原子を含む複素環式化合物、及びチオシアン酸塩を含む。一つ以上の窒素含有ジスルフィドの例は、ビス(ジメチルチオカルバモイル)ジスルフィド、(チラム)ビス(ジエチルチオカルバモイル)ジスルフィド等を含む。チオシアン酸塩の例は、チオシアン酸ナトリウム及びチオシアン酸カリウムを含む。窒素及び硫黄原子を含む複素環式化合物の例は、チアゾール、チアゾリン、及びチアゾリジンである。
本発明の実施形態によると、前記水性阻害組成物中に含まれる前記阻害剤は、式Iで表される少なくとも一つの化合物であり、前記化合物は硫黄原子及び窒素原子を含む。
式(I)中、Rは、互いに独立して、H、或いは、分岐又は無分岐のCからC13のアルキル基、アルケニル基、又はアリール基であり、及び、Yは、XR、NR 、又はN(H)NR であり、前記式中、XはO又はSであり、及び、R、R、及びRは、互いに独立して、H、アルカリ金属、或いは、分岐又は無分岐のCからC13のアルキル基、アルケニル基、又はアリール基である。そのような化合物の例は、チオウレア類、チオカルバメート類、及びチオセミカルバジド類を含む。
式(I)で表される前記チオカルバメート類の例は、ジメチルジチオカルバミン酸、ジエチルジチオカルバミン酸、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム水和物、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物等を含む。式(I)で表される前記チオセミカルバジド類の例は、4,4−ジメチル−3−チオセミカルバジド、及び4,4−ジエチル−3−チオセミカルバジドを含む。
本発明の他の実施形態によると、前記阻害剤は、チオウレア類から選択されてもよい。
本発明で使用されてもよい前記チオウレア化合物は、以下の式から特徴付けられてもよい。
式(II)中、Rは、互いに独立して、水素、又は、アルキル、シクロアルキル、アルケニル又はアリール基である。前記アルキル、シクロアルキル、アルケニル及びアリール基は、10までの、または10以上の炭素原子及び、水酸、アミノ及び/又はハロゲン基などの置換基を含んでいてもよい。前記アルキル及びアルケニル基は、直鎖であっても又は分岐鎖であってもよい。本発明で使用される前記チオウレア類は、チオウレア、又はチオウレアの同族体、様々な公知の誘導体、又は類似物を含む。前記チオウレア類の例は、チオウレア、1,3−ジメチル−2−チオウレア、1,3−ジブチル−2−チオウレア、1,3−ジデシル−2−チオウレア、1,3−ジエチル−2−チオウレア、1,1−ジエチル−2−チオウレア、1,3−ジヘプチル−2−チオウレア、1,1−ジフェニル−2チオウレア、1−エチル−1−(1−ナフチル)−2−チオウレア、1−エチル−1−フェニル−2−チオウレア、1−エチル−3−フェニル−2−チオウレア、1−フェニル−2−チオウレア、1,3−ジフェニル−2−チオウレア、1,1,3,3−テトラメチル−2−チオウレア、1−アリル−2−チオウレア、3−アリル−1,1−ジエチル−2−チオウレア、及び1−メチル−3−ヒドロキシエチル−2−チオウレア、2,4−ジチオビウレット、2,4,6−トリチオビウレット、イソチオウレアのアルコキシエーテル、ヒドロキシエタノールアリルチオウレア、n−アリルチオウレア,、ヒドロキシエチルチオウレア等を含む。
本発明の他の実施形態によると、前記阻害組成物は、2及び13間のpH値を有する。したがって、適正なpH値を達成するような濃度で前記阻害剤を前記水性阻害組成物中に含むことができる。本発明において、前記pH値は実際のpH値として測定され、前記pH値は、ガラス電極を使用して高アルカリ溶液のpH値を測定することによって起こるアルカリ不良のような、計測不良に影響されることはない。
本発明の他の実施形態によると、前記阻害剤は、前記組成物中において、≧0.10g/lから≦100g/lの間、好ましくは≧1g/l及び≦10g/lの間の範囲の濃度で含まれることができる。
本発明の他の実施形態によると、前記阻害組成物は、少なくとも一つの緩衝剤を更に含んでいてもよい。本発明の組成物において緩衝剤として使用されてもよい化合物は、リン酸塩、リン酸水素塩、ホウ酸塩、エチレンアミン又はエチレンアミンと強酸(例えば、塩酸又は硫酸)との付加物(例えば、エタノールアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレントリアミン)、又はカルボン酸塩(例えば、ギ酸カリウム、酢酸ナトリウム、酒石酸ナトリウムカリウム、又はクエン酸アンモニウム)であってもよい。
