DE2160821A1 - Verfahren zur abscheidung von kupferschichten auf formkoerpern aus polyimiden - Google Patents
Verfahren zur abscheidung von kupferschichten auf formkoerpern aus polyimidenInfo
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Description
2080 FP-Dr.N.-ur 29. November 1971
Beschreibung zur Anmeldung der
KALLE AKTIENGESELLSCHAFT Wiesbaden-Biebrich
für ein Patent auf
Verfahren zur Abscheidung von Kupfersohichten auf Formkörpern aus Polyimiden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung
festhaftender Kupferschichten auf Formkörpern aus Polyimiden. -
Es ist bekannt., Formkörper aus elektrisch nichtleitenden
Kunststoffen, ζ. B. aus Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Mischpolymerisaten
(ABS-Kunststoffe), Polyolefinen und Polyestern, ggf. nach geeigneter Vorbehandlung, stromlos oder
galvanisch mit dünnen Metallüberzügen zu versehen.
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Hierbei hat sich insbesondere ein Verfahren bewährt, bei dem auf der Kunststoffoberfläche eine sehr dünne Schicht
von Edelmetallkeimen abgeschieden wird, indem man die Oberfläche mit einer Edelmetallsalzlösung
sensibilisiert und mit der Lösung eines Reduktionsmittels aktiviert. An den Edelmetallkeimen lassen
sich dann mittels chemischer oder galvanischer Metallisierungsbäder zusammenhängende 'Metallschichten abscheiden,
|. Man kann eine derartige Vorbehandlung z, B. durchführen,
indem man die Oberfläche zuerst mit einer Palladiumsalzlösung, z. B. PdCIp, und dann mit einer Hydrazinhydratlösung
behandelt. Dabei scheiden sich geringe Mengen an elementarem Palladium auf der Oberfläche ab. .
Um die später aufzubringenden Metallschichten haftfest zu verankern, ist es üblich, die Kunststoffoberfläche
vor der genannten Vorbehandlung mechanisch oder bevorzugt
chemisch aufzurauhen,. Bei den ABS-Kunststoffen
wird die chemische Aufrauhung z. B. mit konzentrierter
Schwefelsäure, die noch ein Oxydationsmittel enthalter kann, durchgeführt.
309825/0940
In der älteren Patentanmeldung P 20 62 215.5 ist bereits
ein Verfahren zur Abscheidung von Metallschichten auf Formkörpern aus Polyestern vorgeschlagen worden,
bei dem die Oberfläche des Pormkörpers
a) mit einer Edelmetallsalzlösung sensibilisiert, gegebenenfalls
b) mit einem Reduktionsmittel aktiviert und
c) mit einer Metallsalzlösunga Z9 B. einer
Kupfersalzlösung, chemisch metallisiert
wird, wobei die Reihenfolge von a) und b) vertauscht werden kann. Dabei wird der jeweils erste der Schritte
a) und b) oder jeder von beiden Schritten oder mindestens der Schritt a) mit einer Lösung durchgeführt,
die zusätzlich eine halogenierte Fettsäure, bevorzugt Trichloressigsäure, enthält, und der Formkörper unmittelbar
nach der Behandlung mit der Halogenfettsäure ent-^ haltenden Lösung unter Erwärmen getrocknet.
Wenn man die bisher bekannten Metallisierungsverfahren auf die Verkupferung von Polyimidformkörpern anwendet,
so erhält man keine fest haftenden Überzüge.
982570940
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren zu finden,
nach dem man auch auf Formkörpern aus Polyimiden fest haftende Kupferschichten abscheiden kann.
Die Erfindung geht aus von dem älteren Verfahren zur Abscheidung von Kupferschichten auf Formkörpern aus
.Kunststoffen, bei dem man die Oberfläche des Formkörpers
Sl) mit der Lösung eines Edelmetallsalzes und
einer halogenierten Fettsäure sensibilisiert und
b) mit der Lösung eines Reduktionsmittels aktiviert und
c) mit einer Kupfersalzlösung chemisch metallisiert,
wobei die Reihenfolge von a) und b) vertauscht werden
kann, und bei dem man den Formkörper unmittelbar nach dem Schritt a) unter Erwärmen trocknet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß man einen Formkörper aus einem Polyimid verwendet.
