일본 산업기술종합연구소(AIST) 나노테크놀로지 연구부문 나노과학계측그룹은 독성이 강한 시안화합물을 사용하지 않고 다양한 플라스틱 기재(基材)에 밀착성이 좋은 무전해(無電解) 금도금이 가능한 방법을 개발하는데 성공하였다.
무전해 도금법은 절연재료 및 복잡한 형태의 부품에 금속 도금을 입히는 화학적인 피막형성 방법으로 금도금은 우수한 성질을 갖기 때문에 신뢰성이 높은 피막으로 이용되고 있다.
지금까지 금의 무전해 도금욕에는 시안화금이 사용되어 작업환경과 폐수처리의 어려움이 되었다. 또한 무전해 도금법에는 도금 후 도금 피막의 밀착성을 높이기 위해 또다른 표면처리공정으로 플라즈마처리 등 고도의 진공장치를 이용한 물리적인 표면처리방법 및 위험성이 높은 산화제를 사용한 화학처리법이 이용되었다. 그리고 촉매인 팔라듐 등을 재료의 소재에 고정시키기 위한 번잡한 처리가 불가피하였다.
무전해 도금법은 플라스틱 및 세라믹 등 절연재료의 표면에 촉매를 고정시키고, 용액 중의 금속이온을 화학적으로 환원시켜 금속피막을 형성시킨다. 이번에 무전해 도금법의 촉매로 입경이 수 nm인 백금 나노입자로 액중에 분산된 백금 콜로이드를 이용하였다. 백금 콜로이드에는 폴리머로 피복된 직경 약 3 nm의 균일한 크기의 백금 나노입자가 액중에 안정적으로 분산되어 있다.
플라스틱 등의 기재(基材)를 침지(浸漬)시키면, 백금 나노입자가 소재표면에 균일하게 고정된다(사진 1a). 백금 나노입자를 표면에 고정시킨 소재를 저농도의 과산화수소와 염화금산(鹽化金酸)의 혼합 수용액에 침지시키면 백금 나노입자의 촉매작용에 의하여 과산화수소가 염화금산을 환원시키는 방법으로, 시안화합물을 사용하지 않는 안전하고 간편한 무전해 금도금법을 개발하였다.
(위사진 b)에 나타낸 것과 같이, 과산화수소수가 금이온을 환원시켜, 고정된 백금 나노입자위에 금미립자를 석출함으로써 시간이 지남에 따라 금미립자의 수가 증가하여 피막을 형성시킨다. 다음 화학반응식과 같이, 금이온의 환원반응이 소재에 흡착된 백금 나노입자의 촉매작용에 따라 진행되는 것으로 생각된다.
2HAuCl4 + 3H2O2 --> 2Au + 3O2 + 8HCl
백금 나노입자는 아주 높은 촉매활성을 가지고 있기 때문에, 상온에서의 금도금은 계속진행되고, 수 분만에 반응은 완료된다. 또한 도금 완료후 100~250도에서 약 30분 가열하면, 소재와의 도금 피막의 밀착성이 더욱 강해진다.
무전해 금 도금 프로세스는 특수한 약품 및 장치를 사용하지 않고도, 다양한 플라스틱에 강한 밀착성을 가진 금도금을 안전하게 만들 수 있다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스테르, 폴리카보네이트 등의 플라스틱에 대하여 밀착성이 양호한 금도금 피막을 얻을 수 있었으며, 고무, 세라믹, 유리, 탄소재료에도 응용가능하다.
