CN103275559A

CN103275559A - 一种rfid印刷用导电油墨及其制备方法

Info

Publication number: CN103275559A
Application number: CN2013102322397A
Authority: CN
Inventors: 张宇
Original assignee: 张宇
Current assignee: Fujian Nanwang environmental Polytron Technologies Inc
Priority date: 2013-06-09
Filing date: 2013-06-09
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-06-09
Also published as: CN103275559B

Abstract

本发明涉及一种RFID印刷用导电油墨及其制备方法。本发明的导电油墨，以质量百分比计，由50%～60%纳米银粉、5%～15%双酚A型环氧树脂、4%～6%潜伏型固化剂、5%～15%活性凹凸棒土和10%～20%有机溶剂组成。本发明的显著优点在于：采用的活性凹凸棒土作为触变剂，对导电油墨能够起到稳定流淌性的作用；另一方面，活性凹凸棒土作为填料，能够对环氧树脂起到增韧、增强效果。

Description

一种RFID印刷用导电油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电油墨及其制备方法，具体涉及一种RFID印刷用导电油墨及其制备方法。

背景技术

随着物联网和RFID技术的快速发展，RFID电子标签的需求量越来越大，其应用形式也越来越广泛。RFID标签天线作为电子标签的关键组件，大多采用传统的蚀刻工艺制造，其材料为铝（铜）箔/PET复合箔材，该复合箔材完全依赖进口，使得RFID标签天线的生产成本高昂。同时，蚀刻法制备的RFID标签天线还存在主要问题有：1）制备过程中，天线图形外绝大部分铝（铜）箔被蚀刻而带来的大量废水处理；2）废弃的标签带来的环境污染；3）基材适应性差，在纸张、陶瓷等基材上无法进行蚀刻。

RFID印刷用导电油墨制备电子标签的方法具有生产效率高、基材适应性广、无环境污染等优点，是RFID标签天线制造技术的发展方向。在现有技术中，导电油墨主要存在的缺点为：1）电导率较低，为了保证油墨的流动性及粘结强度，导电填料银粉的添加量有限，从而降低了油墨的导电性能；2）粘结力不佳，为了保证油墨的流动性，往往在油墨配方中加入了大量溶剂和稀释剂，从而对油墨的粘结性能产生负面的影响。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有技术中导电油墨流动性差、电导性能不佳的问题而提供一种RFID印刷用导电油墨。

本发明的另一个目的在于提供一种RFID印刷用导电油墨的制备方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种RFID印刷用导电油墨，以质量百分比计，由50%～60%纳米银粉、5%～15%双酚A型环氧树脂、4%～6%潜伏型固化剂、5%～15%活性凹凸棒土和10%～20%有机溶剂组成。

所述的纳米银粉，其制备方法为：

1）室温条件下，将物质的量浓度为0.975mol/L的聚乙烯吡咯烷酮加入物质的量浓度为0.65mol/L的硝酸银溶液中，在150W-250W的超声水浴中超声10-20分钟，得到氧化性混合溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的物质的量比为2：1；

2）在60℃恒温水浴下，将步骤1得到的氧化性混合溶液以30滴/分钟～60滴/分钟的速度滴加到物质的量浓度为0.6mol/L的水合肼溶液中；

3）滴加完毕后，继续反应30分钟～60分钟，离心分离后，离心产物用无水乙醇冲洗3次，然后在真空干燥箱干燥4小时，得到纳米银粉。

所述的活性凹凸棒土的制备方法为：将水溶性高分子硅烷偶联剂滴加到去离子水中，用质量百分浓度为10%的酸性溶液调节体系pH值为3~6，制得水溶性高分子硅烷偶联剂水解液，其中水溶性高分子硅烷偶联剂与去离子水质量之比为(0.01~0.02):1，升温至70~90℃，加入纳米凹凸棒土，其中纳米凹凸棒土与硅烷偶联剂质量之比为(5~15):1，保温搅拌1~2小时；保温反应2~4小时，真空抽滤，脱水，所述的水溶性高分子硅烷偶联剂的化学结构式为：

式中Me为—CH₃，X为—OCH₂CH₃或—OCH₃，Y为—CH=CH₂，Z为—OH，分子量为0.8~1.2万。

本发明所述的酸性溶液为甲酸、乙酸或乙二酸溶液中的一种。

本发明采用的潜伏型固化剂为双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑组成的体系作为固化剂体系，其中，2-乙基-4-甲基咪唑为促进剂，固化温度为100℃~130℃，固化时间为10分钟~20分钟，所述的潜伏性固化剂其含量占双酚A型环氧树脂质量数50%时，为最佳用量。

一种RFID印刷用导电油墨的制备方法，其制备步骤为：

1）在机械搅拌下，将纳米银粉、双酚A型环氧树脂和活性凹凸棒土混合搅拌，研磨1～2小时，其中纳米银粉与双酚A型环氧树脂的质量比为（2～4）：1，纳米银粉与活性凹凸棒土的质量比为（5～12）：1；

