DE4023619A1 - Verfahren zur metallisierung von anorganischem oder organischem substratmaterial - Google Patents
Verfahren zur metallisierung von anorganischem oder organischem substratmaterialInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallisierung der
Oberflächen von Substraten aus anorganischem oder organischem
Material, insbesondere von Substraten aus anorganischem oder
organischem Fasermaterial.
Derartige Substrate, z. B. Bahnen aus Vliesstoff oder Nadelfilz
werden heute normalerweise aus Kunststoffasern hergestellt und
sind damit elektrisch nicht leitend. Für viele physikalische
oder chemische Einsatzzwecke werden aber heute hochporöse
Trägerstoffe benützt, die metallische Eigenschaften aufweisen
müssen. Es ist daher notwendig, um derartige Bahnen für solche
Zwecke einsetzen zu können, diesen metallische Eigenschaften zu
verleihen. Diese Bahnen müssen daher mit einem elektrisch lei
tenden, d. h. metallischen Überzug versehen werden. Da die für
die genannten Bahnen verarbeiteten Kunststoffasern elektrisch
isolierend und damit für eine direkte chemische Metallabschei
dung untauglich sind, müssen sie vorher "aktiviert" werden,
d. h. auf der Faseroberfläche des Substrates muß im Verlauf ei
nes Aktivierungsvorganges zuerst eine katalytisch aktive Sub
stanz abgeschieden werden. Zur Aktivierung werden dabei im
allgemeinen edelmetallhaltige Aktivierungslösungen benützt, die
insbesondere aus einer kolloidalen oder ionogenen Palladiumlö
sung mit einem Überschuß an Zinn-II-Ionen als Reduktionsmittel
in Salzsäure bestehen.
Eine derartige Aktivierung von Vliesstoff- oder Nadelfilzbahnen
mit einer Aktivierungslösung auf der Basis von Palladium/Zinn,
wobei die Bahn durch eine Imprägnierstation gezogen wird, ist
bereits z. B. aus der DE-PS 36 31 055 bekannt. Auch in der EU-PS
00 82 438 wird eine derartige Verfahrensweise der Aktivierung
von Substratoberflächen mit Palladium-(II)-organischen Verbin
dungen angegeben.
Die für die Aktivierung der Bahnoberflächen eingesetzten Pal
ladium- oder Platinverbindungen sind jedoch sehr teuer, eine
Wiedergewinnung der Edelmetalle aus den bei der durchgeführten
Aktivierung nicht ausgenützten Lösungen sehr umständlich und
damit ebenfalls sehr kostspielig.
Aus der DE-OS 35 20 980 ist es nun dazu auch bekannt, eine
Schicht aus einem elektrisch leitfähigen Polymer auf einen an
deren Werkstoff aufzubringen, wobei auf die Oberfläche des
Werkstoffes zunächst ein Oxidationsmittel und anschließend Mo
nomere aus der Klasse der fünfgliedrigen Heterocyclen aufge
bracht werden und die Monomeren polymerisiert werden. In dieser
Schrift ist dazu angegeben, daß bei den nach dieser Verfah
rensweise erhaltenen Verbundwerkstoffe die elektrisch leitfä
higen Polymere festhaftende Filme auf dem Basismaterial bilden
sollen. In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß die
so erhaltenen Verbundwerkstoffe für bestimmte technische An
wendungszwecke, z. B. bei dem Einsatz als Fasergerüstplatte für
die Elektroden eines Akkumulators, keine genügende und vor al
lem zeitlich lange Stabilität besitzen.
Auch eine Abscheidung von Metallen auf ein elektrisch leitfä
higes polymeres Trägermaterial ist bereits bekannt aus der
EU-PS 00 73 327. Nach der dort angegebenen Verfahrensweise er
gibt sich zwingend eine Verwendung von teilweise sehr hochgif
tigen Stoffen und organischen Lösungsmitteln.
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, anorganische und
organische, vor allem faserförmige Substrate, verfahrensgemäß
zu aktivieren und zu metallisieren, wobei die Verfahrensdurch
führung mit einer geringeren Gesundheitsgefährdung bei dem Ar
beitsplatz und einer geringen Umweltbelastung durchzuführen
ist, das Verfahren selbst technisch nicht aufwendig und
kostengünstiger ist als bei einem Aktivierungsvorgang eines
elektrisch nicht leitenden Substrates mit einer edelmetallhal
tigen Lösung und die erhaltenen metallisierten Endprodukte eine
große Stabilität und langzeitliche Verwendungsdauer besitzen.
Diese gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
Die Ansprüche 2 bis 7 geben bevorzugte Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Verfahrens wieder.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Praxis so durchge
führt, daß das nachfolgend zu metallisierende Substrat bei
Raumtemperatur mit der Lösung eines Oxidationsmittels, z. B.
Eisen-(III)-chlorid, Kaliumperoxodisulfat oder Eisen-III
perchlorat imprägniert wird. Anschließend wird aus der Gasphase
auf die Oberflächen des Substrates, z. B. auf die Faseroberflä
che eines Vliesstoffes oder eines Nadelfilzes, ein Monomeres
aus der Verbindungsklasse der fünfgliedrigen π-
elektronenreichen Heterocyclen, z. B. Pyrrol aufgebracht und
dort polymerisiert. Dabei wird das Fasermaterial mit einer
durchgehenden Schicht von elektrisch leitfähigem Polymer z. B.
Polypyrrol überzogen.
Zum Ende der Polymerisation ist dann der elektrische Widerstand
des Fasermaterials des Vliesstoffes oder der Nadelfilzbahn auf
einen Wert kleiner als 100 Ω/cm abgesunken.
