CN102167926B

CN102167926B - 一种新型纳米氧化亚铜导电油墨及其制备方法

Info

Publication number: CN102167926B
Application number: CN201010115068.6A
Authority: CN
Inventors: 唐晓峰; 赵宏鑫; 杨振国
Original assignee: SHANGHAI LANGYI FUNCTIONAL MATERIALS CO Ltd
Current assignee: Shanghai Langyi Functional Materials Co., Ltd.
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2010-02-26
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2030-02-26
Also published as: CN102167926A

Abstract

本发明公开一种以纳米氧化亚铜导电油墨为主要导电成分的喷墨打印用油墨的配方及制备方法。该新型纳米纳米氧化亚铜导电油墨包括：5wt％～70wt％纳米氧化亚铜，5wt％～70wt％着色剂，0～5wt％分散剂，5wt％～25wt％油墨载体溶剂。所述方法为：将纳米氧化亚铜，添加剂与油墨载体按照一定比例和顺序进行混合，之后进行超声分散，充分混合即可烧结。本发明公开的喷墨打印用导电油墨具有良好的可实施性，产品具有低成本、低电阻、粘度可调、易喷射等特性。

Description

一种新型纳米氧化亚铜导电油墨及其制备方法

所属技术领域

本发明涉及一种用于喷墨打印用导电油墨配方及其制备方法，更具体的说，是涉及一种高纳米金属含量，高分散性，高电导率以及粘度可调而且成本低，工艺简单的导电油墨组合物及其制备方法。

背景技术

“印制电子技术”(Printable Electronics Technology)是随着印刷技术越来越多的与其它行业技术发生交叉渗透，产生的一项新的交叉技术，是印刷技术和电子技术有机地融合实现的。它是通过印刷技术在各种基体，特别是柔性基体上制作各种电子线路或装置，使其具有诸如电子传输、信号发射、电磁屏蔽、光电转换等功能的新型技术，并且采取了加成法、高速印刷技术制作各种电子器件与电路，相比此前常用的光刻蚀减成法技术，对电子厂商的经济面上和产业结构产生了重大的影响，而导电油墨则正是印刷电子材料的核心组成部分。

纳米氧化亚铜因具有很好的化学稳定性、高的电导率，且相对于常用的纳米银而言价格低廉等因素成为导电油墨研究的又一热点。由三星电机株式会社申请的公开号为CN101089058专利中公开了一种用于喷墨打印的导电油墨组合物，其包含：30-85重量份的金属纳米颗粒，10-60重量分的溶剂，10-30重量分的湿润剂，该润湿剂由基于二醇或多醇的化合物组成，以及0.1-10重量份的用于调节粘度的基于二醇的醚化物添加剂。该发明当使用喷墨打印装置形成引线时，可以调节油墨的粘度保持高浓度。但是该发明配方众多，且多为不导电成分，在固化形成引线时必将影响最终产品的导电性，此外金属粉体与基体的相容性也是该发明难以解决的问题，同时价格也很昂贵。中国专利CN1671805A公开了一种烧结温度低的导电纳米油墨及其制备方法，该法公开了制造包含金属纳米粉末的导电油墨的新方法。该发明配方复杂，同样难以解决电导率均匀的问题。中国专利CN1354208中公开了一种导电油墨组合物是一种热固性导电油墨，用于通孔连接或类似的电器或电子用途，以提供稳定的电连接。该发明以环氧树脂为载体，以铜、银等为导电组分而形成。该法解决了溶剂挥发的问题，但是电导率低是其致命缺陷。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种工艺简单，快速高效，导电性稳定，可实施操作性强，且节能环保的新型导电油墨及其制备方法。该发明所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：它包括5％～70wt％纳米氧化亚铜，5％～70wt％着色剂，0～5wt％分散剂，5wt％～25wt％油墨载体溶剂；

所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：纳米氧化亚铜为油溶性纳米氧化亚铜，可以是纳米氧化亚铜粉体，也可以是纳米氧化亚铜的分散液，或者是纳米氧化亚铜粉体及分散液的组合物，其粒径为2-50nm；

