銀質粘土的製作方法

2023-06-01 23:53:27 1

本發明涉及一種銀質粘土，尤指一種適用於美術工藝品、飾品、配件的銀質粘土。
背景技術：
：請參閱中國臺灣發明專利公告案第584613號，鑑於小型電爐的加熱能力及控溫性較差，利用小型電爐無法有效控制爐內溫度以及無法充分燒結銀粘土等問題，該篇專利的發明人試圖改良現有技術的銀粘土的組分，使銀粘土中主要包含平均粒徑為2微米以下且含量介於15至50質量百分比的球狀銀微細粉末、平均粒徑介於2微米至100微米之間且含量介於50質量百分比至85質量百分比的霧化銀粉末以及有機系粘合劑等成分，以期能使所述的銀粘土即使在低於純銀熔點溫度(即550℃至710℃)下仍可充分進行燒結，從而使低溫下燒結得到的燒結體可獲得期望的張力強度及密度。然而，該篇專利案並未公開如何改善銀粘土的保溼性。請再參閱中國臺灣發明專利公告案第I354656號，鑑於現有技術的銀粘土乾燥後成品無法再軟化或重新塑造等問題，該篇專利的發明人提供一種銀粘土的組成，其包含有膠質銀粉、助熔劑、氧化劑、熔接劑、粘膠劑與保水劑，所述的膠質銀粉是由粒徑為5微米的球狀銀粉及包覆於球狀銀粉外的膠質物(例如：烷基硫醇或聚乙烯吡咯烷酮)所構成。此篇專利是通過在銀粘土中添加保水劑以保持銀粘土的親水性及柔軟度，使銀粘土經塑造及乾燥後，仍可再於乾燥後的銀粘土中加入水分使其軟化，而得以重新進行塑造工藝。前述專利案通過摻入保水劑雖能改善銀粘土的保溼性，但所述保水劑會劣化該銀粘土所燒結而成的燒成品的特性，使其燒成品的強度及拉力受到限制；此外，於銀粘土中同時摻入數種不同的添加劑，易使銀粘土中不純物的比例增多，甚而影響銀粘土及由其所燒結而成的燒成品的品質。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種銀質粘土。為達到上述目的，本發明提供一種銀質粘土，其包含球狀銀粉、扁平狀銀粉、膠合劑及油脂，以球狀銀粉、扁平狀銀粉、膠合劑及油脂的重量和為基準，球狀銀粉及扁平狀銀粉的含量和介於50重量百分比至96重量百分比，膠合劑的含量介於3重量百分比至49.99重量百分比，油脂的含量介於0.01重量百分比至1重量百分比。根據本發明所述的銀質粘土，優選地，所述球狀銀粉相對於扁平狀銀粉的重量比介於2:3至3:2之間。根據本發明所述的銀質粘土，優選地，以所述球狀銀粉、扁平狀銀粉、膠合劑及油脂的重量和為基準，所述球狀銀粉及扁平狀銀粉的含量和介於85重量百分比至96重量百分比，所述膠合劑的含量介於3.95重量百分比至14.95重量百分比，油脂的含量介於0.01重量百分比至0.05重量百分比。根據本發明所述的銀質粘土，優選地，所述球狀銀粉包含銀質球狀粉末及包覆於銀質球狀粉末外的分散劑，所述扁平狀銀粉包含銀質扁平狀粉末及包覆於銀質扁平狀粉末外的分散劑，所述分散劑選自由月桂酸、肉豆蔻酸、油酸、十八烷酸、二十二烷酸、油酸銨、9-十八烯酸甲酯、聚萘醛磺酸鈉及其組合所組成的群組。根據本發明所述的銀質粘土，優選地，所述球狀銀粉的粒徑介於0.1微米至5微米之間。根據本發明所述的銀質粘土，優選地，所述扁平狀銀粉的長徑介於1微米至20微米之間。根據本發明所述的銀質粘土，優選地，所述油脂包含橄欖油、玉米油、大豆油、椰子油、棕櫚油、葵花油、芝麻油、棉籽油、硬脂酸或棕櫚酸。根據本發明所述的銀質粘土，優選地，所述膠合劑包含水和纖維素，纖維素包含木質纖維素、甲基纖維素或羧甲基纖維素。鑑於現有技術的銀粘土所存在的技術缺陷，本發明的目的之一在於改善銀質粘土的保溼性與塑形操作性。本發明的另一目的在於減少銀質粘土經燒結工藝所造成的燒結收縮率。本發明的又一目的在於提升由銀質粘土所燒結而成的燒成品的拉力強度。為達成上述目的，本發明提供一種銀質粘土，其包含球狀銀粉、扁平狀銀粉、膠合劑及油脂，以球狀銀粉、扁平狀銀粉、膠合劑及油脂的重量和為基準，球狀銀粉及扁平狀銀粉的含量和介於50重量百分比至96重量百分比，膠合劑的含量介於3重量 百分比至49.99重量百分比，油脂的含量介於0.01重量百分比至1重量百分比。優選地，以該球狀銀粉、該扁平狀銀粉、該膠合劑及該油脂的重量和為基準，該球狀銀粉及該扁平狀銀粉的含量和介於70重量百分比至96重量百分比；膠合劑的含量介於3.95重量百分比至29.99重量百分比，油脂的含量介於0.01重量百分比至0.05重量百分比。更優選地，以該球狀銀粉、該扁平狀銀粉、該膠合劑及該油脂的重量和為基準，該球狀銀粉及該扁平狀銀粉的含量和介於80重量百分比至96重量百分比；膠合劑的含量介於3.95重量百分比至19.95重量百分比，油脂的含量介於0.01重量百分比至0.05重量百分比。進一步優選地，以該球狀銀粉、該扁平狀銀粉、該膠合劑及該油脂的重量和為基準，該球狀銀粉及該扁平狀銀粉的含量和介於85重量百分比至91重量百分比；膠合劑的含量介於8.95重量百分比至14.95重量百分比，油脂的含量介於0.01重量百分比至0.05重量百分比。據此，經由控制球狀銀粉及該扁平狀銀粉的含量和，能有利於降低此種銀質粘土所燒結而成的燒成品的燒結收縮率，同時增加其燒成品的拉力強度，進而提升燒成品的特性。優選地，該球狀銀粉相對於該扁平狀銀粉的重量比介於1:4至4:1之間；更優選地，該球狀銀粉相對於該扁平狀銀粉的重量比介於3:7至7:3之間；進一步優選地，該球狀銀粉相對於該扁平狀銀粉的重量比介於2:3至3:2之間；又進一步優選地，該球狀銀粉相對於該扁平狀銀粉的重量比介於1:1至3:2之間。據此，通過控制球狀銀粉相對於該扁平狀銀粉的重量比，能有利於降低由該銀質粘土所燒結而成的燒成品的燒結收縮率，並且增加該燒成品的拉力強度。優選地，該球狀銀粉可為經化學還原及表面處理的球狀銀粉、未經表面處理的球狀銀粉或其組合；該扁平狀銀粉可為經化學還原及表面處理的扁平狀銀粉、未經表面處理的扁平狀銀粉或其組合。於其中一實施方式中，球狀銀粉同時包含經化學還原及表面處理的球狀銀粉以及未經表面處理的球狀銀粉，經化學還原及表面處理的球狀銀粉相對於未經表面處理的球狀銀粉的重量比介於4:6至6:4之間。於又一實施方式中，扁平狀銀粉同時包含經化學還原及表面處理的扁平狀銀粉以及未經表面處理的扁平狀銀粉時，經化學還原及 表面處理的扁平狀銀粉相對於未經表面處理的扁平狀銀粉的重量比介於4:6至6:4之間。優選地，該球狀銀粉包含銀質球狀粉末及包覆於銀質球狀粉末外的分散劑，該分散劑可為月桂酸(lauricacid)、肉豆蔻酸(myristicacid)、油酸(oleicacid)、十八烷酸(stearicacid)、二十二烷酸(behenicacid)、油酸銨(ammoniumoleate)、9-十八烯酸甲酯(methyloleate)、聚萘醛磺酸鈉(sodiumsaltofpolynaphthalenesulfonate)或其組合。據此，該分散劑能有利於提升銀質粘土的保溼性、柔軟性及可塑性，進而提升銀質粘土的塑形操作性。優選地，該球狀銀粉的粒徑介於0.1微米至5微米之間；該扁平狀銀粉的長徑介於1微米至20微米之間。