JP6622712B2 - 非導電性プラスチック表面を金属化するための組成物及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、エッチング液の組成物並びに上記エッチング液を使用して物品の非導電性プラスチック表面を金属化するための方法に関する。エッチング液は安定化された酸性過マンガン酸塩溶液に基づいている。エッチング液で処理した後、物品を金属化することができる。
非導電性プラスチックから作られた物品は、無電解金属化法によって、又は代替的に直接電気めっき法により金属化することができる。両方の方法では、物品は最初に洗浄され、エッチングされる。エッチングは、典型的には、クロム硫酸を用いて行われる。エッチングは、物品の表面がその後の工程段階でそれぞれの溶液により十分に湿潤し、析出した金属が最終的に表面に対して十分に強固な付着を有するように、その後の金属化を受け入れる物品の表面を作る働きをする。
従って、本発明の課題は、調製が容易であり、長寿命を有し且つ過マンガン酸塩の消費を最小限に抑える安定な酸性の過マンガン酸塩溶液を提供することである。
これらの課題は、以下の溶液及び方法によって達成される。
(ii)過マンガン酸塩が30g/l〜250g/lの濃度でエッチング液中に存在する、アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩;及び
(iii)金属イオンの金属がチタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、銅、銀、亜鉛及びカドミウムから選択される、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む、非導電性プラスチック表面を処理するためのエッチング液。
A)非導電性プラスチック表面を処理するための少なくとも1つのエッチング液でプラスチック表面を処理する工程段階を有し、上記エッチング液は
(i)少なくとも1つの酸、
(ii)アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩、及び
(iii)金属イオンの金属がチタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、銅、銀、亜鉛及びカドミウムから選択される、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む。
A)非導電性プラスチック表面を処理するための少なくとも1つのエッチング液でプラスチック表面を処理する工程段階、上記エッチング液は、
(i)少なくとも1つの酸、
(ii)アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩、及び
(iii)金属イオンの金属がチタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、銅、銀、亜鉛及びカドミウムから選択される、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む、及び
B)プラスチック表面を金属化溶液で金属化する工程段階
を有する。
本発明のエッチング液は、少なくとも1つの酸、アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩、及び少なくとも1つの(iii)による金属イオンの供給源を含む。
式(2):4MnO4 −+2H2O→4MnO2+3O2+4OH−
A)非導電性プラスチック表面を処理するための少なくとも1つのエッチング液でプラスチック表面を処理する工程を有し、上記エッチング液は
(i)少なくとも1つの酸、
(ii)アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩、及び
(iii)金属イオンの金属がチタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、銅、銀、亜鉛及びカドミウムから選択される、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む。
A)非導電性プラスチック表面を処理するための少なくとも1つのエッチング液でプラスチック表面を処理する工程段階、上記エッチング液は
(i)少なくとも1つの酸、
(ii)アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩、及び
