在塑料表面可多次重复化学镀多种图案化金属的方法

摘要

本发明公开了一种在塑料表面可多次重复化学镀多种图案化金属的方法。本发明首先合成了一种含溴引发剂单体，在苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯中加入少量该单体，利用传统的连续本体聚合工艺，得到了经过引发剂改性的塑料。再用等离子表面清洗器处理使表面去活化。利用机械微加工技术，对塑料表面进行图案加工，形成图案化凹槽。接着利用化学镀得到了与机械微加工一致的金属化图案。利用该方法制备的塑料可以经过抛光、打磨的方法多次重复沉积多种金属。该方法丰富了塑料的表面金属化工艺，有望在印刷电路板、电气元器件、光学仪表等领域取得重要应用。

权利要求

1.一种在塑料表面可多次重复化学镀多种图案化金属的方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：A、在反应器中装入丙烯醇或丙烯醇衍生物和三乙胺，向反应器中加入2-溴代异丁酰溴和二氯甲烷，在室温下反应，反应结束后进行过滤，再分别用盐酸、饱和碳酸钠、饱和食盐水反复清洗，得到浅黄色有芳香味的油状液体，用硅胶柱分离得到含溴引发剂单体；向塑料单体中加入该含溴引发剂单体，通过聚合反应，得到经过改性的塑料；含溴引发剂单体具有如下通式：式中n的数值为1～6；

B、将步骤A所得的塑料放入等离子体表面清洗器处理，使表面失活，再利用机械微加工技术在塑料表面进行图案加工；

C、在反应器中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体和溶剂，再加入2,2-联吡啶和溴化亚铜，在氩气保护下将图案化的塑料放入反应器中；

D、将步骤C所得的塑料放入四氯钯酸铵溶液中静置，然后置于金属离子的化学镀溶液中，得到与步骤B中机械微加工一致的金属图案；

E、通过上述步骤得到的金属图案化塑料经过打磨，重新按照B～D所述步骤多次重复化学镀不同金属。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A中，塑料单体选自苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤A中，聚合反应是指在50～90℃条件下在反应器中先预聚1～5小时，随后将透明粘稠的预聚体在100～200℃条件下连续本体聚合1～6小时。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤B中，用等离子体表面清洗器处理的时间为1～10分钟。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤C中，反应温度为30～60℃，反应时间为1～12小时。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤C中，反应溶剂为甲醇和水。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤D中，四氯钯酸铵溶液的浓度为1～5 mmol/L。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤D中，金属离子化学镀溶液选自含有金、银、铜或镍的化学镀溶液。

9.如权利要求1所述的的方法，其特征在于步骤E中，通过上述步骤得到的金属图案化塑料经过打磨多次重复沉积多种金属图案。

说明书

在塑料表面可多次重复化学镀多种图案化金属的方法

技术领域

[0001] 本发明公开了一种在塑料表面可多次重复化学镀多种图案化金属的方法。

背景技术

[0002] 由于化学镀层具有良好的延展性、导热性和导电性以及化学镀所特有的无边缘效应等特点，近几十年来，这一工艺在实践中不断得到发展，已被广泛应用在印刷电路板、家用电器以及陶瓷元件的表面处理（Electroless plating: fundamentals and applications[M]. William Andrew, 1990）。研究人员开发了各种技术用于拓展化学镀技术，如微接触印刷、纳米压印、凹版印刷、丝网印刷、喷墨打印等（Advanced Materials, 2013, 25(24): 3343-3350）。

[0003] 以聚苯乙烯为代表的热塑性塑料，具有良好的可加工性、成本低廉，又由于它良好的透光性而被广泛应用于光学工业中，聚苯乙烯还可制作诸多在高频环境中工作的电气元器件和仪表等。金属化可赋予塑料表面具有所镀金属的物理性能，因此塑料的金属化被广泛应用于电子器件、航空工业、建筑装饰等领域。塑料表面金属化的方法分为干法和湿法两种。干法主要包括真空蒸镀、气相喷涂、涂敷导电层等；湿法主要包括液相喷涂和化学镀等。与其它金属化工艺不同的是，化学镀表面金属化工艺可在低温下进行，避免了高温操作，不易使塑料变形，且设备简单，成本较低廉。

