具有花朵状微观结构的银粉及其制备方法、导电油墨与流程

本发明涉及银粉的制备方法，特别是涉及一种具有花朵状微观结构的银粉的制备方法。

背景技术：

近年来，柔性电路板、无线射频识别系统(RFID)、薄膜开关、薄膜电阻等的迅速兴起，推动了导电油墨技术的高速发展。利用柔性版印刷、胶版印刷、凹版印刷等技术，通过紫外光或电子束实现油墨固化的印刷方法正受到科学界和产业界的广泛关注。当前，为了实现良好的导电性，常用的方法是通过增加导电油墨中导电填料的添加量形成更佳的导电网络通路。在增加导电性填料含量的情况下，特别当进行高速印刷时易发生产生转印错误或摩擦，导致固化后不导通等印刷性、印刷精度等方面的问题。另外，对于光固化型的导电油墨，当导电性填料的含量增加时，固化阶段紫外线无法到达导电性油墨整体，导致印刷后的导电性油墨固化不充分或固化时间延长，带来了印刷线路力学性能和对基底材料的粘附力方面的问题。对于导电油墨领域，开发出固化后显示出高导电性且适合高速印刷技术的导电性油墨极具产业意义。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种具有花朵状微观结构的银粉及其制备方法、导电油墨，制得的银粉应用于导电油墨中，可提升导电油墨的导电性，且导电油墨的印刷性、印刷精度也较好。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种具有花朵状微观结构的银粉的制备方法，包括以下步骤，S1，分别制备前驱体溶液、第一还原剂溶液、表面活性剂溶液、银盐溶液和第二还原剂溶液；其中，所述前驱体溶液中的阴离子能与银离子形成络合前驱体，所述第一还原剂溶液为弱还原剂溶液，所述第二还原剂溶液比所述第一还原剂溶液的还原性强；所述前驱体盐溶液、第一还原剂溶液、表面活性溶液、银盐溶液和第二还原剂溶液的摩尔浓度之比为1：0.1～10：0.05～50：0.1～5：0.1～10；S2，将所述前驱体盐溶液、第一还原剂溶液和表面活性剂溶液倒入反应容器中搅拌均匀；S3，将所述银盐溶液以0.01～1L/min的滴加速度加入到所述反应容器中，以10～1000rpm的搅拌速度进行搅拌，充分反应后制得银盐前驱体溶液；S4，在步骤S2制得的银盐前驱体溶液中以0.01～1L/min的滴加速度加入所述第二还原剂溶液，以10～1000rpm的搅拌速度进行搅拌，调节混合溶液的pH值在7.5≤pH≤12的范围，在-10℃～80℃的温度下充分反应后得到沉淀；S5，将所述沉淀进行过滤、洗涤处理和真空干燥，制得具有花朵状微观结构的银粉。

一种根据如上所述的制备方法制得的具有花朵状微观结构的银粉。

一种导电油墨，包括基底材料和分散在基底材料中的金属粉末，所述金属粉末包括如上所述的具有花朵状微观结构的银粉。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

本发明的具有花朵状微观结构的银粉的制备方法，制得的银粉中的花朵状银颗粒的平均直径在300～600nm，在亚微米级，且银粉中银颗粒的尺寸较接近，均集中在上述范围，单分散性较好。此外，花朵状颗粒的表面具有厚度在8～50nm的片层结构。该特征尺寸较精细，当作为导电填料应用到导电油墨中时，8～50nm的特征尺寸的表面形貌，易于经低温处理发生烧结，形成良好的欧姆导电效果，从而可提升应用的导电油墨的导电性。银粉中银颗粒为花状球形，且是作为填充组分添加，添加后对树脂的流动性影响较小，可以方便配置印刷浆料的施工工艺。银粉具有上述低温烧结特性，从而添加较少量即可改善导电性，不会影响油墨的印刷性。而银粉的尺寸均一、分散性较好，从而在树脂中不易团聚，可以均匀喷涂，使得油墨具有较好的印刷速度和印刷精度。银粉的分散性好也有助于提高银粉对油墨中的基底材料的粘附性。

