Kỹ thuật mạ nên nền nhựa

Sách Kỹ thuật mạ trên nền nhựa của thầy Mai Thanh Tùng, Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Điện hóa và bảo vệ kim loại. Môn mạ điện. Dạng giáo án bài giảng. Phát hành năm 2016. file PDF đẹp. Mục tiêu của cuốn sách này là giới thiệu một cách hệ thống cơ sở lý thuyết, các vấn đề kỹ thuật và các ứng dụng của lĩnh vực mạ nhựa Ở Việt Nam trong những năm gần đây, nhu cầu mạ nhựa đang tăng lên nhanh chóng. Tuy nhiên cơ sở lý thuyết và các vấn đề kỹ thuật vẫn chưa được giới thiệu nhiều trong hệ thống sách kỹ thuật cũng như giáo trình các trường kỹ thuật. Mục tiêu của cuốn sách này là giới thiệu một cách hệ thống cơ sở lý thuyết, các vấn đề kỹ thuật và các ứng dụng của lĩnh vực mạ nhựa cho các kỹ sư làm việc trong lĩnh vực công nghệ bề mặt, gia công nhựa và sinh viên chuyên ngành công nghệ Điện hóa – bảo vệ kim loại cũng như những người quan tâm đến lĩnh vực này.

MAI THANH TÙNG Kỹ thuật MẠ LÊN NỀN NHỰA Giới thiệu Mạ nhựa bắt đầu phát triển mạnh năm 60 song song với thời điểm nhựa acrylonitril-butadien-styren (ABS) bắt đầu ứng dụng rộng rãi công nghiệp Nhựa ABS không dễ gia công mà thích hợp cho mạ hóa học- điện hóa lên bề mặt Chính vậy, loạt ngành công nghiệp sử dụng kẽm đúc thay sản phẩm vật liệu nhựa ABS mạ kim loại So với kẽm đúc, vật liệu nhựa mạ kim loại có loạt ưu điểm: sản phẩm nhẹ hơn, lớp mạ nhựa bền so với kẽm hình dáng sản phẩm nhựa mạ đa dạng, dễ chế tạo Trong năm 70, sản phẩm nhựa bắt đầu ứng dụng công nghiệp sản xuất ô tô Đối với ngành công nghiệp này, nhựa ABS khơng đáp ứng u cầu độ bền, khả ổn định hình học nhựa không đảm bảo, đặc biệt môi trường nhiệt độ cao Một loạt loại nhựa khác nhựa hỗn hợp acrylonitril-butadien-styren/polycacbonat (ABS/PC), polybutylentetrephtalat (PBT) sử dụng nhằm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật khắt khe ô tô Đồng thời, yêu cầu sản phẩm đòi hỏi tìm quy trình mạ lên loại nhựa Cho đến nay, có nhiều cơng nghệ khác cho phép mạ lớp kim loại có độ bám cao lên nhiều vật liệu nhựa khác như: polybutylentetrephtalat, epoxy, polyimit, polyeste, polysulphon, polyete imit Các vấn đề xử lý bề mặt, dung dịch mạ hóa học mạ điện hóa mức độ hồn thiện tương đối cao Ngồi ra, quy trình sản xuất từ khâu ép nhựa, xử lý sau ép phục vụ cho trình mạ nghiên cứu hồn chỉnh Ngành cơng nghiệp điện tử phát triển mạnh mẽ từ năm 80 trở lại đánh dấu phát triển mạnh mẽ vật liệu nhựa công nghệ mạ nhựa Các vật liệu nhựa cho cơng nghiệp điện tử đòi hỏi u cầu cao tính, bền hóa chất tính vật lý đặc biệt Ví dụ nhựa cho mạch in phải chịu sốc nhiệt lên tới 260oC mà không gây ảnh hưởng đến tính, hóa tính nhựa, tính chất lớp phủ kim loại liên kết kim loại-nhựa Các loại nhựa đáp ứng yêu cầu mạch in linh kiện điện tử epoxy, compozit epoxy, polyimit, polysulphon Đồng thời, phương pháp tạo lớp phủ kim loại đại bốc bay vật lý (PVD) bốc bay hóa học (CVD) sử dụng phát triển nhằm đạt yêu cầu công nghiệp điện tử Trên thực tế, việc kết hợp PVD, CVD phương pháp mạ hóa học/mạ điện hóa cho phép sản xuất mạch in chất lượng cao với yêu cầu kỹ thuật khác Ở Việt nam năm gần nhu cầu mạ nhựa tăng lên nhanh chóng Tuy nhiên sở lý thuyết vấn đề kỹ thuật chưa giới thiệu nhiều hệ thống sách kỹ thuật giáo trình trường kỹ thuật Mục tiêu sách giới thiệu cách hệ thống sở