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ABS-聚碳酸酯工程塑料化学镀前表面粗化方法的研究

作　者: 马倩
导　师: 王增林
学　校: 陕西师范大学
专　业: 无机化学
关键词: PC/ABS表面微蚀表面亲水性化学镀铜粘结强度
分类号: TQ323.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

PC/ABS合金(聚碳酸酯-丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)是一种应用广泛的的商用塑料。在PC/ABS的混合物中,PC有助于改善材料的热变形温度和韧性,而成本较低的ABS有助于改善物理老化,减少冲击强度对制品厚度的敏感性。PC/ABS的表面金属化可以增强其装饰性和功能性。然而,PC/ABS树脂由于润湿性差,表面能低,导致树脂与镀铜膜之间的粘结性差。经过大量研究,湿法微蚀、等离子体法和紫外光催化等方法可以用于PC/ABS的表面处理。湿法化学处理简便、操作简单,是PC/ABS合金表面处理的常用方法。PC/ABS塑料通常通过传统的铬酐-硫酸微蚀方法进行,且PC/ABS基板和镀铜膜之间的粘结性能很好。然而,六价铬的存在给环境带来了很大的污染,Cr(Ⅵ)的使用受到较大限制。由于PC/ABS基板由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯和聚碳酸酯四种物质混合而成的,成分较多,选择适合的膨润体系成为表面微蚀的重要条件。本文设计了四种膨润体系来研究PC/ABS基板表面的膨润。第一种膨润体系是由乙酰乙酸乙酯、氮甲基吡咯烷酮和乙醇组成的膨润体系,尽管基板表面的亲水性在膨润处理中得到了很大的改善,然而扫描电镜(SEM)观察表明,基板表面在处理后不能形成微孔结构,这说明此膨润液不适合PC/ABS表面膨润。由氮甲基吡咯烷酮、乙醇和水组成的膨润体系,当氮甲基吡咯烷酮(NMP)浓度为55%时,基板表面亲水性和表面形貌都得到了改善,然而当氮甲基吡咯烷酮浓度为60%时,基板表面已经出现过度微蚀,可选用的膨润区域比较小。氮甲基吡咯烷酮-乙二醇丁醚-水膨润体系,当NMP浓度从20%增大到40%,温度从35℃上升到50℃,均不能够很好的膨润PC/ABS基板。乙酰乙酸乙酯-氮甲基吡咯烷酮-水体系在乙酰乙酸乙酯的浓度为50%,在50℃膨润5min后基板表面可以得到较好的膨润,在MnO2-H3PO4-H2SO4微蚀体系中H2O:H3PO4:H2SO4=1:1:3.0,微蚀20min时,基板表面的形貌和表面亲水性都得到了提高,然而,基板表面的粘结强度为0.78kN/m。PC树脂在氧化性无机或有机酸中都很稳定,然而,ABS容易被酸氧化。因此,对于PC和ABS来说,在同一微蚀体系中,使两者都能够很好的被氧化是很困难的。由于PC树脂容易在碱的水溶液中水解,本文采用了氮甲基吡咯烷酮-四甲基氢氧化铵的水溶液对PC/ABS基板进行膨润处理。当基板表面在氮甲基吡咯烷酮浓度为70%-83%的膨润液中处理3-10mmin,研究了氮甲基毗咯烷酮浓度和膨润时间对基板表面形貌和接触角的影响,发现当氮甲基吡咯烷酮浓度为83%,膨润处理5min时,PC/ABS基板表面获得了良好的微蚀效果,表面形成大量均匀致密的微孔,经过接触角测量发现基板获得良好的亲水性,表面接触角由原来的96°降低到28°。结果显示,NMP-TMAH-H2O体系的较为理想的膨润条件为：膨润温度为35℃, NMP浓度为83%,膨润时间为5min。为了获得PC/ABS基板合适的微蚀条件,在PC/ABS基板经NMP-TMAH-H2O体系膨润后,本论文研究了不同硫酸浓度、不同微蚀时间对PC/ABS基板表面形貌、表面接触角和基板与表面化学镀铜膜粘结强度的影响。结果表明硫酸浓度为10.9mol/L,磷酸浓度为3.8mol/L,微蚀时间为10min时,PC/ABS基板可以获得良好的微蚀效果和亲水性,通过粘结强度测试表明,基板和镀层间的粘结强度可以达到1.04kN/m。当PC/ABS基板经最佳的NMP-TMAH-H2O膨润和MnO2-H3PO4-H2SO4微蚀处理后,红外光谱分析发现PC/ABS基板表面有大量的-COOH,-OH等亲水性极性基团生成。XPS分析结果表面,处理前在284.9eV,286.7eV,290.8eV和292.3eV得到四个峰,分别对应于C-H、C-C、C=C,C-O、C=N,-O-CO-O.