專利名稱：一種abs塑料表面電鍍前處理的方法
技術領域：
本發明涉及一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，屬于塑料表面電鍍技術領域。
背景技術：
塑料電鍍是指采用一定的加工方法，在塑料表面上首先產生活化中心，采用化學鍍或置換鍍形成導電膜，然后用常規電鍍進行加厚的全過程。在國內外主要是采用金屬鈀活化技術，傳統工藝是采用PdCl2-SnCl2活化-敏化法，而該工藝處理過程復雜，使用PdCl2 價格昂貴，容易污染鍍液，使其應用受到一定的限制，對無鈀活化制備還集中在硼氫化鈉及甲醇活化工藝，但該工藝對操作者和環境均不利。因此，不斷開發低成本，環保型，節約貴金屬的新的塑料電鍍前處理工藝必然有廣闊的應用前景。塑料電鍍關鍵是前處理后形成有利于電鍍的金屬導電膜，不采用金屬鈀活化而直接以次磷酸鹽為還原劑獲得完整覆蓋金屬覆蓋層的配方和工藝未見報道，本發明實現了在塑料表面的直接均勻金屬化，而不是部分活性點。

發明內容
發明目的
本發明提出了一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其目的在于解決傳統工藝處理過程復雜，使用PdCl2價格昂貴，容易污染鍍液，或硼氫化鈉及甲醇活化工藝對操作者和環境均產生不利影響的問題。技術方案
一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于基材為普通型ABS塑料，該方法按以下步驟進行
(1)、去除應力；(2)、堿洗除油；(3)、酸洗；(4)、粗化；(5)、中和處理；(6)、化學活化: 將塑料基材放入活化溶液中，用恒溫水浴升溫到70 75°C后，在該溫度下進行恒溫處理 10 30min ；用可控化學反應制備金屬鎳的活化溶液，所用活化溶液配方為硫酸鎳10 12 g/L，次磷酸鈉20 25 g/L，檸檬酸鈉5 8 g/L，pH=9 11。步驟(1)中去除應力的方法為以4:1丙酮溶液在25°C下浸泡塑料基材40 60 min，然后再70 75°C下烘干1 3小時并自然冷卻。步驟(2)中堿洗除油的工藝條件為15 g/L碳酸鈉，30 g/L磷酸鈉，65 g/L氫氧化鈉，溫度45 55°C，時間25 30min。步驟(3)中酸洗是在步驟(2)堿洗并清洗后，對塑料基材表面的殘余堿液進行中和，采用在100 mL /L硫酸溶液中常溫下進行，時間30 45s。步驟(4)粗化采用鉻酸體系進行，工藝條件為400g/L CrO3, 350mL/L H2 SO4，溫度 65 75°C，時間 50 70 min。步驟(5)中和處理的工藝條件100 g/L NaOH溶液，溫度為室溫，時間3 5 min。步驟(6)中的活化溶液的制備方法，按以下步驟進行(1)按上述比例取各原料，分別用去離子水溶解；
(2)將步驟(1)中已完全溶解的硫酸鎳溶液，在不斷攪拌下加入含檸檬酸鈉的溶液中；
(3)將步驟(1)中完全溶解的次磷酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，加入步驟(2)配制好的溶液中；
(4)用去離子水將步驟(3)得到的溶液稀釋至計算體積；
(5)用pH值調節劑體積分數20%的稀氨水調整pH值至所需區間。基材為普通型ABS塑料，接枝共聚，其中丁二烯質量分數為15%。優點及效果
本發明提出了一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，具有如下優點 本發明利用可控的化學活化溶液獲得金屬鎳導電覆蓋層，具有工藝簡單，操作方便等優點。不使用金屬鈀活化的方法，還可取代硼氫化鈉及甲醇活化工藝，有利于環保。雖然以次磷酸鹽為還原劑可以使金屬鎳鹽還原，但反應一般不易控制，本發明通過加入適量穩定劑，可以控制反應的發生，在適當的條件下，使其均勻吸附在粗化后的ABS 塑料表面上，實現直接以次磷酸鹽為還原劑獲得完整覆蓋金屬覆蓋層，之后可進行常規電鍍。經前處理后形成有利于電鍍的金屬導電膜，實現了在塑料表面的直接均勻金屬化，而不是部分活性點。


