一種低成本銅摻雜導(dǎo)電銀漿及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)電銀膠，特別是涉及一種銅摻雜導(dǎo)電銀漿及其制備方法；屬于電子 材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電銀漿已廣泛應(yīng)用于太陽能電池、薄膜開關(guān)、觸摸屏印刷電路、RFID和電磁屏蔽 等領(lǐng)域以適應(yīng)電子產(chǎn)品向輕、薄、多功能、低成本方向發(fā)展的要求。
[0003] 通常導(dǎo)電銀漿是由金屬銀粉、高分子樹脂、有機溶劑以及添加劑組成，機械混合后 形成粘稠液體，經(jīng)加熱或者紫外光固化后形成導(dǎo)電的固體材料。導(dǎo)電性能是影響導(dǎo)電漿料 應(yīng)用的關(guān)鍵因素，金屬銀的體積電阻率為1.65X1(T8Q?_，其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性 被廣泛用于導(dǎo)電漿料的導(dǎo)電相。但是用于電子產(chǎn)品的導(dǎo)電銀漿的銀含量通常到達(dá)80%，銀 粉價格昂貴限制了導(dǎo)電銀漿的使用。目前國內(nèi)市場上導(dǎo)電銀漿的價格約為5000?6000元 /kg，作為導(dǎo)電漿料中導(dǎo)電相銀粉的替代物，銅粉具有相近的體積電阻率1.75X1(T8Q?_， 用銅粉替代銀粉制備導(dǎo)電漿料有巨大的經(jīng)濟價值。然而，微米或納米級別的銅粉因為其比 表面積大、表面能大和表面活性高，在空氣中極易被氧化成不導(dǎo)電的氧化銅和氧化亞銅，影 響了銅粉的色澤、導(dǎo)電性和分散性能等。如果將銅粉直接應(yīng)用到導(dǎo)電漿料中，因為銅粉的氧 化問題會引起導(dǎo)電漿料電阻增大，甚至出現(xiàn)完全不導(dǎo)電的情況，影響電子產(chǎn)品的使用，因此 未經(jīng)處理的銅粉不能用于導(dǎo)電漿料的制備。聚苯胺是一種導(dǎo)電聚合物，通過化學(xué)方法形成 聚苯胺包覆的銅粉后，可以提高銅粉抗氧化能力及分散性能，而不影響其導(dǎo)電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服銅粉易氧化的問題，提供一種銅摻雜導(dǎo)電銀漿及其制備方 法，在保證導(dǎo)電銀漿的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性和流平性的基礎(chǔ)上，降低導(dǎo)電銀漿的價格。
[0005] 一種低成本銅摻雜導(dǎo)電銀漿的制備方法，包括如下步驟：
[0006] 1)銅粉的表面處理：將銅粉投加到稀鹽酸稀溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮，充分 攪拌，再加入苯胺單體，在室溫下攪拌使苯胺和銅粉混合均勻，然后邊攪拌邊滴加過氧化氫 溶液，滴加完畢，常溫反應(yīng)48?72h后，過濾出銅粉，洗滌，干燥，得到聚苯胺包覆的銅粉；
[0007] 2)高分子樹脂的溶解：將高分子樹脂加入到有機混合溶劑中，在70?80°C的恒溫 水浴中攪拌，使高分子樹脂充分溶解，維持70?80°C的恒溫水??；所述的高分子樹脂為聚 氨酯、丙烯酸樹脂、羥甲基纖維素、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、甲基纖維素和乙基纖維素中的 一種或兩種；
[0008] 3)銀漿的制備：將步驟1)所述聚苯胺包覆的銅粉、銀粉和添加劑加入到步驟2) 得到高分子樹脂中，用高速剪切機分散均勻，研磨；在60°C以下真空脫泡處理，得到低成本 銅摻雜導(dǎo)電銀漿；
[0009] 所述的添加劑包括偶聯(lián)劑、流平劑和增塑劑，偶聯(lián)劑、流平劑和增塑劑分別占添加 劑總質(zhì)量的10?20%、5?55%和20?70%;所述的偶聯(lián)劑選自KR-38S，KR-138S，KH-560， KH-572中的一種或幾種；所述的流平劑選自磷酸三甲酯、軟磷酸中的一種或兩種；所述的 增塑劑選自鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛脂中的一種或兩種；
[0010] 以重量百分比計，原料配方組成為：
[0011] 銀粉占20?30%
[0012] 聚苯胺包覆的銅粉占35?55%
[0013] 高分子樹脂占3?15%
[0014] 有機溶劑占10?25%
[0015] 添加劑占1?5%。
[0016] 進(jìn)一步地，所述的銀粉為片狀銀粉和球狀銀粉的混合物，其中片狀銀粉與球狀銀 粉質(zhì)量比3:1?1:2,片狀銀粉的粒徑為4?6ym，球狀銀粉的粒徑為1?3ym。
[0017] 所述的銅粉粒徑為3?8ym。
[0018] 所述的有機溶劑為乙酸乙酯、環(huán)己酮、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸 酯、甲基異丁基甲酮、甲基硅油、松節(jié)油、松油醇、丁基卡必醇、丁基卡必醇乙酸酯和聚醋酸 乙烯酯中的一種或多種。
[0019] 所述的鹽酸稀溶液的摩爾濃度為0. 2?2mol/L，與銅粉質(zhì)量比為2?8:1。
