CN104650653A

CN104650653A - 一种纳米导电银浆及其制备方法

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Publication number: CN104650653A
Application number: CN201310597481.4A
Authority: CN
Inventors: 谷小虎; 黄友科; 丁轶; 王正元
Original assignee: SUZHOU COLD STONE NANO MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU COLD STONE NANO MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-22
Filing date: 2013-11-22
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-11-22
Also published as: CN104650653B

Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种纳米导电银浆及其制备方法，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成：纳米银0.5～5份；树脂10～30份；分散剂0.01～2份；表面助剂0.01～2份；防沉剂0.01～2份；流平剂0.01～2份；纳米助剂0.1～2份；增稠剂0.5～2份；有机溶剂50～95份；颜料0.01～10份；固化剂0.01～5份。本发明所制备的产品针对低温固化浆料与电子线路的印刷相匹配的需求，可广泛应用于集成电路、多芯片组件、薄膜开关、键盘线路等电子元器件中。

Description

一种纳米导电银浆及其制备方法

技术领域

本发明属于导电银浆领域，尤其涉及一种纳米导电银浆及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，人们对电子元器件的要求越来越高，电子元器件多采用流程化、标准化来生产以降低成本。随着电子计算机工业、消费电子产品的发展，对键盘线路、触摸屏引线、触控开关、RFID标签等的需求更为巨大。因此，针对低温固化浆料与电子线路的印刷相匹配的需求，开展新的低温固化浆料的研究也势在必行。

一般电子浆料的主要成分包括有功能相如金属、贵金属粉末等；无机粘结剂如玻璃粉末、氧化物粉末等；有机粘结剂、其它的溶剂和添加剂。通常，电子浆料中的功能相起导电作用，要具有良好的导电性能，一般由金属粉末或贵金属粉末制成，常用的金属粉末有铜粉、铝粉、锌粉、镍粉等，常用的贵金属粉有金粉、银粉、铂粉、钯粉等。无机粘结剂主要作用是将电子浆料固定到基材，一般为氧化物粉末和玻璃粉末，但是这一成分在电子浆料中的比重比较低，在低温固化银浆中甚至没有；有机粘结剂主要使浆料具有一定的形状和粘度、易于印刷,主要包括高分子树脂、小分子溶剂等。随着化学工业技术的进步,这部分在电子浆料中的作用越来越突出，尤其应用于丝网印刷时，改变有机粘结剂的成分就可以改变电子浆料的印刷、干燥、烧结性能。

现有的电子浆料中，银系浆料因其导电率高，性能稳定、与基板结合强度大等优势，被广泛应用于集成电路、多芯片组件、薄膜开关、键盘线路等电子元器件中。但是，现有的银浆料中的银粉末大部分是微米级的粉末颗粒，其制成的浆料的膜层厚度、印刷性能等对于现在的高端的精密仪器有很大的局限性，这就限制了银导体浆料的应用范围；另一方面，现有的键盘线路多采用纯银制成导电线路，存在成本高的问题。鉴于以上现有银浆料存在的不足，开发出一种新型的印刷线路专用的低银含量、低温固化、并能大规模生产的银浆就成为当务之急。中国专利201110448534.7公开了一种银含量为5~20%的薄膜开关用低温固化银浆，尽管所用银粉含量较低，但是还需加入银包铜导电填料，因而最终导电填料含量仍超过40%，由于导电填料含量高，印刷后干膜厚度大会导致薄膜柔韧性变差，因此这一方法仍无法克服低银含和柔韧性的问题。另一中国专利申请201310014690.1中公开了耐高温,低电阻的导电银浆的生产方法，在微米银粉含量达到45%以上的同时再加入5%的纳米银粉，才能达到较好的导电性能。随着各类智能电子设备的广泛普及，此类低温导电银浆使用量越来越大，而金属银作为一类贵金属资源，需要尽量减少其使用量，通常的银浆中银含量在40~70%，且颜色为灰色或者银灰色，色彩单一，难以满足各类行业的需求。因此在保证较低的电阻的情况下，如何实现超低银含量及丰富色彩的银浆就显得非常重要。

发明内容

本发明的目的在于为解决上述问题，提供了一种导电性能好、附着力强、稳定性好、不易氧化、色彩丰富、色泽稳定的低银含量、低温固化、多彩的纳米导电银浆。

本发明的另一个目的是提供一种上述纳米导电银浆的制备方法。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：

一种纳米导电银浆，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成：

纳米银 0. 5~5份；

树脂 10~30份；

分散剂 0.01~2份；

表面助剂 0. 01~2份；

防沉剂 0. 01~2份；

流平剂 0. 01~2份；

纳米助剂 0. 1~2份；

增稠剂 0.5~2份；

有机溶剂 50~95份；

颜料 0.01~10份；

固化剂 0.01~5份。

所述的纳米银选自纳米银棒、纳米银线、纳米银球、或纳米银片中的一种或一种以上。

所述的树脂选自醋酸纤维素、硝化纤维素、羟丙基甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸酯、氟碳树脂、聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）、聚苯胺、聚酮树脂、聚醛树脂、或氯醋树脂中的一种或一种以上。

优选的，所述的树脂选自丙烯酸酯树脂、醋酸纤维素、聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）、或聚酮树脂中的一种或一种以上。

所述的分散剂选自德国迪高Tego Dispers 610、迪高Tego Dispers 610S、迪高Tego Dispers 655、迪高Tego Dispers 700、迪高Tego Dispers 710、迪高Tego Dispers 740W、迪高Tego Dispers 750W、迪高Tego Dispers 760W、迪高Tego Dispers 750w、或迪高Tego Dispers 760w中的一种或一种以上。

所述的表面助剂选自十六烷基三甲基溴化铵、氯代十六烷基吡啶、十六烷基三甲基氯化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酰胺、或非离子型氟碳表面活性剂中的一种或一种以上。

所述的防沉剂选自三井化工防沉降助剂FDSS-5、三井化工防沉降助剂FD380、有机膨润土 881-A、有机膨润土881-B、有机膨润土P-1、海名斯ST流变助剂、聚酰亚胺蜡MT 6650、比克BYK 420、比克BYK-425、或比克BYK-410中的一种或一种以上。

优选的，所述的防沉剂选自比克BYK 420、比克BYK-425、比克FD380、或三井化工防沉降助剂FDSS-5中一种或一种以上。

所述的流平剂选自比克BYK-300、比克BYK-333、比克BYK-310、比克BYK-371、比克BYK-358、迪高Tego900、迪高Tego410、迪高Tego432、或迪高Tego450中的一种或一种以上。

所述的纳米助剂选自二氧化钛纳米颗粒M-5、德固赛OK520、德固赛TS100、石墨烯纳米片、碳纳米球、碳纳米管、氧化铝纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、或氧化铁纳米颗粒中的一种或一种以上。

优选的，所述的纳米助剂选自二氧化钛纳米颗粒M-5、石墨烯纳米片、氧化锌纳米颗粒、或氧化铝纳米颗粒中的一种或一种以上。

所述的增稠剂选自迪高Tego viscoplus 3000、迪高Tego viscoplus 3060、海明斯德谦 WT-105A、海明斯德谦WT-120、海明斯德谦WT113、或德谦229中的一种或一种以上。

所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、乙二醇、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乳酸乙酯、戊酸乙酯、丙酮、甲乙酮、丁酮、异佛尔酮、二丙酮醇、环己酮、尼龙酸二甲酯（DBE）、松油醇、二乙二醇乙醚、乙酸二甘醇一乙基醚酯或丙二醇醚中的一种或一种以上。

优选的，所述的有机溶剂选自二甲基甲酰胺、乙二醇、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚甲苯、乳酸乙酯、戊酸乙酯、异佛尔酮、尼龙酸二甲酯（DBE）、松油醇、二乙二醇乙醚或乙酸二甘醇一乙基醚酯中的一种或一种以上。

所述的颜料选自有机色粉、有机染料、无机色粉、无机填料、水性染料、油性染料或水油通用型染料中的一种或一种以上。

所述的固化剂选自拜耳Desmodur 3390BA/SN、拜耳Desmodur N3300、拜耳Bayhydur XP2451、拜耳Bayhydur 2570、拜耳Desmodur RC、日本旭化成NPU固化剂CORONATE HXR、日本旭化成NPU固化剂CORONATE HX、日本旭化成NPU固化剂CORONATE HK、日本旭化成NPU固化剂CORONATE 2604、日本旭化成固化剂MF-K60X、日本旭化成固化剂MF-B60X、德固赛BI1358A、日本富士Fujicure FXR1081、或日本富士FujicureFXR 1020中的一种或一种以上。

优选的，所述的固化剂选自拜耳Desmodur 3390BA/SN、日本旭化成固化剂MF-B60X、德固赛 BI1358A、日本富士Fujicure FXR1081、或FujicureFXR 1020中的一种或一种以上。

（1）首先将10~30份树脂加入到20~47.5份有机溶剂中，溶解，用分散机搅拌均匀后，加入0. 01~2份表面助剂得到膏状液体A；

（2）将0. 5~5份纳米银分散于20~47.5份有机溶剂中，得到纳米银分散液B；

（3）取部分膏状液体A与0.01~10份颜料相混合，分散机搅拌均匀后，用三辊机研磨6-10遍，得到分散均匀的颜料膏C；

（4）将膏状液体A、纳米银分散液B以及颜料膏C混合后，再加入0.01~5份固化剂、0.01~2份分散剂、0. 01~2份防沉剂、0. 01~2份流平剂、0. 1~2份纳米助剂、0.5~2份增稠剂，混合均匀，强力搅拌分散，得到纳米导电银浆。

所述的有机溶剂总量为50~95份。

所述的步骤（1）中的有机溶剂用量为有机溶剂总量的一半;

所述的步骤（2）中的有机溶剂用量为剩下的有机溶剂。

有益效果：

（1）该方法制得低固含的触摸屏导电银浆中银含量很低，只有普通的触摸屏导电银浆比如东洋纺，埃奇森等含量的1/20-1/30，并且导电性能够满足客户的要求。

（2）该制备方法工艺简单，操作方便，可以实现大规模生产。

（3）该方法制得低固含的触摸屏导电银浆由于其低固含使得油墨丝网印刷干燥后的膜层很薄，厚度不超过1 μm，使得激光刻蚀很容易。

（4）导电银浆的颜色不是单纯的银色或银灰色，而是具有丰富色彩的有更为广泛用途的的导电银浆。

具体实施方式

下面实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明具体实施的技术方案。

实施例

一种纳米导电银浆，由以下方法制备：

（1）按照表1中的配比准备各组分原料，将树脂加入到有机溶剂中，溶解，用分散机搅拌均匀后，加入表面助剂得到膏状液体A；

（2）将纳米银分散于有机溶剂中，得到纳米银分散液B；

（3）取部分膏状液体A与颜料相混合，分散机搅拌均匀后，用三辊机研磨6-10遍，得到分散均匀的颜料膏C；

（4）将膏状液体A、纳米银分散液B以及颜料膏C混合后，再加入固化剂、分散剂、防沉剂、流平剂、纳米助剂、增稠剂，混合均匀，强力搅拌分散，得到纳米导电银浆。

所述的步骤（1）中的有机溶剂用量为有机溶剂总量的一半;

所述的步骤（2）中的有机溶剂用量为剩下的有机溶剂。

表1

表2

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					纳米银浓度	4.9%	0.5%	1.4%	2.4%
纳米导电银浆粘度	12000-20000 mPa·s	15000-22000 mPa·s	10000-15000 mPa·s	10000-15000 mPa·s
					薄膜电阻	0.8-1.0Ω/□	1.0-2.0Ω/□	0.1-0.3Ω/□	0.5-1.0 Ω/□

