CN104479462B - 一种导电油墨及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电油墨，其特征在于，按重量份包括如下组分：60～70份导电金属填料、5～15份双酚A型环氧树脂、1～3份环氧树脂活性稀释剂、3～6份潜伏型固化剂、2～10份端羧基超支化聚酯、5～10份凹凸棒土、4～8份C2-10有机溶剂、0.5～2份附着力促进剂、1～3份消泡剂、0.5～2份防沉降剂组成。该导电油墨，通过加入端羧基超支化聚酯降低油墨粘性，同时烧结时可以提高膜层的韧性，加入凹凸棒土提高触变性和加入聚酰胺蜡防沉降剂，改善金属粒子沉降堵版辊的问题。本发明的导电油墨，适合应用于RFID天线的凹版印刷，相比于广泛应用的丝网印刷RFID技术，其生产周期短，生产效率高，降低生产成本。

Description

一种导电油墨及其应用
技术领域
本发明属于印刷油墨技术领域，涉及导电油墨及其制备方法，特别涉及用于凹版印刷的导电油墨及其制备方法。
背景技术
随着物联网以及防伪时代的到来，射频识别(RFID)电子标签应运而生，并且具有广阔的发展空间和市场需求量[1]。随着电子标签制备技术的发展，目前应用于RFID电子标签的印制方法已有丝印、凹印、柔印、胶印等。然而电子标签仍然没有实现大规模化应用。究其原因，是电子标签的高生产成本限制了其在低端物联网中发展[2]。
目前广为应用的RFID电子标签制备方法是丝印，并且丝印技术已经相当成熟[3]。而传统凹版印刷由于具有印刷速度快，膜厚均匀和工艺简单等优点，是非导电包装行业的一种主流印刷技术。目前市场上的导电油墨都是适用于丝网印刷的。显然，如果能将丝印导电油墨应用于凹版印刷技术，那么RFID天线的生产效率就能提高，也就是凹版印刷的RFID天线将具有更低的生产成本。同时，通过凹版印刷技术我们方便将RFID天线印制到包装上，这样就能推广电子标签在食品防伪领域的应用。
目前，丝印导电油墨在应用于凹版印刷时存在的问题有：1)油墨粘性过大，打印时油墨流动性不好，易干燥。2)金属粒子由于密度大，在浆体中不稳定，易发生沉降，易堵版辊上的凹槽。3)打印基材一般为PE、OPP或PET，干燥时承受温度不高，且不能承受长时间干燥。常用的丝印导电油墨往往无法满足以上条件。
参考资料：
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[3]RFID标签天线印刷的特点及其对导电油墨性能的要求，鲁建东.印刷技术·包装装演印刷，2008(1)，62-63.
发明内容
鉴于目前导电油墨在凹版印刷中存在的问题，本发明提供一种能够应用于凹版印刷的导电油墨。
本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：
一种导电油墨，按重量份包括如下组分：60～70份导电金属填料、5～15份双酚A型环氧树脂、1～3份环氧树脂活性稀释剂、3～6份潜伏型固化剂、2～10份端羧基超支化聚酯、5～10份凹凸棒土、4～8份C2-10有机溶剂、0.5～2份附着力促进剂、1～3份消泡剂、0.5～2份防沉降剂。
进一步地，所述的导电金属填料为纳米或微米级银粉、纳米或微米级铜粉、纳米或微米级银包铜粉中的一种或几种以任何比例混合的混合物，其中所述纳米是指粒径为50～100nm，微米是指粒径为1～4μm，优选2～3μm。
进一步地，所述的环氧树脂活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚中的一种或几种以任意比例混合的混合物；其中所述烷基缩水甘油醚为C12-14烷基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚、辛基缩水甘油醚中的一种或几种。
进一步地，所述的潜伏型固化剂为酸酐类固化剂和促进剂组成的体系，所述的酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐，所述的促进剂为N,N-二甲基苄胺。
进一步地，所述的附着力促进剂为928附着力促进剂、丙烯酸、TilcomIA10中的一种。
进一步地，所述的消泡剂为磷酸三丁酯、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种；所述的防沉降剂为聚酰胺蜡、FC-20X防沉剂、聚二醇醚中的一种；所述的C2-10有机溶剂为乙酸乙酯、正丙酯、乙酸丁酯和丙酮中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
本发明还提供所述的导电油墨的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份将端羧基超支化聚酯溶解于C2-10有机溶剂中；
