MXPA05007256A - Dispersion fotosensible con viscosidad ajustable para deposicion de metal en un substrato aislante y uso del mismo. - Google Patents

Abstract

La invencion se refiere a una dispersion fotosensible con viscosidad ajustable para deposicion metalica en un substrato aislante, que combina lo siguiente: un pigmento que proporciona propiedades de oxidacion-reduccion bajo irradiacion de luz, una sal metalica, un agente formador de complejos para la sal metalica, un formulacion de polimero formador de pelicula liquida, un compuesto basico, un solvente organico y agua; la invencion tambien se refiere al uso de dicha dispersion.

Description

DISPERSION FOTOSENSIBLE CON VISCOSIDAD AJUSTABLE PARA DEPOSICION DE METAL EN UN SUBSTRATO AISLANTE Y USO DEL MISMO MEMORIA DESCRIPTIVA La presente invención se refiere a una dispersión fotosensible con viscosidad ajustable para depositar metal en un substrato aislante y uso del mismo. La patente EP 0 687 311 del solicitante se refiere a una resina polimérica con viscosidad ajustable y pH para depositar paladio catalítico en un substrato, que comprende, en combinación, una sal de paladio, un agente secuestrante del tipo cloruro o ácido carboxílico, un polímero que contiene grupos hidroxilo y/o carboxilo solubles en agua, un compuesto básico y un solvente elegido entre agua, metanol y etanol, el valor de pH encontrándose entre 1 y 10, y a sus aplicaciones para la deposición de paladio catalítico en la superficie del substrato y para la metalización de estas superficies. Aunque este tipo de resina polimérica con paladio ha probado ser útil en un gran número de aplicaciones en la metalización de substratos poliméricos y similares, en particular debido a su estabilidad con el tiempo y ajustabilidad de su viscosidad y pH, sin embargo tiene un cierto número de inconvenientes, incluyendo el uso obligatorio de paladio, que es un metal noble que es costoso y cuyo precio fluctúa bastante en el mercado, y el paso obligatorio a través de un baño autocatalíco (no electrolítico) para la metalización del substrato no conductor y también debido al hecho de que la fotosensibilidad de la resina se reduce a una escala angosta de longitudes de onda que yacen entre 190 y 300 nm, limitando así en gran medida el tipo de aplicación que puede contemplarse y la fuente de radiación que puede utilizarse a este respecto. Uno de los objetivos esenciales de la presente invención consiste consecuentemente en remediar los inconvenientes antes mencionados y presentar una dispersión fotosensible con viscosidad ajustable que no requiera más en forma necesaria del uso de un metal noble tal como paladio y que también tenga recurso para otros metales más comunes y menos costosos y cuya fotosensiblidad se amplíe a una escala de longitudes de onda entre 190 y 450 nm requiriendo energía por irradiación mucho menor que las resinas de polímero conocidas hasta ahora, por debajo de 100 mJ/mc2, y que no requiera el paso obligatorio a través del baño autocatalítico para metalizar el substrato, permitiendo como consecuencia metalización electrolítica directa. Hasta este punto, de acuerdo con la invención, la dispersión fotosensible comprende, en combinación, un pigmento que confiere propiedades de oxidación-reducción bajo irradiación de luz, una sal metálica, un agente secuestrante para la sal metálica, una formulación polímeríca formadora de película líquida, un compuesto básico, un solvente orgánico y agua.