Es wurde also gefunden, daß sich bestimmte Ausführungsformen des älteren Verfahrens zum Metallisieren von
Polyesterformkörpern-auch zur Verkupferung von PoIy-
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imidformkörpern·anwenden lassen. Die Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt daher - abgesehen
von den Einschränkungen, die aus der obigen Definition hervorgehen - weitgehend analog zu dem
Verfahren der älteren Anmeldung.
Als Polyimide, deren Oberfläche erfindungsgemäß metallisiert werden kann, kommen im wesentlichen
alle hochmolekularen Kondensätionsprodukte von aromatischen Diaminen mit Dianhydriden aromatischer
Tetracarbonsäuren in Betracht. Beispiele für geeignete aromatische Diamine sind 4,4'-Diamino-diphenylpropan,
4,4'-Diamino-diphenylmethan, Benzidin,
4,4'-Diamino-diphenylsulfid, 4,4'-Diamino-diphenylsulfon,
4,4'-Diamino-diphenyläther, m-Phenylendiamin,
p-Phenylendiamin und dgl. mehr.
Als Reaktionspartner sind z. B. die Dianhydride der folgenden Tetracarbonsäuren geeignet: 2,3,6,7-Naphthalintetracarbonsäure,
3j3f ,4,4'-.Diphenyltetracarbonsäure,
Bis-(3,4-dicarboxy-phenyl)-propan, Bis-(3,4-dicarboxyphenyl)-äther
und Pyromellithsäure.
'30982670940-
Als halogenierte Fettsäure werden chlorierte Essigsäuren,
bevorzugt Trichloressigsäure, benutzt. Es können aber auch andere halogenierte Fettsäuren,
Z0 B. 2,2,3-Trichlorpropionsäure oder Trifluoressigsäure,
verwendet werden.
Die Behandlungslösung, die die Halogerifettsäure enthält,
enthält als Lösungsmittel vorzugsweise Wasser,
||, Das Lösungsmittel kann aber auch aus organischen Flüssigkeiten,
z. B. Aceton, Butanon, oder deren Gemisch mit Wasser bestehen.
Der Gehalt der Edelmetallsalz-Lösung an halogenierter Fettsäure, insbesondere Trichloressigsäure, kann sehr
unterschiedlich sein. Im allgemeinen werden Lösungen
von etwa 5 bis 25 Gew.-^, bevorzugt 10 bis 15 Gew.-i?}
verwendet.
Als Edelmetallsalze kommen die -Salze von Platin, Palladium, Gold oder Silber in Betracht. Bevorzugt
wird Palladiumchlorid verwendet, das in Konzentrationen zwischen 0,001 und,5 Gew.-%t vorzugsweise zwischen1
0,005 und 0,5 Gew.-^, vorliegen kann.
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Als Reduktionsmittel wird gewöhnlich Zinn-TI-ehlorid
benutzt, es können aber auch organische Reduktionsmittel, ζ. B. Hydrazinhydrat, benutzt werden. Zinn-II-chlorid
wird in salzsaurer wäßriger Lösung in Konzentrationen zwischen 0,1 und 10 Gew.-^, vorzugsweise von
0,5 bis 5 Gew.-^, angewandt, Hydrazinhydrat in alkalischer
wäßriger Lösung in Konzentrationen zwischen 0,1 und 5 Gew.-%3 vorzugsweise von 0,5 bis 1 Gew.-%.
Sowohl die Edelmetallsalz-Lösungen als auch die Reduktionsmittel-Lösungen
läßt man bei Zimmertemperatur 10 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 30 Sekunden
bis 3 Minuten, lang einwirken.
Vor der Sensibiliiiierung bzw. Aktivierung der Polyimid-Formkörper
werden diese zweckmäßig einer Reinigung bzw. oberflächlichen Hydrolyse unterworfen, um eine gleichmäßige
Benetzung durch die Behandlungslösung zu erreichen. Die Reinigung kann in bekannter Weise mit organischen
Lösungsmitteln, mit Säuren oder Alkalien erfolgen.
