JPWO2018220946A1 - 樹脂表面の多段エッチング方法およびこれを利用した樹脂へのめっき方法 - Google Patents

樹脂表面の多段エッチング方法およびこれを利用した樹脂へのめっき方法 Download PDF

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Abstract

樹脂表面をエッチングするにあたり、樹脂の膨潤工程を行わず、以下の工程(a)および(b)、(a)酸化剤を含有する溶液で処理し、樹脂表面に酸化剤を吸着させる工程(b)工程(a)で樹脂表面に吸着した酸化剤を活性化させる工程を1セットとし、これを2セット以上行うことを特徴とする樹脂表面のエッチング方法により、クロム酸を用いない樹脂のエッチング技術であって、工業的なレベルで運用できる新たな技術を提供する。

Description

本発明は、樹脂表面の多段エッチング方法およびこれを利用した樹脂へのめっき方法に関する。
従来、プラスチック表面にめっきにより金属化処理を施す場合は、プラスチック表面とめっき皮膜との密着性を高めるために、めっき処理前にプラスチック表面をクロム酸と硫酸の混合液により粗化するエッチング処理を行うことが知られている。
しかし、上記エッチング処理では、有害な6価クロムを用いて60℃以上の高温で作業するために、作業環境が悪くなり、またその廃水処理にも注意が必要であるという問題があった。
また、近年では、過マンガン酸を用いてプラスチックの表面をエッチングする技術も報告されているが(特許文献1)、使用条件によっては過マンガン酸が速やかに分解することがあり、工業的に使用するには問題がある場合があった。
その後、上記過マンガン酸を用いたエッチング液の分解を抑制するために、過マンガン酸と、特定の無機酸、更にはハロゲンオキソ酸、ハロゲンオキソ酸塩、過硫酸塩、ビスマス酸塩から選ばれる1種の成分を含有させたエッチング処理用組成物も報告されているが(特許文献2)、上記成分は大量に使用するためコストが高く、やはり、これも工業的に使用するには問題があった。
また、上記過マンガン酸を用いたエッチング液の分解を抑制するために、樹脂を特定の有機化合物を含有する水分散液または水溶液で膨潤後に、過マンガン酸を含有する水溶液に接触させ、更に、酸等を含有する水溶液に接触させる技術も報告されているが(特許文献3)、膨潤工程が必須であったり、エッチング後のめっきの密着性が低いもの等があったりして、やはり、これも工業的に使用するには問題があった。
WO2005/094394号パンフレット 特許第5177426号公報 特開2007−100174号公報
本発明はクロム酸を用いない樹脂のエッチング技術であって、工業的なレベルで運用できる新たな技術を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、意外にも、樹脂の酸化剤を用いたエッチング工程を2段階に分け、更に、それを繰り返して行うことにより、樹脂の膨潤工程を行わずとも、十分に樹脂表面のエッチングができるため、それに続くめっきにより高い密着性が得られることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は樹脂表面をエッチングするにあたり、樹脂の膨潤工程を行わず、
以下の工程(a)および(b)、
(a)酸化剤を含有する溶液で処理し、樹脂表面に酸化剤を吸着させる工程
(b)工程(a)で樹脂表面に吸着した酸化剤を活性化させる工程
を1セットとし、これを2セット以上行うことを特徴とする樹脂表面のエッチング方法である。
また、本発明は樹脂をめっきするにあたり、樹脂の膨潤工程を行わず、樹脂を上記樹脂表面のエッチング方法でエッチングした後、めっきすることを特徴とする樹脂へのめっき方法である。
本発明の樹脂表面のエッチング方法は、エッチングに用いる酸化剤の分解を抑制することができる。また、本発明の樹脂表面のエッチング方法は、エッチング工程を繰り返し行うが、エッチング工程を1段階で長時間行うよりも短時間で効率よくエッチングすることができる。更に、本発明の樹脂表面のエッチング方法は、十分に樹脂表面をエッチングすることができるため従来必要であった樹脂の膨潤工程を行う必要がない。
そのため、上記エッチング方法を行った後、樹脂へめっきを行えば、高い密着性、特に過酷なヒートショック試験にも耐えうるめっき製品を得ることができる。
