CN102855520A

CN102855520A - Rfid应答器线圈及其制作方法

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Publication number: CN102855520A
Application number: CN2012102660859A
Authority: CN
Inventors: 张希平; 苏健强
Original assignee: Print Rite Unicorn Image Products Co Ltd
Current assignee: Print Rite Unicorn Image Products Co Ltd
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: CN102855520B

Abstract

本发明公开了一种RFID应答器线圈及其制备方法，RFID应答器线圈包括基板和导电线路，导电线路由壳核结构的碳粉打印在基板表面；壳核结构的碳粉制备的原料为核用粘合树脂、壳用粘合树脂、导电剂、防粘剂、乳化剂等。制备方法：设计出RFID应答器线圈的图形；将基板片材置于使用壳核结构碳粉的打印机中，将RFID应答器线圈的图形打印到基板片材上，得到排布至少一个RFID应答器线圈的基板片材；将带有RFID应答器线圈的基板片材进行裁切，得到RFID应答器线圈。本发明线圈能实现其功能、制作灵活方便，制备方法的打印效果良好、能小批量生产、操作简便。

Description

RFID应答器线圈及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种导电线圈及其制作方法，尤其涉及一种RFID应答器线圈及其制作方法。

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，所以普通的打印机碳粉不能用于RFID应答器线圈的打印。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中RFID应答器线圈采用印刷电路的方式制作、不能小批量定制的缺陷，提供一种能实现其应有功能、制作灵活方便的RFID应答器线圈。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种打印效果良好、能小批量生产的RFID应答器线圈的制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种RFID应答器线圈，包括基板和导电线路，所述导电线路由壳核结构的碳粉打印在所述基板表面；所述壳核结构的碳粉由以下重量份数的原料制成：

所述基板为塑料薄膜片、纸板。

所述打印是将转印到基板上的壳核结构的碳粉采用高温定型固定在基板上。即所述打印是采用打印机打印。

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。

所述防粘剂为合成蜡或天然蜡。

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。

所述有机溶剂选择C₁～C₆的醇、C₁～C₆的酮或C₁～C₆的酯。

一种RFID应答器线圈的制备方法，包括以下步骤：

（1）设计出RFID应答器线圈的图形；

（2）将基板片材置于使用壳核结构碳粉的打印机中，将RFID应答器线圈的图形打印到基板片材上，得到排布至少一个RFID应答器线圈的基板片材；

（3）将带有RFID应答器线圈的基板片材进行裁切，得到RFID应答器线圈。

所述步骤（2）中，基板片材为塑料薄膜片、纸板。

本发明的RFID应答器线圈是通过打印方式制作的线圈，线圈本身具有了RFID应答器线圈的功能，并且这种RFID应答器线圈能实现快速小批量生产、个性化生产，解决了印刷电路方式制作的线圈只能大批量生产、缺少灵活性的问题。

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。

RFID应答器线圈的制备方法中，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。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例1的侧面结构示意图；

图2是本发明实施例1的正视图。

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。

实施例1、如图1、2所示，一种RFID应答器线圈，包括基板1和导电线路2，所述导电线路2由壳核结构的碳粉打印在所述基板1表面，基板1选用塑料薄膜片或纸板。基板厚度为0.05～0.2mm，导电线路2的形状结构根据需求设计而成，与印刷电路方式制成的导电线路是完全一样的。所述打印是将转印到基板1上的壳核结构的碳粉采用高温固定在基板1上形成导电线路2。

所述壳核结构的碳粉由以下重量份数的原料制成：

以下实施例2～11，是采用不同原料的具体实施方式，各个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、脱酸巴西棕榈蜡中的至少一种。

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。

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2：RFID应答器线圈与实施例1结构相同，在此不再赘述。RFID应答器线圈采用了以下壳核结构的碳粉来打印导电线路。

一种壳核结构的碳粉，由以下重量份数的原料制成：

壳核结构的碳粉的制备：

（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3：RFID应答器线圈与实施例1结构相同，在此不再赘述。RFID应答器线圈采用了以下壳核结构的碳粉来打印导电线路。

一种壳核结构的碳粉，由以下重量份数的原料制成：

壳核结构的碳粉的制备：

（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4：RFID应答器线圈与实施例1结构相同，在此不再赘述。RFID应答器线圈采用了以下壳核结构的碳粉来打印导电线路。

一种壳核结构的碳粉，由以下重量份数的原料制成：

壳核结构的碳粉的制备：

（1）分散、乳化：

核用混合物乳液的制备：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5：RFID应答器线圈与实施例1结构相同，在此不再赘述。RFID应答器线圈采用了以下壳核结构的碳粉来打印导电线路。

一种壳核结构的碳粉，由以下重量份数的原料制成：

壳核结构的碳粉的制备：

（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6：RFID应答器线圈与实施例1结构相同，在此不再赘述。RFID应答器线圈采用了以下壳核结构的碳粉来打印导电线路。

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：

（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。

上述实施例2～6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7～11。

将上述实施例2～11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：实施例制成的RFID芯片用线圈的电感和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。

实施例12、一种RFID应答器线圈的制作方法，包括以下步骤：

（1）在电脑中设计出RFID应答器线圈的图形；

（2）将0.1mm厚度的基板片材置于使用壳核结构碳粉的打印机中，将RFID应答器线圈的图形打印到基板片材上，得到排布至少一个RFID应答器线圈的基板片材；

基板片材为塑料薄膜片、纸板，优选PET。

Claims

1.一种RFID应答器线圈，包括基板和导电线路，其特征在于，所述导电线路由壳核结构的碳粉打印在所述基板表面；所述壳核结构的碳粉由以下重量份数的原料制成：

核用粘合树脂 100~200

壳用粘合树脂 10~30

导电剂 0~30

防粘剂 2~15

乳化剂 1~3

有机溶剂 90~150

凝聚剂 0.1~6

水 150~250。

2.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，其特征在于，所述基板为塑料薄膜片、纸板。

3.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，其特征在于，所述打印是将转印到基板上的壳核结构的碳粉采用高温定型固定在基板上。

4.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，其特征在于，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；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。

5.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，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。

6.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，其特征在于，所述防粘剂为合成蜡或天然蜡。

7.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，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。

8.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，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。

9.根据权利要求1所述RFID应答器线圈，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。

10.一种RFID应答器线圈的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

设计出RFID应答器线圈的图形；

将基板片材置于使用壳核结构碳粉的打印机中，将RFID应答器线圈的图形打印到基板片材上，得到排布至少一个RFID应答器线圈的基板片材；

将带有RFID应答器线圈的基板片材进行裁切，得到RFID应答器线圈。

11.根据权利要求10所述RFID应答器线圈的制作方法，其特征在于，所述步骤（2）中，基板片材为塑料薄膜片、纸板。