[0001] Die Erfindung betrifft Polymerzusammensetzungen, in denen ein Dibenzalaceton-Palladiumkomplex
gelöst ist, ein Verfahren zur stromlosen Metallabscheidung auf Substratoberflächen
sowie die Verwendung besagter Polymerzusammensetzungen bei der Herstellung von metallisiserten
Oberflächen oder von leitfähigen Mustern auf Substratoberflächen.
[0002] Aus der US-PS 3,993,807 ist es bekannt, dass Lösungen von Komplexen aus Palladium,
Triphenylphosphit und einer olefinisch oder acetylenisch ungesättigten organischen
Verbindung mit 3-16 C-Atomen oder von Dibenzalaceton-Palladium-Komplexen für die stromlose
Metallabscheidung auf Substraten, wie Metallen, oxidierten Metallen und Kunststoffen,
eingesetzt werden können. Dabei werden die zu beschichtenden Substrate ein oder mehrere
Male in eine Lösung der Palladium-Komplexe getaucht, bevorzugt in Benzol oder Toluol-Lösungen,
und auf 100-300° C erhitzt, wobei Palladium auf der Substrat-Oberfläche abgeschieden
wird. Die so beschichteten Substrate eignen sich zur stromlosen Metallabscheidung.
Eine Vorbehandlung des zu metallisierenden Substrates mit einem Aktivierbad kann allerdings
zu Problemen führen (ungenügende Benetzung, Quellung der Oberfläche).
[0003] In der EP-A 125 617 sind Mischungen aus Polymeren und Organometallkomplexen beschrieben.
Es werden Pd-II-Komplexe aber keine Pd°-Komplexe, beispielsweise Dibenzalaceton-Palladiumkomplexe,
erwähnt. Aus solchen Pd-II-Komplexen lässt sich Pd-Metall entweder reduktiv oder durch
Erhitzen auf relativ hohe Temperaturen abscheiden. Die thermisch aktivierten Polymeroberflächen
eignen sich nach der EP-A 125 617
[0004] zur stromlosen Metallabscheidung.
[0005] Die vorliegende Erfindung betrifft Zusammensetzungen enthaltend
a) mindestens ein organisches Polymeres und
b) in diesem Polymeren einheitlich gelöst aber nicht damit copolymerisierbar einen
Dibenzalaceton-Palladiumkomplex der Formel 1

worin R1 Wasserstoff, C1-C18Alkyl, C1-C18Alkoxy oder gegebenenfalls substituiertes Phenyl ist, R2 eine der Bedeutungen von R1 annimmt oder zusätzlich eine Amino-, Nitro- oder Cyangruppe darstellt, ein Rest -(-O-CmH2m-)nOR4 oder -O-CH2-CH·OR4-CH2OR5 oder ein Halogenatom oder ein Glycidyletherrest ist,
R3 Wasserstoff oder C1-C4Alkyl ist oder die beiden Gruppen R3 zusammen eine Polymethylenkette von 2-4 Kohlenstoffatomen bilden, R4 und R5 eine der Bedeutungen von R1 besitzen und
q eine Zahl von 1 bis 3,5 ist, m für eine Zahl von 2 bis 6 und n für eine Zahl von
0 bis 20 steht, mit der Massgabe, dass die Zusammensetzung kein Polymeres mit einer
olefinischen Doppelbindung enthält.
[0006] R
1, R
2, R
4 und R
5 als Alkyl- und Alkoxygruppen können geradkettig oder verzweigt sein. Als Beispiele
seien genannt: Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n- Butyl, sek.Butyl, tert. Butyl,
n-Pentyl, n-Hexyl, n-Heptyl, n-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Decyl, n-Dodecyl, n-Tetradecyl,
n-Hexadecyl oder n-Octadecyl, sowie Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, Isopropoxy, n-Butoxy,
sek. Butoxy, tert.Butoxy, Pentoxy oder Hexoxy.
[0007] Als substituiertes Phenyl tragen R
l, R
2, R
4 bzw. R
5 nichtpolare Substituenten, beispielsweise C
1-C
4-Alkyl-oder -Alkoxyreste. Beispiele dafür sind insbesondere Methyl, Ethyl oder Methoxy.
[0008] Beispiele für bevorzugte substitutierte Phenylreste R
1, R
2, R
4 und R
5 sind o-, m- oder p-Tolyl, o-, m- oder p-Methoxyphenyl oder 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-
oder 3,5-Dimethylphenyl.
[0009] In der Gruppe -(O-C
mH
2m-)
n-OR
4 ist m bevorzugt eine Zahl von 2-4 und n bevorzugt eine Zahl von 0-10, besonders bevorzugt
0-6. Insbesondere bedeutet die Gruppe C
mH
2m Ethylen, 1,2- oder 1,3-Propylen oder 1,4-Butylen.
[0010] Als Halogenatom kann R
2 Fluor, Chlor, Brom oder lod bedeuten. Bevorzugt werden Chlor und Brom, insbesondere
Chlor.
[0011] Ist R
2 ein Glycidyletherrest, so handelt es sich dabei vorzugsweise um eine Gruppe der Formel
II

worin R
6 und R
8 je ein Wasserstoffatom bedeuten, wobei R
7 dann ein Wasserstoffatom oder eine Methylgruppe ist, oder worin R
6 und R
8 zusammen -CH
2 CH
2- darstellen, wobei R
7 dann ein Wasserstoffatom ist.
[0012] Vorzugsweise ist R
2 als Glycidyletherrest eine Gruppe der Formel III

R
3 ist als Ci-C
4-Alkyl vorzugsweise geradkettig. Beispiele für solche Reste sind Methyl, Ethyl, Propyl
oder Butyl, besonders bevorzugt jedoch Methyl.