本発明の樹脂表面のエッチング方法(以下、「本発明方法」という)は、以下の工程(a)および(b)を1セットとし、これを、2セット以上行う。なお、あるセット数で十分なエッチングができなかったとしても、セット数を増やせば十分なエッチングをすることが可能となる。
(a)酸化剤を含有する溶液で処理し、樹脂表面に酸化剤を吸着させる工程
(b)工程(a)で樹脂表面に吸着した酸化剤を活性化させる工程
なお、本発明方法を行う前に、樹脂は、脱脂、整面等の処理を行ってもよい。ただし、樹脂をエッチングし易くするための膨潤工程は行わない。脱脂、整面等の処理の前後には適宜水洗や湯洗を行ってもよい。
本発明のエッチング液で処理することのできる樹脂としては、特に制限されないが、例えば、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(ABS)、ポリカーボネート/アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン(PC/ABS)、アクリロニトリル・スチレン・アクリレート(ASA)、シリコン系複合ゴム−アクリロニトリル−スチレン(SAS)、ノリル、ポリプロピレン、ポリカーボネート(PC)、アクリロニトリル・スチレン、ポリアセテート、ポリスチレン、ポリアミド、芳香族ポリアミド、ポリエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエチレンテフタレート、ポリブチレンテフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、変性ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、液晶ポリマー等や上記各ポリマーのコポリマー等が挙げられる。これら樹脂の中でも、特にABSおよびPC/ABSが好ましい。また、樹脂の形状も特に限定されない。
本発明方法の工程(a)において用いられる酸化剤は、特に限定されないが、例えば、過マンガン酸カリウム、過マンガン酸ナトリウム等の過マンガン酸塩、硫酸マンガン、硝酸マンガン、炭酸マンガン、塩化マンガン、酢酸マンガン、二酸化マンガン、マンガン酸ナトリウム、マンガン酸カリウム等のマンガン塩等が挙げられる。これら酸化剤の中でも特に過マンガン酸塩が好ましい。また、これら酸化剤は1種または2種以上を用いることができる。
上記酸化剤を含有する溶液は、上記酸化剤を、例えば、水等の溶媒に溶解させたものが挙げられる。この溶液における酸化剤の含有量は特に限定されないが、例えば、0.0005mol/L以上、好ましくは0.005〜2.0mol/Lである。
また、上記酸化剤を含有する溶液には、この溶液の酸化作用を損なわない限り、pH緩衝剤や界面活性剤をpH緩衝剤や界面活性剤が性能を発揮する量で含有させてもよい。なお、上記酸化剤を含有する溶液のpHは特に限定されないが、pH3.0〜10.0が好ましい。
pH緩衝剤としては、特に限定されないが、例えば、リン酸塩、クエン酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シエチルバルビツル酸塩、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、ヒドロキシエチルピペラジンエタンスルホン酸、エチレンジアミン四酢酸等が挙げられる。これらのpH緩衝剤は1種または2種以上を用いることができる。
界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アミン塩型界面活性剤、第4級アミン塩型界面活性剤、アミノ酸型界面活性剤、ベタイン型界面活性剤、カルボン酸塩型界面活性剤、スルホン酸塩型界面活性剤、硫酸エステル塩型界面活性剤、リン酸エステル塩型界面活性剤、エーテル型界面活性剤、エステル型界面活性剤、含窒素型界面活性剤、含フッ素型界面活性剤等が挙げられる。これらの界面活性剤は1種または2種以上を用いることができる。界面活性剤を用いることによりめっきのつきまわりを改善することができる。
上記酸化剤を含有する溶液で樹脂を処理し、樹脂表面に酸化剤を吸着させる方法は特に限定されず、例えば、上記酸化剤を含有する溶液中に、樹脂を浸漬するだけでよい。樹脂を浸漬する条件も特に限定されず、例えば0〜100℃、好ましくは60〜70℃の溶液中に、樹脂を30秒以上、好ましくは1〜5分浸漬すればよい。
