复配表面活性剂对浸渍银浆分散性能的影响*

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）

复配表面活性剂对浸渍银浆分散性能的影响*

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）

为了改善银粒子在浆料中的分散稳定性，选用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDS）与非离子表面活性剂聚乙烯醇（PVA）、甲基纤维素、明胶、油酸复配体系，考察表面活性剂种类及配比对浸渍银浆分散性能的影响，并探究其分散机理。运用分光光度计和SEM，分析了银粉在浆料中的分散稳定性和微观组织形貌。结果表明：阴-非离子复配体系能增强浸渍银浆分散稳定性。其中，SDS-PVA复配体系m（SDS）∶m（PVA）=4∶1的分散稳定性最佳，15 h内的沉降率RSH提升19%。

浸渍银浆；银粉；阴离子表面活性剂；分散

浸渍银浆是一种将单质银粉末和树脂液均一混合的复合导电材料。由于它粘接强度高、固化温度低、电性能好等特点，大量应用于常温固化中的导电导热粘接，如石英晶体、红外热释电探测器、压电陶瓷、电位器、闪光灯、电路修补等，也可用于无线电仪器仪表工业作导电粘接；非导电基板上形成导电性绝缘膜等。单质银粉因其粒度小、比表面积大、活性大、催化活性高、熔点低、烧结性能好，广泛用作防静电以及低温超导材料，在电子浆料、生物传感器材料以及抗菌及吸收部分紫外线功能材料等方面也有应用［1-3］。然而由于粉体表面能高、表面存在大量缺陷和悬挂键，颗粒间易形成尺寸较大的团聚体，极易沉降导致产品混合不均匀，从而影响产品的应用［4］。目前，国内外导电银浆的应用十分广泛，然而对银粉在有机溶剂中的分散多采用单一表面活性剂而非复配体系。国内有学者研究纳米银粉在乙醇中的分散性，但在实际应用中对浆料的附着力、黏度要求较高，国外学者的研究主要集中在利用单一表面活性剂制备银粉。国内有研究表明，阴-非离子表面活性剂具有比阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂更良好的性能，具有高浊点和低的Krafft点，且界面活性很高［5］。因此研究复配体系对银粉的分散稳定性、分散机制具有重要的现实意义。

1 实验材料及实验方法

1.1 实验材料

实验材料：浸渍银浆，粉末粒径为2~5μm。表面活性剂：明胶、十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、油酸、聚乙烯醇（PVA）、甲基纤维素。

1.2 实验方法

1.2.1 实验过程

首先采用纯度为99.99%的微米银粉与粘合剂、树脂溶剂、助剂混合得到浸渍银浆。将阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂按一定质量分数水浴加热预溶合成，加入充分混合的浆料中，均匀倒入10mL透明玻璃螺口瓶中。采用超声清洗仪分散10min保证溶解分散均匀，放置一段时间后记录数据。

记录静置银浆沉降上层清液高度，选取分散效果好的分散浆料采用U-4100分光光度计测试吸光度，激光粒度分析仪和椎板粘度计测试粒度及黏度，KYKY1000B扫描电镜（SEM）观察浆料中银粉颗粒的分散情况。

1.2.2 分散性表征方法

1）沉降率，以分散体系上层清液高度h与总高度H的比值（RSH）来表征浆料的稳定性。由式（1）可知，同体积浆料的总高度H不变，沉降清液越多，h和RSH的值越大。

2）分光光度计由朗伯比尔定律制造

式（2）中，A为吸光度，c为吸光物质的浓度（mol/L），b为吸收层厚度（cm）。在测量过程中，吸收层的厚度不变，浓度越高，吸光度越大。实验采用U-4100分光光度计测量超声分散10min后浆料的吸光度，以吸光度的大小来表征浸渍银浆的分散效果，吸光度越高分散效果越好。经测定，其特征吸收波长为420 nm［5］。

2 结果与讨论

图1 阴离子表面活性剂的浓度对纳米银粉的分散性能影响

2.1 单一阴离子表面活性剂对浸渍银浆分散稳定性影响

图 1a、b分别为阴离子表面活性剂 SDS和SDBS不同浓度下RSH随时间变化曲线。由图1a可知，随浓度增加，分散稳定性先增大后减小，质量分数为0.15%的SDS对于银浆的分散性能最佳，15 h以内的RSH为7.5%；由图1b可知，随浓度上升，变化规律为先增后减，质量分数为0.1%的SDBS对于银浆的分散性能最好，15 h以内RSH为8.8%。

