CN101967319B - 一种射频识别天线用水性油墨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射频识别天线用水性油墨及其制备方法，将水性高分子树脂、导电炭黑、水、乙醇、抗静电剂和炭黑分散剂按比例混合、分散均匀后，研磨使其细度符合要求，过滤后再与一定量三乙醇胺和消泡剂分散均匀，即制得射频识别天线用水性油墨。本发明的油墨墨层固化快，附着牢度好，在使用过程中可直接用水稀释，印刷完毕后印刷设备可直接用水清洗，适用于多种印刷方式，安全环保，且制备方法简单，材料来源广，生产成本低。

Description

一种射频识别天线用水性油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种以水性高分子树脂作连接料、导电碳墨作导电材料，与水、乙醇及消泡剂加工而成的射频识别(Radio Frequency Identification，简写成RFID)天线用水性油墨及其制备方法，属于印刷技术领域。

背景技术

目前，微电子技术正向各个领域渗透，导电印刷技术作为一种高新技术应运而生。本产品是专门为RFID元件的发射天线上的印刷油墨，将印好的发射天线与RFID板等组合而成；具有结构简单、外形美观、耐性久等优点。油墨印刷电路工艺简单，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，印刷扁平精细电缆，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与可以调试后应用，在微电子领域的应用是多种多样的。此外RFID是将油墨印刷在商品的的承印物后制成，它是通过导电油墨将芯片发出的电波放大发送出去，根据用户需要设计不同的频率规格等。传统的天线制造都是在金属范围内的加工，如金属电镀；金属蚀刻等形成线状天线。用印刷法的探索会出现印刷的线条导电性不够或线体只能加厚等。

发明内容

本发明的目的在于弥补上述现有技术的不足，提供一种RFID天线用水性油墨及其制备方法，该油墨导电性好，稳定性高，附着力好，固化温度低，原料来源广泛，而且其制备方法简单易行。

实现本发明目的所采用的技术方案是：

一种射频识别天线用水性油墨，是以水性高分子树脂、导电炭黑、乙醇、抗静电剂、炭黑分散剂、三乙醇胺、消泡剂和水为原料，各原料占原料总质量的百分比分别为：水性高分子树脂30％～50％、导电炭黑15％～25％、乙醇8％～12％、抗静电剂3％～8％、炭黑分散剂4％～9％、三乙醇胺2％～5％和消泡剂1％～3％，其余为水，然后将水性高分子树脂、导电炭黑、水、乙醇、抗静电剂和炭黑分散剂混合，分散均匀，充分研磨至细度不超过10μm，过滤后再与三乙醇胺、消泡剂分散均匀而制得。

本发明还提供了上述射频识别天线用水性油墨的制备方法，该方法是以水性高分子树脂、导电炭黑、乙醇、抗静电剂、炭黑分散剂、三乙醇胺、消泡剂和水为原料，各原料占原料总质量的百分比分别为：水性高分子树脂30％～50％、导电炭黑15％～25％、乙醇8％～12％、抗静电剂3％～8％、炭黑分散剂4％～9％、三乙醇胺2％～5％和消泡剂1％～3％，其余为水，按照上述原料和配比，采用以下步骤制备：

(1)将水性高分子树脂、导电炭黑、水、乙醇、抗静电剂和炭黑分散剂混合，充分搅拌分散均匀；

(2)将分散好的物料研磨至细度不超过10μm，否则再继续研磨，直至细度符合要求；

(3)将研磨好的物料过滤，再与三乙醇胺、消泡剂分散均匀，即制得射频识别天线用水性油墨。

本发明是以水性高分子树脂作连接料、导电炭黑作导电材料，与水、乙醇、三乙醇胺、消泡剂等加工制备RFID天线用水性油墨，其主要特点如下：

一、本发明所选用的水溶性高分子树脂能满足导电油墨连接料的特性要求。

连接料是导电油墨中的成膜物质，在油墨中连接料并不一定要求是导电性的聚合物，它仅要求只要在某一温度范围内固化时不产生电阻率，这一点是导电油墨的特性。作为连接料的树脂在油墨中既起到对导电材料的密封作用，又起到使导电粒子连结成膜的作用，所以需要采用电阻变化小，稳定性高的高分子聚合物作为连接料，使导电粒子在连接料中分散性好、移动性小、导电误差小，能够赋与油墨膜的物理和化学稳定性。连接料在印刷图形前使导电材料构成一定粘度的印料，以完成印刷方式的图形转移，印刷后经过固化过程，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。利用目前市场上现有的水性树脂作为粘连剂，制成RFID天线用水性油墨，本发明人考虑选用韧性好、成膜后疏水性强、表面张力小的由有机硅单体和丙烯酯类单体接枝共聚而制成的水溶性高分子树脂，以改善导电油墨的表面张力，降低树脂的内聚力和提高树脂的柔韧性，从而提高树脂对PET薄膜的附着力。而水性丙烯酸已是公认的环保型树脂，也达到了导电油墨连接料的要求。

二、本发明以导电炭黑作导电材料，价廉物美。

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、炭黑、石墨及其他复合粉末。以炭黑作为导电材料，其导电性虽然没有银粉高，但价格便宜，也能满足防静电要求，如果用量得当，对油墨的物理性能影响不大。导电炭黑作为油墨的导电材料，其平均粒径只有4μm，DET比表面积为65(m²/g)，吸油值为250(g/100g)如HG-1F型。因此，兼顾导电油墨的导电性和较好的涂层性能，并考虑到要尽量降低生产成本，导电炭黑的浓度选择在15％～30％的稳定区域。