【附图说明】

图1是本发明具体实施方式中的实施例1制得的银粉的SEM图；

图2是本发明具体实施方式中的实施例2制得的银粉的SEM图；

图3是本发明具体实施方式中的实施例3制得的银粉的SEM图；

图4是本发明具体实施方式中的实施例4制得的银粉的SEM图。

【具体实施方式】

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。

本具体实施方式提供一种银粉的制备方法，包括以下步骤：

S1，分别制备前驱体溶液、第一还原剂溶液、表面活性剂溶液、银盐溶液和第二还原剂溶液。

其中，前驱体盐溶液、第一还原剂溶液、表面活性溶液、银盐溶液和第二还原剂溶液的摩尔浓度之比为1：0.1～10：0.05～50：0.1～5：0.1～10。前驱体溶液中的阴离子能与银离子形成络合前驱体。第一还原剂溶液为弱还原剂溶液，例如可为甲醛、乙醛、柠檬酸、抗坏血酸中一种或多种的混合。第二还原剂溶液选用比第一还原剂溶液的还原性强的还原剂溶液，例如可为甲醛、乙醛、抗坏血酸、硼氢化钠、羟胺、联氨、2-氨基-3-巯基丙酸中的一种或多种的混合。表面活性剂溶液中的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯醚类表面活性剂、失水山梨醇酯、非离子氟碳表面活性剂中的一种或多种的混合。

配制的溶液中，前驱体的作用是与银盐形成络合作用，降低其被还原的速度。而选用的第一还原剂为弱还原剂，二者协同作用，配合表面活性剂能够阻止初级颗粒间的进一步聚集和长大，且能调控影响晶体的生长方向，使得某些晶面方向优先生长，某些晶面方向被抑制生长，从而有效控制后续步骤S3中能得到一定形貌尺寸的球形前驱体颗粒，最后再通过第二还原剂将前驱体颗粒进一步还原成亚微米级别的花状银粉颗粒。

优选地，前驱体溶液中的阴离子为弱酸根离子，具体可为柠檬酸钠、碳酸钠、醋酸钠、草酸铵中的一种或多种的混合。选用弱酸根离子作为前驱体溶液，可在后续步骤S3中较缓慢的形成络合前驱体，从而为后续S4还原得到的微观形貌起到控制晶种与控制反应速率的作用。若形成前驱体的过程较快，或者没有控制得较好，最后得到的产物的形貌也不太理想。选用弱酸根离子，则便于控制，从而制得形貌较好的产物。

S2，将所述前驱体盐溶液、第一还原剂溶液和表面活性剂溶液倒入反应容器中搅拌均匀。

S3，将银盐溶液以0.01～1L/min的滴加速度加入到所述反应容器中，以10～1000rpm的搅拌速度进行搅拌，充分反应后制得银盐前驱体溶液。

该步骤中，前驱体中的阴离子与银离子形成络合前驱体，并在第一还原剂、表面活性剂的作用下，以及滴加速度和搅拌速度的控制下，形成一定形貌尺寸的球形前驱体颗粒。整个反应过程中在10～1000rpm的搅拌速度下进行，该搅拌速度相对于一般的振荡速度较快，金属颗粒之间的碰撞几率相对较大，易于形成尺寸较大的颗粒。但该速度相对于通常制备球形微观形貌的金属粉末时的搅拌速度要低一些，从而不至于使得多个金属颗粒过分聚集形成球形。

S4，在步骤S2制得的银盐前驱体溶液中以0.01～1L/min的滴加速度加入所述第二还原剂溶液，以10～1000rpm的搅拌速度进行搅拌，调节混合溶液的pH值在7.5≤pH≤12的范围，在-10℃～80℃的温度下充分反应后得到沉淀。

该步骤中，在还原性相对较强的第二还原剂的作用下，前驱体颗粒被逐步还原成亚微米花状颗粒，并且通过滴加速度、搅拌速度、pH值以及温度的调控，伴随反应时间的延长，银颗粒表面的片层结构(类似花瓣的部分)的厚度和整个颗粒尺寸逐渐增大。