工程(a)で樹脂表面に酸化剤を吸着させた後には、必要により水洗を行ってもよい。その後、工程(b)で樹脂表面に吸着した酸化剤を活性化させる。
酸化剤を活性化させる方法は特に限定されず、例えば、無機酸、有機酸、過酸化水素、ハロゲンオキソ酸、ハロゲンオキソ酸塩および過硫酸塩からなる群から選ばれる活性化剤の1種または2種以上を含有する溶液で樹脂を浸漬するだけでよい。
上記活性化剤のうち、無機酸としては、例えば、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸、フッ酸等が挙げられ、有機酸としては、例えば、酢酸、メタンスルホン酸等が挙げられ、ハロゲンオキソ酸、ハロゲンオキソ酸塩としては、例えば、過塩素酸カリウム、過ヨウ素酸ナトリウム、過臭素酸等が挙げられ、過硫酸塩としては、例えば、ペルオキソ二硫酸ナトリウム、ペルオキソ二硫酸アンモニウム等が挙げられる。これら活性化剤の中でも過酸化水素、リン酸、硫酸が好ましい。これら活性化剤は、例えば、水等の溶媒に溶解させた溶液とする。この溶液における活性化剤の含有量は特に限定されないが、例えば、0.05mol/L以上、好ましくは0.5〜17mol/Lである。
また、上記活性化剤を含有する溶液には、この溶液の活性化作用を損なわない限り、界面活性剤を界面活性剤が性能を発揮する量で含有させてもよい。界面活性剤としては、特に限定されないが、例えば、アミン塩型界面活性剤、第4級アミン塩型界面活性剤、アミノ酸型界面活性剤、ベタイン型界面活性剤、カルボン酸塩型界面活性剤、スルホン酸塩型界面活性剤、硫酸エステル塩型界面活性剤、リン酸エステル塩型界面活性剤、エーテル型界面活性剤、エステル型界面活性剤、含窒素型界面活性剤、含フッ素型界面活性剤等が挙げられる。これらの界面活性剤は1種または2種以上を用いることができる。界面活性剤を用いることによりめっきのつきまわりを改善することができる。
樹脂表面に吸着した酸化剤を活性化させる方法は特に限定されず、例えば、活性化剤を含有する溶液を用いる場合には、例えば、0〜100℃、より好ましくは60〜70℃の溶液中に、樹脂を30秒以上、より好ましくは1〜5分浸漬すればよい。
以上の工程(a)および(b)が1セットとなるが、この工程(b)の後は、必要により中和・還元処理、コンディショナー処理等を行ってもよい。また、工程(a)および(b)は、それぞれ30秒以上が好ましく、1〜5分がより好ましい。
以上説明した本発明方法により、樹脂表面をエッチングすることができる。なお、本発明方法は、従来公知の樹脂へのめっき方法における樹脂表面のエッチングに用いることができ、その他の工程は従来公知の樹脂へのめっき方法を利用することができる。
従来公知の樹脂へのめっき方法としては、例えば、無電解めっき法、ダイレクトめっき法等が挙げられる。
以下、本発明方法を利用した樹脂へのめっき方法について説明する。
本発明方法でエッチングを行った樹脂は、次に触媒付与処理液にて触媒を付与する。この触媒付与処理液は、一般にめっき工程の触媒付与に用いられるものであれば特に制限されないが、貴金属を含むものが好ましく、パラジウムを含むものがより好ましく、特にパラジウム/すず混合コロイド触媒溶液が好ましい。これら触媒を樹脂表面に付与するには、触媒付与処理液の液温を10〜60℃、好ましくは20〜50℃とし、それに樹脂を1〜20分間、好ましくは2〜5分間浸漬させ、処理すればよい。
このようにして触媒が付与された樹脂表面は、次に、無電解金属めっきや電気金属めっき(ダイレクトプレーティング)等の金属めっきにより、樹脂表面の金属化を行う。
樹脂表面の金属化に無電解金属めっきを用いる場合には、触媒付与処理液にて触媒を付与した後に、更に、塩酸または硫酸を含有する活性化処理液で処理を行ってもよい。この活性化処理液中の塩酸または硫酸の濃度は、0.5mol/L以上、好ましくは1〜4mol/Lである。これら活性化処理液にて樹脂表面を処理するには、活性化処理液の液温を0〜60℃、好ましくは30〜45℃とし、それに樹脂を1〜20分間、好ましくは2〜5分間浸漬させ処理すればよい。
上記のようにして触媒の付与、活性化処理された樹脂は、次に、無電解金属めっき処理を行う。無電解金属めっき処理は、公知の無電解ニッケルめっき液、無電解銅めっき液、無電解コバルトめっき液等の無電解金属めっきを用いて常法に従って行うことができる。具体的に、無電解ニッケルめっき液で樹脂表面にめっき処理を行う場合には、pH8〜10で30〜50℃の液温の無電解ニッケルめっき液に樹脂を5〜15分間浸漬させ処理すればよい。