Als besonders zweckmäßig hat sich eine Behandlung mit einer xväßrigen Lösung erwiesen, die 1 bis 5 Gew.-%'
Chromsäure, 30 bis 60 Gew.-% Phosphorsäure und
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30 bis 50 Gew.-% Schwefelsäure enthält. Die Badtemperatur
liegt zwischen 50 und 80° C. Die Einwirkungsdauer beträgt 5 bis 15 Minuten.
Die Säure wird nach der Behandlung abgespült, und die der Polyimidkörper-Oberfläche noch anhaftenden Chromsäure-Reste
werden zweckmäßig mit einer alkalischen Natriumthiosulfat-Lösung entfernt. Dadurch wird eine
unkontrollierte lokale Reaktion des Edelmetallsalzes " mit anhaftenden Chromsäure-Resten beim Aufbringen der
Sensibilisierungslösung vermieden.
Als zu verkupfernde Formkörper kommen alle Arten von starren, z. B. im Spritzguß hergestellten, Formkörpern
aus Polyimiden in Betracht. Es können aber auch z. B.
Fasern, Fäden und Folien aus Polyimiden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verkupfert werden«. Insbesondere
bei verkupferten Folien, die verbreitete technische Anwendung finden, ist das erfindungsgemäße
Verfahren von besonderem Vorteil, da naturgemäß bei biegsamen Folien die Haftung einer Metallschicht ein
größeres Problem darstellt als bei starren Formkörpern.
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Allen beschriebenen Behandlungslösungen werden vorzugsweise
in bekannter Weise die Netzfähigkeit verbessernde
Stoffe zugesetzt, um eine möglichst gleichmäßige Wirkung
zu erzielen. Der erfindungsgemäß verwendeten, Halogenfettsäure
enthaltenden Sensxbilisierungslösung wird zur gleichbleibenden Benetzung auch während des Trocknungsvorganges noch eine kleine Menge, z. B. 0Ä01 bis 2 %t
einer wasserlöslichen hochmolekularen Substanz, z. B. Polyvinylalkohol, zugesetzt. Der Netzmittel-Gehalt der
Lösung kann im allgemeinen etwa 0,1 bis 5 % betragen.
Wenn als Aktivierungslösung eine Hydrazinhydrat- oder
Zinn-IT.-chlorid-Lösung benutzt wird, braucht dieser
Lösung kein Netzmittel zugesetzt zu werden.
Nach dem Aufbringen der Halogenfettsäure enthaltenden
Sensibilisierungslösung wird der Formkörper bei erhöhter
Temperatur getrocknet. Hierbei ist es wesentlich, daß die Temperatur der behandelten Oberfläche ·
bei Verwendung einer Halogenfettsäure enthaltenden Palladiumsalz-Lösung 150° C nicht überschreitet j im
allgemeinen werden 120 bis 130° C ,angewandt. Die Trocknung sollte nicht zu rasch erfolgen, da anscheinend
eine gewisse Einwirkungszeit der Behandlungslösung bei
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„ -τη —
erhöhter Temperatur für die Erzielung einer guten Haftung der Kupferschieht auf der Unterlage erforder-■_
lieh ist. Die Tracknungszeit kann im allgemeinen
1 bis 3 Minuten, z. B. 2 Minuten, betragen. Die Trocknung kann in heißer Lufts sie kann auch unter
Infrarotstrahlern erfolgen.
Nach der Abscheidung von Edelmetallkeimen auf der Oberfläche des Polyimid-Formkörpers kann das Kupfer
P auf der Oberfläche der Polyimid-Formkörper aus einem Reduktionsmittel enthaltenden Kupfersalz-Bad stromlos
abgeschieden werden.
Nachdem eine Kupfer-Schichtdicke in der Größenordnung
von O,Z bis 0a3/um erreicht worden ist, kann die weitere
Verstärkung der Kupferschieht galvanisch oder wiederum stromlos in bekannter Weise erfolgen.
. Die Bedingungen und Arbeitsweise für die beschriebenen
Metallisierungsschritte sind an sich bekannt und nicht
Gegenstand der vorliegenden Erfindung..