前記組成物の優れた長期間の性能寿命を達成するために、前記製造ラインにおいて、上述のように、前記組成物のpH値を安定化することができる。
本発明の他の実施形態によると、本発明の阻害組成物は、前記阻害剤化合物の前記組成物での溶解性を上昇させる剤を更に含んでいてもよい。
そのような剤は公知であり、例えば、共溶媒、ヒドロトロープのような共溶質、塩形成剤、沈殿抑制剤、複合体ビルダー、pH調整剤、及び界面活性剤のような剤の中から選択することができる。
上述のように、前記水性組成物中での前記阻害剤の高濃度化が達成される程、前記阻害剤組成物の更なる効率化につながる。例えば、前記ポリマーラック領域へのより良い阻害剤の負荷により、より短い含浸時間で、又はより効果的な阻害が達成される。
本発明の他の実施形態によると、前記阻害組成物は、ラック絶縁のポリマーのための膨潤剤を更に含んでいてもよい。
そのような剤は公知であり、また、例えば、芳香族及び脂肪族塩素化溶剤、芳香族炭化水素類、グリコールエーテル類、ケトン類、及びアルデヒド類から選択することができる。
前記ラックの前記絶縁ポリマーの膨潤によって、前記阻害剤化合物のより良い吸収が達成される。したがって、溶解性増強剤を使用した時と同じ効果を得ることができる。
本発明の他の実施形態によると、本発明の阻害組成物は、水に、好ましくは脱イオン水に、既に混合された溶液の形態で使用者に提供されてもよい。あるいは、輸送費を削減するため、前記成分は、濃縮物として輸送されてもよい。
独立請求項10に規定されたように、本発明は、更に、ラック領域の絶縁表面へのエレクトロケミカル金属めっきを阻害する方法に関する。したがって、ラック領域の絶縁表面へのエレクトロケミカル金属めっきを阻害する方法が提供され、前記方法は、後続するエレクトロケミカル金属めっきプロセスから阻害されるべき前記絶縁表面を本発明の阻害組成物と接触させる工程を含む。
本発明の方法は、公知のプラスチックへのめっきプロセスにおいて容易に実施できるという利点がある。前記ラックの前記絶縁領域の阻害を行う工程を実施するのに最適なラインは、めっきされる部品を運ぶためにすでに使用された前記ラックが解体され、前記めっきされた部品が取り除かれた時のラインである。その後、前記ラックの絶縁されていない接続領域で前記金属めっきを除く前記ラックのストリッピングプロセスがされる。このストリッピングプロセスにおいて、前記ラックの前記絶縁領域の阻害の工程が次のように使用される。
例えば、本発明の方法による前記ラックのストリッピング及び前洗浄の全プロセスは、下記の一連の工程を含む。
a)ラックホックのストリッピング工程;
b)一つ以上の洗浄工程;
c)本発明の阻害組成物を使用した阻害工程;
d)任意の一つ以上の洗浄工程;
e)乾燥工程;
f)めっきされる新しい部品とのラック組み立て工程;
g)酸又はアルカリクリーニング工程;及び
h)一つ以上の洗浄工程。
他の例において、本発明の方法による前記ラックのストリッピング及び前洗浄の全プロセスは、下記の一連の工程を含む。
a’)ラックホックのストリッピング工程
b’)一つ以上の洗浄工程;
c’)乾燥工程;
d’)めっきされる新しい部品とのラック組み立て工程;
e’)酸又はアルカリクリーニング工程;
f’)本発明の阻害組成物を使用した阻害工程;及び
g’)任意の一つ以上の洗浄工程。
言い換えると、本発明の方法の一実施態様によると、前記表面を前記阻害組成物に接触させる工程は、プラスチック部品に金属をエレクトロケミカルめっきする前回操作で前記ラックの接触領域にめっきされた金属から、前記ラックをストリッピングするプロセスラインに含まれる。このストリッピングプロセスにおいて、本発明による前記阻害工程は、めっきされる新しい部品が前記ラックに載せられる前記ラックの組み立て工程の前又は後であっても、行うことができる。上述のように、現存するプロセスでの実施は、大変多用である。