また、樹脂表面の金属化に電気金属めっき(ダイレクトプレーティング)を用いる場合には、触媒付与処理液にて触媒を付与した後に、更に、銅イオンを含有するpH7以上、好ましくはpH12以上の活性化処理液で処理を行ってもよい。この活性化処理液に含有される銅イオンの由来は特に制限されず、例えば、硫酸銅が挙げられる。活性化処理液にて樹脂表面を処理するには、活性化処理液の液温を0〜60℃、好ましくは30〜50℃とし、それに樹脂を1〜20分間、好ましくは2〜50分間浸漬させ処理すればよい。
上記のように触媒の付与、活性化処理された樹脂は、次に、硫酸銅浴等の汎用の電気銅めっき浴に浸漬し、通常の条件、例えば、1〜5A/dmで2〜10分間処理すればよい。
また、上記のようにして樹脂表面に無電解めっきや電気金属めっき等の金属めっきを施し、金属化したプラスチック表面には、更に、目的に応じて各種電気銅めっきや電気ニッケルめっき、電気クロムめっきを施すことも可能である。
なお、本発明方法を行った後、各工程間においては、水洗や湯洗を行ってもよい。
このようにして得られる樹脂めっきは、高い密着性を有する。
以下に実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。但し、本発明はこれらの記載により何ら限定されるものではない。
実 施 例 1
<無電解ニッケルめっきの形成>
試料として50×100×3mmのABS樹脂の試験片(3001M:UMGABS株式会社製)を用いた。この試料を60℃の脱脂洗浄液PC−1、PC−2(株式会社JCU社製)に10分間浸漬し、次いで10ml/LのENILEX WE(株式会社JCU社製)を含有する50℃の整面液に10分間浸漬した。
脱脂、整面を行った試料を表1に記載のエッチング工程で処理し、更に、25℃のコンディショナー(触媒付与増強)処理溶液D−POP CDV(株式会社JCU社製)に1分間浸漬した。
なお、表1に記載のエッチング工程で使用したエッチング液は以下の通りである。
クロム酸エッチング(従来法)
無水クロム酸:3.8mol/L
硫酸: 3.8mol/L
液温68℃
本発明方法
工程(a)
過マンガン酸カリウム:0.3mol/L
含フッ素型界面活性剤 MISTSHUT PF(株式会社JCU社製)
:2ml/L
ホウ酸/四ホウ酸ナトリウム緩衝液:10ml/L
液温68℃、pH6.5
工程(b)
硫酸:10mol/L
含フッ素型界面活性剤 MISTSHUT PF(株式会社JCU社製)
:2ml/L
液温68℃、pH1.0以下
次に、20ml/LのCT−580(株式会社JCU社製)および2.5mol/Lの塩酸を含有する35℃のパラジウム/すず混合コロイド触媒溶液に4分間浸漬し、ABS樹脂上に触媒を付与した。触媒が付与された試料を1.2mol/Lの塩酸からなる35℃の活性化処理液に4分間浸漬し、触媒を活性化させ、次いでpH8.8、35℃の無電解ニッケルめっき液ENILEX NI−100(株式会社JCU社製)に10分間浸漬し、ABS樹脂上に膜厚が0.5μmになるように無電解ニッケルめっきを施した。
<ピール強度測定およびサンプル作製方法>(JIS H8630付属書6)
無電解ニッケルめっきを施した試料を水洗もしくは湯洗にて十分洗浄したあと、酸活性溶液V−345(株式会社JCU社製)に室温で1分間浸漬した。次に、JIS H8630付属書6に従い、膜厚が20μmになるように硫酸銅めっきEP−30(株式会社JCU社製)を施した。その後、これを70℃で1時間アニールをし、引っ張り強度試験機AGS−H500N(株式会社島津製作所製)で密着強度を測定した。
<ヒートショック試験およびサンプル作製方法>
無電解ニッケルめっきを施した試料を水洗もしくは湯洗にて十分洗浄したあと、酸活性溶液V−345(株式会社JCU社製)に室温で1分間浸漬した。次に、電気めっき法により膜厚が20μmになるように硫酸銅めっきCU−BRITE EP−30(株式会社JCU社製)を行った。更に、膜厚が10μmになるように半光沢ニッケルめっきCF−24T(株式会社JCU社製)を行い、更に膜厚が10μmになるように光沢ニッケルめっき#88(株式会社JCU社製)を行い、更に膜厚が1μmになるようにマイクロポーラスニッケルめっきMP−309(株式会社JCU社製)を行った。最後に、膜厚が0.2μmになるように光沢クロムめっきEBACHROM E−300(株式会社JCU社製)を行い、各めっき皮膜を順次形成した。その後、これを70℃で1時間アニールを行った。