Nach dem er findurigs gemäßen Verfahren können fest haftende Kupferschichten auf einen TeLl der Oberfläche
oder auf die gesamte Oberfläche des Foriukörpers auf-
gebracht werden. So können Folien z. B. ein- und beidseitig verkupfert werden. Die Haftung der Kupferschicht
auf der Unterlage nimmt in der ersten Zeit nach der Metallabscheidung zu und erreicht nach
1 bis 3 Tagen ihren endgültigen maximalen Wert«,
Für die galvanische Verstärkung der etwa 0,2 bis 0,3 ,um
dicken erfindungsgemäß abgeschiedenen Kupferschichten
eignen sich galvanische Bäder mit und ohne Zusatz von Einebnungs- und Glättungsmitteln. Die Kupfer-Abscheidung
in den galvanischen Bädern geschieht bei Stromdichten zwischen 0,1 und 2 A/qdm, Die galvanisch abgeschiedenen
Kupferschichten haften zusammen mit der stromlos abgeschiedenen
Unterschicht fest auf der .Polyimid-Unterlage.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Kupferschichten haften
so fest auf der Unterlage, daß sie, selbst wenn die verkupferten Formkörper wochenlang in einer mit Wasserdampf
gesättigten Atmosphäre gelagert werden, ihre gute Haftung behalten.
Wird eine Polyamid-Folie demselben Behandlungsverfahren
unterworfen wie die erfindungsgemäß behandelte Folie,
wird jedoch dabei der Edelmetallsalz-Lösung keine
3Q982-B/0940
Halogenfettsäure zugesetzt, dann findet entweder im stromlosen Bad überhaupt keine Kupferabscheidung statt
(wenn die Folie zuerst mit Palladiumchlorid und dann mit Reduktionsmittel behandelt worden ist)j oder es
findet zwar Kupferabscheidung im stromlosen Bad statt
(wenn die Folie zuerst mit Reduktionsmittel und dann ■ mit Palladiumchlorid behandelt worden ist), aber nach
Verstärkung der stromlos abgeschiedenen Schicht im
ψ galvanischen Bad läßt sich die verstärkte Kupferschicht
leicht von der Unterlage trennen. In mit Wasserdampf gesättigter Luft geht dann die Haftung der galvanisch
verstärkten Schichten innerhalb von drei Tagen stark zurück.
Wegen der außerordentlich guten Wärmebeständigkeit der Polyimid-Folien können-verkupferte Polyimid-Folien
z. B. zur Herstellung von gedruckten Schaltungen ver- ^ wendet werden. Man kann dabei von den galvanisch mit
Kupfer verstärkten Folien oder von den Folien ausgehen, die nur die stromlos abgeschiedene dünne Kupferschicht
tragen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird an Hand der folgenden
■ Beispiele erläutert. Prozentzahlen sind, wenn nichts
anderes angegeben ist, Gewichtsprozente.
3 09 825/0940
Eine 100,um starke Polyimid-Folie aus dem Polykondensat
von- Diaminodiphenyläther und Pyromellithsäuredianhydrid wurde 7 Minuten lang in einer wäßrigen, 70° C warmen
Lösung gebadet, die 1,7 % Chromsäure, 49,0 % Phosphorsäure,
40,0 % Schwefelsäure und 9>3 % -Wasser sowie
0,005 % Perfluoroctancarbonsäure als Netzmittel enthielt.
Die Folie wurde 1 Minute lang mit Wasser abgebraust und 5 Minuten in einer 40° C warmen wäßrigen Lösung gebadet,
die 3 % Natriumhydroxid und 1 % Natriumthiosulfat enthielt. '
Die Folie wurde wieder 1 Minute mit Wasser abgebraust und dann 30 Sekunden bei Zimmertemperatur in einer
wäßrigen Lösung gebadet, die 0,15 % Palladiumehlorid,
0,25 % Chlorwasserstoff, 0,5 % Polyvinylalkohol mit dem K-Wert 30 und 12 % Restacetylgruppengehalt (Mowiol
N 30-88 der Farbwerke Hoechst AG), 0,4 % dodecylbenzolsulfonsaures Natrium und 13 % Trichloressigsäure enthielt.
