1.1 實(shí)驗(yàn)材料
銅粉；松油醇，叔丁基卡必醇醋酸酯，乙基纖維素，其他試劑均為分析純。
1.2 實(shí)驗(yàn)儀器
三輥研磨機(jī)(德國(guó)EXAKT)；低溫納米材料制備分散機(jī)(廣州聚能納米生物科技股份有限公司，JN-02FS)；行星重力攪拌機(jī)(綿陽(yáng)世諾科技有限公司，RM300S)；電動(dòng)攪拌機(jī)(德國(guó)IAK)；Acorn Area 低場(chǎng)核磁共振儀(XiGo Nanotools Inc)。
1.3 實(shí)驗(yàn)過(guò)程
1.3.1 有機(jī)載體制備
在燒瓶中加入15%~30%的乙基纖維素樹(shù)脂，溶于70%~85%有機(jī)溶劑(松油醇、丁基卡必醇醋酸酯)在80℃的油浴中攪拌溶解24 h，用200目濾布過(guò)濾，轉(zhuǎn)移后靜置24h，備用。
1.3.2 分散工藝
(1)采用低溫納米材料制備分散機(jī)對(duì)混合好的原始漿料分別進(jìn)行納米均質(zhì)分散，分散溫度為20±1℃，分散壓力為1500bar。
(2)采用行星重力攪拌機(jī)對(duì)混合好的原始漿料進(jìn)行行星重力分散，行星重力分散，程序設(shè)置如下：階段1：公轉(zhuǎn)400rpm，60s；階段2：自轉(zhuǎn)1200rpm，60s；階段3：公轉(zhuǎn)900rpm，60s。
(3)采用電動(dòng)攪拌機(jī)對(duì)混合好的原始漿料進(jìn)行剪切攪拌分散，剪切攪拌分散程序設(shè)置如下：用電動(dòng)攪拌機(jī)以300r/min速度攪拌10min 至均勻；然后以800r/min 速度攪拌50min；最后以500r/min 速度攪拌10min。
1.3.3 漿料制備
按一定比例依次加入金屬粉74%、玻璃粉5%、有機(jī)載體20%、助劑1%。按照1.3.2制定的分散工藝進(jìn)行混合分散，將分散好的漿料用三輥研磨機(jī)進(jìn)行研磨分散；選用400目不銹鋼濾網(wǎng)對(duì)漿料進(jìn)行過(guò)濾，將制得的均勻漿料轉(zhuǎn)移至樣品罐中，密封保存。
1.3.4 漿料分散性的測(cè)試
用滴管分別吸取已制備好漿料0.5mL，裝到測(cè)試的試管容器中，將石英試管插入儀器中，采用低場(chǎng)核磁共振儀進(jìn)行測(cè)試，得到漿料的弛豫時(shí)間。低場(chǎng)核磁共振儀的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.3T，頻率為13MHZ，溫度為25℃。
2.1 不同分散工藝對(duì)分散均勻性的影響 納米高壓均質(zhì)分散機(jī)的原理是柱塞泵通過(guò)不斷的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將漿料吸入高壓部件通道中，柱塞可調(diào)節(jié)壓力的大小。漿料在高壓下流過(guò)縫隙時(shí)，液滴首先被延伸，后通過(guò)閥體時(shí)的湍流作用而將其剪切拉碎。從閥縫中高速?zèng)_出的液流撞上擋圈，產(chǎn)生了高速的撞擊作用。同時(shí)，壓力迅速下降產(chǎn)生巨大的爆破力，瞬時(shí)引起空穴現(xiàn)象，釋放強(qiáng)烈的能量和高頻振動(dòng)，使顆?；蛞旱纹扑?，從而達(dá)到液態(tài)樣品均質(zhì)、粉碎和乳化的效果。 行星重力分散機(jī)又稱(chēng)行星離心式混合器，是一種可以不使用攪拌器葉片的情況下攪拌材料和同時(shí)消除氣泡的設(shè)備。公轉(zhuǎn)主要是采用離心力使材料遠(yuǎn)離中心，自轉(zhuǎn)是通過(guò)容器的旋轉(zhuǎn)使材料產(chǎn)生流動(dòng)，材料同時(shí)具有旋轉(zhuǎn)和剪切，旋轉(zhuǎn)軸采用45度設(shè)計(jì)，可產(chǎn)生三維運(yùn)動(dòng)。漿料表面與容器壁之間的流速變化，導(dǎo)致流動(dòng)復(fù)雜，剪切力大。這種剪切力使液滴和顆粒更小，并增加了他們的分散性，與此同時(shí)，氣泡也會(huì)分散的得好。 剪切攪拌分散機(jī)主要是通過(guò)剪切頭實(shí)現(xiàn)漿料的分散，它的剪切頭由轉(zhuǎn)子和定子組成，轉(zhuǎn)子與定子相互嚙合。轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力形成強(qiáng)負(fù)壓區(qū)，漿料被吸入工作腔，在定、轉(zhuǎn)子間隙內(nèi)受到剪切和離心、撞擊和湍流等綜合作用，而產(chǎn)生分裂液滴的張力，液體離開(kāi)定子小孔后壓力又回升，由此產(chǎn)生了空穴效應(yīng)，剪切頭高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)漿料進(jìn)行剪切、分散和撞擊，漿料就會(huì)變得更加均勻，以達(dá)到分散目的。 按照1.3.2分別采用了三種不同分散工藝：納米均質(zhì)分散、行星重力分散、剪切攪拌分散制備電子漿料，按照1.3.4進(jìn)行漿料分散性的測(cè)試，弛豫時(shí)間圖1所示。 
從圖1 中的弛豫時(shí)間結(jié)果來(lái)看，三種不同混合分散工藝，采用納米均質(zhì)分散工藝分散效果最好，行星重力和剪切攪拌分散工藝的分散效果接近一致，在混合分散時(shí)采用納米均質(zhì)分散工藝對(duì)漿料進(jìn)行分散，分散效果最好，漿料分散的最均勻。
2.2 研磨時(shí)間對(duì)分散均勻性影響
三輥研磨機(jī)是對(duì)物料進(jìn)行有效研磨和分散的設(shè)備，對(duì)漿料產(chǎn)品的品質(zhì)提升具有不可替代的作用，精密的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格要求的零件使得設(shè)備能夠持續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)行納米級(jí)別的研磨和分散。通過(guò)水平的三根輥筒的表面相互擠壓及不同速度的摩擦而達(dá)到研磨效果。漿料在中輥和后輥間加入，由于中輥和后輥的相反異步旋轉(zhuǎn)而引起漿料的急劇摩擦反動(dòng)，強(qiáng)大的剪切力破壞了漿料顆粒內(nèi)分子之間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，在經(jīng)邊前兩輥的二次研磨，從而達(dá)到迅速的粉碎和分散，進(jìn)而使?jié){料高度均勻混合分散。
采用低溫納米材料制備分散機(jī)對(duì)原始漿料納米均質(zhì)分散，將分散好的漿料進(jìn)行三輥研磨，研磨時(shí)間分別為15分鐘、30分鐘、45分鐘，將研磨后的漿料進(jìn)行過(guò)濾，制備好的電子漿料按照1.3.4進(jìn)行漿料分散性的測(cè)試，弛豫時(shí)間如圖2所示。
從圖2中的弛豫時(shí)間結(jié)果來(lái)看，當(dāng)采用納米均質(zhì)分散工藝時(shí)，三輥研磨時(shí)間30 分鐘和45 分鐘時(shí)，結(jié)果接近。由此可見(jiàn)，采用納米均質(zhì)分散工藝時(shí)，研磨時(shí)間為30 分鐘時(shí)，漿料就能得到很好的分散均勻性了。三輥研磨是對(duì)漿料成品的最后分散步驟，對(duì)分散均勻性影響較大，分散時(shí)間短，漿料分散效果不佳，粗顆粒較多，在制備成電子元器件后，對(duì)其性能影響較大，會(huì)造成電容被擊穿而引起失效。分散時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，由于漿料中有機(jī)溶劑容易揮發(fā)，造成漿料粘度過(guò)大，不適合后期器件的制備，同時(shí)也影響生產(chǎn)效率。通過(guò)對(duì)研磨時(shí)間進(jìn)行分析和研究，確定了合適的研磨時(shí)間及工藝，具有可行性及參考性，同時(shí)也保證了漿料分散的均勻性。
2.3 分散劑對(duì)分散均勻性影響
分散劑是一種在分子內(nèi)同時(shí)具有親油和親水性?xún)煞N相反性質(zhì)的界面活性劑，可均勻分散那些難溶于溶劑中的無(wú)機(jī)、有機(jī)固體及液體顆粒，同時(shí)也能防止顆粒的沉降和凝聚，進(jìn)而形成穩(wěn)定的漿料。分散劑的作用是通過(guò)對(duì)漿料中的超細(xì)顆粒表面進(jìn)行潤(rùn)濕，降低顆粒間的表面能，同時(shí)包覆一層包覆層，可以很好的起到均勻分散作用。
分散劑的添加顯著增強(qiáng)了顆粒間的相互排斥作用，為顆粒的良好分散營(yíng)造出所需要的物理化學(xué)條件。排斥作用主要通過(guò)以下三種方式實(shí)現(xiàn)：一是增大顆粒表面電位的絕對(duì)值，以提高顆粒間的靜電排斥任用；二是通過(guò)高分子分散劑在顆粒表面形成吸附層之間的空間位阻效應(yīng)，使顆粒間產(chǎn)生很強(qiáng)的空間位阻排斥力；三是調(diào)控顆粒表面極性，增強(qiáng)分散介質(zhì)對(duì)顆粒的潤(rùn)濕性，在滿(mǎn)足潤(rùn)濕原則的同時(shí)，增強(qiáng)表面溶劑化膜，提高它的表面結(jié)構(gòu)化程度，使結(jié)構(gòu)化排斥力增大。
電子漿料中使用的一般是高分子分散劑，主要是利用它在顆粒表面的吸附膜的強(qiáng)大空間位阻排斥效應(yīng)，高分子分散劑的致密吸附膜對(duì)顆粒的團(tuán)聚、分散狀態(tài)有非常顯著的作用。常用的有機(jī)高分子鏈上均勻分布著大量的極性基團(tuán)，由此導(dǎo)致顆粒表面的親水化，增強(qiáng)表面對(duì)極性液體的潤(rùn)濕性，有利于顆粒分散。
分別添加了相同含量的BYK、TEGO、BASF三種不同分散劑，配制成原始漿料。低溫納米材料制備分散機(jī)對(duì)原始漿料進(jìn)行納米均質(zhì)分散，將分散好的漿料進(jìn)行三輥研磨和過(guò)濾，制備好的電子漿料按照1.3.4進(jìn)行漿料分散性的測(cè)試，弛豫時(shí)間如圖3所示。
從上圖中的弛豫時(shí)間結(jié)果來(lái)看，當(dāng)采用納米均質(zhì)分散工藝時(shí)，三輥研磨時(shí)間30分鐘時(shí)，分散劑為BYK時(shí)，漿料的分散均勻性最好。而采用TEGO和BASF分散劑配制的漿料分散均勻性比BYK差，故采用BYK為漿料的分散劑。
2.4 分散劑含量對(duì)分散均勻性影響
分散劑的含量對(duì)漿料的均勻性、流變特性和穩(wěn)定性有著明顯的影響。當(dāng)分散劑含量過(guò)低時(shí)，漿料處于部分解凝狀態(tài)，顆粒表面具有較低的電荷密度，顆粒間的排斥作用較小，而范德華力作用較強(qiáng)，粘度較大，粘料體系的穩(wěn)定性差。隨著分散劑含量的增加，使分散劑分子在顆粒表面吸附漸漸趨于飽和，顆粒表面電荷密度增加，顆粒間的排斥作用也相應(yīng)增強(qiáng)，漿料逐漸達(dá)到完全解凝狀態(tài)，漿料的分散性好，此時(shí)漿料的粘度變小，穩(wěn)定性好不容易發(fā)生沉降。當(dāng)分散劑含量過(guò)高時(shí)，顆粒可供分散劑吸附的面積有限，當(dāng)分散劑在顆粒表面達(dá)到飽和吸附后，多余未吸附的分散劑鏈會(huì)相互橋聯(lián)形成橋梁作用，使原本分散的顆粒再次團(tuán)聚，從而產(chǎn)生絮凝沉降現(xiàn)象，導(dǎo)致漿料的流動(dòng)性、分散性和穩(wěn)定性變差，降低了原有漿料的各項(xiàng)性能，因此在使用分散劑提升漿料的分散性及穩(wěn)定性的時(shí)候，需要測(cè)試出合適的含量配比，才能制備出分散性好且穩(wěn)定的漿料。
采用BYK為分散劑，含量分別為0.3%、0.6%、0.9%，配制成原始漿料。低溫納米材料制備分散機(jī)對(duì)原始漿料納米均質(zhì)分散，將分散好的漿料進(jìn)行三輥研磨和過(guò)濾，制備好的電子漿料按照1.3.4 進(jìn)行漿料分散性的測(cè)試，弛豫時(shí)間如圖4所示。從上圖中的弛豫時(shí)間結(jié)果來(lái)看，當(dāng)采用納米均質(zhì)分散工藝時(shí)，三輥研磨時(shí)間30分鐘時(shí)，分散劑為BYK，含量為0.6%時(shí)，漿料的分散均勻性最好。而當(dāng)分散劑BYK含量過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，漿料分散均勻性都不好，故選擇分散劑BYK 含量為0.6%配制漿料。高分子分散劑的分散和團(tuán)聚作用是可以轉(zhuǎn)化的，所以分散劑含量并非越多越好，要根據(jù)漿料固含量及顆粒尺寸進(jìn)行最佳含量范圍的確定。
(1) 測(cè)定三種不同分散工藝制備的電子漿料的分散均勻性，納米均質(zhì)分散工藝的弛豫時(shí)間最短，分散效果最好。
(2) 測(cè)定三種不同研磨時(shí)間工藝制備的電子漿料的分散均勻性，研磨時(shí)間30分鐘和45分鐘時(shí)，結(jié)果相接近，選擇研磨時(shí)間為30分鐘。
(3) 測(cè)定三種不同類(lèi)型及含量的分散劑制備的電子漿料的分散均勻性，分散劑為BYK，含量為0.6%時(shí)，漿料的分散均勻性最好。
掃一掃 關(guān)注我們
