表面活性剂对浸渍银浆中银颗粒稳定性的影响

郭楚楚，刘其斌*，庞锦标，黄伟训

(1.贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025； 2.中国振华集团云科电子有限公司，贵州 贵阳 550018)

表面活性剂对浸渍银浆中银颗粒稳定性的影响

郭楚楚1，刘其斌1*，庞锦标2，黄伟训2

(1.贵州大学 材料与冶金学院，贵州 贵阳 550025； 2.中国振华集团云科电子有限公司，贵州 贵阳 550018)

为了改善银粒子在浆料中的分散稳定性，选用4种表面活性剂(聚乙烯醇、明胶、十二烷基硫酸钠、膨润土)，考察超声分散时间和表面活性剂种类对浸渍银浆中银颗粒稳定性的影响，并阐述银粉在浆料中的分散机理。运用SEM，分析银粉在浆料中的微观组织形貌。实验结果表明：明胶、十二烷基硫酸钠能够增加浆料稳定性，15 h内的RSH约为8%，聚乙烯醇、膨润土能够加速浆料沉降，15 h内的RSH约为40%；4种分散剂对浆料稳定性的影响由强至弱的顺序为：十二烷基硫酸钠>明胶>膨润土>聚乙烯醇。

浸渍银浆；表面活性剂；稳定性；超声分散

浸渍银浆是一种中低温导电浆料，是将单质银粉末和树脂液均一混合的复合材料。因其固化温度低、稳定性、导电性好以及附着力佳，主要应用于非导电基板上形成导电性、电阻性、绝缘膜等。韩国昌星公司的CSP-3163、CSP-3310系列银浆产品性能稳定，印刷性、附着力、弹性极佳，电阻系数低，线性分辨清晰。深圳铭博电子材料有限公司出品的导电银浆具有功能性优良、性价比高等特点。广泛适用于薄膜开关、柔性电路、FPC软性线路、玩具线路、遥控器、印刷电路板等各个行业。浸渍银浆是由导电填料、有机树脂、添加物组成。银粉作为浸渍银浆中的主要成分，由于银粉的比表面积较大、表面原子数多、表面能高，并且存在较多表面缺陷以及悬挂键，银颗粒间易发生团聚，或形成较大的团聚体，因此会对相关产品的开发应用造成阻碍[1]，因此在浸渍银浆中添加表面活性剂可以有效抑制银粉在有机树脂中的沉降。表面活性剂一般通过位阻效应或静电机制对浆料起到稳定作用[2]。常见的表面活性剂主要有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)[3]、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)[4]等。表面活性剂在分散过程中的主要作用是改变颗粒与环境、介质中颗粒与颗粒间作用的过程[5]。国内有学者研究纳米银粉在乙醇中的分散性，纳米粒子悬浮液中分散剂的选择[6]。但是表面活性剂种类较少，不同溶剂中表面活性剂分散性不同，且分析和表征不全面。本文着重研究4种表面活性剂(聚乙烯醇，明胶，十二烷基硫酸钠，膨润土)对浸渍银浆银粉在树脂中的分散作用，比较4种表面活性剂对浆料的分散效果并分析其分散机理。

1 实验材料及试验方法

1.1 实验材料

实验材料：浸渍银浆，粉末粒径为2～5 μm。表面活性剂：聚乙烯醇(PVA)，明胶(Gelatin)，十二烷基硫酸钠(SDS)，膨润土(Bentonite)，其物理性能见表1。

表1 4种表面活性剂的物理性能

1.2 实验方法

实验过程如图1所示，将表面活性剂按一定质量分数加入充分混合的浆料中，均匀倒入10 mL透明玻璃螺口瓶中，玻璃棒搅拌5 min进行预溶，用盖子盖好。再采用超声清洗仪分散10 min保证溶解分散均匀，放置一段时间后记录沉降液面高度，以沉降高度与浆料总高度的比值(Ratio sediment height，RSH)表征浆料的稳定性，并取分散效果好的浆料采用激光粒度分析仪和椎板粘度计测试粒度及粘度，KYKY1000B扫描电镜(SEM)观察浆料中银粉颗粒的分散情况。

