En este proyecto se describe la metalización por vía química de prácticamente cualquier tipo de plástico o superficie no conductora. No se debe confundir con la deposición de una pintura conductora o el pegado de una lámina de metal, aquí realmente tenemos una buena adhesión a nivel molecular.
Un ejemplo típico de la metalización de plásticos son las placas de circuito impreso de cobre. En ellas se ha depositado una fina película de cobre de aprox. 35 micras. El objetivo de este experimento es la realización de placas de circuito impreso ultradelgadas sobre plástico resistente al calor o circuitos multicapa montando las láminas en sándwich y metalizando los agujeros por el mismo procedimiento. Podrán ser metalizados plásticos tales como PVC, resinas epoxídicas, poliestirenos, poliesteres, poliamida (resistente al calor) etc.
Seguramente que todos nosotros habremos visto multitud de componentes de plástico plateados con una fina capa de níquel en las tiendas del todo a 100.
Con este proceso se podrá cubrir cualquier plástico con una capa metálica del metal que se desee, níquel, cromo, oro, cobre, etc. El proceso está basado en lo que los ingleses denominan electroless plating. Básicamente consiste en una deposición química de un metal noble sobre un substrato ( superficie del plástico previamente tratada ) sin aplicar electricidad.
Procesos previos para metalizar el plástico.
1. Lavado ( Rinse water ). Lo primero que deberemos hacer es limpiar en profundidad la pieza de plástico que queramos metalizar. Es importante que esté los más limpia posible de aceite y sutancias extrañas. Lavamos con jabón y la enjuagamos con agua destilada. A partir de aquí no conviene tocar la pieza con la mano. Cualquier zona de mancha alteraría la adhesión de la película metálica. Usad guantes y extremad la limpieza de las cubetas.
2. Hidrofilización del plástico ( Etching ). La superficie del plástico por norma general es hidrófoba ( repele el agua, si echáis una gotita resbala sin empapar ) y este paso consiste en convertirla en cierto grado a hidrófila para que sea capaz de empapar el mordiente en el siguiente paso. Existen varias maneras pero la más sencilla consiste en la inmersión de la pieza en ácido sulfúrico al 10 % durante un tiempo variable que dependerá del tipo de plástico. Si viéramos con un microscopio la superficie despues de la hidrofilización veríamos que se han formado multitud de cavidades microscópicas. Conviene lavar bien el substrato para limpiar todo el ácido que pueda quedar en estas cavidades manométricas y así impedir contaminar el siguiente proceso. Para la fibra de vidrio el tiempo puede ser de 20 minutos. Debido a la infinidad de plásticos que existen no puedo daros un tiempo exacto, deberéis experimentar por vosotros mismos el tiempo en función del tipo de plástico que uséis.
3. Sensibilización ( Sensitización ). Después de lavar la pieza del paso 2 a conciencia con agua destilada y siempre sin tocarla con las manos, la sumergimos en una solución de cloruro de estaño II en una concentración de 100 g/l. Deberemos añadir unas gotas de ácido clorhídrico ( salfumant ) para disolver todo el oxicloruro de estaño que se pudiera formar. Para mantener la solución estable deberemos añadir cloruro de sodio ( sal de cocina ) hasta la saturación. Hasta la saturación significa que ya no se disuelve más soluto y queda un poco en el líquido sin disolver. Después de preparar esta disolución conviene filtrarla para que no interfieran las impurezas. Ya tenemos iones Sn2+ que se pegan a las partes hidrofilizadas de la superficie del plástico ( las cavidades de las que hablábamos antes ).
4. Catálisis. ( Catalysis ). Sumergid la pieza en una solución de nitrato de plata al 10 %. Hay que lavar la pieza lo más minuciosamente posible puesto que los cloruros arruinan la disolución del nitrato de plata y la convierten en cloruro de plata indisoluble. De hecho una forma de averiguar si el agua potable contiene cloruros es echarle unas gotas de solución de nitrato de plata y ver si se forma un precipitado blanco lechoso. Cuando preparéis esta disolución lavad bien las cubetas y enjuagarlas bien con agua destilada. Hay que evitar en la medida de lo posible que esta solución se vea afectada por la luz ya que la descompone formando plata metálica. Si se enengrece la superficie del plástico eso quiere decir que todo va bien.
