一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料及其制备方法

摘要

本发明公开一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料及其制备方法，采用湿法球磨工艺，将氧化铝粉体、分散剂、溶剂混合，并加入锆球球磨，然后过滤、烘干、过筛将得到的氧化铝粉体与有机载体混合、轧制得到所述氧化铝浆料。所得浆料细度良好，在F.O.G刮板细度计看不到颗粒划线，且可以适应325目丝网印刷，有效减少脱粉现象，操作简单，易于大批量生产。

权利要求

1.一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，其特征在于，采用湿法球磨工艺将氧化铝粉体、分散剂、溶剂混合，并加入锆球球磨，然后过滤、烘干、过筛， 将得到的氧化铝粉体与有机载体混合、轧制得到所述氧化铝浆料；

具体包括以下几个步骤：

（1）将氧化铝粉体、分散剂、溶剂混合，并加入锆球，得到混合材料；

（2）将所得混合材料球磨，然后过滤、烘干、过筛得到氧化铝粉体；

（3）制备有机载体：将溶剂和树脂混合，在60‑70℃水浴1‑2小时，制备浓度为15‑25wt%有机载体；

步骤（3）中的所述溶剂选自醇酯十二、松油醇或低共熔溶剂，所述低共熔溶剂为氯化胆碱或甜菜碱与尿素按照摩尔比为1:2组成；

所述树脂为聚乙烯醇缩丁醛PVB和纤维素类树脂；其中PVB：纤维素类树脂的质量比为（2‑4）：1，所述纤维类树脂选自乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素；

（4）将制备的有机载体、氧化铝粉体以及有机溶剂混合，搅拌得到初始浆料；

（5）轧制：将步骤（4）所得初始浆料轧制。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述分散剂为聚乙烯蜡、聚乙烯醇、TDO、楠本化成ED120、BYK‑410的一种或多种；所述氧化铝粉体D50在0.1‑0.7μm；溶剂选自醇类、酮类、醚类的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）混合材料中氧化铝粉体加入量为60‑70重量份，分散剂加入量为1‑5重量份，溶剂加入量为100‑150重量份。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，按重量计，所述分散剂的添加量为M（分散剂）：M（氧化铝）=（1‑7）:84。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述球磨转数为200‑500R/min，所述球磨时间为1‑5小时；所述烘干为烘箱中60‑90℃保温3‑5h；

步骤（4）中，基于初始浆料为100%基准，有机载体含量占10‑20wt%，氧化铝粉体占60‑

70wt%，其余为有机溶剂；

所述有机溶剂为醇酯十二、松油醇或乙二醇丁醚醋酸酯；

所述搅拌是指手工搅拌或采用均质机搅拌；

步骤（5）中，利用轧机进行5‑8遍的轧制，所述轧机为氧化锆的三辊轧机。

6.一种氧化铝浆料，其特征在于，采用权利要求1‑5任一项所述制备方法得到。

7.一种氮氧传感器，其特征在于，所述氮氧传感器采用权利要求1‑5任一项所述制备方法得到的氧化铝浆料或权利要求6所述氧化铝浆料。

说明书

一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种氮氧传感器用的氧化铝浆料及其制备方法，属于氧化铝浆料领域。

背景技术

[0002] 随信息技术的不断发展，电子科技的不断更新换代，相应的电子材料的研发也在快速展开。氧化铝浆料作为氮氧传感器的重要原材料，其因良好的绝缘性、导热性而备受关注。

[0003] 目前市场上应用较多的氧化铝浆料仍然被国外厂商所垄断，国内生产的此类氧化铝浆料通常具有分散性差，印刷不佳，烘干状态不良等缺点，不足以满足氧化铝浆料的性能需求。

[0004] 针对目前氧化铝浆料中，氧化铝粉体分散差(在浆料中表现为细度在13以上)、无法进行丝网印刷、印刷厚度不足等技术问题，本发明提供一种氧化铝浆料及其制备方法，尤其适用于氮氧传感器领域。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于，提供一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料及其制备方法，解决目前氧化铝浆料分体分散性能差、无法丝网印刷等技术问题。

[0006] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，采用湿法球磨工艺制备氧化铝粉体，结合有机载体得到丝印氧化铝浆料。