所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：油溶性纳米氧化亚铜为表面包覆有保护剂的纳米铜，其保护剂可以是十二～十八烷酸，烷烃醇，烷烃硫醇，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵，聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇等保护剂中的一种或几种；

所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：着色剂可以是黄色颜料，品红，也可以是黑色颜料和品红的组合物，品红和黄色颜料的组合物，青色和品红颜料的组合物，青色和黑色颜料的组合物，青色和黄色颜料的组合物，着色剂总量占油墨总量的2wt％～3wt％；

所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：油墨载体溶剂用表面活性剂可以是十六烷基二甲基氯化铵(1631)、十八烷基三甲基氯化铵(1831)、阳离子瓜尔胶(C-14S)、阳离子泛醇、阳离子硅油、十二烷基二甲基氧化胺(0B-2)等阳离子表面活性剂，也可以是脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和十二烷基硫酸钠等阴离子表面活性剂，也可以是十二烷基二甲基甜菜碱、羧酸盐型咪唑啉等两性表面活性剂，还可以是烷基醇酰胺(FFA)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AE)、烷基酚聚氧乙烯醚(APE或OP)等非离子表面活性剂，其中表面活性剂添加量占油墨总量的0.1wt％～1wt％；

所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：油墨用分散剂可以是水玻璃等硅酸盐类分散剂，也可以是三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠等碱金属磷酸盐类分散剂，还可以是三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯等有机分散剂，其中优选有机分散剂；

所述的油墨载体溶剂，其特征在于：油墨载体溶剂可以是甲苯，二甲苯，或者，正己烷，正庚烷，环己烷等6～18烷及其异构体的低极性和非极性溶剂，其中溶剂占油墨总量的5wt％～25wt％；

所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：其表面张力约为25mN/m～35mN/m，其粘度为1.5～2.0cP，其电导率大于1S/cm；

所述的一种新型喷墨打印用导电油墨的制备方法，其特征在于，它可以包括：

A：将表面活性剂溶于载体溶剂，制备油墨载体；

B：将纳米氧化亚铜颜料添加到油墨载体中；

C：将着色剂，分散剂也添加进油墨载体中；

充分混合后，经过超声分散即可；

也可以包括

A：将表面活性剂溶于载体溶剂，制备油墨载体；

B：将着色剂，分散剂也添加进油墨载体中；

C：将纳米氧化亚铜颜料添加到油墨载体中；

充分混合后，经过超声分散即可；

还可以包括

A：将表面活性剂溶于载体溶剂，制备油墨载体；

B：将纳米氧化亚铜着色剂和非银着色剂混合；

C：将混合的着色剂，分散剂加入油墨载体中；

充分混合后，经过超声分散即可；

三种混合方法中的任意一种。

本发明的有益效果：

1、本发明纳米金属含量高，粘度可调，电导率高，产品价格低廉；

2、本发明配方简单，生产工艺简单，生成效率高，可操作性强，适合大规模生产；

3、本发明制备的导电油墨纳米氧化亚铜粒径小，分布窄，稳定性好；

4、本发明工艺成本低，有害废弃物产生少，能源消耗少，符合现代化“节能环保，绿色生产”的要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是导电油墨中纳米氧化亚铜透射电镜照片；

图2是纳米氧化亚铜的紫外透过率测试。

表1是实施例测试结果。表面张力测试：德国Krüss公司出品的型号为K12表面张力仪测定；粘度/cP(60rpm)：上海易友仪器有限公司出品的NDJ-79型旋转粘度计测定；电导率测试：梅特勒公司出品的型号为S30K的电导率仪测定。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。另附上实验产品的测试结果。

实例1，先将0.1份辛基酚聚氧乙烯醚溶于5份正己烷中。然后加入70份纳米氧化亚铜搅拌均匀，然后将24.9份黄色颜料，0.5份分散剂水玻璃，边搅拌边加入体系中，混合超声均匀即可。

实例2，先将0.1份辛基酚聚氧乙烯醚溶于5份正己烷中，然后加入25份颜料品红，0.5份分散剂六偏磷酸钠，搅拌均匀后将纳米氧化亚铜70份加入体系中，充分超声将混合后即可。

