JPH08500616A - 導電性ポリマーで不導体を被覆するための溶液とその金属被覆方法 - Google Patents
導電性ポリマーで不導体を被覆するための溶液とその金属被覆方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、導電性ポリマーを製造するのに要する芳香族化合物の他に水溶性ポリマーを含有する導電性ポリマーを用いて不導体を金属化するための溶液と方法に関する。水溶性ポリマーとしてホモポリマー又はコポリマーが用いられる。
Description
【発明の詳細な説明】
導電性ポリマーで不導体を被覆するための溶液とその金属被覆方法
本発明は、導電性ポリマーを使用して不導体を金属化するための溶液と方法に
関する。
不導体表面を次のように徐々に加工処理することが公知である。
a)懸濁化又は溶解した酸化剤を含有した溶液で処理し、不導体表面に酸化剤を
吸着させるか生じさせ、
b)酸化によって導電性ポリマーに変わりうる少なくとも一種の芳香族化合物と
少なくとも一種の水溶性ポリマーを含有した溶液で処理し、
c)ガルヴァ−ニ電解で金属被覆すること。
刊行物ドイツ特許第3806884号公報(DE 38 06 884 CI)とヨーロッパ特
許第413109号公開公報(EP 0 413 109 A2)において、不導体の金属化(金
属被覆)のために導電性ポリマーを使用するそのような方法が記載されている。
両方の方法での重要なことは、化学的金属被覆にとって通常は必要な中間段階が
省略可能で、ガルヴァーニ電解での金属被覆が比較的短いプロセスで達成される
ことである。
しかしながら上記方法は技術的欠点を有している。ドイツ特許第380688
4号公報のものにあっては、導電性ポリマーの製造に必要な単量体が軟マンガン
鉱(Braunstein)に吸着し、重合に必要とされる塩がその後ようやく加えられる。
この経過は結果として、単量体の量が軟
マンガン鉱への吸着容量並びに不導体表面上の軟マンガン鉱の量によって制限さ
れることを伴う。これによって、単量体の酸化による十分でない重合か過剰酸化
かが起こり、必要とされる方法の確実さが保証されない。
ドイツ特許第3806884号公報に記載された方法での酸による後処理段階
は、導電性ポリマーへの単量体の重合のために必要な段階であり、導電性ポリマ
ーの化学的析出のために酸化剤の他に酸が必須である。この段階の結果は方法の
延長をもたらす。更にこの方法の場合、揮発性溶剤が揮発性ピロールと一緒に用
いられ、そのために、十分な重合のためには溶液に高濃度の単量体が用いられな
ければならず、溶液に対する
加えられなければならないので、環境が害され、作業の安全性が損なわれる。
これに対して、ヨーロッパ特許第413109号公開公報に従う方法において
は、既存のポリアニリンが使用され、コーティングによって不導体表面に適用さ
れる。ポリアニリンの必須の予備合成の他に、当該方法の選択性と不導体表面上
のポリマー層の付着が常に十分というわけではないことがこの方法の基本的問題
である。
刊行物ドイツ特許第3939676号公開公報(DE 39 39 676 A1)とヨーロッ
パ特許第457180号公開公報(EP 0 457180 A2)において、金属化のための方
法が記載され、これは
−有機溶剤での予備膨潤(Vorquellen)、
−過マンガン酸塩での腐食、
−酸でのピロール重合、及び
−金属化
の各方法段階に基づいている。この方法では、飽和酸化剤(軟マンガン鉱)を生
じるために、過マンガン酸塩の酸化スペクトルが役立たず、有機溶剤での追加的
な前処理段階が欠かせない。膨潤段階に用いられるN−メチルピロリドンの使用
は、この化合物が僅かな酸安定性しか有さないので、膨潤浴の限られた耐用時間
のために不向きである。両方の刊行物に与えられたピロール重合浴の温度は、均
一な導体層にとって最適でない。更に、これらの方法の場合も、用いられる溶剤
とピロールの揮発性の点が、処理装置からのその発散によって環境が害され、作
業の安全性が損なわれるので、問題である。
米国特許第4617228号公報(US-PS 4,617,228)において、液状ビロール
化合物と濃い酸化剤の溶液とが次々に非アニオノイド(nicht-nukleophilen)アニ
オンの現存下に多孔質担持材料と接触することによって、当該担持材料、例えば
ガラス繊維フリース(Glasfaservlies)の浸透のための方法が記載されている。担
持材料の導電性は導電性ポリマーからなる沈澱した導体層によって達成される。
導電性ポリマー層の別のガルヴァーニ電解の金属化又は導電性ポリマー層の電気
抵抗値は明らかでなく、十分な電気メッキ性が一般的に与えられているか否か知
られていない。
特開昭63−125696号公報(JP 63 125696 A)においては、化学的に製造
されたポリピロールフィルムを用いて不導体をメッキし、次い
で電気メッキすることが記載されている。そこで挙げられたポリビニルアルコー
ルは浸透剤であり、有機導体に対するマトリックスの機能において溶媒として添
加される。その際、重合は浸透剤ポリビニルアルコールの濃縮されたマトリック
スにおいて起こる。(軟マンガン鉱のように)不導体表面にしっかりと付着する
酸化剤の正常位置での析出は記載されていない。例として、予め製造されたマト
リックスでのピロールとの塩化鉄(III)の反応が挙げられている。導電性ポリマ
ーに酸化可能な芳香族化合物の揮発性の問題の解決に対する示唆は同様に含まれ
ていない。
この溶液の工業的使用の際に、例えばピロールのような上記芳香族化合物が比
較的高い蒸気圧を有し、その結果、周辺での長めの操作の場合に、この溶液を含
有した容器が任意の表面に、酸、空気中の酸素及び付加するガス状化合物の極小
の痕跡によって生じる黒い沈殿物を形成する。
芳香族化合物の発散を防止するために、閉鎖された装置内で従来技術に従いこ
のような処理溶液を操作することが公知である。しかしながら、これは労力がか