De acuerdo con una modalidad ventajosa de la invención, el pigmento es dióxido de titanio y se encuentra en forma de un polvo fino. De acuerdo con otra modalidad ventajosa, la sal metálica es una sal metálica de transición y en particular es elegida del grupo que comprende cobre, oro, platino, paladio, níquel, cobalto, plata, hierro, zinc, cadmio, rutenio y radio, y preferiblemente es cloruro de cobre (II), sulfato de cobre (II), cloruro de paladio (II), cloruro de níquel (II) o una mezcla de por lo menos dos de estas sales. De acuerdo con aún otra modalidad ventajosa de la invención, la formulación líquida polimérica formadora de película se encuentra en forma de una solución o emulsión, y en particular una solución del tipo alquilo, acrílico, poliéster o epoxi, una emulsión acrílica o una mezcla de éstos. La presente invención también se refiere a un método para depositar metal en la superficie en un substrato aislante, por medio de una dispersión fotosensible, que consiste en aplicar dicha dispersión en forma de una película al substrato en una manera selectiva o no, secando la película aplicada a dicho substrato e irradiando por medio de una radicación ultravioleta y/o por láser con una escala de longitudes de ondas que yacen entre 190 y 450 nm, y una energía de entre 25 mJ/cm2 y 100 mJ/cm2 hasta que una capa de metal, selectiva o no, se obtiene en el substrato. Otros detalles y particularidades de la invención surgirán a partir de la siguiente descripción, por medio de ejemplo no limitativo, de dispersiones fotosensibles de conformidad con la invención y sus aplicaciones para la deposición de metal en la superficie de substrato aislante como también para la metalización de estas superficies. Como ya se estableció previamente, el objetivo de estas dispersiones fotosensibles con viscosidad variable de la invención es reemplazar las resinas poliméricas y soluciones con paladio conocido hasta la actualidad, cuyos inconvenientes principales se han establecido, y desarrollar dispersiones fotosensibles con viscosidad ajustable y una aplicabilidad mucho más extensa que las resinas conocidas, que comprenden, en combinación, un pigmento que confiere propiedades de oxidación-reducción bajo irradiación de luz, una sal metálica, un agente secuestrante para la sal metálica, una formulación líquida polimérica formadora de película , un compuesto básico, un solvente orgánico y agua. La expresión "pigmento que confiere propiedades de oxidación-reducción bajo irradiación por luz" significa cualquier pigmento capaz de formar en la superficie un sistema de oxidación-reducción bajo irradiación de luz. De hecho, una partícula de pigmento es un semiconductor y cuando se somete a una radiación elegida la energía de esta radiación permitirá la formación de una partícula de pigmento de oxidación-reducción. De este modo, la partícula formada de esta manera será capaz de efectuar la siguientes dos reacciones simultáneamente, principalmente la reducción de una especie catiónica adsorbida en la superficie y la oxidación de una especie iónica adsorbida en la superficie. Estos pigmentos se utilizan en forma de polvos finamente divididos, generalmente con un tamaño de partícula que oscila de 10 nanómetros a 10 micrómetros, ventajosamente con un tamaño de partícula de 15 nanómetros a 1 micrómetro. El dióxido de titanio es el pigmento mejor adaptado para este propósito. El metal de la sal metálica es convenientemente un metal de transición, y más particularmente es cobre, oro, platino, paladio, níquel, cobalto, plata, hierro, zinc, cadmio, rutenio o rodio o una mezcla de por lo menos dos de éstos. Sales metálicas particularmente útiles son cloruro de cobre (II), sulfato de cobre (II), cloruro de paladio (II), cloruro de níquel (II) y mezclas de por lo menos dos de estas sales. De acuerdo con la invención, la expresión "formulación líquida polimérica formadora de película " significa que el polímero se encuentra en forma de una solución o emulsión o cualquier composición similar y de hecho sirve como un agente para ajustar la viscosidad de la dispersión fotosensible para obtener de esta manera una película homogénea continua en la superficie del substrato por medio de varios medios de revestimiento tales como aspersión, inmersión, aplicación por rodillo, serigrafía, impresión por almohadilla o similar. Además, este polímero también precipita en la reacción de oxidación-reducción. De hecho, el pigmento hecho semiconductor bajo la irradiación de luz reduce los cationes metálicos de la sal metálica pero, para que esta reacción sea efectiva, el pigmento también debe oxidar otro compuesto, un papel que es mantenido en el caso actual por una película sólida a partir de la cual todos los solventes se evaporan durante el secado después del revestimiento. Consecuentemente el pigmento por otro lado reduce los cationes metálicos pero por otro lado oxida el substrato, para las partículas de pigmento que están en contacto con el mismo, asegurando así buena adhesión, como también una matriz polimérica formadora de película para las partículas que no están en contacto con el substrato, asegurando así buena eficacia de la reacción como una película "sólida". Ejemplos de formulaciones son las soluciones poliméricas formadoras de película del tipo alquilo, acrílico, poliéster y epoxi, y emulsiones acrílicas tales como aquéllas normalmente utilizadas en la preparación de álcalis, detergentes, pinturas y tintas, y mezclas de estas soluciones y/o emulsiones. El agente secuestrante para una sal metálica es ventajosamente del tipo sulfato, cloruro o ácido carboxílico. El propósito de este agente secuestrante, al coordinarlo con la sal metálica, es solubilizar la última. Ejemplos de agentes secuestrantes del tipo ácido carboxílico son ácido tartárico, ácido cítrico, derivados de los mismos, y mezclas de los mismos de por lo menos 2 de estos compuestos. El compuesto básico utilizado en el contexto de la dispersión fotosensible sirve para neutralizar todos los ácidos presentes en el mismo y para ajusfar el pH más allá de 7. Hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, amoniaco y mezclas de los mismos son ejemplos de bases que pueden utilizarse. El uso de una sal básica tal como carbonato de sodio, carbonato de potasio, carbonato de calcio, y mezclas de los mismos también pueden contemplarse. Mezclas de una base y una sal básica también pueden contemplarse.

