CN102768480B - 用于rfid应答器线圈打印的碳粉及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉及制备方法,碳粉由核用粘合树脂、壳用粘合树脂、导电剂、防粘剂、乳化剂、有机溶剂、凝聚剂和水制成。制备方法:(1)将核用粘合树脂、导电剂、防粘剂及乳化剂分散有机溶剂中,或将改性的导电树脂、防粘剂及乳化剂乳化分散得混合物乳液;将壳用粘合树脂乳化分散得壳用粘合树脂粒子分散液;(2)混合物乳液加入凝聚剂凝聚成核凝聚粒子分散液;(3)核凝聚粒子分散液中加入壳用粘合树脂粒子分散液,搅拌得到核-壳结构的凝聚粒子的分散液;将分散液沉淀、洗涤、过滤及干燥得碳粉。本发明碳粉打印效果良好、能小批量生产RFID应答器线圈,制备方法工艺简单、操作简便。
Description
技术领域
本发明涉及一种碳粉及其制造方法,尤其涉及一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉及其制造方法。
背景技术
RFID(Radio Frequency Identification)即射频识别,又称电子标签,是一种通信技术,可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。一套完整的RFID系统是由阅读器(Reader)与电子标签(Tag)也就是所谓的应答器(Transponder)及应用软件系统三个部分组成。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或者读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。应答器是RFID系统的信息载体,目前应答器大多是由耦合原件(线圈,微带天线等)和微芯片组成的无源单元。耦合原件(线圈,微带天线等)通常通过印刷电路的方式制作,往往是大批量生产,而因为芯片中的信息有多有少,对线圈的要求不尽相同,如今RFID的应用越来越广,有些应用并不是大批量的,因此对线圈的生产存在个性化需求。而如何实现快速,小批量,灵活的生产RFID应答器线圈就是一个需要解决的问题,于是就产生了采用打印机打印RFID应答器线圈的考虑。
打印机中,碳粉是静电复印机和激光打印机的主要耗材之一,由树脂、颜料、添加剂等成份组成。在碳粉的使用过程中,需要通过摩擦使碳粉带上相应的电荷,再通过电场力的作用,使碳粉到达指定位置从而进行显影。因此碳粉本身是不导电的,但是RFID应答器线圈的工作原理使得线圈要求必须是导电的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术中没有专门用于RFID应答器线圈打印的碳粉,提供一种能用于RFID应答器线圈打印,且打印效果良好、能小批量生产RFID应答器线圈的用于RFID应答器线圈打印的碳粉。
本发明进一步要解决的技术问题在于,提供一种工艺简单、操作简便、制造的碳粉适用于批量生产RFID应答器线圈的碳粉制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉,由以下重量份数的原料制成:
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉中,在导电剂重量份数大于0时,所述的核用粘合树脂为聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或改性的导电树脂;在导电剂重量份数为0时,所述的核用粘合树脂选用改性的导电树脂。
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉中,所述壳用粘合树脂选用聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂。
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉中,所述导电剂为金属导电剂、炭黑、络合物导电剂中的至少一种。
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉中,所述防粘剂为合成蜡或天然蜡。
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉中,所述乳化剂为十二烷基苯硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十五烷基硫酸钠、辛基硫酸钠、油酸钠或月桂酸钠。
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉中,所述凝聚剂为M离子的卤化物、硫酸盐或者乙酸盐,或者所述凝聚剂为N离子络合物中的一种或者几种,所述M离子为钾离子、钠离子、锂离子、镁离子、钙离子、锌离子或铜离子,所述N离子为铝离子、铁离子或铬离子。