(2)按重量份在步骤(1)得到的溶液中加入消泡剂、附着力促进剂和防沉降剂，搅拌混合，得混合物A；
(3)在机械搅拌下，按重量份将导电金属填料、双酚A型环氧树脂、环氧树脂活性稀释剂和凹凸棒土混合搅拌，研磨1～3小时，得混合物B；
(4)混合物B中按重量份加入潜伏型固化剂和混合物A，在1500～2500rpm搅拌混合；
(5)步骤(4)得到的混合物先在温度80～130℃、风速60～85m/s的热风中干燥15～40后，在100～120℃下进行红外低温热烘道干燥25～60s。
在上述制备方法中，在步骤(5)中所述的热风的温度优选为90～100℃、热风风速优选为70～75m/s，热风干燥时间优选为20s；红外低温热烘道温度优选为100～110℃，红外低温热烘道干燥时间优选为30s。
在上述制备方法中，在步骤(3)中所述的研磨，是采用本领域常规研磨方式即可，步骤(3)中研磨的目的在于使原料更加均匀地混合。
本发明的导电油墨，采用双酚A型环氧树脂及环氧树脂活性稀释剂，可以有效降低油墨粘性，从而增强油墨的凹版印刷适性；环氧树脂活性稀释剂不仅能有效降低环氧树脂的粘度还能参与固化反应；所述潜伏型固化剂采用酸酐类固化剂甲基四氢苯酐，具有低毒环保，与环氧树脂配合后粘度低的特点；采用凹凸棒土作为触变剂、稳定剂，能够稳定胶体系统；928附着力促进剂在常温的稳定性比较好，有利于油墨的储存稳定性。当温度上升到一定程度时，其活性基团会与树脂及底材的活性基团发生交联反应，使油墨的附着力提高，同时油墨的耐热性、耐化学性、耐水性等物理性能都会提高。提高油墨对PE材质的附着力；消泡剂磷酸三丁酯由于其低的表面张力，难溶于水的物性，可有效的使已形成的泡沫的膜处于不稳定的状态而迅速消泡；防沉降剂聚酰胺蜡可在油漆系统中形成强大的网络结构，其具有优异的触变性能，具有优异的防流挂能力、防沉降能力；采用端羧基超支化聚酯作为防流挂剂，同时由于超支化聚酯具有粘度低，无链缠结和良好的溶解性等优点，将超支化聚酯溶解后加入油墨中，打印时可降低油墨粘性，并且固化时，超支化聚酯与酸酐固化剂发生反应起增韧作用。
本发明还提供本发明的导电油墨在凹版印刷中的应用，尤其是RFID电子标签的凹版印刷。目前广为应用的RFID电子标签制备方法是丝印，但适用于丝印的导电油墨因为粘度大、流动性差、印制后干燥时间长等缺点，不适合用于凹版印制RFID电子标签。若将丝印导电油墨直接应用于凹版印刷中，往往由于粘度过大而导致堵版和转印不完全。本发明通过油墨组分种类以及其比例的有机调整，在满足附着力和硬度等油墨的基本条件下，降低其粘度，增加了流动性，解决了油墨堵版和转印不完全的问题。使其适合于应用到凹版印制RFID电子标签。
本发明的有益效果：本发明的导电油墨，通过加入端羧基超支化聚酯降低油墨粘性，同时烧结时可以提高膜层的韧性，加入凹凸棒土提高触变性和加入聚酰胺蜡防沉降剂，改善金属粒子沉降堵版辊的问题。本发明的导电油墨，适合应用于RFID天线的凹版印刷，相比于市场上广泛应用的丝网印刷RFID技术，其生产周期短，生产效率高，可降低生产成本，且印刷干燥后导电薄膜体积电阻很小，适合做RFID天线。本发明的导电油墨，应用于RFID天线的凹版印刷时，可采用红外低温热烘道式工艺干燥，缩短干燥时间，解决了承印基材不能长时间承受高温的问题，并提高生产效率。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述实施例中，如无特殊说明，所使用的实验方法均为常规方法，所用材料、试剂等均可从化学公司购买。
实施例1～3
一种导电油墨，其组成和加入量如表1所示，按照表1的加入量称取各组分并按如下方法制备得到本发明实施例1～3的导电油墨：
(1)将端羧基超支化聚酯溶解于C2-10有机溶剂中；
(2)在步骤(1)得到的溶液中加入消泡剂、附着力促进剂和防沉降剂，搅拌混合，得混合物A；
(3)在机械搅拌下，将导电金属填料、双酚A型环氧树脂、环氧树脂活性稀释剂和凹凸棒土混合搅拌，研磨1～3小时，得混合物B；
(4)混合物B中加入潜伏型固化剂和混合物A，在1500～2500rpm搅拌混合；
(5)步骤(4)得到的混合物先在80～130℃下热风干燥20s后，在100～120℃下进行红外低温热烘道干燥30s，其中热风风速为60～85m/s。
实施例1～3的导电油墨的制备方法中，步骤(3)所述的研磨时间，步骤(5)的干燥温度的有区别，具体条件如表2。
表1.实施例中使用的组分名称以及加入量
表1中纳米铜粉的粒径为50～100nm，微米银粉和微米银包铜粉的粒径为1～4μm；潜伏型固化剂为甲基四氢苯酐和N,N-二甲基苄胺组成的体系，购于上海金锦乐实业有限公司(均为优级品)；端羧基超支化聚酯购于武汉超支化树脂科技有限公司(型号C202)。
表2.实施例1～3的导电油墨制备条件
实施例4