上述の他のストリッピング及び前洗浄プロセスによると、e’)及びf’)工程を一つのプロセス工程に組み合わせることが可能である。即ち、前記酸又はアルカリクリーニング工程は、本発明の阻害組成物を使用した前記阻害工程と同時に行うことができる。上述のように、本発明の阻害により前記プロセス時間を大幅に短くすることができる。
前記ストリッピングプロセスに続いて行われるプラスチックへのエレクトロケミカル金属めっきの公知のプロセス方法の一例は、以下のようにまとめることができる。
I)エッチング工程;
II)一つ以上の洗浄工程;
III)中和工程;
IV)HCl含浸工程;
V)パラジウム活性化工程;
VI)一つ以上の洗浄工程;
VII)促進剤又は導電工程;
VIII)一つ以上の洗浄工程;
IX)無電解ニッケル又は銅めっき工程、又は、任意の、電解銅又はニッケル析出工程;及び
X)任意の最終金属層又は合金の付与工程。
前記エッチングI)工程において、前記公知のクロム酸エッチング剤の代替品を使用することができる。そのような代替品の一例は、マンガン系エッチング剤である。そのようなエッチング剤は、例えば、US特許番号US8603352号、PCT特許出願公開番号WO2013163316A2号、又はPCT特許出願公開番号WO2013112268A2号に記載されている。
X)工程において、付与される前記最終金属又は合金層は、例えば、銅、ニッケル、クロム、錫、亜鉛、鉄、コバルト、銀、パラジウム、金、及びこれらの組み合わせから選択することができる。
本発明に関する前記ラックの絶縁領域の阻害の工程を含むの他の一連の工程において、ストリッピングシーケンスは、以下の工程を含むことができる。
i)本発明の阻害組成物を使用した阻害工程と組み合わされたラックホックストリッピング工程;
ii)一つ以上の洗浄工程;
iii)乾燥工程;
iv)めっきされる新しい部品とのラック組み立て工程;
v)酸又はアルカリクリーニング工程;及び
vi)一つ以上の洗浄工程。
言い換えると、本発明の方法の他の実施形態において、前記表面を前記阻害組成物と接触させる工程は、前記ラックをストリッピングする工程と一つのプロセス工程に組み合わされる。上述のように、より短いプロセス時間を達成することができる。
本発明の方法の好ましい実施形態において、前記阻害される表面は、≧10℃及び≦100℃の間の範囲の温度、好ましくは、≧40℃及び≦70℃の間の範囲の温度で前記阻害組成物と接触させられる。
一般的な経験則で、前記阻害効果は、阻害工程における前記阻害組成物の温度が上昇するにつれて向上することがわかっている。しかし、室温ででも、産業的スケールにおいての前記工程の実施の点で十分に短い含浸時間であっても通常高い効率で前記絶縁されたラック領域の阻害は行われる。
本発明の方法によると、前記阻害される表面は、≦90分の時間、好ましくは、≦10分及び≧10秒の間の時間で前記阻害組成物を接触させられてもよい。
本発明の阻害組成物同様、本発明の方法は、PVC、プラスチゾル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、PTFE、Halar(登録商標)(ECTFE,即ち、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体)、部分ハロゲン化ポリマー、特に部分フッ素化ポリマー等から選択されるポリマー表面のエレクトロケミカル金属めっきを阻害するのに使用されてもよい。
その後行われる金属めっきから阻害される前記表面と本発明の水性阻害組成物を接触させるため、前記表面は本発明の阻害組成物中に含浸されてもよく、又は前記組成物は、スプレーノズル等の適当な手段により阻害される前記表面上にスプレーされてもよい。接触後、前記表面は、脱イオン水又は水道水で洗浄されてもよい。
その後行われる金属めっきから阻害される前記表面が、前記表面を本発明の阻害組成物に含浸することにより前記阻害組成物に接触させる時、前記阻害剤のより均一な分配のため、撹拌手段の使用が包含されていてもよい。
本発明は更に下記の実施例によって説明される。本発明の概念はこれら実施形態によって何ら限定されない。
実施例1(本発明による)
下記の阻害剤を1,000mlの水に添加することにより水性阻害組成物を準備する。異なる条件下、ラックホックのストリッピング工程後、かつ、プラスチック部品を設置前に、発明の水性阻害組成物を使用することによる前記ラック絶縁部における金属化の効果について下記表1に示した。参照として、異なる条件下、阻害化合物を添加することなく、前記ラックを水道水中に含浸させた。