lý thuyết, vấn đề kỹ thuật ứng dụng lĩnh vực mạ nhựa cho kỹ sư làm việc lĩnh vực công nghệ bề mặt, gia công nhựa sinh viên chun ngành cơng nghệ Điện hóa- bảo vệ kim loại người quan tâm đến lĩnh vực Nội dung sách bao gồm: PHẦN 1- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1- Lý thuyết độ bám kim loại- nhựa Chương 2- Xử lý bề mặt nhựa trước mạ Chương 3- Mạ hóa học Cu Chương 4- Mạ hóa học Ni Chương 5- Các phương pháp bốc bay vật lý PHẦN 2- KỸ THUẬT Chương 6- Quy trình mạ Chương 7- Các đặc điểm gia cơng chất dẻo cho mạ nhựa Chương 8- Thiết bị- dây chuyền mạ nhựa Chương 9- Thử nghiệm Chương 10- Xử lý nước thải dây chuyền mạ nhựa Tác giả xin chân thành cảm ơn trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đồng nghiệp Bộ mơn Điện hóa Bảo vệ kim loại, công ty Enthone (Langefeld- CHLB Đức), Viện Hóa lý Điện hóa (trường đại học Duesseldorf- CHLB Đức) đóng góp ý kiến, cung cấp tài liệu để hoàn thành sách Tháng năm 2008 MỤC LỤC Giới thiệu PHẦN 1- CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1- Lý thuyết độ bám kim loại- nhựa 1.1 Đặc điểm bề mặt nhựa 1.2 Lý thuyết độ bám 1.3 Phương pháp giọt lỏng xác định khả bám dính Chương 2- Xử lý bề mặt nhựa trước mạ 2.1 Các phương pháp hóa học 2.2 Các phương pháp học 2.3 Các phương pháp nhiệt 2.4 Xử lý plasma Chương 3- Mạ hóa học đồng 3.1 Cơ chế mạ đồng hóa học 3.2 Ảnh hưởng thơng số mạ đồng hóa học Chương 4- Mạ hóa học niken 4.1 Cơ chế mạ hóa học niken 4.2 Vận hành bể mạ hóa học niken 4.3 Các dung dịch mạ hóa học niken Chương 5- Các phương pháp vật lý 5.1 Nguyên lý trình bốc bay 5.2Thiết bị bốc bay 5.3Các ứng dụng mạ bốc bay lên nhựa PHẦN 2- CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT Chương 6- Quy trình mạ 6.1 Mạ hóa học- điện hóa 6.2 Quy trình mạ bốc bay vật lý 6.3 Quy trình mạ xuyên lỗ mạch in Chương 7- Gia công nhựa cho mạ 7.1 Đặc điểm chung 7.2 Thiết kế vật đúc 7.3 Quá trình đúc nhựa 7.4 Phương pháp gia công nhựa Chương 8- Thiết bị dây chuyền mạ nhựa 8.1 Thiết bị dây chuyền mạ treo 8.2 Thiết bị mạ quay Chương 9- Thử nghiệm 9.1 Tính chất vật liệu nhựa mạ 9.2 Kiểm soát đo chất lượng lớp mạ nhựa Chương 10- Xử lý nước thải dây chuyền mạ 10.1 Bể xử lý dung môi hữu 10.2 Bể xâm thực 10.3 Bể hoạt hoá 10.4 Bể khử Cr6+ 10.5 Chất tăng tốc 10.6 Bể mạ đồng hoá học 10.7 Bể mạ niken hoá học 10.8 Bể mạ điện đồng 10.9 Bể mạ điện nicken 10.10 Bể mạ crom Mở đầu Nhựa (hay chất dẻo) loại vật liệu polymer rắn biến dạng mà khơng bị phá hủy áp lực thấp Trên thực tế, nhựa có số lượng, chủng loại sản lượng cao số loại polymer Thuật ngữ “nhựa” bao gồm nhiều hệ vật liệu với tính chất khác Dựa vào tính phương pháp gia cơng, phân loại nhựa thành: nhựa nhiệt dẻo (thermoplastic), nhựa nhiệt rắn (thermoset) Xét mặt hóa học, phân loại thành chất dẻo đồng chất dẻo đa cấu tử Nhựa hỗn hợp compozit thường chế tạo cách trộn polymer phụ gia với Cho đến nhựa ứng dụng rộng rãi nhiều ngành công nghiệp Hầu hết loại nhựa thành sản phẩm bán thị trường đòi hỏi sơn mạ nhằm nâng cao khả trang trí tạo tính khác Mạ lên nhựa có ứng dụng là: trang trí, nâng cao tính, tạo độ dẫn, tạo đặc tính quang học, chống nhiễu tạo lớp phủ chức cho công nghiệp điện tử Các lớp mạ thường thấy đa dạng như: đồng, niken, crom, hợp chất nitrit, hợp chất titan lớp mạ gồm hay nhiều lớp tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật Mạ nhựa thực cơng nghệ khác Nhìn chung, chia cơng nghệ thành hai nhóm chính: mạ hóa học- điện hóa phương pháp vật lý ▪ Mạ hóa học- điện hóa dựa nguyên tắc tạo lớp dẫn nhựa phương pháp mạ hóa học mạ tăng cường lớp kim loại khác lớp mạ Như vậy, điểm mấu chốt khác với mạ vật liệu thép thông thường phương pháp cơng đoạn mạ hóa học Mặc dù mạ hóa học thực nhiều kim lọai (ví dụ: Cu, Ni, Ag, Au, Pt, Pd ), đa phần trình mạ nhựa sử dụng đồng niken kim lọai có độ dẫn tốt, rẻ, dễ vận hành dễ pha chế Chính vậy, sách tập trung vào lý thuyết kỹ thuật mạ hóa học niken đồng ▪ Các phương pháp vật lý bao gồm bốc bay vật lý (PVD- physical vapour deposition) bốc bay hóa học (CVD- physical vapour deposition) Bốc bay hóa học thường thực mơi trường hóa chất có khả phản ứng mạnh nhiệt độ cao dễ gây hỏng bề mặt nhựa Mặt khác, phương pháp sử dụng để tạo màng kim loại mà thường tạo hợp chất vô Do vậy, bốc bay hóa học sử dụng cho q trình mạ nhựa Phương pháp vật lý phù hợp cho mạ nhựa bốc bay vật lý (PVD) Cơ sở lý thuyết vấn đề kỹ thuật phương pháp trình bày sách Các vấn đề trình bày sách bao gồm hai phần: sở lý thuyết vấn đề kỹ thuật Cơ sở lý thuyết tập trung vào lý thuyết bám dính, lý thuyết mạ đồng hóa học, mạ niken hóa học, phương pháp vật lý Phần vấn đề kỹ thuật cung cấp kiến thức quy trình mạ, gia cơng xử lý nhựa cho mạ, thiết bị mạ nhựa, phương pháp kiểm tra chất lượng xử lý nước thải dây chuyền mạ nhựa PHẦN CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 1- Lý thuyết độ bám dính kim loại- nhựa Một đặc điểm quan trọng hệ nhựa mạ kim loại liên kết bám dính nhựa kim loại Cơ tính, khả chịu ăn mòn tính chất trang trí nhựa mạ chịu ảnh hưởng độ bám dính hai vật liệu Các ứng dụng khác mạ nhựa, từ mạ trang trí, mạ chống nhiễu đến mạ xuyên lỗ mạch điện tử đòi hỏi liên kết bám dính kim loại nhựa tốt Chính vậy, lý thuyết độ bám dính kim loại nhựa đặc biệt quan tâm lý thuyết quan trọng nhằm dự đốn tính chất độ bền cơ, độ bền ăn mòn, tính chất vật lý hệ tổ hợp nhựa- kim loại 1.1 Đặc điểm bề mặt nhựa Độ bám dính kim loại nhựa phụ thuộc vào tương tác hai vật liệu Như vậy, tính chất bề mặt vật liệu yếu tố quan trọng cần cần xem xét nghiên cứu khả bám dính kim loại nhựa Cấu hình bề mặt polymer thường thường đồng Trong phần lớn trường hợp, chất dẻo thường tồn dạng hệ đa pha tính chất vật lý (ví dụ độ khúc xạ tỷ trọng) thường thay đổi đột biến ranh giới pha (Hình 1.1) Các loại cấu hình chất dẻo mơ tả hình 1.2 Các cấu hình ngồi phụ thuộc vào chất hóa học phụ thuộc vào điều kiện công nghệ gia công nhựa Một ví dụ điển hình tượng polymer chế tạo điều kiện định lại có tính chất khơng đồng tồn vật liệu Hình 1.1- Thay đổi độ khúc xạ ()và tỷ trọng () pha ranh giới Hình 1.2- Các loại cấu hình polymer (a) phân bố ngẫu nhiên (b) Cấu trúc bán tinh thể (c) Cấu trúc siêu cầu (d) Khối đồng trùng hợp (e) Chỗi (polymer tinh thể lỏng) (g) Polymer sợi độn Hình 1.3 mơ tả kích thước ngun tử kim loại số loại polymer Có thể thấy kích thước nguyên tử kim loại nhỏ 102- 105 lần so với kích thước phân tử polymer, chất độn chất gia cố vật liệu Điều quan trọng giả thiết Phân loại chất lượng độ bám điều kiện sốc nhiệt dựa giá trị nhiệt độ khoang nóng nhiệt độ khoang lạnh thiết bị thử nghiệm Theo tiêu chí này, chất