超細(xì)銀粉在有機(jī)介質(zhì)中的分散及其穩(wěn)定.doc

超細(xì)銀粉在有機(jī)介質(zhì)中的分散及其穩(wěn)定性字體: 小 中 大 | 打印 發(fā)表于: 2007-3-31 19:56 作者: anndi 來(lái)源: 電子膠水中國(guó) 超細(xì)銀粉在有機(jī)介質(zhì)中的分散及其穩(wěn)定性 韋群燕，潘云昆 （昆明貴金屬研究所，云南昆明650221） 摘要：研究了銀粉對(duì)銀漿的分散及穩(wěn)定性的影響，對(duì)漿料中粒子間的作用進(jìn)行了探討，找出了影響超細(xì)銀粉在有機(jī)載體中分散的若干關(guān)鍵因素。根據(jù)對(duì)銀粉團(tuán)聚程度的分析和銀漿流變學(xué)行為研究的結(jié)果，以及對(duì)有機(jī)介質(zhì)鏈接特性的改進(jìn)，可制出印刷特性優(yōu)良，分散穩(wěn)定的電子漿料。關(guān)鍵詞：銀粉；分散性；有機(jī)介質(zhì)；穩(wěn)定性；表面改性固體顆粒在一定環(huán)境下，分離散開(kāi)的過(guò)程，主要包括摻合、浸濕、顆粒群（團(tuán)塊和團(tuán)粒）的解體以及已分散顆粒的再凝集4個(gè)階段。它主要受兩種基本作用支配，即顆粒與環(huán)境介質(zhì)的作用（即潤(rùn)濕）和在環(huán)境介質(zhì)中顆粒之間的相互作用。電子銀漿中的超細(xì)銀粉，在有機(jī)載體中的分散程度，對(duì)印刷質(zhì)量及生產(chǎn)工藝的適應(yīng)性有很大影響。超細(xì)銀粉巨大的表面能及表面效應(yīng)引起的團(tuán)聚現(xiàn)象，使超細(xì)銀粉的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。為解決這一問(wèn)題，需對(duì)粉體表面特性，以及如何根據(jù)粉體表面特性，使銀粉末有效地分散在有機(jī)載體中作進(jìn)一步的研究。前人的研究大都集中在如何制備出更細(xì)的，甚至能達(dá)到納米級(jí)的銀粉上，而有關(guān)其分散性和穩(wěn)定性方面的報(bào)道，目前尚不多見(jiàn)。銀顆粒的表面性質(zhì)和有機(jī)介質(zhì)的特性對(duì)粉末的分散性影響很大1，從而也必然影響體系的沉降特性。在銀漿的實(shí)際應(yīng)用中，高濃度銀漿的印刷不適應(yīng)性是一個(gè)較常見(jiàn)的問(wèn)題。當(dāng)銀漿分散液濃到一定程度，質(zhì)點(diǎn)相互接觸時(shí)，由于銀粉顆粒形狀不規(guī)則、表面不均勻，極易形成團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在一定剪切速度下黏度過(guò)高，達(dá)不到要求的分辨率和印刷膜的連續(xù)平滑性。1固體顆粒在介質(zhì)中的分散作用固體顆粒在液相中的分散，本質(zhì)上受固體顆粒與液相介質(zhì)的潤(rùn)濕作用和在液相中顆粒間的相互作用的影響。潤(rùn)濕性通常用固體與液體的接觸角度量。固體顆粒被浸潤(rùn)后，在液體中以兩種形式存在：形成團(tuán)聚或分散懸浮。被廣泛接受的描述分散與團(tuán)聚的經(jīng)典理論是DLVO理論2。該理論認(rèn)為，顆粒的團(tuán)聚與分散取決于顆粒間的分子作用能與雙電層排斥作用能的相對(duì)關(guān)系，即體系總位能VT由吸力位能VA和斥力位能VR所組成。 當(dāng)顆粒彼此接近時(shí)，斥力位能與引力位能同時(shí)增大，但增長(zhǎng)速率不同，產(chǎn)生一個(gè)最大值和兩個(gè)最小值。在第一最小值發(fā)生聚結(jié)，是不可逆的；在第二最小值產(chǎn)生絮凝，是可逆的，通過(guò)攪拌可再分散。通常要使?jié){料穩(wěn)定，必須使相互作用能表現(xiàn)出斥能。d介于AB之間時(shí)，顆粒自發(fā)地互相排斥，形成的分散狀態(tài)漿料的穩(wěn)定性較好。增加勢(shì)壘高度可起到防止顆粒團(tuán)聚和絮凝作用3。當(dāng)兩顆?？拷?，越過(guò)勢(shì)壘Vmax時(shí)，顆粒自發(fā)地互相接近，最終形成團(tuán)聚。如果顆粒間除了上述兩種作用力外，還存在其他作用力，如顆粒表面吸附有無(wú)機(jī)或有機(jī)聚合物時(shí)，聚合物吸附層將在顆粒接近時(shí)產(chǎn)生一種排斥作用，所以顆粒間作用總勢(shì)能是范德瓦爾斯（van der waals）引力位能、雙電層排斥位能和空間位阻排斥位能3種作用能的總合。 VTVAVRVSR（4） 式中：VA是范德瓦爾斯引力位能；VR是雙電層排斥位能；VSR是空間位阻排斥位能。由上式看出，要使顆粒分散，就必須增強(qiáng)顆粒間的排斥作用能。這可以通過(guò)以下3種方式實(shí)現(xiàn)：（1）增大顆粒表面電位的絕對(duì)值，以提高顆粒間靜電排斥作用；（2）通過(guò)高分子分散劑在顆粒表面形成吸附層，產(chǎn)生并強(qiáng)化位阻效應(yīng)；（3）增強(qiáng)顆粒表面對(duì)分散介質(zhì)的潤(rùn)濕性，以提高界面結(jié)構(gòu)化，加大溶劑化膜的強(qiáng)度和厚度，增強(qiáng)溶劑化排斥作用。 2漿料的穩(wěn)定機(jī)理靜電穩(wěn)定是通過(guò)增加勢(shì)壘高度實(shí)現(xiàn)的；位阻穩(wěn)定是通過(guò)加入聚合添加物（目前多采用阿拉伯樹(shù)膠、桃膠、明膠等作分散劑），在顆粒表面形成保護(hù)層，調(diào)整顆粒表面間距離實(shí)現(xiàn)的45。靜電位阻穩(wěn)定是靜電穩(wěn)定和位阻穩(wěn)定共同起作用的結(jié)果，常用的分散劑為高分子有機(jī)表面活性劑。體系中物質(zhì)相互作用主要包括：溶劑與分散劑的相容性；溶劑與顆粒的潤(rùn)濕；分散劑與顆粒的吸附；顆粒與顆粒的相互作用。利用有機(jī)分子中的極性官能團(tuán)在粉料表面吸附或化學(xué)反應(yīng)對(duì)顆粒表面進(jìn)行包覆使其有機(jī)化的方法可增加空間位阻穩(wěn)定效應(yīng)。產(chǎn)生空間位阻穩(wěn)定效應(yīng)必須滿足兩個(gè)條件：（1）吸附基團(tuán)在顆粒表面覆蓋率較大且發(fā)生強(qiáng)吸附；（2）溶劑化鏈充分伸展，形成一定厚度的吸附位阻層。3銀粉分散及穩(wěn)定性在有機(jī)介質(zhì)中，經(jīng)過(guò)軋機(jī)分散，由于金屬化超細(xì)微粉比其他一般材料的比表面積更大，表面能更高，一些粉末混入液體后往往會(huì)聚結(jié)而下沉，因而銀粉仍易處于團(tuán)聚狀態(tài)，依靠吸附和締結(jié)方式連接于不同連接相，既增加了結(jié)構(gòu)黏度，又改變了銀漿的流變特性。而加入某些表面活性劑后，便能使顆粒穩(wěn)定地懸浮在溶液中，這是表面活性劑的分散作用產(chǎn)生靜電位阻穩(wěn)定效應(yīng)所致。 圖2是我所制備的三種銀粉的透射電鏡結(jié)果。從圖可看出：不加表面活性劑的銀粉，顆粒之間無(wú)明顯界面，粉體表面不均勻，有團(tuán)聚顆粒體；經(jīng)過(guò)表面活性劑處理的銀粉，銀粉顆粒表面上化學(xué)吸附一層有機(jī)單層分散劑，表面活性劑的極性官能團(tuán)與銀粉表面質(zhì)子形成化學(xué)鍵，形成界面區(qū)，粉體表面基本處于帶一定鏈長(zhǎng)度的有機(jī)基團(tuán)吸附，有效改善銀粉對(duì)有機(jī)溶劑的浸潤(rùn)性。