El solvente orgánico y el agua tienen un papel importante para jugar en el contexto de la dispersión fotosensible de la invención. El solvente orgánico se elegirá entre éteres, ásteres, cetonas y alcoholes, solos o en una mezcla. El papel de los solventes orgánicos es múltiple. Aseguran buena adhesión particular de la película al substrato aislante y de este modo buena fijación del pigmento al substrato, buena formación de las películas, rápido secado, o de nueva cuenta buena dispersión de estos componentes variados en la película catalítica. Los solventes se utilizan de manera conveniente en una mezcla para distribuir la propiedad con relación a cada uno vis-a-vis su papel respectivo en el producto, para la formación de la película o en el substrato. Ejemplos de solventes utilizados en aislamiento o en mezcla son dioxano, ciclohexanona, acetato de 2-metoxi-1-metiletilo, mezclas de isómeros de metiléter de dipropilenglicol, mezclas de isómeros de metiléter de tripropilenglicol y mezclas de por lo menos dos de éstos. El agua es agua ventajosamente desionizada. La presencia de agua en una cantidad moderadamente menor también es importante. Esto se debe a que hace la dispersión fotosensible menos corrosiva que la mayoría de las formulaciones de la técnica anterior y produce fácil aplicación en todas las circunstancias a través de su formulación cercana a una pintura. La presencia de un solvente o solventes orgánicos también hace posible evitar tratamientos previos químicos y/o mecánicos de la superficie del substrato y mejor control sobre la temperatura de evaporación que el caso de soluciones acuosas que contienen una proporción de agua mucho mayor.

Como adiciones compatibles con la dispersión fotográfica de la invención, se agregará de manera útil, como ya se estableció anteriormente, una o más mezclas de agentes de humectación y/o dispersión. El agente humectante es un agente que modifica la tensión de la superficie y su propósito es reducir esto al formar una capa adsorbida que tiene una tensión superficial intermedia entre las fases líquida/líquida o líquida-sólida. Los agentes humectantes útiles son silanos, ésteres poliméricos fluoroalifáticos o productos con un alto porcentaje de 2-butoxietanol. Productos comerciales típicos son Dapro U99 fabricados por Daniel Products y Schwego-wett (marcas registradas). El agente de dispersión es de manera útil un agente de dispersión para pigmentos compatibles con polímeros acrílicos, poliésteres y epóxidos. Estos mejoran la dispersión de las partículas de pigmento sólido que pueden estar presentes en la pintura catalítica. Ejemplos de agentes de dispersión son Disperse-AYD W-33 (una mezcla de agentes de superficie activa no iónicos y amónicos en solución en agua) y Deuteron ND953 (una solución acuosa de polialdehídocarbonato de sodio) (marcas registradas), respectivamente fabricados por Elementis and Deuteron. Con respecto a las concentraciones de varios componentes de la dispersión fotosensible o pintura catalítica de la invención, éstas desde luego dependerán de la naturaleza de estos componentes y del solvente utilizado. Sin embargo, se hará uso en términos generales, de conformidad con la invención, del pigmento y más particularmente el dióxido de titanio en una concentración, como un porcentaje en peso de 1 % a 50% y preferiblemente 5% a 25%, la sal metálica en una concentración, como un porcentaje en peso, de 0.01 a 5% y preferiblemente 0.05% a 1 %, el agente secuestrante en una concentración, en un porcentaje en peso, de 0.01 a 10% y preferiblemente 0.1 % a 1 %, la emulsión y/o solución polimérica formadora de película en una concentración, como un porcentaje en peso, de 1% a 50% y preferiblemente 5% a 25%, la base en una concentración, como un porcentaje en peso, de 0.01 % a 5% y preferiblemente 0.1 % a 1%, el solvente orgánico en una concentración, como un porcentaje en peso de 0.1 % a 55% y preferiblemente 1% a 40% y el agua en una concentración, como un porcentaje en peso de 1 % a 15%. La concentración del agente humectante, como un porcentaje en peso es 0.1% a 5% y preferiblemente 0.25% a 1.0%, y la concentración del agente de dispersión, como un porcentaje en peso, es 0.1 % a 15% y preferiblemente 0.2% a 2%. La preparación de las dispersiones fotosensibles de la invención se lleva a cabo de conformidad con un procedimiento simple de mezclado de todos los constituyentes que contiene. El orden de adición de cada uno de estos constituyentes no tiene importancia y no tiene consecuencia en las propiedades intrínsecas de la dispersión. De hecho, todos los componentes que constituyen la dispersión fotosensible, principalmente el pigmento, la sal metálica, el agente secuestrante, la formulación líquida polimérica formadora de película, el compuesto básico, el solvente orgánico y el agua como también cualesquiera adiciones se mezclan y dicha dispersión se aplica en forma de una película al substrato selectivamente antes que de conformidad con la aplicación contemplada. A continuación la película aplicada al substrato se seca y se irradia por medio de radiación ultravioleta y/o láser con una escala de longitudes de onda de entre 190 y 450 nm y una energía de entre 25 mJ.cm2 y 100 mJ/cm2 hasta que una capa de metal, selectiva o no, se obtiene en el substrato. Ejemplos de dispersiones fotosensibles de la invención se dan a continuación, como también técnicas para su uso.