2）在步骤1中所得混合物中加入潜伏型固化剂，研磨1～2小时，其中纳米银粉与潜伏型固化剂的质量比为（6.25～15）：1；

3）进行加热固化，固化温度为120℃~150℃，固化时间为10分钟~20分钟。

本发明的有益效果为：

1）本发明采用的活性凹凸棒土作为触变剂，对导电油墨能够起到稳定流淌性的作用；另一方面，活性凹凸棒土作为填料，能够对环氧树脂起到增韧、增强效果；

2）本发明选用水溶性高分子硅烷偶联剂改性纳米凹凸棒土，这使得纳米凹凸棒土能够在水中更好的分散，同时在制备导电油墨的过程中，可减少纳米银粉之间发生团簇，起到分散与改性双重效果，与环氧树脂具有较好的相容性能。

3）本发明选用促进剂2-乙基-4-甲基咪唑，能够改善固化剂双氰胺与环氧树脂的相容性，降低固化剂反应温度，缩短反应时间，同时提高导电油的墨的耐热性能。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步阐述。

实施例1

纳米银粉的制备：1）室温条件下，量取200mL物质的量浓度为0.975mol/L的聚乙烯吡咯烷酮，加入150mL的物质的量浓度为0.65mol/L的硝酸银溶液中，然后在150W的超声水浴中超声10分钟，得到氧化性混合溶液；2）在60℃恒温水浴下，将步骤1得到的氧化性混合溶液以30滴/分钟的速度滴加到物质的量浓度为0.6mol/L的水合肼溶液中；3）滴加完毕后，继续反应30分钟，离心分离后，离心产物用无水乙醇冲洗3次，然后在真空干燥箱干燥4小时，得到纳米银粉。

活性凹凸棒土的制备：将10g水溶性高分子硅烷偶联剂滴加到1000g去离子水中，用质量百分浓度为10%的甲酸溶液调节体系pH值为3，制得水溶性高分子硅烷偶联剂水解液，升温至70℃，加入50g纳米凹凸棒土，保温搅拌1小时；保温反应2小时，真空抽滤，脱水。

RFID印刷用导电油墨的制备步骤为：1）在机械搅拌下，将100g纳米银粉、50g双酚A型环氧树脂和20g活性凹凸棒土混合搅拌，研磨1小时；2）在步骤1中所得混合物中加入16g双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑组成的固化体系，研磨1小时，然后进行加热固化，固化温度为120℃，固化时间为10分钟。

实施例2

纳米银粉的制备：1）室温条件下，量取200mL物质的量浓度为0.975mol/L的聚乙烯吡咯烷酮，加入150mL的物质的量浓度为0.65mol/L的硝酸银溶液中，然后在200W的超声水浴中超声10分钟，得到氧化性混合溶液；2）在60℃恒温水浴下，将步骤1得到的氧化性混合溶液以45滴/分钟的速度滴加到物质的量浓度为0.6mol/L的水合肼溶液中；3）滴加完毕后，继续反应45分钟，离心分离后，离心产物用无水乙醇冲洗3次，然后在真空干燥箱干燥4小时，得到纳米银粉。

活性凹凸棒土的制备：将15g水溶性高分子硅烷偶联剂滴加到1000g去离子水中，用质量百分浓度为10%的乙酸溶液调节体系pH值为5，制得水溶性高分子硅烷偶联剂水解液，升温至80℃，加入150g纳米凹凸棒土，保温搅拌1小时；保温反应2小时，真空抽滤，脱水。

RFID印刷用导电油墨的制备步骤为：1）在机械搅拌下，将100g纳米银粉、35g双酚A型环氧树脂和12.5g活性凹凸棒土混合搅拌，研磨1小时；2）在步骤1中所得混合物中加入10g双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑组成的固化体系，研磨2小时，然后进行加热固化，固化温度为130℃，固化时间为15分钟。

实施例3

纳米银粉的制备：1）室温条件下，量取200mL物质的量浓度为0.975mol/L的聚乙烯吡咯烷酮，加入150mL的物质的量浓度为0.65mol/L的硝酸银溶液中，然后在250W的超声水浴中超声20分钟，得到氧化性混合溶液；2）在60℃恒温水浴下，将步骤1得到的氧化性混合溶液以60滴/分钟的速度滴加到物质的量浓度为0.6mol/L的水合肼溶液中；3）滴加完毕后，继续反应30分钟，离心分离后，离心产物用无水乙醇冲洗3次，然后在真空干燥箱干燥4小时，得到纳米银粉。

活性凹凸棒土的制备：将20g水溶性高分子硅烷偶联剂滴加到1000g去离子水中，用质量百分浓度为10%的乙二酸溶液调节体系pH值为6，制得水溶性高分子硅烷偶联剂水解液，升温至90℃，加入300g纳米凹凸棒土，保温搅拌1小时；保温反应2小时，真空抽滤，脱水。

RFID印刷用导电油墨的制备步骤为：1）在机械搅拌下，将100g纳米银粉、25g双酚A型环氧树脂和8.5g活性凹凸棒土混合搅拌，研磨2小时；2）在步骤1中所得混合物中加入6.7g双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑组成的固化体系，研磨2小时，然后进行加热固化，固化温度为150℃，固化时间为20分钟。

在实施例1至实施例3中，所采用的水溶性高分子硅烷偶联剂的化学结构式为：

导电油墨粘结强度的测试：将用于测试的铜基材用乙酸乙酯进行擦洗去油，然后将胶涂于需要粘结的表面，将两片铜片合拢，采用金属夹子将其固定后放于固化炉中，固化温度为120℃，固化时间为30分钟。待固化后的样品冷却后在拉力试验机上进行测试。

导电油墨的电导率测试：将导电油墨用涂膜器均匀涂覆在PET薄膜上，在60℃干燥箱中烘干半小时，随后置于固化炉中进行固化，固化温度为120℃，固化时间为30分钟。待固化后的样品冷却到室温后用四位电阻仪进行表面电阻测试。

根据实施例1制备的导电油墨，其粘结强度、表面电阻率的测试结果如表1所示。

表1

从表1看出，本发明的RFID印刷用导电油墨电阻率远小于10Ω · cm，具有较好的实用性。

Claims

1.一种RFID印刷用导电油墨，其特征在于：以质量百分比计，由50%～60%纳米银粉、5%～15%双酚A型环氧树脂、4%～6%潜伏型固化剂、5%～15%活性凹凸棒土和10%～20%有机溶剂组成。

2.根据权利要求1所述的RFID印刷用导电油墨，其特征在于：所述的纳米银粉，其制备步骤为：

3.根据权利要求1所述的RFID印刷用导电油墨，其特征在于：所述的活性凹凸棒土，其制备步骤为：将水溶性高分子硅烷偶联剂滴加到去离子水中，用质量百分浓度为10%的酸性溶液调节体系pH值为3~6，制得水溶性高分子硅烷偶联剂水解液，其中水溶性高分子硅烷偶联剂与去离子水质量之比为(0.01~0.02):1，升温至70~90℃，加入纳米凹凸棒土，其中纳米凹凸棒土与硅烷偶联剂质量之比为(5~15):1，保温搅拌1~2小时；保温反应2~4小时，真空抽滤，脱水，所述的水溶性高分子硅烷偶联剂的化学结构式为：

4.根据权利要求1所述的RFID印刷用导电油墨，其特征在于：所述的潜伏型固化剂为双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑组成的体系作为固化剂体系，固化温度为120℃~150℃，固化时间为10分钟~20分钟。

5.一种制备如权利要求1所述的RFID印刷用导电油墨的方法，其制备步骤为：

其中，纳米银粉的制备方法为：室温条件下，将物质的量浓度为0.975mol/L的聚乙烯吡咯烷酮加入物质的量浓度为0.65mol/L的硝酸银溶液中，在150W-250W的超声水浴中超声10-20分钟，得到氧化性混合溶液，其中聚乙烯吡咯烷酮与硝酸银的物质的量比为2：1；在60℃恒温水浴下，将步骤1得到的氧化性混合溶液以30滴/分钟～60滴/分钟的速度滴加到物质的量浓度为0.6mol/L的水合肼溶液中；滴加完毕后，继续反应30分钟～60分钟，离心分离后，离心产物用无水乙醇冲洗3次，然后在真空干燥箱干燥4小时，得到纳米银粉；

其中，活性凹凸棒土的制备方法为：将水溶性高分子硅烷偶联剂滴加到去离子水中，用质量百分浓度为10%的酸性溶液调节体系pH值为3~6，制得水溶性高分子硅烷偶联剂水解液，其中水溶性高分子硅烷偶联剂与去离子水质量之比为(0.01~0.02):1，升温至70~90℃，加入纳米凹凸棒土，其中纳米凹凸棒土与硅烷偶联剂质量之比为(5~15):1，保温搅拌1~2小时；保温反应2~4小时，真空抽滤，脱水，所述的水溶性高分子硅烷偶联剂的化学结构式为：

式中Me为—CH₃，X为—OCH₂CH₃或—OCH₃，Y为—CH=CH₂，Z为—OH，分子量为0.8~1.2万；

2）在步骤1中所得混合物中加入潜伏型固化剂，研磨1～2小时，其中纳米银粉与潜伏型固化剂的质量比为（6.25～15）：1；其中，所述的潜伏型固化剂为双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑组成的体系作为固化剂体系，固化温度为120℃~150℃，固化时间为10分钟~20分钟。

6.根据权利要求5所述的一种RFID印刷用导电油墨的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的酸性溶液为甲酸、乙酸或乙二酸溶液中的一种。