かり、費用がかかり、その上、或る、例えば通しメッキ(Durchkontaktierung)で
の導体プレートの水平案内の場合の更に有利な処理技術にとってのみ経済的に是
認されて使用可能である。
それ故、当該従来技術から出発して、適切な方法において、技術的に関連した
不導体の担持材料のその後の金属化にとって電気的に良好な導電性ポリマー層が
生じ、特に導体プレートの連続接触が芳香族化合物の激しい発散を防止しながら
確実に可能である溶液を開発することが、本発明の基礎である。
当該方法は、表面金属化にとっても適しており、高い選択性をもって均一で十
分な金属化が達成される。このことで、導電性ポリマーが不導体の不導体表面に
のみ析出すべきで、これに対して導電性表面、例えば導体プレートの銅表面のよ
うな表面には析出すべきでないという要求が理解されるべきである。
当該問題は請求項1、13及び22の特徴部分の記載によって解決される。本
発明の更なる態様は従属項で認識される。
本発明に従う溶液は、導電性ポリマーの製造に必要な芳香族化合物の他に、ホ
モポリマー及び/又はコポリマーである水溶性ポリマーを含有する。コポリマー
は、本発明の範囲において、等しい繰り返し単位を有するより大きな分子範囲を
含むブロックポリマーと解される。本発明の範囲外に、ゼラチンのようなバイオ
ポリマーや陰イオン性ポリ電解質がある。水溶性ポリマーは芳香族化合物の蒸気
圧を下げる課題を有する。例えばピロールの水溶液は気化損失によって単量体の
連続的な減少を受ける。単量体溶液に水溶性ポリマーを加える場合、ピロールの
発散が減少する。
適切な水溶性ポリマーは、特に水素架橋の形成又は十分な吸着性とファンデア
ワールスの相互作用の形成を可能とする化合物である。更に当該化合物は水溶液
中で好適な陽子付加/陽子分離反応をする。
理論的考慮に縛られることなく、ホモポリマーとコポリマーの水溶性
化合物の必要とされる群は、繰り返される繰り返し単位を有した等しい構成要素
の大きな範囲を含むので、導電性ポリマーとその前駆体の比較的強い連鎖、単量
体及びオリゴマーの芳香族化合物を備えた必要な化学的相互作用力の成立を、特
に良好に与えられると推察されうる。この単調に築かれた構成領域の範囲内で、
言及された化学的相互作用の成立に必要な機能的群、例えばエーテル集団のよう
な機能的群がある場合、酸性溶液中での芳香族化合物の蒸気圧の低下と導電性ポ
リマー層の十分に高い導電性が達成されうる。
例えば多くの異なる構成要素からなるポリアミノ酸であって、その際個々のア
ミノ酸単位がゼラチン分子の範囲内で統計学的に分布しているゼラチンのような
バイオポリマーの場合、このポリマ一化合物との導電性のポリマ一連鎖の相接し
た配置が導電性のポリマー連鎖とこの化合物の空間的構成の非両立性のために起
こりえないので、不可欠に強い化学的相互作用力の成立が可能であるけれども不
十分である。それ故にこの化合物の添加によって僅かな電気的伝導性を備えた導
電性ポリマー層が生じる。
それ故、ポリマーの骨組みにおいて専ら又は主に電気を帯びていない(ungelad
ene)構成元素を有するか、陽イオン性のポリ電解質であるような水溶性ポリマー
が特に適する。これに、1又は複数の水酸基、アミド基、スルフォンアミド基、
アミン基、ケトエノール基、エーテル基、ケト基、スルフォキシド基、第4級ア
ンモニウム基及び/又はヘタリニウム基(Hetariniumgruppe)を分子中に含む化合
物が属する。ヘタリニウム基は、本発明の範囲内で、例えばイミダゾール乃至ベ
ンゾイミダゾール
化合物のような、窒素に正の電荷を有した窒素含有の異形芳香族炭化水素(Heter
oaromaten)と解される。
ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンイミン、ポリビニルピリジン、ポリ
ビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリビニルアルコール並びにエピハロ
ヒドリン(Epihalohydrin)及びイミダゾール又はベンゾイミダゾールからなるポ
リマー、第4級アンモニウム基で誘導されたアクリル酸−又はメタクリル酸化合
物からなるポリマー、ポリ (ジアリルジメチルアンモニウムハロゲニド)、4
基からなった(quaternisierte)ポリピペリジン化合物、ポリアミンスルフォン、
4基からなったポリビニルイミダゾリウム塩(Polyvinylimidazoliumsalze)、4
基からなったポリビニルピリジニウム塩、イオン及びそれらの誘導体の群の化合
物が特に好適に使用されることが判明した。上記ハロゲン化物は、特に塩化物、
臭化物及び沃化物と解される。
課題の解決のために例示的に使用されうる水溶性ポリマーの典型的な代表は、
ポリエチレンイミン、
ポリ(N−メチル−エチレンイミン)、
ポリビニルアルコール、
ポリエチレンオキシド、
ポリプロピレンオキシド、
ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドとからなる共重合体、
ポリアクリルアミド、
ポリ−1−ビニルピロリドン、
ポリ(2−ビニルピリジン)、
ポリ(4−ビニルピリジン)、
ポリエチレングリコール、
ポリ (N−メチル−N−ビニルイミダゾリウムメトスルファート)、
ポリアミンスルフォン、
ポリ(N、N−ジメチル−3、5−ジメチレンービペリジニウムクロリド)、
ポリ((3−クロル−2−ヒドロキシブロピル)−1−イミダゾール)及び
ポリ(N、N−ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)
である。
使用可能な水溶性ポリマーの編成は、Noyes Data CorporationのY.L.Meltzer
著「Water-Soluble Polymers (水溶性ポリマー)」(1972)で与えられる。これ
に上記化合物及び化合物類等に加えて、次の化合物、即ち、ヒドロキシルー、ア
ミン−又は複素環式誘導体としてのポリエピハロヒドリン及びポリアクリルアミ
ド又はその窒素に置換したアルキルー、アルキルアミンー、アルキルオキシ−又
はアルキルカルボキシ誘導体が属する。これらのポリマーの多くは市販されてい
る。
水溶性ポリマーの酸性溶液中での濃度は、添加の既述した作用を達成するため
に、2g/lの値を下回ってはならない。2g/l〜250g/lの濃度範囲が
好適であることが判明した。濃度が高すぎると、溶液の吸収(Verschleppung,ent
rainment)によつて水溶性ポリマーが無駄に消費されることとなる。これは材料
コストが高くなりすぎ、結果として排水浄化の際に追加的な費用・労力がかかる
こととなる。
酸性溶液の温度は好適には溶液の凝固点、即ち、約−10℃と約
+30℃の間で調整される。上記温度限界は、温度が高すぎる場合、芳香族化合
物の自己分解が起こり、溶液の安定性が明らかに低下することから判明する。
酸性溶液のPH値は好適にはpHOとpH4の間である。強酸性溶液は、高す
ぎる温度と丁度同じように、不安定溶液となる。pH値が4を越える溶液は、十
分な速度で導電性ポリマーを析出することができない。
本発明に従う溶液を用い、不導体表面の金属化に具合良く適する方法は、次の
段階からなる。
1.不導体表面を、当該不導体表面上に酸化剤を生じさせる又は吸着する目的で
、前処理する。
2.前処理された担持材料は、ステップ1で形成された不導体表面上の酸化剤で
の酸化によって本来的に導電性のポリマーに重合された芳香族化合物と水溶性ポ
リマーとを含有する本発明に従う溶液で処理される。
その際、導電性層が形成される。
3.予め絶縁性で既に導電性となった面がガルヴアーニ浴で金属化される。
担持材料(不導体)として膨潤とエッチングでの前処理を施されガラス繊維強
化された樹脂乃至ポリマーとプラスチックとが考慮の対象となる。これに、ポリ
カーボネート、アクリルニトリルーブタジエンースチロール共重合体(ABS)
、シアネートエステル、フェノール樹脂(FR2)、エポキシド−紙基材積層板
(FR3)及び特にガラス繊維強化されたエポキシド樹脂(FR4)が属する。
括弧内に市場での慣用
のタイプ記号が与えられる。
好適な実施態様において、担持材料、好適にはガラス繊維強化されたエポキシ
ド樹脂は、アルカリ性溶液中で酸化力のある過マンガン酸カリウムで処理される
。表面浄化のための導体プレート製造でのこの一般的に普通の段階は、本発明に
従う方法において、本来的に導電性のポリマーに対する芳香族化合物のオキソ重
合のために必要な酸化剤に等しく、軟マンガン鉱(酸化マンガン(IV)及び/又は
(III)、二酸化/水酸化マンガン)を生じるという拡張した作用を有する。これ
らの作用はマンガン酸ナトリウムのようなマンガン酸塩によってもこれが過マン
ガン酸塩での酸化の際に有効な種類であるので、充足され、他方、アルカリ性溶
液中で軟マンガン鉱を形成する。当該マンガン酸塩段(Manganatstufe)は、マン
ガン酸カリウムが過マンガン酸カリウムと水酸化カリウムから100℃で析出し
うるので、実際上、普通の温度で長めの作用時間の場合に確かに有効な種類であ
る。
酸化溶液は、均一で十分な活性を有していなければならない。しかしながら、
実際上は、不安定な濃度で見積もることになる。酸化溶液は、良好に調整可能で
、本発明を行うにあたり過マンガン酸塩とアルカリが高い濃度に調整され消費さ
れたマンガン酸塩が煮沸によって後構成される場合に、仕込み時間(Einarbeitun
gszeit)を必要としない。酸化力のある浄化の結果は、それぞれの場合に、安定
した中間段(Zwischenstufe)たる軟マンガン鉱である。反応場所で生じる軟マン
ガン鉱を反応生成物として十分な量を得ることが特に重要である。
溶液中で一段と蓄積された微小結晶の軟マンガン鉱を反応場所で共吸着させる
(co-adsorbieren)ことが有利である。軟マンガン鉱も必要な場合に、硫酸マンガ
ンを添加することで、多くすることができる。
酸化剤の選択的塗布は本発明に従い、担持材料が、例えばプロピレンカーボネ
ート、水、エチレングリコール、N−メチルピロリドン又は他の極性溶媒での塩
化鉄(III)からなる溶液と接触、例えば漬けられ、達成される。
本発明の意義において導電性ポリマー用単量体予備段階として用いられる芳香
族化合物として、とりわけピロール、アニリン及びチオフェン並びにそれら単量
体の二量体及び誘導体が考慮の対象となる。導電性ポリマーの化学はSkotheim著
「導電ポリマーハンドブック(Handbook ofConducting Polymers)」(Dekker, 198
6)に詳しく記載されている。もっとも化学的重合がどのような反応メカニズムを
有するかは当該文献から明らかでない。本発明者らは、形成された導電性ポリマ
ーの量が軟マンガン鉱又は塩化鉄(III)の量によって定められることを確認した
。
第1ブロセスステップにおいて、所望の量で軟マンガン鉱が本来の位置に生じ
るか、不導体表面に塩化鉄(III)が吸着した後で、これは本発明において水溶性
ポリマーの単量体含有の酸性溶液で処理される。
この際、当該溶液からもたらされた単量体は前処理された不導体の軟マンガン
鉱表面で反応し、本来的に導電性のポリマーにオキソ重合する。
溶液中に含有する水溶性ポリマーは、導電性ポリマーの芳香族予備段階と当該
溶液中において化学的相互作用をし、同時に酸化剤で覆われた不導体表面の表面
で芳香族化合物と吸着する。
発生した軟マンガン鉱が直ちに単量体と水溶性ポリマーの酸性溶液での反応の
ために自由になるので、従来技術に従う十分でない或るやり方の欠点が取り囲ま
れる。単に酸化剤が存在するのと同じくらいポリマーが発生し得、ポリマーの所
望量乃至導電性を必要とする程度に酸化剤が生じ得る。過剰酸化の危険はない。
酸化物が消費され低い酸化段階で可溶性化合物に変わるので、基質に酸化剤の残
滓も残らない。