图1 浸渍银浆制备工艺流程图

2 结果与讨论

2.1 超声分散时间对浆料稳定性的影响

图2所示为5 mL原始浸渍银浆在不同超声分散时间沉降率RSH随沉降时间变化的关系图。样品A仅用玻璃棒搅拌至均匀，样品B为在超声分散仪分散10 min后的浆料。由图可知，15 h内，样品B的RSH仅有12%而样品A的RSH已达到32%。可见随着超声的延长，银粉颗粒活性增强，粒度得到一定的细化，从而产生的静电效应增强，颗粒的悬浮力增大，流动性降低，稳定性增强。

图2 超声分散时间对浸渍银浆稳定性的影响

2.2 表面活性剂对浆料稳定性的影响

固体在溶液中分散主要有三种理论：润湿理论，双电层理论和胶体保护理论。表2为不同表面活性剂样品的质量分数。

表2 4种表面活性剂的质量分数

图3为超声分散均匀的浆料在200 h内随不同表面活性剂添加而变化的沉降曲线。由图3可知，原始银浆样品0在15 h内的RSH为28%，样品3和样品2随时间沉降的量与速度明显低于样品0，而样品1和样品4则远大于样品0。表面活性剂的添加使颗粒之间产生静电和位阻作用，增强浆料颗粒稳定性，并且增大其流动性。样品2中明胶是一种蛋白质，它是由各种氨基酸通过羰基与氨基相互联接而形成的一种多肽链，它的类三螺旋结构均匀分散在颗粒之间，吸附在银粒子表面，疏水体系的银粒子与明胶中憎水基产生物理吸附，降低其表面能[7]，产生空间位阻效应从而阻止银粒子的相互靠近。样品3中的SDS属于阴离子型表面活性剂，易溶于水，离子型表面活性剂在水中可以电离为表面活性因子与反电子，从而形成双电层。它的链状结构悬浮于颗粒间隙，并在溶剂中电离出十二烷基磺酸根和钠离子形成双电层，使悬浮液靠静电作用阻止银粒子的团聚，达到稳定。

图3 表面活性剂对浸渍银浆稳定性的影响

比较图3中样品3和样品2曲线可见，15 h之内的RSH约为8%，而未添加分散剂的样品0的RSH达到17%。样品1和样品4随时间沉降的量与速度远高于原始浆料，15 h之内的RSH约为40%，是原始浆料的二倍。样品1中的PVA均匀分散于浆料中，吸附在银粉表面，但是由于浆料中的银粉为微米级片状银粉，因此所吸附的PVA量少且不均匀，达到平衡后加剧了颗粒的团聚。样品4中的膨润土是硅氧四面体夹一层铝氧

八面体组成，膨润土的表面分子具有较高的表面能，从而产生物理吸附，将树脂溶剂中的银粒子吸附在膨润土分子表面，造成大量分子团聚，加速浆料的沉降速度。另外从整个沉降时间内看出，四种表面活性剂使浆料稳定性变化的强弱顺序为：样品3>样品2>样品4>样品1。

2.3 表面活性剂对浆料性能的影响

表3所示为添加表面活性剂280 h后对浸渍银浆进行精细度、粘度以及体电阻率测试的数据。由表3可见，表面活性剂的添加不会改变浆料的精细度和粘度。随着表面活性剂的添加，样品的电阻率都有所增加，其中样品3的体电阻率增加最多，达到1.3×10-3Ω·cm，使浆料的电性能有所下降。主要因为浸渍银浆的良好导电性主要来源于银粒子，低温固化后表面活性剂不能挥发，稀释了银粒子在浆料中的浓度，因此导致浆料的电学性能有小幅度的下降。

表3 浸渍银浆的物理性能

2.4 SEM观察表面活性剂对浸渍银浆稳定作用

图4所示是未添加表面活性剂样品0与添加明胶表面活性剂的样品3中的颗粒形貌。从图4(a)中看到，在未添加表面活性剂时，由于表面效应、范德华力和地球引力，浆料中的银粉颗粒有明显的团聚现象。从图4(b)中看到，加入表面活性剂后的样品3因为表面吸附有表面活性剂从而产生空间位阻作用，使银粉颗粒分散均匀，有效分散后的浆料流动性和稳定性增强。这一现象与上述分析结果一致。