(iii)金属イオンの金属がチタン、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、銅、銀、亜鉛及びカドミウムから選択される、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む、及び
B)プラスチック表面を金属化溶液で金属化する工程段階。
前処理段階:少なくとも1つのグリコール化合物を含む水性溶液中でプラスチック表面を処理すること。
nは1〜4の整数であり;且つ
R1及びR2はそれぞれ独立して、−H、−CH3、−CH2−CH3、−CH2−CH2−CH3、−CH(CH3)−CH3、−CH2−CH2−CH2−CH3、−CH(CH3)−CH2−CH3、−CH2−CH(CH3)−CH3、−CH2−CH2−CH2−CH2−CH3、−CH(CH3)−CH2−CH2−CH3、−CH2−CH(CH3)−CH2−CH3、
−CH2−CH2−CH(CH3)−CH3、−CH(CH2−CH3)−CH2−CH3、−CH2−CH(CH2−CH3)−CH3、−CO−CH3、−CO−CH2−CH3、−CO−CH2−CH2−CH3、−CO−CH(CH3)−CH3、−CO−CH(CH3)−CH2−CH3、−CO−CH2−CH(CH3)−CH3、−CO−CH2−CH2−CH2−CH3である)
の化合物を意味すると理解される。
CH3−CO−O−CH2CH2−O−CH2CH2−O−CH2CH3 + H2O →
CH3−COOH + HO−CH2CH2−O−CH2CH2−O−CH2CH3
Ai)プラスチック表面をアルカリ性エッチング液で処理すること。
1.アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩及び
2.水酸化物イオン源
を含む。
Aii)プラスチック表面を、二酸化マンガンのための還元剤を含む溶液中で処理すること。
ラック保護:ヨウ素酸イオンを含む溶液を用いてプラスチック表面を処理すること。
予備浸漬:プラスチック表面を酸性水溶液中で処理すること。
Aiv)プラスチック表面を酸性水溶液中で処理すること、及び
Av)プラスチック表面を金属化溶液中で無電解金属化すること。
Aiv)プラスチック表面を化成溶液中で処理すること。
Aiv)プラスチック表面を硫化物含有溶液中で処理すること。
A)上記のような(iii)による金属イオンを含有する少なくとも1つの酸性のエッチング液を用いてプラスチック表面を処理すること、
Aiv)プラスチック表面を硫化物含有溶液中で処理すること、及び
B)プラスチック表面を直接電気めっきによって金属化すること。
前処理段階:プラスチック表面を、少なくとも1つのグリコール化合物を含む水溶液中で処理すること。
Ai)プラスチック表面をアルカリ性エッチング液で処理すること。
Aiii)プラスチック表面を金属イオンの供給源を含有する溶液中で処理すること。
Bi)金属化されたプラスチック表面の高温での保存。
例1:
めっきラインでは、ABS/PC−ブレンド部品(Bayblend T45PG製のMini Front Finishers)をめっきした。これを達成するために、ラインは以下の工程段階を含んでいた:25±1°Cで40%のエチルジグリコールアセテートの溶液を含有する390lのタンク(7分間の前処理段階)、70℃で100g/lの過マンガン酸ナトリウム及び10g/lの硫酸(96%)の溶液を含有する525lのタンク((iii)による金属イオンを含まない比較例の酸性エッチング液;10分間にわたる本発明の工程段階A)の代わりのエッチング段階)、25ml/lの(96%)硫酸及び30ml/lの30%過酸化水素で作られた溶液を含有する340lのタンク(40℃での工程段階Aii))、予備浸漬溶液(予備浸漬段階、周囲温度での300ml/lの36%塩酸)、活性化浴(工程段階Aiii)、コロイド状パラジウム、40mg/l、37℃、5分間)、促進剤(工程段階Aiv)、45℃で5分間のアトテック(Atotech)のAdhemax ACC1)、無電解ニッケル浴(工程段階Av)、40℃で10分間のアトテックのAdhemax Ni LFS)、続いて70分間の銅電気めっき段階(アトテック製のCupracid HT、3.5 A/dm2、室温;工程段階B))。全段階の間に、プラスチック表面を水で2回濯いで洗浄し、溶液がその後の処理浴中に引き込まれるのを防止した。
応用実験室では、異なる組成のプラスチック部品をめっきした:ABS(Novodur P2MC)及びABS−PC−ブレンド(Bayblend T45PG)。2つの70lのタンクを使用し、これらのタンクはABS−PCの場合、25℃で40%のエチルジグリコールアセテートの溶液を含有し、ABSの場合、45℃で10%のブチルグリコール及び15%のエチルジグリコールアセテートの溶液を含有していた。ABS−PC部品を、その各溶液中で7分間前処理し、ABS部品を、その各溶液中で10分間前処理した(前処理段階)。170lのエッチングタンクは、酸性の過マンガン酸塩溶液を含有した(100g/lの過マンガン酸ナトリウム、10g/lの96%硫酸、70℃)。全てのプラスチック部品を、酸性の過マンガン酸塩溶液で10分間処理した((iii)による金属イオンのない比較例の酸性のエッチング液;本発明の工程段階A)の代わりのエッチング段階)。全ての更なる工程段階は、既に記載された例1と同じであるが、わずか70lのより小さな容量である。
生産ラインでは、ABSプラスチック基板をめっきした。これを達成するために、3500lのタンクに10%のブチルグリコールと15%のエチルジグリコールアセテートの溶液を充填し、45℃に保持し、その中で基板を処理した(10分間の前処理段階)。水による一濯ぎ段階の後、プラスチック基板を、100g/lの過マンガン酸ナトリウム及び10g/lの硫酸の溶液を70℃で保持する4800lのタンク中で10分間処理した((iii)による金属イオンのない比較例の酸性エッチング液;本発明の工程段階A)の代わりのエッチング段階)。このタンクを、ラメラ清澄(350リットル容量)に接続して、溶液からスラッジを分離した。1回濯いだ後、プラスチック基板を、60℃でアルカリ性過マンガン酸塩溶液(30g/lのNaMnO4及び20g/lのNaOH)中で10分間処理した;工程段階A°i))。次にプラスチック表面を、酸性の過酸化水素を用いて二酸化マンガンから洗浄した(40℃で25ml/lの96%硫酸及び30ml/lの30%過酸化水素;工程段階Aii))。続いて、プラスチック基板を、例1に記載されたように予備浸漬し(予備浸漬段階)、45℃でパラジウムコロイド(100mg/lのパラジウム、NeoLink Activator、アトテックの製品)中で活性化した(工程段階Aiii))。析出したパラジウムコロイドの導電層を得るために、基板を銅イオンに基づく化成溶液(アトテック製のNeoLink、工程段階Aiv))中に55℃で3分間浸漬した。全ての基板を、銅電気めっき浴(アトテック製のCupracid Ultra、工程段階B))に20℃で60分間導入し且つ3.5A/dm2の電流を適用することによって銅めっきした。
前述の例で示すように、本発明の酸性エッチング液の過マンガン酸塩は、主にプラスチック基板の表面をエッチングするために消費される。その結果、二酸化マンガンが形成され、これがエッチング液中に分離する。酸の存在下で、二酸化マンガンは水の酸化を触媒し、より多くの二酸化マンガンが生成する。このプロセスでは、酸素が遊離される。そのため、発生した酸素は、過マンガン酸塩の分解反応の指標である。
エッチングされたプラスチック表面上に析出した金属層の付着強度
4つのABS/PC−ブレンド部品(Bayblend T45PGで作られたMini Front Finishers)を、25±1℃で40%エチルジアセテート溶液の溶液中に7分間浸漬した(前処理段階)。全ての部品を、1分間流水で濯いだ。続いて、部品1及び部品3を、100g/lの過マンガン酸ナトリウム及び10g/lの96%硫酸((iii)による金属イオンを含まない比較例の酸性エッチング液)の浴に10分間導入した;本発明の工程段階A)の代わりのエッチング段階)。一方、部品2及び部品4を100g/lの過マンガン酸ナトリウム、10g/lの96%硫酸及び20g/lの硫酸銅五水和物の浴中に浸漬し、これを70℃で維持した(本発明の酸性のエッチング液;工程段階A))。その後、部品3及び部品4に更なるエッチングを、60℃でアルカリ性過マンガン酸塩溶液(30g/lのNaMnO4及び20g/lのNaOH)中で10分間施した;工程段階A°i)。
15cm×5cm×0.3cmの寸法を有するABS(Novodur P2MC)で作られたパネルを、15%ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート及び10%エチレングリコールモノブチルエーテルの溶液中に45℃で10分間浸漬した(予備処理段階)。溶液を、リン酸カリウム緩衝液を用いてpH7に調整した。パネルを冷水で濯ぎ、その後、100g/lの過マンガン酸ナトリウム及び10g/lの96%硫酸及び10g/lの硫酸銅五水和物の浴中に浸漬し、これを70℃で10分間維持した(本発明の酸性のエッチング液;工程段階A))。更なる濯ぎ段階の後、導電層を得るために、パネルを、5g/lの硫化ナトリウムの溶液中に40℃で3分間浸漬した(工程段階Aiv))。パネル表面の色は暗褐色から黄色ベージュに変化した。続いて、パネルをワットニッケル電気めっき浴に付し、電流源に電気接続した。パネルとアノードとの間の電圧を3.5Vに調整した。パネルをニッケルで6分間電気めっきし(工程段階B))、濯いだ。その後、パネルを、3.5A/dm2の電流をかけることによって酸性の銅浴(Cupracid 210、アトテックドイツ社(Atotech Deutschland GmbH)の製品)中で、20℃で60分間、銅で電気めっきした(工程段階B))。ニッケル層と銅層は、パネル表面を完全に被覆し、全く欠陥がなかった。
