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、有機酸及其他分散劑相配合的復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品性能的影響，反向加料方式與兩相同時加料方式產品性能接近，其中反向加料方式更容易工業化生產，產品質量更穩定。

關鍵詞：銀粉;加料方式

國內文獻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容，很少細化工藝過程。本文以現有一種高分散銀粉制備工藝條件為基礎，對工藝過程的加料方式進行對比研究，選擇一種易于工業化的方法，進一步提高產品的工藝穩定性。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑與分析儀器

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

1.2 實驗過程

稱取適量的硝酸銀加入去離子水配成硝酸銀溶，升溫至60℃備用;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行混合，混合期間對溶液進行攪拌，直至反應完成，攪拌轉速100-300r/min，過程中檢測溫度與pH值，以氯化鈉水溶液檢測反應程度，反應結束后加水冷卻。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超細銀粉標準要求檢測銀粉銀粉振實密度。

2 結果與分析

2.1 不同加料方式對銀粉振實密度的影響

硝酸銀溶液與還原液反應結束后測定終點pH值，銀粉烘干后經高速粉碎機粉碎5秒后，測定銀粉振實密度，銀粉制備的化學還原反應方程式如下：

從熱力學分析，反應自由能?G負值越大，過程越易進行。?G=-ZFE，E值越大，反應進行趨勢愈大。

水合肼與硝酸銀反應，標準電位差值很大，反應標準自由能負值較大，在堿性條件下還原性強于甲醛與抗壞血酸。

水合肼在反應過程中即是還原劑，又是pH調節劑，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，反應過程中反應液呈強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，反應過程劇烈，過程pH值保持穩定。

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果與粒度分布結果類似，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行液相還原工藝，實質是選用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系。同時加料時兩相液在短期內極難混合均勻，水合肼還原性極強，局部水合肼濃度過高形成強堿環境，在小范圍同進進行成核與晶粒生長造成銀粉小量粒子粒徑偏大與粒子強聚集。

3 工業應用

采用本文提出的特定銀粉生產工藝，其中采用同時加料與反向加料方式試驗生產的銀粉均符合GB/T 1774-2009超細銀粉標準要求并被下游電子漿料公司認可，但要實現批量化生產，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別極大，現進行比較說明。

要完全實現同時加料的工藝條件，必須配備上述主要設備，其中混合反應器必須經過精心設計并經過實驗驗證后方可投入生產使用，反應過程需要重點管控的參數不僅有溫度、流量，還有兩相流量的均衡性、混合反應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釜不同的層高配置實現物料的輸送，流量大小可通過閥門進行調控，相較同時加料簡便易行，管控參數少。采用本工藝，選擇反向加料方式，已建成批產量為30kg的批量化生產線，主要技術指標與試驗結果接近，產品批次質量穩定，通過調整反應溫度與分散劑用量可以生產平均粒徑1-4um，振實密度大于4.0g/cm3不同規格銀粉。

4 結論

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平均粒徑1-4um高分散性導電漿料用銀粉;②不同的加料方式工藝的穩定性與設備的配置要求不同，采用本特定工藝條件，選擇反向加料方式產品質量更穩定，更易實現工業化批量生產。

參考文獻：

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作者簡介：

劉瑜（1971- ），男，副高，主要研究方向為貴金屬金屬粉體。