'■■·.·
Die gebadete Folie wurde 2 Minuten bei 130° C getrocknet. Die getrocknete Folie wurde 30 Sekunden bei Zimmertemperatur
in einer wäßrigen Lösung gebadet, die 0,6 %
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- IJLf -
Hydrazinhydrat und 1,25 % Natriuinhydroxid enthielt. Die
Folie wurde abgebraust und 2 Minuten lang in ein 49° C
warmes stromloses Kupferbad gebracht,,das folgende Zusammensetzung hatte:
6,2 g CuSO4 . 5 H2O
0,1 g NiSO^ . 7 H2O
15 g Formaldehyd 18,5 g Natrium-hyposulfit 13,5 g Natriumhydroxid
6 g Natriumtartrat
8,5 g N,N-,N1 ,Nt-Tetra-(2-hydroxypropyD-äthylendiamin
0,25 g Addukt von Äthylenoxid an Isopropanol, mit Wasser auf 1 Liter aufgefüllt.
Auf der Folienoberfläche schied sich eine O,29,um
dicke Kupferschicht ab. Als in diese mit der Rasierklinge
ein Kreuzmuster von feinen, in etwa 1 mm Abstand stehenden Strichen geritzt und dann das
Muster mit einem druckempfindlichen Klebstreifen überklebt wurde, löste sich beim ruckartigen Abziehen
des Klebstreifens kein Kupfer von der Unterlage.
3 09825/094
Die Kupferschicht wurde bei Zimmertemperatur in dem folgenden galvanischen Bad bei 1 A je Quadratdezimeter
Stromdichte in 3 Stunden auf 30,um verstärkt.
Badzusammensetzung:
250 g CuSO^ . 5 H2O
50 g Schwefelsäure (98 $ig),
mit Wasser auf 1 Liter aufgefüllt.
Zum Abziehen der Kupferschicht eines· 1 cm breiten Folienstreifens
von der Polyimid-Folie war im Schältest nach
DIN 40 802 eine Abzugskraft nicht meßbar, da sich beim
Versuch, die Kupferfolie von der Polyimidfolie zu trennen, diese spaltete, bevor die Kupferschicht riß.
Wenn die galvanisch abgeschiedene Kupferschicht nur
10 ,um stark war, ließ sie sich ebenfalls nicht von der Unterlage lösen,
Die ebenso wie in Beispiel 1 entfettete und mit alkalischer Natriumthiosulfi-t-Lösung gespülte Folie
wurde zunächst 5 Minuten bei Zimmertemperatur in einer.wäßrigen Lösung aktiviert, die 0,5 Gew.-%
309 8 2 5/0 9AO
Zinn-II-chlorid und 0,? Gew.-^ Chlorwasserstoff
enthielt. .
Die Folie wurde 1 Minute mit Wasser abgebraust, dann bei Zimmertemperatur 30 Sekunden in einer
wäßrigen Lösung gebadet, die 0,15 % Palladiumchlorid,.
0,25 % Chlorwasserstoff, 0,5 % Polyvinylalkohol wie
in Beispiel 1, 0,4 % dodecylbenzolsulfonsaures Natrium und 13 % Trichloressxgsäure enthielt. Die gebadete
Folie wurde 2 Minuten lang bei 130° C getrocknet. Sie
wurde 2 Minuten lang in das 49° C warme Kupferbad des
Beispiels 1 gebracht.
Die Kupferschichtdicke betrug 0,24,um. Die Schicht
haftete untrennbar bei dem in Beispiel 1 beschriebenen
Klebstreifenversuch,
Die galvanische Verstärkung dieser Schicht wurde wie in Beispiel 1 bis zu einer Schichtdicke -von 30 ,um
ψ durchgeführt.
Zum Abziehen der Kupferschicht war wie in Beispiel 1
eine Kraft nicht, meßbar.