R
3 ist vorzugsweise Wasserstoff.
[0013] Bilden beide Reste R
3 zusammen eine C
2-C
4Polymethylenkette, so handelt es sich dabei beispielsweise um Ethylen, Trimethylen
und Tetramethylen. R
4 und R
5 sind vorzugsweise Wasserstoff.
[0014] Die Verbindungen der Formel können auch in Form von Gemischen mit unterschiedlicher
Bedeutung von q vorliegen. q ist vorzugsweise 2 bis 3,5.
[0015] Bevorzugt werden Zusammensetzungen enthaltend Verbindungen der Formel 1, worin R
1 Wasserstoff ist, R
2 C
1-C
12Alkyl, C
1-C
4Alkoxy, Halogen oder ein Glycidyletherrest ist, R
3 Wasserstoff bedeutet und q eine Zahl von 2 bis 3,5 ist.
[0016] Besonders bevorzugt werden Zusammensetzungen enthaltend Verbindungen der Formel I,
worin R
1 Wasserstoff ist, R
2 C
1-C
5Alkyl, insbesondere Isopropyl, ist, R
3 Wasserstoff bedeutet und q eine Zahl von 2 bis 3, 5 ist.
[0017] Vorzugsweise befinden sich die Gruppen R
2 jeweils in p-Position.
[0018] Ueberraschenderweise lösen sich die Palladiumkomplexe der Formel in hohen Konzentrationen
in vielen handelsüblichen Polymeren. Die Polymeren können löslich oder unlöslich in
organischen Lösungsmitteln sein; d.h., es handelt sich um lineare oder um vernetzte
Polymere. Jedoch müssen die Vorstufen der vernetzten Polymeren in organischen Lösungsmitteln
löslich sein.
[0019] Bei den verwendeten Lösungsmitteln handelt es sich um solche, die den Palladiumkomplex
I nicht zersetzen, bevorzugt um apolare organische Lösungsmittel.
[0020] Beispiele für solche Lösungsmittel sind aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe,
wie beispielsweise n-Hexan, n-Heptan, Cyclohexan, Benzol, Toluol oder Xylol, Ether,
wie beispielsweise Di-n-butylether, Diethylether, Diphenylether, 1,4-Dioxan, Anisol
Tetrahydrofuran, Diethylenglykoldiethylether, Ethylenglykoldimethyl ether oder Triethylenglykoldimethylether,
halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Tetrachlorkohlenstoff, Chlorbenzol,
Brombenzol, Chloroform, Dichlormethan oder 1,2-Dichlorethan, Ketone, wie beispielsweise
Cyclohexanon, Methylethylketon, Acetophenon oder Aceton, sowie Ester, wie beispielsweise
Essigsäureethylester. Bevorzugt werden Zusammensetzungen enthaltend als Komponente
a) ein in organischen Lösungsmitteln lösliches Polymer(gemisch).
[0021] Als löslich werden die jeweiligen Polymeren dann angesehen, wenn sie sich in dem
betreffenden Lösungsmittel bei Raumtemperatur zu wenigstens 1 mg/I, vorzugsweise mindestens
10 mg/I, lösen.
[0022] Als Polymersubstrate können die unterschiedlichsten Verbindungsklassen bzw. Gemische
davon eingesetzt werden, sofern sie unter die oben angegebene Definition fallen.
[0023] Vorzugsweise haben die Polymeren eine Glasübergangstemperatur von mehr als 90°C.
[0024] Die Polymerkomponente in den erfindungsgemässen Mischungen muss frei von olefinischen
Doppelbindungen oder konjugierten, nichtaromatischen Doppelbindungssystemen sein.
[0025] Enthält die Polymerkomponente vernetzbare Gruppen für eine nach der Herstellung der
Palladiumkomplex- /Präpolymerenmischung durchzuführende Vernetzungsreaktion, so wird
der Palladiumkomplex so gewählt, dass er im anschliessenden Vernetzungsschritt nicht
in die Polymermatrix einpolymerisiert wird.
[0026] Beispiele für brauchbare Polymerklassen sind:
1. Polymere von Mono- und Diolefinen, beispielsweise Polyethylen (das gegebenenfalls
vernetzt sein kann), Polypropylen, Polyisobutylen, Polybuten-1 oder Polymethylpenten-1,
sowie Polymerisate von Cycloolefinen wie z.B. von Cyclopenten oder Norbornen.
2. Mischungen der unter 1) genannten Polymeren, z.B. Mischungen von Polypropylen mit
Polyisobutylen.
3. Copolymere von Mono- und Diolefinen untereinander oder mit anderen Vinylmonomeren,
wie z.B. Ethylen-Propylen-Copolymere, Propylen-Buten-1-Copolymere, Propylen-Isobutylen-Copolymere,
Ethylen-Buten-1-Copolymere, Ethylen-Alkyacrylat-Copolymere oder Ethylen-Alkylmethacrylat-Copolymere
oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymere.
4. Polystyrol, Poly-(p-methylstyrol).
5. Copolymere von Styrol oder a-Methylstyrol mit Acrylderivaten, wie z.B. Styrol-Acrylnitril,
Styrol-Alkylmethacrylat, Styrol-Maleinanhydrid, Styrol-Acrylnitril-Methylacrylat;
Mischungen von hoher Schlagzähigkeit aus Styrol-Copolymeren und einem anderen Polymer
wie z.B. einem Polyacrylat; sowie Block-Copolymere des Styrols, wie z.B. Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol
oder Styrol-Ethylen/Propylen-Styrol.
