聚合物柔性基材表面金屬化研究.pdf

1、聚合物表面金屬化在表面保護(hù)、微電路和裝飾等領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注?；瘜W(xué)鍍制備表面金屬化聚合物材料具有工藝簡單、受基材表面形貌影響小、易于大面積制備等優(yōu)點(diǎn)。制備流程主要包括改性聚合物表面、活化和化學(xué)施鍍；改性聚合物是提高聚合物表面和催化劑粒子間的附著力，目前采用的激光、火焰等改性技術(shù)能耗較高、工藝復(fù)雜，且易惡化聚合物基材表面特性，從而制約了這些技術(shù)在撓性線路板和金屬微器件等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此，對聚合物基材表面無損傷、低成本區(qū)域選擇性改性是亟

2、待解決的問題。本文開展無損傷改性-化學(xué)鍍技術(shù)在聚合物柔性基材表面區(qū)域金屬化研究。主要研究結(jié)果如下：
　　(1)采用化學(xué)鍍鎳工藝制備了表面金屬化植物纖維無紡布；研究表明，植物纖維無紡布表面含有大量氨基，能同Pd2+發(fā)生螯合，形成催化中心，從而有利于金屬沉積；化學(xué)鍍后鎳的沉積量為無紡布質(zhì)量的33％，電磁屏蔽效能在0.1~1.6 GHz頻率范圍介于30~35 dB之間；無紡布表面對Pd2+吸附過程符合二階動力學(xué)方程，其中飽和吸附量qe為

3、7.99×10-4 mg/g，二階動力學(xué)常數(shù)k2為2.02×10-7 g/(h·mg)，鈀離子在無紡布表面上的吸附符合Freundlich模型，屬于多層分子吸附過程；
　　(2)采用褐藻酸鈉改性牛皮紙表面結(jié)合化學(xué)鍍銅工藝制備了表面金屬化牛皮紙；研究表明，牛皮紙表面形成的褐藻酸鈉改性膜在浸入二價(jià)金屬離子溶液(Sn2+和 Pd2+)后，與二價(jià)金屬離子相互作用，形成凝膠，從而使二價(jià)金屬離子固定在牛皮紙表面；經(jīng)過化學(xué)鍍銅后，牛皮紙表面形成

4、了一層致密、均勻、連續(xù)的銅鍍層；表面鍍銅牛皮紙?jiān)?.5~18 GHz頻率范圍內(nèi)的電磁屏蔽效能均高于30 dB；
　　(3)采用印刷工藝在聚對苯二甲酸乙二酯(PET)基材表面全區(qū)域印制普通底涂，干燥成膜后浸泡在KH550溶液中，化學(xué)施鍍后制備了表面金屬化PET基材；研究表明，普通底涂結(jié)合KH550改性在PET基材表面形成大量的氨基，有利于PET基材表面吸附催化劑離子進(jìn)而促進(jìn)化學(xué)施鍍；化學(xué)鍍活化能為0.18 eV；隨化學(xué)鍍時(shí)間由1 m

5、in增加到30 min，鎳鍍層晶粒由沿(200)晶面取向轉(zhuǎn)變成沿(111)晶面取向，鍍層電阻率由12.4Ω·cm降低到0.2Ω·cm，鍍層厚度由0.61μm增加到2.58μm；隨化學(xué)鍍液pH值由7增加到11，鍍層表面平均鎳顆粒尺寸由0.23μm增加到0.92μm，鍍層沉積速率由0.073μm/min增加到0.132μm/min，電阻率由6235Ω?cm降低到0.63Ω?cm；隨化學(xué)鍍液溫度由20℃增加到100℃，鍍層表面平均鎳顆粒尺寸由

6、0.24μm增加到1.05μm，鍍層電阻率由1110.3Ω?cm降低到0.13Ω?cm；
　　(4)鍍層中鎳顆粒長大主要包括橫向生長和縱向生長，其中橫向生長是化學(xué)鍍反應(yīng)在鎳顆粒表面橫向沉積鎳原子，顆粒之間伴隨著擠壓進(jìn)而合并，鎳顆粒長大，鎳顆粒橫向生長導(dǎo)致鍍層致密性提高；縱向生長是化學(xué)鍍反應(yīng)在鎳顆粒表面縱向沉積鎳原子導(dǎo)致顆粒縱向長大，并在鎳顆粒表面形成新的鎳顆粒，鎳顆粒的縱向生長主要引起鍍層厚度增加。同時(shí)因顆粒間的擠壓、大顆粒和大量

7、的顆粒間界，鍍層中形成應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力增加到一定程度時(shí)，鍍層表面形成大量的裂紋；當(dāng)鍍層厚度高于2.6μm時(shí)，PET表面的鍍鎳層因應(yīng)力導(dǎo)致鍍層脫落；提高后處理溫度和延長活化時(shí)間有利于降低鍍層中應(yīng)力；
　　(5)采用丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酰胺等單體通過乳液聚合技術(shù)制備的化學(xué)鍍用底涂乳液成膜后表面含有氨基和羧基，只有底涂改性的聚合物基材表面能吸附Pd2+，從而實(shí)現(xiàn)基材表面區(qū)域和空洞表面化學(xué)鍍鎳，導(dǎo)電性滿足電路要求，再結(jié)合光