[0007] 所述制备方法，具体包括以下几个步骤：

[0008] (1)将氧化铝粉体、分散剂、溶剂混合，并加入锆球，得到混合材料。

[0009] 所述分散剂为聚乙烯蜡、聚乙烯醇、有机硅、尿素、TDO、楠本化成ED120、BYK‑410(均可市售)的一种或多种，优选聚乙烯蜡。

[0010] 所述氧化铝粉体D50在0.1‑0.7μm。

[0011] 所述溶剂选自易挥发的醇类(比如乙醇、丙醇)、酮类、醚类的一种或多种，优选醇类。

[0012] 混合材料中，氧化铝粉体加入量为60‑70重量份，分散剂加入量为1‑5重量份，溶剂加入量为100‑150重量份。

[0013] 所述锆球直径在0.5‑1.5mm。

[0014] 所述锆球质量为混合材料的60‑85wt％。

[0015] 聚乙烯蜡与氧化铝粉体相容性较好，同时具有一定的润滑功能，析出物较少，本发明优选聚乙烯蜡作为分散剂，比其他类型分散剂比如聚丙烯酸、聚乙烯醇等其他市售类型分散剂，具有更好的效果。

[0016] 优选地，分散剂的添加量为M(分散剂)：M(氧化铝)＝(1‑7):84，更优选(2‑4)：84。

[0017] 分散剂用量过多，会导致后续氧化铝容易团聚，相反，分散剂用量过少会使得氧化铝粉体无法维持稳定悬浮体系，所以分散剂用量是需要严格控制的。

[0018] (2)将所得混合材料球磨，然后过滤、烘干、过筛得到氧化铝粉体。

[0019] 所述球磨转数为200‑500R/min，所述球磨时间为1‑5小时。

[0020] 所述过滤至不锈钢容器中。

[0021] 所述烘干为烘箱中60‑90℃保温3‑5h，将过滤的样品进行烘干。

[0022] 所述过筛为50‑200目。

[0023] (3)制备有机载体：溶剂和树脂混合，在60‑70℃水浴1‑2小时，制备浓度为15‑25wt％有机载体。

[0024] 所述溶剂选自醇酯十二、松油醇或低共熔溶剂，并优选低共熔溶剂。

[0025] 所述低共熔溶剂为氯化胆碱或甜菜碱与尿素按照摩尔比为1:2组成。其中氯化胆碱或甜菜碱作为氢键受体，尿素作为氢键供体，借助氢键作用将有机树脂进行预处理，利于初始浆料的均匀性，提高载体强度和性能，从而提高丝印效果。

[0026] 所述树脂为聚乙烯醇缩丁醛PVB和/或纤维素类树脂，比如乙基纤维素、醋酸丁酸纤维素；

[0027] 优选聚乙烯醇缩丁醛与纤维素类树脂的组合，其中PVB：纤维素类树脂的质量比为(2‑4)：1，可以进一步减少浆料的脱粉现象。

[0028] (4)将制备的有机载体、氧化铝粉体以及有机溶剂混合，搅拌得到初始浆料。

[0029] 其中，基于初始浆料为100％基准，有机载体含量占10‑20wt％，氧化铝粉体占60‑70wt％，其余为有机溶剂。

[0030] 所述有机溶剂为醇酯十二、松油醇或乙二醇丁醚醋酸酯。

[0031] 所述搅拌是指手工搅拌或采用均质机搅拌。

[0032] (5)轧制：将步骤(4)所得初始浆料利用轧机进行5‑8遍的轧制，使的浆料分散更加均匀。

[0033] 所述轧机为氧化锆的三辊轧机。

[0034] 本发明还提供一种氧化铝浆料，通过如上所述制备方法得到。

[0035] 进一步地，本发明还提供一种氮氧传感器，使用如上所述制备方法得到的氧化铝浆料，所述浆料细度良好，在F.O.G刮板细度计看不到颗粒划线。

[0036] 本发明的有益效果：

[0037] 1.本发明通过控制分散剂聚乙烯蜡、研磨溶剂的种类、加入量，氧化铝粉体粒径等参数，球磨过程氧化铝粉体分散性变好；在浆料中体现为细度良好，在F.O.G刮板细度计看不到颗粒划线。

[0038] 2.本发明通过控制锆球的直径、质量比，优化球磨工艺过程，提高球磨效率。

[0039] 3.本发明通过使用适宜有机树脂，可以得到适应325目丝网印刷氧化铝浆料，有效减少脱粉现象。

[0040] 4.本发明中处理氧化铝粉体的方法，操作简单，易于大批量生产。

[0041] 5.本发明制备的氧化铝浆料分散度好、烘干后不团聚，丝网印刷效果好、厚度均匀、能够满足使用需求。

[0042] 6.本发明通过对有机载体溶剂化作用，提高浆料分散性能，利于提高丝印效果。

附图说明

[0043] 附图示出了本申请的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本申请的原理，其中包括了这些附图以提供对本申请的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