驚くべきことに、方法の諸条件を変えることを要することなく、本発明に従う
水溶性ポリマーの添加によって多数の異なる材料も一緒にコーティングされ、次
いで緊密に金属化されうることが判明した。これは例えば導体プレートの通しメ
ッキの際に、一方で導体プレート材料のポリマー表面が、他方で孔内に突出する
ガラス繊維端が等しく良好にコーティングされなければならないので、必要であ
る。
一方ではガラス上に殆ど軟マンガン鉱が形成されず、さほど吸着もなく、他方
では導電性ポリマーの強い連鎖が思いがけずに物理吸着に必要な接触相互作用に
寄与することができる。これに対して水溶性ポリマーはポリマーの可動骨組みを
自由にでき、ガラス繊維被覆の改善のための添加剤として達成され調整されうる
ように、所望の吸着特性を備える。
導体プレート孔のポリマー表面のみならずガラス繊維端の均一な被覆
のための水溶性ポリマーの有効性は、GUnther Herfmann、Eugen G.Leuze Verlag、
Saulgauによって編集された「導体プレート技術のハンドブック(Handbuch der L
eiterplattentechnik)」第3巻(1993)72〜73ページに記載され、透過光テス
トが測定される。このためにポリマーコーティングに従い生じた金属化後に孔が
縦に切られ、下から孔壁の片面に光を当てる強い照明源を用いた金属層の透光性
が顕微鏡で確認される。
更に、金属化に用いられた本発明の水溶性ポリマーが発生したポリマー層の導
電性を損ねることもない。これは短い時間でも層の金属化性を保証するために非
常に重要である。従来技術では、芳香族化合物の高い蒸気圧の問題が満足に解決
されず、また同時に導電性ポリマーでのコーティングによってガラス繊維の十分
に緊密な金属化とポリマー層の十分に良好な導電性が保証されない。刊行物ヨー
ロッパ特許第457180号公開公報と米国特許第4617228号において、
ゼラチンやポリビニルスルフォン酸塩のような記載された添加剤がガラス繊維の
金属化性を改善することが確かに述べられている。しかしながら、この場合、生
じた層の電気的伝導度が添加のない場合よりも小さいことが試験で明らかになっ
た。その他、芳香族化合物の蒸気圧がこの剤の添加によって所望のように低下し
ない。
水溶性ポリマー添加の利用の際の別の利点は、水溶性ポリマーの導電性ポリマ
ー層への組み込みによって当該層の延性が改善されることにある。導電性ポリマ
ーのコーティングは特別な処置なしでは壊れやすい。とりわけ熱的負荷又はイオ
ンと水の大量交換は結果として微小な割れを
伴う。そのような欠陥の可能性は層厚とともに拡大し、弾力性のないポリマー連
鎖の静電的及び機械的負荷で大きくなる。
不導体の導電性ポリマーによるコーティング後、形成された層はガルヴァーニ
作用で金属化される。ガルヴアーニ作用での金属析出は商慣習上のガルヴァーニ
電解浴で実施される。有機導体が高すぎる還元の初期電位を受けない条件下で、
原則的に全ての金属が析出可能である。pHO〜4の酸含有浴が銅の析出のため
に好適で、特に10〜3O0g/lの遊離硫酸と5〜50g/lの銅含有量の硫
酸銅浴が好適である。
ガルヴァーニ電解は通常の電流及び温度条件、例えば20〜70℃の温度で0
.1〜20A/dm2の電流密度で行われる。
ガルヴァーニ電解の析出は伝導層の発生後すぐに洗浄措置もなしに行われる。
しかしながら、金属化の前に待ち時間又は室温での長めの乾燥滞留時間が金属化
性の損失なしに挿入されうる。幾何学的要求、詳しく言えば金属化が起こる場所
に対する接触箇所の間の距離に応じて、特に有利な場合において、均一に閉鎖さ
れた平面的金属化が2分以内に達成されうる。
当該方法は普通一般に垂直式浸漬装置において実施される。しかし、当該方法
は例えば導体プレートの製造のための水平式処理装置においても行われうる。
処理溶液は、択一的に、浸漬、膨張(Schwallen,生成物を溢出する波
を形成する状態)、噴霧又は噴射によって処理されるべき担持材料に接触されう
る。
導体プレートの通しメッキ又は平面金属化の際の使用の他に、本発明に従う方
法による材料の平面的金属化は、衛生設備技術における又は金具取付工業におけ
るような装飾的目的にも、あるいは電磁放射を遮蔽するコンピュータケース又は
他の電気装置のケースの製造のような機能的使用にも適する。
以下の例は本発明を詳細に説明する。
例 1:
芳香族化合物の力学的気化の検査のために、1M燐酸中に7.7g/lのピロ
ールからなる溶液が、5±1℃で時間当たり640m3/hの蒸発の排気能力を
備えた換気器(Digestorium)でのシャーレに入れられた。その際、溶液中のピロ
ール濃度は低下した。損失は水性媒体中の208nmでのUV吸収によって追跡
され、損失率は−3.4・10-6g/l/min/cm2であった。
100g/lのポリビニルピロリドンK15(購入源:ドイツAldrich社)で
の溶液は等しい実験条件で、−1.6・10-6g/l/min/cm2の係数の
明らかに少ない蒸発率となった。
100g/lのポリエチレングリコールで−2.5・10-6g/l/min/
cm2を得た。
より高い気流で、添加のない溶液の係数は−8.5・10-6 g/l/min
/cm2になり、これに対して203g/lのポリエチレングリ
コール200で−3.3・10-6g/l/min/cm2にのみになった。
以下の例において、試料の金属化の後に、ドイツFluke社のFLUKE25Multimeter
を用いて1.7kgのメッキ重量で1cmの間隔での金接触部で行う導電率測定
が実施された。
例 2:
ガラス繊維強化されたエポキシドからなる切断され片面が覆われた導体プレー
トは次のように金属化された。
1.80g/l(可能範囲20〜130g/lの過マンガン酸カリウムと20g
/l(可能範囲10〜70g/l)の水酸化カリウム乃至ナトリウムを有した水
溶液中で80℃(可能範囲,40〜100℃)で好ましくは1分(可能範囲0.
