在特定銀粉制備條件下不同加料方式對銀粉性能的影響

摘 要：以硝酸銀為原料、水合肼為還原劑、有機(jī)酸及其他分散劑相配合的復(fù)合分散劑制備電子漿料用銀粉，分別考察了正向加料、反向加料、兩相同時加料三種混合加料方式對產(chǎn)品性能的影響，反向加料方式與兩相同時加料方式產(chǎn)品性能接近，其中反向加料方式更容易工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：銀粉;加料方式

國內(nèi)文獻(xiàn)多介紹銀粉制備工藝與方法，其中的制備工藝中多以還原體系的選擇、分散劑等材料的使用對銀粉的形貌與特征的影響作為主要研究內(nèi)容，很少細(xì)化工藝過程。本文以現(xiàn)有一種高分散銀粉制備工藝條件為基礎(chǔ)，對工藝過程的加料方式進(jìn)行對比研究，選擇一種易于工業(yè)化的方法，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的工藝穩(wěn)定性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與分析儀器

主要試劑如下：硝酸銀、無水乙醇、80%水合肼、脂肪酸等均為國產(chǎn)分析純試劑，另有一種非離子型表面活性劑為國產(chǎn)化學(xué)純試劑。本研究用設(shè)備有JB90-D型強(qiáng)力電動攪拌機(jī)（配自制直漿折葉式攪拌槳），PHS-2CW微機(jī)型精密酸度計，20L不銹鋼湯桶，BT-9300S激光粒度分析儀，DJF-25032G熱風(fēng)循環(huán)鼓風(fēng)烘箱，電磁爐，KYKY-2800型掃描電鏡，BT-2001激光粒度分布儀，振實(shí)密度測定儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

稱取適量的硝酸銀加入去離子水配成硝酸銀溶，升溫至60℃?zhèn)溆?稱取適量的80%水合肼加入去離子水配成水合肼水溶液，取適量的脂肪酸溶于無水乙醇，稱取適量的分散劑溶于去離子水中，并依次將分散劑溶液與脂肪酸溶液加入水合肼溶液中攪拌均勻，升溫至60℃，配成還原液;將還原液與硝酸銀溶液按正向加料（硝酸銀溶液加入還原液中）、反向加料（還原液加入硝酸銀溶液中）、兩相同時加料三種混合加料方式進(jìn)行混合，混合期間對溶液進(jìn)行攪拌，直至反應(yīng)完成，攪拌轉(zhuǎn)速100-300r/min，過程中檢測溫度與pH值，以氯化鈉水溶液檢測反應(yīng)程度，反應(yīng)結(jié)束后加水冷卻。銀粉沉淀后，去除上清液，加水清洗多次，最后放入鼓風(fēng)烘箱，恒溫70℃干燥10h，即得銀粉。

用激光粒度分析儀分析粒徑分布，用KYKY-2800型掃描電鏡觀察銀粉表面形貌，按GB/T 1774超細(xì)銀粉標(biāo)準(zhǔn)要求檢測銀粉銀粉振實(shí)密度。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同加料方式對銀粉振實(shí)密度的影響

硝酸銀溶液與還原液反應(yīng)結(jié)束后測定終點(diǎn)pH值，銀粉烘干后經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎5秒后，測定銀粉振實(shí)密度，銀粉制備的化學(xué)還原反應(yīng)方程式如下：

從熱力學(xué)分析，反應(yīng)自由能?G負(fù)值越大，過程越易進(jìn)行。?G=-ZFE，E值越大，反應(yīng)進(jìn)行趨勢愈大。

水合肼與硝酸銀反應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)電位差值很大，反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)自由能負(fù)值較大，在堿性條件下還原性強(qiáng)于甲醛與抗壞血酸。

水合肼在反應(yīng)過程中即是還原劑，又是pH調(diào)節(jié)劑，由水合肼組成的還原液與硝酸銀溶液從混合開始中在較短時間內(nèi)其中一相或兩相的濃度極劇下降，正向加料時硝酸銀濃度急劇下降，反應(yīng)過程中反應(yīng)液呈強(qiáng)堿性直至水合肼濃度下降至較低水平;反向加料時水合肼濃度急劇下降，過程pH值與硝酸銀溶液pH值接近直至水合肼溶液加完后略有上升;同時加料兩相濃度都急劇下降，反應(yīng)過程劇烈，過程pH值保持穩(wěn)定。

2.2 不同加料方式對銀粉粒度的影響

由2表與圖1與圖2可見，兩種加料方式電鏡分析結(jié)果與粒度分布結(jié)果類似，但同時加料粒度分布不均勻，有少量明顯大顆粒，反向加料方式銀粉粒徑集中度更高。

本文選用的銀粉制備工藝是以硝酸銀為原料，水合肼為還原劑，脂肪酸為主分散劑在水相中進(jìn)行液相還原工藝，實(shí)質(zhì)是選用W/O（水包油）體系，銀粉的粒徑分布與兩相（硝酸銀溶液與還原劑溶液）混合的均勻程度有極大關(guān)系。同時加料時兩相液在短期內(nèi)極難混合均勻，水合肼還原性極強(qiáng)，局部水合肼濃度過高形成強(qiáng)堿環(huán)境，在小范圍同進(jìn)進(jìn)行成核與晶粒生長造成銀粉小量粒子粒徑偏大與粒子強(qiáng)聚集。

3 工業(yè)應(yīng)用

采用本文提出的特定銀粉生產(chǎn)工藝，其中采用同時加料與反向加料方式試驗(yàn)生產(chǎn)的銀粉均符合GB/T 1774-2009超細(xì)銀粉標(biāo)準(zhǔn)要求并被下游電子漿料公司認(rèn)可，但要實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，由于兩種加料方式存在較大不同，尤其是銀粉合成階段的工藝要求區(qū)別極大，現(xiàn)進(jìn)行比較說明。

要完全實(shí)現(xiàn)同時加料的工藝條件，必須配備上述主要設(shè)備，其中混合反應(yīng)器必須經(jīng)過精心設(shè)計并經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后方可投入生產(chǎn)使用，反應(yīng)過程需要重點(diǎn)管控的參數(shù)不僅有溫度、流量，還有兩相流量的均衡性、混合反應(yīng)器中混合效果與物料停留時間。采用反向加料方式，配料釜中液體可以采用常用的離心泵或磁力泵，也可通過配料釜與反應(yīng)釜不同的層高配置實(shí)現(xiàn)物料的輸送，流量大小可通過閥門進(jìn)行調(diào)控，相較同時加料簡便易行，管控參數(shù)少。采用本工藝，選擇反向加料方式，已建成批產(chǎn)量為30kg的批量化生產(chǎn)線，主要技術(shù)指標(biāo)與試驗(yàn)結(jié)果接近，產(chǎn)品批次質(zhì)量穩(wěn)定，通過調(diào)整反應(yīng)溫度與分散劑用量可以生產(chǎn)平均粒徑1-4um，振實(shí)密度大于4.0g/cm3不同規(guī)格銀粉。

4 結(jié)論

①采用本特定工藝條件，無論選用同時加料方式或反向加料方式均可生產(chǎn)平均粒徑1-4um高分散性導(dǎo)電漿料用銀粉;②不同的加料方式工藝的穩(wěn)定性與設(shè)備的配置要求不同，采用本特定工藝條件，選擇反向加料方式產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定，更易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。

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作者簡介：

劉瑜（1971- ），男，副高，主要研究方向?yàn)橘F金屬金屬粉體。