CN104449046B - 一种导电油墨及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改进后的导电油墨，至少包括载体溶剂、分散在溶剂中的导电添加剂、非晶聚合物、半结晶聚合物和其它助剂构成的液态油墨，适合于凹版印刷和丝网印刷，同时导电油墨具有大于5000ppm/℃的电阻正温度系数。本发明提供的导电油墨在温度较低或长期放置后，油墨会呈胶冻状，升温或经搅拌或震动等作用后仍具有较好的流动性，用这种油墨制作的低温辐射电热膜在散热不好的条件下会自动降低电热膜的发热功率，减少电热膜过热的风险。

Description

一种导电油墨及其应用

技术领域

本发明涉及一种导电油墨，尤其涉及一种应用在凹版印刷、丝网印刷或在低温辐射电热膜中的发热涂层。

背景技术

低温辐射电热膜供暖是一种新型的供暖方式，它是通过电热膜使电能转化为热能，具有节能、经济等特点，现已经得到人们的认可和广泛应用。专利CN1255037A公开了一种低温辐射电热膜，包括绝缘部分、电热层、载流条，所述电热层的结构由并联的导电条组成。形成电热涂层的导电油墨是电热膜产品的关键技术。

目前广为使用的低温辐射电热膜使用导电碳浆作为发热体，CN1219834A公开了一种远红外辐射低温电热印刷油墨，其组分包括：树脂连接料、碳黑、石墨、银粉、气相二氧化硅、三盐基硫酸铅、锑白粉、混合溶剂，其中树脂连接料为过氯乙烯树脂、绿化聚丙烯、丙烯酸酯、引发剂、混合溶剂；该配方为常用的导电碳浆配方，其电性能和热性能不能满足要求，且电阻正温度系数也很低。

为开发一种电性能和热性能优良的导电油墨，CN102702805A公开了一种电热远红外保健材料，包括白炭黑、纳米活性硅酸钙、纳米沉淀硫酸钡、纳米电气石粉、导电碳黑等；CN101914347A公开了一种碳纳米管符合碳晶涂料，包括碳纳米管、改性后的球磨短碳纤维、树脂涂料、红外发射粉体等。然而，上述纳米级粉末材料和碳纳米管、碳纤维材料在导电涂料中的分散是一个很大的问题，即使在涂料中分散均匀，在印刷干燥后也无法保持涂料中的均匀分散状态，这样很容易导致电热膜在使用过程中发生局部过热、导电性能不理想等问题，而且材料成本偏高，不适宜推广应用。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题提出的。

本发明提供了一种改进后的导电油墨，适合于凹版印刷和丝网印刷，同时导电油墨具有大于5000ppm/℃的电阻正温度系数，用这种油墨制作的低温辐射电热膜在散热不好的条件下会自动降低电热膜的发热功率，减少电热膜过热的风险。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一个方面是提供一种导电油墨，包括以下组分及各组分的重量份数：

优选地，所述载体溶剂为中闪点或高闪点溶剂，选自芳烃、烷烃、环烷烃、醚类、醚酯类、酯类中的任意一种或多种。

优选地，所述导电添加剂选自炭黑、石墨、导电陶瓷粉、导电金属粉中的任意一种或多种。

优选地，所述非晶聚合物为热塑性树脂，选自丙烯酸、聚酯、聚氨酯、聚酰胺、聚酰亚胺中的任意一种或多种。

优选地，所述半结晶聚合物为热塑性树脂，选自乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物、乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的共聚物、乙烯和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的共聚物、用金属离子中和部分羧基的乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物、酸或酸酐改性的乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物、酸或酸酐改性的乙烯和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物中的任意一种或多种。

优选地，所述助剂选自分散剂、流平剂、消泡剂、抗沉淀剂、流变助剂、抗氧化剂、偶联剂中的任意一种或多种。

上述配方配制的导电油墨具有100-100000cP的粘度，和大于5000ppm/℃的电阻正温度系数，适合应用于凹版印刷或丝网印刷。

本发明的另一方面是提供一种如上述导电油墨在低温辐射电热膜中的发热涂层的应用。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明提供的导电油墨在温度较低或长期放置后，油墨会呈胶冻状，升温或经搅拌或震动等作用后仍具有较好的流动性，用这种油墨制作的低温辐射电热膜在散热不好的条件下会自动降低电热膜的发热功率，减少电热膜过热的风险。

