幾種增稠劑對低溫導(dǎo)電銀漿性能的影響

劉 玲，王 軍，劉 芳

（寧夏中色新材料有限公司 粉體分廠，寧夏 石嘴山 753000）

低溫導(dǎo)電銀漿是指200℃以下可固化形成導(dǎo)電膜層的一類銀漿，通過絲網(wǎng)印刷將其附著在不同的基材上，廣泛應(yīng)用于鍵盤、薄膜開關(guān)、柔性印刷電路板等方面，主要由銀粉、樹脂、溶劑及功能助劑組成。為了使銀漿具有適于印刷的黏度和觸變性，保證涂膜豐滿度，調(diào)制銀漿通常會加入少量的增稠劑。增稠劑在配方中起到了增稠、穩(wěn)定黏度的作用，有利于粉末的分散以及體系結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，同時也會對銀漿的其他性能有所影響。本文在聚氨酯樹脂體系中，對比了有機(jī)膨潤土DK2、聚酰胺蠟229、氣相二氧化硅R974、羥丙基甲基纖維素四種增稠劑對低溫導(dǎo)電銀漿粘度、觸變性、導(dǎo)電性、成膜狀態(tài)及儲存穩(wěn)定性的影響[1]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)主要原料

聚氨酯樹脂，氯醋樹脂混合成的載體；乙二醇乙醚醋酸酯、異氟爾酮；有機(jī)膨潤土DK2、聚酰胺蠟229、氣相二氧化硅R974；片狀銀粉。

實(shí)驗(yàn)主要設(shè)備：三輥研磨機(jī)、粘度計、流變儀、電阻儀、高度計、烘箱、冰箱。

1.2 銀漿制備

調(diào)制樣品100g ：稱取載體46g，銀粉50g，增稠劑1g,其他助劑3g。攪拌均勻后用三輥研磨機(jī)軋制至細(xì)度小于5μm。

1.3 性能測試

（1）粘度測試：布氏粘度計，7 號轉(zhuǎn)子，50rpm，25℃。

（2）觸變測試：BROOKFIELD 流變儀。

（3）電性能測試：用自動印刷機(jī)將各銀漿樣品按長1000mm、寬0.8mm 的圖形印刷于PET 膜片上。將膜片按下述條件進(jìn)行烘烤, 待干燥后測試其性能。

表干電阻：130℃/5min 烘烤后測量銀線的電阻值。

烘干電阻：150℃/50min 烘烤后測量銀線的電阻值。

（4）印刷性對比：將烘干后的銀線用高度計測試銀層厚度，用BROOKER 臺階儀觀測銀層表面平整度。

（5）儲存穩(wěn)定性測試：制得的銀漿樣品先測定初始粘度，然后分別取樣密封儲存于50℃烘箱和-18℃冰箱、25℃條件下一定時間進(jìn)行粘度監(jiān)測。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同增稠劑對銀漿粘度及觸變的影響

將添加不同增稠劑的樣品與不添加增稠劑的樣品分別用粘度計測試粘度，流變儀測試觸變。

表1 增稠劑對銀漿粘度及觸變的影響

結(jié)果表明，相比不添加任何增稠劑的配方，添加以上四種增稠劑均能使銀漿粘度不同程度地增長，其中羥丙基甲基纖維素的增稠效果最明顯，粘度、觸變都最大。這是因?yàn)樗鼈兊牡脑龀頇C(jī)理有所不同。有機(jī)膨潤土是膨潤土層間陽離子被有機(jī)陽離子交換得到的無機(jī)礦物和有機(jī)陽離子的復(fù)合物，它的增稠機(jī)理是溶劑進(jìn)入有機(jī)膨潤土的層狀結(jié)構(gòu)間隙中，使膨潤土成為溶膠狀態(tài)，從而使體系粘度增加。氣相二氧化硅是表面的羥基通過氫鍵交聯(lián)形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。HPMC 是疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵締合，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動的空間，從而提高了體系黏度。聚酰胺蠟充分分散成分布均勻的分子個體，沒有外界剪切力時，均勻分散于體系中的聚酰胺分子在原位形成分子間氫鍵，使黏度增大[2]。

2.2 不同增稠劑對銀漿導(dǎo)電性的影響

表2 增稠劑的對銀漿電性的影響

結(jié)果表明，添加不同的增稠劑，銀漿的烘干電阻相對于表干電阻的降幅有所不同，其中添加DK2 的電阻降幅絕對值最小，最終烘干電阻也最低。在烘干初期，有機(jī)膨潤土有利于催干，且經(jīng)過烘烤固化，有機(jī)膨潤土實(shí)現(xiàn)的搭接效果最好，表現(xiàn)為電阻最低。HPMC 的表干電阻適中，而烘干電阻反而大幅增長，這是由于隨著烘烤時間的延長，用以溶解它的溶解部分揮發(fā)，導(dǎo)致其本身懸浮于銀顆粒之間，對銀顆粒的導(dǎo)通形成了阻礙。

2.3 不同增稠劑對成膜狀態(tài)的影響

將銀層烘干后比表干膜厚的變化率視為豎直方向上的銀層收縮率，數(shù)據(jù)表明不添加增稠劑的樣品收縮率最大，添加HPMC的收縮率最小，厚度幾乎不變，添加DK2 呈輕微膨脹。這是各增稠劑在烘烤過程中束縛溶劑釋放的能力有所不同所致。

表3 增稠劑對銀層厚度的影響

將各樣片烘干后用臺階儀觀測膜層，3D 圖直觀地體現(xiàn)其表面狀態(tài)。可以看出，不添加增稠劑銀層表面較平整，添加R974、DK2、HPMC 都會使銀層表面有不同程度的收縮而呈凹陷狀，添加229 銀層表面有輕微凸起。這是由于各增稠劑經(jīng)烘烤后，一方面自身因溶劑揮發(fā)而體積收縮，另一方面因表面張力不同帶動與基片表面產(chǎn)生形變所致。

圖1 增稠劑的對膜層狀態(tài)的影響

2.4 不同增稠劑對儲存穩(wěn)定性的影響

將添加不同增稠劑的樣品與不添加增稠劑的樣品進(jìn)行對比，分別測試5 款樣品的初始粘度和按常溫（25℃）3 天、低溫（-18℃）1 天、高溫（50℃）1 天儲存之后的粘度值。

圖2 增稠劑對銀漿儲存穩(wěn)定性的影響

以上四種增稠劑所制得銀漿常溫及低溫放置后粘度相對初始粘度均較穩(wěn)定，高溫條件放置后不加增稠劑的粘度略有下降，添加有機(jī)膨潤土、229、HPMC 的銀漿粘度在高溫條件下大幅下降，添加R974的銀漿經(jīng)不同條件的儲存放置試驗(yàn)粘度最為穩(wěn)定。這是由于氣相二氧化硅的表面有大量的硅羥基，不僅使二氧化硅之間形成氫鍵作用連在一起形成二氧化硅網(wǎng)絡(luò)，而且硅羥基也可以與基體之間形成氫鍵作用，最終形成二氧化硅和基體之間的互穿網(wǎng)絡(luò)，提供良好的增稠性，50℃的高溫不足以對這種互穿網(wǎng)絡(luò)形成破壞[3]。

3 結(jié)論

（1）有機(jī)膨潤土在導(dǎo)電銀漿中除了增稠還有催干作用。

（2）部分增稠劑對漿料的增稠和穩(wěn)定作用會受溫度影響，使銀漿高溫儲存后粘度降低，本體系中R974 的高溫穩(wěn)定性最好。需選擇與體系匹配的增稠劑保證銀漿的儲存穩(wěn)定性。

（3）添加增稠劑會對銀漿的膜層厚度及表面狀態(tài)產(chǎn)生影響。

本文所涉及的幾種增稠劑，除了使銀漿的粘度和觸變增大，還不同程度地影響著銀漿的導(dǎo)電性、印刷性以及儲存穩(wěn)定性?？梢愿鶕?jù)對配方性能的需求進(jìn)行選擇或搭配。