2.2 SDS+非离子复配体系对浸渍银浆分散稳定性影响

表1 实验方案

图2 复配体系的浓度对纳米银粉的分散性能影响

图3 最佳复配体系浓度对纳米银粉的分散性能影响

实验方案见表1。图2为不同浓度表面活性剂复配体系下，浸渍银浆吸光度的变化。由图2可知，随着SDS浓度的增加，分散银浆的吸光度呈现先增大再减小的趋势。同一浓度配比下，复配分散体系对增强银浆分散稳定性的能力大小依次为样品1、样品3、样品2、样品4。最佳分散体系为m（SDS）∶m（PVA）=4∶1。图3为表面活性剂复配体系最佳浓度下RSH随时间变化曲线。由图3可知，复配体系的RSH优于单一阴离子表面活性剂SDS的作用，平均15 h以内的RSH为7%，其中m（SDS）∶m（PVA）=4∶1的效果最佳，15 h以内RSH仅为6.1%。分散稳定性由高到低顺序为m（SDS）∶m（PVA）=4∶1、m（SDS）∶m（油酸）=6∶1、m（SDS）∶m（甲基纤维素）=4∶1、m（SDS）∶m（明胶）=4∶1。

2.3 阴离子-非离子复配体系对浸渍银浆稳定作用机理分析

表面活性剂增强体系的分散稳定性主要是通过降低分散体系的热力学和聚结不稳定性实现的，主要为降低介质的表面张力、降低接触角、提高润湿性质并降低界面能。单质银粉粒度小、比表面积大，从而导致体系的界面能较高，极易团聚沉降。银颗粒能稳定存在，主要因为其表面吸附溶液中银离子，并带正电荷［6］。

单一阴离子表面活性剂SDS，其结构为长链状，溶解后存在于颗粒间隙，带负电的疏水端先吸附于银颗粒表面。亲水基使悬浮液靠静电作用阻碍其他银粒子的靠近，带电的粒子通过自身电荷相互排斥［7］，降低Hamaker常数，从而降低了粒子间的吸附势能。长链状的SDS稳定吸附在银颗粒表面后，降低了长链的活动自由度，从而减小体系熵，增加分散稳定性。此过程如图4a所示。

SDS-PVA复配体系中，表面活性剂的临界胶束浓度（cmc）和表面张力均下降，并提高了表面活性。在分散体系中，随着非离子型表面活性剂PVA的加入，被已经稳定的SDS长链吸附，形成较厚的水化膜，利用空间位阻产生的熵斥力阻碍银粒子的团聚，进一步增强银浆的分散稳定性。此过程如图4b所示。

图4 表面活性剂的分散过程

2.4 SEM观察阴离子-非离子复配体系对浸渍银浆稳定作用

图5a、b为未添加表面活性剂样品与添加SDSPVA复配体系浸渍银浆中的颗粒形貌。如图5a所示，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5b看到，加入复配体系表面活性剂后，因为表面吸附有表面活性剂从而产生空间位阻作用，使银粉的分散稳定性更佳，浆料流动性和稳定性增强。

图5 表面活性剂对浸渍银浆稳定作用SEM图

3 结论

1）单一阴离子表面活性剂对浸渍银浆分散稳定性随其浓度先增大后减小，质量分数为0.15%的SDS对于银浆的分散性能最佳，15 h以内的RSH为7.5%。2）SDS+非离子复配体系对浸渍银浆分散稳定性的影响中，SDS+PVA复配体系分散稳定性最好，吸光度最高，其中m（SDS）∶m（PVA）=4∶1的效果最佳，15 h以内RSH为6.1%，较之前提升19%。

［1］ BakerC，Pradhan A，Pakstis L，etal.Synthesisand antibacterialpropertiesof silver nanoparticles［J］.Journal of Nanoscienceand Nanotechnology，2005，5（2）：244-249.

［2］ Chu Guang，Yang Tianzu，LiuWeifeng，etal.Developmentson preparation and application of nanometer silver powders［J］.Precious Metals，2006，27（1）：57-63.

［3］ 曾琦斐，李绍国，谭荣喜.聚乙烯吡咯烷酮还原氧化银制备纳米银颗粒的研究［J］.无机盐工业，2015，47（8）：37-39.

［4］ 陈红，朱宝伟，张丹，等.阴-非双子表面活性剂用于中性脱墨研究［J］.日用化学工业，2015，45（12）：702-705.

［5］ 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.

［6］ 王蕊，唐建国，周厚强，等.纳米银的分散稳定性和光谱性质研究［J］.金属功能材料，2010，17（1）：17-21.

［7］ 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.

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，硕士研究生在读，研究方向为电子功能陶瓷。

刘其斌

国家自然科学基金（51362004）；黔科合重大专项字（［2014］6014）。

联系方式：qbliu2@263.net