发明内容

[0004] 本发明旨在提供一种在塑料表面可多次重复化学镀多种图案化金属的方法，本发明最大的优势在于通过打磨塑料表面除去原有的镀层，可多次重复地化学镀金属图案。

[0005] 本发明首先合成了一种含溴引发剂单体，在苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯中加入少量该单体，利用传统的连续本体聚合工艺，得到了经过引发剂改性的塑料。再用等离子表面清洗器处理使表面去活化。利用机械微加工技术，对塑料表面进行图案加工，形成了精度为1～50μm的图案化凹槽。接着利用化学镀得到了与机械微加工一致的金属化图案。利用该方法制备的塑料可以经过抛光、打磨的方法多次重复沉积多种金属。

[0006] 一种在塑料表面可多次重复化学镀多种图案化金属的方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：

[0007] A、在反应器中装入丙烯醇或丙烯醇衍生物和三乙胺，向反应器中加入2-溴代异丁酰溴和二氯甲烷，在室温下反应，反应结束后进行过滤，再分别用盐酸、饱和碳酸钠、饱和食盐水反复清洗，得到浅黄色有芳香味的油状液体，用硅胶柱分离得到含溴引发剂单体；向塑料单体中加入该含溴引发剂单体，通过聚合反应，得到经过改性的塑料；

[0008] B、将步骤A所得的塑料放入等离子体表面清洗器处理，使表面失活，再利用机械微加工技术在塑料表面进行图案加工；

[0009] C、在反应器中加入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵单体和溶剂，再加入2,2-联吡啶和溴化亚铜，在氩气保护下将图案化的塑料放入反应器中；

[0010] D、将步骤C所得的塑料放入四氯钯酸铵溶液中静置，然后置于金属离子的化学镀溶液中，得到与步骤B中机械微加工一致的金属图案；

[0011] E、通过上述步骤得到的金属图案化塑料经过打磨，重新按照B～D所述步骤多次重复化学镀不同金属。

[0012] 在步骤A中，含溴引发剂单体具有如下通式：

[0013]

[0014] 式中n的数值为1～6。

[0015] 在步骤A中，塑料单体选自苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯。

[0016] 在步骤A中，聚合反应是指在50～90℃条件下在反应器中先预聚1～5小时，随后将透明粘稠的预聚体在100～200℃条件下连续本体聚合1～6小时。

[0017] 在步骤B中，用等离子体表面清洗器处理的时间为1～10分钟。

[0018] 在步骤C中，反应温度为30～60℃，反应时间为1～12小时。

[0019] 在步骤C中，反应溶剂为甲醇和水。

[0020] 在步骤D中，四氯钯酸铵溶液的浓度为1～5 mmol/L。

[0021] 在步骤D中，金属离子化学镀溶液选自含有金、银、铜或镍的化学镀溶液。

[0022] 在步骤E中，通过上述步骤得到的金属图案化塑料可以经过打磨多次重复沉积多种金属图案。

[0023] 本发明的优点：

[0024] （1）本发明中利用机械微加工技术，可制备精度极高的金属化图案，并且所采用化学镀技术操作简单，无需铜箔基板，且不产生大量蚀刻废液，制备成本低。

[0025] （2）本发明中制备的塑料可多次重复在表面进行化学镀，使塑料传统意义上的“一次性”使用变为“多次性”使用，可以制备不同性能的表面金属化塑料。

[0026] 本发明通过对传统塑料进行改性，结合化学镀和机械微加工技术，实现了在塑料表面的金属图案化，并且通过打磨塑料表面可以多次重复地化学镀各种金属。本发明丰富了塑料的表面金属化工艺，有望在印刷电路板、电气元器件、光学仪表等领域取得重要应用。

具体实施方式

[0027] 为了更好的理解本发明，通过以下实施例进行说明：

[0028] 实施例1：

[0029] 塑料表面化学镀图案化的铜

[0030] A、将24.4mL的丙烯醇和87.7mL的三乙胺装入圆底烧瓶，用滴液漏斗滴加29.6mL的2-溴代异丁酰溴和100mL二氯甲烷混合液，在室温下反应。反应结束后进行过滤，再分别用盐酸、饱和碳酸钠、饱和食盐水反复清洗，得到浅黄色有芳香味的油状液体，用硅胶柱分离得到含溴引发剂单体。将含溴引发剂单体按照1%的比例加入到苯乙烯中，再加入少量偶氮二异丁腈作为连续本体聚合的引发剂，充分搅拌均匀。先在90℃下预聚1小时，随后将透明粘稠的预聚体浇筑在模具中，在200℃条件下连续本体聚合6小时，得到经过改性的聚苯乙烯透明塑料；