三、本发明以水、乙醇等作为RFID天线用水性油墨的溶剂，经济环保。

溶剂在油墨中的主要作用是：(1)溶解树脂，使导电微粒(即导电材料)在聚合物中充分分散，给予墨性；(2)调节粘度，给与印刷适应性；(3)调节油墨的干燥速度。RFID天线用水性油墨的溶剂不但要求具有亲水性，而且也应具有环保特性。本发明选择水、乙醇和抗静电剂作为油墨的溶剂，与高分子水性树脂、导电材料完全相匹配，从而保证了RFID天线用水性油墨的环保性能。

四、选择助剂适当。

消泡剂的加入会对导电油墨的导电性能产生不良影响，在权衡利弊的情况下本发明人有选择性的加入了一定量的炭黑分散剂、消泡剂、三乙醇胺等。这些消泡剂的加入均能导电油墨干燥后无空穴，使RFID天线用水性油墨的印刷产品得到最密集导电线体，质量得到提高。

综上所述，本发明具有如下优点：

(1)产品不带刺激性气味，无有机溶剂(VOC)挥发，有利于环保，保障了印刷车间操作工人的安全健康。

(2)产品在使用过程中可直接用水稀释，印刷完毕后印刷设备可直接用水清洗，对印刷车间环境无污染。

(3)产品不但适用于传统的丝网印刷，而且更适用于当今先进的柔性版、凹版印刷方式(60-80℃下30-80m/min)。与丝网印刷(80-110℃下1-8m/min)对比，提高生产效率20倍以上，并可连续性生产。本发明解决了其原因为印刷时产生的印刷空隙所致，为此，我们采用了分散剂和消泡剂，得到了最密集的印刷堆积线段，获得了高导效果，完成了水性的高难度并提高了印刷速度，满足了机器印刷的印刷条件(60-80℃下30-80m/min)

(4)产品低温固化，墨层固化快，附着牢度好，固化温度在60-80℃。

(5)满足电阻率低、导电性能好，稳定性高的使用要求，且材料来源广，生产成本低，为绿色产品。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护内容不局限于以下实施例。

本发明所用水性高分子树脂均为改性丙烯酸水溶性树脂，该树脂在60～80℃能产生固化，且不产生高阻率，本发明实施例中采用水性高分子树脂ViviPrint 540。

实施例1

本实施例中所用各原料及其占原料总质量的百分比分别为：38％水性高分子树脂、18％超导导电炭黑：BP2000、18％水、10％乙醇、5％抗静电剂、6％炭黑分散剂、3％三乙醇胺和2％消泡剂，然后采用上述原料和配比按照以下步骤进行制备：

(1)将水性高分子树脂、导电炭黑、水、乙醇、抗静电剂和炭黑分散剂混合，充分搅拌分散均匀；

(2)将分散好的物料研磨至细度不超过10μm，否则再继续研磨，直至细度符合要求；

(3)将研磨好的物料过滤，再与三乙醇胺、消泡剂分散均匀，即制得RFID天线用水性油墨。将该RFID天线用水性油墨产品用凹版印刷方式在PET薄膜上印刷，制作成RFID电子产品质量达到了测试结果，其技术指标见表1：

表1.实施例1所得RFID天线用水性油墨的测试结果

实施例2

本实施例中所用各原料及其占原料总质量的百分比分别为：42％水性高分子树脂、20％HG-1F型导电炭黑、16％水、9％乙醇、4％抗静电剂、5％炭黑分散剂、2％三乙醇胺和2％消泡剂，然后采用上述原料和配比按照以下步骤进行制备：

(1)将水性高分子树脂、导电炭黑、水、乙醇、抗静电剂和炭黑分散剂混合，充分搅拌分散均匀；

(2)将分散好的物料研磨至细度不超过10μm，否则再继续研磨，直至细度符合要求；

(3)将研磨好的物料过滤，再与三乙醇胺、消泡剂分散均匀，即制得RFID天线用水性油墨。将本品采用纸张凹印的方式在上纸张上印刷，制作成RFID电子产品的发射天线，其技术指标见表2：

表2.实施例2所得RFID天线用水性油墨的测试结果

本发明中的抗静电剂、炭黑分散剂和消泡剂均可以分别采用本领域常用的产品，如可以采用ATMER 129型抗静电剂、HP-714炭黑分散剂和0506型消泡剂。

Claims (2)

1.一种射频识别天线用水性油墨，其特征在于该油墨是以水性高分子树脂、导电炭黑、乙醇、抗静电剂、炭黑分散剂、三乙醇胺、消泡剂和水为原料，各原料占原料总质量的百分比分别为：水性高分子树脂30%~50%、导电炭黑15%~25%、乙醇8%~12%、抗静电剂3%~8%、炭黑分散剂4%~9%、三乙醇胺2%~5%和消泡剂1%~3%，其余为水，然后将水性高分子树脂、导电炭黑、水、乙醇、抗静电剂和炭黑分散剂混合，分散均匀，充分研磨至细度不超过10μm，过滤后再与三乙醇胺、消泡剂分散均匀而制得，其中所述水性高分子树脂为改性丙烯酸水溶性树脂。

2.一种权利要求1所述的射频识别天线用水性油墨的制备方法，其特征在于采用以下步骤备：

(1)按权利要求中1所述原料和配比，将水性高分子树脂、导电炭黑、水、乙醇、抗静电剂和炭黑分散剂混合，充分搅拌分散均匀，其中所述水性高分子树脂为改性丙烯酸水溶性树脂；

(2)将分散好的物料研磨至细度不超过10μm，否则再继续研磨，直至细度符合要求；

(3)将研磨好的物料过滤，再与三乙醇胺、消泡剂分散均匀，即制得射频识别天线用水性油墨。