本发明改进的导电油墨通常的加工工艺与普通丝网或凹版印刷油墨相似，通常在分散机中加入一定量的载体溶剂，按配比加入半结晶聚合物进行搅拌，待半结晶聚合物完全溶解后根据配比加入非结晶聚合物继续进行搅拌，形成具有一定流动性的聚合物溶液。再根据配比加入适当的导电添加剂和助剂，形成宏观分散均匀的油墨分散体。分散后的油墨可通过三辊研磨机或砂磨机进一步剪切分散，使油墨中导电添加剂和其它组分充分混合分散。最后把混合分散后的物料加入分散机中，并根据要求加入全部或部分剩余溶剂来调节物料粘度以达到要求的范围。通常凹印油墨要求具有较低的粘度(小于200mPa·s)，调节粘度时溶剂适当多加；丝网印刷油墨要求具有较高的粘度(大于1000mPa·s)，调节粘度时溶剂适当少加。

附图说明

图1为电热膜结构示意图；

图2为测试槽结构示意图；

图3为测温点分布示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种改进后的导电油墨，适合于凹版印刷和丝网印刷，同时导电油墨具有大于5000ppm/℃的电阻正温度系数。本发明提供的导电油墨在温度较低或长期放置后，油墨会呈胶冻状，升温或经搅拌或震动等作用后仍具有较好的流动性，用这种油墨制作的低温辐射电热膜在散热不好的条件下会自动降低电热膜的发热功率，减少电热膜过热的风险。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例：

按照下列步骤制备本发明所述导电油墨：

1、首先在150L不锈钢拉缸中加入50kg溶剂，其中100#芳烃溶剂30kg和乙二醇丁醚20kg，加热至50℃，用分散机搅拌10min，溶液呈现澄清透明或淡黄色；

2、向拉缸中加入6kg半结晶聚合物乙烯醋酸乙烯共聚物(型号为Elvax-420，熔融指数为150，熔点为73℃，杜邦公司提供)，持续搅拌30min左右至树脂完全溶解；

3、向拉缸中加入14kg非晶聚合物热塑性丙烯酸(型号为B-735，帝斯曼利康基团公司提供)，持续搅拌30min左右至树脂完全溶解；

4、向拉缸中分别加入分散剂(型号为Disperbyk163，5.8kg和Disperbyk2001，4.0kg)、消泡剂(型号为Disperbyk057，0.30kg)和流平剂(型号为Disperbyk410，0.20kg)，持续搅拌30min左右至树脂完全溶解；

5、向拉缸中加入导电炭黑6.5kg(型号为VXC72，卡博特化工有限公司提供)，持续搅拌30min左右，至导电炭黑、载体溶剂、树脂宏观上充分混合均匀；

6、向拉缸只能怪加入导电石墨粉3.2kg(型号为XLJ-300，喜丽碳素公司提供)，持续搅拌30min左右，至导电石墨粉、载体溶剂、树脂宏观上充分混合均匀；

7、把混合后的油墨用齿轮泵输入砂磨机进行研磨，砂磨机转速为800rpm，反复研磨3次后结束，将导电油墨转到拉缸中；

8、根据粘度要求向导电油墨中加入5-10kg二甲苯，并用分散机搅拌均匀，室温放置4小时后，粘度为24.0Pa·s。

对比例：

按照下列步骤制备不添加有半结晶聚合物的对比例的导电油墨：

1、首先在150L不锈钢拉缸中加入50kg溶剂，其中100#芳烃溶剂30kg和乙二醇丁醚20kg，加热至50℃，用分散机搅拌10min，溶液呈现澄清透明或淡黄色；

2、向拉缸中加入20kg非晶聚合物热塑性丙烯酸(型号为B-735，帝斯曼利康基团公司提供)，持续搅拌30min左右至树脂完全溶解；

3、向拉缸中分别加入分散剂(型号为Disperbyk185，4.5kg和Disperbyk2001，4.2kg)、消泡剂(型号为Disperbyk080A，0.30kg)和流平剂(型号为Disperbyk410，0.20kg)，持续搅拌30min左右至树脂完全溶解；

