[发明专利]一种水性导电油墨及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性导电油墨及其制备方法，适用于多种新型电子设备，属于印刷及电子技术领域。

背景技术

目前，微电子技术正向各个领域渗透，导电绘制技术作为一种高新技术应运而生。例如薄膜开关电路版可以将导电油墨绘制在PET薄膜上，然后将印好的薄膜与装潢艺术面板等组合而成；具有结构简单、外形美观、耐环境性优良、使用寿命长等优点，被广泛用于电子玩具、教具，测量装置和医疗仪器等。油墨绘制电路板工艺简单，效率高，而且还节约金属铜，是降低微电子产品成本的一条有效途径，其他还有用在接触式传感面板，绘制扁平精细电缆，低成本太阳能电池，液晶显示器用电流以及红外线探测敏感元件等，在微电子领域的应用是多种多样的。上述产品的传统制作方法是用导电炭浆或银浆，仅有黑色或白色两种单调通导，采用网版绘制的方式；由于网版绘制方式产量低、成本高，也不能大批量生产。随着现代科技的发展，市场需要多彩的导电油墨，且水性导电油墨可以采用各种绘制的方式，能大大提高生产效率，将会受到人们的普遍重视，由于其高导电性与低导电率可被灵活应用，提高了设计的灵活性，适用于多种新型电子设备。从RFID标签到“智能衣”，独特的化学系统维持了外界应力下的低导电率，宽泛的固化条件以及高灵活性支援了许多低成本基座的应用；可绘制的电子材料电子教具。

发明内容

本发明提供了一种水性导电油墨，该油墨克服了传统的油墨不导电性的缺陷，其具有导电性能稳定、耐弯曲性好、附着力强的特点；可以用作水性电路板的绘制；且由于其高导电性与低导电阻可被灵活应用，提高了设计的灵活性。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种水性导电油墨，该水性导电油墨的原料由以下组分组成，各组分以及各组分所占的质量百分比为：去离子水30～38％、水性丙烯酸树脂15～20％、丙二醇甲醚6～10％、碳纳米管10～16％、导电碳黑5～9％、乙醇20～30％、十八烷基甲苯磺酸钠1～3％、三乙醇胺2～5％、分散剂0.5～1.5％、蜡粉0.5～1％。

本发明所提供的水性导电油墨按照相关国家标准进行检测，该水性导电油墨的粘度(涂-4杯)＞50秒，细度为8～15μm，硬度≥2H，附着牢度≥95％，干燥时间≤5min，单位体积导电率≤1×10^－2Ω.cm。

本发明还提供了上述水性导电油墨的制备方法，包括以下步骤：(1)、按上述百分比称取各原料，先将去离子水、十八烷基甲苯磺酸钠、碳纳米管投入搅拌器中，搅拌30～60分钟；

(2)、然后再将水性丙烯酸树脂、丙二醇甲醚、导电碳黑、乙醇、三乙醇胺、分散剂和蜡粉投入搅拌器中，搅拌30～60分钟，然后将所得产物用砂磨机研磨5～10遍，即制得所述水性导电油墨。

本申请是将活性剂修饰碳纳米管来作油墨的导电料，再加入合适的水性树脂后使油墨具有高导电性，能与导电碳黑相匹配而成为油墨中的导电材料；最后与乙醇及相关助剂经复合研磨加工而成。

连接料是导电油墨中的成膜物质，一般导电油墨中的连接料并不一定要求是导电性的聚合物，但水性导电油墨的连接料必须要有导电性能。本申请中作为连接料的树脂在水性导电油墨中既起到导电材料的密封作用，又起到导电粒子连结成膜的作用，所以需要采用有导电变化小，稳定性高的且可以导电的高分子聚合物作为连接料，还要使导电粒子在连接料中分散性好、移动性小、导电误差小，能够赋于油墨膜的物理和化学稳定性。连接料在绘制图形前使导电材料构成一定粘度的印料，以完成绘制方式的图形转移，绘制后经过固化过程，使导电材料的微粒与微粒之间，微粒与基材之间形成稳定的结合。

本申请中导电材料就是导电粒子，它要求导电性好、稳定性高、固化温度低、材料来源广泛，常用的有金粉、银粉、铜粉、镍粉、铝粉、碳黑、石墨及其他复合粉末。本申请中选择合适的碳纳米管作表面处理后使之具有高导电性，能与各色导电碳黑相匹配而成为油墨中的导电材料，这样虽然导电性没有银粉高，但价格便宜，也能满足防静电要求，如用量得当，对油墨的物理性能影响不大。

本申请中的原料组分中还有20～30％的乙醇，乙醇在导电油墨中的主要作用是(1)溶解树脂，使导电微粒(即材料)在聚合物中充分的分散，给予墨性；(2)调节粘度，给与绘制适应性；(3)调节油墨的干燥速度。水性导电油墨中的乙醇特别要求能与树脂、导电材料完全相匹配，以保证水性导电油墨的绘制性能。本申请的组分中所采用的乙醇完全满足以上要求，使之能在凹版上具有良好的绘制适性，生产效率比网版绘制方式大为提高。