圖1為ABS塑料粗化后的掃描電鏡圖； 圖2為ABS塑料化學活化IOmin之后的掃描電鏡圖； 圖3為ABS塑料化學活化30min之后的掃描電鏡圖； 圖4為ABS塑料化學活化IOmin之后電鍍鎳IOmin的掃描電鏡圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步的說明，但本發明的保護范圍不受實施例的限制。塑料表面上進行電鍍，首先將塑料消除應力，除油，粗化，活化，再進行電鍍。本發明針對活化階段，提出了一種不采用金屬鈀活化工藝，即在對塑料表面進行粗化處理后，直接進行化學活化獲得有金屬導電層，取消了常見塑料化學鍍中常采用敏化-金屬鈀活化兩步驟，還可取代硼氫化鈉及甲醇活化工藝，有利于環保。雖然以次磷酸鹽為還原劑可以使金屬鎳鹽還原，但反應一般不易控制，本發明通過加入適量穩定劑，可以控制反應的發生，在適當的條件下，使其均勻吸附在粗化后的ABS塑料表面上，實現直接以次磷酸鹽為還原劑獲得完整覆蓋金屬覆蓋層，之后可進行常規電鍍。一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，基材為普通ABS塑料，工藝如下
(1)、去除應力，對于應力高的ABS塑料應先去除應力后再進行除油；
(2)、堿洗除油，這樣有利于塑料表面粗化的均勻；
(3)、酸洗在堿洗并清洗后進行，主要是對基體表面的殘余堿液進行中和；
(4)、粗化采用鉻酸體系，其目的是增大零件表面的微觀粗糙度、接觸面積以及親水能力，以此保證鍍層良好的附著力，是決定鍍層附著力大小的關鍵工序。粗化的方法有多種，應用較廣的是鉻酸體系，該體系粗化速度快，鍍層附著力好。(5)、中和處理，經化學粗化處理后，塑料零件表面微孔結構中含有一些六價鉻及其他雜質，如清洗不徹底會影響塑料與鍍層的結合力，并污染鍍液；因此要進行中和處理。(6)、化學活化活化時，將塑料基材放入活化溶液中，用恒溫水浴升溫到70 75°C后，在該溫度下進行恒溫處理10 30min ；用可控化學反應制備金屬鎳的活化溶液， 所用化學活化液由以下物質組成硫酸鎳，次磷酸鈉，檸檬酸鈉；活化溶液配方為硫酸鎳 10 12 g/L，次磷酸鈉20 25 g/L，檸檬酸鈉5 8 g/L，pH=9 11。步驟(1)中去除應力的方法為以4:1丙酮溶液在25°C下浸泡塑料基材40 60 min，然后再70 75°C下烘干1 3小時并自然冷卻。步驟(2)中堿洗除油的工藝條件為15 g/L碳酸鈉，30 g/L磷酸鈉，65 g/L氫氧化鈉，溫度45 55°C，時間25 30min。步驟(3 )中酸洗是在步驟(2 )堿洗并清洗后，對基體表面的殘余堿液進行中和，采用在100 mL /L硫酸溶液中常溫下進行，時間30 45s。步驟(4)粗化采用鉻酸體系進行，工藝條件為400g/L CrO3, 350mL/L質量分數98% 的H2 SO4，溫度65 75°C，時間50 70 min。步驟(5)中和處理的工藝條件100 g/L NaOH溶液，溫度為室溫，時間3 5 min。步驟(6)中的活化溶液的制備方法，按以下步驟進行
(1)按上述比例取各原料，分別用去離子水溶解；
(2)將步驟(1)中已完全溶解的硫酸鎳溶液，在不斷攪拌下加入含檸檬酸鈉的溶液中；
(3)將步驟(1)中完全溶解的次磷酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，加入步驟(2)配制好的溶液中；
(4)用去離子水將步驟(3)得到的溶液稀釋至計算體積；
(5)用pH值調節劑體積分數20%的稀氨水調整pH值至所需區間。基材為普通型ABS塑料，接枝共聚，其中丁二烯質量分數約為15%，使用其他塑料基材也能實現本發明的目的，但使用丁二烯質量分數約為15%的ABS塑料基材，處理效果更好。本發明利用可控的化學活化溶液獲得金屬鎳導電覆蓋層，之后可進行常規電鍍。運用SEM (掃描電鏡)塑料表面形貌進行考察，結果表明在粗化的基礎上，獲得化學活化金屬鎳層，適合進行電鍍。實施例1