1〜20分)の間、酸化前処理。
2.洗浄
3.5℃(可能範囲9〜25℃)で5分、pH1(可能範囲pH0〜4)で1M
燐酸乃至他の酸での20g/l(可能範囲0.1g/l〜200g/l)のピロ
ールの溶液中で導体層の形成。測定された抵抗係数は1.9・1060hm。
4.pH0〜2の希薄鉱酸(無機酸)中での選択洗浄(特に第2及び第3ステッ
プの間の過程が中断した場合、大気での導体層の長い持続時間の後に導電率の回
復のために)。
5.0.1〜10A/dm2での金属化。
例 3:
例2でのように取り扱われ、3分のより長い酸化前処理で、抵抗係数は36・
103Ohmになった。1.2A/dm2での金属化。
例 4:
例2でのように取り扱われ、酸化前処理の継続時間は6分で、測定された抵抗
係数は24・103Ohmになった。1.2A/dm2での金属化。
例 5:
例2と同じやり方だけれども、長い操作でより活性となった酸化溶液で、5・
103Ohmの抵抗係数が得られた。5.2A/dm2での金属化。
例 6:
3−メチルピロールは、J.Cornfoth、D.Ming-hui、J.Chem.Soc.Perkin Trans. I、
1459(1990)に従い、3−エトキシメタクロライン(3-Ethoxymethacrolein)と馬
尿酸から出発して、4−メチルピロール−2−カルボキシレートを経て、5段階
での脱カルボキシル反応によってより少ない収量で合成された。沸点140〜1
43℃。
例2、3及び4の反復だげれども、単量体として3−メチルピロールを用いて
、測定された抵抗係数が2〜8・106Ohmとなった。金属化は1.2A/dm2で
行われた。
例7:
3,4−ジメチルピロールは、D.O.Cheng、T.L.Bowman、E.LeGoff ,J.Heterocyc
lic Chem.13、1145 (1976)に従い、p−トルオールスルフォニル−メチルイソシ
アニドとクロトン酸エチルエステル
から出発して合成された。中間の3−(エトキシカルボニル)−4−メチルピロ
ールの還元後に素早く、しかしながら僅か18%の全収量でジメチル化合物を得
た。当該材料は25〜28℃の融点を有した。H−NMR(CDCl3):2.
04(s,6H)、6.50(d,2H)、7.33(s br,1H)。
金属化のために、例2でのように取り扱われたが、単量体として3,4−ジメ
チルピロールが用いられた。抵抗係数が1.4・1060hmとなった。金属化
は1.2A/dm2で行われた。
例 8:
例3に類似したやり方であるけれども、0〜5℃の温度で芳香族化合物として
13.4g/lのピロールを有し、溶剤として0.1N硫酸(pH1.2)を使
用した。付加的に当該溶液はAldrich社から入手可能な11.1g/lのポリビ
ニルピロリドンK15、分子量10000を含有する。1時間後の層の測定され
た抵抗係数は11・106Ohmとなった。金属化は2A/dm2の電流密度で行わ
れた。
例 9:
7.2g/lのピロールが、pH1で、層活性添加剤としてポリ (N−メチ
ル−N−ビニルイミダゾールメトサルフェイト)の42%単量体なしの水溶液1
1.lg/lを有した1M燐酸塩に用いられた。重合は25℃の温度で5分の持
続時間で行われた。4時間大気に放置した後、20〜50・103Ohmの抵抗
係数が得られた。金属化は、1.9A/dm2の電流密度で2.5分以内で基体の
緊密なコーティングをもたらした。
例 10〜13:
例2〜9と同様に、次の水溶性ポリマーで非常に良好な結果が得られた。
−ポリエチレングリコール200及び1000(Andlich社から購入)、
−ポリビニルピロリドンK15及びK90(Andlich社)、
−ポリアミンスルフォンPASA−5R、PAS A−120LR、
PAS 92R、PAS 200R(日本の東西貿易会社(Tozai BoekiKaisha)
の商品名)、
−ポリ(N,N−ジメチル−3,5−ジメチレン一塩化ピペリジン)(Andlich
社)。
例 14及び15:
例2〜13に準拠して、90℃で80g/lの過マンガン酸カリウムと40g
/lの苛性ソーダからなる予め調製された酸化前処理水溶液で特に良好な結果が
得られた。溶液の特別な性質は洗浄水の青緑色の色調で認識できた。
ポリ((3−クロル−2−ヒドロキシプロピル)−1−イミダゾール)は、3
4.05gのイミダゾールと47.2gのエピクロルヒドリンから30mlのエ
タノール中で10〜25℃で24時間後に結晶化によって10℃で反応溶液から
、得られた。C−NMR(D2O):46.5(CH2)、53.0(CH2)、
63.3(CH2)、68.9(CH)、69.2(CH)、70.7(CH)
、124(イミダゾリウム−H)、137.6(t、イミダゾリウム−D)。
ポリ(N,N−ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)はドイツ特
許出願DD141028号に類似して、1.15gのアンモニウムカーボネート
を有した150mのN,N−ジアリルジメチルアンモニウムクロリド60%水溶
液から、50℃で10mlの水に2.69gのアンモニウムペルオキシジサルフ
ェイトを滴下しながら3時間、60〜80℃で合成された。変換はビニル−H−
信号により98%になった。残りの単
酸化前処理溶液中に90℃で3分間及び0〜5℃でポリ((3−クロル−2−
ヒドロキシプロピル)−1−イミゾール)を有する1M燐酸でのピロールからな
る溶液中に5分間の後に、1A/dm2で厚い銅層を有した4cm2の大きさの面が7
分間金属化された。類似の結果がポリ(N,N−ジアリルジメチルアンモニウム
クロリド)で得られた。
例 16及び17:
例9でのように取り扱われた。1Mの燐酸に12g/lの3,4−ジメチルピ
ロールで、12g/lのポリ(ビニルイミダゾリウムメトサルフェイト)又は1
2g/lのポリ(N,N−ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)を使用して
、これらのポリマーの添加のない場合よりも良好な結果が得られた。測定された
抵抗係数:0.8・106Ohm、2・106Ohm、1・106Ohm。金属化
は3.7A/dm2で行われた。