6. Pfropfcopolymere von Styrol, wie z.B. Styrol und Acrylnitril auf Polyalkylacrylaten
oder Polyalkylmethacrylaten.
7. Halogenhaltige Polymere, wie z.B. Polychloropren, chloriertes oder chlorsulfoniertes
Polyethylen, Epichlorhydrinhomo- und copolymere, insbesondere Polymere aus halogenhaltigen
Vinylverbindungen, wie z.B. Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylfluorid,
Polyvinylidenfluorid; sowie deren Copolymere wie Vinylchlorid-Vinylchlorid-Vinylidenchlorid,
Vinylchlorid-Vinylacetat oder Vinylidenchlorid-Vinylacetat; sowie chlorierter Kautschuk.
8. Polymere, die sich von Derviaten (Estern) a,ß-ungesättigter Säuren ableiten, wie
Polyacrylate, Polymethacrylate und Polyacrylnitrile.
9. Copolymere der unter 8) genannten Monomeren untereinander oder mit anderen ungesättigten
Monomeren, wie z.B. Acrylnitril-Alkylacrylat- Copolymere, Acrylnitril-Alkoxyalkylacrylat-Copolymere
oder Acylnitril-Vinylhalogenid-Copolymere.
10. Homo- und Copolymere von cyclischen Ethern, wie Polyalklenglykole, Polyethylenoxyd,
Polypropylenoxyd oder deren Copolymere mit Bisglycidylethern.
11. Polyphenyloxide und -sulfide und deren Mischungen mit Styrolpolymeren.
12. Polyimide, Polyetherimide, Polyesterimide und Polybenzimidazole.
13. Polyester, die sich von Dicarbonsäuren und Dialkoholen und/oder von Hydroxycarbonsäuren
oder den entsprechenden Lactonen ableiten, wie Polyethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat,
Poly-1,4-dimethylotcyclohexanterephthalat, Polyhydroxybenzoate, sowie Block-Polyether-ester,
die sich von Polyethern mit Hydroxylendgruppen ableiten.
14. Polycarabonate.
15. Polysulfone, Polyethersulfone und Polyetherketone.
16. Vernetzte oder vernetzbare Polymere, die sich von Aldehyden einerseits und Phenolen
andererseits ableiten, wie Phenol-Formaldehydharze.
17. Nicht-trocknende Alkydharze.
18. Vernetzbare Acrylharze, die sich von substituierten Acrylsäureestern ableiten
wie z.B. Epoxygruppen enthaltende Polyacrylate.
19. Alkydharze, Polyesterharze und Acrylatharze, die mit Epoxidharzen vernetzt sind.
20. Vernetzte oder vernetzbare Epoxidharze, die sich von Polyepoxiden ableiten, z.B.
von Bis-glycidylethern oder von cycloaliphatischen Diepoxiden, sowie lineare Epoxidharze,
beispielsweise solche auf Bisphenol A Basis.
21. Polymerhomolog chemisch agbewandelte Derivate von natürlichen Polymeren, wie Celluloseacetate,
-propionate und -butyrate, bzw. die Celluloseether, wie Methylcellulose.
22. Mischungen (Polyblends) der vorgenannten Polymeren wie z.B. PVC/EVA.
[0027] Bevorzugt werden Zusammensetzungen enthaltend als Komponente a) ein in organische
Lösungsmitteln lösliches Polymer(gemisch).
[0028] Besonders bevorzugt werden Zusammensetzungen, worin das Polymere ausgewählt wird
aus der Gruppe bestehend aus Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polycarbonat, Polyarylat
und in organischen Lösungsmitteln löslichem Polyimid.
[0029] Die erfindungsgemässen Zusammensetzungen können aber ebensogut als Komponente a)
ein vernetztes oder vernetzbares Polymeres enthalten, beispielsweise ein Epoxidharz.
In einem solchen Fall sollte der Palladiumkomplex so gewählt werden, dass er nicht
in das Polymergerüst einpolymerisiert wird, sondern lediglich darin gelöst bleibt.
[0030] Die Erfindung betrifft daher bevorzugt Zusammensetzungen, wie oben definiert, enthaltend
als Komponente a) ein Epoxidharz.
[0031] Beispiele für Epoxidharze, die sich zum Aufbau von vernetzten Substraten eignen,
sowie von Härtern für diese Harze, findet man in Ullmanns Enzyklopädie der technischen
Chemie, Band 10, 2. 563-580 (4. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim/Bergstr.; 1975).
[0032] Der Anteil an Dibenzalaceton-Palladiumkomplex der Formel 1 in den erfindungsgemässen
Zusammensetzungen beträgt in der Regel 0,1-25 Gew.%, vorzugsweise 0,5-10 Gew.%, bezogen
auf die Gesamtmischung.
[0033] Die erfindungsgemässen Gemische können auch weitere bekannte übliche Zusatzstoffe
enthalten. Beispiele für solche Zusatzstoffe sind Pigmente, Farbstoffe, Verstärkungsmaterialien,
wie Glasfasern, Flammhemmer, Antistatika, Verlaufmittel, Trennmittel, Haftvermittler,
Antioxidantien und Lichtschutzmittel.
[0034] Die erfindungsgemässen Gemische können - neben weiteren üblichen Zusätzen - auch
elektrisch leitende Füllstoffe c) enthalten, zweckmässig in Mengen von 1-90 Gew.%,
besonders 40-80 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, wobei sich die
Komponenten a) bis c) auf 100 Gew.% ergänzen. Als elektrisch leitende Füllstoffe eignen
sich solche organischer oder anorganischer Art, wie z.B. Russ und Graphit oder Metalle
der Gruppen Vb, Vlb, VIII und Ib des periodischen Systems, Legierungen und Salze davon,
wie Halogenide, Oxide und Sulfide.
