початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2118400
СПОСІБ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОЇ металізації ПРИРОДНИХ МАТЕРІАЛІВ
І РОЗЧИН ДЛЯ ЇХ МОДИФІКАЦІЇ

Ім'я заявника: Інститут хімії Далекосхідного відділення РАН
Ім'я винахідника: Аржанова Тетяна Олександрівна
Ім'я патентовласника: Аржанова Тетяна Олександрівна
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1997.08.28

Використання: виготовлення ювелірних виробів, біжутерії, сувенірів. Поверхня природних матеріалів попередньо модифікують 3-15% -ним водним розчином иодата лужного металу при 40-80 ^{o C,} а після формування на ній електропровідних сульфідних шарів, витриманих на повітрі, електроосаждают необхідні покриття. Гальванічні покриття мають 100% -ву суцільність, міцне зчеплення з поверхнею, рівномірний блиск і не містять питтинга. Крім того, вони детально відтворюють тонкий мікрорельєф поверхні природних матеріалів.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до металізації діелектриків, зокрема до електрохімічної металізації природних матеріалів, переважно рослинних, і до розчину для попередньої підготовки поверхні до нанесення на неї захисно-декоративних металевих або неметалевих покриттів, хімічних або електрохімічним методом і може бути використано в ювелірній промисловості, наприклад, для виготовлення ювелірних виробів, біжутерії та сувенірів, а й в інших галузях промисловості.

Відомий спосіб нанесення гальванічних покриттів на діелектрики, наприклад пластмасу, кераміку, гіпс, скло і дерево, що складається в тому, що на їх поверхню попередньо наноситься спеціальний склад, що включає органічну смолу (типу АБС), органічний розчинник (0,5 - 1,5 мас.ч. від маси смоли) і тонко диспергований порошок сажі (40 - 45% від маси смоли). Після затвердіння складу отримана електропровідна плівка піддається обробці для додання їй гідрофільних властивостей, а потім на неї осідають металеві покриття електрохімічним метолом (пат. Японії N 16437, кл. 25, 1971).

Однак відомий спосіб не дозволяє відтворювати тонкий мікрорельєф поверхні природних об'єктів і отримати гладкі дзеркально-блискучі металеві покриття.

Відомий розчин для травлення полімерної поверхні перед металізацією, що містить йод, йодид калію і соляну кислоту (авт.св. СРСР N 755887, кл. C 23 C 3/02; C 25 D 5/56, 1980).

Однак даний травильний розчин не придатний для модифікації поверхні природних матеріалів, оскільки він призводить до розв'язання поверхні.

Відомий спосіб металізації виробів з деревини, що включає нанесення на їх поверхню електропровідних шарів з акрилової емалі АС-588 (ВТУ НЧ 1444-68) і порошку нікелю, і електроосадження на неї металевих покриттів (авт. Св. СРСР N 329041, кл. B 44 C 1/04, 1972).

Однак цей спосіб не забезпечує прояви характерних особливостей мікрорельєфу поверхні природних матеріалів, оскільки гальванічні покриття, обложені на лакофарбові верстви, мають шагреневу фактуру.

Відомий і водний лужний розчин окислювача, що містить 0,1 - 200 г / л NaOH, KOH або LiOH, або їх суміш 0,1 - 500 г / л йоду, брому, хлору, броматов, хроматов, пероксідісульфітов, перекисів або перманганатів, або їх суміш, для модифікації поверхні простих поліефірімідов і полиимидов до хімічної металізації (заявка ФРН N 3708214, кл. C 23 C 18/20, 1988).

До причин, що перешкоджає досягненню отримання якісних металевих покриттів на природних матеріалах, відноситься те, що відомий склад розчину при кімнатній температурі погано модифікує зазначені діелектрики, тому не забезпечує 100% -ву суцільність гальванічних покриттів.

Найбільш близьким за технічною сутністю до заявляється способу є спосіб нанесення металевих покриттів на неелектропроводящіе матеріали: пластмасу, кераміку і целюлозу (патент США N 3620834, кл C 23 B 5/02, C 23 F 17/00, 1971). Даний спосіб полягає в обробці поверхні спочатку водним або неводним розчином AsCl _3, SbCl ₃ або PCl _3, а потім розчином, що містить S-іони, зокрема H ₂ S, Na ₂ S або NaHS, після чого поверхня покривається металом хімічним методом або електрохімічним методом, або послідовно хімічним і електрохімічним методами.

Відповідно до відомого способу на поверхні діелектриків формуються шари сульфідів миш'яку чи сурми, електропровідність яких недостатня для прямого отримання на них електрохімічним методом суцільних металевих покриттів рівномірної товщини. Крім того, відсутність попередньої підготовки поверхні і негативно позначається на міцності зчеплення її з гальванічним покриттям.

Найбільш близьким за технічною сутністю до пропонованого розчину для модифікації поверхні природних матеріалів є 10% -ний розчин періоду натрію, який застосовується при 17 ^{o C} для окислення целюлозного продукту, переважно паперу, перед хімічної металізацією (заявка Японії N 01-294869, кл. C 23 C 18/20, 1989).

До причин, що перешкоджає модифікації поверхні природних матеріалів, відноситься те, що відомий розчин не здатний утворювати достатню кількість полярних груп на різних матеріалах, щоб забезпечити 100% -ву суцільність і міцність зчеплення металевих покриттів з ними. Даний розчин не є універсальним і призначений для травлення поверхні паперу.

Завдання винаходу полягає в підвищенні суцільності і міцності зчеплення металевих покриттів з різними природними матеріалами при істотному скороченні кількості стадій технологічного процесу.

Це досягається тим, що в пропонованому способі електрохімічної металізації природних матеріалів поверхню попередньо модифікують 3-15 мас. % -ним розчином иодата лужного металу при 40 - 80 ^{o C,} а формування електропровідних сульфідних шарів здійснюють шляхом обробки поверхні розчином, що містить сіль цинку і надлишок комплексоутворювача, з сорбцією на ній водорозчинних комплексних сполук цинку, які перетворюють в гідроксид цинку, а потім в його сульфід, після чого і поверхня природних матеріалів обробляють розчином солі металу більш електропозитивні, ніж цинк, і витримують на повітрі протягом 1-15 год перед електроосадженням на неї металевих покриттів.

В якості основи для електрохімічної металізації можуть бути використані природні матеріали: шишки хвойних дерев, листя різних рослин, дерево, целюлоза і ін.

Перед модифікацією поверхню, яка містить природні смоли, додатково обробляють ацетоном.

Цикл нанесення сульфіду цинку на поверхню здійснюють 1-3 рази.

Сорбцію водорозчинних комплексних сполук цинку на поверхню здійснюють протягом 10-20 с, а перетворення їх в гідроксид цинку - при 30 - 55 ^{o C} протягом 1-3 хв.

Процес модифікації поверхні природного матеріалу водним розчином иодата лужного металу залежить від температури розчину. Наведений температурний інтервал характеризує високу ефективність обробки поверхні, що забезпечує 100% -ву суцільність і міцність зчеплення металевого покриття з основою.

При обробці поверхні природного матеріалу водним розчином иодата лужного металу при температурі нижче 40 ^{o C} відбувається зменшення суцільності металевого покриття до 80 - 85%.

Верхня межа температури водного розчину иодата лужного металу визначається технікою безпеки його застосування для обробки поверхні природного матеріалу. Отже, підвищувати температуру даного розчину недоцільно.

Сорбція водорозчинних комплексних сполук цинку на поверхню природного матеріалу залежить від часу обробки поверхні в розчині, що містить сіль цинку і надлишок комплексоутворення. Інтервал часу, що становить 10 - 20 с, забезпечує досить повну сорбцію зазначених комплексів, що призводить в кінцевому підсумку до формування на поверхні суцільного рівномірного електропровідного сульфідного шару. Перетворення за допомогою гідролізату водорозчинних комплексних сполук цинку в гідроксид цинку, що володіє високою адгезійною здатністю до поверхні природного матеріалу, найбільш повно відбувається при 30-55 ^{o C} протягом 1-3 хв. Наведений температурний і часовий режими гідролізу і дозволяють отримувати достатню кількість гідроксиду цинку для перетворення його спочатку в сульфід цинку, а потім в електропровідний сульфідні шар.

Щоб збільшити електропровідність нанесеного сульфідного шару до величини, достатньої для його прямий електрохімічної металізації, останній витримують на повітрі протягом 1 - 15 год залежно від виду природного матеріалу.

Осадження металевих покриттів на природні матеріали з електропровідними сульфідними шарами здійснюють електрохімічним методом з найбільш застосовуваних електролітів при відомих режимах електролізу.

Модифікація поверхні природних матеріалів водним розчином иодата лужного металу збільшує її сорбційну здатність, внаслідок чого кількість циклів нанесення сульфіду цинку скорочується з 3 - 5 до 1 - 3 разів залежно від виду природного діелектрика.

Таким чином, пропоновані режими процесів модифікації поверхні природних матеріалів та формування на ній електропровідних сульфідних шарів з подальшим осадженням металу забезпечують 100% -ву суцільність і хорошу міцність зчеплення гальванічних металевих покриттів з основами.

Перевага запропонованого способу полягає в тому, що він дозволяє при істотному скороченні кількості стадій технологічного процесу отримувати якісні покриття на різних природних матеріалах, детально відтворюючи їх тонкий мікрорельєф поверхні.