实施例1～3中制备的本发明的导电油墨的性能参数如表3。其中粘度采用Brookfield旋转粘度计测试，电阻通过I-V方式测定面电阻，铅笔硬度根据GB/T6739-1996涂膜硬度铅笔测定法记载的方法测定。附着力根据GB9286-98百格测试标准中记载的方法测定。
表3.本发明实施例1～3得到的导电油墨的性能参数
表3的结果可见，该油墨附着力、硬度均达到一般环境要求。电阻非常小，可用于RFID电子标签的制备。
实施例5
将导电油墨应用于凹版印刷技术后，对比丝印技术和无导电油墨凹印技术工作参数(如表4)，具体方法如下：
1.采用本发明实施例1得到的导电油墨将RFID电子标签凹版印刷到PET基材上。采用本领域常规里印凹版印刷方式，其中在基材上印刷每一层RFID电子标签层天线后，先在100℃、75m/s风速的热风中干燥20s后，在100℃下进行红外低温热烘道干燥30s；凹版印刷的最高车速达到150km/h。
2.采用普通彩色油墨(揭东县凯美迪印刷包装材料有限公司，型号环保PW醇溶型复合油墨)，将其凹版印刷到PET基材上。采用本领域常规里印凹版印刷方式，其中在基材上印刷每一层图文层后，在80℃下热风干燥2s；凹版印刷的最高车速达到300km/h。
3.采用丝印导电油墨(上海宝银公司，型号BY-2000C)，将RFID电子标签丝网印刷到PET基材上。采用本领域常规丝网印刷方式，其中在基材上丝网印刷每一层RFID电子标签后，在100℃下热风干燥4min；丝网印制的最高车速达到70km/h。
表4.本发明的导电油墨在凹印中的应用
表4的结果可见，鉴于导电油墨相比于普通彩色油墨具有更高的粘度和印刷厚度，故在凹版印刷应用过程中，导电油墨的印刷速度低于普通彩色油墨；在同样使用导电油墨情况下，相比于丝网印刷，凹版印刷的技术特点注定了它具有更快的速度。相比于市场上广泛应用的丝网印刷RFID技术，本发明研制的导电油墨可应用于凹版印刷，从而实现了生产周期的缩短，生产效率的提高，成本的降低。

Claims (9)

1.一种导电油墨，其特征在于，按重量份包括如下组分：60～70份导电金属填料、5～15份双酚A型环氧树脂、1～3份环氧树脂活性稀释剂、3～6份潜伏型固化剂、2～10份端羧基超支化聚酯、5～10份凹凸棒土、4～8份C2-10有机溶剂、0.5～2份附着力促进剂、1～3份消泡剂、0.5～2份防沉降剂。
2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述的导电金属填料为纳米或微米级银粉、纳米或微米级铜粉、纳米或微米级银包铜粉中的一种或几种以任何比例混合的混合物。
3.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述的环氧树脂活性稀释剂为烷基缩水甘油醚、乙二醇缩水甘油醚、三羟甲基丙烷缩水甘油醚、甲苯缩水甘油醚中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
4.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述的潜伏型固化剂为酸酐类固化剂和促进剂组成的体系。
5.根据权利要求4所述的导电油墨，其特征在于，所述的酸酐类为甲基四氢苯酐，所述的促进剂为N,N-二甲基苄胺。
6.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述的附着力促进剂为928附着力促进剂、丙烯酸、TilcomIA10中的一种。
7.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述的消泡剂为磷酸三丁酯、聚氧丙烯甘油醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚中的一种；所述的防沉降剂为聚酰胺蜡、FC-20X防沉剂、聚二醇醚中的一种；所述的C2-10有机溶剂为乙酸乙酯、正丙酯、乙酸丁酯和丙酮中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
8.如权利要求1所述的导电油墨的制备方法，包括如下步骤：
(1)按重量份将端羧基超支化聚酯溶解于C2-10有机溶剂中；
(2)按重量份在步骤(1)得到的溶液中加入消泡剂、附着力促进剂和防沉降剂，搅拌混合，得混合物A；
(3)在机械搅拌下，按重量份将导电金属填料、双酚A型环氧树脂、环氧树脂活性稀释剂和凹凸棒土混合搅拌，研磨13小时，得混合物B；
(4)混合物B中按重量份加入潜伏型固化剂和混合物A，在1500～2500rpm下搅拌混合；
(5)步骤(4)得到的混合物先在温度80～130℃、风速60～85m/s的热风中干燥15～40s后，在100～120℃下进行红外低温热烘道干燥25～60s。
9.权利要求1～7的任一项所述的导电油墨在凹版印刷中的应用。
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