[0035] Beispiele geeigneter Metalle und Metallverbindungen sind: Vanadium, Niob, Tantal,
Molybdän, Wolfram, Kupfer, Edelmetalle, wie Pt, Pd, Ag und Au, AgPd-Legierungen, Silberoxid,
Silberjodid, Kupfer(il)sulfid, Kupfer(1)jodid, Kupfer(II)oxid, Gold(III)bromid, -jodid
und-oxid, Molybdän(lV)sulfid, Niob(V)chlorid und -oxid, Palladiumjodid, Palladiumoxid,
Platin (Vl)bromid und -chlorid, Vanadium(III)chlorid, Vanadium(lV)oxid, Wolfram(Vl)chlorid
und-oxid. Bevorzugt sind Silber, Kupfer, Silber/Palladiumlegierungen, Palladium, Platin,
Gold, Wolfram und Molybdän. Besonders bevorzugt sind Au, Pt AgPd und vor allem Ag
und Cu-Pulver.
[0036] Die erfindungsgemässen Zusammensetzungen lassen sich in einfacher Weise dadurch herstellen,
indem man das Polymere oder dessen vernetzbare Vorstufe kombiniert mit einem geeigneten
Vernetzungs mittel und den Komplex gemeinsam löst und diese Lösung anschliessend in
an sich bekannter Weise zu Filmen vergiesst oder auf ein geeignetes Substrat aufträgt
und gegebenenfalls anschliessend härtet.
[0037] Geeignete Substrate sind übliche Werkstoffe, die vorzugsweise elektrisch nicht leitend
sind. Beispiele dafür sind Papier, Holz, Glas, Keramik, Halbleiter, wie Silizium,
Germanium oder Galliumarsenid, und insbesondere Kunststoffe, bevorzugt gehärtete Epoxidharze.
[0038] Selbstverständlich können auch metallische Substrate, wie beispielsweise Aluminium
oder Kupfer, mit den Mischungen beschichtet werden.
[0039] Die Beschichtung des Substrates erfolgt mit üblichen Methoden, beispielsweise durch
Tauch-, Streich- und Sprühverfahren, Schleuder-, Kaskadenguss- oder Vorhanggussbeschichtung.
[0040] Man kann allerdings auch eine Folie aus der erfindungsgemässen Mischung giessen und
diese dann anschliessend auf ein geeignetes Substrat aufkleben.
[0041] Das Polymere bzw. dessen vernetzbare Vorstufe und der Komplex I können gemeinsam
in einem Lösungsmittel gelöst werden. Man kann aber auch Mischungen unterschiedlicher
Lösungsmittel einsetzen oder getrennte Lösungen von Polymer bzw. vernetzbarer Vorstufe
und Komplex in unterschiedlichen Lösungsmitteln zusammengeben.
[0042] Die Wahl des jeweiligen Lösungsmittelgemisches richtet sich nach den jeweils verwendeten
Polymeren und Komplexen und kann vom Fachmann anhand von Routineversuchen bestimmt
werden.
[0043] Zur Haftverbesserung von Beschichtungen kann der Lösung ein Haftvermittler zugesetzt
sein. Als Haftvermittler kann man z.B. ein lineares, lösliches Epoxidpolymeres einsetzen.
[0044] Die Wahl der jeweiligen Polymer(mischungen) und der Palladiumkomplexe 1 richtet sich
nach der Löslichkeit der Komponenten ineinander und kann vom Fachmann ebenfalls anhand
von Routineversuchen ermittelt werden.
[0045] Die Verbindungen der Formel 1 können nach an sich bekannten Verfahren hergestellt
werden (vgl. z.B. J.Chem.Soc. D, 1970, 1065 und US-PS 4,347,323), indem man q Mol
einer Verbindung der Formel IV

in Gegenwart einer Base und gegebenenfalls eines H-Donors mit einem löslichen Palladiumsalz
umsetzt. Dabei haben R
1, R
2, R
3 und q die unter Formel I angegebene Bedeutung.
[0046] Als Basen können z.B. Alkalimetallsalze aliphatischer Monocarbonsäuren, besonders
Kalium- und Natriumacetat, verwendet werden. Geeignete Palladiumsalze sind beispielsweise
PdBr
2, PdCl
2 und Na
2PdCl
4. Besonders bevorzugt verwendet man Na
2PdC1
4 und vor allem PdCl
2. Die Umsetzung wird zweckmässig in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt,
das gleichzeitig auch als H-Donor fungiert. Dazu eignen sich z.B. Alkanole mit bis
zu 6 C-Atomen, vor allem Ethanol und besonders bevorzugt Methanol.
[0047] Die Verbindungen der Formel IV können auf an sich bekannte Weise hergestellt werden,
beispielsweise analog dem in der US-PS 3,295,974 beschriebenen Verfahren.
[0048] Die erfindungsgemässe Zusammensetzung kann zur stromlosen Metallisierung von Kunststoffen
oder zur Herstellung von strukurierten Metalloberflächen auf Kunststoffen eingesetzt
werden.
[0049] Als besonders vorteilhaft ist anzusehen, dass keine Vorbehandlung der zu metallisierenden
Oberfläche (Aktivierbad, Reduktionsbad) notwendig ist, dass die Metallabscheidung
auf beschichteten Substra ten durchgeführt werden kann, dass der Komplex 1 keine aggressiven
Bestandteile enthält, die ihrerseits das Polymere angreifen können und dass bereits
relativ geringe Mengen an Komplex 1 für die stromlose Metallisierung der Kunststoffoberfläche
ausreichen.