[0044] 图1是本发明实施例1制备浆料的F.O.G刮板图。

[0045] 图2是本发明实施例2制备浆料的F.O.G刮板图。

具体实施方式

[0046] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

[0047] 下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

[0048] 实施例1

[0049] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0050] (1)将84g氧化铝，4g聚乙烯蜡，110g乙醇(99％)，0.8mm锆球500g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0051] (2)将球磨后的材料与锆球分离，置于不锈钢盒中，在80℃烘箱中保温3h烘干，之后将干燥后的氧化铝粉体通过50目不锈钢筛网；

[0052] (3)制备有机载体：甜菜碱/尿素(摩尔比1：2)和PVB树脂混合，在70℃水浴1小时，制备浓度为18.8wt％有机载体。

[0053] (4)将过筛所得粉体12.8g，PVB载体2.98g以及松油醇3.82g，充分混合得到初始浆料；

[0054] (5)将初始浆料利用氧化锆三辊轧机进行8遍轧制，得到所需氧化铝浆料。

[0055] 实施例2

[0056] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0057] (1)将84g氧化铝，2g聚乙烯蜡，110g乙醇(99％)，0.8mm锆球600g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0058] (2)将球磨后的材料与锆球分离，置于不锈钢盒中，在80℃烘箱中保温3h烘干，之后将干燥后的氧化铝粉体通过50目不锈钢筛网；

[0059] (3)制备有机载体：甜菜碱/尿素(摩尔比1：2)和PVB树脂混合，在70℃水浴1小时，制备浓度为18.8wt％有机载体。

[0060] (4)将过筛所得粉体12.8g，PVB载体2.92g以及松油醇3.88g，充分混合得到初始浆料；

[0061] (5)将初始浆料利用氧化锆三辊轧机进行8遍轧制，得到所需氧化铝浆料。

[0062] 实施例3

[0063] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0064] (1)将84g氧化铝，6.6g聚乙烯蜡，110g乙醇(99％)，0.8mm锆球600g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0065] 其他步骤与实施例1相同，得到所需氧化铝浆料。

[0066] 实施例4

[0067] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0068] (1)将84g氧化铝，1.3g聚乙烯蜡，110g乙醇(99％)，0.8mm锆球600g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0069] 其他步骤与实施例1相同，得到所需氧化铝浆料。

[0070] 实施例5

[0071] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0072] 其他步骤与实施例1相同，区别仅在于：(4)将过筛所得粉体12.8g，PVB载体2g以及松油醇4g，充分混合得到初始浆料。

[0073] 最终得到所需氧化铝浆料。

[0074] 实施例6

[0075] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0076] 其他步骤与实施例1相同，区别仅在于：(4)将过筛所得粉体12.8g，PVB载体4g以及松油醇4g，充分混合得到初始浆料。

[0077] 最终得到所需氧化铝浆料。

[0078] 实施例7

[0079] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0080] (1)将84g氧化铝，4g聚乙烯蜡，130g酒精(99％)，1mm锆球550g，置于聚氨酯容器中采用500R/min的速度球磨2h；

[0081] (2)将球磨后的材料与锆球分离，置于不锈钢盒中，在100℃烘箱中保温3h烘干，之后将干燥后的氧化铝粉体通过60目不锈钢筛网；

[0082] (3)制备有机载体：甜菜碱/尿素(摩尔比1：2)和PVB树脂混合，在70℃水浴1小时，制备浓度为18.8wt％有机载体。

[0083] (4)将过筛所得粉体12.8g，PVB载体2.98g以及松油醇3.82g，充分混合得到初始浆料；

[0084] (5)将初始浆料利用氧化锆三辊轧机进行6遍轧制，得到所需氧化铝浆料。

[0085] 实施例8

[0086] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0087] 其他步骤与实施例1相同，区别仅在于：(3)制备有机载体：甜菜碱/尿素(摩尔比1：2)和PVB 20重量份、乙基纤维素纤维10重量份混合，使得PVB和乙基纤维素纤维质量比为2：
1，在70℃水浴1小时，制备浓度为18.8wt％有机载体。

[0088] 最终得到所需氧化铝浆料。

[0089] 实施例9

[0090] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0091] 其他步骤与实施例1相同，区别仅在于：(3)制备有机载体：甜菜碱/尿素(摩尔比1：2)和PVB 40重量份、乙基纤维素纤维10重量份混合，使得PVB和乙基纤维素纤维质量比为4：
1，在70℃水浴1小时，制备浓度为18.8wt％有机载体。