基材為普通型ABS塑料，接枝共聚，其中丁二烯質量分數約為15%，面積1 cm X5 cm。 其電鍍前處理工藝流程如下除應力一水洗一除油一水洗一酸洗一水洗一粗化一水洗一中和處理一水洗一化學活化一水洗一化學鍍鎳一水洗一電鍍鎳。(1)、采用以下方法去除應力以4 1丙酮溶液在25 °C下浸泡40 min，然后在 70 °C下烘干2 h并自然冷卻。(2)、堿洗除油工藝條件15 g/L碳酸鈉，30 g/L磷酸鈉，65 g/L氫氧化鈉，溫度 45°C，時間 25min。(3)、酸洗在堿洗并清洗后進行，主要是對基體表面的殘余堿液進行中和，采用在 100 mL /L硫酸溶液中常溫下進行，時間30s。
(4)、粗化采用鉻酸體系，其目的是增大零件表面的微觀粗糙度、接觸面積以及親水能力，以此保證鍍層良好的附著力，是決定鍍層附著力大小的關鍵工序。粗化的方法有多種，應用較廣的是鉻酸體系，該體系粗化速度快，鍍層附著力好。工藝條件400 g/L CrO3, 350mL /L H2 S04，溫度 65 °C，時間 50 min。( 5 )、中和處理經化學粗化處理后，塑料零件表面微孔結構中含有一些六價鉻及其他雜質，如清洗不徹底會影響塑料與鍍層的結合力，并污染鍍液。為此，采用以下工藝進行中和處理100 g/L NaOH溶液，溫度為室溫，時間;3min。(6)、化學活化活化溶液配方硫酸鎳濃度為10g/L，次磷酸鈉濃度為20g/L，穩定劑檸檬酸鈉濃度為5g/L，pH=9，溫度為70°C。活化方法具體為將硫酸鎳溶解于檸檬酸鈉溶液中，再加入次磷酸鈉溶液，然后用體積分數20%的稀氨水調節pH值，活化時，將塑料基片放入溶液，用恒溫水浴升溫到70°C后，在該溫度下進行恒溫處理30min。經電鍍前處理后的塑料在掃描電子顯微鏡下觀察，在粗化的基礎上獲得了完整覆蓋的活化金屬層，適合進行常規電鍍。(7)、電鍍鎳配方及工藝條件
配方主要由硫酸鎳，氯化鎳，硼酸，糖精，2- 丁炔-1，4- 二醇，硫酸鈉。硫酸鎳250g/L， 氯化鎳30 g/L，硼酸35 g/L，糖精1.0 8/1，2-丁炔-1，4-二醇0.5 g/L，十二烷基硫酸鈉 0. 15 g/L, pH4-6，溫度 40-50°C，電流密度 1. 5_3A/dm2。實施例2
基材為普通型ABS塑料，接枝共聚，其中丁二烯質量分數約為15%，面積1 cm X5 cm。 其電鍍前處理工藝流程如下除應力一水洗一除油一水洗一酸洗一水洗一粗化一水洗一中和處理一水洗一化學活化一水洗一化學鍍鎳一水洗一電鍍鎳。(1)、采用以下方法去除應力以4 1丙酮溶液在25 °C下浸泡60 min，然后在 75 °C下烘干1 h并自然冷卻。(2)、堿洗除油工藝條件15 g/L碳酸鈉，30 g/L磷酸鈉，65 g/L氫氧化鈉，溫度 55°C，時間 30min。(3)、酸洗在堿洗并清洗后進行，主要是對基體表面的殘余堿液進行中和，采用在 100 mL /L硫酸溶液中常溫下進行，時間45s。(4)、粗化采用鉻酸體系，工藝條件400 g/L CrO3, 350mL /L H2 S04，溫度75 °C，時間 70 min。(5)、中和處理工藝條件100 g/L NaOH溶液，溫度為室溫，時間5min。(6)、化學活化活化溶液配方硫酸鎳濃度為12g/L，次磷酸鈉濃度為25g/L，穩定劑檸檬酸鈉濃度為8g/L，pH=ll，溫度為75°C。活化方法具體為將硫酸鎳溶解于檸檬酸鈉溶液中，再加入次磷酸鈉溶液，然后用體積分數20%的稀氨水調節pH值，活化時，將塑料基片放入溶液，用恒溫水浴升溫到75°C后，在該溫度下進行恒溫處理lOmin。經電鍍前處理后的塑料在掃描電子顯微鏡下觀察，在粗化的基礎上獲得了完整覆蓋的活化金屬層，適合進行常規電鍍。Cl)、電鍍鎳配方及工藝條件
配方主要由硫酸鎳，氯化鎳，硼酸，糖精，2- 丁炔-1，4- 二醇，硫酸鈉。硫酸鎳250g/L， 氯化鎳30 g/L，硼酸35 g/L，糖精1.0 8/1，2-丁炔-1，4-二醇0.5 g/L，十二烷基硫酸鈉0. 15 g/L，pH4-6，溫度 40-50°C，電流密度 1. 5_3A/dm2。實施例3
