在聚合物表面镀金属膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种在聚合物材料表面镀金属膜的方法，它首先利用等离子体处理聚合物表面，以导入亲水性官能团，然后利用无电镀法在聚合物材料表面镀金属膜。其中上述方法的特征在于冷等离子体处理将聚合物材料与水的接触角降低５至６０°。此外，在上述方法中，在利用冷等离子体处理导入亲水性官能团后，通过附加实施或者将聚合物材料浸入一种有机溶剂中０．１至５分钟，或者用超声清洗设备清洗聚合物材料的步骤，可以更有效地为聚合物材料表面镀金属膜。按照本发明专利技术的镀膜方法非常稳定和容易实施，且可以为聚合物材料赋予其本身不具备的新特性，包括改善外观质量、改进机械性质、改进耐热性和耐用性、降低吸收性、赋予导热性及导电性、可焊接性和电磁波屏蔽效应等。按照本发明专利技术的镀膜方法镀膜后的聚合物材料，其性能得到改善，因此可以用于许多不同的工业领域，用来屏蔽信息处理设备所产生的电磁波，制作印刷电路板，制备各种类型的电极和抗静电板等。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用表面处理和无电镀法把金属膜固定至聚合物材料上的方法。更具体地说，本专利技术涉及一种方法，它包括首先利用等离子体处理在聚合物表面提供亲水性官能团，然后利用无电镀法在该表面镀金属膜。
技术介绍
与金属材料相比，聚合物材料具有很多优点，包括其价格低廉、轻、刚性和可加工性好、化学稳定性和耐蚀性良好等，因此，近年来在多种应用领域已经被用作金属材料的一种替代材料。特别地，由于聚合物材料表面涂覆金属膜可增加金属功能，所以聚合物材料的应用领域大为扩展。这种材料既具有金属的优点，包括硬度、更好的刚性、导电性等，也具有聚合物的优点，包括轻、可加工性、生产性等，因此，非常有希望作为金属加工材料，如铜等的代用材料。在聚合物材料表面镀金属膜，以为聚合物材料提供传导性、电屏蔽性和辉度等金属特性的方法，通常可分为湿镀法和干镀法两种。由于聚合物材料为非导体，因此不能通过电镀方法在聚合物材料表面上沉积金属膜。湿镀法允许使用酸处理聚合物表面，使之产生凹凸部分，并形成极性官能团，从而改进镀层的附着力(参见Metal surface Compendium，Plastic Plating Techniques，第13页)。但是，这种湿镀法仅可容易地应用于一些表面可以用酸蚀刻的聚合物材料，如ABS，而在应用于工程聚合物材料方面，包括聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯(teflon)等，有很大的限制性。韩国已公告第1995-0027008号专利案公开的商业可用产品，此产品通过在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂与玻璃纤维强化环氧树脂制成的印刷电路板的通孔与表面镀金属制成，但是并未明示如何通过在本领域常用的聚合物材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯等上镀金属而准备产品。原因是聚合物材料为非导体并且化学稳定性很好，按照通常使用的预处理和无电镀法在聚合物材料表面形成金属层非常困难。美国第4941940和5049230号专利公开一种无电镀法方法，或者在将聚碳酸酯浸入一种有机溶剂中使材料表面膨胀后，再施以精细粗化处理，经过无机酸蚀刻和碱液浴使其具有可湿性，或者在相应的溶液混合在一起形成第一溶液后用以对聚碳酸酯进行预处理。英国第1124556号专利公开一种方法，包括利用单体使包含苯乙烯的聚合物材料的表面产生聚合作用以形成一价阳离子基(氮基)，并接着用丙酮水溶液等加以处理，再浸入硫酸和铬酸的混合液中蚀刻，接下来再进行无电镀。另外，日本公告的第57-55933号专利公开一种无电镀法，它包括在含有高锰酸钠和亚硫酸钠的碱性溶液中执行聚丙烯(PP)的粗化处理。美国第4227963号专利公开一种方法，其中使用硫酸和羟酸的混合物蚀刻聚合物材料表面，然后再进行无电镀。最近，已经生产出可以按照湿镀法镀膜的聚合物材料，该湿镀法利用在高刚性材料与大约百分之几至几十的已蚀刻ABS或无机填充物混合然后经过酸处理蚀刻而形成许多凹凸部分之后残余的导电性填充物(例如，日本已公告专利Hei8-269313、Hei5-255582、Hei8-199365和Hei6-333418，及日本专利Hei2-36147)。但是，过量无机填充物的加入导致聚合物材料的性质和镀膜附着力的下降，并导致成本的增加，这使得其商业化非常困难，另外，为了改进镀层的附着力，应该保留凹凸部分，这导致产品外观质量的下降。此外，与一般通电于水溶液中的电镀法相比，本方法也有缺点，由于还原金属填充表面孔隙，其附着强度必须低，并且由于需要过量沉积金属，应该使用大量的金属和还原剂，因此产生大量废水而导致环境问题。干镀法是一种真空条件下在聚合物材料表面沉积金属的方法，它包括溅射法、气相沉积法、真空沉积法等。由于干镀法无需使用电进行还原，因此它具有许多优点，包括可在非导电性聚合物材料表面镀膜，不使用电解液因此不产生废水，和镀层厚度容易控制等。但是，它也有一些缺点，包括镀膜的附着力、耐蚀性和耐磨性较差，未直接暴露于气相源或靶金属的部分受镀不均匀，和难以制备厚镀膜等。另外，干镀法仅适用于某些特定产品，而难以应用于其它材料，因为要保持高水平的真空度以促使金属汽化，需要很高的成本。为了弥补上述这些缺点，有人提出干湿镀工艺组合方法。例如，美国第3801368号专利公开一种方法，首先溅射聚合物材料表面以掺入金、铂等材料，然后执行无电镀；日本第92-240189号专利公开一种方法，先在胺或酰胺中利用紫外(UV)激光处理聚四氟乙烯(PTFE)，然后进行无电镀。另外，美国第4354911号专利公开一种方法，先以氧-氩气体等离子体清洗材料表面，进而薄溅催化剂金属，然后再进行无电镀。但是，实际上，这些方法还没有实际应用。欧洲第0268821号专利和美国第US5340451号专利公开一种方法，先以气体等离子体处理使聚合物材料的表面具有亲水性，然后再使用钯催化剂执行无电镀。这种方法可以容易地实际应用，因为它的工艺简单且采用传统无电镀法。但是，它具有一些缺点，包括在聚合物材料上形成的金属膜不够均匀，与金属膜的附着力和金属膜沉积的可复制性较差。另外，用以屏蔽电子设备的电磁波的现有涂覆方法有三种1)真空金属化法，其中金属在真空下汽化并沉积在材料表面上；2)导电漆喷涂法，其中含有金属粉末的溶液被喷涂在材料表面上；和3)无电镀法，其中将待涂覆材料置于镀槽中，然后使用还原剂进行镀膜。目前，人们知道大部分的韩国制造企业通常采用导电漆喷涂法，而包括Nokia在内的一些外国公司则使用以聚合物合金为基片的真空金属化法。以上这些方法中，在手机生产的早期通常使用真空金属化法，但是由于生产率较低，以致成本较高，和金属膜与基片的附着力较差等问题，目前已很少使用。因此，现在通常使用导电漆喷涂法和无电镀法。目前许多韩国公司使用主要由美国进口的含有银或铜的导电漆。虽然这种方法可以应用于多种材料，不论薄表面性质如何均能表现出良好的附着力，但其缺点是干燥步骤中可能释放出气态有机溶剂的有害物质，并且成本较高。相反地，某些外国公司所采用的无电镀法，使用其中混合作为填充物的ABS树脂的聚合物合金，从而可以镀高刚性的聚碳酸酯材料。但是，对这种材料而言，尽管ABS部分可以溶于酸而容易形成镀膜，但却可能导致包括刚性在内的物理特性下降，另外，它具有许多缺点，包括产生有害物质、生产率降低、难以部分镀膜和可应用材料受限等。虽然一些韩国公司已经开发出一种屏蔽聚碳酸酯(PC)基材料的电磁波的电镀法，但由于生产过程的问题，包括低生存率和非镀区域的生产问题等，这种方法还不能实际应用。另外，近来为了使金属膜附着至聚合物材料，已经发表了一种方法，使用等离子体把亲水性官能团导入聚合物材料的表面，接着使用钯/锡(Pd/Sn)催化剂进行无电镀，为其中导入亲水性官能团的聚合物材料的表面镀金属膜(例如美国第4568562和4956197号专利，欧洲专利第0 268 821A1号，欧洲专利第0 478 975A2号，美国第5696207和5340451号专利)。但是按照上述专利的电镀结果不太好，这种方法未达到使用阶段。由于上述问题，仍需要开发一种新方法，从而为聚合物材料镀金属膜，使既具有聚合物材料稳定和轻的优点又具有金属材料金属导电性的复合材料，可以用于各种应用。
技术实现思路
为解决上述问题，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在聚合物材料表面镀金属膜的方法，它利用冷等离子体方法处理聚合物材料表面，以导入亲水性官能团，并随后按照无电镀法在聚合物材料表面镀金属膜，其中上述方法的特征在于冷等离子体处理将聚合物材料表面与水的接触角降低５至６０°。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：柳承均，徐鲲，
申请(专利权)人：柳承均，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]