(a)样品0 (b)样品3图4 表面活性剂对浸渍银浆稳定作用SEM图

3 结论

(1)4种表面活性剂(聚乙烯醇、明胶、十二烷基硫酸钠、膨润土)中的分散机制均为空间位阻和静电稳定作用。

(2)超声时间对浸渍银浆稳定性影响不同，未经过超声分散的浆料15 h内， RSH已达到32%，而超声分散10 min的样品B的RSH仅有12%。因此，超声分散10 min效果最好。

(3)不同表面活性剂对浸渍银浆稳定性的影响也不同。超声时间为10 min时，明胶和SDS的最佳质量分数值分别为0.35%和0.4%，15 h内的RSH约8%；而PVA和膨润土大幅加速浆料的沉降，质量分数为0.25%和4%，15 h内的RSH约40%。

[1] 江成军，段志伟，张振忠，等. 不同表面活性剂对纳米银粉在乙醇中分散性能的影响[J].稀有金属材料与工程，2007，36(4)：724-727.

[2] 朱协彬，段学臣，陈海清.3种分散剂对ITO浆料稳定性能的影响[J].中国有色金属学报，2007，17(1):161-165.

[3] WEI Lili，XU Shengming，XU Gang，et al. Effects of surfactants on dispersive performance of ultrafine silver powder[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals，2009，19(3): 595-600.

[4] 刘晓刚，甘卫平，杨超，等. 太阳能电池用微细银粉的制备[J]. 中国有色金属学报，2014，24(4): 987-992.

[5] 黄应钦，成晓玲，白晓军，等.表面活性剂在超细粉体制备和分散中的应用[J].日用化学工业，2006，36(1):30-33.

[6] 李金平，吴疆，梁德青，等.纳米粒子悬浮液中分散剂选择的实验研究[J].兰州理工大学学报，2006，32(3):63-66.

[7] 邓南林，袁鸽成，刘华，等. 明胶对液相还原法制备超细银粉的影响[J].中国粉体技术，2013，19(6):41-44.

(责任编辑：周晓南)

Effects of Four Surfactants on Stability of Sliver Suspension

GUO Chuchu1，LIU Qibin1*，PANG Jinbiao2，HUANG Weixun2

(1.College of Material and Metallurgy, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2. China ZhenHua Group YunKe Electronics Co., Ltd，Guiyang 550018, China)

To improve the dispersing properties of sliver powders in solvent, the effects of four dispersants (PVA，Gelatin, SDS, Bentonite) on the stability of sliver suspension were studied. The influences of dispersing time and dispersant content on stability of sliver suspension were investigated，and the dispersing mechanism on dispersing properties of sliver suspension is researched.Scanning electron microscope (SEM) was used to characterize and analyze the microstructure of sliver particles. The experimental results show that the Gelatin, SDS can increase the stability of sliver suspension, and make sliver suspension keep RSH<10% within 15 hours. PVA,Bentonite can accelerate the sliver suspension settlement, and make sliver suspension keep RSH<40% within 15 hours; The sequence of effects of these four dispersants on the stability of sliver suspension is SDS > Gelatin >Bentonite>PVA. Among these four dispersants, Gelatin is the best one for the stability of sliver suspension.

sliver suspension; stability; surfactants; ultrasonic dispersion

1000-5269(2016)06-0029-04

10.15958/j.cnki.gdxbzrb.2016.06.08

2016-05-24

国家自然科学基金项目资助(51362004)；贵州省重大科技专项计划项目(黔科合重大专项字[2014]6014号)

郭楚楚(1992-)，女，在读硕士，研究方向：电子功能陶瓷，Email：CCGuo269@163.com.

*通讯作者： 刘其斌，Email：qbliu2@263.net.

TQ027.36；TQ63

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