实施例3：将29份颜料品红，1份分散剂六偏磷酸钠和50份纳米氧化亚铜的正己烷分散液搅拌混合，然后将溶有0.5g聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯的19.5份的正庚烷中，超声分散均匀后即可。

实例4：先将0.1份辛基酚聚氧乙烯醚，1份羧甲基纤维素钠溶于5份正己烷中。然后加入60份纳米氧化亚铜搅拌均匀，然后将34.9份黄色颜料边搅拌边加入体系中，混合超声均匀即可。

实例5：先将0.5份十二烷基二甲基甜菜碱溶于25份正己烷中，然后先后加入3份古尔胶和66.5份颜料品红，超声搅拌均匀后将纳米氧化亚铜5份加入体系中，充分超声将混合后即可。

实例6：将70份颜料品红，5份分散剂古尔胶和15份纳米氧化亚铜的正己烷分散液搅拌混合，然后将溶有0.5份十二烷基二甲基甜菜碱的9.5份的正庚烷中，超声分散均匀后即可。

表1：实施例产品测试结果

	表面张力/mN/m	粘度/cP(60rpm)	电导率/mS/cm
				实施例1	31	2.2	10.8
实施例2	31.5	2.0	11.5
				实施例3	27	1.6	9.0
实施例4	30	1.7	9.8
				实施例5	25	1.6	1.5
实施例6	29	1.8	4.2

Claims

1.一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：

(1)它包括5wt％～70wt％纳米氧化亚铜，5wt％～70wt％着色剂，0～5wt％分散剂，5wt％～25wt％油墨载体溶剂；

(2)纳米氧化亚铜为油溶性纳米氧化亚铜的粉体或者分散液，或者是纳米氧化亚铜粉体及分散液的组合物，其粒径为2-50nm；

(3)其表面张力为25mN/m～35mN/m，其粘度为1.5～2.0cP，其电导率大于1mS/cm。

2.根据权利要求1所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：所述油溶性纳米氧化亚铜为表面包覆有保护剂的纳米铜，其保护剂是十二～十八烷酸，烷烃醇，烷烃硫醇，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵，聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：所述着色剂是黄色颜料，品红，或者是黑色颜料和品红的组合物，品红和黄色颜料的组合物，青色和品红颜料的组合物，青色和黑色颜料的组合物，青色和黄色颜料的组合物。

4.根据权利要求1所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：所述油墨载体溶剂用表面活性剂为十六烷基二甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、阳离子瓜尔胶、阳离子泛醇、阳离子硅油、十二烷基二甲基氧化胺阳离子表面活性剂，或者是脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠阴离子表面活性剂，或者是十二烷基二甲基甜菜碱、羧酸盐型咪唑啉两性表面活性剂，或者是烷基醇酰胺、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚非离子表面活性剂，其中表面活性剂添加量占油墨总量的0.1wt％～1wt％。

5.根据权利要求1所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：所述油墨用分散剂是水玻璃硅酸盐类分散剂，或者是三聚磷酸钠、六偏磷酸钠和焦磷酸钠碱金属磷酸盐类分散剂，或者是三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素衍生物、聚丙烯酰胺、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯有机分散剂。

6.根据权利要求4所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨，其特征在于：所述油墨载体溶剂是甲苯，二甲苯，或者正己烷，正庚烷，环己烷，6～18烷及其异构体的低极性和非极性溶剂。

7.根据权利要求1所述的一种新型纳米氧化亚铜导电油墨的制造方法，包括：

A1：将表面活性剂溶于载体溶剂，制备油墨载体；

B1：将纳米氧化亚铜添加到油墨载体中；

C1：将着色剂，分散剂也添加进油墨载体中；

充分混合后，经过超声分散即可；

或者包括

A2：将表面活性剂溶于载体溶剂，制备油墨载体；

B2：将着色剂，分散剂也添加进油墨载体中；

C2：将纳米氧化亚铜添加到油墨载体中；

充分混合后，经过超声分散即可；

或者包括

A3：将表面活性剂溶于载体溶剂，制备油墨载体；

B3：将纳米氧化亚铜和着色剂混合；

C3：将上述混合物，分散剂加入油墨载体中；

充分混合后，经过超声分散即可；

三种混合方法中的任意一种。