CN104371425A - 一种紫外光固化型复合纳米导电油墨及其固化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种紫外光固化型复合纳米导电油墨及其固化方法，导电油墨含有60～70％的银包覆碳复合纳米粉末，1～3％的紫外光引发剂，1～5％的光敏增感剂，10～15％的环氧树脂，2～8％的添加剂，10～15％的紫外光固化树脂，6～15％的溶剂，以上百分比均为质量百分比，在丝网印刷过程中，采用UV光固化使印刷电子图案表面的导电油墨快速初干。本发明导电油墨具有较好的丝网印刷适性和导电性能，较传统油墨其成本降低约40％左右，采用UV固化方式，可使油墨表层和内部快速得到初干，使得两个承印物之间不出现粘连，印刷过程中无需等待烘干，大大提升印刷速度。

Description

一种紫外光固化型复合纳米导电油墨及其固化方法
技术领域
本发明涉及印刷油墨技术领域，尤其涉及一种紫外光固化型复合纳米导电油墨及其固化方法。
背景技术
现有印刷电子技术主要是将一些分散性好的、或水溶性的无机或有机材料进行印刷图案化处理而最终实现电子元器件的制造。当前印刷电子制造过程中主要使用的油墨浆料主要为导电油墨，其主要成分为Ag纳米或微米颗粒，近年来贵金属价格的走高，导致油墨价格大幅攀升，致使生产成本也大幅提高。
印刷电子的关键技术首先需要设计合成环保、低成本的新型导电油墨，然后按照电子电路的设计要求，用印刷的方式实现电路以及有机电子器件的大批量生产。若将廉价导电材料与少量电学性能极佳的金属材料进行复合，将有效的替代纯Ag油墨材料，大大降低印刷电子的生产成本。对于纳米材料来说，如何在纳米材料中引入导电物质，或显著提高纳米材料的导电性，又减少其对材料结构产生的影响，是目前研究的最大挑战。碳基纳米材料具有广泛的应用前景，尤其是在印刷电子学方面，深受各国研发人员的重视。
当前，大量印刷电子用导电油墨均为热固化型，导致实际生产过程中干燥时间过长，印刷生产速度较低，对企业造成了一定损失。传统的油墨固化通常是通过加热即物理干燥的方法除去高分子溶液中的溶剂，得到硬化的漆膜。UV固化则是利用紫外光的能量引发油墨中的低分子预聚体或齐聚体及作为活性稀释剂的单体分子之间的聚合及交联反应，得到硬化漆膜，实质上是通过形成化学键实现化学干燥。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种紫外光固化型复合纳米导电油墨及其固化方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种紫外光固化型复合纳米导电油墨，含有60～70％的银包覆碳复合纳米粉末，1～3％的紫外光引发剂，1～5％的光敏增感剂，10～15％的环氧树脂，2～8％的添加剂，10～15％的紫外光固化树脂，6～15％的溶剂，以上百分比均为质量百分比。
所述银包覆碳复合纳米粉末的粒径范围为300～500nm。
所述的紫外光引发剂为：2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的至少一种。
所述的光敏增感剂为：双季戊四醇五/六丙烯酸酯酯化叔胺、酯化叔胺、或4-(N，N-二甲氨基)苯甲酸乙酯。
所述的环氧树脂为：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或氨型环氧树脂。
所述的紫外光固化树脂为：改性环氧丙烯酸树脂、多官能度聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种。
所述的添加剂为：乙基纤维素、硅烷偶联剂、桐油酸二聚体多元胺、缔合型增稠剂2026中的至少一种。
所述的溶剂为：正丁醇、乙酸丁脂、乙二醇－丁醚、环己酮、783慢干水、缩水甘油醚中的至少一种。
上述的紫外光固化型复合纳米导电油墨的固化方法，包括以下步骤：
按配比将银包覆碳复合纳米粉末、紫外光引发剂、光敏增感剂、环氧树脂、添加剂、紫外光固化树脂、溶剂机械搅拌均匀混合制成导电油墨浆料；
在丝网印刷过程中，采用UV光固化使印刷电子图案表面的导电油墨快速初干。
本发明与现有技术相比的有益效果是：(1)本发明紫外光固化型复合纳米导电油墨具有较好的丝网印刷适性和导电性能，较传统油墨其成本降低约40％左右；(2)采用UV固化方式，可使油墨表层和内部快速得到初干，使得两个承印物之间不出现粘连，印刷过程中无需等待烘干，大大提升印刷速度；(3)改型导电油墨具有导电性能可控，生产过程简单，价廉，环保，适宜推广应用等特点。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。
银包覆碳复合纳米粉末获得的方法为将购买的纳米导电碳粉，采用多元醛进行功能化处理，加入银氨溶液反应实现。
按配比将银包覆碳复合纳米粉末、紫外光引发剂、环氧树脂、光敏增感剂、添加剂和紫外光固化树脂投入到搅拌容器中加溶剂和水，采用盘式以200-500rpm速度搅拌，使得各组分混合均匀。
继续加入添加剂(流平剂0.5～1％和消泡剂0.5～1％)和溶剂5～15％，混合之后采用盘式搅拌桨以3000-3500rpm的转速搅拌50-80分钟，然后将分散完成的基墨加入活性稀释剂，将粘度调至60-100mpa.s，使用400目网纱过滤之后得到导电油墨。
实施例1
(1)取银包覆碳复合纳米粉末，质量占总油墨质量的60％，平均颗粒直径在300nm左右，加入双酚A型环氧树脂(质量占总油墨质量的15％)，加入2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮2％，加入双季戊四醇五/六丙烯酸酯酯化叔胺4％，加入改性环氧丙烯酸树脂10％，加入正丁醇和783慢干水各0.5％，加入0.5％的硅烷偶联剂和2％的增稠型缔合剂2026，以300转/分的转速搅拌20分钟。
(2)继续加入添加剂(流平剂0.5％和消泡剂0.5％)和溶剂5％，混合之后采用盘式搅拌以3300rpm的转速搅拌60分钟，然后将分散完成的基墨加入活性稀释剂，将粘度调至60mpa.s，使用400目网纱过滤之后包装。
实施例2
(1)取银包覆碳复合纳米粉末，质量占总油墨质量的60％，平均颗粒直径在450nm左右，加入双酚F型环氧树脂(质量占总油墨质量的12％)，加入2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3％，加入4-(N，N-二甲氨基)苯甲酸乙酯3％，加入改性环氧丙烯酸树脂13％，加入正丁醇和783慢干水各0.5％，加入0.5％的硅烷偶联剂和1％的增稠型缔合剂2026，以350转/分的转速搅拌20分钟。
(2)继续加入添加剂(流平剂0.5％和消泡剂0.5％)和溶剂5％，混合之后采用盘式搅拌以3200rpm的转速搅拌80分钟，然后将分散完成的基墨加入活性稀释剂，将粘度调至80mpa.s，使用400目网纱过滤之后包装。
实施例3
(1)取银包覆碳复合纳米粉末，质量占总油墨质量的60％，平均颗粒直径在500nm左右，加入双酚A型环氧树脂(E44，质量占总油墨质量的12％)，加入1-羟基-环己基-苯基甲酮和2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮各1.5％，加入酯化叔胺3％，加入多官能度聚氨酯丙烯酸酯12％，加入正丁醇和783慢干水各1％，加入0.5％的硅烷偶联剂和1％的增稠型缔合剂2026，以350转/分的转速搅拌30分钟。
(2)继续加入添加剂(流平剂0.5％和消泡剂0.5％)和溶剂4％，混合之后采用盘式搅拌以3200rpm的转速搅拌60分钟，然后将分散完成的基墨加入活性稀释剂，将粘度调至75mpa.s，使用400目网纱过滤之后包装。
本发明实施例加入流平剂(如改性聚丙烯酸酯)、消泡剂(如甘油三羟基聚醚)可改善油墨性能，阻聚剂(如对羟基苯甲醚)等，有利于进一步提高油墨的稳定性和成型性等。本发明可应用于印刷电子领域，通过5支并排的UV紫外灯管(每支UV紫外灯管的功率为15KW，在有效距离为10cm内的功率为160W/CM2)可实现印刷图案的快速初干，实现印刷速度的大幅提升。
以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (9)