lượng lớp mạ chia thành loại (Bảng 9.3) Bảng 9.3 Phân loại lớp mạ theo khả chịu sốc nhiệt Phân loại chất lượng Nhiệt độ Khoang lạnh (oC) Khoang nóng (oC) A (  1) -(4  1) B (7  1) -(3  1) C (6  1) -(2  1) Quy trình để thử độ bám điều kiện sốc nhiệt sau 16 đến 24 h khoang nóng 15 đến 30 phút khơng khí 4h khoang lạnh 9.2.3.3Độ bền ăn mòn Độ bền ăn mòn tiêu chuẩn quan trọng thứ hai sau độ bám dính sốc nhiệt Các mơi trường ăn mòn thường gặp vật nhựa mạ đồng/niken/crơm mơi trường khơng khí ẩm, nước, khí gây ăn mòn Độ lỗ lớp mạ chênh lệch điện lớp mạ đóng vai trò quan trọng độ bền ăn mòn Thơng thường, thử nghiệm độ bền ăn mòn lớp mạ thực môi trường nhân tạo, thử nghiệm trường, thử nghiệm ăn mòn gia tốc, thử nghiệm ăn mòn gia tốc sử dụng nhiều Thiết bị thử nghiệm gia tốc ăn mòn khoang tạo môi trường gia tốc mô môi trường ăn mòn bao gồm chất gây ăn mòn nhiệt độ ăn mòn Khoảng thời gian vật mạ bắt đầu xuất ăn mòn xác định khả chịu ăn mòn lớp mạ Cần lưu ý khơng có quy luật đổi xác kết thử nghiệm độ bền ăn mòn gia tốc sang độ bền thực Tuy nhiên, độ bền ăn mòn mơi trường gia tốc phương pháp hay lựa chọn cho kết nhanh 180 phương pháp thử nghiệm Các phương pháp thử nghiệm ăn mòn gia tốc quan trọng là: Thử phun mù muối (phun mù muối natri clorua (salt spray), phun mù muối axetat, phun mù muối axetat đồng) Thử ăn mòn độ ẩm Thử ăn mòn ẩm khí chứa SO2 Phương pháp Corrodkote (phun mù hỗn hợp muối Cu(NO3)2, FeCl3, NH4Cl) Đối với kiểm định chất lượng sản phẩm, phun mù muối phun mù axetat đồng thường sử dụng Đức Nhật, Mỹ thường sử dụng phương pháp Corrodkote Thử ăn mòn ẩm thường sử dụng sản phẩm nhựa mạ chịu ăn mòn thử ăn mòn ẩm khí chứa SO2 sử dụng vật mạ hoạt động mơi trường ăn mòn khắc nghiệt 9.2.3.4Độ lỗ Độ lỗ lớp mạ xác định theo tiêu chuẩn giống thép Thông thường sử dụng phương pháp nhúng lớp mạ dung môi hữu (aceton, toluen) nhiệt độ lớn chút so với nhiệt độ xung quanh Lớp mạ đạt tiêu chuẩn chất lượng khơng có bọt bám sản phẩm hòa tan xuất bề mặt sau 168 ngâm Ứng suất bề mặt nhựa sau ép thường kiểm tra trước mạ Ứng suất đo theo phương pháp axit acetic (ví dụ: RAL-RG 660-CHLB Đức), toluen-n-proppanol (TNP) (ví dụ: ASTM D 1039-62T).Trong phương pháp này, vật nhựa ngâm dung dịch axit acetic đặc 30s (ví dụ: RAL-RG 660) dung môi hỗn hợp propylen/n-toluen tỷ lệ 3/1 Ứng suất phát theo đổi màu dung môi dọc theo vết nứt Phép thử bền uốn thường sử dụng vật nhựa mạ không mạ nhằm đánh giá khả bền uốn nhựa lớp mạ 181 Chương 10- Xử lý nước thải Cũng giống dây chuyền mạ điện kim loại, dây chuyền mạ hóa học- điện hóa lên nhựa có xu hướng thải mơi trường nhiều chất thải, nguồn gây nhiều ô nhiễm nước thải cần lưu tâm Nước thải phân xưởng mạ nhựa bao gồm chất vô cơ, hữu chứa nhiều loại kim loại nặng khác Chính việc xử lý thường phức tạp đòi hỏi phải hiểu rõ nguồn gốc đặc điểm nước thải bể Dòng nước thải cuối sau xử lý phải đạt tiêu theo tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 (bảng 10.1) Xử lý nước thải dây chuyền mạ nhựa chia thành hai loại: xử lý đầu nguồn xử lý cuối nguồn Xử lý cuối nguồn bao gồm dựa nguyên tách thu gom nước thải xử lý hóa chất Xử lý đầu nguồn biện pháp công nghệ hạn chế giảm thiểu nước thải khâu vận hành Nói chung, ưu việt kết hợp hai phương pháp dây chuyền mạ Mục tiêu chương phân tích nguồn nước