前記表中、A=2−(メチルチオ)−2−チアゾリン;B=チオウレア;C=4−メチルチオセミカルバジド;D=チオシアン酸カリウム;E=5−メチル−2−チオウラシル;F=1−ジフェニル−2−チオウレア;G=5−メチル−2−チオヒダントイン;H=HEAT(ヒドロキシエチル−アリルチオウレア)。
実施例2(本発明による)
下記の阻害剤を1,000mlの前洗浄剤に添加し、水性阻害組成物を準備する。異なる条件において、金属化されるプラスチック部品を設置後、前記水性阻害組成物を使用することによる前記ラック絶縁部にける金属化の影響を下記表2に示した。参照として、前記阻害化合物を添加することなく、前述と同様の前洗浄剤に前記ラックを異なる条件で含浸した。
前記表中、A=2−(メチルチオ)−2−チアゾリン;B=チオウレア;C=4−メチルチオセミカルバジド;D=チオシアン酸カリウム;E=5−メチル−2−チオウラシル;F=1−ジフェニル−2−チオウレア;G=5−メチル−2−チオヒダントイン;H=HEAT(ヒドロキシエチル−アリルチオウレア)。

Claims (15)

  1. ポリマー表面へのエレクトロケミカル金属めっきの阻害のための水性阻害組成物であって、
    少なくとも一つの硫黄原子及び少なくとも一つの窒素原子を有する化合物から選択される阻害剤を含むことを特徴とする水性阻害組成物。
  2. 前記阻害剤が、式Iで表される少なくとも一つである請求項1に記載の阻害組成物。
    式(I)中、Rは、互いに独立して、H、或いは、分岐又は無分岐のCからC13のアルキル基、アルケニル基、又はアリール基であり、及び、Yは、XR、NR 、又はN(H)NR であり、前記式中、XはO又はSであり、及び、R、R、及びRは、互いに独立して、H、アルカリ金属、或いは、分岐又は無分岐のCからC13のアルキル基、アルケニル基、又はアリール基である。
  3. 前記阻害剤が、チオウレア類、チオカルバメート類、及びチオセミカルバジド類から選択される請求項1に記載の阻害組成物。
  4. 前記阻害剤が、チオウレアである請求項3に記載の阻害組成物。
  5. 前記組成物が、2から13の間のpH値を有する請求項1に記載の阻害組成物。
  6. 前記阻害剤が、≧0.1g/l及び≦100g/lの間の範囲の濃度で、好ましくは≧1g/l及び≦10g/lの間の範囲の濃度で含まれる請求項1に記載の阻害組成物。
  7. 少なくとも一つの緩衝剤を更に含む請求項1に記載の阻害組成物。
  8. 前記阻害剤化合物の前記組成物での溶解性を上昇させる剤を更に含む請求項1に記載の阻害組成物。
  9. 前記ラック絶縁のポリマーのための膨潤剤を一つ以上更に含む請求項1に記載の阻害組成物。
  10. ラック領域の絶縁表面の阻害のための方法であって、
    前記表面を、請求項1から9のいずれかに記載の水性阻害組成物と接触させる工程
    を含むことを特徴とする方法。
  11. 前記表面を前記阻害組成物と接触させる工程が、プラスチックへめっきを行うラインにおけるエッチングプロセス工程の前のプロセスラインに含まれる請求項10に記載の方法。
  12. 前記表面を前記阻害組成物と接触させる工程が、ラックをストリッピングする工程と一つのプロセス工程に組み合わされる、又は、前記表面を前記阻害組成物と接触させる工程が、エッチング工程前の前洗浄工程と一つのプロセス工程に組み合わされる請求項10に記載の方法。
  13. 前記表面が、≧10℃及び≦100℃の間の範囲の温度、好ましくは、≧40℃及び≦70℃の間の範囲の温度で、前記阻害組成物と接触される請求項10に記載の方法。
  14. 前記表面が、≦90分の時間、好ましくは、≦10分及び≧10秒の間の時間、前記阻害組成物と接触される請求項10に記載の方法。
  15. 前記ラックの前記絶縁領域上の絶縁体が、PVC、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、PTFE、ECTFE、及び部分ハロゲン化ポリマー、特に部分フッ素化ポリマーから選択されるポリマーである請求項10に記載の方法。
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