復(fù)配表面活性劑對浸漬銀漿分散性能的影響*

郭楚楚，劉其斌，龐錦標，黃偉訓(xùn)

（1.貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州貴陽550025；2.中國振華集團云科電子有限公司）

復(fù)配表面活性劑對浸漬銀漿分散性能的影響*

郭楚楚1，劉其斌1，龐錦標2，黃偉訓(xùn)2

（1.貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院，貴州貴陽550025；2.中國振華集團云科電子有限公司）

為了改善銀粒子在漿料中的分散穩(wěn)定性，選用陰離子表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDS）與非離子表面活性劑聚乙烯醇（PVA）、甲基纖維素、明膠、油酸復(fù)配體系，考察表面活性劑種類及配比對浸漬銀漿分散性能的影響，并探究其分散機理。運用分光光度計和SEM，分析了銀粉在漿料中的分散穩(wěn)定性和微觀組織形貌。結(jié)果表明：陰-非離子復(fù)配體系能增強浸漬銀漿分散穩(wěn)定性。其中，SDS-PVA復(fù)配體系m（SDS）∶m（PVA）=4∶1的分散穩(wěn)定性最佳，15 h內(nèi)的沉降率RSH提升19%。

浸漬銀漿；銀粉；陰離子表面活性劑；分散

浸漬銀漿是一種將單質(zhì)銀粉末和樹脂液均一混合的復(fù)合導(dǎo)電材料。由于它粘接強度高、固化溫度低、電性能好等特點，大量應(yīng)用于常溫固化中的導(dǎo)電導(dǎo)熱粘接，如石英晶體、紅外熱釋電探測器、壓電陶瓷、電位器、閃光燈、電路修補等，也可用于無線電儀器儀表工業(yè)作導(dǎo)電粘接；非導(dǎo)電基板上形成導(dǎo)電性絕緣膜等。單質(zhì)銀粉因其粒度小、比表面積大、活性大、催化活性高、熔點低、燒結(jié)性能好，廣泛用作防靜電以及低溫超導(dǎo)材料，在電子漿料、生物傳感器材料以及抗菌及吸收部分紫外線功能材料等方面也有應(yīng)用［1-3］。然而由于粉體表面能高、表面存在大量缺陷和懸掛鍵，顆粒間易形成尺寸較大的團聚體，極易沉降導(dǎo)致產(chǎn)品混合不均勻，從而影響產(chǎn)品的應(yīng)用［4］。目前，國內(nèi)外導(dǎo)電銀漿的應(yīng)用十分廣泛，然而對銀粉在有機溶劑中的分散多采用單一表面活性劑而非復(fù)配體系。國內(nèi)有學(xué)者研究納米銀粉在乙醇中的分散性，但在實際應(yīng)用中對漿料的附著力、黏度要求較高，國外學(xué)者的研究主要集中在利用單一表面活性劑制備銀粉。國內(nèi)有研究表明，陰-非離子表面活性劑具有比陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑更良好的性能，具有高濁點和低的Krafft點，且界面活性很高［5］。因此研究復(fù)配體系對銀粉的分散穩(wěn)定性、分散機制具有重要的現(xiàn)實意義。

1 實驗材料及實驗方法

1.1 實驗材料

實驗材料：浸漬銀漿，粉末粒徑為2~5μm。表面活性劑：明膠、十二烷基硫酸鈉（SDS）、十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、油酸、聚乙烯醇（PVA）、甲基纖維素。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗過程

首先采用純度為99.99%的微米銀粉與粘合劑、樹脂溶劑、助劑混合得到浸漬銀漿。將陰離子表面活性劑與非離子表面活性劑按一定質(zhì)量分數(shù)水浴加熱預(yù)溶合成，加入充分混合的漿料中，均勻倒入10mL透明玻璃螺口瓶中。采用超聲清洗儀分散10min保證溶解分散均勻，放置一段時間后記錄數(shù)據(jù)。

記錄靜置銀漿沉降上層清液高度，選取分散效果好的分散漿料采用U-4100分光光度計測試吸光度，激光粒度分析儀和椎板粘度計測試粒度及黏度，KYKY1000B掃描電鏡（SEM）觀察漿料中銀粉顆粒的分散情況。

1.2.2 分散性表征方法

1）沉降率，以分散體系上層清液高度h與總高度H的比值（RSH）來表征漿料的穩(wěn)定性。由式（1）可知，同體積漿料的總高度H不變，沉降清液越多，h和RSH的值越大。

2）分光光度計由朗伯比爾定律制造

式（2）中，A為吸光度，c為吸光物質(zhì)的濃度（mol/L），b為吸收層厚度（cm）。在測量過程中，吸收層的厚度不變，濃度越高，吸光度越大。實驗采用U-4100分光光度計測量超聲分散10min后漿料的吸光度，以吸光度的大小來表征浸漬銀漿的分散效果，吸光度越高分散效果越好。經(jīng)測定，其特征吸收波長為420 nm［5］。

2 結(jié)果與討論

圖1 陰離子表面活性劑的濃度對納米銀粉的分散性能影響

2.1 單一陰離子表面活性劑對浸漬銀漿分散穩(wěn)定性影響

圖 1a、b分別為陰離子表面活性劑 SDS和SDBS不同濃度下RSH隨時間變化曲線。由圖1a可知，隨濃度增加，分散穩(wěn)定性先增大后減小，質(zhì)量分數(shù)為0.15%的SDS對于銀漿的分散性能最佳，15 h以內(nèi)的RSH為7.5%；由圖1b可知，隨濃度上升，變化規(guī)律為先增后減，質(zhì)量分數(shù)為0.1%的SDBS對于銀漿的分散性能最好，15 h以內(nèi)RSH為8.8%。

2.2 SDS+非離子復(fù)配體系對浸漬銀漿分散穩(wěn)定性影響

表1 實驗方案

圖2 復(fù)配體系的濃度對納米銀粉的分散性能影響

圖3 最佳復(fù)配體系濃度對納米銀粉的分散性能影響

實驗方案見表1。圖2為不同濃度表面活性劑復(fù)配體系下，浸漬銀漿吸光度的變化。由圖2可知，隨著SDS濃度的增加，分散銀漿的吸光度呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢。同一濃度配比下，復(fù)配分散體系對增強銀漿分散穩(wěn)定性的能力大小依次為樣品1、樣品3、樣品2、樣品4。最佳分散體系為m（SDS）∶m（PVA）=4∶1。圖3為表面活性劑復(fù)配體系最佳濃度下RSH隨時間變化曲線。由圖3可知，復(fù)配體系的RSH優(yōu)于單一陰離子表面活性劑SDS的作用，平均15 h以內(nèi)的RSH為7%，其中m（SDS）∶m（PVA）=4∶1的效果最佳，15 h以內(nèi)RSH僅為6.1%。分散穩(wěn)定性由高到低順序為m（SDS）∶m（PVA）=4∶1、m（SDS）∶m（油酸）=6∶1、m（SDS）∶m（甲基纖維素）=4∶1、m（SDS）∶m（明膠）=4∶1。

2.3 陰離子-非離子復(fù)配體系對浸漬銀漿穩(wěn)定作用機理分析

表面活性劑增強體系的分散穩(wěn)定性主要是通過降低分散體系的熱力學(xué)和聚結(jié)不穩(wěn)定性實現(xiàn)的，主要為降低介質(zhì)的表面張力、降低接觸角、提高潤濕性質(zhì)并降低界面能。單質(zhì)銀粉粒度小、比表面積大，從而導(dǎo)致體系的界面能較高，極易團聚沉降。銀顆粒能穩(wěn)定存在，主要因為其表面吸附溶液中銀離子，并帶正電荷［6］。

單一陰離子表面活性劑SDS，其結(jié)構(gòu)為長鏈狀，溶解后存在于顆粒間隙，帶負電的疏水端先吸附于銀顆粒表面。親水基使懸浮液靠靜電作用阻礙其他銀粒子的靠近，帶電的粒子通過自身電荷相互排斥［7］，降低Hamaker常數(shù)，從而降低了粒子間的吸附勢能。長鏈狀的SDS穩(wěn)定吸附在銀顆粒表面后，降低了長鏈的活動自由度，從而減小體系熵，增加分散穩(wěn)定性。此過程如圖4a所示。

SDS-PVA復(fù)配體系中，表面活性劑的臨界膠束濃度（cmc）和表面張力均下降，并提高了表面活性。在分散體系中，隨著非離子型表面活性劑PVA的加入，被已經(jīng)穩(wěn)定的SDS長鏈吸附，形成較厚的水化膜，利用空間位阻產(chǎn)生的熵斥力阻礙銀粒子的團聚，進一步增強銀漿的分散穩(wěn)定性。此過程如圖4b所示。

圖4 表面活性劑的分散過程

2.4 SEM觀察陰離子-非離子復(fù)配體系對浸漬銀漿穩(wěn)定作用

圖5a、b為未添加表面活性劑樣品與添加SDSPVA復(fù)配體系浸漬銀漿中的顆粒形貌。如圖5a所示，在未添加表面活性劑時，由于表面效應(yīng)、范德華力和地球引力，漿料中的銀粉顆粒有明顯的團聚現(xiàn)象。從圖5b看到，加入復(fù)配體系表面活性劑后，因為表面吸附有表面活性劑從而產(chǎn)生空間位阻作用，使銀粉的分散穩(wěn)定性更佳，漿料流動性和穩(wěn)定性增強。

圖5 表面活性劑對浸漬銀漿穩(wěn)定作用SEM圖

3 結(jié)論

1）單一陰離子表面活性劑對浸漬銀漿分散穩(wěn)定性隨其濃度先增大后減小，質(zhì)量分數(shù)為0.15%的SDS對于銀漿的分散性能最佳，15 h以內(nèi)的RSH為7.5%。2）SDS+非離子復(fù)配體系對浸漬銀漿分散穩(wěn)定性的影響中，SDS+PVA復(fù)配體系分散穩(wěn)定性最好，吸光度最高，其中m（SDS）∶m（PVA）=4∶1的效果最佳，15 h以內(nèi)RSH為6.1%，較之前提升19%。

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Effectsof com posite surfactantson dispersing propertiesof sliver suspension

Guo Chuchu1，Liu Qibin1，Pang Jinbiao2，HuangWeixun2
（1.Colloge ofMaterialand Metallurgy，Guizhou University，Guiyang 550025，China；2.China Zhenhua Group Yunke Electronics Co.，Ltd.）

To improve the dispersing propertiesofsliverpowders in solvent，anionic surfactant（SDS）and nonionic surfactants（PVA，methyl cellulose，gelatin，and oleic acid）were selectas a composite system and the effects of kind of surfactantand mix ratio of each surfactant on the stability of sliver suspension were studied.The dispersingmechanism was also explored. The dispersing stability of sliver in the suspension and themicrostructuremorphology were analyzed by spectrophotometer and scanning electron microscope（SEM）.The experimental results showed that the composite system of anionic surfactant and nonionic surfactant could increase the stability of sliver suspension.The composite system of SDS-PVA with the proportion of m（SDS）∶m（PVA）=4∶1 had thebestdispersingstability and itcouldmake RSH increaseby 19%within 15 h.

sliversuspension；silver powders；anionic surfactants；dispersion

TQ131.22

A

1006-4990（2017）07-0017-03

2017-01-23

郭楚楚（1992— ），女，碩士研究生在讀，研究方向為電子功能陶瓷。

劉其斌

國家自然科學(xué)基金（51362004）；黔科合重大專項字（［2014］6014）。

聯(lián)系方式：qbliu2@263.net