Das so erhaltene elektrisch leitfähige Fasermaterial kann dann
direkt in wäßrigem Medium metallisiert werden, entweder durch
eine stromlose chemische Metallisierung oder durch eine elek
trolytische Abscheidung des Metalls auf dem Fasermaterial aus
sauren oder alkalischen Galvanikbädern der entsprechenden
wäßrigen Metallsalz-Lösungen.
Bei einer galvanischen Metallisierung wird das elektrisch
leitfähige Fasermaterial als Kathode geschaltet. Als Anode
verwendet man zweckmäßigerweise eine stab- oder flächenförmige
Metall-Elektrode. Die angelegte Spannung liegt zwischen
0,5 Volt und 10 Volt und die Elektrolyse dauert zwischen
15 Minuten und mehreren Stunden. Das so metallisierte Faserma
terial verliert nur unwesentlich von seiner anfänglichen Poro
sität und die einzelnen Fasern sind von einer durchgängigen
Metallschicht umhüllt.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird anhand von Beispielen
noch näher erläutert:
Ein Bahnstück eines Vliesmaterials aus Polypropylen wurde mit
Eisen-(III)-chlorid als Oxidationsmittel imprägniert. Nach er
folgter Polymerisation mit Pyrrol waren sämtliche Fasern der
Oberfläche des Bahnstückes mit elektrisch leitfähigem Polymer
überzogen. In einer schwach schwefelsauren Kupfersulfat-Lösung
wurde das jetzt elektrisch leitfähige Probestück als Kathode
geschaltet; als Anode dient ein Kupferblech. Es wurde bei
Raumtemperatur 60 Minuten lang mit 1,5 Volt angelegter Spannung
elektrolysiert. Nach erfolgter Metallisierung waren sämtliche
Fasern der Oberfläche des Bahnstückes mit einer durchgängigen,
festhaftenden Kupferschicht überzogen.
Ein Bahnstück aus einem Nadelfilzmaterial aus Polypropylen
wurde gemäß Beispiel 1 imprägniert und die Dampfpolymerisation
mit Pyrrol durchgeführt. Das so aktivierte Bahnstück wurde in
einer ammoniakalischen Nickelsulfat-Lösung als Kathode ge
schaltet und bei 3 Volt angelegter Spannung elektrolysiert.
Nach erfolgter Metallisierung waren sämtliche Fasern an der
Oberfläche des Bahnstückes vollständig und gleichmäßig mit ei
ner Nickelschicht überzogen.
Die Anwendung dieses neuen Verfahrens beschränkt sich nicht auf
die Aktivierung und die anschließende Metallisierung von elek
trisch nicht leitendem Fasermaterial. Jedes beliebige Formstück
aus anorganischem oder organischem Material kann mit diesem
Verfahren unter schonenden Bedingungen zuerst aktiviert und
danach elektrochemisch oder chemisch stromlos metallisiert
werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbe
sondere darin, daß anstelle der bisher eingesetzten Edelme
tallverbindungen für den Aktivierungsvorgang von Substraten der
verschiedensten Art, wie Formstücken, Formteilen, Formkörpern,
Bahnstücken usw., aus anorganischem oder organischem Material,
preisgünstigere chemische Verbindungen eingesetzt werden kön
nen, wobei eine sehr gute nachfolgende Metallisierung an der
Oberfläche der Substrate gewährleistet ist und ein sehr sta
biles Endprodukt erhalten wird.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise bedeutet auch eine geringe
Gesundheitsgefährdung für die am Arbeitsplatz Tätigen und ins
gesamt eine geringere Umweltbelastung.
Claims (7)
1. Verfahren zur Metallisierung der Oberflächen von elektrisch
nicht leitenden Substraten aus anorganischem oder organischem
Material, insbesondere von Substraten aus anorganischem oder
organischem Fasermaterial,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des Substrates zunächst mit der Lösung eines
Oxidationsmittels imprägniert wird, anschließend aus der Gas
phase auf die Oberfläche des Substrates ein elektrisch leitfä
higes Polymer aufgebracht wird und schließlich die aktivierte
Oberfläche des Substrates in wäßrigem Medium metallisiert
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als ein zu behandelndes Substrat ein Faservlies oder ein
Nadelfilz eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Imprägnierung der Oberflächen des Formstückes mit einer
Lösung durchgeführt wird, die Sauerstoff enthaltende Verbin
dungen wie Peroxosäuren und deren Salze, Peroxoborate,
Peroxochromate, Perchlorate, Permanganate oder Ei
sen-(III)-chlorid als Oxidationsmittel enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus der Gasphase als elektrisch leitfähiges Polymer eine
fünfgliedrige heterocyclische Verbindung auf die Oberfläche des
Substrates aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß als eine fünfgliedrige heterocyclische Verbindung ein Pyr
rol oder ein Thiophen auf die Oberfläche des Substrates aufge
bracht wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An
spruche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Metallisierung der vorbehandelten Oberflächen des Sub
strates mittels stromloser chemischer Metallisierung oder mit
tels elektrolytischer Abscheidung eines Metalls in wäßrigem
Medium auf den Oberflächen des Substrates erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die metallisierten Substrate aus organischen Polymeren,
z. B. aus Polyäthylen oder Polypropylen, oder aus
thermoplastischen Kunststoffen, Polyamiden, Polyethern,
Polyurethanen, Polystyrolen, polyimiden, Polyamidimiden oder
aus anorganischen, elektrisch nichtleitenden Materialien wie
z. B. Glas bestehen.
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