例 18:
導体プレート製造の際の通常のスメア除去−開始ステップ:加湿剤/膨潤剤及
びクロム酸腐食剤を有し、ガラス強化されたエポキシド樹脂材料(FR4−導体
プレート)からなる担持体表面を親水性化した後、飽和塩化鉄(III)溶液の試料
を20〜40℃でプロピレンカーボネートに浸漬し、洗浄し、例2に従い更に処
理した。
例 19:
例2、14、15に従い、単量体溶液として14〜140g/l(0.05〜
300g/l)のアニリンを1Nの塩酸に好ましくは12℃(0〜30℃)で好
ましくは0.5分(0.1〜10分)の間用いた。25℃での1N塩酸での洗浄
。乾燥した導体層の抵抗係数は30〜90・103Ohm。金属化は0.6A/d
m2で行われた。
例 20:
例19と異なって、有機溶剤での方法開始の前に担持材料が処理された。FR
4材料は、1〜2分、酢酸エステルで25℃で処理され、丹念な洗浄後、例2に
従い更に処理された。測定された抵抗係数5.5・103Ohm。
例 21:
例19に類似して、単量体として0.05g/lの4−アミノジフェニールア
ミンが5Nの塩酸で処理された。温度は0〜5℃であった。処理時間は0.5〜
5分になった。測定された抵抗係数は4〜20・103
Ohm。乾燥した層は0.4〜2.2・106Ohmを有した。
例 22及び23:
両面を被覆された導体プレートの孔を例2〜20に従い通しメッキした。その
ために、例2の方法経過に従い取り扱われ、導体層は次の溶液で5℃(可能範囲
−10〜+30℃)の温度で5分以内で形成された:
A:1M燐酸での4.7g/lのピロール、127g/lのポリエチレングリコ
ール200
B:1M燐酸での4.6g/lのピロール
2A/dm2での金属化が5分後、孔での次の透過光の結果を生んだ(d0=欠
点のない、d5=金属のない箇所):
A:d2/d2/d3
B:d5/d5/d5(添加のない溶液)
導体層はまた20℃で5分間、次の溶液で形成される。
A:1M燐酸での9g/lのピロール、26.2g/lのポリエチレングリコー
ル、
B:1M燐酸での8.6g/lのピロール。
2A/dm2での金属化が2分後、孔での次の透過光の結果を生んだ:
A:d0/d0/d2
B:d2/d1/d2
銅表面に、いかなる場合も黒いポリピロール層が形成されない。
例24:
攪拌された硫酸溶液(pH1.5、温度:10℃)に、20g/lのゼラチン
(ドイツFluka社から入手)、15.2g/lのアンモニウム
ペルオキシジサルフェイト及び4.5g/lのピロールが加えられた。
90kN/cm2のプレス圧で製造されたプレス加工品は3・106Ohm/cmの抵
抗係数を有した。
比較として、ゼラチンのない試験が繰り返され、その際、28.5g/lのア
ンモニウムペルオキシジサルフェイトと8.4g/lのピロールが使用された。
4.1Ohm/cmの抵抗係数が測定され、即ち、ゼラチンの添加なしで製造され
たプレス加工品の電気的抵抗は、約1000の係数だけ小さな値を有した。
例 25:
6.7g/lのピロールを有する30g/lのゼラチからなる溶液は粘性流体
となった。過マンガン酸で処理されたFR−4の布切れは、黒い色調で容易に識
別可能である顕著なポリピロール層を生じない。抵抗係数は30・106Ohm
より大きかった。
次の例のために、水溶性ポリマー、詳しく言えば、陽イオン性ポリ電解質、ア
ンモニウムペルオキシジサルフェイト及びピロールが、1のpH値と5〜10℃
の温度を有する撹拌された燐酸溶液に添加された。1時間後、当該溶液は濾過さ
れ、濾過残留物は燐酸水溶液(pH1)で十分に洗浄された。当該残留物はその
後、油真空で脱水され、部分的に90kN/cm2でプレス加工品に加工された。
乾燥された残留物は元素分析に用いられた。
例 26:
6.72g/lのピロールと2.28g/lのアンモニウムペルオキ
シジサルフェイトが用いられた。残留物の測定された炭素含有量は40.1重量
%、測定された窒素含有量は11.2重量%になった。これから、窒素に対する
炭素の原子比率C/N4.16が算出された。測定された抵抗係数は2.00h
m/cmになった。
例 27:
7.2g/lのピロール、22.9g/lのアンモニウムペルオキシジサルフ
ェイト及び追加的に11.9g/lのポリエチレングリコール200が用いられ
た。残留物の測定された炭素含有量は31.4重量%、測定された窒素含有量は
8.8重量%になった。これから、窒素に対する炭素の原子比率C/N4.16
が算出された。測定された抵抗係数は1.0Ohm/cmになった。
測定された窒素に対する炭素の原子比率C/Nは、ポリエチレングリコールの
組み込みが起こっていないことを示す。もっとも透過光テストで測定された電気
的伝導度及び金属化は添加のない場合よりも良好であった(例23と26を参照
)。
例 28:
6.7g/lのピロール、22.8g/lのアンモニウムペルオキシジサルフ
ェイト及び追加的に202g/lのポリエチレングリコール200が用いられた
。残留物の測定された炭素含有量は37.8重量%、測定された窒素含有量は1
0.0重量%になった。これから、窒素に対する炭素の原子比率C/N4.40
が算出された。測定された抵抗係数は4.7Ohm/cmになった。
測定された窒素に対する炭素の原子比率C/Nは、ポリエチレングリ
コールの組み込みが起こっていることを示す。
例 29:
7.13g/lのピロール、22.8g/lのアンモニウムペルオキシジサル
フェイト及び追加的に11.2g/lのポリビニルピロリドンが用いられた。残
留物の測定された炭素含有量は32.2重量%、測定された窒素含有量は8.5
重量%になった。これから、窒素に対する炭素の原子比率C/N4.42が算出
された。測定された抵抗係数は2.8Ohm/cmになった。
測定された窒素に対する炭素の原子比率C/Nは、ポリビニルピロリドンの組
み込みが起こっていることを示す。
例 30:
7.12g/lのピロール、22.9g/lのアンモニウムペルオキシジサル
フェイト及び追加的に11.6g/lのポリビニルピロリドンが用いられた。残
留物の測定された炭素含有量は32.6重量%、測定された窒素含有量は9.8
重量%になった。これから、窒素に対する炭素の原子比率C/N3.88が算出