例6を、例6で使用したパネルと同じ寸法を有するABS/PC(Bayblend T45)で作られたパネルを使用して繰り返した。銅層の析出後、ABS/PCパネルを70℃で60分間保存した(工程段階Bi))。続いて、ニッケルと銅の析出した層スタックの付着強度を、例5に記載したように測定した。付着強度は0.7N/mm〜0.9N/mmmであった。
15cm×5cm×0.3cmの寸法を有するABS(Polylac 727、Chi Mei Corp.の製品)で作られたパネルを、40体積%のジエチレングリコールエチルエーテルアセテートの溶液中に22℃で10分間浸漬した(前処理段階)。その後、パネルを、例6に記載したように、硫化物溶液で処理し、ニッケルと銅を用いて電気めっきした。続いて、ニッケルと銅の析出した層スタックの付着強度を、例5に記載したように測定した。付着強度は0.8N/mm〜1.1N/mmであった。
HFPとVDFのコポリマーで作られたチュービングの部品(Viton、DuPontの製品)を、PVCコーティングされた保持ラックの接点上に被せた(前処理段階より前の工程段階)。チュービングは金属接点とPVCコートと間の接合部を覆った。めっきされるべき物品を固定するために使用される金属接点の一部がチュービングのないままであった。チュービング部品は、約5mmの長さを有していた。この例の場合、特に強いラック金属化傾向を有する古い保持ラックを選んだ。ABSモールディングを、保持ラックの接点に固定した。モールディング及びラックを例6に記載したように処理した。ABSモールディングを、ニッケル層と銅層で欠陥なく完全に被覆したが、ラックは金属析出物を含まなかった。
4つのABSモールディング(Polylac 727で作られたバルブキャップ、Shimei Corp.の製品)を、15%ジエチレングリコールエチルエーテルアセテート及び10%エチレングリコールモノブチルエーテルの溶液中に45℃で2分間浸漬した(前処理段階)。溶液を、リン酸カリウム緩衝液を用いてpH7に調整した。その後、モールディングを冷水で完全に濯いだ。
過マンガン酸塩濃度の変化と共に酸性の過マンガン酸塩溶液中に生成した酸素の量を、(iii)による金属イオンの不在下及び存在下で例4に記載したように測定した。過マンガン酸塩溶液の成分の濃度及び測定結果を、表5にまとめ、図3に示す。
酸性過マンガン酸塩溶液中に生成した酸素の量を、(iii)による金属イオンの不在下及び存在下で(本発明による)並びに(iii)による金属イオンとは異なる金属イオンの存在下で(比較例)、例4に記載したように測定した。過マンガン酸塩溶液の成分の濃度と測定結果を表6にまとめ、図4に示した。
Claims (14)
- 非導電性プラスチック表面を処理するためのエッチング液であって、
(i)少なくとも1つの酸の濃度が一塩基酸を基準として0.02〜0.6モル/lの範囲である、少なくとも1つの酸;及び
(ii)過マンガン酸塩が30g/l〜250g/lの濃度でエッチング液中に存在する、アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩;及び
(iii)金属イオンの金属が銅である、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む、前記エッチング液。 - (iii)による金属イオンの濃度が1ミリモル/l〜1モル/lの範囲であることを特徴とする、請求項1に記載のエッチング液。
- (ii)による過マンガン酸塩イオン対(iii)による金属イオンのモル比が5:1〜40:1の範囲であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のエッチング液。
- 物品の非導電性プラスチック表面のエッチング法であって、以下の工程段階:
A)非導電性プラスチック表面を処理するための少なくとも1つのエッチング液でプラスチック表面を処理する工程段階を有し、前記エッチング液が
(i)少なくとも1つの酸の濃度が一塩基酸を基準として0.02〜0.6モル/lの範囲である、少なくとも1つの酸、
(ii)過マンガン酸塩が30g/l〜250g/lの濃度でエッチング液中に存在する、アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩、及び