[0050] Die Aktivierung der Zusammensetzung für die stromlose Metallabscheidung erfolgt durch
Erwärmen auf Temperaturen oberhalb von 100°C, vorzugsweise auf 100-250° C, besonders
bevorzugt auf 150-200° C, die Erwärmung kann beispielsweise durch Tempern der Probe
oder durch Bestrahlung mit IR-Quellen, wie beispielsweise IR-Lasern, oder dem IR-Anteil
von aktinischen Strahlungsquellen (beispielsweise Xenonlampen, Argonlampen, Wolframlampen,
Kohlelichtbogen, Metallhalogenid- und Metallichtbogenlampen, wie Quecksilberlampen)
erfolgen.
[0051] Durch die Temperaturbehandlung wird eine Freisetzung von fein dispergiertem, katalytisch
aktivem Palladium bewirkt.
[0052] Die Bestrahlung mit IR-Quellen kann auch bildmässig erfolgen, z.B. durch einen Laserstrahl
der über die Oberfläche geführt wird.
[0053] Der Temperprozess kann je nach Temperatur zwischen 1 und 60 Minuten dauern; die Temperzeiten
sind also überraschenderweise sehr kurz. Bei dem Temperprozess zersetzt sich der Palladiumkomplex
1 nach folqendem Schema (DBA=Dibenzalacetonderivat):

[0054] Gegenstand der Erfindung ist daher auch ein Verfahren zur Aktivierung von Polymeroberflächen
zum Zwecke der stromlosen Metallisierung wobei
i) eine Lösung des Komplexes der Formel 1 in einem Polymeren, wie oben definiert,
auf ein Substrat aufgebracht wird oder als freitragender Film hergestellt wird und
ii) die Anordnung auf Temperaturen über 100°C erhitzt wird, wobei der Komplex 1 sich
zersetzt und fein verteiltes, katalytisch aktives Pd° entsteht.
[0055] Die gebildeten Pd°-Kluster sind katalytisch aktiv und katalysieren die stromlose
Metallisierung (z.B. Vernickelung, Verkupferung) der Polymeroberfläche, beispielsweise
nach folgendem Schema:

[0056] Die Haftung des Metallfilms ist ausgezeichnet. Die stromlose Metallabscheidung kann
mit an sich bekannten Metallisierungsbädern und nach üblichen Methoden erfolgen. Als
Metalle eignen sich beispielsweise Kupfer, Nickel, Kobalt, Silber, Gold und Zinn oder
Kobalt-Phosphor- und Kobalt-Nickel-Legierungen.
[0057] Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur stromlosen Metallabscheidung
auf Polymeroberflächen umfassend eine Aktiverung der Polymeroberfläche, wie oben definiert
(Schritte i und ii), und daran anschliessend
iii) die stromlose Metallisierung der aktivierten Polymeroberfläche in an sich bekannter
Weise.
[0058] Soll ein Metallmuster auf einer Substratoberfläche hergestellt werden, so bietet
es sich an, die erfindungsgemässe Zusammensetzung struckturiert auf ein Substrat aufzubringen,
beispielsweise mittels eines Siebdruck- oder eines selektiv gesteuerten Sprühnebel-Aufzeichnungsverfahren.
Geeignete Aufzeichnungsverfahren sind beispielsweise in der DE-OS 3,326,508 beschrieben.
[0059] Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zur Erzeugung von metallischen Mustern
auf Substratoberflächen umfassend
i) strukturiertes Aufbringen einer Lösung eines Komplexes in einem Polymeren, wie
oben definiert, auf ein Substrat,
ii) Erhitzen der Anordnung auf Temperaturen von über 100° C, wobei der Komplex I sich
zersetzt und fein verteiltes, katalytisch aktives Pd° entsteht und
iii) stromlose Metallisierung der aktivierten Polymeroberfläche in an sich bekannter
Weise.
[0060] Die Strukturierung kann auch mittels eines Photolackes erfolgen. Zu diesem Zweck
wird ein Substrat in an sich bekannter Weise mit einem Photolack beschichtet. Der
Palladiumkomplex 1 kann entweder in dem Photolack oder in einem darunterliegenden
Polymersubstrat, vorzugsweise einer Polymerschicht, gelöst sein. Nach dem Bestrahlen
der Anordnung mit aktinischem Licht und der anschliessenden Entwicklung des Photolackes
(positiv oder negativ arbeitend) wird die Probe getempert und in ein Metallisierbad
getaucht. Die Metallabscheidung erfolgt nun entweder auf dem strukturierten Photolack
oder auf dem durch den Photolack strukturierten Polymersubstrat.
[0061] Die Erfindung betrifft daher ferner ein Verfahren zur Erzeugung von metallischen
Mustern auf Polymeroberflächen umfassend
i) das Aufbringen einer Lösung des Komplexes 1 in einem Polymeren, wie oben definiert,
auf ein Substrat oder Herstellung eines freitragenden Films auf besagter Lösung,
ii) Beschichten der Polymeroberfläche mit einem positiv oder negativ arbeitendem Photolack,
iii) Belichten der Anordnung mit einem vorbestimmten Muster aktinischer Strahlung,
iv) Entwickeln des Photolackes in an sich bekannter Weise,
v) Erhitzen der Anordnung auf Temperaturen von mehr als 100°C, wobei der Komplex 1
sich zersetzt und fein verteiltes, katalytisch aktives Pd° entsteht, und
vi) stromloses Metallisieren des aktivierten vom Photolack nicht mehr bedeckten Teils
der Polymeroberfläche in an sich bekannter Weise.