1.一种紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，含有60～70％的银包覆碳复合纳米粉末，1～3％的紫外光引发剂，1～5％的光敏增感剂，10～15％的环氧树脂，2～8％的添加剂，10～15％的紫外光固化树脂，6～15％的溶剂，以上百分比均为质量百分比。
2.根据权利要求1所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，所述银包覆碳复合纳米粉末的粒径范围为300～500nm。
3.根据权利要求1或2任一所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，所述的紫外光引发剂为：2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、2-羟基-4’-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮中的至少一种。
4.根据权利要求1或2任一所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，所述的光敏增感剂为：双季戊四醇五/六丙烯酸酯酯化叔胺、酯化叔胺、或4-(N，N-二甲氨基)苯甲酸乙酯。
5.根据权利要求1或2任一所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，所述的环氧树脂为：双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或氨型环氧树脂。
6.根据权利要求1或2任一所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，所述的紫外光固化树脂为：改性环氧丙烯酸树脂、多官能度聚氨酯丙烯酸酯中的至少一种。
7.根据权利要求1或2任一所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，所述的添加剂为：乙基纤维素、硅烷偶联剂、桐油酸二聚体多元胺、缔合型增稠剂2026中的至少一种。
8.根据权利要求1或2任一所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨，其特征在于，所述的溶剂为：正丁醇、乙酸丁脂、乙二醇－丁醚、环己酮、783慢干水、缩水甘油醚中的至少一种。
9.根据权利要求1至8任一所述的紫外光固化型复合纳米导电油墨的固化方法，其特征在于，包括以下步骤：
按配比将银包覆碳复合纳米粉末、紫外光引发剂、光敏增感剂、环氧树脂、添加剂、紫外光固化树脂、溶剂机械搅拌均匀混合制成导电油墨浆料；
在丝网印刷过程中，采用UV光固化使印刷电子图案表面的导电油墨快速初干。
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