[发明专利]将非电导塑料表面金属化的方法

说明书

发明领域

本发明涉及使用无六价铬的蚀刻溶液将制品的非电导塑料表面金属化的方法。蚀刻溶液基于高锰酸盐溶液。在用蚀刻溶液处理之后，可通过已知的方法将制品金属化。

发明背景

由非电导塑料制造的制品可通过无电镀金属化方法金属化。在该方法中，所述制品首先经清洁和蚀刻，然后用贵金属处理并最终金属化。所述蚀刻通常通过铬硫酸进行。蚀刻用于使制品的表面易于接受后续的金属化，使得制品的表面在随后处理步骤中用相应的溶液良好地润湿，并且沉积金属最终在表面上具有足够牢固的附着。

对于蚀刻，制品的表面（例如由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS共聚物)制造）使用铬硫酸蚀刻，以便形成表面微穴，金属沉积在其中并随后牢固附着于此。在蚀刻之后，塑料通过包含贵金属的活化剂活化用于无电镀金属化，然后经无电镀金属化。随后，还可以电解涂敷更厚的金属层。

然而，基于铬硫酸的蚀刻溶液是有毒的，因此应尽可能替代。

文献描述了用包含高锰酸盐的那些溶液替换基于铬硫酸的蚀刻溶液的尝试。

在碱性介质中使用高锰酸盐用于作为电子电路载体的电路板的金属化早已确定。因为在氧化中出现的六价态(锰酸盐)为水溶性的且在碱性条件下具有充足的稳定性，所以所述锰酸盐类似于三价铬，可电解氧化回初始氧化剂（在该情况下为高锰酸盐）。文献DE 19611137A1描述了高锰酸盐也用于作为电路板材料的其它塑料的金属化。对于ABS塑料的金属化，碱性高锰酸盐的溶液已经被认为是不适合的，因为不能以这种方法在金属层和塑料基底之间获得可靠的、充足的附着强度。该附着强度在“剥离试验”中测定。其至少应为0.4N/mm的值。

EP 11001052公开了酸式高锰酸盐溶液，其据说适用于塑料电镀。在其中所述的溶液在数个方面不同于本发明，例如因为它们使用很高的酸浓度和很低的高锰酸盐浓度(例如15 M H₂SO₄和0.05 M KMnO₄)。EP 1001052未报导通过该预处理可获得附着强度。室内实验已经表明附着强度在0.4N/mm的值以下。此外，在EP 1001052中描述的溶液不稳定。因此，不能获得金属化的恒定品质。

作为铬硫酸的替代物，WO 2009/023628A2提出包含碱金属高锰酸盐的强酸性溶液。所述溶液在40-85重量%磷酸中包含约20g/L的碱金属高锰酸盐。这些溶液形成难以去除的胶态锰(IV)物类。根据WO 2009/023628A2，甚至在短时间之后，所述胶体的效果是适当品质的涂覆已不再可能。为了解决所述问题，WO 2009/023628A2提出使用锰(VII)源，其不包含任何碱金属或碱土金属离子。然而，这些锰(VII)源的制备为昂贵的和不方便的。

因此，有毒的铬硫酸仍然用于塑料的蚀刻处理。

对于塑料表面的金属化的工业规模应用，所述制品通常固定在支架上。这些是金属运载系统，其允许用单独工艺步骤的连续溶液同时处理大量制品，并允许最后的步骤电解沉积一个或多个金属层。支架通常自身涂覆有塑料。因此，支架大体上类似构成基底，用于塑料表面的金属化过程。

然而，不期望所述支架的额外金属化，因为在制品的涂覆之后，必须再次从支架去除金属层。这意味着用于去除的额外费用和不便，以及额外的化学品消耗。此外，在这种情况下金属化设备的生产率更低，因为所述支架在再装载制品之前首先必须去金属化。

在使用包含铬酸的蚀刻剂的情况下，该问题减轻许多。在蚀刻期间，铬酸也穿透入支架的塑料罩壳中并在后续的工艺步骤期间扩散回到塑料罩壳外，因此防止支架的金属化。

因此，若期望用环境安全工艺步骤替代有毒的铬硫酸用于塑料的蚀刻处理，则防止不期望的支架金属化也是有利的。

专利DE 19510855C2描述了用于将非电导材料选择性或部分地电解金属化的方法。在这种情况下，通过省略使用促吸附溶液（称为调节剂）的处理步骤来防止支架的同时金属化。然而，要强调的是，在DE 19510855C2中使非电导材料金属化的方法仅适合于直接金属化。

附图说明

图1：用蚀刻溶液的处理时间对附着强度的影响。

图2：用二醇化合物对由ABS/PC混合物制造的制品的处理时间对于附着强度的影响。

图3：用二醇化合物对由ABS制造的制品的处理时间对于附着强度的影响。

图4：当同时在工艺步骤A i)中已经从塑料表面去除沉积的二氧化锰时，在工艺步骤B)期间沉积在塑料表面上的二氧化锰的量和随后结合至塑料表面的钯的量之间的关系。