题目：ABS工程塑料表面无铬粗化微蚀体系的研究

随着塑料表面金属镀覆技术的广泛应用，工程塑料表面微蚀的环境问题引起了人们广泛的关注。目前工程塑料的表面微蚀粗化多采用铬酐浓硫酸体系，而每年10万吨之多的ABS工程塑料通过铬酐浓硫酸体系微蚀后进行表面金属化，由此导致的环境污染显而易见。为减小环境污染，本文以二氧化锰-硫酸-磷酸-水为化学微蚀液，对工业上常用的ABS树脂板表面微蚀效果进行了研究。
本实验小组前期研究了二氧化锰-硫酸-水化学微蚀液对ABS树脂板微蚀效果的影响。当微蚀液的组成为MnO2 30 g/L，C(H2SO4) 12.3 mol.L-1，处理温度为70 ℃，时间为20 min时，可对ABS基板进行有效微蚀，处理后粘接强度可达1.19 kNm-1。但此体系存在微蚀温度过高，微蚀时间长，表面钯离子吸附性较差等问题，限制了其应用前景。为此，向微蚀体系中加入了磷酸，拟希望磷酸与锰离子形成络合物，这样可大幅度增加微蚀体系中可溶性四价锰离子的浓度，从而缩短微蚀时间，降低微蚀温度。因此，本论文研究了添加磷酸后的二氧化锰-硫酸-磷酸-水微蚀体系对ABS工程塑料微蚀效果的影响。
首先在微蚀体系中磷酸浓度固定的情况下，研究了不同的硫酸浓度对ABS工程塑料微蚀效果的影响。研究结果表明：（1）微蚀体系的开路电位随着硫酸浓度的增大而增大，当硫酸浓度为9.4 mol.L-1时，体系的开路电位值为1.307 V；当硫酸浓度增至11.3 mol.L-1时，开路电位值迅速增加为1.390 V。开路电位值的增加，表明微蚀体系的氧化能力的加强。同时由于磷酸的络合作用导致微蚀体系的最佳氧化电位由二氧化锰-硫酸-水体系时的1.426 V减小到新体系的1.368 V。（2）微蚀体系中的可溶四价锰离子浓度随着硫酸浓度的增加先增加，当硫酸浓度为10.7 mol.L-1时达到最大值10.60 g/L，然后随着硫酸浓度增加又减小至8.08 g/L。同时由于磷酸的加入使得微蚀体系中的最大可溶性四价锰离子浓度由原体系的0.87 g/L增加为10.60 g/L，浓度增大了13倍，说明磷酸在此体系中有很好的络合作用。（3）微蚀剂浓度的增加使得微蚀温度降低为60 ℃，微蚀处理时间减小到10 min，并且在此条件下处理后效果要优于二氧化锰-硫酸-水微蚀体系处理后的结果，经过微蚀后，ABS表面化学铜膜的粘接强度也由1.19 kNm-1增大到1.33 kNm-1。通过大量实验，确定在微蚀处理温度为60 ℃时，ABS树脂较为理想的微蚀条件为：磷酸浓度4.2 mol.L-1，硫酸浓度10.7 mol.L-1，二氧化锰含量60 g/L，处理时间10-15 min。处理后ABS基板表面平均粗糙度由微蚀前的20 nm增加到248 nm；表面接触角由92.1°降低到29.6°；红外光谱及XPS分析显示经过处理后表面产生的C=O，-COOH基团浓度分别达到了6.2%和4.0%；粘接强度可以达到1.33 kNm-1。而当硫酸浓度过低和过高时，微蚀体系对ABS塑料的微蚀效果较差。同时当微蚀体系中的硫酸浓度范围在10.1 mol.L-1-10.9 mol.L-1时，都可对ABS塑料产生很好的微蚀效果。
其次在硫酸浓度固定的条件下，研究了不同的磷酸浓度对ABS塑料微蚀效果的影响。结果表明：当硫酸浓度固定时，影响微蚀体系的氧化还原电位的主要因素是体系中的磷酸含量。结果表明：如当硫酸浓度固定为10.5 mol.L-1时，磷酸含量为5.6 mol.L-1时微蚀体系的开路电位为1.350 V，体系的氧化能力较强，会使ABS树脂发生过微蚀现象，微蚀后ABS的表面接触角由处理前的92.1°减小到51.7°；而磷酸含量为1.8 mol.L-1时微蚀体系的开路电位为1.292 V，此时，微蚀体系不会对ABS塑料进行有效的微蚀,处理后基板表面只是形成少量的微孔，接触角也仅由92.1°减小到72°。
从本文的研究结果知，二氧化锰-硫酸-磷酸-水体系作为一种改进型的化学微蚀液，可以有效的对ABS塑料板表面进行微蚀，从而提高镀层与基板之间的粘结强度，提高了镀层应用的稳定性。在电子工业中，界面粘结强度的提高对电路板应用的可靠性是十分重要的。