Для здійснення попередньої підготовки поверхні природних матеріалів до нанесення гальванічних металевих покриттів використовують водний розчин иодата лужного металу при його ефективної концентрації 3 - 15 мас.%

При обробці поверхні природних матеріалів водним розчином иодата лужного металу концентрації менше 3 мас.% Відбувається зниження сорбційної здатності поверхні і міцності зчеплення її з металевими покриттями внаслідок погіршення модифікуючої здатності розчину.

Верхня межа концентрації водного розчину иодата лужного металу (15 мас.%) Визначається здатністю даного речовини розчинятися у воді при підвищеній температурі.

При обробці поверхні природного матеріалу водним розчином иодата лужного металу крім окислення гідроксильних груп ймовірно відбувається гідроліз глікозидних зв'язків, що призводить до модифікації поверхні.

Таким чином завдяки модифікації поверхні природних матеріалів остання набуває сорбційні і адгезійні властивості, що забезпечує 100% -ву суцільність і міцність зчеплення її з гальванічним покриттям.

Перевага пропонованого розчину полягає в тому, що він на відміну від інших, володіючи сильною модифікуючої здатністю, не руйнує тонкий мікрорельєф поверхні живих природних матеріалів і дозволяє значно скоротити стадії технологічного процесу.

Я не можу знайти водний розчин иодата калію, призначений для модифікації поверхні живих природних матеріалів до металізації.

Спосіб електрохімічної металізації природних матеріалів здійснюють у такий спосіб. Поверхня природного матеріалу попередньо модифікують 3 - 15 мас. % -ним розчином иодата лужного металу при 40 - 80 ^{o C.} Причому перед модифікацією поверхню, яка містить природні смоли, додатково обробляють ацетоном. Після цього на ній формують електропровідний сульфідні шар з сульфідів міді або свинцю за наступною схемою. Природний матеріал занурюють у водний розчин солі цинку з надлишком комплексоутворення на 10-20 с, після чого його піддають гідролізної промиванні водою при 30 - 55 ^{o C} протягом 1 - 3 хв і обробці розчином сульфіду натрію протягом 3 - 5 хв. Причому кількість циклів нанесення сульфіду цинку на поверхню становить 1 - 3 разів залежно від виду природного матеріалу. Потім поверхню природного матеріалу обробляють розчином солі металу більш електропозитивні, ніж цинк, протягом 3 - 7 хв і витримують на повітрі протягом 1 - 15 год залежно від виду природного матеріалу, після чого на неї електроосаждают необхідну металеве покриття, наприклад матовий і блискучий нікель або матовий нікель і блискучу мідь.

приклад 1
Глянцевий лист рослини попередньо обробляють 3 мас.% - Ним розчином иодата калію при 60 ^{o C} протягом 15 хв і промивають водою. Потім його занурюють на 20 с в розчин (pH 8 - 10), що містить хлорид цинку (100 г / л) і водний аміак (25%), проводять теплу при 40 - 45 ^{o C} і холодну гідролізні водні промивання протягом 2 хв, обробляють розчином сульфіду натрію (100 г / л) протягом 5 хв і промивають водою. Потім лист рослини занурюють в розчин нітрату свинцю (100 г / л) на 7 хв і промивають водою, після чого його витримують на повітрі протягом однієї години і на нього хімічно осаджують тонкий нікелевий подслой з електроліту складу, г / л:

Ni (SO ₃ NH ₂₎₂ · 4H ₂ O - 600,0

NiCl ₂ · 6H ₂ O - 10,0

H ₃ BO ₃ - 30,0

pH - 3,6 - 4,5

Електроліз проводять в перемішувати розчині при 50 - 60 ^{o C} і катодного щільності струму 3 - 4 А / дм ^2. Потім на промиту водою поверхню електрохімічно осаджують блискуче нікелеве покриття з електроліту наступного складу, г / л:

NiSO ₄ · 7H ₂ O - 250,00

NiCl ₂ · 6H ₂ O - 30,00

H ₃ BO ₃ - 30,00

Хлорамін - 2,00

1,4-бутіндіол (35%) - 1,00 мл / л

Формалін (20%) - 016 мл / л

pH - 4,50 - 5,50

Електроліз здійснюють в перемішувати розчині при 45-55 ^{o C} і катодного щільності струму 2,5-3,5 А / дм ^2.

Отримане гальванічне металеве покриття має міцне зчеплення з поверхнею природного листа, рівномірний блиск і без питтинга. Суцільність даного покриття становить 100% при 1 циклі нанесення сульфіду цинку на поверхню.

приклад 2
Шишку хвойного дерева попередньо обробляють ацетоном протягом 120 хв і 15 мас.% - Ним розчином иодата калію протягом 10 хв при 60 ^{o C.} Формування електропровідного шару сульфідів свинцю на поверхні шишки здійснюють, як в прикладі 1, але при трьох циклах нанесення сульфіду цинку на поверхню. Потім шишку з отриманим шаром сульфідів свинцю витримують на повітрі протягом 15 год, після чого на її поверхню електрохімічно осаджують матовий і блискучий нікель з наведених в прикладі 1 складів розчинів.

