CC BY
18
УДК 621.357
Е.А. Вашина, А.Н. Попов.
РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва, РФ., 125047 Москва, Миусская пл. д.9, кафедра ТЭП, elena_vashina@mail.ru
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРИСУТСТВИЯ НИТЕВОГО ПОЛИПРОПИЛЕНА В СЕРНОКИСЛОМ ЭЛЕКТРОЛИТЕ МЕДНЕНИЯ НА СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОЛИТА И ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗ НЕГО ПОКРЫТИЙ
Аннотация.
В статье рассмотрено влияния контакта нитевого полипропилена, используемого в фильтровальных картриджах и анодных чехлах на свойства отечественных электролитов меднения не содержащих органических добавок. Показано, что при контакте нитевого полипропилена с электролитом меднения возможно ухудшение качества покрытий, получаемых при стандартных условиях электролиза в случае, если масса нитевого полипропилена превышает 8 г/л электролита. При выдержке раствора с нитевым полипропиленом более 7 суток, качество покрытий восстанавливается до допустимого.
Ключевые слова: поляризационные измерения; химическая устойчивость полимеров; гальванические растворы; электроосаждение.
Важной проблемой современной гальванотехники является детальное изучение химического сопротивления полимерных конструкционных материалов не только с точки зрения их механической прочности, определяемой по ISO6252 (ISO 220882:2006) [1, 2], но и с точки зрения возможного влияния выходящих из полимеров в раствор компонентов (прежде всего пластификаторов) на свойства электролитов.
В ходе внедрения современного гальванического оборудования в отечественную промышленность некоторые полимеры, особенно содержащие много пластификаторов, не разрушаясь механически, могут негативно влиять на свойства электролитов, вызывая необходимость их сброса в сточные воды и замены этих электролитов на новые. Нитевой полипропилен (НПП) широко используется для изготовления нитевых картриджей для фильтрации раствора и при производстве анодных чехлов.
В настоящей работе мы решали вопрос возможности импортозамещения, применительно к анодным чехлам из полипропиленовой нити отечественного производства (ЗАО «Промтекстиль», г. Воронеж). В нашу задачу входило исследование влияния присутствия отечественной и импортной (производитель: SERFILCO International, Ltd., Великобритания) полипропиленовой нити на свойства сернокислого электролита меднения. Мы использовали метод исследования влияния полимеров на свойства электролитов, разработанный в [3] и основанный на сравнении влияния присутствия полимера в электролите на качество покрытий и на кинетику электроосаждения металла (метод вольтамперометрии на твердом электроде).
Методика эксперимента. Исследовали влияние нитевого полипропилена российского (ЗАО «Промтекстиль», г. Воронеж, РФ) и английского (SERFILCO International, Ltd., Великобритания) производства на процесс электроосаждения меди из сернокислого электролита, используемого в российской промышленности. Состав
исследованного электролита г/л: Электролит меднения: CuSO4 * 5H2O 200, H2SO4 (конц) 50. В данных исследованиях рассчитывали стандартное количество нитевого полипропилена в г на 10л и на 1000л электролита. Учету подвергался именно нитевой полипропилен, который содержится в картридже для фильтрации или анодных чехлах. Так для исследований в 250 мл электролита помещалось 0.0375 г. полипропиленовой нити (масса картриджа или чехлов на 1000 л электролита), 2.0000 г нитевого полипропилена на 250 мл раствора (масса картриджа или чехлов на 10 л электролита - для пилотной лабораторной ванны) и 10.0000 г. нитевого полипропилена на 250 мл раствора (заведомо завышенное количество нитевого полипропилена (НПП) для изучения влияния растворимых компонентов в большом количестве). Электролит выдерживали при комнатной температуре 20 °С, с помещенной в него навеской нити полипропилена. Отбирали пробы по (100 мл) электролита до выдержки нитевого ПП, затем после выдержки через 2 часа и через 7 суток. Из каждой пробы осаждали медные покрытия при комнатной температуре и плотность тока для меди 2 А/дм2. Образцы покрытий получали на катодах из медной фольги с поверхностью 10см2. В электролите меднения использовали медные аноды. Поляризационные кривые были получены с помощью потенциостата
ЕНш Р-8 (ООО «Элинс», РФ), который был присоединен к персональному компьютеру и модифицированной ячейке ЯЭС-2 объемом 100 мл. В качестве рабочего электрода при снятии катодных поляризационных кривых осаждения меди использовали медные пластины, предварительно покрытые медью, площадью 1 см2. Для определения потенциала рабочего электрода использовали капилляр Лугина и насыщенный хлорид серебряный электрод сравнения. Вспомогательным электродом служила медная пластина. Катодные поляризационные кривые снимали в потенциостатическом режиме при скорости развертки 2 мВ/с.
Результаты экспериментов и их обсуждение. Внешний вид образцов медных покрытий (0.0375 г НПП на 250 мл раствора), осажденных из исследуемого электролита до и после выдержки с НПП спустя 2 часа и 7 суток, соответствует качественным, светлым, матовым покрытиям. Увеличение массы НПП до 2.0000 г и более, после контакта раствора с НПП приводит к появлению полос, а при массе НПП 10.0000 г. покрытия становятся темными. После 7 суток выдержки раствора с НПП качество покрытий улучшается и становится светлым.
