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(安美特(中國)化學(xué)有限公司，廣東廣州511356)
摘要:塑料基體直接電鍍的工藝為:用含Pd2+離子的CrO3和H2SO4混合液進行粗化，使其表面獲得均勻的粗糙度和改善后續(xù)活化工藝中鈀的吸附效果。在還原工序中添加了一種特殊的表面活性劑，來增加鈀的吸附。經(jīng)過銅置換工序，Cu2+及其絡(luò)合物在塑料表面移除了Sn2+，使得表面形成鈀銅的導(dǎo)電膜，可以直接鍍酸性銅。新型塑料電鍍工藝不僅無需使用化學(xué)鍍，而且操作更加容易，穩(wěn)定性提高，廢水處理簡單，大大縮短了生產(chǎn)時間，生產(chǎn)中途無需更換掛具，生產(chǎn)率大大提高。
關(guān)鍵詞:塑料電鍍;粗化;活化;直接金屬化
中圖分類號:TQ153．3文獻標(biāo)識碼:A
文章編號:1001-3849(2010)
引言
塑料電鍍產(chǎn)品具有輕質(zhì)、易加工、表面光澤性和整平性好等優(yōu)點，在汽車、摩托車、五金和日常家用品中應(yīng)用非常廣泛［1］。傳統(tǒng)的塑料電鍍工藝包括除油、粗化、活化、化學(xué)鍍和電鍍的工序，其中化學(xué)鍍銅是一種效率高并且價格低廉的塑料直接電鍍方法［2］。但是，它們存在以下問題:1)化學(xué)鍍銅液中常常含有EDTA或三乙醇胺等難以處理的絡(luò)合劑;2)含有致癌物甲醛;3)工藝穩(wěn)定性差，鍍層易產(chǎn)生麻點。目前的主流工藝是膠體鈀-化學(xué)鍍鎳工藝，盡管比化學(xué)鍍銅有了長足的進步，可用于自動化生產(chǎn)，穩(wěn)定性也有提高，但是化學(xué)鍍鎳液的缺點就是易老化，壽命短，需要經(jīng)常更換溶液，廢液處理成本較高，和化學(xué)鍍銅一樣存在環(huán)保壓力。鑒于傳統(tǒng)化學(xué)鍍銅和化學(xué)鍍鎳中的環(huán)保問題，人們從20世紀(jì)80年代開始對其進行替代的直接電鍍工藝的研究。
近幾年來，塑料直接電鍍工藝已成為塑料電鍍研究的熱點。直接電鍍工藝根據(jù)采用的導(dǎo)電性物質(zhì)的不同，大致可以分為三種:1)導(dǎo)電性高分子聚合物體系;2)鈀-錫體系;3)碳粒子懸浮液體系。其中，膠體鈀-錫體系相對成熟，其導(dǎo)電性能好，表面均勻細(xì)致，它與傳統(tǒng)的化學(xué)鍍鎳、化學(xué)鍍銅相比，減少了解膠的工序，甚至還可以省去預(yù)鍍工序［3-8］，而且工藝流程縮小，廢品率大大降低，中間無需更換掛具。
安美特公司不久前推出了新一代應(yīng)用于塑料為底材的直接電鍍工藝———Futuron ULTRA銅置換技術(shù)，該工藝是一種含有銅絡(luò)合劑的堿性溶液，這種絡(luò)合劑的性質(zhì)溫和，很容易被生物降解，廢水處理簡單，穩(wěn)定性高，壽命長。它用于鈀活化之后，把活化過程中沉積在塑料表面的錫置換為銅，形成鈀-銅導(dǎo)電膜，可直接酸性電解液鍍銅。本文對塑料直接電鍍的前處理工藝進行了研究。
1·實驗部分
試驗采用的塑料是ABS(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)和含有PC的ABS塑料［聚碳酸酯，w(PC)為45%］，A=
直接銅電鍍工藝適用于ABS或含有PC的ABS塑料的裝飾性電鍍，其工藝如下:
除油
膨脹100～700 mL/L EXPT塑料膨脹劑，θ=30～
注:膨脹工序應(yīng)用于PC材料或者含有高PC的ABS塑料，普通ABS塑料則不需要此工序。
粗化
還原50mL/L EXPT還原劑、1mL/L EXPT調(diào)
校劑、40mL/L HCl，θ=
預(yù)浸270～300mL/L HCl，θ=
活化Pd-Sn膠體，θ=
銅置換90 mL/L EXPT銅置換劑1、300mL/LEXPT銅置換劑2、25mL/L EXPT銅置換劑3、1 mL/L EXPT穩(wěn)定劑，θ=
光亮酸性鍍銅
1．1除油
大多數(shù)含PC的ABS塑料不用去應(yīng)力就可以直接進行除油。在塑料注塑及其它加工處理過程中，塑料表面難免會沾上油污。除油工序不僅有利于塑料表面粗化的均勻，同時增加粗化液的使用壽命［1］。
1．2膨脹與粗化
當(dāng)應(yīng)用于PC材料或者含有高PC(大于50%)的ABS塑料時，塑料通過膨脹變得柔軟、粗糙(如圖1SEM照片所示)，其表面的體積稍微增大，能改善粗化效果。
從圖2可以看到，經(jīng)過膨脹工序后再進行粗化，塑料表面的凹坑加深，這樣能大大增加鍍層與塑料間的結(jié)合力。粗化一般是使用62～
從圖3可以看出，未經(jīng)粗化的塑料表面平整，但經(jīng)過30s的粗化后，表面增加了不少的凹坑。粗化的時間一般為10min，可根據(jù)不同的ABS原料以及注塑條件而定。
鈀的加入大大改善了ABS或含PC的ABS的粗化速率，并且對于形狀較為復(fù)雜的工件更易于被粗化，可降低后續(xù)活化工序中鈀的濃度。有不少研究表明，鈀的加入對塑料表面的粗糙度、元素含量、表面官能團和膠體鈀的吸附量都有明顯的影響［10］。為了抑制鉻霧的揮發(fā)，在粗化液中可加入少許的抑霧劑。粗化液經(jīng)過多個周期使用后，三價鉻的含量會慢慢增加，當(dāng)ρ［Cr(Ⅲ)］大于
1．3還原
還原工序主要是還原塑料表面的六價鉻，防止后續(xù)工序的鍍液被六價鉻污染而導(dǎo)致性能下降，特別是活化鍍液。還原劑不能使用亞硫酸鈉等物質(zhì)，否則會造成活化槽中鈀的沉淀。在還原工序中加入調(diào)校劑可以改變粗化后塑料表面的特性，該調(diào)校劑可以是一種或幾種表面活性劑，它使得塑料表面帶電，更可幫助后續(xù)活化工序鈀的吸附效果，使得難于電鍍含PC的ABS或PC塑料易于電鍍。從圖4中可以看出，在還原工序添加了調(diào)校劑后，活化后的塑料表面的顏色明顯變深，說明調(diào)校劑的加入提高了對鈀的吸附效果，而表1中，通過測定活化后ABS含PC的塑料表面的元素組成，鈀和錫在塑料表面上的吸附量大約增加了26%。
1．4預(yù)浸
預(yù)浸的作用是增加活化液的穩(wěn)定性，防止活化液被清洗水稀釋，減少無謂的損失，同時，預(yù)浸對活化液起到一個緩沖作用，也防止膠體鈀直接與塑料表面的中性水接觸而導(dǎo)致的破壞性水解［1］。
1．5活化
活化是塑料直接電鍍中非常重要的一環(huán)，被采用最多的是膠體鈀活化。塑料經(jīng)過粗化后，在活化液中基體表面與含貴金屬離子Pd2+的溶液接觸，然后貴金屬離子很快就被二價錫還原為金屬微粒而吸附在其表面。故活化的實質(zhì)就是在塑料表面吸附一定量的活化中心，以能催化隨后的施鍍過程。
1．6銅置換
銅置換的工作原理是首先移除塑料表面上圍繞在鈀周圍的錫，然后把銅置換上去，從而增加了塑料表面的金屬性。銅置換溶液一般由銅鹽、絡(luò)合劑、強堿和穩(wěn)定劑等組成。在銅置換溶液中會發(fā)生如下的反應(yīng)。
銅置換鍍液由于長期運作，副反應(yīng)的進行以及各種固體微粒與雜質(zhì)的引入，會影響鍍液的穩(wěn)定性，反應(yīng)(3)產(chǎn)生的Cu+，形成Cu2O沉淀，所以必須加入抑制產(chǎn)生Cu+的試劑，即是穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑一般都采用含S或N的化合物。穩(wěn)定劑的加入對鍍液有良好的穩(wěn)定效果，同時對銅置換的速度影響甚微。銅置換后的塑料表面可以用萬用表測量表面的電阻。經(jīng)過銅置換工序后，銅將塑料表面的錫置換出去，形成鈀-銅導(dǎo)電膜，從塑料表面的SEM圖如圖5所示，明顯看出銅已經(jīng)置換到塑料表面。從表2中得出，在銅置換后含PC的ABS塑料表面的元素組成中銅元素大約占了57%。
2·結(jié)論
1)在PC材料或者含有高PC(大于50%)的ABS塑料時，電鍍前處理中，膨脹工序能增加粗化的效果。
2)在粗化液中添加鈀離子和在還原工序中加入調(diào)校劑都能大大增加鈀的吸附效果。
3)在銅置換中，添加穩(wěn)定劑可以抑制Cu+的生成，可以用SEM和EDX等方法分析銅置換的效果。
參考文獻
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