上記試料を、−30℃で30分保持、70℃で30分保持する工程を1サイクルとして、40サイクル(cyc)と80サイクルのヒートショック試験を行った。めっき皮膜に膨れが発生しないものを○、膨れが発生するものを×と評価した。
<結果>
Figure 2018220946
従来法のクロム酸エッチングであれば処理時間を延ばすことで密着性は向上するが、本発明方法のエッチング工程は単純に処理時間を延ばしても密着性は向上しないことが分かった。短い処理時間でもエッチング工程を繰り返し行うことで密着性が向上することが分かった。なお、実施方法1でも工程(a)および(b)を5セット繰り返すことにより、より過酷な80サイクルのヒートショック試験が○となった。
実 施 例 2
実施例1の実施方法1において、工程(a)に用いるエッチング液のpHを表2のものとし、そのpHにあわせてpH緩衝液として表3のものを用いる以外は、実施例1と同様にして無電解ニッケルめっきを施した。なお、pHの調整には水酸化ナトリウムおよび硫酸を用いた。また、無電解ニッケルめっきは実施例1と同様にしてピール強度測定およびヒートショック試験を行った。その結果を表2に示した。
Figure 2018220946
Figure 2018220946
本発明方法においては、何れのpHであっても問題はなかった。
実 施 例 3
実施例1の実施方法1において、工程(a)および(b)に用いる液から、pH緩衝剤を除く以外は、実施例1と同様にして無電解ニッケルめっきを施した。この無電解ニッケルめっきを実施例1と同様にしてピール強度測定およびヒートショック試験を行ったところ、実施方法1と同様の結果であった。
実 施 例 4
実施例1の実施方法1において、試料として50×180×3mmのABS樹脂の3次元形状(エアがたまりやすい形状)の試験片(3001M:UMGABS株式会社製)を用い、工程(a)および(b)で用いる液に表4に記載の界面活性剤を用いる以外は、実施例1と同様にして無電解ニッケルめっきを施した。無電解ニッケルめっきの外観を目視で評価した。その結果を表4に示した。
Figure 2018220946
本発明方法においては、界面活性剤を利用することにより少ない回数で3次元形状の樹脂にめっきを施せた。
本発明方法により、樹脂表面をエッチングすることができるため、従来公知の樹脂へのめっき方法に利用することができる。
以 上

Claims (6)

  1. 樹脂表面をエッチングするにあたり、樹脂の膨潤工程を行わず、
    以下の工程(a)および(b)、
    (a)酸化剤を含有する溶液で処理し、樹脂表面に酸化剤を吸着させる工程
    (b)工程(a)で樹脂表面に吸着した酸化剤を活性化させる工程
    を1セットとし、これを2セット以上行うことを特徴とする樹脂表面のエッチング方法。
  2. 工程(a)および(b)が、それぞれ30秒以上である請求項1記載の樹脂表面のエッチング方法。
  3. 工程(a)で用いられる酸化剤が、過マンガン酸もしくはその塩類である請求項1記載の樹脂表面のエッチング方法。
  4. 工程(b)で酸化剤の活性化を、無機酸、有機酸、過酸化水素、ハロゲンオキソ酸、ハロゲンオキソ酸塩および過硫酸塩からなる群から選ばれる活性化剤の1種または2種以上を含有する溶液で処理することにより行うものである請求項1記載の樹脂表面のエッチング方法。
  5. 工程(b)で酸化剤の活性化を、硫酸、リン酸、塩酸、硝酸、メタンスルホン酸、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸塩、過ヨウ素酸、過塩素酸および過臭素酸からなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する溶液で処理することにより行うものである請求項1記載の樹脂表面のエッチング方法。
  6. 樹脂をめっきするにあたり、樹脂の膨潤工程を行わず、樹脂を請求項1〜5の何れかに記載の樹脂表面のエッチング方法でエッチングした後、めっきすることを特徴とする樹脂へのめっき方法。

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