[0092] 最终得到所需氧化铝浆料。

[0093] 实施例10

[0094] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0095] (1)将84g氧化铝，4g聚乙烯蜡，110g乙醇(99％)，0.8mm锆球500g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0096] (2)将球磨后的材料与锆球分离，置于不锈钢盒中，在80℃烘箱中保温3h烘干，之后将干燥后的氧化铝粉体通过50目不锈钢筛网；

[0097] (3)制备有机载体：氯化胆碱/尿素(摩尔比1：2)和PVB树脂混合，在70℃水浴1小时，制备浓度为22wt％有机载体。

[0098] (4)将过筛所得粉体12g，PVB载体2.5g以及松油醇4g，充分混合得到初始浆料；

[0099] (5)将初始浆料利用氧化锆三辊轧机进行6遍轧制，得到所需氧化铝浆料。

[0100] 实施例11

[0101] 一种用于氮氧传感器的氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0102] (1)将84g氧化铝，4g聚乙烯蜡，110g乙醇(99％)，0.8mm锆球500g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0103] (2)将球磨后的材料与锆球分离，置于不锈钢盒中，在80℃烘箱中保温3h烘干，之后将干燥后的氧化铝粉体通过50目不锈钢筛网；

[0104] (3)制备有机载体：将醇酯十二和PVB树脂混合，在70℃水浴1小时，制备浓度为18.8wt％有机载体。

[0105] (4)将过筛所得粉体12.8g，PVB载体2.98g以及松油醇3.82g，充分混合得到初始浆料；

[0106] (5)将初始浆料利用氧化锆三辊轧机进行8遍轧制，得到所需氧化铝浆料。

[0107] 比较例1

[0108] 一种氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0109] (1)将84g氧化铝，0.8mm锆球500g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0110] 其他步骤与实施例1相同，得到氧化铝浆料。

[0111] 比较例2

[0112] 一种氧化铝浆料的制备方法，包括如下步骤：

[0113] (1)将84g氧化铝，4g聚乙烯蜡，110g酒精(99％)，0.8mm锆球500g，置于聚氨酯容器中采用300R/min的速度球磨2h；

[0114] (2)将球磨后的材料与锆球分离，置于不锈钢盒中，在80℃烘箱中保温3h烘干，之后将干燥后的氧化铝粉体通过50目不锈钢筛网；

[0115] (3)将过筛所得粉体12.8g以及松油醇3.82g，充分混合得到初始浆料；

[0116] (4)将初始浆料利用氧化锆三辊轧机进行8遍轧制，得到所需氧化铝浆料。

[0117] 性能测试：

[0118] 本发明中，粘度的测试方法：BROOKFIELD:DV‑Ⅱ+Pro/CP52转子(10RPM、25℃)。

[0119] 浆料细度的测试方法是F.O.G刮板细度计(15微米)。

[0120] 脱粉率：使用往复式磨耗试验机(TRIBOGEAR TYPE：30)进行测定。对于重量W1(g)2
的基材，以荷重100g/m (接触面积16mmΦ)按压白布，以5cm宽度来回100次，测定基材重量W2
2
(g)，得到脱粉量(g/m)。

[0121] 脱粉率(％)＝脱粉量(g/m2)/单位面积重量(g/m2)×100。

[0122] 体阻率测试：用氧化铝浆料在氧化锆外表面用丝网印刷的方式印刷面积10mm*10mm的方块，烘干后在马弗炉中烧结，冷却到常温，四探针测试方阻，用台阶仪测试氧化铝层厚度，通过计算得到体阻率。

[0123] 各实施例与对比例中制备所得浆料效果测试结果如表1所示。

[0124] 表1氧化铝浆料性能测试

[0125]

[0126]

[0127] 由实施例、对比例数据可以看出，本发明制备的氧化铝浆料采用聚乙烯蜡作为分散剂球磨，并结合有机载体，通过载体改性，可以得到适应325目丝网印刷氧化铝浆料，浆料细度良好，在F.O.G刮板细度计看不到颗粒划线(如图1‑2)。

[0128] 本发明控制分散剂加入量M(分散剂)：M(氧化铝)＝(1‑7):84，尤其是在(2‑4)：84的范围内，可以保持氧化铝粉体的有效分散，利于湿法球磨以及后续过程控制体系的强度、粒径等；

[0129] 同时，可以看出，采用有机载体的改性、有机载体的复配，并控制其加入量，可以有效提高浆料的印刷的稳定性和均匀性，保证印刷厚度和印刷均匀，脱粉少。采用低共熔溶剂，不但绿色无毒容易分离，而且提高载体性能，优化丝印效果。

[0130] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

[0131] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0132] 本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本申请，而并非是对本申请的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本申请的范围内。