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉中,所述有机溶剂选择C1~C6的醇、C1~C6的酮或C1~C6的酯。
用于RFID应答器线圈打印的碳粉制造方法,包括以下步骤:
(1)分散、乳化:将核用粘合树脂、导电剂、防粘剂及乳化剂分散于有机溶剂中形成油相分散液,然后加水乳化形成混合物乳液;或者将改性的导电树脂、防粘剂及乳化剂分散于有机溶剂中形成油相分散液,然后加水
乳化形成混合物乳液;
另外将壳用粘合树脂加入到有机溶液中分散均匀,再加水乳化得到壳用粘合树脂粒子分散液;
(2)核凝聚:取步骤(1)形成的混合物乳液,搅拌加入凝聚剂,形成核凝聚粒子分散液;
(3)核-壳结构形成:向步骤(2)形成的核凝聚粒子分散液中加入壳用粘合树脂粒子分散液,搅拌使壳用粘合树脂粒子附着在核凝聚粒子周围形成壳,得到具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液;
(4)后处理:将具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液沉淀、洗涤、过滤及干燥后得到内核能导电、外壳不导电的用于RFID应答器线圈打印的碳粉。
所述步骤(1)中,所述分散是高速剪切分散,所述高速剪切分散的搅拌速度为3000rpm~10000rpm,高速剪切分散时间为30min-2h;所述乳化是:在20~40℃下加入100~200份重量份数的水,高速搅拌10~30min。
所述步骤(2)中,搅拌的速度为400~600rpm,搅拌时间为10~30min。
所述步骤(3)中,搅拌速度为400~600rpm,搅拌时间为10~30min。
所述步骤(4)之前还包括:搅拌下向步骤(3)得到的具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液中加入凝聚剂,此时的搅拌速度为400~600rpm,加完凝聚剂后继续搅拌10~30min,使分散液中的凝聚粒子相互结合在一起形成具有蜂窝状核-壳结构的调色剂颗粒。
作为用于RFID应答器线圈打印的碳粉,该碳粉要具有两个功能,一个功能是能在打印基材上显影,另一个是显影在基材上的图案能作为RFID应答器线圈实现其导电耦合功能。因此,该碳粉具有一种特殊的结构--壳核结构,壳核结构是碳粉具有两层结构,外层壳结构用于显影,碳粉具有显影剂的功能,即能通过摩擦带电用于显影;内层核结构在打印时通过高温将壳结构融化,显露出核结构,可导电的核结构的碳粉结合在基材上,形成可导电的RFID应答器线圈,最终完成RFID应答器线圈的打印。
用于RFID应答器线圈打印的碳粉的制备方法中,工艺简单、易操作、工艺条件易控,制备的碳粉具有特殊的壳核结构,能满足用于打印RFID应答器线圈。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
以下实施例中可以具体选择如下的原料:
核用粘合树脂选择聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或改性的导电树脂。改性的导电树脂选择导电聚苯乙烯。
壳用粘合树脂选择聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂。
导电剂选择金属导电剂、炭黑、络合物导电剂中的至少一种,金属导电剂具体优选银粉,络合物导电剂优选烯烃络合物K[PtCl3(C2H4)]·H2O。
防粘剂选择合成蜡或天然蜡,具体优选聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、米蜡、微晶蜡、石蜡、费托蜡、氧化聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、褐煤酸酯蜡、脱酸巴西棕榈蜡。
乳化剂选择十二烷基苯硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十五烷基硫酸钠、辛基硫酸钠、油酸钠或月桂酸钠。
所述有机溶剂选择C1~C6的醇、C1~C6的酮或C1~C6的酯。
凝聚剂选择所述凝聚剂为M离子的卤化物、M离子的硫酸盐或者M离子的乙酸盐,或者所述凝聚剂为N离子的络合物中的一种或者几种,所述M离子为钾离子、钠离子、锂离子、镁离子、钙离子、锌离子或铜离子,所述N离子为铝离子、铁离子或铬离子。优选氯化钾、氯化镁、氯化钙、硫酸钾、硫酸钠等。
实施例1:
一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉,由以下重量份数的原料制成:
用于RFID应答器线圈打印的碳粉的制备:
(1)分散、乳化:
核用混合物乳液的制备:将21重量份的导电炭黑,8重量份Tg温度(玻璃化转变温度)为61℃的聚丙烯蜡,0.8重量份的十四烷基苯磺酸钠和140重量份的聚酯树脂加入到80重量份的丁酮中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入150重量份的去离子水乳化,得到混合物分散乳液。