5. Electroless plating con cobre. Ya podemos sumergir la plaquita oscurecida en la disolución de electroless para que se forme una capa homogénea de cobre por toda su superficie. Composición del baño: 100 g/l de sulfato de cobre, añadimos hidróxido sódico ( sosa cáustica ) hasta que obtengamos un pH aproximado de 13, y la mínima cantidad posible de glicerina para redisolver el cobre. Cuando de vaya a utilizar se añaden 15 ml/l de Formaldehído ( formol ). Empezará a formarse una capa de cobre puro sobre la superficie que podrá tener un color rosado.
6. Electroplating. Ahora podemos aumenta el espesor de la capa de cobre aplicando una galvanoplastia convencional empleando electricidad. Se pueden emplear varias maneras. Aquí os dejo la típica llamada cobre ácido.
Sulfato de cobre 5 hidratos: ( 200 - 500 ) g/l + ( 45 - 90 ) g/l de ácido sulfúrico. La técnica se puede complicar mucho y existe una lista muy larga de aditivos que mejoran el acabado de la superficie con más o menos brillo. Aparte de otros datos como pueden ser la agitación, temperatura del baño, pH, tenemos la densidad de corriente que debe de tener un valor de 3,7 a 5,4 A/dm2. Se puede variar esta densidad, y corresponde al experimentador obtener el valor adecuado en función de la temperatura, agitación pH, aditivos, etc para obtener un acabado adecuado.
La pureza del cobre depositado es bastante elevada lo que lo hace ideal para circuitos electrónicos. Una aplicación posible de esta electroless plating sería la creación de un condesador metalizando ambas caras de una lámina de plástico. Con esto podemos incluso medir de forma experimental la constante dieléctrica del plástico utilizado. Una vez que tenéis el cobreado se puede recubrir de cualquier metal típico de plateado por los procedimientos clásicos.
Productos químicos, donde obtenerlos o cómo sintetizar algunas de ellas.
IMPORTANTE: El uso de algunas de las sustancias indicadas en el experimento pueden ser altamente tóxicas, corrosivas, nocivas y crear graves daños para la salud e incluso la muerte. Queda toda responsabilidad del uso de las mismas al experimentador de turno.
Ácido Clorhídrico. Droguerías y supermercados ( salfumant ), Panreac . Os recomiendo que sea concentrado ( 35% - 37% ) puesto que el de la droguería apenas llega al 25 % con suerte. Se utiliza para sintetizar el cloruro de estaño II indicado más abajo.
Ácido sulfúrico. Droguerías y farmacias. Líquido de las baterías del coche ( tiene una concentración aproximada del 20 % ). Panreac.
Ácido Nítrico. Algunas droguerías, en viveros y almacenes de jardinería. Se usa para sintetizar el valioso nitrato de plata. Es mejor que sea de la mayor pureza posible.
Cloruro de estaño II. Panreac ( en Panreac 34€ + i.v.a por solo 100 g ). Sirve tanto la forma cristalizada a 2 hidratos como la forma anhidra. No es necesario mucha pureza. Más abajo explico como sintetizarlo.
Nitrato de plata. Panreac ( carísimo 48 € + i.v.a por solo 25 g !). Más abajo explico como sintetizarlo.
Cloruro de sodio. Sal de cocina.
Glicerina. Droguerías, Panreac.
Formaldehído. ( Formol ). Algunas droguerías, Panreac. Cuidado!, este producto es altamente TOXICO.
Plata pura. Joyerías o talleres de joyería. No vale la plata de ley 925 puesto que lleva cobre. Tiene que ser pura de 0,999 centésimas o más. Se utiliza para sintetizar el nitrato de plata. Especificarles que debe ser pura. Pedid lingotes puros que llevan el sello del fundidor. Desconfiad de trozos de plata en bruto aunque os digan que es pura, seguramente se habrá refinado en el taller de joyería y no tendrá toda la pureza que necesitamos
Sulfato de cobre. Hasta en el carrefour lo podéis encontrar en cantidades de 1 kg por menos de 5 €. También en tiendas de piscinas.