粉體在有機(jī)載體中良好浸潤(rùn)對(duì)于銀漿的性能有較大的影響。圖3所示系兩種改性銀粉及原粉在同樣的有機(jī)載體介質(zhì)中的流變特性曲線。 從漿料的流變性質(zhì)，可估計(jì)顆粒的大小、形狀以及質(zhì)點(diǎn)與介質(zhì)的相互作用。由圖可見(jiàn)：樣品有機(jī)改性后，黏度明顯降低，說(shuō)明改性后，粉體與有機(jī)介質(zhì)的潤(rùn)濕性能大為提高，減弱了粒子間的聚結(jié)傾向，從而減少了流動(dòng)阻力，使黏度降低。未改性銀粉，外觀是向各方向伸展的樹(shù)枝狀顆粒硬團(tuán)聚體，表面粗糙。顆?？紫短幦源嬖跉怏w與有機(jī)溶劑爭(zhēng)奪的表面，其表面對(duì)有機(jī)溶劑浸潤(rùn)性較差，使得整個(gè)銀漿體系處于不均勻狀態(tài)，高含量的銀漿，顆粒團(tuán)聚體容易互相嵌合，增大流動(dòng)阻力，導(dǎo)致印刷性能變差。經(jīng)改性的銀粉，表面有極性基團(tuán)，顆粒之間有一定位阻，同時(shí)表面活性劑降低了銀粉的表面能，粉體的表面平滑。在剪切流動(dòng)中，顆粒間的運(yùn)動(dòng)阻力較小，剪切速率加快時(shí)，黏度隨之下降，表現(xiàn)出優(yōu)良的觸變特性。傳統(tǒng)使用的增稠劑有纖維素、聚丙烯酸類(lèi)高分子等。在有機(jī)溶劑中除氫鍵締合處，還存在分子鏈纏繞，添加表面活性劑可使這些極性基團(tuán)的骨架或支鏈有疏水基團(tuán)，如多元醇分子上的聚氧乙烯親油基更能與粉體表面吸附極性有機(jī)官能團(tuán)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以分子間配向效應(yīng)吸附締結(jié)，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。將靜置的銀漿瓶子倒置，銀漿并不流出，如將銀漿激烈攪動(dòng)，銀漿的黏度就變的較小，印刷的銀膜流平及分辨率就很高。實(shí)踐證明，綜合超細(xì)銀粉的表面處理與有機(jī)載體的調(diào)配，可使各種有機(jī)助劑互補(bǔ)不足，大大提高了銀粉在漿料中增塑、潤(rùn)滑、交聯(lián)、分散等多種功能，配制出的銀漿料，印刷特性優(yōu)良且貯存期不易發(fā)生沉降，絮團(tuán)等現(xiàn)象。 4結(jié)論 通過(guò)銀粉末表面改性，高分子聚合物的錨固基團(tuán)吸附在固體顆粒表面，其溶劑化鏈在介質(zhì)中充分伸展形成位阻層，阻礙顆粒的碰撞和相互接近。在有機(jī)載體中添加少量表面活性劑，能使粉體表面吸附極性有機(jī)官能團(tuán)形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)顆粒表面對(duì)分散介質(zhì)的潤(rùn)濕性，顆粒自發(fā)地互相排斥形成穩(wěn)定性較好的分散狀漿料。 參考文獻(xiàn)： 1WeiQunyanEffect of surfactant on silver paste rheological be haviorAInternational Symposium on Precious Metals99CYunnan ：Science and Technology Press，19991771802鄭忠，李寧分子力與膠體的穩(wěn)定和聚沉M北京：高等教育出版社，199592963沈鐘，王果庭膠體與表面化學(xué)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社，199176874Moreno RThe role of slip additive in tapecasting tech