壳用粘合树脂粒子分散液的制备:20重量份Tg温度为66℃的聚酯树脂和0.6重量份的十四烷基苯磺酸钠加入到30重量份的丁酮中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入70重量份的去离子水乳化,得到壳用粒子分散液。
(2)核凝聚:将上述步骤(1)形成的混合物分散乳液放置于反应器中,调节搅拌速度为400~600rpm,加入30重量份的1%(质量百分浓度,下同)氯化镁作为凝聚剂。加完凝聚剂后,继续搅拌30分钟,得到粒径为4.2μm的导电核凝聚粒子分散液。
(3)核-壳结构形成:将上述壳用粒子分散液加入到核凝聚粒子分散液中,搅拌保持30分钟,得到粒径为4.3μm的具有内核为导电树脂,外壳为非导电树脂的凝聚粒子分散液。
(4)蜂窝状多核壳结构的碳粉凝聚物的制备:加入10重量份的1%氯化镁作为凝聚剂,继续搅拌30分钟,当得到所需碳粉的球形度和粒径大小时,即球形度0.975和粒径7um,加入500重量份的去离子水,得到具有蜂窝状多核壳结构的碳粉凝聚物。
(5)后处理:将此碳粉凝聚物用水洗涤三次以上,将所得凝聚物过滤,在40℃以下用真空干燥装置干燥,得到具有蜂窝状多核壳结构的外壳不导电、内核为导电的壳核结构的碳粉。
实施例2:
一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉,由以下重量份数的原料制成:
用于RFID应答器线圈打印的碳粉的制备:
(1)分散、乳化:
核用混合物乳液的制备:将8重量份Tg温度为61℃的聚丙烯蜡,0.8重量份的十四烷基苯磺酸钠和120重量份的导电聚苯乙烯树脂加入到80重量份的丁酮中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入150重量份的去离子水乳化,得到混合物分散乳液。
壳用粒子分散液的制备:30重量份Tg温度为66℃的聚酯树脂和0.6重量份的十四烷基苯磺酸钠加入到30重量份的丁酮中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入70重量份的去离子水乳化,得到壳用粒子分散液。
(2)核凝聚:将上述步骤(1)形成的混合物分散乳液放置于反应器中,调节搅拌速度为400~600rpm,加入30重量份的1%氯化镁作为凝聚剂。加完凝聚剂后,继续搅拌30分钟,得到粒径为4.2μm的导电核凝聚粒子分散液。
(3)核-壳结构形成:将上述壳用粒子分散液加入到核凝聚粒子分散液中,保持30分钟,得到粒径为4.5μm的具有内核为导电树脂,外壳为非导电树脂的凝聚粒子分散液。
(4)蜂窝状多核壳结构的碳粉凝聚物的制备:加入10重量份的1%氯化镁作为凝聚剂,继续搅拌30分钟,当得到所需碳粉的球形度和粒径大小时,加入500重量份的去离子水,得到具有蜂窝状多核壳结构的碳粉凝聚物。
(5)后处理:将此碳粉凝聚物用水洗涤三次以上,将所得凝聚物过滤,在40℃以下用真空干燥装置干燥,得到具有蜂窝状多核壳结构的外壳不导电、内核为导电树脂的壳核结构的碳粉。
实施例3:
一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉,由以下重量份数的原料制成:
用于RFID应答器线圈打印的碳粉的制备:
(1)分散、乳化:
核用混合物分散乳液的制备:将3重量份的银粒子,2重量份Tg温度为61℃的聚乙烯蜡,0.6重量份的十二烷基苯硫酸钠和100重量份的聚氨酯树脂加入到60重量份的丙酮中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入110重量份的去离子水乳化,得到混合物分散乳液。
壳用粒子分散液的制备:10重量份Tg温度为66℃的聚酯树脂和0.4重量份的十二烷基苯硫酸钠加入到30重量份的丙酮中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入40重量份的去离子水乳化,得到壳用粒子分散液。
(2)核凝聚:将上述步骤(1)形成的混合物分散乳液放置于反应器中,调节搅拌速度为400~600rpm,加入10重量份的1%氯化钾溶液作为凝聚剂。加完凝聚剂后,继续搅拌30分钟,得到粒径为4.0μm的导电核凝聚粒子分散液。
(3)核-壳结构形成:将上述壳用粒子分散液加入到核凝聚粒子分散液中,保持30分钟,得到粒径为4.2μm的具有内核为导电树脂,外壳为非导电树脂的凝聚粒子分散液。
(4)后处理:将此凝聚粒子分散液用水洗涤三次以上,将所得凝聚物过滤,在40℃以下用真空干燥装置干燥,得到核壳结构的外壳不导电、内核为导电树脂形成的壳核结构的碳粉。
实施例4:
一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉,由以下重量份数的原料制成:
用于RFID应答器线圈打印的碳粉的制备:
(1)分散、乳化:
核用混合物乳液的制备:将30重量份的导电剂炭黑、15重量份Tg温度为61℃的巴西棕榈蜡,2重量份的十五烷基硫酸钠和200重量份的乙烯基树脂加入到90重量份的有机溶剂乙醇中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入190重量份的去离子水乳化,得到混合物分散乳液。
壳用粒子分散液的制备:30重量份Tg温度为66℃的乙烯基树脂和1重量份的十五烷基硫酸钠加入到60重量份的有机溶剂乙醇中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入60重量份的去离子水乳化,得到壳用粒子分散液。
(2)核凝聚:将上述步骤(1)形成的混合物分散乳液放置于反应器中,调节搅拌速度为400~600rpm,加入200重量份的1%硫酸钠溶液作为凝聚剂。加完凝聚剂后,继续搅拌30分钟,得到粒径为3.8μm的导电核凝聚粒子分散液。
(3)核-壳结构形成:将上述壳用粒子分散液加入到核凝聚粒子分散液中,保持30分钟,得到粒径为4.0μm的具有内核为导电树脂、外壳为非导电树脂的凝聚粒子分散液。
(4)后处理:将此凝聚粒子分散液用水洗涤三次以上,将所得凝聚物过滤,在40℃以下用真空干燥装置干燥,得到核壳结构的外壳不导电、内核为导电树脂的凝聚粒子形成的壳核结构的碳粉。
实施例5:
一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉,由以下重量份数的原料制成:
用于RFID应答器线圈打印的碳粉的制备:
(1)分散、乳化:
核用混合物乳液的制备:将12重量份Tg温度为61℃的石蜡,1重量份的辛基硫酸钠和120重量份的导电聚苯乙烯加入到80重量份的有机溶剂戊醇中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入130重量份的去离子水乳化,得到混合物分散乳液。
壳用粒子分散液的制备:20重量份Tg温度为66℃的环氧树脂和1重量份的辛基硫酸钠加入到40重量份的有机溶剂戊醇中,用乳化装置高速剪切分散1小时。保持温度在30℃左右,加入70重量份的去离子水乳化,得到壳用粒子分散液。
(2)核凝聚:将上述步骤(1)形成的混合物分散乳液放置于反应器中,调节搅拌速度为400~600rpm,加入600重量份的1%硫酸钠溶液作为凝聚剂。加完凝聚剂后,继续搅拌30分钟,得到粒径为4.5μm的导电核凝聚粒子分散液。
(3)核-壳结构形成:将上述壳用粒子分散液加入到核凝聚粒子分散液中,保持30分钟,得到粒径为4.6μm的具有内核为导电树脂、外壳为非导电树脂的凝聚粒子分散液。
(4)后处理:将此凝聚粒子分散液用水洗涤三次以上,将所得凝聚物过滤,在40℃以下用真空干燥装置干燥,得到核壳结构的外壳不导电、内核为导电树脂的凝聚粒子形成的壳核结构的碳粉。
上述实施例1~5分别改换核用粘合树脂和壳用粘合树脂的搭配,核用粘合树脂依次从聚酯树脂、改性的聚苯乙烯、聚氨酯树脂、环氧树脂、改性的聚苯乙烯选择。壳用粘合树脂依次分别聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂选择,其他原料及其步骤不变,得到实施例6~10。
将上述实施例1~10的碳粉安装到打印机中,在电脑中设计出一款TK310RFID芯片用线圈,用本发明实施例的碳粉来打印制成线圈进行测试,测试结果如下:
上表显示:实施例1~10中的电感和Q值数据完全能满足线圈要求,而使用目前的普通碳粉打印,因为其不导电,所以电感及Q值均为0,不符合要求。
Claims (11)
1.用于RFID应答器线圈打印的碳粉制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)分散、乳化:将核用粘合树脂、导电剂、防粘剂及乳化剂分散于有机溶剂中形成油相分散液,然后加水乳化形成混合物乳液;或者将改性的导电树脂、防粘剂及乳化剂分散于有机溶剂中形成油相分散液,然后加水乳化形成混合物乳液;
另外将壳用粘合树脂加入到有机溶液中分散均匀,再加水乳化得到壳用粘合树脂粒子分散液;
(2)核凝聚:取步骤(1)形成的混合物乳液,搅拌加入凝聚剂,形成核凝聚粒子分散液;
其中,原料的重量份数为:
在所述导电剂重量份数大于0时,所述的核用粘合树脂为聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或改性的导电树脂;在所述导电剂重量份数为0时,所述的核用粘合树脂选用改性的导电树脂;
(3)核-壳结构形成:向步骤(2)形成的核凝聚粒子分散液中加入壳用粘合树脂粒子分散液,搅拌使壳用粘合树脂粒子附着在核凝聚粒子周围形成壳,得到具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液;
(4)后处理:将具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液沉淀、洗涤、过滤及干燥后得到内核能导电、外壳不导电的用于RFID应答器线圈打印的碳粉。
