专利名称：塑料金属化的方法
技术领域：
本发明涉及一种塑料金属化的方法。
背景技术：
塑料具有较高的抗冲击强度、加工成型性好、耐腐蚀及质量轻等特性，对塑料进行金属化处理，使其既保持了塑料原有特性，又具有金属的导电导磁性、装饰性及可焊接等性能，并使塑料表面机械强度提高，延长其使用寿命，降低成本。塑料表面金属化技术很多，化学镀铜以其适应基体广、均镀和深镀能力好、生产方便，得到广泛的应用。化学镀铜的一个先决条件是沉积铜的基底表面要有催化活性，而塑料不具有催化活性，因此施镀前要预先经过表面处理，在其表面形成大量活性点。塑料基体化学镀铜前处理工艺为粗化-敏化-活化三步法，其中表面活化是前处理工艺中最为关键的步骤，其好坏直接关系到镀层的均匀性，以及镀层与基体的结合强度等。目前最常用的活化方法为粗化后的塑料基体先用SnCl2敏化，再用PdCl2活化，还原生成的钯原子即成为铜沉积的活性点。此前处理液中由于含有锡、钯等重金属离子，易引起较大的环境压力。因此有必要改进传统的粗化-敏化-活化前处理工艺，减少重金属离子的使用及残余，简化工艺，降低污染，节约资源。
发明内容
本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种减少重金属离子的使用及残余，降低污染、节约资源、操作简便的塑料金属化的方法。本发明的目的是采用下述技术方案实现的
一种塑料金属化的方法，它包括以下步骤
A)将塑料基体置入浓度为100-150mL/L的H2O2和浓度为400_450mL/L的H2SO4混合溶液中，在室温下，粗化处理20-30min ；
B)将通过A)步骤粗化处理后的塑料进行超声波水洗、吹干后，置入浓度为
I.5X 10_4-7. 5X 10_4mol/L的金属纳米粒子溶液中，在室温下，活化处理15_25min ；
C)将通过B)步骤活化处理后的塑料置入铜镀液中施镀；铜镀液是按10-15g/L硫酸铜+ 10-15mL/L甲醒+ 45-50g/L酒石酸钾钠+ l_2g/L氯化镍+ 5_10mg/L亚铁氰化钾+5-10g/L碳酸钠配制，镀液pH值调节为13-14，施镀温度为45-55° C。所述的塑料基体在置入H2O2和H2SO4溶液粗化处理前，先进行机械处理、去内应力、水洗及化学除油。所述的金属纳米粒子溶液为金纳米粒子溶液，金纳米粒子浓度为3. 5 X 10_4mol/L ；活化处理时间为20min。所述的H2O2和H2SO4混合溶液，H2O2浓度为100mL/L，H2SO4浓度为400mL/L ;在H2O2和H2SO4混合溶液中的粗化处理时间为30min。所述的铜镀液,按15g/L硫酸铜+ 15mL/L甲醒+ 50g/L酒石酸钾钠+ I. 7g/L氯化镍+ 10mg/L亚铁氰化钾+ 5g/L碳酸钠配制，镀液pH值调节为13. 5，施镀温度为50° C。在此条件下，可以得到组织致密均匀，结合力优异的镀层。所述的去内应力在室温下进行，去内应力所用为丙酮溶液，丙酮溶液浓度为250mL/L，去内应力时间为20min。所述的化学除油在温度40-50° C下进行，化学除油所用除油夜配方为
NaOH 16g/L
Na2CO318g/L
Na3PO414 g/Lo本发明的有益效果是首先，利用金属纳米粒子的催化作用改良传统的塑料化学镀铜前处理工艺，变粗化-敏化-活化三步法为粗化-活化两步法，操作简便；其次，避免了重金属离子的使用及残余，降低污染，节约资源。
图I为实施例I机械处理后塑料表面形貌 图2为实施例I 11202+4304粗化后塑料表面形貌 图3为实施例I粗化后经金活化塑料表面XPS全谱 图4为实施例I活化后塑料表面Au 4f高分辨XPS 图5为实施例I施镀后所得镀铜层形貌 图6为实施例I施镀后所得镀铜层EDS分析；
图7为实施例I施镀后所得镀铜层XRD图。
具体实施例方式实施例I :
前处理基本流程为基体机械处理一水洗一去内应力一水洗一化学除油一H202+H2S04化学粗化一超声波水洗一吹干一称重一金纳米粒子活化。去内应力，在室温下进行，去内应力所用为丙酮溶液，丙酮溶液浓度为250mL/L ；去内应力时间为20min。化学除油在40° C下进行；所用除油液配方为
NaOH16g/L
Na2CO318g/L
