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引 言
传统的塑料电镀工艺包括表面除油、粗化、活化、化学镀和电镀等工序,其中常见的化学镀是化学镀镍和化学镀铜,它们存在以下问题[1]:
1)化学镀铜液中含有致癌物甲醛,污染环境;
2)化学镀液中共存金属离子和还原剂,即使添加稳定剂,也难免出现降低镀液稳定性的问题;
3)化学镀有时难以适用于表面粗化困难的材料;4)化学镀铜过程中由于氢气的产生易出现针孔,电镀铜与接界处化学镀铜层物理性能差,可靠性低,于是提出不需要化学镀步骤的直接电镀工艺。非金属上的直接电镀工艺是Radovsky和Ronkese[2]在1963年发明的,直到20世纪80年代才实现工业化。直接电镀工艺根据采用的导电性物质的不同,大致可以分为三种:1)导电性高分子聚合物体系;2)Pd/Sn体系[3～5];3)碳粒子悬浮液体系。
1 导电性高分子聚合物体系导电聚合物直接金属化工艺是以高分子导电材料为基础的直接电镀。经常使用的具有导电性的聚合物主要是多炔、聚吡咯、聚硫代苯或聚苯胺,其中聚吡咯有其商业应用价值。
1.1 聚吡咯的制备聚吡咯胶体的制备方法[6]:1)使组成为吡咯、聚(2-乙烯基吡啶)和以FeCl3为氧化剂的混合物水溶液充分反应,生成胶体产物。
2)利用超速离心分离,收集聚吡咯胶粒。
3)使聚吡咯胶粒重新分散成聚吡咯悬浮液,这种胶粒粒径为130～200nm。
另一方法[7]是在塑料表面直接形成一层聚吡咯膜,这层膜具有一定的导电性,可以直接进行电镀。主要过程如下:
1)塑料表面经打磨、钻孔、碱性除油。
2)粗化:高锰酸钾、浓硫酸、OP。
3)氧化:氢氧化钾、高锰酸钾、OP。
4)中和:水合肼、EDTA。5)催化:吡咯、异丙醇、对甲苯磺酸钠、对甲苯磺酸、NaF、FeCl3、OP、明胶。
6)电镀。
1.2 聚吡咯的形成原理及催化液中各组分的作用要获得导电性好的聚合物膜,首先应选择适宜的单体及相关的氧化剂、掺杂剂等。适宜的有机单体有吡咯、呋喃、苯胺或噻吩及其衍生物,其中以吡咯及其衍生物最佳。吡咯溶液在空气中相当稳定,但遇光会氧化聚合成聚吡咯黑色不溶性沉淀,应避免光直接照射。加入适当的表面活化剂,可以增加它的稳定性。聚合物膜的导电性随吡咯单体的增加而提高。在弱酸性溶液中,吡咯单体在氧化剂及掺杂剂的作用下发生聚合反应生成聚吡咯[8]:
MnO2是在粗化、氧化过程产生的,粗化过程的反应如下:
催化液中的酸性化合物对于有机单体发生聚合反应是至关重要的。适宜的酸有对甲苯磺酸、苯磺酸、磷酸、盐酸等,其中对甲苯磺酸最好。另外还应含有磺酸盐类,如对甲苯磺酸钠,以获得聚合物膜中的掺杂阴离子。催化液中加入醇类有机溶液或溶解促进剂能改善催化液的稳定性,加入明胶则可显著改善聚吡咯对基体的涂覆性。明胶的溶解度常温下较小,需要用少量水加热溶解后再配吡咯溶液。1.3 聚吡咯的导电机理大部分的高分子材料都是非导体,但有些聚合物由于其本身结构特殊或进行掺杂而具有导电性能,例如聚吡咯、聚吡啶、聚乙炔等都具有导电性。这些导电聚合物具有一些共性,即都是共轭聚合物。共轭聚合物都具有π电子分子轨道,分子内的长程相互作用使之形成能带,禁带宽度Eg随着共轭体系长度(聚合度)的增加而减少。当聚吡咯的聚合度达到某一数值时就可以导电。
2 Pd/Sn体系
2.1 PdS活化工艺PdS活化工艺[9]使得电镀的速度增加100倍以上,适合工业化生产。直接电镀不仅适用于ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯)和ABS/PC(聚碳酸酯),还用于其它许多新型的工程塑料,这些工程塑料适合金属化是因为它们强度高和耐高温不变形的特点。
2.1.1PdS活化步骤PdS活化工艺的步骤[10]如下:
1)活化:将粗化后的基体浸入胶体钯活化液(PdCl210g/L,SnCl2500g/L,HCl300mL/L)中活化。Pd2+的质量浓度是常规活化液中的100倍,基体在饱和溶液中更容易吸附大量的Pd2+。
2)解胶:水洗后在4g/L的NaOH溶液中解胶5min。 |