S5，将所述沉淀进行过滤、洗涤处理和真空干燥，制得具有花朵状微观结构的银粉

上述制得的银粉中，银粉中的银颗粒为表面具有特征尺寸为8～50纳米的片状结构的亚微米花朵状的银颗粒，平均直径为300～600纳米的窄尺寸分布。微观结构中的8～50纳米的片状结构可低温烧结，使得银浆经低温处理后就可获得良好欧姆导电效果。将该种颗粒尺寸和形貌的银粉作为导电填料构成导电油墨，可在固化后获得较好的导电性，同时印刷性能也不会受到影响，具有良好的印刷精度、高速印刷性、粘附性、以及突出的导电性和稳定性。

上述银粉优选的是分散在光固化树脂中形成光固化型的导电油墨。该类银粉中的银颗粒的微观形貌中由于花朵状表面具有丰富的纳米级片状结构，对于光固化过程的紫外光照射有良好的漫反射作用，同时具有表面等离子共振作用，可以使银粉周围的树脂形成良好的光固化效果。这样，应用为光固化型的导电油墨时，将紫外光固化技术与导电油墨技术结合起来，赋予光固化导电油墨良好的印刷精度、高速印刷性、粘附性、以及良好的导电性和稳定性。

优选地，构成光固化导电油墨时，包括质量分数为30～85％金属粉末和质量分数为15～70％的光固化树脂，金属粉末中包括上述制得的银粉。

光固化树脂可通过光固化树脂预聚体、光固化单体和光引发剂制得。制备时，(1)在光固化单体中加入光引发剂，温度控制在25℃～60℃，在高速分散机或超声机作用下，直至完全溶解成透明溶液；(2)在步骤(1)所得溶液中加入光固化树脂预聚体，在25℃～60℃下搅拌均匀制得光固化树脂。之后，将金属粉末分散到所述光固化树脂中即可。此外，还可于步骤(2)中在体系内增加助剂，例如分散剂、消泡剂、流平剂、储存稳定剂等，以改善相关性能。

进一步优选地，金属粉末由上述制得的银粉和普通的片状银粉共同构成，包括质量分数为3～55％的所述具有花朵状微观结构的银粉，质量分数为45～97％的具有片状微观结构的银粉。以片状银粉作为主体导电填料，然后以本具体实施方式的制备方法制得的新型亚微米级花状银粉作为导电辅助填料，充分利用片状银粉高导电性和花状银粉的低温烧结特性，避免单独添加花状银粉太大量时导致树脂体系粘度大，流动性变差，造成施工困难的问题。

如下设置具体实施例，验证本具体实施方式制得的银粉中银颗粒的微观形貌及尺寸、结构特征。

实施例1：

本实施例中银粉的制备方法包括以下步骤：(1)分别取1L浓度为0.24mol/L的柠檬酸钠溶液、1L浓度为37wt％的甲醛溶液(第一还原剂溶液)和2L浓度为1wt％的吐温-80溶液(失水山梨醇酯类表面活性剂)，并加入反应容器中搅拌均匀；(2)将1L浓度为0.24mol/L硝酸银溶液以0.1L/min的滴加速度加入到上述反应容器中，以搅拌速度200转每分钟进行搅拌，反应30分钟后制得银盐前驱体溶液；(3)在步骤(2)所得的银盐前驱体溶液中以滴加速度0.5L/min加入1L浓度为0.24mol/L的硼氢化钠溶液(第二还原剂溶液)，以搅拌速度500转每分钟进行搅拌，调节pH为10.0，在25℃下继续反应30分钟后停止反应；(4)所述的沉淀进行过滤、洗涤处理和真空干燥，制得银粉。

如图1所示，为制得的银粉的SEM图，单个花朵状的银粉颗粒的直径的尺寸在300～600nm的范围，表面类似于花瓣的片层结构的厚度在8～50纳米，也即是花朵表面突出部分的最小尺寸，即表面特征尺寸是8～50纳米。

将上述制得的银粉作为导电填料构成光固化导电油墨，由按质量百分比计的以下组分组成：亚微米花状银粉25％、普通片状银粉25％、聚酯丙烯酸树脂25％、二羟甲基丙烷二丙烯酸酯20％、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮3％、分散剂1％、流平剂0.5％和消泡剂0.5％。其制备方法包括如下步骤：(1)在光固化单体中加入光引发剂，温度控制在30℃，在高速分散机，直至完全溶解成透明溶液；(2)在步骤(1)所得溶液中加入光固化树脂预聚体、分散剂、流平剂、消泡剂，在30℃下搅拌均匀制得光固化树脂；(3)在光固化树脂中加入银粉，在分散机中以速度V5分散20分钟，然后在三辊机上研磨至细度小于5微米，减压脱泡，得到光固化导电油墨。制得的光固化油墨相对于现有的光固化油墨具有光固化时间短、固化后强度高、导电性能良好的优点。

实施例2：

本实施例中银粉的制备方法包括以下步骤：(1)分别取1L浓度为0.48mol/L的柠檬酸钠溶液、1L浓度为0.48mol/L的抗坏血酸溶液(第一还原剂溶液)和1L 1wt％的曲达通X-100溶液(聚氧乙烯醚类表面活性剂溶液)，并加入反应容器中搅拌均匀；(2)将1L浓度为0.48mol/L的硝酸银溶液以0.2L/min的滴加速度加入到上述反应容器中，以搅拌速度200转每分钟进行搅拌，反应30分钟后制得银盐前驱体溶液；(3)在步骤(2)所得的银盐前驱体溶液中以滴加速度0.3L/min加入1L浓度为0.48mol/L水合肼溶液(第二还原剂溶液)，以搅拌速度350转每分钟进行搅拌，调节pH为10.0，在0℃下继续反应30分钟后停止反应；(4)所述的沉淀进行过滤、洗涤处理和真空干燥，制得银粉。

如图2所示，为制得的银粉的SEM图，单个花朵状的银粉颗粒的直径的尺寸在300～600nm的范围，表面类似于花瓣的片层结构的厚度在8～50纳米。

将上述制得的银粉作为导电填料构成光固化导电油墨，由按质量百分比计的以下组分组成：亚微米花状银粉15％、普通片状银粉40％聚酯丙烯酸树脂15％、乙氧基化羟甲基丙烷三丙烯酸酯25％、光引发剂2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦2.0％、分散剂1.5％、流平剂0.5％和消泡剂1％。其制备方法包括如下步骤：(1)在光固化单体中加入光引发剂，温度控制在30℃，在超声机中超声至完全溶解成透明溶液；(2)在步骤(1)所得溶液中加入光固化树脂预聚体、分散剂、流平剂、消泡剂，在30℃下搅拌均匀制得光固化树脂；(3)在光固化树脂中加入银粉，在分散机中以速度500转每分钟分散30分钟，然后在三辊机上研磨至细度小于5微米，减压脱泡，得到光固化导电油墨。制得的光固化油墨相对于现有的光固化油墨具有光固化时间短、固化后强度高、导电性能良好的优点。

实施例3

本实施例中银粉的制备方法包括以下步骤：(1)分别取1L浓度为0.24mol/L的碳酸钠溶液、1L浓度为0.24mol/L的柠檬酸溶液(第一还原剂溶液)和1L 1wt％的聚乙烯吡咯烷酮溶液，并加入反应容器中搅拌均匀；(2)将1L浓度为0.24mol/L硝酸银溶液以0.15L/min的滴加速度加入到上述反应容器中，以搅拌速度200转每分钟进行搅拌，反应30分钟后制得银盐前驱体溶液；(3)在步骤(2)所得的银盐前驱体溶液中以滴加速度0.2L/min加入1L浓度为0.24mol/L羟胺溶液(第二还原剂溶液)，以搅拌速度500转每分钟进行搅拌，调节pH为11.0，在0℃下继续反应30分钟后停止反应；(4)所述的沉淀进行过滤、洗涤处理和真空干燥，制得银粉。

如图3所示，为制得的银粉的SEM图，单个花朵状的银粉颗粒的直径的尺寸在300～600nm的范围，表面类似于花瓣的片层结构的厚度在8～50纳米。

将上述制得的银粉作为导电填料构成光固化导电油墨，由按质量百分比计的以下组分组成：亚微米花状银粉5％、普通片状银粉55％、环氧丙烯酸树脂20％、二羟甲基丙烷二丙烯酸酯15％、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮1.5％、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮1.5％、分散剂1％、流平剂0.5％和消泡剂0.5％。其制备方法包括如下步骤：(1)在光固化单体中加入光引发剂，温度控制在30℃，在高速分散机，直至完全溶解成透明溶液；(2)在步骤(1)所得溶液中加入光固化树脂预聚体、分散剂、流平剂、消泡剂，在30℃下搅拌均匀制得光固化树脂；(3)在光固化树脂中加入银粉，在分散机中以速度300转每分钟分散25分钟，然后在三辊机上研磨至细度小于5微米，减压脱泡，得到光固化导电油墨。制得的光固化油墨相对于现有的光固化油墨具有光固化时间短、固化后强度高、导电性能良好的优点。

实施例4

本实施例中银粉的制备方法包括以下步骤：(1)分别取1L浓度为0.72mol/L醋酸钠溶液、1L浓度为37wt％甲醛溶液(第一还原剂溶液)和2L 1wt％的吐温-60溶液(失水山梨醇酯类表面活性剂)，并加入反应容器中搅拌均匀；(2)将1L浓度为0.24mol/L的硝酸银溶液以0.05L/min的滴加速度加入到上述反应容器中，以搅拌速度300转每分钟进行搅拌，反应10分钟后制得银盐前驱体溶液；(3)在步骤(2)所得的银盐前驱体溶液中以滴加速度0.5L/min加入1L浓度为0.72mol/L的水合肼溶液(第二还原剂溶液)，以搅拌速度300转每分钟进行搅拌，继续反应60分钟后停止反应；(4)所述的沉淀进行过滤、洗涤处理和真空干燥，制得银粉。

如图4所示，为制得的银粉的SEM图，单个花朵状的银粉颗粒的直径的尺寸在300～600nm的范围，表面类似于花瓣的片层结构的厚度在8～50纳米。

将上述制得的银粉作为导电填料构成光固化导电油墨，由按质量百分比计的以下组分组成：亚微米花状银粉10％、普通片状银粉35％、聚酯丙烯酸树脂25％、二羟甲基丙烷二丙烯酸酯25％、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮1％、2-苯基苄-2-二甲基胺-1-(4-吗啉苄苯基)丁酮2％、分散剂1％、流平剂0.5％和消泡剂0.5％。其制备方法包括如下步骤：(1)在光固化单体中加入光引发剂，温度控制在40℃，在高速分散机，直至完全溶解成透明溶液；(2)在步骤(1)所得溶液中加入光固化树脂预聚体、分散剂、流平剂、消泡剂，在40℃下搅拌均匀制得光固化树脂；(3)在光固化树脂中加入银粉，在分散机中以速度V5分散60分钟，然后在三辊机上研磨至细度小于5微米，减压脱泡，得到光固化导电油墨。制得的光固化油墨相对于现有的光固化油墨具有光固化时间短、固化后强度高、导电性能良好的优点。

实施例5

本实施例中的银粉选自实施例1制备的银粉。由该银粉作为导电填料构成光固化导电油墨，由按质量百分比计的以下组分组成：亚微米花状银粉10％、普通片状银粉23％、聚酯丙烯酸树脂30％、季戊四醇三丙烯酸酯10％、三丙二醇二丙烯酸酯20％、光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮5％、分散剂1％、流平剂0.5％和消泡剂0.5％。其制备方法包括如下步骤：(1)在光固化单体中加入光引发剂，温度控制在28℃，在高速分散机，直至完全溶解成透明溶液；(2)在步骤(1)所得溶液中加入光固化树脂预聚体、分散剂、流平剂、消泡剂，在28℃下搅拌均匀制得光固化树脂；(3)在光固化树脂中加入银粉，在分散机中以速度300转每分钟分散20分钟，然后在三辊机上研磨至细度小于5微米，减压脱泡，得到光固化导电油墨。制得的光固化油墨相对于现有的光固化油墨具有光固化时间短、固化后强度高、导电性能良好的优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。