された。測定された抵抗係数は1.3Ohm/cmになった。
測定された窒素に対する炭素の原子比率C/Nは、ポリビニルピロリドンの組
み込みが起こっていることを示す。電気的伝導度は添加なしの場合よりも良好で
あった(例26参照)。
例 31:
6.7 g/lのピロール、22.9g/lのアンモニウムペルオキシ
ジサルフェイト及び追加的に103g/lのポリビニルピロリドンが用いられた
。残留物の測定された炭素含有量は34.3重量%、測定された窒素含有量は9
.7重量%になった。これから、窒素に対する炭素の原子比率C/N4.12が
算出された。測定された抵抗係数は3.8Ohm/cmになった。
この場合においても、測定された窒素に対する炭素の原子比率C/Nは、ポリ
ビニルピロリドンの組み込みが起こっていることを認識可能である。
例 32:
例2に類似して、アルカリ性の過マンガン酸溶液でのABS共重合体からなる
プラスチック材料が用いられ、洗浄後に燐酸含有ピロール溶液中で処理された。
例2でのように、引き続いてガルヴァーニ作用で銅メッキされうる導電性の黒い
ポリピロールフィルムが形成された。
【手続補正書】特許法第184条の8
【提出日】1994年6月28日
【補正内容】請求の範囲
1.酸化によって導電性ポリマーに移行可能な少なくとも1種の芳香族化合物と
、化学的重合による導電性ポリマーの形成の為にホモポリマーとコポリマーの群
から選択された少なくとも1種の水溶性ポリマーとを含有する酸化剤のない溶液
の使用方法。
2.前記水溶性ポリマーが、専ら又は主として不荷電の構造元素を含有し及び/
又は陽イオン性ポリ電解質であることを特徴とする請求項1の使用方法。
3.前記水溶性ポリマーが、陽子付加/陽子分離反応に、及び/又は水素架橋及
び/又はファンデアワールス相互作用の形成のために、適していることを特徴と
する前記請求項のいずれか一項の使用方法。
4.前記水溶性ポリマーが、1又は複数の水酸基、アミド基、スルフォンアミド
基、アミン基、ケトエノール基、エーテル基、ケト基、スルフォキシド基、第4
級アンモニウム基及び又はヘタリニウム基を含有することを特徴とする前記請求
項のいずれか一項の使用方法。
5.前記水溶性ポリマーが、ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンイミン、
ポリビニルピリジン、ポリビニルビロリドン、エピハロヒドリン及びイミダゾー
ル又はベンゾイミダゾールからなるポリマー、第4級アンモニウム基で誘導され
たアクリル酸−又はメタクリル酸化合物からなるポリマー、ポリ(ジアリルジメ
チルアンモニウムハロゲニド)、4基からなったポリビペリジン化合物、ポリア
ミンスルフォン、4基からなつたポリビニルイミダゾリウム塩、4基からなった
ポリビニルピリジ
ウム塩又はイオンから選択された化合物を包括することを特徴とする前記請求項
のいずれか一項の使用方法。
6.前記水溶性ポリマーが、
ポリエチレンイミン、
ポリ(N−メチル−エチレンイミン)、
ポリビニルアルコール、
ポリエチレンオキシド、
ポリプロピレンオキシド、
ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドとからなる共重合体、
ポリアクリルアミド、
ポリ(1−ビニルピロリドン)、
ポリ(2−ビニルピリジン)、
ポリ(4−ビニルピリジン)、
ポリエチレングリコール、
ポリ(N−メチル−N−ビニルイミダゾリウムメトスルファート)、
ポリアミンスルフォン、
ポリ(N,N−ジメチル−3,5−ジメチレンピペリジニウムクロリド)、
ポリ((3−クロル−2−ヒドロキシプロピル)−1−イミダゾール)及び
ポリ(N,N−ジアリルジメチルアンモニウムクロリド)
を包括することを特徴とする前記請求項のいずれか一項の使用方法。
7.前記水溶性ポリマー−が、2g/lと250g/lの間の濃度にあることを
特徴とする前記請求項のいずれか一項の使用方法。
8.芳香族化合物として、ピロール、チオフェン、アニリン、N−フェニル−p
−フェニレンジアミンまたはそれらの誘導体を特徴とする前記請求項のいずれか
一項の使用方法。
9.芳香族化合物として、3−及び/又は4−単又は二置換されたピロール誘導
体を特徴とする前記請求項のいずれか一項の使用方法。
10.o−及び/又はm−位置でのアニリン誘導体及びN−フェニル−p−フェ
ニレンジアミン誘導体が、2,2’−及び/又は5,5’−及び/又は3,3’
−及び/又は6,6’−位置において対称に又は非対称に置換されることを特徴
とする前記請求項のいずれか一項の使用方法。
11.ピロール誘導体として、2−,2’−位置において結びついた単量体ピロ
ール及び好適には2,2’−ビピロールを特徴とする前記請求項のいずれか一項
の使用方法。
12.チオフェン誘導体として、2−,2’−位置において結びついた単量体チ
オフェン及び好適には2−,2’−ビチオフェンを特徴とする前記請求項1〜1
0のいずれか一項の溶液。
13.不導体の金属化の場合における前記請求項のいずれか一項の使用方法。
14.導体プレートの通しメッキの場合における前記請求項のいずれか一項の使
用方法。
15.a)懸濁化又は溶解した酸化剤を含有した溶液で不導体を処理すること、
b)酸化によって導電性ポリマーに移行可能な少なくとも1種の芳香族化合物を
含有する溶液で処理すること、
c)ガルヴァーニ電解で金属化すること、
の方法段階で不導体を金属化する方法において、段階b)での溶液がホモポリマ
ーとコポリマーの群から選択された少なくとも1種の水溶性ポリマーを追加的に
含有することを特徴とする方法。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI
H01B 13/00 503 Z 0550−5G
(72)発明者 ウルツィオ デスメゾン ゴンザーロ
ドイツ デー・10587 ベルリン エオザ
ンダーシュトラーセ 14
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.酸化によって導電性ポリマーに移行可能な少なくとも1種の芳香族化合物と 、ホモポリマーとコポリマーの群から選択された少なくとも1種の水溶性ポリマ ーとを含有する溶液。 2.前記水溶性ポリマーが、専ら又は主として不荷電の構造元素を含有し及び/ 又は陽イオン性ポリ電解質であることを特徴とする請求項1の溶液。 3.前記水溶性ポリマーが、陽子付加/陽子分離反応に、及び/又は水素架橋及 び/又はファンデアワールス相互作用の形成のために、適していることを特徴と する前記請求項のいずれか一項の溶液。 4.前記水溶性ポリマーが、1又は複数の水酸基、アミド基、スルフォンアミド 基、アミン基、ケトエノール基、エーテル基、ケト基、スルフォキシド基、第4 級アンモニウム基及び又はヘタリニウム基を含有することを特徴とする前記請求 項のいずれか一項の溶液。 5.前記水溶性ポリマーが、ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンイミン、 ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、エピハロヒドリン及びイミダゾー ル又はベンゾイミダゾールからなるポリマー、第4級アンモニウム基で誘導され たアクリル酸−又はメタクリル酸化合物からなるポリマー、ポリ(ジアリルジメ チルアンモニウムハロゲニド)、4基からなったポリピペリジン化合物、ポリア ミンスルフォン、4基からなったポリビニルイミダゾリウム塩、4基からなった ポリビニルピリジウム塩又はイオンから選択された化合物を包括することを特徴 とする前 記請求項のいずれか一項の溶液。 6.前記水溶性ポリマーが、 ポリエチレンイミン、 ポリ(N−メチル−エチレンイミン)、 ポリビニルアルコール、 ポリエチレンオキシド、 ポリプロピレンオキシド、 ポリエチレンオキシドとポリプロピレンオキシドとからなる共重合体、 ポリアクリルアミド、 ポリ−1−ビニルピロリドン、 ポリ(2−ビニルピリジン)、 ポリ(4−ビニルピリジン)、 ポリエチレングリコール、 ポリ(N−メチル−N−ビニルイミダゾリウムメトスルファート)、 ポリアミンスルフォン、 ポリ(N,N−ジメチル−3,5−ジメチレンピペリジニウムクロリド)、 ポリ((3−クロル−2−ヒドロキシプロピル)−1−イミダゾール)及び ポリ (N,N−ジアリルジメチルアンモニウムクロリド) を包括することを特徴とする前記請求項のいずれか一項の溶液。 7.前記水溶性ポリマーが、2g/lと250g/lの間の濃度にあることを特 徴とする前記請求項のいずれか一項の溶液。 8.芳香族化合物として、ピロール、ヂオフェン、アニリン、N−フェニル−p −フェニレンジアミンまたはそれらの誘導体を特徴とする前記請求項のいずれか 一項の溶液。 9.芳香族化合物として、3−及び/又は4−単又は二置換されたピロ ール誘導体を特徴とする前記請求項のいずれか一項の溶液。 10.o−及び/又はm−位置でのアニリン誘導体及びN−フェニル−p−フェ ニレンジアミン誘導体が、2,2’−及び/又は5,5’−及び/又は3,3’ −及び/又は6,6’−位置において対称に又は非対称に置換されることを特徴 とする前記請求項のいずれか一項の溶液。 11.ピロール誘導体として、2−,2’−位置において結びついた単量体ピロ ール及び好適には2, 2’−ビピロールを特徴とする前記請求項のいずれか一 項の溶液。 12.チオフェン誘導体として、2−,2’−位置において結びついた単量体チ オフェン及び好適には2−,2’−ビチオフェンを特徴とする前記請求項1〜1 0のいずれか一項の溶液。 13.a)懸濁化又は溶解した酸化剤を含有した溶液で不導体を処理すること、 b)酸化によって導電性ポリマーに移行可能な少なくとも1種の芳香族化合物と 、ホモポリマーとコポリマーの群から選択された少なくとも1種の水溶性ポリマ ーとを含有する溶液で処理すること、 c)ガルヴァーニ電解で金属化すること、 の方法段階で不導体を金属化する方法。 14.段階b)での溶液が、0〜4のpH値に調整されることを特徴とする請求 項13の方法。 15.請求項2〜12での特徴の一又は複数を含む段階b)に従う溶液を特徴と する請求項13又は14の一項の方法。 16.酸化剤として、過マンガン酸塩及び/又はマンガン酸塩及び/又は軟マン ガン鉱を特徴とする請求項13〜15のいずれか一項の方法。 17.酸化剤を含有する溶液が、過マンガン酸塩及びアルカリヒドロキ シドを含有することを特徴とする請求項13〜16のいずれか一項の方法。 18.過マンガン酸塩が80〜100℃でヒドロキシド及び過マンガン酸塩の現 存で生じることを特徴とする請求項13〜17のいずれか一項の方法。 19.酸化剤を含有する溶液が、酸化鉄(III)、有機溶媒及び/又は水を含有 する請求項13〜15のいずれか一項の方法。 20.段階b)での溶液が、−10〜+30℃の温度に調整されることを特徴と する請求項13〜19のいずれか一項の方法。 21.前記処理段階が、水平処理において実施されることを特徴とする請求項1 3〜20のいずれか一項の方法。 22.不導体の金属化の際、ポリアルキレンオキシド、ポリアルキレンイミン、 ポリビニルピリジン、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリビニル アルコール、エピハロヒドリン及びイミダゾール又はベンゾイミダゾールからな るポリマー、第4級アンモニウム基で誘導されたアクリル酸−又はメタクリル酸 化合物からなるポリマー、ポリ (ジアリルジメチルアンモニウムハロゲニド) 、4基からなったポリピペリジン化合物、ポリアミンスルフォン、4基からなっ たポリビニルイミダゾリウム塩、4基からなったポリビニルピリジウム塩又はイ オンの群からなる少なくとも1種の水溶性ポリマーと、酸化によって導電性ポリ マーに移行可能な少なくとも1種の芳香族化合物とを含有する溶液の使用法。 23.導体プレートの通しメッキの方法に、請求項22の溶液を使用する方法。 24.個々の又は全ての新しい特徴又は周知の特徴の組み合わせを特徴 とする水溶性ポリマーでの溶液。 25.個々の又は全ての新しい特徴又は周知の特徴の組み合わせを特徴とする不 導体の金属化のための方法。
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