Na3PO414 g/LoH202+H2S04粗化工艺H202浓度为100mL/L，H2SO4浓度为400mL/L，温度为室温，时间为30min。活化工艺金纳米粒子浓度为3. 5X 10_4mol/L，温度为常温，时间为20min。施镀工艺为将通过活化工艺处理后的塑料置入铜镀液中施镀，按15g/L硫酸铜+ 15mL/L甲醒+ 50g/L酒石酸钾钠+ I. 7g/L氯化镍+ 10mg/L亚铁氰化钾+ 5g/L碳酸钠配制铜镀液，镀液PH值调节为13. 5，施镀温度为50° C。图I为实施例I塑料机械粗化后的表面形貌图。用扫描电镜观察可以看到经过机械处理，塑料表面有大量划痕，粗糙度明显提高。图2为实施例I H202+H2S04粗化后塑料表面形貌图。经过H202+H2S04溶液粗化后，形成了一些空洞，进一步增加了表面粗糙度，使活化液与塑料表面可以充分接触，为活性中心的形成提供了场所；另外，在化学镀过程中，生成的铜微粒沉积在这些孔洞中，与铺展在塑料表面的镀层形成“锚效应”，产生强烈的机械咬合，从而提高镀层与基体的结合力。图3为实施例I粗化后经金活化塑料表面XPS全谱图。由图可知，经过金纳米活化后，塑料表面有金元素存在。图4为实施例I活化后塑料表面Au 4f高分辨XPS图。在87. 86 eV和84. 35eV处出现吸收峰进一步证明了 Au (0)的存在,分别对应了 Au 4f5/2和Au 4f7/2的吸收峰。结果表明，塑料表面吸附有Au (0)，即金纳米粒子成功吸附在塑料表面。图5为实施例I施镀后所得镀铜层形貌图。塑料经金纳米粒子活化后所得的镀层用扫描电镜放大500倍后的微观形貌如图5所示，由图可以看出，制备的化学镀铜层，表面呈现致密胞状物结构，胞状结构大小均匀，且呈现出一定的方向性，与塑料基体机械粗化时所造成的划痕方向一致。致密镀层的形成说明金纳米粒子有很强的催化活性，塑料表面吸附的金纳米粒子为铜原子的沉积提供了成核中心。图6为实施例I施镀后所得镀铜层的EDS图。图中只出现了 Cu元素的峰，没有其他元素出现。结果说明镀层中没有Cu2O或CuO存在，制备得到了纯铜镀层。图7为实施例I施镀后所得镀铜层的XRD图。图中出现了三个强衍射峰，它们均为铜晶体的特征吸收峰。图中20为43.631°、50.811° >74. 451°的衍射峰，分别对应Cu(Ill), (200)和(220)晶面，且(111)晶面产生的衍射峰最强。这进一步证明了得到了纯铜镀层并且镀层是晶体结构。实施例2
前处理基本流程同实施例I。化学除油在50° C下进行；所用除油液配方为
NaOH16g/L
Na2CO318g/L
Na3PO414 g/LoH202+H2S04粗化工艺H202浓度为120mL/L，H2SO4浓度为420mL/L，温度为室温，时间为25min。活化工艺金纳米粒子浓度为2. OX 10_4mol/L，温度为常温，时间为18min。施镀工艺为10g/L硫酸铜+ 10mL/L甲醛+ 45g/L酒石酸钾钠+ I. 2g/L氯化镍+5mg/L亚铁氰化钾+ 5g/L碳酸钠配制铜镀液，镀液pH值调节为13. 0，施镀温度为45° C。实施例3:
前处理基本流程为同实施例I。化学除油在45° C进行；所用除油液配方为
NaOH16g/L
Na2CO318g/L
Na3PO414 g/Lo H202+H2S04粗化工艺H202浓度为130mL/L，H2SO4浓度为450mL/L，温度为室温，时间为20min。活化工艺金纳米粒子浓度为5. OX 10_4mol/L，温度为常温，时间为15min。
施镀工艺为12g/L硫酸铜+ 15mL/L甲醛+ 48g/L酒石酸钾钠+ I. 5g/L氯化镍+7mg/L亚铁氰化钾+ 7g/L碳酸钠配制铜镀液，镀液pH值调节为13. 2，施镀温度为47° C。实施例4
前处理基本流程为同实施例I。化学除油在40° C进行；所用除油液配方为
NaOH16g/L
Na2CO318g/L
Na3PO414g/L。H202+H2S04粗化工艺H202浓度为150mL/L，H2SO4浓度为450mL/L，温度为室温，时间为20min。活化工艺金纳米粒子浓度为7. 5X 10_4mol/L，温度为常温，时间为17min。施镀工艺为15g/L硫酸铜+ 10mL/L甲醛+ 50g/L酒石酸钾钠+ 2g/L氯化镍+10mg/L亚铁氰化钾+ 10g/L碳酸钠配制铜镀液，镀液pH值调节为13. 9，施镀温度为52° C。实施例5:
前处理基本流程为同实施例I。化学除油在50° C进行；所用除油液配方为
NaOH16g/L
Na2CO318g/L
Na3PO414 g/LoH202+H2S04粗化工艺H202浓度为100mL/L，H2SO4浓度为420mL/L，温度为室温，时间为25min。活化工艺金纳米粒子浓度为I. 5X 10_4mol/L，温度为常温，时间为25min。施镀工艺为14g/L硫酸铜+ 13mL/L甲醒+ 48g/L酒石酸钾钠+ lg/L氯化镍+5mg/L亚铁氰化钾+ 8g/L碳酸钠配制铜镀液，镀液pH值调节为13. 5，施镀温度为55° C。实施例6
前处理基本流程为同实施例I。化学除油在40° C进行；所用除油液配方为
NaOH16g/L
Na2CO318g/L
Na3PO414 g/LoH202+H2S04粗化工艺H202浓度为150mL/L，H2SO4浓度为400mL/L，温度为室温，时间为30min。活化工艺银纳米粒子浓度为4. 5X 10_4mol/L，温度为常温，时间为23min。施镀工艺为10g/L硫酸铜+ 15mL/L甲醒+ 45g/L酒石酸钾钠+ I. 5g/L氯化镍+8mg/L亚铁氰化钾+ 8g/L碳酸钠配制铜镀液，镀液pH值调节为13. 5，施镀温度为50° C。
权利要求
1.一种塑料金属化的方法，其特征在于，它包括以下步骤 A)将塑料基体置入浓度为100-150mL/L的H2O2和浓度为400_450mL/L的H2SO4混合溶液中，在室温下，粗化处理20-30min ； B)将通过A)步骤粗化处理后的塑料进行超声波水洗、吹干后，置入浓度为I. 5X 10_4-7. 5X 10_4mol/L的金属纳米粒子溶液中，在室温下，活化处理15_25min ； C)将通过B)步骤活化处理后的塑料置入铜镀液中施镀；铜镀液是按10-15g/L硫酸铜+ 10-15mL/L甲醒+ 45-50g/L酒石酸钾钠+ l_2g/L氯化镍+ 5_10mg/L亚铁氰化钾+5-10g/L碳酸钠配制，镀液pH值调节为13-14，施镀温度为45-55° C。
2.根据权利要求I所述的塑料金属化的方法，其特征在于，所述的塑料基体在置入H2O2和H2SO4溶液粗化处理前，先进行机械处理、去内应力、水洗及化学除油。
3.根据权利要求I或2所述的塑料金属化的方法，其特征在于，所述的金属纳米粒子溶液为金纳米粒子溶液，金纳米粒子浓度为3. 5X 10_4mol/L ;活化处理时间为20min。
4.根据权利要求I或2所述的塑料金属化的方法，其特征在于，所述的H2O2和H2SO4混合溶液，H2O2浓度为100mL/L，H2SO4浓度为400mL/L ;在H2O2和H2SO4混合溶液中的粗化处理时间为30min。
5.根据权利要求I或2所述的塑料金属化的方法，其特征在于，所述的铜镀液，按15g/L硫酸铜+ 15mL/L甲醒+ 50g/L酒石酸钾钠+ I. 7g/L氯化镍+ 10mg/L亚铁氰化钾+ 5g/L碳酸钠配制，镀液pH值调节为13. 5，施镀温度为50° C。
6.根据权利要求2所述的塑料金属化的方法，其特征在于，所述的去内应力在室温下进行,去内应力所用为丙酮溶液,丙酮溶液浓度为250mL/L ;去内应力时间为20min。
7.根据权利要求2所述的塑料金属化的方法，其特征在于，所述的化学除油在温度40-50° C下进行，化学除油所用除油夜配方为 NaOH16g/L Na2CO318g/L Na3PO414 g/Lo
全文摘要
本发明涉及一种塑料金属化的方法。其目的在于提供一种减少重金属离子的使用及残余，降低污染、节约资源、操作简便的塑料金属化的方法。本发明是采用下述技术方案来实现的，它包括以下步骤A)将塑料基体置入H2O2和H2SO4溶液中粗化处理；B)将粗化处理后的塑料进行超声波水洗、吹干后，置入金属纳米粒子溶液中活化处理；C)将通过活化处理后的塑料置入铜镀液中施镀。本发明的有益效果是首先，利用金属纳米粒子的催化作用改良传统的塑料化学镀铜前处理工艺，变粗化-敏化-活化三步法为粗化-活化两步法，操作简便；其次，避免了重金属离子的使用及残余，降低污染，节约资源。
文档编号C23C18/40GK102644065SQ20121008923
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者王艺涵, 马洪芳 申请人:山东建筑大学