2.根据权利要求1所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉制造方法,其特征在于,所述步骤(1)中,所述分散是高速剪切分散,所述高速剪切分散的搅拌速度为3000rpm~10000rpm,高速剪切分散时间为30min-2h;所述乳化是:在20~40℃下加入100~200份重量份数的水,高速搅拌10~30min。
3.根据权利要求1所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉制造方法,其特征在于,所述步骤(2)中,搅拌的速度为400~600rpm,搅拌时间为10~30min;所述步骤(3)中,搅拌速度为400~600rpm,搅拌时间为10~30min。
4.用于RFID应答器线圈打印的碳粉制造方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)分散、乳化:将核用粘合树脂、导电剂、防粘剂及乳化剂分散于有机溶剂中形成油相分散液,然后加水乳化形成混合物乳液;或者将改性的导电树脂、防粘剂及乳化剂分散于有机溶剂中形成油相分散液,然后加水乳化形成混合物乳液;
另外将壳用粘合树脂加入到有机溶液中分散均匀,再加水乳化得到壳用粘合树脂粒子分散液;
(2)核凝聚:取步骤(1)形成的混合物乳液,搅拌加入凝聚剂,形成核凝聚粒子分散液;
在所述导电剂重量份数大于0时,所述的核用粘合树脂为聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或改性的导电树脂;在所述导电剂重量份数为0时,所述的核用粘合树脂选用改性的导电树脂;
(3)核-壳结构形成:向步骤(2)形成的核凝聚粒子分散液中加入壳用粘合树脂粒子分散液,搅拌使壳用粘合树脂粒子附着在核凝聚粒子周围形成壳,得到具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液;
(4)搅拌下向步骤(3)得到的具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液中加入凝聚剂,此时的搅拌速度为400~600rpm,加完凝聚剂后继续搅拌10~30min,使分散液中的凝聚粒子相互结合在一起形成具有蜂窝状核-壳结构的调色剂颗粒;
(5)后处理:将具有核-壳结构的凝聚粒子的分散液沉淀、洗涤、过滤及干燥后得到内核能导电、外壳不导电的用于RFID应答器线圈打印的碳粉;
所述用于RFID应答器线圈打印的碳粉由以下重量份数的原料制成:
所述步骤(2)与步骤(4)中所加入的凝聚剂之和的重量份数为0.1~6。
5.一种用于RFID应答器线圈打印的碳粉,其特征在于,采用权利要求1-4任一所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉制造方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉,其特征在于,所述壳用粘合树脂选用聚酯树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或环氧树脂。
7.根据权利要求5所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉,其特征在于,所述导电剂为金属导电剂、炭黑、络合物导电剂中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉,其特征在于,所述防粘剂为合成蜡或天然蜡。
9.根据权利要求5所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉,其特征在于,所述乳化剂为十二烷基苯硫酸钠、十四烷基硫酸钠、十五烷基硫酸钠、辛基硫酸钠、油酸钠或月桂酸钠。
10.根据权利要求5所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉,其特征在于,所述凝聚剂为M离子的卤化物、硫酸盐或者乙酸盐,或者所述凝聚剂为N离子络合物中的一种或者几种,所述M离子为钾离子、钠离子、锂离子、镁离子、钙离子、锌离子或铜离子,所述N离子为铝离子、铁离子或铬离子。
11.根据权利要求5所述的用于RFID应答器线圈打印的碳粉,其特征在于,所述有机溶剂选择C1~C6的醇、C1~C6的酮或C1~C6的酯。
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JP特开2004-161842A 2004.06.10 |
JP特开2004-224835A 2004.08.12 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN102768480A (zh) | 2012-11-07 |
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