EJEMPLO 1 Pintura catalítica con paladio para la metalización, selectiva o no, de un substrato polimérico 1 ) Agente de dispersión fabricado por Elementis agentes de superficie activa no iónicos y iónicos en agua. 2) Emulsión polimérica acrílica formadora de película, fabricada por Johnson Polymer, marca registrada. 3) Agente humectante fabricado por Daniel Products: modificador de tensión de interfaz libre de silicio. La dispersión catalítica o pintura se aplica a un substrato de polímero, sin cualquier tratamiento anterior del último, al sumergir, asperjar, aplicación por rodillo o impresión por almohadilla, y posteriormente se seca en aire durante pocos segundos. La película así obtenida se irradia utilizando lámparas de UV comúnmente utilizadas y/o láser y con un espectro de entre 250 y 450 nm, durante el tiempo necesario para que la película reciba una energía mínima de 25 mJ/cm2. Si se requiere metalización selectiva, esta irradiación se realizará a través de una máscara. El resultado es la deposición de una capa de paladio catalítica, selectiva o no. En el caso de metalización selectiva, las partes no irradiadas son solubilizadas en agua. Un sobrecarga metálica mediante electrodeposición entonces se hace posible, el substrato haciéndose conductivo.

EJEMPLO 2 Pintura catalítica con cobre para la metalización, selectiva o no, de un substrato de polímero 1 ) Agente de dispersión fabricado por Elementis: mezcla de agentes de superficie activa no iónicos y iónicos en agua. 2) Emulsión polimérica acrílica formadora de película, fabricada por Johnson Polymer, marca registrada. 3) Agente humectante fabricado por Daniel Products: modificador de tensión de interfaz libre de silicio. El mismo procedimiento como en el ejemplo 1 se sigue. El resultado es la deposición de una capa de paladio catalítica, selectiva o no. En el caso de una metalización selectiva, las partes no irradiadas se solubilizan en agua. Una sobrecarga metálica mediante electrodeposición entonces se hace posible. De hecho la sal metálica puede reemplazarse en las concentraciones indicadas por todas las sales específicamente citadas, principalmente sulfato de cobre (II) y cloruros de paladio y níquel (II). Los substratos analizados en el contexto de los ejemplos antes mencionados son materiales plásticos normales tales como ABS, ABS-PC (policarbonato), ciertas poliamidas, materiales epoxí, policarbo natos y similares. Además de las ventajas claramente definidas de la dispersión fotosensible de la invención en comparación con las resinas poliméricas u otras formulaciones conocidas, debe notarse que la dispersión es una formulación extremadamente cercana a una pintura, haciendo fácil la aplicación en todas las circunstancias. Además, aparte del hecho de que ya no es necesario tener un recurso de tratamiento previo químico y/o mecánico del substrato aislante con el fin de obtener buena adición de la deposición metálica final a través de oxidación selectiva controlada de la superficie del substrato mediante el pigmento, la pintura catalítica fotosensible o dispersión de la invención no es corrosiva, no característico de las formulaciones de la técnica anterior, que todas son muy corrosivas. Naturalmente, la presente invención no se limita de ninguna manera a las modalidades descritas anteriormente y pueden elaborarse varias modificaciones sin apartarse del alcance de la patente de la presente.