優選地，該球狀銀粉的比表面積介於0.1平方米/克(m2/g)至10m2/g；扁平狀銀粉的比表面積介於0.2m2/g至10m2/g。優選地，所述膠合劑包含水和纖維素，其中，水相對於纖維素的重量比為5:1至15:1之間。在本發明的銀質粘土中，可適用的油脂包含植物油、動物油、硬脂酸(stearicacid)或棕櫚酸(palmiticacid)。更具體而言，可選用的植物油包含橄欖油、玉米油、大豆油、椰子油、棕櫚油、葵花油、芝麻油或棉籽油，但並非僅限於此；可適用的纖維素包含木質纖維素(lignocellulose)、甲基纖維素(methylcellulose)或羧甲基纖維素(carboxymethylcellulose)。附圖說明圖1為銀質球狀粉末的掃描式電子顯微鏡圖；圖2為銀質扁平狀粉末的掃描式電子顯微鏡圖。具體實施方式為對本發明的技術特徵、目的和有益效果有更清楚的理解，現結合說明書附圖對本發明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發明的可實施範圍的限定。製備例1至5取購自光洋應用材料股份有限公司、型號為SP03的經化學還原及表面處理的球狀銀粉為原料；所述的球狀銀粉包含銀質球狀粉末及包覆於銀質球狀粉末外的油酸。燒失率測試實驗：將樣品(即球狀銀粉)於100℃下烘乾1小時，另將坩鍋於1000℃下空燒1小時後乾燥冷卻，再將經烘乾的球狀銀粉置於乾燥、冷卻後的坩鍋後秤重，得到球狀銀粉燒前的重量；而後將秤重後的球狀銀粉及坩鍋置於高溫爐中，由200℃升溫至1000℃並持溫5小時，待其降溫至200℃後乾燥、冷卻後再秤重，得到球狀銀粉燒結後的重量。以燒失率(lossonignition，LOI)＝(樣品燒前的重量-樣品燒後的重量)/樣品燒前的重量的計算式，得到該樣品的燒失率分析結果。經前述方法所測得的球狀銀粉的燒失率為0.2％；其粒徑介於0.1微米至5微米之間，中值粒徑(D50)約為0.7微米；其比表面積介於0.1m2/g至10m2/g之間。取購自光洋應用材料股份有限公司的、型號為SG00A3的經化學還原及表面處理的扁平狀銀粉為原料，所述扁平狀銀粉包含銀質扁平狀粉末及包覆於銀質扁平狀粉末外的油酸。經由如上述燒失率的測試方法，所測得的扁平狀銀粉的燒失率為0.2％；其長徑介於2微米至20微米之間，中值長徑約為3.7微米；其比表面積介於0.2m2/g至10m2/g之間；通過測量球狀銀粉、扁平狀銀粉的燒失率可以證實銀質球狀粉末、銀質扁平狀粉末確實包覆有油酸，上述球狀銀粉、扁平狀銀粉的燒失率即為油酸的損失，其數值分別可以代表油酸在球狀銀粉、扁平狀銀粉中所佔的比例。所述銀質球狀粉末及銀質扁平狀粉末的掃描式電子顯微鏡圖分別如圖1及圖2所示，銀質球狀粉末的粒徑介於0.1微米至5微米之間，銀質扁平狀粉末的長徑介於2微米至20微米之間，且其長徑比介於1至20之間。製備例1至3的銀混合粉末、製備例4的球狀銀粉及製備例5的扁平狀銀粉的製備：採用如下表1所示的混合比例，將上述的購自光洋應用材料股份有限公司的、型號為SP03球狀銀粉(包覆有油酸)及型號為SG00A3的扁平狀銀粉(包覆有油酸)均勻混合，分別獲得製備例1至3的銀混合粉末、製備例4的球狀銀粉及製備例5的扁平狀銀粉。製備例6取如前述購自光洋應用材料股份有限公司的、型號為SP03的經化學還原及表面處理的球狀銀粉以及未經表面處理的球狀銀粉為原料，經化學還原及表面處理的球狀銀粉相對於未經表面處理的球狀銀粉的重量比為1:1。其中，該未經表面處理的球狀 銀粉外圍未包覆有油酸，故經由如製備例1至5中所述的燒失率的測試方法，該未經表面處理的球狀銀粉的燒失率為0％；其粒徑介於0.1微米至5微米之間，中值粒徑約為0.7微米；其比表面積介於0.1m2/g至10m2/g之間。取如前述購自光洋應用材料股份有限公司的、型號為SG00A3的經化學還原及表面處理的扁平狀銀粉以及未經表面處理的扁平狀銀粉為原料，經化學還原及表面處理的扁平狀銀粉相對於未經表面處理的扁平狀銀粉的重量比為1:1。其中，該未經表面處理的扁平狀銀粉的外圍未包覆有油酸，故經由如製備例1至5中所述的燒失率的測試方法，所測得未經表面處理的扁平狀銀粉的燒失率為0％；其長徑介於2微米至20微米之間，中值長徑約為3.7微米；其比表面積介於0.2m2/g至10m2/g之間。將前述經化學還原及表面處理的球狀銀粉、未經表面處理的球狀銀粉、經化學還原及表面處理的扁平狀銀粉以及未經表面處理的扁平狀銀粉相互混合，獲得製備例6的銀混合粉末。如下表1所示，以整體銀混合粉末的總重為基準，經化學還原及表面處理的球狀銀粉以及未經表面處理的球狀銀粉的重量和為50wt％，經化學還原及表面處理的扁平狀銀粉以及未經表面處理的扁平狀銀粉的重量和為50wt％。將製備例1至3、6的銀混合粉末、製備例4的球狀銀粉及製備例5的扁平狀銀粉各自作為待測粉末，利用全自動振實密度分析儀(tapdensity/bulkdensityanalyzer，產品型號為Autotap/DualAutotap)分別測試上述粉末的振實密度，取用10克的待測粉末置入量桶中，拍振3000次後讀取量筒高度，計算得到該振實密度，其測試結果如下表1所示。表1：製備例1至3及6的銀混合粉末、製備例4的球狀銀粉及製備例5的扁平狀銀粉中扁平狀銀粉及球狀銀粉的各自含量[單位：重量百分比(wt％)]及其振實密度[單位：克/立方釐米(g/cm3)]。表1樣品編號扁平狀銀粉的含量球狀銀粉的含量振實密度製備例120wt％80wt％3.9g/cm3製備例230wt％70wt％4.4g/cm3製備例350wt％50wt％4.8g/cm3製備例40wt％100wt％3.4g/cm3製備例5100wt％0wt％3.7g/cm3製備例650wt％50wt％4.8g/cm3實施例1至9：銀質粘土取前述製備例1至3及6所製得的銀混合粉末；並依下表2的比例，將銀混合粉末、膠合劑、植物油三者混合，以分別調製成實施例1至9的銀質粘土。其中，膠合劑包含水和木質纖維素，且水相對於木質纖維素的重量比為10:1，植物油為橄欖油。實施例1至9所選用的銀混合粉末的樣品編號以及銀混合粉末、膠合劑、植物油三者分別相對於整體銀質粘土的含量如下表2所示，表2所示的重量百分比是以銀混和粉末、膠合劑及植物油的重量和為基準所計算而得。表2：實施例1至9的銀質粘土所選用的銀混合粉末的樣品編號以及銀質粘土中銀混合粉末的總量、膠合劑、植物油三者相對於整體銀質粘土的含量。表2比較例1：銀質粘土取前述製備例4的球狀銀粉，以銀質粘土總量為基準，該球狀銀粉、膠合劑(含有水和木質纖維素，水：木質纖維素的重量比為10:1)、植物油(橄欖油)三者的含量依序為90wt％、9.98wt％及0.02wt％的比例，調和球狀銀粉、膠合劑及植物油，以獲得比較例1的銀質粘土。比較例2：銀質粘土取前述製備例5的扁平狀銀粉，以銀質粘土總量為基準，該扁平狀銀粉、膠合劑(含有水和木質纖維素，水：木質纖維素的重量比為10:1)、植物油(橄欖油)三者的含量依序為90wt％、9.98wt％及0.02wt％的比例，調和扁平狀銀粉、膠合劑及植物 油，以獲得比較例2的銀質粘土。比較例3：銀質粘土取未經油酸表面處理的球狀銀粉及未經油酸表面處理的扁平狀銀粉為原料，該未經表面處理的球狀銀粉的燒失率為0％；其粒徑介於0.1微米至5微米之間，中值粒徑約為0.7微米；其比表面積介於0.1m2/g至10m2/g之間；未經表面處理的扁平狀銀粉的燒失率為0％；其長徑介於2微米至20微米之間，中值長徑約為3.7微米；其比表面積介於0.2m2/g至10m2/g之間。以銀質粘土總量為基準，該銀粉、膠合劑(含有水和木質纖維素，水：木質纖維素的重量比為10:1)、植物油(橄欖油)三者的含量依序為90wt％、9.98wt％及0.02wt％的比例，將銀粉、膠合劑及植物油加以調和，獲得比較例3的銀質粘土。試驗例1：推力強度將實施例1至3及比較例1的銀質粘土分別塑形為直徑為0.5釐米、長度為3釐米的圓柱狀待測樣品，將該樣品靜置於溫度為40℃、溼度為40％的環境下，長達20分鐘，將各待測樣品夾置於機臺上露出0.5釐米後，使用張力計(廠牌名稱：TECLOCK、型號：DT-500)測量各待測樣品的推力值。推力值越大代表待測樣品的表面硬度越大，顯示該銀質粘土經一定靜置時間後的乾燥速度越快。各待測樣品的測試結果如下表3所示。試驗例2：拉伸試驗將實施例1至3及比較例1的銀質粘土分別塑形為直徑為0.3釐米、長度為3釐米的待測樣品，將該樣品靜置於溫度為21℃、溼度為65％的環境下，長達30分鐘，使用橫式電動測試臺機(廠牌名稱：JISC、型號：JSH-H1000)，以60毫米/分鐘(mm/min)的拉伸速率，測量各待測樣品的拉伸斷裂長度。拉伸斷裂長度越長代表待測樣品的延展性越好，顯示該銀質粘土經一定靜置時間後的乾燥速度越慢。各待測樣品的測試結果如下表3所示。表3：實施例1至3及比較例1的銀質粘土的推力強度[單位：公斤重(kgf)]及斷裂長度[單位：釐米(cm)]。表3樣品編號推力斷裂長度實施例10.12kgf3.6cm實施例20.09kgf3.6cm實施例30.08kgf3.6cm比較例10.23kgf3.1cm根據上表3中實施例1至3及比較例1的實驗結果，比較例1的銀質粘土的推力明顯高於實施例1至3的銀質粘土的推力，且比較例1的拉伸斷裂長度亦短於實施例1至3的銀質粘土所測得的拉伸斷裂長度；也就是說，當銀質粘土中銀混合粉末僅由球狀銀粉組成而未同時摻混有扁平狀銀粉(即比較例1的銀質粘土)時，該銀質粘土的乾燥速率較同時摻混有球狀銀粉及扁平狀銀粉的銀質粘土(即實施例1至3的銀質粘土)的乾燥速率快，致使其表面硬度較大，不便於塑形。由此可見，本發明通過同時選用球狀銀粉及扁平狀銀粉，能有利於減緩銀質粘土的乾燥速率，並且延長拉伸斷裂的長度，使操作者可在充足的時間內對實施例1至3的銀質粘土進行塑形，提升銀質粘土的保溼性及塑形操作性。尤其，比較實施例1至3的實驗結果可知，當球狀銀粉及扁平狀銀粉二者的含量越接近時，該銀質粘土所測得的推力值越小，表面硬度越低，顯示該銀質粘土經一定靜置時間後的乾燥速度越慢，銀質粘土的塑形操作性越佳。當球狀銀粉及扁平狀銀粉二者的含量為1:1(即實施例3的銀質黏土)時，該銀質粘土的塑形操作性最佳。試驗例3：燒結收縮率將實施例1至7、比較例1及2的銀質粘土分別塑形為直徑為0.3釐米、長度為6釐米的待測樣品，於650℃下持續燒結30分鐘後，分別獲得各待測樣品經燒結後所得的燒成品。接著，記錄燒結前各待測樣品的長度及各待測樣品經燒結後所得的燒成品的長度，再根據式(1)計算得到各待測樣品的燒結收縮率，測試結果如下表4所示。式(1) 試驗例4：燒成品的拉力將實施例1至7、比較例1及2的銀質粘土分別塑形為直徑為0.3釐米、長度為6釐米的待測樣品，於650℃下持續燒結30分鐘後，分別獲得各待測樣品經燒結後所得的燒成品。接著，使用拉伸測試機(廠牌名稱：INSTRON、型號：3369)，以0.1毫米/分鐘的拉伸測試速度，測得各待測樣品的拉力強度。各待測樣品的測試結果如下表4所示。表4：實施例1至7、比較例1及2的銀質粘土的燒結收縮率[單位：百分比(％)]及拉力強度[單位：牛頓(N)]。表4樣品編號燒結收縮率拉力強度實施例13％329N實施例22.5％325N實施例33％475N實施例44％452N實施例57％380N實施例619％39N實施例721％31N比較例16.2％303N比較例27％350N請參閱上表1所示的實驗結果，製備例1至3的銀混合粉末的振實密度皆高於製備例4的球狀銀粉及製備例5的扁平狀銀粉的振實密度，其中又以製備例3的銀混合粉末的振實密度最高。據此，當銀混合粉末、膠合劑及植物油的含量比例固定時，實施例1至3的銀質粘土所燒結而成的燒成品的燒結收縮率皆低於比較例1及2的銀質粘土所燒結而成的燒成品的燒結收縮率，且實施例1至3的銀質粘土所燒結而成的燒成品的拉力強度皆高於比較例1及2的銀質粘土所燒結而成的燒成品的拉力強度。由此可見，本發明通過同時選用球狀銀粉及扁平狀銀粉並控制其組成，能具體提升銀混合粉末的振實密度，減少包含此種銀混合粉末的銀質粘土所燒結而成的燒成品的燒結前、燒結後的尺寸差異，降低銀質粘土的燒結收縮率，同時增加燒成品的拉力強度。進一步比較上表4中實施例4至實施例7的實驗結果，當球狀銀粉及扁平狀銀粉佔銀質粘土的含量比例越高時，該銀質粘土的燒結收縮率越低，拉力強度越高；顯示當球狀銀粉與扁平狀銀粉的含量和相對於球狀銀粉、扁平狀銀粉、膠合劑及油脂的重 量和介於90wt％至96wt％時，更有利於提升該等銀質粘土所燒結而成的燒成品的特性。試驗例5：重量損失率分別取10克的實施例8、9及比較例3的銀質粘土為待測樣品，在溫度為21℃、溼度為40％下練土10分鐘後，記錄練土前、練土後的銀質粘土的重量；再根據下式(2)計算得到各待測樣品的重量損失率，單位為百分比(％)。重量損失率越大代表待測樣品的乾燥速度越快，顯示該銀質粘土的操作性越差。式(2) 實驗結果顯示，於相同的操作條件下，實施例8的銀質粘土的重量損失率為1.05％，實施例9的銀質粘土的重量損失率為1.1％，比較例3的重量損失率為1.5％。由此可見，當銀質粘土中球狀銀粉的銀質球狀粉末的外圍包覆有一層如油酸的分散劑時，能有助於減少銀質粘土在一定時間內因乾燥後而造成的重量損失率，降低銀質粘土的乾燥速率，以使該等銀質粘土具有較佳的保溼性、柔軟性及可塑性，從而提升銀質粘土的塑形操作性。綜上所述，本發明通過合併選用球狀銀粉及扁平狀銀粉作為銀質粘土的銀來源，另控制銀質粘土中球狀銀粉、扁平狀銀粉、膠合劑及油脂的用量，能具體提升銀質粘土的保溼性、減緩銀質粘土的乾燥速率，提升銀質粘土的塑形操作性；此外，經由控制銀混合粉末的振實密度，更能減少銀質粘土的燒結收縮率以及提升由銀質粘土所燒結而成的燒成品的拉力強度，進而改善燒成品的特性。據此，相較於現有技術的銀粘土，本發明能在確保由該銀質粘土所燒結而成的燒成品的特性的前提下，具體改善銀質粘土的保溼性及塑形操作性，使該銀質粘土更有利於應用在美術工藝品、飾品、配件等領域。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp