[发明专利]导电铜粉的表面处理方法

说明书

本发明涉及一种导电铜粉的表面处理方法。

众所周知，铜粉作为导电填料用于导电铜浆，是人们很久以来就考虑过的事情。铜粉，尤其是精细铜粉，在空气中极易氧化，如何防止铜粉被氧化是开发导电铜浆的技术难题。为提高铜粉的抗氧化性能，使铜粉能作为导电填料用于导电铜浆，有许多人做过种种探索，提出过不少方案，概括起来大致有以下几类方法：

其一是用抗氧化剂对铜粉进行抗氧化处理或用较不活泼金属（如锡、镍、银等）包覆铜粉表面;

其二是在配制导电浆时，将还原剂或偶联剂作为必要组份，添加到导电浆中，使其具有一定的抗氧化性;

其三是先在铜粉表面包覆较不活泼的金属，然后用偶联剂处理。

作抗氧化剂使用的物质为有机胺、有机磷、有机硅、有机铝和有机钛等化合物。作添加剂使用的有磷酸、亚磷酸及其酯类、酚及其衍生物类、醛、肼和偶联剂等。

用前两类方法获得的导电浆初期导电性虽好，但贮存稳定性和耐环境性差;后一类方法比前两类方法效果好些，但其性能仍不十分理想。总之，用这些方法得到的导电涂料有的可能出现铜绿，有的填料凝聚沉降，有的导电性变化率较大，有的耐热性和耐湿性不够好。

本领域技术人员知道，导电铜浆要求有优良的导电性，其体积电阻一般为10^-3～10^-4Ω·cm，要保证这种导电性，要求铜粉有较好的抗氧化能力。若要得到纯净的铜粉，通常对原料铜粉要进行洁净处理，先除去其表面油脂及有机物，方法可用溶剂法、乳液法或化学皂化法等，然后再去除铜粉表面的氧化物以得到纯净铜粉，方法包括无机酸（如盐酸、硫酸），或有机酸（如乙酸、丙酸等一元酸;琥珀酸、丙三酸等多元酸;乳酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、葡萄酸等羟基酸）处理方法。

若需在铜粉表面包覆不活泼金属，可用化学置换法、化学还原法和化学气相沉淀（CVD）法。铜粉表面包覆的金属种类和百分含量对其导电性、贮存稳定性和耐环境性等也有一定影响。

另外，导电铜粉在树脂粘接料中能否均匀分散，也将明显影响导电浆的导电性能。再者，导电浆的贮存稳定性和耐环境性的好坏，是关系到该导电浆能否应用的重要指标，一般要求其导电性变化率小于10%，若超过这一数值，应用时会带来许多麻烦。

本发明的目的是要提供一种导电铜粉的表面处理方法，用本发明方法处理过的导电铜粉可有效地克服上述现有技术之不足。

本发明导电铜粉的表面处理方法包括用常规法除去铜粉表面的有机物，再用酸脱去铜粉表面的氧化膜，洗净至中性，得到纯净铜粉，或用化学法在铜粉表面包覆不活泼金属（如银）得到包覆铜粉，本发明的特征在于将上述铜粉充分分散在偶联剂（硅系、钛系、铝系或锆系偶联剂中的任一种）和ZB-3复合处理剂的有机稀溶液中，1小时后过滤出铜粉并干燥，即得本发明方法处理的导电铜粉。

本发明采用的偶联剂是下述物质中的任何一种：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-（环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷硅系偶联剂;异丙基三异硬脂酰钛酸酯、异丙基三（二辛基焦磷酰）钛酸酯、双（二辛基焦磷酰）含氧乙酰钛酸酯、双（二辛基磷酰）乙撑钛酸酯、双（二辛基焦磷酰）乙撑钛酸酯、四辛基二[二（十三烷基）亚磷酰]钛酸酯、三乙醇胺钛酸酯、烷醇胺钛酸酯钛系偶联剂;乙酰烷氧二异丙基铝酸酯、异丙基二异硬脂酰铝酸酯、异丙基二辛基磷酰铝酸酯铝系偶联剂;丙基三异硬脂酰锆酸酯、丁基三异硬脂酰锆酸酯、丁基三油酰锆酸酯、丙基三亚油酰锆酸酯、二（对异丙苯基）酚基含氧乙酰锆酸酯、二（对异丙基苯基）二丁基锆酸酯、三（对异丙基苯基）酚基丙基锆酸酯锆系偶联剂。

本发明方法中所用的ZB-3处理剂是一种复盐，其分子结构具有如下特征：（1）含有16～22个碳原子的一元不饱和羧酸;（2）含有元素硼的有机胺盐;（3）该处理剂易溶于有机溶剂，不溶于水。在该处理剂同一分子中，由于同时含有多个不同功能的基团，长链型不饱和羧酸结构有还原性，有机胺的基团有氧化作用，而含元素硼基团的存在明显提高了保护膜的热稳定性。故ZB-3在复合处理剂中起着重要作用。此处理剂由北京印刷技术研究所研制销售。

在复合处理剂中，偶联剂与ZB-3处理剂的重量比为5∶95～95∶5，最好是30∶70～70∶30。若偶联剂含量低于5%，则所得铜粉的耐湿性和在树脂粘接料中的分散性不良;若ZB-3的含量低于5%，则所得铜粉的耐热性不良。