[0062] Selbstverständlich kann man zwischen Stufe (iii) und (iv) noch einen Temperschritt
einschalten, um den belichteten Photolack vorzuhärten. Als Photolacke lassen sich
die in der Technik üblichen Materialien einsetzen. Der Begriff "Photolack" umfasst
auch olefinisch ungesättigte Verbindungen. Eine Uebersicht über Abbildungsverfahren
mit solchen Lacken und über ausgewählte Verbindungsklassen gibt P.S. Pappas in "UV
Curing: Science and Technology", Kapitel 9, S. 230-253 (1973).
[0063] Der Photolack muss natürlich so gewählt werden, dass eine durch den Bestrahlungs-
und Entwicklungsschritt erzeugte Strucktur den Temperschritt ohne grössere Verzerrungen
übersteht. Solche Systeme sind dem Fachmann bekannt oder können mittels Routineverfahren
ausgewählt werden.
[0064] Verfährt man nach der Variante, bei der ein in einem Photolack gelöster Komplex der
Formel I vorliegt, so wählt man als Photolack ein strahlungsempfindliches Polymersystem,
wobei das Polymere keine olefinischen Doppelbindungen besitzt. In diesem Verfahren
lassen sich bereits mit relativ geringen Mengen der Pd-Verbindung gute Ergebnisse
erzielen. Hier genügen in der Regel weniger als 10 Gew.% des Komplexes der Formel
I, bezogen auf die Polymerlösung, um nach erfolgter Belichtung und Temperstufe eine
katalytisch aktive Oberfläche zu erhalten. Bevorzugt verwendet man bei dieser Variante
1 - 5 Gew.% des Komplexes der Formel 1 bezogen auf die Polymerlösung.
[0065] Beispiele für strahlungsempfindliche Polymersysteme mit Polymeren ohne olefinische
Doppelbindungen sind Kombinationion von Epoxidharzen mit Photoinitiatoren der kationischen
Polymerisation.
[0066]
- Bevorzugte Kombinationen dieses Typs sind in der EP-A 153,904 bechrieben; diese
Kombinationen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Beschreibung. Ganz besonders
bevorzugt setzt man Kombinationen von Epoxidharzen auf Bisphenol-A Basis oder auf
Basis von Phenol- oder Kresol-Novolacken mit Eisen-Aren Photoinitiatoren ein. Solche
Gemische sind ebenfalls in der EP-A 153,904 beschrieben.
[0067] Gegenstand der Erfindung ist also ferner ein Verfahren zur Erzeugung von metallischen
Mustern auf Polymeroberflächen umfassend
i) das Aufbringen einer Zusammensetzung enthaltend
a) einen positiv oder negativ arbeitenden Photolack und
b) in diesem Photolack einheitlich gelöst aber nicht damit copolymerisierbar einen
Dibenzalacetonkomplex der Formel I, wie oben definiert,
auf eine Substratoberfläche, mit der Massgabe, dass der Photolack kein Polymeres mit
einer olefinischen Doppelbindung enthält,
ii) Belichten der Anordnung mit einem vorbestimmten Muster aktinischer Strahlung,
iii) Entwickeln des Photolackes in an sich bekannter Weise, iv) Erhitzen der Anordnung
auf Temperaturen von mehr als 100°C, wobei der Komplex 1 sich zersetzt und fein verteiltes,
katalytisch aktives Pd° entsteht und v) stromloses Metallisieren der vom Photolack
bedeckten Teile der Anordnung in an sich bekannter Weise. Auch bei dieser Ausführungsform
wird zwischen Schritt ii) und iii) vorzugsweise ein Temperschritt geschaltet, um den
belichteten Photolack vorzuhärten.
[0068] Der Ausdruck "Belichtung mit einem vorbestimmten Muster aktinischer Strahlung" bedeutet
sowohl eine Belichtung durch eine Photomaske, die ein vorbestimmtes Muster enthält,
beispielsweise ein Diapositiv, sowie die Belichtung durch einen Laserstrahl, der beispielsweise
computergesteuert über die Oberfläche bewegt wird, und auf diese Weise ein Bild erzeugt.
[0069] Bei der Bilderzeugung mittels eines Photolackes wird vorzugsweise aktinische Strahlung
von 200 bis 600 nm verwendet. Geeignete Quellen aktinischer Strahlung umfassen Kohlebögen,
Quecksilberdampflampen, fluoreszierende Lampen mit ultraviolettes Licht emittierenden
Phosphoren, Argon- und Xenonglühlampen, Wolframlampen und photographische Flutlichtlampen.
Es lassen sich aber auch Röntgen- oder Elektronenstrahlen sowie hochenergetische Strahlung
verwenden.
[0070] Als Entwickler kommen je nach Art des gewählten Photolackes unterschiedlichste Materialien
in Frage. Die Entwicklung kann beispielsweise mit Wasser, wässrigen oder wässrig-organischen
Lösungen einer Base oder Säure, organischen Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen
erfolgen.
[0071] Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemässen Mischungen
zur stromlosen Metallabscheidung, insbesondere zur Erzeugung von elektrisch leitfähigen
Mustern auf Kunststoffoberflächen. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können Muster
mit hoher Auflösung erzielt werden. Solche Produkte können beispielsweise als gedruckte
Schaltungen verwendet werden.
[0072] Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung näher.
Herstellungsbeispiele
Beispiel 1: Tris(dibenzalaceton-p,p'-diglycidylether)Palladium.
[0073] 15 g PdC1
2 werden in einer Lösung aus 10,7 g NaC1 in 65 ml Wasser unter kräftigem Rührem zum
Sieden erhitzt, bis das Palladiumchlorid vollständig gelöst ist. Dann wird das Wasser
abdestilliert. Der Rückstand wird in 200 ml Methanol aufgenommen und auf 60° C erwärmt.