实施例1中纳米银线、实施例2中纳米银棒的平均直径为40纳米，平均长度为30-50微米，长径比超过600。

对实施例1中的纳米导电银浆的检测过程：以光学级聚对苯二甲酸乙二酯（PET）为透明柔性基材，其自身透光率为92%，厚度为188微米。将上述制备好的纳米导电银浆以350目聚酯的网版，线路的线宽为0.3mm, 以丝网印刷的方式涂覆于PET基材表面上，在140-150度的鼓风烘箱中加热30-60min。最后采用四探针测试仪测量所得膜的薄膜电阻，并测试不同弯折角对薄膜电阻的影响，颜色为深蓝色导电线路，薄膜电阻为0.8-1.0Ω/□。

对实施例2中的纳米导电银浆的检测过程：以350目聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的网版印刷，线路的线宽为0.3mm, 以丝网印刷的方式涂覆于PET基材表面上，在140-150度的鼓风烘箱中加热30-60min。最后采用四探针测试仪测量所得膜的薄膜电阻，并测试不同弯折角对薄膜电阻的影响，颜色为黄色导电线路，薄膜电阻为1.0-2.0 Ω/□。

对实施例3中的纳米导电银浆的检测过程：以光学级聚对苯二甲酸乙二酯（PET）为透明柔性基材，其自身透光率为92%，厚度为188微米。将上述制备好的纳米导电银浆以350目聚酯的网版印刷，线路的线宽为0.3mm, 以丝网印刷的方式涂覆于PET基材表面上，在140-150度的鼓风烘箱中加热30-60min。最后采用四探针测试仪测量所得膜的薄膜电阻，并测试不同弯折角对薄膜电阻的影响，颜色为红色导电线路，薄膜电阻为0.1-0.3Ω/□。

对实施例4中的纳米导电银浆的检测过程：以光学级聚对苯二甲酸丁二酯（PET）为透明柔性基材，其自身透光率为90%，厚度为100微米。将上述制备好的纳米导电银浆以420目聚酯的网版印刷，线路的线宽为0.3mm, 以丝网印刷的方式涂覆于PET基材表面上，在140-150度的鼓风烘箱中加热30-60min。最后采用四探针测试仪测量所得膜的薄膜电阻，并测试不同弯折角对薄膜电阻的影响，颜色为绿色导电线路，薄膜电阻为0.1-0.3 Ω/□。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种纳米导电银浆，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成：

纳米银 0. 5~5份；

树脂 10~30份；

分散剂 0.01~2份；

表面助剂 0. 01~2份；

防沉剂 0. 01~2份；

流平剂 0. 01~2份；

纳米助剂 0. 1~2份；

增稠剂 0.5~2份；

有机溶剂 50~95份；

颜料 0.01~10份；

固化剂 0.01~5份。

2.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆，其特征在于，所述的纳米银选自纳米银棒、纳米银线、纳米银球、或纳米银片中的一种或一种以上；所述的分散剂选自德国迪高Tego Dispers 610、迪高Tego Dispers 610S、迪高Tego Dispers 655、迪高Tego Dispers 700、迪高Tego Dispers 710、迪高Tego Dispers 740W、迪高Tego Dispers 750W、迪高Tego Dispers 760W、迪高Tego Dispers 750w、或迪高Tego Dispers 760w中的一种或一种以上；所述的表面助剂选自十六烷基三甲基溴化铵、氯代十六烷基吡啶、十六烷基三甲基氯化铵、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯酰胺、或非离子型氟碳表面活性剂中的一种或一种以上；所述的流平剂选自比克BYK-300、比克BYK-333、比克BYK-310、比克BYK-371、比克BYK-358、迪高Tego900、迪高Tego410、迪高Tego432、或迪高Tego450中的一种或一种以上；所述的增稠剂选自迪高Tego viscoplus 3000、迪高Tego viscoplus 3060、海明斯德谦 WT-105A、海明斯德谦WT-120、海明斯德谦WT113、或德谦229中的一种或一种以上。

3.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆，其特征在于所述的颜料选自有机色粉、有机染料、无机色粉、无机填料、水性染料、油性染料、或水油通用型染料中的一种或一种以上。

4.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆，其特征在于，所述的树脂选自醋酸纤维素、硝化纤维素、羟丙基甲基纤维素、醋酸丁酸纤维素、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸酯、氟碳树脂、聚乙撑二氧噻吩、聚苯胺、聚酮树脂、聚醛树脂、或氯醋树脂中的一种或一种以上；优选的，所述的树脂选自丙烯酸酯树脂、醋酸纤维素、聚乙撑二氧噻吩、或聚酮树脂中的一种或一种以上。

5.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆，其特征在于，所述的防沉剂选自三井化工防沉降助剂FDSS-5、三井化工防沉降助剂FD380、有机膨润土 881-A、有机膨润土881-B、有机膨润土P-1、海名斯ST流变助剂、聚酰亚胺蜡MT 6650、比克BYK 420、比克BYK-425、或比克BYK-410中的一种或一种以上；优选的，所述的防沉剂选自比克BYK 420、比克BYK-425、比克FD380、或三井化工防沉降助剂FDSS-5中一种或一种以上。

6.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆，其特征在于，所述的纳米助剂选自二氧化钛纳米颗粒M-5、德固赛OK520、德固赛TS100、石墨烯纳米片、碳纳米球、碳纳米管、氧化铝纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、或氧化铁纳米颗粒中的一种或一种以上；优选的，所述的纳米助剂选自二氧化钛纳米颗粒M-5、石墨烯纳米片、氧化锌纳米颗粒、或氧化铝纳米颗粒中的一种或一种以上。

7.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆，其特征在于，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺、乙二醇、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸异丙酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乳酸乙酯、戊酸乙酯、丙酮、甲乙酮、丁酮、异佛尔酮、二丙酮醇、环己酮、尼龙酸二甲酯、松油醇、二乙二醇乙醚、乙酸二甘醇一乙基醚酯、或丙二醇醚中的一种或一种以上；优选的，所述的有机溶剂选自二甲基甲酰胺、乙二醇、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、二丙二醇丁醚、二丙二醇甲醚甲苯、乳酸乙酯、戊酸乙酯、异佛尔酮、尼龙酸二甲酯、松油醇、二乙二醇乙醚、或乙酸二甘醇一乙基醚酯中的一种或一种以上。

8.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆，其特征在于，所述的固化剂选自拜耳Desmodur 3390BA/SN、拜耳Desmodur N3300、拜耳Bayhydur XP2451、拜耳Bayhydur 2570、拜耳Desmodur RC、日本旭化成NPU固化剂CORONATE HXR、日本旭化成NPU固化剂CORONATE HX、日本旭化成NPU固化剂CORONATE HK、日本旭化成NPU固化剂CORONATE 2604、日本旭化成固化剂MF-K60X、日本旭化成固化剂MF-B60X、德固赛BI1358A、日本富士Fujicure FXR1081、或日本富士FujicureFXR 1020中的一种或一种以上；优选的，所述的固化剂选自拜耳Desmodur 3390BA/SN、日本旭化成固化剂MF-B60X、德固赛 BI1358A、日本富士Fujicure FXR1081、或FujicureFXR 1020中的一种或一种以上。

9.根据权利要求1所述的一种纳米导电银浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）首先将10~30份树脂加入到有机溶剂中，溶解，用分散机搅拌均匀后，加入0. 01~2份表面助剂得到膏状液体A；

（2）将0. 5~5份纳米银分散于有机溶剂中，得到纳米银分散液B；

（3）取部分膏状液体A与0.01~10份颜料相混合，分散机搅拌均匀后，用三辊机研磨6~10遍，得到分散均匀的颜料膏C；

（4）将膏状液体A、纳米银分散液B以及颜料膏C混合后，再加入0.01~5份固化剂、0.01~2份分散剂、0. 01~2份防沉剂、0. 01~2份流平剂、0. 1~2份纳米助剂、0.5~2份增稠剂，混合均匀，强力搅拌分散，得到纳米导电银浆；

所述的有机溶剂总量为50~95份。

10.根据权利要求9所述的纳米导电银浆的制备方法，其特征在于，所述的步骤（1）中的有机溶剂用量为有机溶剂总量的一半；所述的步骤（2）中的有机溶剂用量为剩下的有机溶剂。