和π-π*吸收峰；NMP-TMAH-H2O膨润处理5分钟后,除了上述四个吸收峰外,在288.6eV出现了-COOH吸收峰。这主要归因于PC经过膨润-碱处理使部分的聚碳酸酯发生水解。微蚀处理10min后样品分别在287.6eV和288.6eV处出现了两个新的吸收峰,它们分别对应于C=O和-COOH的吸收峰。这主要归因于通过表面微蚀,使ABS中的聚丁二烯中的C=C双键被氧化所致,这个结果也与红外光谱分析结果一致。从本文的研究结果知,NMP-TMAH-H2O膨润体系和MnO2-H2SO4-H3PO4微蚀体系作为一种低污染的新的化学液,可以有效的对PC/ABS板表面进行微蚀,从而提高镀层与基板之间的粘结强度,提高了镀层应用的稳定性。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-22
  1.1 研究背景  10-11
  1.2 研究现状  11-19
    1.2.1 聚碳酸酯塑料表面粗化研究现状  11-14
    1.2.2 ABS塑料表面粗化研究现状  14-18
    1.2.3 ABS-聚碳酸酯塑料表面粗化研究现状  18-19
  1.3 本文的研究内容和意义  19-22
第2章实验方法  22-30
  2.1 实验材料  22
  2.2 实验流程  22-25
    2.2.1 PC/ABS基板化学镀前表面粗化过程  22-24
    2.2.2 PC/ABS基板表面化学镀及电镀铜过程  24-25
  2.3 表面性质表征  25-28
    2.3.1 表面形貌的变化  26
    2.3.2 表面亲水性的变化  26
    2.3.3 表面化学性质的变化  26-27
    2.3.4 粘结性检测  27-28
  2.4 微蚀体系的电化学分析  28-29
    2.4.1 实验原理  28
    2.4.2 实验方法  28-29
  2.5 实验药品及仪器  29-30
    2.5.1 实验药品  29
    2.5.2 实验仪器  29-30
第3章 PC/ABS基板表面膨润的研究  30-46
  3.1 引言  30
  3.2 酰乙酸乙酯-氮甲基吡咯烷酮-乙醇膨润体系  30-32
  3.3 氮甲基吡咯烷酮-乙醇-水膨润体系  32-34
  3.4 氮甲基吡咯烷酮-乙二醇丁醚-NaOH-水膨润体系  34-37
  3.5 乙酰乙酸乙酯-氮甲基吡咯烷酮-水膨润体系  37-45
    3.5.1 EAA-NMP-H_2O膨润体系的膨润条件  37-41
    3.5.2 EAA-NMP-H_2O膨润体系的微蚀条件  41-44
    3.5.3 EAA-NMP-H_2O膨润体系下的粘结强度  44-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章 PC/ABS基板表面粗化的研究  46-64
  4.1 引言  46
  4.2 膨润前后的聚碳酸酯表面状况  46-47
  4.3 NMP-TMAH-H_2O膨润体系的膨润条件  47-51
    4.3.1 NMP浓度和膨润时间对PC/ABS基板表面亲水性的影响  47-49
    4.3.2 NMP浓度和膨润时间对PC/ABS基板表面形貌的影响  49-51
  4.4 MnO_2-H3PO_4-H_2SO_4微蚀体系的微蚀条件  51-55
    4.4.1 硫酸浓度和微蚀时间对PC/ABS基板表面形貌的影响  51-54
    4.4.2 硫酸浓度和微蚀时间对PC/ABS基板表面亲水性的影响  54-55
  4.5 PC/ABS基板和镀铜膜之间的粘结强度  55-56
  4.6 表面化学的分析  56-60
    4.6.1 PC/ABS基板表面红外光谱分析  56-57
    4.6.2 PC/ABS基板表面XPS分析  57-60
  4.7 膨润和微蚀处理对不同基板表面的影响  60-61
  4.8 剥落后界面的表面成分检测  61-63
  4.9 本章小结  63-64
第5章全文总结  64-66
参考文献  66-74
致谢  74-76
攻读学位期间的研究成果  76

ABS-聚碳酸酯工程塑料化学镀前表面粗化方法的研究

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