thải tạo từ công đoạn dây chuyền mạ nhựa phương pháp xử lý theo nguyên lý đầu nguồn cuối nguồn Từ nguyên tắc xử lý dòng nước thải này, người thiết kế đưa giải pháp chung cho toàn dây chuyền Bảng 10.1- Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp Việt nam (TCVN 5945-1995) Thông số Nhiệt độ Mùi Màu pH Oxy hòa tan (DO) BOD5 (20oC) COD Chất rắn lơ lửng Đơn vị C - mg/l mg/l mg/l mg/l TCVN 5945-1995 40 5.5-9 50 100 100 182 Thông số 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 35 37 10.1 As Amoniac (theo N) Cd Pb Cr (VI) Cr (III) Clorua kết tủa Cu F Zn Mn Ni Hợp chât hữu chứa P P tổng Fe Tetracloetylen Sn Hg N tổng Tricloetylen S Xyanua Phenol Dầu khoáng Mỡ động vật Dầu lơ lửng Xà phòng Đơn vị mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l TCVN 5945-1995 0.1 0.02 0.5 0.1 2 1 0.5 0.1 0.005 60 0.3 0.5 0.1 0.05 10 - Bể xử lý dung môi hữu Dung mơi hữu nhằm mục đích làm trương nở nhựa trước tẩm thực, thường hyđrocacbon rượu có chứa chất hoạt động bề mặt Thông thường dung môi hữu đường thải chung với chất hữu thiêu đốt lò đốt thiết kế đặc biệt Hiện thị trường xuất sản 183 phẩm xử lý phân huỷ sinh học dung môi chất hữu Đối với sản phẩm cần có thêm kiểm tra tiêu BOD 10.2 Bể tẩm thực Hầu hết bể tẩm thực ABS ABS/PC sử dụng dung dịch axit cromic Có thể chia bể tẩm thực cromic thành loại: a) Nồng độ CrO3 cao (900 đến 1100 g/l) b) CrO3 400g/l, 400ml/l H2SO4 c) 6-10g/l CrO3, 300-500 ml/l H2SO4 10-50g/l H3PO4 Tùy vào loại dung dịch tẩm thực, phải pha loãng tới nồng độ thích hợp khử xuống Cr(III) bisunphit Sau dung dịch trung hồ kết tủa kiềm (NaOH nước vôi) Một phương pháp khác thường áp dụng để tái sinh axit cromic điện phân tái sinh axit cromic Điện cực anốt trường hợp có dạng hình trụ đồng tâm làm chì (hình 10.1) Hình 10.1 Phương pháp điện phân tái sinh axit cromic 184 10.3 Bể hoạt hoá a) Hoạt hoá sử dụng palađi- thiếc Các dung dịch thường chứa ion clorua Nước rửa bể hoạt hố cần trung hồ với kiềm hợp chất kim loại kết tủa Trước thải môi trường, nồng độ thiếc cần kiểm tra b) Hoạt hoá sử dụng phức palađi Trong hầu hết trường hợp, xử lý dung dịch gồm công đoạn trung hoà dung dịch Các chất hoạt động bề mặt chất tạo phức thường xử lý phân huỷ sinh học Trước thải môi trường, cần kiểm soát số COD c) Hoạt hoá sử dụng palađi axit cromic Nước rửa dung dịch phải xử lý bisunphit để khử xuống Cr(III) trung hoà để kết tủa ion Trước thải mơi trường cần kiểm sốt nồng độ Cr(VI) Ngồi ra, tái sinh sử dụng lại dung dịch 10.4 Bể khử Cr6+ Các chất khử thường dùng hypophotphit hợp chất bohyđrit Trong trường hợp sử dụng hypophotphit, hyđro tạo bể xử lý phải có hệ thống khí hyđro vật liệu chống cháy Hiện tượng hyđro hạn chế cách chứa sẵn axit formandehit bể xử lý trước dòng nước thải thoát Phản ứng formanđehit diễn khoảng 10 phút Cũng tương tự trường hợp sử dụng hợp chất bohyđrit làm chất khử, phản ứng nước thải có khả tạo hyđro Nhằm hạn chế phản ứng sử dụng natri hypoclorit (13%) pH từ 6-14 Trước thải môi trường cần kiểm tra tiêu clorua 10.5 Chất tăng tốc Chất tăng tốc axit vô cơ, hữu muối chúng có tác dụng tạo hợp chất với thiếc tan nước Xử lý dung dịch dựa 185 nguyên tắc trung hoà dung dịch kiềm nhằm tạo kết tủa thiếc Trước thải môi trường, cần kiểm tra nồng độ thiếc ion clorua 10.6 Bể mạ đồng hoá học Bể mạ đồng hoá học chứa đồng, chất tạo phức EDTA, phức cua tactrat chất khử formanđehit Nước thải đòi hỏi phải có xử lý đặc biệt a) Bể sử dụng chất tạo phức EDTA phức cua Kết tủa đồng nước thải sử dụng natri sunphua pH từ đến Sau 30 phút phản ứng kết tủa, đồng suphua lọc phức phần nước thiết bị lọc Trong trường hợp sử dụng EDTA chất tạo phức, phần EDTA kết tủa cách giảm pH dung dịch xuống 1,5 Còn trường hợp sử dụng phức cua chưa có biện pháp hiệu để xử lý triệt để Điểm đáng lưu ý chất tạo phức chưa xử lý hết sau thải mơi trường lại kết hợp với ion kim loại khác tạo phức gây nguồn gây độc kim loại nặng khó xử lý nước Hiện nay, phương pháp hiệu để khử loại phức EDTA điện phân dung dịch nước thải Trong trình điện phân, đồng kết tủa catốt, phức EDTA kết túa dung dịch Tuy nhiên, phương pháp xử lý triệt để EDTA, nồng độ EDTA lại dung dịch 0,8 g/l Chính vậy, nhiều dây chuyền, q trình xử lý bể mạ đồng hóa học thiết kế thành ba bước (hình 10.2) Bước trình EDTA kết tủa sơ Trong bước hai, đồng xử lý phương pháp điện phân Ở bước thứ ba, dung dịch điện phân với mục đích tạo oxy anốt nhằm oxy hóa phức chất chất hữu 186 Hình 10.2 - (a) Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải ba giai đoạn bể mạ đồng hóa học (b) Thiết bị điện phân xử lý phức đồng b) Bể sử dụng chất tạo phức tactrat Nước rửa bể mạ đồng sử dụng tactrat làm chất tạo phức xử lý đơn giản trung hồ nước vơi Nếu sử dụng xút, cần bổ sung thêm clorua canxi Trong trường hợp xử lý nồng độ dung dịch đặc, nên sử dụng axit sunphuric nhằm chỉnh pH tới 4-5 Sau phản ứng thoát CO2 xong, dung dịch lại oxy hoá oxy già Cuối cùng, dung dịch nâng pH nước vôi tới giá trị 12 bùn tạo kết tủa, lắng, ép, phơi để loạị bỏ Khi thải nước cuối khỏi dung dịch, cần kiểm tra nồng độ đồng số COD Cần lưu ý EDTA phức cua tự phân huỷ sinh học, tactrat lại tự phân huỷ sinh học Chính vậy, nước thải bể sử dụng tactrat cần quan tâm đến số COD 10.7 Bể mạ niken hoá học Bể hoá học niken chứa phức niken Các chất tạo phức thường axit hữu no dẫn suất amoniac Các chất khử hypophotphit hợp chất bohyđrit aminoboran borohydrit natri 187 Phương pháp ướt xử lý dung dịch thực sau: Dung dịch đưa vào bể phản ứng riêng Bước một, niken kết tủa dung dịch sunphua natri Để biết có niken dung dịch, sử dụng giấy acetat chì để thử dung dịch (nếu niken giấy chuyển màu nâu) Sau lắng bùn sunphua, phần nước nâng pH tới 11 sođa phức oxi hố mơi trường kiềm hypoclorua natri Lưu ý chọn q trình mạ hố học niken, cần ý chất tạo phức tạo phức mạnh với kim loại ngăn cản trình kết tủa Các phức thường khơng dễ bị oxy hố chất oxy hố thơng thường Một giải pháp khác để tách niken khỏi dung dịch phức điện phân Sau điện phân, phần nước chứa chất tạo phức thiêu huỷ thiết bị đặc biệt Trước thải ngồi mơi trường, cần kiểm tra ion niken, sunphat, amon số COD (xem bảng 10.1) Đôi khi, tất số đạt yêu cầu, cần xem xét thêm chất tạo phức phân huỷ sinh học hay không Xu hướng sử dụng cơng nghệ giảm thiểu chất thải từ nguồn, có nghĩa thiết kế hệ thống rửa tuần hoàn, tái sinh dung dịch để giảm thiểu nước thải, đặc biệt với nước thải chứa phức mạ hoá học 10.8 Bể mạ đồng điện hóa Sử dụng bể rửa thu hồi sau mạ đồng điện hóa khơng hiệu bể hoạt động nhiệt độ thấp, lượng dung dịch tiêu hao bốc khơng nhiều Chính đồng thường xử lý phương pháp kết tủa điện phân xử lý 10.9 Bể mạ nicken điện hóa 188 Thơng thường, nước thải mạ niken crơm xử lý phương pháp kết tủa hyđroxit Quy trình làm nước thải chứa Ni dựa phản ứng kết tủa hyđroxit Các phương trình phản ứng xảy trình kết tủa sau: Ni2+ + 2OH- = Ni(OH)2 (10.1) Cần ý chọn lựa dung dịch kiềm cho trình kết tủa, cần xem xét thành phần nguồn nước thải (ví dụ Ni2+ có lẫn Cu2+ hay Zn2+ hay khơng) Nhìn chung, dung dịch nước thải mạ điện, dung dịch Ca(OH)2 dung dịch thường sử dụng có khả kết tủa nhiều loại cation khác (Hình 10 ) Giới hạn nồng độ Khoảng kết tủa sử dụng NaOH Khoảng kết tủa sử dụng Ca(OH)2 Hình 10.3 - Khả kết tủa hyđroxit kim loại theo pH sử dụng dung dịch kiềm khác Tuy nhiên, cơng nghệ mạ đại có xu hướng giảm thiểu tối đa lượng niken crôm rơi dung dịch nước thải cách thu hồi lọc trước thải Một phương pháp hiệu rẻ quy trình sử dụng bể rửa chảy tràn (Hình 10.4) Vì bể mạ niken crôm hoạt động nhiệt độ cao nên thường bị nước bay diễn ra, thường xuyên phải bổ sung nước cho bể Bằng cách sử dụng nước có nồng độ kim loại nặng 189 cao lần rửa thứ (nồng độ C1) bổ sung cho bể mạ, vừa thu hồi kim loại nặng, vừa tránh việc thải dung dịch rửa nồng độ kim loại môi trường Khi số bậc chảy tràn cao, nồng độ kim loại bể rửa cuối bé Trong trường hợp số bể chảy tràn lớn 3, sử dụng thiết bị lọc trao đổi ion nước thải bể cuối để làm dung dịch mà không cần tới hệ thống xử lý nước thải phương pháp kết tủa Một phương pháp khác để loại bỏ ion niken hiệu điện phân xử lý với catốt nhấp nhơ mật độ dòng 0.05 đến 0.1 A/dm2 Nhằm loại bỏ sản phẩm phân huỷ chất làm bóng hữu cơ, sử dụng than hoạt tính sử dụng Tuy nhiên, trường hợp chất làm bóng đặc biệt chất nồng độ cao sản phẩm phân huỷ chúng bị loại bỏ cacbon hoạt tính việc tái chế chất điện ly trường hợp dẫn tới giảm chất lượng lớp kết tủa Trong trường hợp này, loại bỏ Ni lựa chọn Trong phần lớn trường hợp, phải sử dụng thiết bị điện phân có màng ngăn Trong số trường hợp, điện phân loại bỏ niken thiết bị khơng có màng ngăn Tuy nhiên,trong trường hợp phải sử dụng chất chống clo cho anot clo tạo thành từ ion clorua trình điện phân Hình10.4 Bể chảy tràn ba ngăn 190 10.10 Bể mạ crom Phương pháp xử lý nước thải mạ chứa crom phương pháp kết tủa bao gồm (i) khử Cr6+ Cr3+ thiosunphit (phản ứng 10.2) (ii) kết tủa Cr(OH)3 dung dịch Ca(OH)2 (phản ứng 10.3) Các phản ứng xảy là: Cr2O72- + 3SO22- + 8H+ = 2Cr3+ + 3SO42- + 4H2O Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3 (10.2) (10.3) Cũng giống xử lý nước thải mạ niken, bùn rắn hyđroxit sau ép, đóng bánh chôn lấp làm nguyên liệu sản xuất gốm, gạch Ngồi ra, thu hồi tái sử dụng dung dịch mạ crôm phương pháp cô đặc Tuy nhiên quy trình khơng thể thu hồi tồn dung dịch thải mà phải loại bỏ phần định Quá trình thu hồi diễn 40oC q trình khơng nhiều nước lượng bốc giảm so với sử dụng nhiệt độ cao Thông thường thiết bị bốc hay thiết bị bốc chân không sử dụng kết hợp để tái chế dung dịch thải (hình 10.5) Một đặc điểm phương pháp tái chế tạp Cr(III) hay tạp kim loại khác quay trở lại nồng độ tăng lên theo thời gian, kéo theo tác động có hại đến chất lượng kết tủa Một số dạng Cr(III) bị oxy hoá lại thành Cr(VI), nhờ phương pháp điện phân anốt hợp kim chì Nhằm loại bỏ ion tạp này, sử dụng cột trao đổi cation chu trình tái chế Hình sơ đồ trình trình tái chế dung dịch mạ crôm sử dụng bể chảy tràn thiết bị cô đặc kết hợp thiết bị trao đổi ion 191 Hình 10.5- Sơ đồ quy trình tái chế dung dịch mạ crôm 192 Tài liệu tham khảo Richard Suchentrunk, „Kunststoff Metallisierung- Handbuch fuer Theorie und Praxix“, Eugen G Leuzer Verlag, Wurtt 1991 Gllen Mallory, „Electroless deposition technology“, American Electroplaters and Surface Finishes Society Publishers, Florida 1990 Trần Minh Hồng, Cơng nghệ mạ điện, nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội 1998 Gugau, ”Funktionerelle Oberflaechen durch chemische Nickel”, Eugen G Leuzer Verlag, Wurtt 2006 Steiner, Handbuch fuer Galvanotechnik, Baende, Carl Hanser Verlag, 1988 Lawrence Durney, Electroplating Engineering Handbook, Chapman & Hall, 2001 Moebius, P Pies, A Koenighoffen, Neus Prinzip beim Kunststoffsmetallisierung“, Metalloberflaeche 54 (2000)38 Jelinek, „Praktische Galvanotechnik“, Eugen G Leuzer Verlag, Salgau, 1997 J Guenther, Galvanisierung von Kunststoffteilen- hochwertiges Design mit Hindernissen, Metalloberflaeche (2000) 10-23, Hanser Verlag, Muenchen 10 Kunststoff- Institut Luedenscheid, „Grundlagen thermoplastische Kunststoffen“, Luedenscheid, 1997 11 Kunststoff- Institut Luedenscheid, „Stoerungsratgeber fuer Formteilfehler an thermoplastischen Spritzgutteilen“, Luedenscheid, 2001 12 R.Blittersdorf, Dekorativ, „Galvanik in der Automobilindustrie“, Galvanotechnik 93(2002)2565 13 Clyde F Coombs Jr., Printed Circuits Handbook, McGraw Hill, New York 1989 14 Eveleth and L Mayer, “Plated through Hole Technology”, ibid , (1985) 193 15 Saubestre, “Stabilizing Electroless Copper Solution”, Plating 59, 1995 16 “Plating on Plastics II”,, technical papaers- Society of Plastics Engineers, Connecticut Section 17 Adcock, “Electroplating Plastics”, American Electroplaters and Surface Finishers Society 18 E.J O’Sullivan, J Horkans, J White and J Roldan, IBM Journal of Research and Development, 32 (591), 1988 19 S.P.Chong, Y.C Ee, Z Chen, S.B Law Surf & Coat Tech., Vol 198, P 287 - 290 (2005) 20 C Marcadal, M Eizenberg, A Youn, L Chen J Electrochem Soc., 149, P.152 - 157 (2002) 21 J Horkan, C Sambuceti, V Markovic IBM J Res & Dev., Vol 28 (6), P.690 - 695 (1993) 22 P Andricacos, C Uzoh, J Dukovic, J Horkan, H Deligiani IBM J Res & Dev., Vol 56 (7), P.576 - 582 (1998) 23 A Brenner Electrodeposition of Alloys: Principals and Practice, New York, Academic Press (1963) 24 Y Okinaka, T Osaka, “Electroless Deposition Processes: Fundamentals and Applications”, Advances in Electrochemical Science and Engineering, Vol 2, P.55-116, Weinheim, VCH Publishers (1994) 194 ... mạ bốc bay lên nhựa PHẦN 2- CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT Chương 6- Quy trình mạ 6.1 Mạ hóa học- điện hóa 6.2 Quy trình mạ bốc bay vật lý 6.3 Quy trình mạ xuyên lỗ mạch in Chương 7- Gia công nhựa cho mạ. .. sách kỹ thuật giáo trình trường kỹ thuật Mục tiêu sách giới thiệu cách hệ thống sở lý thuyết, vấn đề kỹ thuật ứng dụng lĩnh vực mạ nhựa cho kỹ sư làm việc lĩnh vực công nghệ bề mặt, gia công nhựa. .. phương pháp mạ hóa học /mạ điện hóa cho phép sản xuất mạch in chất lượng cao với yêu cầu kỹ thuật khác Ở Việt nam năm gần nhu cầu mạ nhựa tăng lên nhanh chóng Tuy nhiên sở lý thuyết vấn đề kỹ thuật