Отримане гальванічне металеве покриття має 100% -ву суцільність при трьох циклах нанесення сульфіду цинку, рівномірний блиск і міцне зчеплення з поверхнею шишки.

Якість покриттів оцінюють візуально.

Таким чином, пропонований спосіб дозволяє отримувати не тільки якісні гальванічні металеві покриття на різних природних матеріалах і відтворювати їх тонкий мікрорельєф поверхні, але і значно скорочувати число стадій технологічного процесу за рахунок зменшення кількості циклів нанесення сульфіду цинку на поверхню з 3-5 до 1-3 раз в залежності від виду природного матеріалу.

Модифікацію поверхні природних матеріалів здійснюють у такий спосіб. Поверхня обробляють в заявляється розчині при 40 - 80 ^{o C} і промивають водою.

На підготовлену таким чином поверхню природних матеріалів наносять електропровідні сульфідні шари з сульфідів міді або свинцю по наступному схемою. Природні матеріали занурюють у водний розчин солі цинку з надлишком комплексоутворення на 10 - 20 с, після чого їх піддають гідролізної промиванні водою при 30 - 55 ^{o C} протягом 1-3 хв і обробці розчином сульфіду натрію протягом 3 - 5 хв. Причому кількість циклів нанесення сульфіду цинку на поверхню становить 1 - 3 разів залежно від виду природного матеріалу. Потім поверхню природних матеріалів обробляють розчином солі металу більш електропозитивні, ніж цинк, протягом 3-7 хв і витримують на повітрі протягом 1-15 год залежно від виду природного матеріалу, після чого на неї електроосаждают необхідні металеві покриття.

Можливість здійснення винаходу може бути проілюстрована наведеними в таблиці прикладами (3 і 4) .В таблиці дані склади розчинів для модифікації поверхні природних матеріалів та режими її обробки.

Для всіх наведених у таблиці прикладів електропровідними сульфідними шарами сульфіди свинцю.

Глянцеві листя рослин попередньо обробляють в заявляється розчині (див. Таблицю приклади 1-4) і промивають водою.

Формування електропровідних сульфідів свинцю на поверхні листя рослин з подальшим електрохімічним осадженням на неї металевих покриттів здійснюють, як описано в заявляється способу.

Якість покриттів оцінюють візуально.

Як видно з таблиці, при обробці поверхні листя рослин водним розчином иодата калію протягом 10 хв при 60 ^{o C} і 1 циклі нанесення на неї сульфіду цинку суцільність гальванічних металевих покриттів складає 100% (приклади 3 і 4), а при 20 ^{o C} - 80 - 85% (приклад 2).

В случае исключения их технологического процесса электрохимической металлизации листьев растений стадии предварительной обработки их поверхности водным раствором иодата калия сплошность гальванических металлических покрытий при 1 цикле нанесения сульфида цинка на поверхность составляет всего 50 - 55% (пример 5).

Таким образом, модификация поверхности природных материалов заявляемым раствором при повышенной температуре позволяет существенно улучшить качество гальванических металлических покрытий, сокращая количество циклов нанесения сульфида цинка на поверхность.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Способ электрохимической металлизации природных материалов, включающий создание на их поверхности электропроводящих сульфидных слоев с последующим нанесением гальванических металлических покрытий, отличающийся тем, что поверхность природных материалов предварительно модифицируют 3 - 15 мас. %-ным раствором иодата щелочного металла при температуре 40 - 80ºC, а формирование электропроводящих сульфидных слоев осуществляют путем обработки поверхности раствором, содержащим соль цинка и избыток комплексообразователя, с сорбцией на ней водорастворимых комплексных соединений цинка, которые превращают в гидроксид цинка, а затем в его сульфид, после чего поверхность природных материалов обрабатывают раствором соли металла более электроположительного, чем цинк, и выдерживают на воздухе в течение 1 - 15 ч перед электроосаждением на нее металлических покрытий.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед модификацией поверхность, содержащую природные смолы, дополнительно обрабатывают ацетоном.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что цикл нанесения сульфида цинка на поверхность осуществляют 1 - 3 раза.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сорбцию водорастворимых комплексных соединений цинка на поверхность осуществляют в течение 10 - 20 с, а превращение их в гидроксид цинка - при температуре 30 - 55ºC в течение 1 - 3 мин.

5. Раствор для модификации поверхности природных материалов, содержащий окислитель и воду, отличающийся тем, что в качестве окислителя раствор содержит иодат щелочного металла при его эффективной концентрации 3 - 15 мас.%.

Версія для друку
Дата публікації 02.01.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів