[发明专利]一种导电墨水及其制备方法

说明书

本发明公开了一种导电墨水及其制备方法。本发明利用热塑性聚氨酯作为碳纳米管的分散剂，通过简单的高速分散和离心处理，制备得到的导电墨水配方组分单一，成本较低，分散效果好且长期稳定性较优，可在室温下放置30d以上浓度几乎没有变化，也不会出现碳纳米管的聚集沉降现象。本发明的导电墨水无需额外添加其它助剂，能够确保墨水具有良好的导电性。

技术领域

本发明涉及导电墨水技术领域，具体涉及一种导电墨水及其制备方法。

背景技术

导电墨水可印刷于各种非导电的基底，形成特定的拥有优良导电性能的印刷线路。导电墨水通常主要由导电填料、助剂以及溶剂构成，其中导电填料通常可分为三类，即金属导电颗粒、无机碳系材料和有机导电高分子。金属颗粒存在易氧化失效、加工工艺复杂等问题，而导电高分子则有导电性较差、成本较高等问题。

通常用于制备导电墨水的碳系材料主要包含石墨和炭黑，以及新兴的纳米颗粒石墨烯与碳纳米管。碳纳米管是一种具有管状结构的一维纳米材料，由于其结构与石墨的片层结构相同，因此具有很好的电学性能。经过近三十年的发展，碳纳米管的产业化已经相当成熟，相比于制备工艺复杂的石墨烯拥有更为低廉的成本。因此，碳纳米管作为导电填料在导电墨水的推广中拥有更大的潜力。然而，由于碳纳米管之间有很强的分子间作用力和较大的长径比，容易发生聚集，较难均匀分散，极大地削弱了其导电均匀性，从而限制了其实际的应用。为了提升导电墨水中碳纳米管的分散性，现有的技术一般通过对其进行化学改性、添加各类不同的表面活性剂和分散剂等组分，同时往往还需要经历长时间的超声、粉碎等工艺。前者会对导电墨水的导电性带来较大影响，而后者则会大大增加经济成本。此外，导电墨水经长时间放置后，也往往容易出现导电填料聚集沉降等现象。

基于上述现有导电墨水及其制备工艺的现状，有必要开发一种配方组分简单，分散工艺简单，长期稳定性较好的导电墨水。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种导电墨水，该导电墨水配方组分单一，成本较低，分散处理工艺简单，分散效果好且长期稳定性较优，可在室温下放置较长时间而不会出现碳纳米管的聚集沉降现象。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种导电墨水，包括碳纳米管、热塑性聚氨酯和有机溶剂，所述导电墨水中碳纳米管的浓度为2-40mg/ml，热塑性聚氨酯的浓度为2-40mg/ml。

本发明利用热塑性聚氨酯作为碳纳米管的分散剂，制备得到的导电墨水配方组分单一，成本较低，分散处理工艺简单，分散效果好且长期稳定性较优，可在室温下放置较长时间(超过一个月)而不会出现碳纳米管的聚集沉降现象。

本发明无需额外添加其它的分散剂、稳定剂、保护剂、表面活性剂等助剂，能够在确保导电墨水具有良好分散性和稳定性的同时，避免助剂的加入对墨水的导电性带来较大影响。

优选地，所述导电墨水由碳纳米管、热塑性聚氨酯和有机溶剂组成，制备得到的墨水具有良好的导电性，且分散效果好，长期稳定性较优，在室温下静置30天浓度也几乎无变化，也不会出现碳纳米管的聚集沉降现象。

优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管中的至少一种。

优选地，所述热塑性聚氨酯为脂肪族或芳香族聚氨酯，所述热塑性聚氨酯的分子量为1万-50万道尔顿。热塑性聚氨酯的分子量过小(小于1万)，分子链过短，无法很好地分散碳纳米管和抑制碳纳米管的运动聚集；而分子量过大(大于50万)，则会导致聚氨酯溶解困难，溶液粘度变大，增加均匀混合的难度。

优选地，所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种。

本发明还提供了上述的导电墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：