Estaño en láminas. El que se utiliza en manualidades para hacer repujados ( cuadros con relieve en láminas de estaño ). Tiendas de manualidades.
COMO SINTETIZAR NITRATO DE PLATA.
Colocamos en un vaso de precipitados de 150 ml la cantidad de plata que queramos utilizar. Añadimos ácido nítrico concentrado suficiente para tener una altura de 2 dedos aprox. Se va a realizar una reacción por exceso de ácido y no nos preocuparemos de cálculos estequiométricos. Si no tenemos prisa dejamos que disuelva tranquilamente la plata una noche entera. Si quedara algún residuo calentamos ligeramente. NO calentar en exceso puesto que la reacción se vuelve muy violenta y se desprenden unos gases rojizos altamente tóxicos. La disolución debería ser completamente incolora, de no ser así indicaría que la plata no es pura y que contiene cobre, que nos arruinaría el experimento.
Tenéis que trabajar al aire libre lo más ventilado posible. Cuando se acabe de disolver, filtráis y colocáis el líquido al baño maría hasta que se seque por completo. Por nada del mundo no espiaréis estos vapores, dejadlo cocer al aire libre sin dejar de vigilarlo. Entonces tenemos unos cristales blancos de nitrato de plata. Volver a echar un poquito de agua destilada y volver a desecar por completo en el baño maría. Podéis lavarlos después con alcohol etílico una o dos veces. Cuando esté desecados los metéis dentro de un filtro de papel y lo colocáis en una corriente de aire caliente, que puede provenir de una estufa o calefactor. Es importante que esta corriente de aire no tenga demasiada temperatura. En una o dos horas tendéis unos hermosos cristales blancos de nitrato de plata bien secos. Guardarlos con cuidado en un bote ámbar o en un bote de carrete de fotografía en un lugar fresco, seco y apartado de la luz.
Galería fotográfica del proceso. Fotografías cedidas por Ramón Palma.
COMO SINTETIZAR CLORURO DE ESTAÑO II. 2 HIDRATOS.
En un vaso de precipitados de 100 ml disolved 15 gramos de estaño ( láminas ) en 50 ml de ácido clorhídrico concentrado ( 35% - 40 % ) y calentar la mezcla para completar la reacción. ( Mantener un volumen mínimo de 40 ml de disolución, esto es, si baja el volumen de ácido ponemos más ) Una vez finalizada la reacción, concentrar la disolución resultante hasta que la cristalización de un sólido comienza a ocurrir. Entonces enfriar la disolución en un baño de hielo y esperar hasta que la precipitación del sólido correspondiente es completa. Filtrar los cristales obtenidos en un Büchner y secarlos como en la síntesis del nitrato pero la temperatura del aire caliente de desecación no debe sobrepasar los 39 ºC. Ya tenemos los cristales de cloruro de estaño II a un precio irrisorio. Igual que antes no espiaréis bajo ningún concepto los vapores y realizarlo al aire libre, pero además procurando estar lo más despejado posible, puesto que se formarán nubes de cloruro de hidrógeno que condensarán por las paredes formando un rocío de ácido que puede oxidar cualquier cosa incluso en un radio de 5 metros. Tened paciencia puesto que es una reacción lenta, sobre todo si utilizáis salfumant del barato. Yo estuve cinco horas cociendo el ácido y gasté más de litro y medio para disolver apenas los 15 g.
Cloruro de estaño II sintetizado.
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Tiene un brillo parecido a la purpurina.
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ESTADO DEL EXPERIMENTO
Por el momento he recopilado y constrastado la información de varias fuentes diversas. El cloruro de estaño y el nitrato de plata los he obtenido con buenos resultados. Se están consiguiendo algunos productos. Para empezar voy a probarlo con poca cantidad en las concentraciones indicadas.