[0020] 所述的聚乙烯吡咯烷酮與銅粉的質(zhì)量比為0. 4?0. 6:1 ;所述的苯胺與銅粉的質(zhì) 量比為2?3:1 ;所述的過氧化氫溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12?30%，與銅粉的質(zhì)量比為6?18:1。
[0021] 所述的洗滌為用蒸餾水和乙醇分別沖洗銅粉至濾液為無色；所述干燥為在40? 60°C真空干燥24?48h。
[0022] 所述的研磨為在三輥研磨機上研磨；所述真空脫泡處理的時間為15?60min，真 空度控制在0. 04?0. 06MPa;
[0023] 所述的低成本銅摻雜導(dǎo)電銀漿的粘度為20?30P?S;所述的低成本銅摻雜導(dǎo)電 銀漿的電阻率為 5. 0X1(T5D?cm ?10. 0X1(T5D? cm。
[0024] -種低成本銅摻雜導(dǎo)電銀漿，由上所述制備方法制得。
[0025] 與現(xiàn)有銀漿相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0026] 1)本發(fā)明銅摻雜導(dǎo)電銀漿燒結(jié)后，在溫度為25°C，相對濕度為45%的環(huán)境下放置 12個月后，電阻率升高低于20% ;在長期使用過程中，導(dǎo)電性能無明顯的下降，表明該導(dǎo)電 銀漿的穩(wěn)定性良好，可以滿足精密電子儀器的要求。
[0027] 2)本發(fā)明提供了一種解決銅粉在空氣中易氧化問題的方法，銅粉經(jīng)過聚合物包覆 后，與銀粉一起作為金屬導(dǎo)電粉體用于導(dǎo)電銀漿的制備。該銅摻雜導(dǎo)電銀漿，制備工藝簡 單，電阻小，體積電阻率達(dá)到5X1(T5Q?cm，固化溫度低，印刷性能良好，對環(huán)境友好，在燒 結(jié)過程中溶劑揮發(fā)不產(chǎn)生有毒氣體。
[0028] 3)本發(fā)明低成本銅摻雜導(dǎo)電銀漿在保持銀漿的導(dǎo)電性、硬度、致密性、附著力和彎 曲抗疲勞性能基礎(chǔ)上降低銀漿的價格，成本降低明顯，可廣泛用于太陽能電池、薄膜開關(guān)、 柔性印刷和觸摸屏電磁屏蔽等各類電子設(shè)備中，具有巨大的市場應(yīng)用價值。
[0029] 具體實施方法
[0030] 為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的實施 方式不限如此。
[0031] 實施例1
[0032] 一種銅摻雜導(dǎo)電銀漿的制備方法，包括以下工藝步驟：
[0033] 1)銅粉的表面處理
[0034] 將50g銅粉（銅粉的粒徑為在3?8ym)加入到200g濃度為0? 5mol/L的鹽酸 中，加入25g聚乙烯吡咯烷酮（PVP)，在室溫下機械攪拌20min，隨后加入100g苯胺，繼續(xù)攪 拌30min，使苯胺和銅粉充分混合，然后邊攪拌邊將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的過氧化氫溶液500g 緩慢滴加到苯胺/銅粉的混合體系中，注意控制滴加速度，使溫度升高不能超過2°C。滴 加完畢，常溫反應(yīng)48h，過濾，用蒸餾水和乙醇分別沖洗銅粉至濾液為無色，50°C下真空干燥 24h，得到聚苯胺包覆的銅粉。
[0035] 2)高分子樹脂的溶解
[0036] 將10g聚氨酯加入到12g有機溶劑中，在80°C的恒溫水浴中充分?jǐn)嚢瑁咕郯滨ト?解，溶解后停止攪拌，溶解的聚氨酯維持在80°C水浴中。有機溶劑為環(huán)己酮和乙酸乙酯的混 合物（質(zhì)量比為2:1)。
[0037] 3)銅摻雜導(dǎo)電銀漿的制備
[0038] 將步驟1)得到的聚苯胺包覆的銅粉、25g銀粉、3g添加劑加入步驟2)的溶解的 聚氨酯中，通過高速剪切機分散均勻后，在三輥研磨機上研磨。在60°C條件下，真空脫泡 15min，真空度控制在0. 05MPa，得到粘度為24P?S的導(dǎo)電銀漿。添加劑為KR-38S、磷酸三 甲酯、鄰苯二甲酸二辛脂，三者的質(zhì)量比為2:5:3。銀粉為片狀銀粉和球狀銀粉的混合物，片 狀銀粉的粒徑為4?6ym，球狀銀粉的粒徑為1?3ym，片狀銀粉與球狀銀粉的質(zhì)量比為 3:1〇
[0039] 本實施例所得銅摻雜導(dǎo)電銀漿產(chǎn)物中銅粉的用量是銀粉的2倍，銅粉的質(zhì)量占到 原料用量的50%，極大地降低了原料成本。
[0040] 實施例2
[0041] 一種銅摻雜導(dǎo)電銀漿的制備方法，包括以下工藝步驟：
[0042] 1)銅粉的表面處理
[0043] 將50g銅粉（銅粉的粒徑為在3?8ym)加入到200g濃度為0. 5mol/L的鹽酸中， 加入25g聚乙烯吡咯烷酮（PVP)，在室溫下機械攪拌20min，隨后加入100g苯胺，繼續(xù)攪拌 30min，使苯胺和銅粉充分混合，然后邊攪拌邊將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15 %的過氧化氫溶液500g緩 慢滴加到苯胺/銅粉的混合體系中，注意控制滴加速度，溫度升高不能超過2°C，滴加完畢， 常溫反應(yīng)48h，過濾，用蒸餾水和乙醇分別沖洗銅粉至濾液為無色，50°C下真空干燥24h，得 到聚苯胺包覆的銅粉。
[0044] 2)高分子樹脂的溶解
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