專利名稱：一種水性導電油墨及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種低成本導電油墨，特別涉及一種低成本、低V0C、無溶劑、無鉛無鹵素、綠色環保的水性導電油墨及其制備方法，屬于電子化學品技術領域。
背景技術：
導電油墨(主要是指混合型導電復合油墨)是借助分散在油墨載體內的導電性材料來傳導電流。溶劑型油墨已經問世近一個世紀，傳統溶劑型油墨所用的溶劑為揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds,簡稱VOC),在大氣的污染源中占有很大的比重。而且，長期使用溶劑型油墨既危害操作工人和用戶的身體健康，又造成大量的環境污染，還常常引起中毒、爆炸等事故，成為導電油墨用戶、企業的重點安全隱患之一。例如，中國專利申請201010148263.9公開了一種低溫燒結的溶劑型納米銀導電油墨及其制備方法，其納米銀粉制備后需要用乙醇、四氫呋喃、異丙醇、丙酮、甲基乙基酮等有機溶劑分散，溶劑質量比達50%以上，VOC值往往高達或超過約500 g/L。事實上，由于導電油墨往往需要采用熱塑型混合物配合有機溶劑作為有機載體和粘合劑，使導電油墨VOC數值較高成為一個普遍問題，例如，市場上某公司生產的三款通用導電油墨，其VOC值分別達到177 g/L,816 g/L 和 745 g/L .隨著印刷電子學和微電子工業的發展，環境保護問題越來越受到人們的重視，開發一類低成本、綠色環保導電油墨的需要也越來越迫切。以水代替有機溶劑，安全無毒，有著天然的環保優勢和成本優勢。針對溶劑型油墨毒性大、成本高等問題，中國專利申請200610019148.5公開了一種水性導電油墨及其制備方法，其水性導電油墨含有3(Γ50 %水性高分子樹脂、15 25 %導電顏料乙炔碳墨、12 20 %的水、8 12 %的乙醇、3 8 %的乙二醇丁醚、4、％硅烷表面處理劑、2飛％的防靜電劑和廣3%助劑。但是，該發明公開的產品中仍然含有10 20%的乙二醇丁醚等有機溶劑，其VOC值高達約ΚΚΓ200 g/L。而且，該發明采用15 25%導電顏料乙炔碳墨作為導電填料，導電涂料的導電性能有限，其體積電阻IXKT2 IXKT3 Ω.cm。中國專利申請201110338394.8公開了一種碳系水性導電油墨，其主要組分是水，水溶性樹脂，水溶性蠟，微米鱗片石墨，納米導電炭黑以及分散劑、增稠齊U、消泡劑等助劑。該碳系水性導電油墨由于僅采用碳系填料(微米鱗片石墨，納米導電炭黑)，石墨單晶因晶體結構中存在大量離域電子，石墨可以導電。但是石墨粒徑較大，而且由于石墨的取向，其與晶體層平行的方向電阻率為(2.5 5.0) X 10_6 Ω.ηι,與層垂直的方向電阻率為3Χ10_3 Ω.πι，在電性能方面也存在著明顯的各向異性，制成的導電油墨導電性能不佳，無法滿足對導電性能要求較高的需要。

發明內容
為解決現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種低成本、低V0C、無溶劑、無鉛無鹵素的可印刷低成本綠色環保水性導電油墨及其制備方法。為達到上述目的，本發明是通過以下的技術方案來實現的:
一種水性導電油墨，其特征在于，包括以下組分且各組分的質量百分含量分別為: 高分子乳液或分散液 1%_40% ；
纖維素0.1%-1.0% ；
分散劑0.1%-0.7% ；
潤濕劑0.1%-3.0% ；
殺菌劑0.1%-0.5% ；
消泡劑0.2%-1.8% ；
導電材料30%-70% ；
成膜助劑0.5%-3% ；
增稠劑0.1%-1.5% ； 水5%-60%。進一步，所述的水性導電油墨還包括纖維素和抗氧化劑，所述的纖維素和殺菌劑的質量百分含量分別為0.1%-1.0%和0.1%-0.5%。還可進一步包括增稠劑，所述的增稠劑的質量百分含量為0.1%-1.5%。進一步，所述的高分子乳液為丙烯酸類合成乳液、水性聚氨酯類合成乳液、水性環氧樹脂、水性醇酸樹脂、水性氟碳乳液、改性合成乳液、天然高分子、水溶性高分子中的至少一種。其中，所述的丙烯酸類合成乳液為苯丙烯酸合成乳液、純丙烯酸合成乳液，醋丙烯酸合成乳液、硅丙烯酸合成乳液中的至少一種。所述的天然高分子為纖維素、淀粉、阿拉伯膠、黃原膠、瓜爾豆膠中的至少一種。而所述的水溶性高分子為聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM)、水解聚丙烯酰胺(HPAM))、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)、聚氧化乙烯(PEO)中的至少一種。更進一步，所述的導電材料為金屬材料、復合導電材料、氧化物、導電高分子、碳或石墨材料中的至少一種。其中，所述的金屬材料為金、鈕、鉬、銀、銅、鎳、鎂、招、猛、鈷、鋅、鐵、鈦、鶴、錫、鑰
中的任一種。所述的金屬材料的形態為金屬顆粒、金屬粉末、金屬片或金屬纖維中的任一種。當金屬材料的形態為金屬顆粒時，所述的金屬顆粒的粒徑為0.001-1000微米。而當金屬材料的形態為金屬纖維時，所述的金屬纖維的長度為0.005 -2000微米，直徑0.001-1000微米。當然，所述的碳或石墨材料為碳或石墨微納米顆粒或碳或石墨微納米纖維，所述的碳或石墨微納米顆粒的粒徑為0.001微米-10毫米。其中，所述的碳或石墨材料為納米石墨球、石墨烯、納米石墨片、碳纖維、碳納米管、導電炭黑中的至少一種。此外，所述的復合導電材料為復合導電顆粒或復合導電纖維。其中，所述的復合導電材料為具有核殼結構的雙金屬粉末、雙金屬片、雙金屬纖維、鍍金屬玻璃球、鍍金屬玻璃纖維、鍍金屬陶瓷粉末、鍍金屬陶瓷纖維、鍍金屬碳纖維、鍍金屬導電炭黑、鍍金屬石墨微納米結構、鍍金屬的氧化物粉末、鍍金屬的氧化物纖維中的至少一種。一種水性導電油墨的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
(1)稱取原料:按照權利要求1所述的水性導電油墨的組分和各組分的質量百分含量稱取各組分；
(2)分散:將步驟(I)稱取的水加入到攪拌缸中，然后在400-600轉/分鐘的攪拌轉速下向攪拌缸中加入分散劑、潤濕劑、纖維素、消泡劑和導電材料，然后再在800-3000轉/分鐘速度下分散5-120分鐘，至細度小于15微米；
(3)制備水性導電油墨:在300-500轉/分鐘的轉速下向分散好的材料中繼續加入高
分子乳液或分散液、成膜助劑、增稠劑、殺菌劑，攪拌5-120分鐘至均勻，即制得水性導電油墨。本發明的有益效果是:
本發明通過采用特定比例的金屬材料、復合導電材料、氧化物、導電高分子、碳或石墨材料中的至少一種作為導電相，以水性高分子乳液或者分散液作為有機載體，達到了降低導電油墨成本、提高油墨機械性能、改善導電油墨的電學性能和電磁學性能，綠色環保、無鉛無鹵素的效果，符合歐盟RoHS指令，符合IEC無鹵素標準，解決了油墨施工中毒性氣體揮發帶來的勞動保護和環境污染問題，賦予導電油墨易于施工、綠色環保等功能；油墨導電相采用不同形態的廉價金屬、復合導電材料等代替常用的銀粉，對于改善油墨導電特性，降低導電油墨產品成本的具有重大意義。同時，水性導電油墨中添加其它助劑成分以保持油墨的流變特性、導電性、耐磨性、涂布和印刷功能，該水性導電油墨導電性能良好，與基材結合力強，印制品耐環境、耐摩擦、耐久性能良好。該導電油墨可以采用涂刷、絲網印刷、凹版印刷、噴涂、移印、膠印等工藝在各類紙張、玻璃、陶瓷、金屬、橡膠、塑料薄膜表面印刷，廣泛用于制造薄膜開關、透明導電膜、觸摸屏、液晶顯示器、等離子體顯示器、可撓性線路板和電路板、薄膜鍵盤、電磁屏蔽、柔性導電排線、可彎折柔性電子產品、化學和生物傳感器、電子皮膚、印刷電池、太陽能光伏電池板、電致發光(EL)冷光源、有機發光二極管(OLED)、柔性顯示器件、射頻識別標簽(RFID)等產品中。
具體實施例方式以下結合具體實施例對本發明進行具體的介紹。本發明采用以刮板細度儀測定油墨細度。導電油墨的VOC (g/L)采用氣相色譜法測定。分別將以上所得的導電油墨均勻涂在模具上，干燥至電阻值不再變化為止。導電油墨的表干時間采用棉球法測試，實干時間采用刀片法測試。采用臺階厚度測量儀測定導電油墨涂層厚度。采用鉛筆硬度計測試導電油墨涂膜的硬度。采用電阻儀測試導電油墨涂層電阻，由下式計算電阻率:
P =RS/L
式中，R為涂層電阻值(Ω ) ;S為涂層截面積(m2) ;L為涂層長度(m)。實施例1:
權利要求
1.一種水性導電油墨，其特征在于，包括以下組分且各組分的質量百分含量分別為: 高分子乳液或分散液 1%-40% ； 纖維素0.1%-1.0% ； 分散劑0.1%-0.7% ； 潤濕劑0.1%-3.0% ； 殺菌劑0.1%-0.5% ； 消泡劑0.2%-1.8% ； 導電材料30%-70% ； 成膜助劑0.5%-3% ； 水5%-60%。
2.根據權利要求1所述的一種水性導電油墨，其特征在于，還包括纖維素和殺菌劑，所述的纖維素和殺菌劑的質量百分含量分別為0.1%-1.0%和0.1%-0.5%。
3.根據權利要求1或2所述的一種水性導電油墨，其特征在于，還包括增稠劑，所述的增稠劑的質量百分含量為0.1%-1.5%。
4.根據權利要求1所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的高分子乳液為丙烯酸類合成乳液、水性聚氨酯類合成乳液、水性環氧樹脂、水性醇酸樹脂、水性氟碳乳液、改性合成乳液、天然高分子、水溶性高分子中的至少一種。
5.根據權利要求4所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的丙烯酸類合成乳液為苯丙烯酸合成乳液、純丙烯酸合成乳液，醋丙烯酸合成乳液、硅丙烯酸合成乳液中的至少一種。
6.根據權利要求4所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的天然高分子為纖維素、淀粉、阿拉伯膠、黃原膠、瓜爾豆膠中的至少一種。
7.根據權利要求4所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的水溶性高分子為聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、水解聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚氧化乙烯中的至少一種。
8.根據權利要求1所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的導電材料為金屬材料、復合導電材料、氧化物、導電高分子、碳或石墨材料中的至少一種。
9.根據權利要求8所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的金屬材料為金、鈀、鉬、銀、銅、鎳、鎂、招、猛、鈷、鋅、鐵、鈦、鶴、錫、鑰中的任一種。
10.根據權利要求8所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的金屬材料的形態為金屬顆粒、金屬粉末、金屬片或金屬纖維中的任一種。
11.根據權利要求10所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的金屬顆粒的粒徑為 0.001-1000 微米。
12.根據權利要求10所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的金屬纖維的長度為 0.005-2000 微米，直徑 0.001-1000 微米。
13.根據權利要 求8所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的碳或石墨材料為碳或石墨微納米顆粒或碳或石墨微納米纖維，所述的碳或石墨微納米顆粒的粒徑為0.001微米-10毫米。
14.根據權利要求8或13所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的碳或石墨材料為納米石墨球、石墨烯、納米石墨片、碳纖維、碳納米管、導電炭黑中的至少一種。
15.根據權利要求8所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的復合導電材料為復合導電顆粒或復合導電纖維。
16.根據權利要求8或15所述的一種水性導電油墨，其特征在于，所述的復合導電材料為具有核殼結構的雙金屬粉末、雙金屬片、雙金屬纖維、鍍金屬玻璃球、鍍金屬玻璃纖維、鍍金屬陶瓷粉末、鍍金屬陶瓷纖維、鍍金屬碳纖維、鍍金屬導電炭黑、鍍金屬石墨微納米結構、鍍金屬的氧化物粉末、鍍金屬的氧化物纖維中的至少一種。
17.—種水性導電油墨的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱取原料:按照權利要求1所述的水性導電油墨的組分和各組分的質量百分含量稱取各組分； (2)分散:將步驟(I)稱取的水加入到攪拌缸中，然后在400-600轉/分鐘的攪拌轉速下向攪拌缸中加入分散劑、潤濕劑、纖維素、消泡劑和導電材料，然后再在800-3000轉/分鐘速度下分散5-120分鐘，至細度小于15微米； (3)制備水性導電油墨:在300-500轉/分鐘的轉速下向分散好的材料中繼續加入高分子乳液或分散液、成膜助劑或交聯劑或中和劑、增稠劑、殺菌劑，攪拌5-120分鐘至均勻，即制得水性導電油墨`
全文摘要
本發明涉及一種水性導電油墨，包括以下組分且各組分的質量百分含量分別為高分子乳液或分散液1%-40%；分散劑0.1%-0.7%；潤濕劑0.1%-3.0%；消泡劑0.2%-1.8%；導電材料30%-70%；成膜助劑0.5%-3%；水5%-60%。本發明克服了溶劑型油墨有毒、有害、易燃、易爆的弊端，無毒無味，安全環保，使用方便，節省資源，油墨的成膜性和印刷性能良好、附著力強、耐候性好，以水代替有機溶劑降低了揮發性有機化合物(VOC)，也降低了生產成本。
文檔編號C09D11/10GK103073953SQ20131004955
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月7日 優先權日2013年2月7日
發明者吳衛平, 施紅華 申請人:蘇州牛劍新材料有限公司