基材為普通型ABS塑料，接枝共聚，其中丁二烯質量分數約為15%，面積1 cm X5 cm。 其電鍍前處理工藝流程如下除應力一水洗一除油一水洗一酸洗一水洗一粗化一水洗一中和處理一水洗一化學活化一水洗一化學鍍鎳一水洗一電鍍鎳。(1)、采用以下方法去除應力以4 1丙酮溶液在25 °C下浸泡50 min，然后在 72 °C下烘干2 h并自然冷卻。(2)、堿洗除油工藝條件15 g/L碳酸鈉，30 g/L磷酸鈉，65 g/L氫氧化鈉，溫度 50°C，時間 27min。(3)、酸洗在堿洗并清洗后進行，主要是對基體表面的殘余堿液進行中和，采用在 100 mL /L硫酸溶液中常溫下進行，時間40s。(4)、粗化采用鉻酸體系，工藝條件400 g/L CrO3, 350mL /L H2 SO4，溫度70 °C，時間 60 min0(5)、中和處理工藝條件100 g/L NaOH溶液，溫度為室溫，時間％iin。(6)、化學活化活化溶液配方硫酸鎳濃度為llg/L，次磷酸鈉濃度為22g/L，穩定劑檸檬酸鈉濃度為7g/L，pH=10，溫度為73°C。活化方法具體為將硫酸鎳溶解于檸檬酸鈉溶液中，再加入次磷酸鈉溶液，然后用體積分數20%的稀氨水調節pH值，活化時，將塑料基片放入溶液，用恒溫水浴升溫到73°C后，在該溫度下進行恒溫處理20min。經電鍍前處理后的塑料在掃描電子顯微鏡下觀察，在粗化的基礎上獲得了完整覆蓋的活化金屬層，適合進行常規電鍍。(7)、電鍍鎳配方及工藝條件
配方主要由硫酸鎳，氯化鎳，硼酸，糖精，2- 丁炔-1，4- 二醇，硫酸鈉。硫酸鎳250g/L， 氯化鎳30 g/L，硼酸35 g/L，糖精1.0 8/1，2-丁炔-1，4-二醇0.5 g/L，十二烷基硫酸鈉 0. 15 g/L, pH4-6，溫度 40-50°C，電流密度 1. 5_3A/dm2。實施例4
基材為普通型ABS塑料，接枝共聚，其中丁二烯質量分數約為15%，面積1 cm X5 cm。 其電鍍前處理工藝流程如下除應力一水洗一除油一水洗一酸洗一水洗一粗化一水洗一中和處理一水洗一化學活化一水洗一化學鍍鎳一水洗一電鍍鎳。(1)、采用以下方法去除應力以4 1丙酮溶液在25 °C下浸泡55 min，然后在 70 °C下烘干3 h并自然冷卻。(2)、堿洗除油工藝條件15 g/L碳酸鈉，30 g/L磷酸鈉，65 g/L氫氧化鈉，溫度 48°C，時間 28min0(3)、酸洗在堿洗并清洗后進行，主要是對基體表面的殘余堿液進行中和，采用在 100 mL /L硫酸溶液中常溫下進行，時間35s。(4)、粗化采用鉻酸體系，工藝條件400 g/L Cr03，350mL /L H2 S04，溫度65°C，時 55min。(5)、中和處理工藝條件100 g/L NaOH溶液，溫度為室溫，時間!Bmin。(6)、化學活化活化溶液配方硫酸鎳濃度為12g/L，次磷酸鈉濃度為23g/L，穩定劑檸檬酸鈉濃度為6g/L，pH=10，溫度為71°C。活化方法具體為將硫酸鎳溶解于檸檬酸鈉溶液中，再加入次磷酸鈉溶液，然后用體積分數20%的稀氨水調節pH值，活化時，將塑料基片放入溶液，用恒溫水浴升溫到71°C后，在該溫度下進行恒溫處理25min。經電鍍前處理后的塑料在掃描電子顯微鏡下觀察，在粗化的基礎上獲得了完整覆蓋的活化金屬層，適合進行常規電鍍。(7)、電鍍鎳配方及工藝條件
配方主要由硫酸鎳，氯化鎳，硼酸，糖精，2- 丁炔-1，4- 二醇，硫酸鈉。硫酸鎳250g/L， 氯化鎳30 g/L，硼酸35 g/L，糖精1.0 8/1，2-丁炔-1，4-二醇0.5 g/L，十二烷基硫酸鈉 0. 15 g/L, pH4-6，溫度 40-50°C，電流密度 1. 5_3A/dm2。結論通過實驗證明，本發明不采用現有塑料表面電鍍前采用敏化-金屬鈀活化的傳統方法，以次磷酸鹽為還原劑，通過加入適量穩定劑，控制反應的發生，使其均勻吸附在粗化后的ABS塑料表面上，形成有利于電鍍的金屬導電層，實現了直接以次磷酸鹽為還原劑獲得完整覆蓋金屬覆蓋層，適合進行常規電鍍，電鍍后，掃描電鏡下顯示鍍層表面厚度均勻與塑料基材結合力良好。
權利要求
1.一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于基材為普通型ABS塑料，該方法按以下步驟進行(1)、去除應力；(2)、堿洗除油；(3)、酸洗；(4)、粗化；(5)、中和處理；(6)、化學活化 將塑料基材放入活化溶液中，用恒溫水浴升溫到70 75°C后，在該溫度下進行恒溫處理 10 30min ；用可控化學反應制備金屬鎳的活化溶液，所用活化溶液配方為硫酸鎳10 12 g/L，次磷酸鈉20 25 g/L，檸檬酸鈉5 8 g/L，pH=9 11。
2.根據權利要求1所述的一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于步驟(1) 中去除應力的方法為以4:1丙酮溶液在25°C下浸泡塑料基材40 60 min，然后再70 75°C下烘干1 3小時并自然冷卻。
3.根據權利要求1所述的一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于步驟(2) 中堿洗除油的工藝條件為15 g/L碳酸鈉，30 g/L磷酸鈉，65 g/L氫氧化鈉，溫度45 55°C，時間 25 30min。
4.根據權利要求1所述的一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于步驟(3) 中酸洗是在步驟(2)堿洗并清洗后，對塑料基材表面的殘余堿液進行中和，采用在100 mL / L硫酸溶液中常溫下進行，時間30 45s。
5.根據權利要求1所述的一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于步驟(4) 粗化采用鉻酸體系進行，工藝條件為400g/L Cr03,350mL/L H2 SO4，溫度65 75°C，時間 50 70 min。
6.根據權利要求1所述的一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于步驟(5) 中和處理的工藝條件100 g/L NaOH溶液，溫度為室溫，時間3 5 min。
7.根據權利要求1所述的一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于步驟(6) 中的活化溶液的制備方法，按以下步驟進行(1)按上述比例取各原料，分別用去離子水溶解；(2)將步驟(1)中已完全溶解的硫酸鎳溶液，在不斷攪拌下加入含檸檬酸鈉的溶液中；(3)將步驟(1)中完全溶解的次磷酸鈉溶液，在劇烈攪拌下，加入步驟(2)配制好的溶液中；(4)用去離子水將步驟(3)得到的溶液稀釋至計算體積；(5)用pH值調節劑體積分數20%的稀氨水調整pH值至所需區間。
8.根據權利要求1所述的一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其特征在于基材為普通型ABS塑料，接枝共聚，其中丁二烯質量分數為15%。
全文摘要
本發明涉及一種ABS塑料表面電鍍前處理的方法，其電鍍前處理工藝流程如下去除應力，堿洗除油，酸洗，粗化，中和處理，化學活化，常規電鍍；其中化學活化是將塑料基材放入活化溶液中，在水浴中升溫處理一定時間；活化溶液配方為硫酸鎳10-12g/L，次磷酸鈉20-25g/L，檸檬酸鈉5-8g/L，pH=9-11，溫度為70-75℃。本發明是一種不使用金屬鈀活化的新方法，還可取代硼氫化鈉及甲醇活化工藝，有利于環保；在此前處理的基礎上可實現直接電鍍，解決了處理過程復雜，使用PdCl2價格昂貴，容易污染鍍液等問題。
文檔編號C23C18/36GK102409320SQ20111038721
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者于錦, 劉聰穎, 孫碩, 徐炳輝, 洪文英, 溫宇 申請人:沈陽工業大學