CN100595238C

CN100595238C - 一种热塑性粉末导电涂料/油墨及其制备方法

Info

Publication number: CN100595238C
Application number: CN 200810043183
Authority: CN
Inventors: 杨建平
Original assignee: 杨建平
Current assignee: Shanghai Kuang Yu Polytron Technologies Inc
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2008-03-21
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2028-03-21
Also published as: CN101245201A

Abstract

本发明涉及一种化工电子材料，尤指一种应用于太阳能领域和电子通信领域的热塑性粉末导电涂料/油墨。以重量百分比计，包括组分：(1)导电粉60-80%；(2)粘接剂5-30%；(3)成膜增强剂0.3-10%；(4)润滑剂0.1-3%；(5)固化调节剂0.1-3%；(6)附着力促进剂0.5-10%；(7)抗氧化剂0.1-3%；(8)掺杂元素0-5%。

Description

一种热塑性粉末导电涂料/油墨及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种化工电子材料，尤指一种应用于太阳能领域和电子通信领域的粉末状导电材料(涂料/油墨)。

背景技术：

在太阳能领域和电子通信领域，普遍需要一种导体来传输电流和信号。这种导体以涂层形式附着于其他基材上，并按需要可在一定温度条件下进行烧结处理。形成密着的导电良好的导电体。它应有优异的导电性、表面光洁度、良好的附着力、耐环境性能、良好的操作性以及绿色环保等特点。

现有的类似产品如导电涂料或电子浆料，都是以液态形式存在的，该形态产品固化形式都是热固型的，并含有较多的挥发性有机化合物(VOC)，对生态环境不利。使用时需经过喷涂或印刷，需流平，烘烧时间较长。膜的厚度较薄(一般干燥膜厚在20-25μm，烧结膜厚在10-18μm)。如要求形成窄而厚(如100μm膜厚)的涂层，如太阳能表面银栅电极，就很难达到要求了。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题就在于克服现有热固性液态导电涂料和电子浆料的不足，提供一种热塑性的固态粉末状的导电涂料/油墨。

一种热塑性粉末导电涂料/油墨包含下述组分(重量百分比)

1、导电粉 60-80％

2、粘接剂 5-30％

3、成膜增强剂 0.3-10％

4、润滑剂 0.1-3％

5、固化调节剂 0.1-3％

6、附着力促进剂 0.5-10％

7、抗氧化剂 0.1-3％

8、掺杂元素 0-5％

以上述组分总量100％重量份计，在制备过程中加入助溶剂的重量份30-100％。

上述导电粉可以根据导电性和耐环境性和成本要求的不同选用银粉、铝粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、银包铝粉、银包镍粉等金属粉之一或其混合物，或铟锡金属氧化物、锡锑金属氧化物、锌镓金属氧化物、锌铝金属氧化物等金属氧化物之一或混合物。

上述导电粉是片状的或球状的，或片状与球状混合的。

上述导电粉粒径微米级或亚微米级或纳米级，一般在0.01-50μm间，金属粉粒径在5.0-15μm为最佳、金属氧化物粒径在1-30nm为最佳。

上述的粘接剂可采用热塑性聚氨酯(TPU)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。其对金属导电粉的粘接性好，对多种基材具有良好的附着力和表面光滑性，并具有良好的化学稳定性和耐磨性，对人体无害，对环境无害，是环保产品。

上述粘接剂的熔融温度为60℃-180℃，60℃-90℃为最佳。

上述的附着力促进剂为玻璃，当其在成膜和烧结时，它可促进涂层对底材的附着力，并能形成低电阻膜层。

上述成膜增强剂采用松香，它可改善膜层的流平性能和抗流挂性能，增加胶粘剂粘性，膜层在烧结时不会形成熔珠，它还可提供膜层出色的可焊性。

上述的润滑剂是采用硬脂酸锌或硬脂酸钙，它可以使产品在网印时很容易通过网筛。

固化调节剂采用的是石蜡，它可以调节成膜固化时间。

掺杂元素根据需要选用P型或N型半导体材料如磷、镓、硼、铟、硅、硒锗等，以降低材料的电阻率，提高导电性，提高能量转换效率。非应用于太阳能领域时可不掺入。

制备时需另外选用合适的助溶剂，比例不限，根据粘接剂和助剂的溶解性而定。在制备过程中这些助溶剂被烘干挥发掉，在成品中不存在这些助溶剂。一般选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二苯基甲烷(DPM)，丙二醇甲醚、醋酸乙酯/醋酸丁酯等酯类溶剂、甲基乙基酮/丁酮(MEK/MIBK)等酮类溶剂、或它们的混合物。为保护环境和节约生产成本，烘干时烘箱建议安装蒸馏回收装置，收集的助溶剂可再利用。

抗氧化剂选用二叔丁基对甲基苯酚，以减缓热熔胶的老化速度，如烧结工艺，则无需加入。

制备方法：

第1步、先将粘接剂与其它各类助剂混合，加入一定量的助溶剂，用搅拌机进行溶解分散。

第2步、将导电粉缓慢加入上述混合溶液中，用高速剪切机进行搅拌分散，搅拌时间视分散效果而定。

第3步、将上述混合物置于50℃-180℃(视助溶剂的沸点并低于粘接剂的熔融温度)的烘箱中烘烤，直至烘干为止。

第4步、将上述烘干的混合物用粉碎机进行粉碎，粉碎物放入研磨机进行研磨至粉状，以研磨到原金属粉粒径大小为止，即为成品。研磨容器应有冷却装置，研磨同时要进行冷却。

本热塑性粉末导电涂料/油墨就是为了弥补上述不足，满足市场需要而发明的。该产品是一种复合材料粉末，以金属粉(银粉、铝粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、银包铝粉等金属粉或其混合物)或金属氧化物(铟锡金属氧化物、锡锑金属氧化物、锌镓金属氧化物、锌铝金属氧化物之一或混合物)作为导电介质，外层沉积/包覆一定比例的热塑性胶粘剂。他在室温下是固体，当它应用于耐热的基材上并加热达到60-180℃时，它就变成了液体。当它被转移到室温的基材后就立即固化，因此也就不需要干燥程序了。干燥程序的减少可以提高生产效率和产量，满足高速自动化生产的要求。该热塑技术可使膜厚达到所需求的厚度，该膜层可根据需要在特定温度下进行烧结处理。

本发明的效果：

1、本发明提供一种热塑性粉末导电材料，是一种固态的导电涂料/油墨，它不含任何溶剂，树脂对人体无害，是一种无VOC的绿色环保产品，符合ISO4001环境论证标准要求。

2、本发明的产品可形成常规热固型导电涂料/油墨/电子浆料无法达到的厚膜层，这种膜厚层在太阳能电池制造中至关重要，太阳能硅电池片上的表面银栅极，要求其尽量的窄以使更大面积的光能照到硅片上，以提高光电转化效率，这样同样的体积电阻要达到尽可能低的电阻就需要更厚的膜层来支持，本发明就能满足这样的要求。

3、本发明产品熔融液化施工，室温下立即固化，它不需要干燥固化过程，干燥程序的减少可以提高生产效率和产量，满足高速自动化生产的要求。同时也节约了大量烘烤所需能源。

4、本发明中原料的优选和合理的配比，使其产品在成膜和烧结时，会产生很小的容积量(密着度高)和电阻接触率，形成低电阻，导电性能优异。

5、本发明产品成膜时与众多基材具有良好的附着力，烧结应用时膜层具有出色的焊接性能。

具体实施方式：

实施例1：制备TPU-银热塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)银粉 70％

(2)TPU 20％

(3)松香 6％

(4)SiO₂ 2％

(5)石蜡 0.5％

(6)硬脂酸锌 1％

(7)二叔丁基对甲基苯酚 0.4％

(8)磷 0.1％

总量 100％

(9)乙酸乙酯(制备助溶剂) 50％

先将(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)分别倒入(9)中，搅拌均匀，然后边搅拌边加入(1)用高剪切分散机强烈搅拌至均匀分散，然后置入50℃的烘箱中进行烘干，再用粉碎机把烘干的块状混合物进行粉碎，粉碎物放入研磨机进行研磨至粉状即为成品。

实施例2：制备EVA-银热塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)银粉 75％

(2)EVA 15％

(3)松香 5％

(4)SiO₂ 2.5％

(5)石蜡 1.3％

(6)硬脂酸钙 0.8％

(7)二叔丁基对甲基苯酚 0.3％

(8)硼 0.1％

总量 100％

(9)乙酸乙酯(制备助溶剂) 40％

先将(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)分别倒入(9)中，搅拌均匀，均匀分散，然后边搅拌边加入(1)，用高剪切分散机强烈搅拌至均匀分散，然后置入50℃的烘箱中进行烘干，再用粉碎机把烘干的块状混合物进行粉碎，粉碎物放入研磨机进行研磨至粉状即为成品。

实施例3：制备TPU-银-铝热塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)铝粉 30％

(2)银粉 40％

(3)TPU 25％

(4)松香 2％

(5)SiO₂ 1％

(6)石蜡 0.7％

(7)硬脂酸锌 1.0％

(8)二叔丁基对甲基苯酚 0.25％

(9)镓 0.05％

总量 100％

(10)乙酸乙酯(制备助溶剂) 60％

先将(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)分别倒入(10)中，搅拌均匀，均匀分散，然后边搅拌边加入(1)，用高剪切分散机强烈搅拌至均匀分散，然后置入50℃的烘箱中进行烘干，再用粉碎机把烘干的块状混合物进行粉碎，粉碎物放入研磨机进行研磨至粉状即为成品。

实施例4：制备EVA-银包铜热塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)银包铜粉 65％

(2)EVA 25％

(3)松香 4.5％

(4)SiO₂ 2％

(5)石蜡 1.5％

(6)硬脂酸钙 1.8％

(7)二叔丁基对甲基苯酚 0.2％

(8)掺杂元素 0％

总量 100％

(9)MEK(制备助溶剂) 55％

实施例5：制备TPU-铝热塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)铝粉 60％

(2)TPU 30％

(3)松香 5％

(4)SiO₂ 1.5％

(5)石蜡 0.5％

(6)硬脂酸锌 2％

(7)二叔丁基对甲基苯酚 0.2％

(8)镓 0.8％

总量 100％

(9)MIBK(制备助溶剂) 80％

实施例6：制备EVA-铝热塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)铝粉 69％

(2)EVA 10％

(3)松香 5％

(4)SiO₂ 6％

(5)石蜡 4％

(6)硬脂酸钙 5％

(7)二叔丁基对甲基苯酚 0.97％

(8)铟 0.03％

总量 100％

(9)乙酸乙酯(制备助溶剂) 60％

实施例7：制备EVA-铟锡氧化物热塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)铟锡氧化物 50％

(2)EVA 30％

(3)松香 5％

(4)SiO₂ 6％

(5)石蜡 3％

(6)硬脂酸钙 5％

(7)二叔丁基对甲基苯酚 0.97％

(8)硒 0.03％

总量 100％

(9)乙酸乙酯(制备助溶剂) 60％

实施例8：制备TPU-锡锑金属氧化物塑性粉末导电涂料/油墨

原料名称比例

(1)锡锑金属氧化物 65％

(2)TPU 18％

(3)松香 5％

(4)SiO₂ 5％

(5)石蜡 3％

(6)硬脂酸钙 2％

(7)二叔丁基对甲基苯酚 2％

总量 100％

(8)乙酸乙酯(制备助溶剂) 60％

先将(2)(3)(4)(5)(6)(7)分别倒入(8)中，搅拌均匀，均匀分散，然后边搅拌边加入(1)，用高剪切分散机强烈搅拌至均匀分散，然后置入50℃的烘箱中进行烘干，再用粉碎机把烘干的块状混合物进行粉碎，粉碎物放入研磨机进行研磨至粉状即为成品。

Claims

1、一种热塑性粉末导电涂料/油墨，以重量百分比计，包括组分：

(1)、导电粉60-80％；(2)、粘接剂5-30％；(3)、成膜增强剂0.3-10％；(4)、润滑剂0.1-3％；(5)、固化调节剂0.1-3％；(6)、附着力促进剂0.5-10％；(7)、抗氧化剂0.1-3％；(8)、掺杂元素0-5％；

所述导电粉根据导电性和耐环境性和成本要求的不同选用银粉、铝粉、铜粉、镍粉、银包铜粉、银包铝粉、银包镍粉金属粉之一或其混合物或铟锡金属氧化物、锡锑金属氧化物、锌镓金属氧化物、锌铝金属氧化物金属氧化物之一或其混合物；

所述的粘接剂采用热塑性聚氨酯(TPU)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)；

所述成膜增强剂是松香；

所述润滑剂是硬脂酸锌或硬脂酸钙；

所述固化调节剂是石蜡；

所述附着力促进剂是玻璃；

所述抗氧化剂是二叔丁基对甲基苯酚；

所述掺杂元素选用磷、镓、硼、铟、硅、硒、锗。

2、根据权利要求1所述的热塑性粉末导电涂料/油墨，其特征在于：所述金属粉是片状或球状，或片状与球状混合。

3、根据权利要求1所述的热塑性粉末导电涂料/油墨，其特征在于：所述导电粉粒径在0.01-50μm之间。

4、根据权利要求3所述的热塑性粉末导电涂料/油墨，其特征在于：所述金属粉粒径在5.0-15μm之间。

5、根据权利要求1所述的热塑性粉末导电涂料/油墨，其特征在于：所述粘接剂的熔融温度为60℃-180℃。

6、根据权利要求5所述的热塑性粉末导电涂料/油墨，其特征在于：所述粘接剂的熔融温度为60℃-90℃。

7、一种热塑性粉末导电涂料/油墨制备方法，步骤是：

第1步、以权利要求1所述的组分总量100％重量份计，将粘接剂、成膜增强剂、润滑剂、固化调节剂、附着力促进剂、抗氧化剂、掺杂元素混合，加入重量份30-100％的助溶剂，搅拌分散；

第2步、将导电粉缓慢加入上述混合溶液中，搅拌分散；

第3步、根据助溶剂的沸点并在低于粘接剂的熔融温度条件下，将上述混合物置于烘箱中烘烤，直至烘干；

第4步、将上述烘干的混合物用粉碎机进行粉碎，将粉碎物放入研磨机进行研磨至粉状，研磨时进行冷却，以研磨到该导电粉粒径大小为止，即为成品，

上述助溶剂是N-甲基吡咯烷酮、二苯基甲烷、丙二醇甲醚、醋酸乙酯/醋酸丁酯、甲基乙基酮/丁酮的一种或其混合物。