TWI614369B - 無鉻環保鍍金屬膜結構系統 - Google Patents

無鉻環保鍍金屬膜結構系統 Download PDF

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無鉻環保鍍金屬膜結構系統
本發明涉及一種鍍膜結構，尤指一種採用低成本、快速且環保無汙染之製程所製作而成的鍍膜結構。
19世紀中期，世界各國經濟與工業呈高速發展，於機械、汽車、造船、飛機等工業的製造發展過程中，對於產品表面的各種改善機械強度、裝飾或其他特殊性能處理的需求逐漸浮現檯面，於是，英國人與俄羅斯人分別獨立地設計出金屬電鍍方法，且隨著電化學(Electrochemistry)理論的成熟，電鍍原理與方法逐漸被世人理解並推廣至全世界。19世紀末期，人們發現硝酸銀溶液與氫氧化鈉、氨水及醛基物質反應之後，可於玻璃容器內壁上形成一層薄薄的金屬銀，而構成一鏡面，即銀鏡效應(Silver Mirror Reaction)，引發人們開始探討於非金屬材質上進行金屬鍍膜的方法與技術。
至20世紀初期，石化與塑膠工業的發展帶動各式塑膠產品的誕生，人們對於在塑膠材料上進行金屬鍍亦膜發展出業界標準。請參閱圖1及圖2所示，為習知技術之一般常見的塑膠電鍍流程示意圖，準備ABS樹脂材質的一基材10，ABS樹脂為丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)、苯乙烯共聚物(Styrene)之高分子聚合物，是一種抗腐蝕、耐衝擊、易加工成型的熱塑型材料；首先對ABS樹脂進行脫脂及表面粗糙的處理，使欲鍍材料於基材上具有較佳的附著能力，其中，對ABS樹脂進行表面粗糙的處理需使用到六價鉻酸Cr(VI)，其原理是藉由六價鉻酸Cr(VI)將ABS樹脂表面的丁二烯(Butadiene)析出而於ABS樹脂的表面上形成微小且呈親水性(Hydrophilicity)特性的複數孔洞結構11，於表面粗糙處理之後需對六價鉻酸Cr(VI)進行酸鹼中和並以去離子水(DI Water)洗去；接著為敏化/活化處理，是將鈀錫(Pd：Tin)化合物膠體塗佈於ABS樹脂，使後續的金屬鍍膜能夠均勻地附著於基材10的粗糙表面上；再來是無電解電鍍(Electroless Plating)或稱 化學電鍍(Chemical Plating)製程，即是以無外加電能的方式使氰化銅/氰化鎳的銅/鎳離子附著於敏化/活化處理過的ABS樹脂表面，並藉由ABS樹脂表面的複數孔洞結構11將沉積的銅/鎳離子緊密附著於其表面，而於基材10上形成不易脫落的銅/鎳金屬鍍膜，最後再經過熱處理加強金屬鍍膜的附著力。
然而，前述之習知技術的塑膠電鍍流程，其採用六價鉻酸Cr(VI)作為對ABS樹脂表面進行粗糙處理的主要溶劑，然而六價鉻酸Cr(VI)是一種對人體有害的致癌物質，於生產過程中所產生鉻粉塵或鉻蒸氣被人體吸入後，會造成上呼吸道、口腔黏膜、肺臟、胃及腎等部位的急性中毒，長久下來累積於人體更容易有細胞變異及致癌風險；另一方面，習知技術的脫脂及表面粗糙處理皆需酸鹼中和後再以去離子水洗淨，才能避免多餘溶劑干擾到下一步驟的化學反應，在製程時間與成本上難以進行限縮。
因此，提出一種鍍膜結構，其藉由低成本、快速且環保無汙染之製程所製作而成，能夠達到保障產線人員健康及避免環境汙染之功效，實為目前各界亟欲解決之技術問題。
鑒於前述之習知技術的缺點，本發明之主要目的係提供一種採用低成本環保製程的鍍膜結構，其具有較少製程步驟，且無需使用高致癌風險的六價鉻酸Cr(VI)，以達到低成本、快速且環保的目的。
