微粉分散用分散劑與應用

刊登日期:2016/12/5
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本文介紹微粉分散用分散劑與應用,依分子結構型態分散劑介紹,並列舉分散劑分散應用案例,其中奈米銀之分散最為困難,工研院材化所以多個錨釘基鏈段之新型梳狀的高分子型分散劑和銀表面形成良好的吸附,使用少量分散劑( <0.05% )即可安定分散性並兼具其成膜乾燥後之低電阻特性( 24μΩ-cm )。另外,設計雙團塊高分子型分散劑分散有機/無機微粉,並在溶媒鏈段設計可和基材交聯的官能基,使分散劑除具分散功能外還兼具附著性。
 
微粉分散用分散劑的介紹
2. 高分子型分散劑
(1)一般高分子型分散劑
高分子型的分散劑具有多錨釘的官能基,能與粉體有好的吸附作用。一般高分子型分散劑以自由基聚合、縮合聚合等合成出來的分子量較大( ≧15,000 Da )且分子量分布較大( PDI≧2.0 ),易造成微粉分散後平均粒徑不均,分布曲線廣,分散效果不佳。這些分散劑對於顏料分散粒徑需求為平均粒徑在200 nm附近;且分布曲線狹窄的噴墨等級墨水是不適用。

(2)團塊高分子型分散劑
利用團塊的聚合物,可以因應不同微粉表面性質、粉體粒徑大小和系統所用到的溶媒,設計不同錨釘鏈段和溶媒鏈段,如圖一(c)(d)(e)為雙團塊和三團塊的高分子,可以藉由下列幾種具活性自由基的合成反應合成出來:包括:①原子轉移自由基聚合反應( ATRP );②鏈轉移系統-可逆加成鏈轉移反應( RAFT );③陰離子加成聚合反應;④氮氧自由基聚合( NMP );⑤基團轉移聚合( GTP )等方式。這些聚合方式的特性是可以調控分子量和分子量分布( PDI≦1.5 ),有助於微粒分散的粒徑較均一,粒徑分布曲線較窄化。



圖二、水性系統分散劑的演進

 
微粉分散用分散劑的應用
1. 奈米銀的分散與應用
奈米銀分散因內聚力強、易聚集且密度高( 10.49 g/cm3 )易沉降,導致銀微粉的分散安定難度最高。尤其金屬銀若作為導電漿料,銀微粉、有機分散劑、添加劑的用量將影響導電塗層的導電度。更甚者,若銀微粉分散液要作為低黏度(4~20 cps、25˚C)的噴印墨水,如何使銀微粉安定分散於分散液中且克服重力沉降,同時噴印成墨膜後亦能具備高的導電性,其中分散劑扮演關鍵的角色。因此,工研院材化所界面化學研究室針對奈米銀設計開發了一種新型梳狀的高分子型分散劑,且針對不同粒徑的奈米銀開發合適的分散劑,此梳狀的高分子型分散劑有多個錨釘基鏈段,對銀表面有好的吸附力,溶媒鏈段可以調控其長度,使在較少分散劑的用量下,達到分散安定性並兼具成膜乾燥後低電阻的特性,如表一所示。


 

圖四、超精密噴印設備與Touch Panel Metal Mesh和Micro RFID的應用

3. 無機顏料的分散與應用
工研院材化所開發之新型梳狀高分子型分散劑也可以分散玻璃顏料(1~10微米),以二乙二醇二乙醚為溶劑,研磨 6小時,製備得玻璃顏料含量 30 wt% 之分散液。玻璃顏料為 100重量份之玻璃與 50重量份之顏料,黑色無機顏料(銅鉻黑)、洋紅色無機顏料(鎘紅化合物)、黃色無機顏料(鎘黃化合物)、青色無機顏料(鉻藍氧化物)、白色無機顏料(鈦白)。上述分散液中,聚合物與玻璃顏料之……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:張嘉文、張信貞 / 工研院材化所         
★本文節錄自「工業材料雜誌」360期,更多資料請見下方附檔。


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