(iii)金属イオンの金属が銅である、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む、前記エッチング法。 - 物品の非導電性プラスチック表面の金属化法であって、以下の工程段階:
A)非導電性プラスチック表面を処理するための少なくとも1つのエッチング液でプラスチック表面を処理する工程段階、前記エッチング液は
(i)少なくとも1つの酸の濃度が一塩基酸を基準として0.02〜0.6モル/lの範囲である、少なくとも1つの酸、
(ii)過マンガン酸塩が30g/l〜250g/lの濃度でエッチング液中に存在する、アルカリ金属過マンガン酸塩及びアルカリ土類金属過マンガン酸塩から選択される少なくとも1つの過マンガン酸塩、及び
(iii)金属イオンの金属が銅である、金属イオンの少なくとも1つの供給源
を含む、及び
B)プラスチック表面を金属化溶液で金属化する工程段階
を有する、前記金属化法。 - 工程段階A)に先立って、以下の更なる工程段階:
前処理段階:少なくとも1つのグリコール化合物を含む水性溶液中でプラスチック表面を処理すること
を実施することを特徴とする、請求項5に記載の方法。 - 少なくとも1つのグリコール化合物が、以下の一般式(I)
nは1〜4の整数であり;且つ
R1及びR2はそれぞれ独立して、−H、−CH3、−CH2−CH3、−CH2−CH2−CH3、−CH(CH3)−CH3、−CH2−CH2−CH2−CH3、−CH(CH3)−CH2−CH3、−CH2−CH(CH3)−CH3、−CH2−CH2−CH2−CH2−CH3、−CH(CH3)−CH2−CH2−CH3、−CH2−CH(CH3)−CH2−CH3、−CH2−CH2−CH(CH3)−CH3、−CH(CH2−CH3)−CH2−CH3、−CH2−CH(CH2−CH3)−CH3、−CO−CH3、−CO−CH2−CH3、−CO−CH2−CH2−CH3、−CO−CH(CH3)−CH3、−CO−CH(CH3)−CH2−CH3、−CO−CH2−CH(CH3)−CH3、−CO−CH2−CH2−CH2−CH3である)
の化合物から選択されることを特徴とする、請求項6に記載の方法。 - プラスチック表面が、少なくとも1つの非導電性プラスチックから製造されており且つ前記少なくとも1つの非導電性プラスチックが、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー、ポリアミド、ポリカーボネート及びアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマーと少なくとも1つの更なるポリマーとの混合物を含む群から選択されることを特徴とする、請求項4から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 以下の更なる工程段階:
Ai)プラスチック表面を、アルカリ性エッチング液で処理すること
を工程段階A)の後に実施し、且つ、工程段階B)を実施する場合、工程段階B)の前に実施することを特徴とする、請求項4から8までのいずれか1項に記載の方法。 - 以下の更なる工程段階:
Aii)プラスチック表面を、二酸化マンガンのための還元剤を含む溶液中で処理すること
を工程段階A)の後に実施し、且つ、工程段階B)を実施する場合、工程段階B)の前に実施することを特徴とする、請求項4から9までのいずれか1項に記載の方法。 - 以下の更なる工程段階:
Aiii)プラスチック表面を、金属コロイドの溶液又は金属の化合物の溶液で処理すること
を工程段階A)と工程段階B)との間に実施し、前記金属が、元素の周期表の第I族の遷移金属及び元素の周期表の第VIII族の遷移金属から選択されることを特徴とする、請求項5から10までのいずれか1項に記載の方法。 - 以下の更なる工程段階:
Aiv)プラスチック表面を化成溶液中で処理すること
を工程段階A)と工程段階B)との間に実施することを特徴とする、請求項5から11までのいずれか1項に記載の方法。 - 以下の代替的な工程段階:
Aiv)プラスチック表面を、硫化物含有溶液中で処理すること
を工程段階A)と工程段階B)との間に実施することを特徴とする、請求項5から12までのいずれか1項に記載の方法。 - 以下の工程段階:
少なくとも1つのエッチング液によってエッチングされていないプラスチック材料のストライプをラックのプラスチックコート上に被せること
を工程段階A)の前に実施し、前記ラックが非導電性プラスチック表面を有する物品を保持することを特徴とする、請求項5から13までのいずれか1項に記載の方法。
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