[0031] B、将步骤A所得的塑料放入等离子体表面清洗器处理1分钟，使表面失活，再利用机械微加工技术在塑料表面进行图案加工；

[0032] C、在反应器中加入4.6g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、240mg的2,2-联吡啶、60mg溴化亚铜、4mL去离子水、2mL甲醇，在氩气保护下充分搅拌均匀。向反应器中加入B中的塑料，在30℃下反应2小时。得到修饰了甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵薄膜的塑料；

[0033] D、将上述塑料置于四氯钯酸铵溶液中静置15分钟。四氯钯酸铵溶液的浓度为1 mmol/L；然后置于化学镀铜液中，得到在表面沉积了一层厚度为5μm并且具有B中所述图案化铜镀层的塑料。所用化学镀铜液按文献报道配置（Electroless plating: fundamentals and applications[M]. William Andrew, 1990）。

[0034] 实施例2：

[0035] 塑料表面化学镀图案化的金

[0036] A、含溴引发剂的合成同实施例1中所述。将含溴引发剂单体按照5%的比例加入到甲基丙烯酸甲酯中，再加入少量偶氮二异丁腈作为连续本体聚合的引发剂，充分搅拌均匀。先在50℃下预聚5小时，随后将透明粘稠的预聚体浇筑在模具中，在100℃条件下连续本体聚合1小时，得到经过改性的聚甲基丙烯酸甲酯透明塑料；

[0037] B、将步骤A所得的塑料放入等离子体表面清洗器处理10分钟，使表面失活，再利用机械微加工技术在塑料表面进行图案加工；

[0038] C、在反应器中加入8.9g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、220mg的2,2-联吡啶、39mg溴化亚铜、8mL去离子水、4mL甲醇，在氩气保护下充分搅拌均匀。向反应器中加入B中的塑料，在60℃下反应12小时。得到修饰了甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵薄膜的塑料；

[0039] D、将上述塑料置于四氯钯酸铵溶液中静置60分钟。四氯钯酸铵溶液的浓度为5 mmol/L；然后置于化学镀铜液中几秒钟，在图案化的表面沉积了一层厚度很薄的铜，接着置于化学镀金液中。得到在表面沉积了一层厚度为4μm并且具有B中所述图案化金镀层的塑料。所用化学镀金液按文献报道配置（Electroless plating: fundamentals and applications[M]. William Andrew, 1990）。

[0040] 实施例3：

[0041] 塑料表面化学镀图案化的银和镍

[0042] A、含溴引发剂的合成同实施例1中所述。将含溴引发剂单体按照15%的比例加入到苯乙烯中，再加入少量偶氮二异丁腈作为连续本体聚合的引发剂，充分搅拌均匀。先在70℃下预聚2小时，随后将透明粘稠的预聚体浇筑在模具中，在150℃条件下连续本体聚合4小时，得到经过改性的聚苯乙烯透明塑料；

[0043] B、将步骤A所得的塑料放入等离子体表面清洗器处理5分钟，使表面失活，再利用机械微加工技术在塑料表面进行图案加工；

[0044] C、在反应器中加入12.4g甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、189mg的2,2-联吡啶、72mg溴化亚铜、16mL去离子水、8mL甲醇，在氩气保护下充分搅拌均匀。向反应器中加入B中的塑料，在50℃下反应6小时。得到修饰了甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵薄膜的塑料；

[0045] D、将上述塑料置于四氯钯酸铵溶液中静置30分钟。四氯钯酸铵溶液的浓度为3 mmol/L；然后置于化学镀镍液中，得到在表面沉积了一层厚度为9μm并且具有B中所述图案化镍镀层的塑料。所用化学镀镍液按文献报道配置（Electroless plating: fundamentals and applications[M]. William Andrew, 1990）。

[0046] E、通过上述步骤得到的镍图案化塑料重新按照B～C所述步骤进行处理，再置于四氯钯酸铵溶液中静置60分钟。四氯钯酸铵溶液的浓度为3 mmol/L；然后置于化学镀银液中，得到在表面同时具有B中所述图案化镍镀层和银镀层的塑料。所用化学镀银液按文献报道配置（Electroless plating: fundamentals and applications[M]. William Andrew, 1990）。