為了達到前述目的及其他目的，本發明之採用低成本環保製程的鍍膜結構包括：一有機化合物基板，係具有至少一有機化合物；一矽基親水沉積層，係沉積於該有機化合物基板上，以形成具親水性的一粗糙表面；一離子鍵結敏化層，係形成於該矽基親水沉積層上，且具有複數鈀離子；一無電解金屬鍍層，係形成於該離子鍵結敏化層上，且具有複數金屬離子，其中，該複數金屬離子與該複數鈀離子形成複數鍵結；其中，該無電解金屬鍍層的表面接收一光源照射，使在該矽基親水沉積層及該離子鍵結敏化層與該無電解金屬鍍層之間分別移出氫氣及/或氫化合物。
較佳地，該至少一有機化合物為ABS樹脂、ABS樹脂與聚碳酸 脂(Polycarbonate,PC)構成之複合物、聚醯亞胺(Polyimide,PI)之其中一者。
較佳地，該矽基親水沉積層由矽甲烷(SiH4)水解產生之複數矽氧化合物所沉積而成。
較佳地，該離子鍵結敏化層由氯化鈀複合物(Palladium Chloride Complex,PdClx)所構成，以及該離子鍵結敏化層的複數鈀離子為與該無電解金屬鍍層形成強分子鍵結的前驅物。
較佳地，該光源為波長範圍於8微米(μm)至15微米之間的熱紅外線(thermal infrared,TIR)。
較佳地，該無電解金屬鍍層之複數金屬離子為複數鎳離子，且該複數鎳離子與該離子鍵結敏化層的該複數鈀離子形成複數鈀鎳金屬鍵結(Pa：Ni)。
較佳地，該無電解金屬鍍層由一化學鍍液於該離子鍵結敏化層上進行還原反應而形成，該化學鍍液包括硫酸鎳、二磷酸鹽、羥基酸及氯化亞錫複合物。
較佳地，該矽基親水沉積層於該有機化合物基板上形成至少一官能基，該至少一官能基包括環氧基((CH3O)3-Si-CH=CH2)及/或胺基((CH3O)3-Si-C3H6-NH2)。
較佳地，該矽基親水沉積層之厚度為200埃米(Åm)，該離子鍵結敏化層之厚度為100埃米(Åm)，該無電解金屬鍍層之厚度為800埃米(Åm)。
較佳地，該光源照射的溫度及時間分別為攝氏200度以及介於20至30秒之間。
在製作前述本發明之鍍膜結構時，用以於表面形成粗糙結構的矽基親水沉積層是矽基材料以沉積方式形成於該有機化合物基板表面，因此並不需使用到具有生物危害性的六價鉻酸Cr(VI)等有害的酸蝕溶劑，且不需要進行額外的酸鹼中和反應與洗淨步驟，可減少製程材料與製程時間；因此，本發明採用低成本環保製程的鍍膜結構具有較少製程步驟，且無需使用高致癌風險的酸蝕溶劑，故可達到低成本、快速且環保的目的。
10‧‧‧基材
11‧‧‧複數孔洞結構
20‧‧‧有機化合物基板
30‧‧‧矽基親水沉積層
40‧‧‧離子鍵結敏化層
50‧‧‧無電解金屬鍍層
圖1係顯示習知技術之一般常見的塑膠電鍍流程示意圖；圖2係顯示習知技術之六價鉻酸Cr(VI)於ABS樹脂表面進行粗糙處理的流程示意圖；圖3係根據本發明無鉻環保鍍金屬膜結構系統之實施例，顯示鍍膜結構的分解示意圖；以及圖4係根據本發明無鉻環保鍍金屬膜結構系統之實施例，顯示鍍膜結構製作方法的流程示意圖。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實例加以施行或應用，本發明說明書中的各項細節亦可基於不同觀點與應用在不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更。
須知，本說明書所附圖式繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的下，均應落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。
以下依據本發明的一實施例，描述一採用低成本環保製程的鍍膜結構。
請參閱圖2至圖4所示，本發明之採用低成本環保製程的鍍膜結構包括：一有機化合物基板20、一矽基親水沉積層30、一離子鍵結敏化層40、一無電解金屬鍍層50。其中，有機化合物基板20具有至少一有機化合物，依據本發明之實施例，前述至少一有機化合物為ABS樹脂、ABS樹脂與聚碳酸脂(Polycarbonate,PC)構成之複合物、聚醯亞胺(Polyimide,PI)之其中一者，尤其是ABS樹脂，其具有較佳的機械強度、耐磨損、抗酸鹼且熱塑性佳，故最常被選用為塑膠電鍍的基材，在本發明之實施例中，有機化合物基板20並不限於一平面，其表面可依延展性而形塑為任意形狀。
矽基親水沉積層30沉積於有機化合物基板20上，以形成具親水性的一粗糙表面，藉以增加與無電解金屬鍍層50的摩擦力，使無電解金屬鍍層50不易剝落。依據本發明之實施例，矽基親水沉積層30由矽甲烷(SiH4)水解產生之複數矽及/或複數矽氧化合物所沉積而成；在本實施例中，矽基親水沉積層之厚度為200埃米(Åm)，且矽基親水沉積層30於有機化合物基板20上形成至少一官能基，至少一官能基包括環氧基((CH3O)3-Si-CH=CH2)及/或胺基((CH3O)3-Si-C3H6-NH2)。
離子鍵結敏化層40形成於矽基親水沉積層30上，且離子鍵結敏化層40具有複數鈀離子。依據本發明之實施例，離子鍵結敏化層40由氯化鈀複合物(Palladium Chloride Complex,PdClx)所構成，最常見的為氯化鈀(PdCl2)，其原理是藉鈀(Pd)對於氫(H)具有極大的吸引力(鈀在室溫與1大氣壓條件下所吸取的氫可達鈀本身體積的800至900倍)，因此氯化鈀複合物常用來作為有機合成化學反應的催化劑；在本發明之實施例中，離子鍵結敏化層40的複數鈀離子為與無電解金屬鍍層50形成強分子鍵結的前驅物，且離子鍵結敏化層40之厚度為100埃米(Åm)。
無電解金屬鍍層50形成於離子鍵結敏化層40上，且具有複數金屬離子，其中，複數金屬離子與複數鈀離子形成複數鍵結。依據本發明之實施例，無電解金屬鍍層50之複數金屬離子為複數鎳離子，且複數鎳離子與離子鍵結敏化層40的複數鈀離子形成複數鈀鎳金屬鍵結(Pa：Ni)；依據本發明之實施例，無電解金屬鍍層50之厚度為800埃米(Åm)，無電解金屬鍍層50由一化學鍍液於離子鍵結敏化層40上進行還原反應而形成，所述化學鍍液包括硫酸鎳、二磷酸鹽、羥基酸及氯化亞錫複合物。
於有機化合物基板20、矽基親水沉積層30、離子鍵結敏化層40、無電解金屬鍍層50皆配置完成之後，需於無電解金屬鍍層50的表面上接受一光源照射，使矽基親水沉積層30及離子鍵結敏化層40與無電解金屬鍍層50之間分別析出複數氫氣及/或複數氫化合物。依據本發明之實施例，所述光源為波長範圍於8微米(μm)至15微米之間的熱紅外線(thermal infrared,TIR)，主要是以熱能作為主要傳遞能量；依據本發明之實施例，光源照射的溫度及時間分別為攝氏200度以及介於20至30秒之間，可使光源的能量的穿透深度達5微米；本步驟的目的是脫氫(de-hydrogen)，藉施予 熱能讓材料內分子獲得可重新排列的動能，而析出材料內多餘的氫氣及/或氫化合物，如H2O2等物質，減少材料內部的缺陷孔隙，以增強離子鍵結敏化層40與無電解金屬鍍層50之間的附著力，讓無電解金屬鍍層50更不易自離子鍵結敏化層40上剝離，獲得較佳的金屬鍍膜效果。
在製作前述本發明之鍍膜結構時，用以於表面形成粗糙結構的矽基親水沉積層30是矽基材料以沉積方式形成於有機化合物基板表面20，因此並不需使用到具有生物危害性的六價鉻酸Cr(VI)等有害的酸蝕溶劑，且不需要進行額外的酸鹼中和反應與洗淨步驟，可減少製程材料與製程時間；因此，本發明採用低成本環保製程的鍍膜結構具有較少製程步驟，且無需使用高致癌風險的酸蝕溶劑，故可達到低成本、快速且環保的目的。