105,9 g Dibenzalaceton-bis-p,p'-diglycidylether und 42,8 g Natriumacetat·3H
20 werden zugesetzt und es werden nochmals 175 ml Methanol zugegeben. Nach weiteren
15 Minuten bei 60°C wird die Mischung abgekühlt. Es entsteht ein Niederschlag, der
unter Argon abfiltriert und einmal mit 100 ml Methanol, dreimal mit je 100 ml Wasser
und noch zweimal mit 100 ml Methanol gewaschen wird. Anschliessend wird das Produkt
bei 50° C im Vakuum getrocknet. Zur völligen Entfernung von restlichem Dibenzalaceton-bis-p,p'-diglycidylether
werden die Kristalle nochmals in 700 ml Methanol suspendiert und unter Argon abfiltriert.
Anschliessend wird im Vakuum getrocknet. Man erhält 100,7 g violetter Kristalle (97
% der Theorie). Zersetzungsbereich: 120-160°C. Die Analyse ergibt für q einen Wert
von 3,2.
Beispiel 2: Tris(p,p'-diisopropyldibenzalaceton) Palladium.
[0074] Die Herstellung dieser Verbindung erfolgt gemäss US-PS 4,347,232.
Beispiel 3: Bis(dibenzalaceton)-Palladium.
[0075] Die Herstellung erfolgt gemäss J.Chem. Soc. D 1970, 1065.
Anwendungsbeispiele
[0076] Beispiel A: 20 g PVC werden in 80 g Tetrahydrofuran gelöst und mit einer Lösung von
0,6 g des Komplexes aus Beispiel 2 in 30 g Tetrahydrofuran versetzt. Die Lösung wird
zu einem Film von 200 µm Dicke vergossen. Nach dem Abdunsten des Lösungsmittels wird
der Film 15 min. bei 170°C getempert und anschliessend in einem kommerziellen Vernickelungsbad
(SHIPLEY Nisposit® 468 bzw. PM 980) mit Nickel beschichtet. Es wird ein gut haftender
Nickelüberzug erhalten. Ein weiterer Film wird in ein kommerzielles Verkupferungsbad
gehalten (SHIPLEY Cuposit® CP 78 bzw. 328). Es wird ein gut haftender Kupferüberzug
erhalten. Vergleichbare Ergebnisse werden mit den folgenden Metallisierungsbädern
erhalten.
a) Verkupferungsbad. Badzusammensetzung entsprechend "Printed Circuits Handbook",
2. Auflage, C.F. Coombs, jr. et al., McGraw Hill Book Co., New York, 1979, S. 7-5:
25 g/I CuSO4·5 H20
60 g/I Natriumgluconat
20 g/I NaOH
25 g/l 37%ige wässrige Formaldehydlösung, unter Sauerstoff-Strom.
Arbeitstemperatur: 20° C.
b) Vernickelungsbad. Badzusammensetzung entsprechend J. Appl., Electrochem., 1 (1971)
167:
30 g/I NiCl2·6 H20
10 g/I NaH2PO2·H2O
50 g/l NH4Cl
82,4 g/l Natriumcitrat·2 H20.
[0077] Beispiele B-E: Man arbeitet wie in Beispiel A beschrieben. Die Arbeitsbedingungen
der Experimente A-E sind in der folgenden Tabelle beschrieben. Man erhält jeweils
gut haftende Nickel- bzw. Kupferüberzüge.

[0078] Beispiel F: Eine Epoxidharzplatte (60x40x2mm) wird mit einem 50 µm dicken Polymerfilm
der Zusammensetzung nach Beispiel C beschichtet. Nach dem Abdunsten des Lösungsmittels
wird die Platte 6 min. auf 170°C erwärmt und anschliessend in eines der in Beispiel
A beschriebenen Vernickelungsbäder getaucht. Die Oberfläche überzieht sich mit einem
gut haftenden Nickelfilm.
[0079] Beispiel G: Durchführung wie in Beispiel F beschrieben. Als Substrat wird eine Glasplatte
verwendet.
[0080] Beispiel H: Durchführung wie in Beispiel F beschrieben. Als Substrat wird eine Aluminiumplatte
verwendet.
[0081] Beispiel 1: 0,25 g des Komplexes gemäss Beispiel 1 werden in einer Lösung von 5 g
eines linearen Polyepoxids
*) in 20 g 1,2-Dichlorethan gelöst. Mit dieser Lösung wird auf einer Epoxidharzplatte
(60x40x2mm) ein 50 µm dicker Polymerfilm erzeugt. Nach dem Abdunsten des Lösungsmittels
wird die beschichtete Epoxidharzplatte 6 min. auf 170°C erwärmt und anschliessend
in eines der in Beispiel A beschriebenen Nickelabscheidungsbäder getaucht. Es entsteht
ein gut haftender Nickelfilm auf der beschichteten Harzoberfläche.
[0082] *) Das Epoxidpolymere ist ein lineares Additionscopolymeres bestehend aus einem Diglycidylether
auf Bisphenol A Basis (Epoxidwert:5,3 Val/kg) und Benzylamin im Molverhältnis 1:1.
Die Herstellung erfolgt nach der in J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed., 22 249 (1984)
beschriebenen Methode.
[0083] Beispiel J: 0,5 g des Komplexes gemäss Beispiel 1, 0,5 g des linearen Polyepoxids
gemäss Beispiel 1 und 10,0 g Makrolon® (vgl. Beispiel C) werden in 70 g 1,2 Dichlorethan
gelöst. Mit der erhaltenen Lösung wird eine Epoxidharzplatte wie in Beispiel I beschrieben
behandelt. Es wird ein gut haftender Nickelfilm auf beschichteten Harzoberfläche erhalten.