4、向拉缸中加入导电炭黑6.8kg(型号为VXC72，卡博特化工有限公司提供)，持续搅拌30min左右，至导电炭黑、载体溶剂、树脂宏观上充分混合均匀；

5、向拉缸只能怪加入导电石墨粉4.0kg(型号为XLJ-300，喜丽碳素公司提供)，持续搅拌30min左右，至导电石墨粉、载体溶剂、树脂宏观上充分混合均匀；

6、把混合后的油墨用齿轮泵输入砂磨机进行研磨，砂磨机转速为800rpm，反复研磨3次后结束，将导电油墨转到拉缸中；

7、根据粘度要求向导电油墨中加入5-10kg二甲苯，并用分散机搅拌均匀，室温放置4小时后，粘度为20.0Pa·s。

表1显示实施例和对比例的导电油墨配方的区别。

表1实施例和对比例的导电油墨的配方

应用例：

将实施例和对比例的导电油墨经过印刷、烘干等工艺后制成电热膜，具体工序如下：

1、采用厚度0.18mm、宽度为500mm的PET薄膜，对PET薄膜表面进行电晕处理，使PET薄膜表面张力达到48达因以上；

2、采用半自动丝网印刷机印刷银浆电极，选用300目不锈钢丝网，导电银浆油墨采用Loctite ECI1001E&C，其具有较低的电阻，10微米厚度的方阻为35mΩ/m²，印刷后进入烘道烘烤，具体烘烤条件为120℃，30min；

3、在印有导电银浆电极的表面继续采用半自动丝网印刷机印刷发热导电油墨，印刷后进入烘道烘烤，具体烘烤条件为120℃，30min；

4、印刷发热导电油墨后在油墨表面贴附预涂EVA热熔胶的PET薄膜。

通过上述工艺，可以得到实施例、对比例的电热膜产品，电热膜结构如图1所示，其中：1-PET薄膜，2-发热导电油墨，3或4-银浆电极。

性能测试：

将制得的电热膜样品裁切成500*1000mm样品，放入测试槽中进行测试，测试槽结构如图2所示，其中：5-测试槽架，6-待测量样品，7-厚度为20mm的绝热板。

对安装好的电热膜测量正常情况下的温度和发热功率，以及在表面覆盖有20mm厚的绝热板厚的表面温度和发热功率。测量温度时测温点分布如图3所示，取T1-T13的平均温度作为判别依据。

测量功率与测量温度同时进行，分布测量正常发热及覆盖有20mm厚绝热板的样品发热功率。测试数据如表2所示。

表2测试数据

从表2数据中可以看出，在没有进行覆盖的正常测试条件下，实施例与对比例样品的发热功率和表面温度基本相同。在对实施例样品进行覆盖后，实施例表面温度平均升高11.5℃，发热功率下降38.3w，下降幅度达36.2％；在对对比例样品进行覆盖后，对比例表面温度平均升高38.4℃，发热功率下降3.4w，下降幅度为3.2％。从数据中可以看出，实施例样品的电阻温度系数达到31500ppm，而对比例样品的电阻温度系数仅为833ppm，说明采用实施例所述导电油墨制备的电热膜产品在表面被覆盖从而散热较慢的情况下电热膜产品可以有效的减少电热膜表面温度和发热功率，从而使电热膜具有更高的安全性。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种导电油墨，其特征在于，包括以下组分及各组分的重量份数：

其中，所述非晶聚合物为热塑性树脂，选自丙烯酸、聚酰亚胺中的任意一种或两种；

所述导电添加剂为导电陶瓷粉；

所述半结晶聚合物为热塑性树脂，选自用金属离子中和部分羧基的乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物、酸或酸酐改性的乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物、酸或酸酐改性的乙烯和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物中的任意一种或多种；

所述半结晶聚合物具有70％的结晶度和50-105℃的熔点。

2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述载体溶剂为中闪点或高闪点溶剂，选自芳烃、烷烃、环烷烃、醚类、醚酯类、酯类中的任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述助剂选自分散剂、流平剂、消泡剂、抗沉淀剂、流变助剂、抗氧化剂、偶联剂中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述导电油墨具有100-100000cP的粘度，和大于5000ppm/℃的电阻正温度系数。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述导电油墨在凹版印刷或丝网印刷的应用。

6.一种如权利要求1-4任意一项所述导电油墨在低温辐射电热膜中的发热涂层的应用。