儘管已參考本申請的許多說明性實施例描述了實施方式，但應瞭解的是，本領域技術人員能夠想到多種其他改變及實施例，這些改變及實施例將落入本公開原理的精神與範圍內。尤其是，在本公開、圖式以及所附申請專利範圍的範圍內，對主題結合配置的組成部分及/或配置可作出各種變化與修飾。除對組成部分及/或配置做出的變化與修飾之外，可替代的用途對本領域技術人員而言將是顯而易見的。
20‧‧‧有機化合物基板
30‧‧‧矽基親水沉積層
40‧‧‧離子鍵結敏化層
50‧‧‧無電解金屬鍍層

Claims (5)

  1. 一種無鉻環保鍍金屬膜結構系統，係包括：一有機化合物基板，係為硬式且非可撓性的ABS樹脂；一矽基親水沉積層，係沉積於該有機化合物基板上，以形成具親水性的一粗糙表面；一離子鍵結敏化層，係形成於該矽基親水沉積層上，且具有複數鈀離子；一無電解金屬鍍層，係形成於該離子鍵結敏化層上，且具有複數金屬離子，其中，該複數金屬離子與該複數鈀離子形成複數鍵結；其中，該無電解金屬鍍層的表面接收一光源照射，使在該矽基親水沉積層及該離子鍵結敏化層與該無電解金屬鍍層之間分別移出氫氣及/或氫化合物；該光源照射的溫度及時間分別為攝氏200度以及介於20至30秒之間，使該光源的能量的穿透深度達5微米；該無電解金屬鍍層由一化學鍍液於該離子鍵結敏化層上進行還原反應而形成，該化學鍍液包括硫酸鎳、二磷酸鹽、羥基酸及氯化亞錫複合物；其中，該有機化合物基板藉該系機親水沉積層之該粗糙表面以增加該離子鍵結敏化層與該無電解金屬鍍層之間的摩擦力，使該無電解金屬鍍層不易剝落；該矽基親水沉積層由矽甲烷水解產生之複數矽及複數矽氧化合物之其中至少一者所沉積而成，該矽基親水沉積層之厚度為200埃米(Åm)，且該矽基親水沉積層於該有機化合物基板上形成至少一官能基，該至少一官能基包括環氧基((CH3O)3-Si-CH=CH2)及胺基((CH3O)3-Si-C3H6-NH2)之其中至少一者；其中，該離子鍵結敏化層由二氯化鈀(PdCl2)所構成，該無電解金屬鍍層之複數金屬離子為複數鎳離子，且該複數鎳離子與該離子鍵結敏化層的該複數鈀離子形成複數鈀鎳金屬鍵結(Pa：Ni)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之無鉻環保鍍金屬膜結構系統，其中，該至少一有機化合物為ABS樹脂、ABS樹脂與聚碳酸脂(Polycarbonate,PC)構成之複合物、聚醯亞胺(Polyimide,PI)之其中一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之無鉻環保鍍金屬膜結構系統，其中，該光源為波長範圍於8微米(μm)至15微米之間的熱紅外線(thermal infrared,TIR)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之無鉻環保鍍金屬膜結構系統，其中，該無電解金屬鍍層由一化學鍍液於該離子鍵結敏化層上進行還原反應而形成，該化學鍍液包括硫酸鎳、二磷酸鹽、羥基酸及氯化亞錫複合物。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之無鉻環保鍍金屬膜結構系統，其中，該離子鍵結敏化層之厚度為100埃米(Åm)，以及該無電解金屬鍍層之厚度為800埃米(Åm)。
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