表面處理之塑料化學鍍鎳工藝的研究 塑料的廣泛應用,為人們的生活帶來了極大的便利.但由于塑料本身耐磨性能差,不導電、易變形,其應用受到了一定的限制.為了滿足特殊情況下對塑料性能的要求,采用化學鍍的方法,在塑料表面鍍上一層金屬,改善塑料的性能以及加工特性,使塑料的應用范圍更加廣泛,同時也拓寬了化學鍍的研究領域,具有一定的實用價值. 化學鍍是利用強還原劑在非金屬表面進行氧化還原反應,使金屬離子沉積在非金屬鍍件上的過程.塑料經過預處理及敏化、活化處理后,使塑料表面具有催化活性中心.這樣鎳離子經過催化活性中心的活化才能被還原劑還原而沉積在塑料表面,形成鍍層.要使化學鍍鎳能夠持續進行,所用還原劑的氧化還原電位必須比金屬的氧化還原電位更低.還原劑的氧化還原電位值越負表明它的還原能力越強.因為φ0H3PO3 H3PO2=-0.50V,φ0Ni2+Ni=-0.25V,所以可以選用次亞磷酸鈉作還原劑來進行塑料化學鍍鎳. 塑料化學鍍鎳在催化劑條件下所發生的氧化還原反應為: Ni2++2e→Ni, H3PO2+H2O→H3PO3+2H++2e, 總反應:Ni2++H3PO2+H2O=Ni+H3PO3+2H+. 以上氧化還原反應在塑料表面上進行,還原劑次亞磷酸鈉被氧化,鎳離子被還原.金屬鎳在塑料表面上不斷析出,形成金屬鎳鍍層. 鍍件的預處理 鍍件的預處理包括化學除油和化學粗化.塑料進行化學鍍以前,由于其表面存在油污及其它雜質,影響到鍍層的質量,所以必須對鍍件進行化學除油,即分別用堿液和酸液除去塑料表面的油污.然后進行粗化處理,粗化處理的實質是一種腐蝕作用.鍍件表面經過腐蝕,變得微觀粗糙,使非金屬表面親水化,這樣就增大了鍍件與鍍層的接觸面積,更便于鍍件表面活性中心的沉積.化學除油時所用的溶液為1mol／L的氫氧化鈉溶液及1:1的鹽酸溶液,將塑料分別放入堿液和酸液中煮沸并水洗干凈.粗化處理液是將15gCrO3溶解于430mL濃硫酸,配成500mL溶液混合均勻.將塑料放入60～70℃的粗化液中,粗化處理50min即可,最后用蒸餾水沖洗干凈,烘干并稱重. 鍍件的敏化及活化處理 塑料在進行化學鍍時,其表面必須具有催化活性中心,這樣在化學鍍鎳過程中,才能起到催化作用,以加速鎳離子在塑料表面的沉積.要使塑料表面具有催化活性中心,必須對其進行敏化和活化處理.所謂敏化,就是使非金屬表面吸附一些易氧化的物質,在此后的活化處理時,該物質被氧化,塑料表面就形成活化層,即結晶核心. 敏化溶液:取5gSnCl2溶解于20mL濃鹽酸中,然后加入蒸餾水稀釋至500mL.為防止Sn2+被氧化成Sn4+,溶液中需放入一塊錫條. 活化溶液:稱取PdCl20.125g溶解于1.25mL濃鹽酸,加蒸餾水稀釋至500mL. 敏化處理是將預處理過的塑料放入敏化液中,并在25℃的恒溫槽中恒溫,攪拌20min,然后水洗干凈.再進行活化處理,將鍍件放入活化劑中,室溫下浸泡5min,水洗干凈即可. 塑料化學鍍鎳 化學鍍鎳液的配制 鍍鎳液(A):分別稱取NiCl215g,NaAc25g.用去離子水配制成250mL溶液. 鍍鎳液(B):稱取NaH2PO2·H2O5g溶解于250mL去離子水中即可. 將經過活化處理的塑料置于一定溫度的鍍鎳容器中,先倒入鍍鎳液(A)30mL,再倒入鍍鎳液(B)30mL,鍍鎳反應即開始.鍍鎳過程中每隔10min攪拌一次,反應1h結束.取出鍍件,經水洗后烘干稱重. pH值的影響 實驗結果表明,鍍鎳溶液的PH值對鎳的沉積速度影響較大.隨著鍍液pH的增加,H2PO-2的還原能力增強,因此鎳在塑料表面的沉積速度加大,這可由表1中看出.隨著pH值的升高,鍍液容易分解,出現混濁,從而降低了次亞磷酸鈉的還原能力,使鍍層質量先增加后降低.實驗發現,溶液的pH值過高時,鍍層變得灰暗、粗糙,鍍層結構松散,鍍層與塑料之間結合力較弱,且鍍層夾帶著鍍液的沉淀物共沉積,從而影響了鍍層的質量.實驗結果表明,塑料化學鍍鎳的最佳pH值應控制在5.1為宜.(pH用PHSJ-4APH計測定). 表135℃時不同pH值時鍍件的實驗結果
溫度的影響 塑料化學鍍鎳過程中,溫度是非常重要的影響因素.在敏化、活化、化學鍍鎳過程中,溫度都必須嚴格控制.經多次實驗可知敏化、活化過程溫度應控制在25℃為宜.溫度低時,敏化、活化效果不好,鍍層質量差且不均勻.提高溫度,有利于反應的進行,鎳的沉積速度加快.由表2可知,若溫度過高,鍍層質量反而下降.這是由于化學鍍鎳過程中,溫度過高,鍍液的揮發性增加,鍍液不穩定,容易分解而出現渾濁.這時鍍層變得粗糙,出現針孔和皺褶,鎳與塑料間結合力變小.根據實驗結果,確定塑料化學鍍鎳的溫度控制在35℃為宜. 表2pH=5.13時不同溫度下塑料鍍件的實驗結果
其它因素的影響 實驗中發現,若鍍液中還原劑次亞磷酸鈉的濃度提高,則鍍液的還原能力增強,鎳在塑料表面的沉積速度加大.但會使塑料鍍層的結構松散,鍍層與塑料之間的結合力變弱.另外由于受到空氣中氧氣的作用,鍍液不穩定,容易分解,出現混濁,不利于化學鍍鎳的進行,實驗中應注意鍍液的保護,防止氧化. 另外,鍍鎳的時間也是影響鍍層質量的因素之一.實驗發現,若鍍鎳時間過長,則塑料鍍件表面不光滑,且鍍層變灰.實驗證明鍍鎳時間控制在1h為宜. 塑料鍍鎳這一領域,有許多問題值得深入的研究,雖經多次的實驗,確定了其鍍鎳的最佳控制條件和工藝方法,但有些方面還需要進一步的探索.隨著研究的深入和加強,塑料化學鍍必將更加完善,其應用前景將更加廣闊,經濟效益也會得到充分發揮. |