На рис. 1,2, приведены поляризационные кривые при электроосаждении меди из исследованного электролита. Как видно из поляризационных кривых (кривые №3, №5, №7 и №2, №4, №6, рис. 1), при
увеличении массы, контактирующего с раствором НППП (соответственно, импортного и отечественного), наблюдается возрастание
поляризации процесса электроосаждения меди. Также по рисунку 1 видно различие во влиянии НПП различных производителей. Кривые №2, №4, №6 (соответствуют полипропилену отечественного производства) характеризуются меньшим
возрастанием поляризации, чем в случае импортного полипропилена.
Как видно из кинетических кривых, на рис. 2 (поляризационные кривые №3, №4), при контакте с НПП (0,0375 г НПП на 250 мл электролита), поляризация при выдержке НПП в растворе в течение 2-х часов выше, чем поляризация , при осаждении меди из растворе не контактировавшего с НПП, что свидетельствует о появление в растворе новых химических веществ, ингибирующих процесс осаждения меди. При этом (кривые №6,№7) при выдержке НПП в течение 7 суток свидетельствуют о меньшей поляризации процесса осаждения меди, чем в растворе с выдержкой НПП в течение 2-х часов. Это характерно и для отечественного, и для импортного НПП. Это говорит о том, что с ростом времени контакте раствора с нитевым полипропиленом ингибирование увеличивается, но затем происходит постепенное истощение ингибитора и постепенное его выведение за счет окисления или распада вышедших из НПП компонентов электролита.
Рис.1 Поляризационные кривые, полученные при электроосаждении осаждения меди из исследованного электролита при 200С. 1 - раствор без контакта с НППП; 2 - выдержка 7 суток, раствор с отечественным НПП в количестве 0.0375 г
НПП на 250 мл электролита; 3 - выдержка 7 суток, раствор с импортным НПП в количестве 0.0375 г НПП на 250 мл электролита; 4 - выдержка 7 суток , раствор с отечественным НПП в количестве 2.0000 г НПП на 250 мл электролита; 5-выдержка 7 суток, раствор с импортным НПП в количестве 2.0000 г НПП на 250 мл электролита; 6 - выдержка 7 суток, раствор с отечественным НПП в количестве 10.0000 г НПП на 250 мл электролита; 7 - выдержка 7 суток, раствор с импортным НПП в количестве 10.0000 г НПП на 250 мл электролита.
Рис. 2 Поляризационные кривые осаждения меди из исследованного электролита при 200С. 1 - раствор без контакта с НППП; 2 - выдержка 2 часа, раствор без НПП, 3 - выдержка 2 часа, раствор с отечественным НПП в количестве 0.0375 г НПП на 250 мл электролита; 4 - выдержка 2 часа, раствор с импортным НПП в количестве 0.0375 г НПП на 250
мл электролита; 5 - выдержка 7 суток , раствор без НПП; 6 - выдержка 7 суток, раствор с отечественным НПП в количестве 0.0375 г НПП на 250 мл электролита; 7- выдержка 7 суток, раствор с импортным НПП в количестве 0.0375
г НПП на 250 мл электролита.
Выводы. На основе приведенных результатов можно рекомендовать изделия из российского нитевого полипропилена для внедрения в отечественную промышленность с целью замещения импорта анодных полипропиленовых чехлов. Для
небольших ванн, где используются большие массы НППП (от 4 г/л ), мы не рекомендуем использовать нитевой полипропилен в электролитах меднения без ПАОВ, так как это может привести к нарушению качества покрытий.
Елена Александровна Вашина, студентка 4-го курса бакалавриата, кафедра ТЭП, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Андрей Николаевич Попов, профессор, д.х.н. кафедры ТЭП, РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература.
1. Международный стандарт ISO 6252. Второе издание 15.08.1992
2. Пластики - Определение растрескивания под действием напряжения со стороны окружающей среды (ESC) (ISO 22088-2:2006) «Старение, химическая устойчивость, устойчивость к воздействию окружающей среды», 2006.
3. Попов А.Н., Асеева А.В. Новый метод исследования химической устойчивости конструкционных полимеров в гальванических растворах. Гальванотехника и обработка поверхности, Том XXI, №1, 2013, стр. 47-51
Vashina Elena Alexandrovna, Popov Andrei Nikolaevich
D.I.Mendeleyev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. E-Mail: elena_vashina@mail.ru
STUDY OF THE INFLUENCE OF POLYPROPYLENE FIBER, CONTACTED WITH COPPER SULFATE PLATING SOLUTION, ON PROPERTIES OF THE ELECTROLYTE AND PLATED COATINGS
Abstract.
They consider influence of the contact of polypropylene fiber on the properties of copper plating solution, as well as on quality of deposited coatings. The authors show, that increasing of mass of polypropylene fiber over 8 g/l can lead to obtaining of dark deposits of unacceptable quality after 2 hours of contact of the solution with polypropylene.
Key words: polarization curbs; chemical resistance of polymers; plating solutions; plating.