[0084] Beispiel K: 11,2 g (56,0 Gew.%) eines Diglycidylethers auf Bisphenol A Basis (Epoxidwert:
5,25-5,4 Vat/kg), 7,8 g (39,0 Gew.%) Hexahydropthafsäureanhydrid und 1,0 g (5,0 Gew.%)
des Komplexes gemäss Beispiel 2 werden bei 90° C während 15 Minuten vermischt. Dann
gibt man 0,06 g Benzyldimethylamin als Beschleuniger zu. Nach weiteren 5 Minuten bei
90°C wird die Mischung in eine auf 100°C vorgeheizte Form gegossen und 4 Stunden bei
100°C sowie weitere 4 Stunden bei 120°C gehärtet. Nach dem Entfernen der Form wird
der Formkörper weitere 2 Stunden bei 240°C getempert und anschliessend in einem kommerziellen
Vernickelungsbad (Shipley Niposit® 468 bzw. Niposit® PM 980) mit Nickel beschichtet.
Es wird ein gut haftender Nickelüberzug erhalten.
[0085] Die Vernickelung lässt sich auch mit dem Vernickelungsbad gemäss Beispiel A durchführen.
Es werden vergleichbare Ergebnisse erzielt.
[0086] Beispiel L: 22,4 g (50,8 Gew.%) eines Diglycidylethers auf Bisphenol A Basis (Epoxidwert:5,25-5,4
Val/kg), 15.4 g (34,9 Gew.%) Hexahydrophthalsäureanhydrid und 6,3 g (14,3 Gew.%) des
Komplexes gemäss Beispiel 3 werden bei 90°C während 15 Minuten vermischt. Dann gibt
man 0,1 g Benzyldimethylamin als Beschleuniger zu. Nach weiteren 5 Minuten bei 90°C
wird die Mischung in eine auf 100°C vorgeheizte Form gegossen und 4 Stunden bei 100°C
sowie weitere 4 Stunden bei 120°C gehärtet. Nach dem Entfernen der Form wird der Formkörper
1 Stunde bei 240° C getempert und anschliessend in einem kommerziellen Vernickelungsbad
(Shipley Nisposit® 468 bzw. Nisposit® PM 980) mit Nickel beschichtet. Es wird ein
gut haftender Nickelüberzug erhalten.
[0087] Die Vernickelung lässt sich mit vergleichbar guten Ergebnissen auch mit dem in Beispiel
A beschriebenen Vernickelungsbad durchführen.
[0088] Beispiel M: 0,25 g Tris(p,p'-diisopropyldibenzalaceton)-Palladium und 0.2 g Polystyrol
werden in 20 ml Toluol gelöst. Diese Lösung wird als Schreibtinte in einem Hewlett-Packard
"Thinkjet"-Printer mit modifiziertem Schreibkopf
*) verwendet. Mit dem Printer wird auf eine Transparentfolie für Normalkopierer (Folex®
X-100) ein Text geschrieben. Anschliessend wird die Folie 15 min. bei 170°C getempert.
Danach wird die Folie in eines der in Beispiel A geschriebenen Nickelabscheidungsbäder
getaucht (Dauer 15 min.). An den bedruckten Stellen entsteht ein gut auf der Folie
haftender Nickelüberzug.
[0089] *) Das Tintenvorratsgefäss ist aus Aluminium gefertigt, um die Resistenz gegen organische
Lösungsmittel zu erhöhen. Ferner sind alle Verklebungen mit dem ebenfalls lösungsmittelresistenten
Araldit®-Kleber ausgeführt.
[0090] Beispiel N: 20 g eines Photolacks aus 120 Gew.T. eines technischen Epoxidkresol-Novolaks
(Epoxidgehalt 4,5 Aequ./kg), 50 Gew.T. eines technischen Bisphenol A Epoxidharzes
(Epoxidgehalt 0,5 Aequ./kg), 20 Gew.T. Talkum, 1 Gew.T. Irgatithgrün, 2 Gew.T. (η
6-Stilben)(η
5-cyclopentadienyl)eisen(II)-hexafluorophosphat und 200 Gew.T. Cyclohexanon werden
mit einer Lösung von 0,5 g des Komplexes gemäss Beispiel 2 in 15 ml Dichlorethan versetzt
und gut durchmischt. Diese Mischung wird mit einer 70µ-Rakel auf eine Glasplatte (200x100x4
mm) aufgetragen. Der aufgetragene Lack wird eine Stunde bei 80°C getrocknet. Zur Strukturierung
wird der Lack durch eine Maske belichtet (5000 W Hg-Hochdrucklampe Berner M 061),
20 min. bei 135°C gehärtet, und anschliessend durch 1 1/2 min Eintauchen in Cyclohexanon
entwickelt. Zur Pd°-Abscheidung wird eine Stunde bei 230° C in einem Umluftofen getempert.
Danach wird die Platte in einem unter Beispiel A beschriebenen Metallisierbad vernickelt.
Auf der strukturierten Oberflächen des Photolacks entsteht ein gut haftender Nickelüberzug.
[0091] Beispiel 0: Es wird wie in Beispiel N verfahren. Anstelle einer Glasplatte wird ein
Epoxy-Kohlefasser-Laminat als Substrat verwendet. Nach der Bestrahlung wird 10 min.
bei 135°C gehärtet. Nach Entwicklung und Metallisierung entsteht auf der strukturierten
Oberfläche des Photolacks ein gut haftender Nickelüberzug.