Claims (24)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Dispersión fotosensible con viscosidad ajustable para la deposición de metal en un . substrato aislante, caracterizada porque comprende, en combinación, un pigmento que confiere propiedades de oxidación-reducción bajo irradiación de luz, una sal metálica, un agente secuestrante para la sal metálica, una formulación líquida polimérica formadora de película , un compuesto básico, un solvente orgánico y agua.

2. - La dispersión de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque dicho pigmento de dióxido de titanio.

3. - La dispersión de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque el pigmento de óxido de titanio se encuentra en forma de un polvo con un tamaño de partícula de 10 nanómetros a 10 micrómetros, de manera útil de 15 nanómetros a 1 micrómetro.

4. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada además porque la sal metálica es una sal de metal de transición.

5.- La dispersión de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el metal de transición se elige del grupo que comprende cobre, oro, platino, paladio, níquel, cobalto, plata, hierro, zinc, cadmio, rutenio y rodio.

6. - La dispersión de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque la sal de metal de transición se elige entre cloruro de cobre (II), sulfato de cobre (II), cloruro de paladio (II), cloruro de níquel (II) y mezclas de por lo menos dos de estos.

7. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada además porque el agente secuestrante para la sal metálica es del tipo sulfato, cloruro o ácido carboxílico.

8. - La dispersión de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada además porque el agente secuestrante del tipo ácido carboxílico es ácido tartárico, ácido cítrico, un derivado de estos o una mezcla de los mismos.

9. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada además porque la formulación líquida polimérica formadora de película es una solución o emulsión.

10. - La dispersión de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada además porque comprende, como una formulación polimérica formadora de película, una solución de tipo alquilo, acrílico, poliéster o epoxi, una emulsión acrílica o una mezcla de éstos.

11. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada además porque el compuesto básico es una base, una sal básica o una mezcla de éstos.

12. - La dispersión de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque el compuesto básico es una base elegida entre hidróxido de potasio e hidróxido de sodio y amoniaco.

13. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada además porque el solvente orgánico se elige de un grupo que comprende éteres, ésteres, cetonas, alcoholes y mezclas de los mismos.

14. - La dispersión de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque el solvente orgánico se elige entre dioxano, ciclohexanona, acetato de 2-metoxi-1 -metilo, una mezcla de isómeros de metiléter de dipropilenglicol, una mezcla de isómeros de metiléter de tripropilenglicol y mezclas de por lo menos dos de estos.

15. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada además porque comprende agua desionizada.

16. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizada además porque comprende además por lo menos un agente humectante, un agente de dispersión o una mezcla de éstos.

17.- La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 16 caracterizada además porque la concentración de dióxido de titanio, como un porcentaje en peso, es 1 % a 50% y preferiblemente 5% a 25%.

18.- La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizada además porque la concentración de sal metálica, como un porcentaje en peso, es 0.01 a 5% y preferiblemente 0.05% a 1 %.

19.- La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizada además porque la concentración del agente secuestrante, como un porcentaje en peso, es 0.01 % a 10% y preferiblemente 0.1 % a 1 %.

20. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada además porque la concentración de la formulación polimérica formadora de película, como un porcentaje en peso, es 1 % a 50% y preferiblemente 5% a 25%.

21. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 20, caracterizada además porque la concentración de base, como un porcentaje en peso, es 0.01 % a 5% y preferiblemente 0.1 % a 1 %.

22. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21 , caracterizada además porque la concentración de solvente orgánico, como un porcentaje en peso, es 0.1 % a 55% y preferiblemente 1 % a 40%.

23. - La dispersión de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizada además porque la concentración de agua, como un porcentaje en peso, es 1 % a 15%.

24.- Un método para depositar meta! en la superficie de un substrato aislante, utilizando la dispersión fotosensible de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque comprende la aplicación de dicha dispersión en forma de una película en el substrato, selectivamente o no, el secado de la película aplicada a dicho substrato e irradiación por medio de radiación ultravioleta y/o láser con una escala de longitudes de onda entre 190 y 450 nm y una energía entre 25 mJ/cm2 y 100 mJ/cm2 hasta que una capa de metal, selectiva o no, se obtiene en el substrato.