309825/094
Wenn die galvanisch abgeschiedene kupfe'rachieirl Üür
lOyUrii stärk war, ließ sie sidh' vöfi der Unterläge
flieht lösen i
8 Pdlyiiiiidfoiien würderi in der iri deri Öeispi§ie'fi
^ 2 beschriebenen Weise beHändelt,;
Die Tabelle zeigt die TersüejBs'grgebMsse' bei Yer
dener Reihenfolge der Sensibiiisierun'is'-iJÖstirig äj
und der Redüktiohs-Dösüh'g b) iiiit ttn'd öh'rie1 Zusätze von1
Triehlöressigsäüre (TCBj zu den ijösüh'geh: a) ilrid' bj.
1-= Kupfer aß sehe idüfigeri ifli stroiiilbäert Mpferbad
(Ö|2 bis 0^3 vtini) und Haftung der stromlos
abgeseh'iederien KupferseHieht*
B = Verstärkung' der Seiiieht i ifü gäiMfiiSe'iriifi'
Kupfer bad "auf iÖ pM üfid Hlf^üni dei?
vefstärkteö KÜp'ferseiiieiili
BAD ORiGINAL
- 10 -
I ab e 11 e
such | 1* Sehritt | 2i Schritt | Ä | B |
i | Pälladiüiri- | Zinn-il-chiorid | keine | ___ |
chTöi'id . | oder Hydrazin- | Cu-Äbschei- | ||
hydrat | dung | |||
ii | Zinn-ii- | Palladittm- | CÜ-Äbschei- | trenii- |
ehiorid öder | chiörid | dürig mehr' oder' | bär' | |
Hydr'äzih- | weniger treriii- | |||
hydrat | bär | |||
iii | Pa-liädiüüi- | Zinri-ii-chidrid | Cti-Äbschei- | itrttr'enn- |
ähldrid/TCE | . öder Hydiäziii- | düng | fear | |
hydfat - | untrennbar | |||
ΐν | Zihh-il- | Paliadiiim- | Cü-Abschei- | ün'trerih- |
chiörid ode'r | öhlOrid/TÖE. | dting | b'ar | |
Hydräiin- | Üritrennbär | |||
Hydr'at | ||||
if. | Päiiädiüin- | Ziriri^li- | keiüä Θιί- | M ^ H |
-eniörid | chiör;id/$Ci | Äbsöhe idttilg | ||
VT | Zirin-Ii- | Päiiädiiüä- | tr'enii- | |
efiidr;id/Töi | öhidrid ' | cjiing | Bär' | |
trerihb'är |
fit Pallädiiiifi-
Zififi^li- k&irie cü-
siiiQr'id/TCE
Päiiäditini-
Üüä ö^B/Ü 9 uü
dürrg
tr'Önfi-
BAD ORIGINAL
Eine untrennbare Haftung wird als.Q nur dann erzielt,
wenn die Trichloressigsäure allein der Palladiümchloridlösung
zugesetzt wird.
3U^825/0940
Claims (6)
- Patent a η s ρ r ü c h eIJ Verfahren zur Abscheidung von Kupferschichten auf Formkörpern aus Kunststoffenj bei dem. man die Oberfläche des Formkörpersa) mit der Lösung eines Edelmetallsalzes und^ einer halogenierten Fettsäure sensibilisiert undb) mit der Lösung eines Reduktionsmittels aktiviert undc) mit einer Kupfersalz-Lösung chemisch metallisiert,wobei die Reihenfolge von a) und b) vertauscht werden kann, und bei dem man den Formkörper unmittelbar nach dem Schritt a) unter Erwärmen trocknet, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Formkörper aus einem Polyimid | verwendet.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als halogenierte Fettsäure Trichloressigsäure verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Trichloressigsaure in wäßriger Lösung verwendet..3U9825/094Q.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, daß man eine Lösung verwendet, die 5 bis 25 Gew.-% Trichloressigsäure enthält.
- 5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurchgekennzeichnet, daß man als Edelmetallsalz ein Palladiumsalz verwendet.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurchgekennzeichnet, daß man eine Pallädiumehloridlösung verwendet, die 0,005 bis 0,5 Gew.-% Palladiumchlorid enthält.7· . Verfahren nach Anspruch I9 dadurchgekennzeichnet, daß man die .Trocknung bei einer unterhalb 150° C liegenden Temperatur vornimmt.9825/0940ORiGlNAL INSPECTED
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