CN105419483B - 一种复合导电喷墨墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合导电喷墨墨水，其导电组分是纳米银和石墨的混合物，所述墨水其组成按质量分数计为：导电组分10‑20％，分散剂1‑5％，树脂连接剂1‑15％，表面活性剂1‑4％，其他助剂1‑10％，溶剂50‑80％。本发明也涉及一种复合导电喷墨墨水的制备方法。本发明采用将粒径为纳米级的纳米银颗粒和片层结构的石墨进行复合，利用片层结构的石墨作为负载纳米银的载体，不仅降低了纳米银颗粒漏过粗糙纸张孔隙的程度，而且增大了导电通路的形成，改善了导电层的导电性能。本发明的复合导电喷墨墨水其分散性好，稳定性高，不易堵喷头，喷墨连续性好，形成的导电层成膜性好，适合多种类型纸张的打印。

Description

一种复合导电喷墨墨水及其制备方法

技术领域

本发明属于墨水领域，具体涉及一种复合导电喷墨墨水及其制备方法。

背景技术

近年来，随着印刷技术及其配套工艺的高速发展，导电墨水作为印刷电子技术的核心材料，已经在诸多方面及领域出现了较大的商业应用价值，引起了人们广泛的关注。

导电墨水按其导电组分的不同，可以分为三大类：一是无机系导电墨水，导电组分包括常用的金属如金、银、铜、镍等，非金属如碳材料等；二是导电组分为有机系导电墨水，有机系导电组分如聚苯胺、聚吡咯、聚对苯以及聚3,4-乙烯二氧噻吩等；三是复合导电墨水，包括无机导电组分和有机导电组分两两组合而成，可以是两种无机导电组分复合或者是两种有机导电组分复合，也可是无机导电组分和有机导电组分的混合。而在这些多种类的导电墨水中，以纳米银为导电组分的导电墨水受到了人们极大地关注，也取得了较大的发展。这主要得益于纳米银自身的诸多优点，如纳米银颗粒的粒径尺寸在纳米级，远小于打印机喷头的喷嘴尺寸，保证导电墨水中的固体颗粒不至于将喷嘴堵塞，影响喷射连续性；另外由于纳米银优异的导电性，以及产品良好的抗氧化性，减少了对目标产品的后处理，制备方便，操作简单，产品稳定性能高等优点。但是在有关文献以及专利中提到应用纳米银导电墨水同样存在一些不足，对一些孔径或孔隙较大的纸张，纳米银由于较小的颗粒，会出现纳米银颗粒从孔隙中漏过去等现象，造成纸张导电层的不连续以及缺点，影响最终的打印效果。

因此，将纳米银颗粒与具有较大尺寸的碳材料复合，对改善单纯用纳米银作为导电组分的复合导电墨水出现的上述问题，具有明显的改善作用。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种复合导电喷墨墨水，其分散性好，稳定性高，不易堵喷头，喷墨连续性好，形成的导电层成膜性好。本发明的另一目的是提供一种复合导电喷墨墨水的制备方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种复合导电喷墨墨水，其导电组分是纳米银和石墨的混合物。

进一步地，所述复合导电喷墨墨水，其组成按质量分数计包括：

导电组分10～20％；

分散剂1～5％；

树脂连接剂1～15％；

表面活性剂1～5％；

其他助剂1-5％；

溶剂50～80％。

进一步地，所述导电组分中纳米银和石墨的质量比为1:1～1:3。

进一步地，所述分散剂为水溶性高分子分散剂和超分散剂中的一种或几种。

进一步地，所述树脂连接剂是水溶性丙烯酸树脂，聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯吡咯烷酮，羧甲基纤维素钠中的一种或者几种。

进一步地，所述表面活性剂是异丙醇，正丙醇，乙二醇，高级醇中的一种或者几种。

进一步地，所述其他助剂是保湿剂，消泡剂，防沉剂中的一种或者几种。

进一步地，所述溶剂是水。

一种复合导电喷墨墨水的制备方法，包括以下步骤：

1)将树脂连接剂、分散剂、表面活性剂和其他助剂按配比溶解在溶剂中，搅拌均匀；

2)加入表面改性处理的纳米银和石墨，进行高速搅拌，形成预分散液；再将预分散液转移到球磨机中进行球磨，得到分散液；

3)对所得分散液用微孔滤膜进行过滤，灌装，包装，得到复合导电喷墨墨水。

进一步地，步骤2)进行高速搅拌的时间为60～240min，进行球磨的时间为2～8h；步骤3)采用200～600nm微孔滤膜进行过滤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种导电喷墨墨水，其分散性好，稳定性高，不易堵喷头，喷墨连续性好，形成的导电层成膜性好，适合多种类型纸张的打印。本发明也提供了一种纺织喷墨用弱溶剂墨水的制备方法，采用将粒径为纳米级的纳米银颗粒和片层结构的石墨进行复合，利用片层结构的石墨作为负载纳米银的载体，不仅降低了纳米银颗粒漏过粗糙纸张孔隙的程度，而且增大了导电通路的形成，改善了导电层的导电性能。

附图说明

图1是本发明的复合导电喷墨墨水的制备流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。

本发明中的导电喷墨墨水由导电组分，分散剂，树脂连接剂，表面活性剂，其他助剂和溶剂组成，下面对各个组分进行说明。

本发明中的导电组分在墨水中起导电的作用，是墨水中的重要组成部分，常见的金属导电颗粒有Cu,Al,Ag,Fe,Ni以及导电金属合金颗粒等，从抗氧化性和稳定性方面考虑，优选导电纳米银颗粒；非金属导电材料有炭黑，石墨，碳纤维，石墨烯，聚苯胺，聚吡咯，聚对苯，聚乙炔等，从导电组分在墨水中的分散情况来考虑，优选石墨；并且在本发明中优选纳米银和石墨的混合物，纳米银和石墨的质量比为1:1～1:3，优选1:1～1:2。

本发明中的分散剂可以是水溶性高分子分散剂和超分散剂中的一种或几种，包括常用的水性分散剂如Disper9170,BYK-180,BYK-190和Spredox D-260等。从导电墨水的分散效果来考虑，优选D260，其添加量为1～5％。稳定性是表征导电墨水性能的关键指标之一，由于纳米银的密度较大，比表面积大，在墨水体系中容易沉降，所以选择合适的分散剂体系是制备导电墨水的关键。

本发明中的树脂连接剂，包括天然水溶性树脂、改性天然性树脂、合成水溶性树脂和改性水溶性树脂等，具体的实例有聚乙烯醇，羧甲基纤维素钠，羟乙基纤维素，水溶性丙烯酸树脂，水性聚氨酯树脂，从墨水的粘度和喷墨效果考虑，优选水溶性丙烯酸树脂如韩华树脂S-70和羧甲基纤维素钠中的一种，其组成按质量分数计，树脂连接剂的用量为1～15％，优选5～15％。

本发明中的表面活性剂，主要是降低墨水的表面能，在喷墨时墨水与基材具有良好的润湿性，具体的实例有司班20，司班40，司班60，司班80，吐温20，吐温40，吐温60，吐温80，乙醇，乙二醇，正丙醇，异丙醇，正丁醇，异丁醇，环己醇，C8-C18的高级醇，优选司班80，乙二醇，其添加量为1～5％。

本发明中的其他助剂是保湿剂，消泡剂，防沉剂；保湿剂用于减缓墨水在喷头处的挥发速率，防止间歇打印造成喷头的堵塞，本发明中的保湿剂为多元醇，多元醇醚类，优选丙三醇；消泡剂主要是降低墨的表面张力，可以选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷，聚醚改性有机硅化合物等，优选聚醚改性有机硅化合物；防沉剂是为了防止染料的团聚和絮凝，主要选自二氧化硅溶胶等。

本发明中的溶剂为水。

本发明中的导电喷墨墨水的制备方法，包括以下步骤：

将树脂连接剂，分散剂，表面活性剂，其他助剂按配比溶解在溶剂中，搅拌均匀，然后加入表面改性处理的纳米银和石墨，进行高速搅拌60～240min，形成预分散液。再将预分散液转移到球磨机中，球磨2～8h，对所得分散液用200～600nm微孔滤膜进行过滤，灌装，包装，得到复合导电喷墨墨水。

以下以具体实施例进行进一步说明本发明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

纳米银：8g，石墨：16g，Spredox D-260：3g，丙烯酸树脂S-70：5g，司班80：2g，丙三醇：2g，聚醚改性有机硅消泡剂：0.5g，二氧化硅溶胶：1g,水：62.5g

按配比溶解在溶剂中，搅拌均匀，然后加入表面改性处理的纳米银和石墨，进行高速搅拌60min，形成预分散液。再将预分散液转移到球磨机中，球磨4h，对所得分散液用500nm微孔滤膜进行过滤，灌装，包装，得到复合导电喷墨墨水，所得墨水表面张力为49.25mN/m，粘度为10mpa.s，电导率为8.4μΩ·cm。

实施例2

纳米银：10g，石墨：10g，Spredox D-260：5g，丙烯酸树脂S-70：5g，司班80：2g，丙三醇：2g，聚醚改性有机硅消泡剂：0.5g，二氧化硅溶胶：1g,水：64.5g

按配比溶解在溶剂中，搅拌均匀，然后加入表面改性处理的纳米银和石墨，进行高速搅拌60min，形成预分散液。再将预分散液转移到球磨机中，球磨4h，对所得分散液用500nm微孔滤膜进行过滤，灌装，包装，得到复合导电喷墨墨水，所得墨水表面张力为45.25mN/m，粘度为9.8mpa.s，方块电阻为6.2μΩ·cm。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (7)

1.一种复合导电喷墨墨水，其特征在于，其导电组分是纳米银和石墨的混合物,所述导电组分中纳米银和石墨的质量比为1:1～1:3；

所述复合导电喷墨墨水其组成按质量分数计包括：

导电组分10～20％；

分散剂1～5％；

树脂连接剂1～15％；

表面活性剂1～5％；

其他助剂1～5％；

溶剂50～80％；

所述溶剂是水。

2.根据权利要求1所述的复合导电喷墨墨水，其特征在于，所述分散剂为水溶性高分子分散剂和超分散剂中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的复合导电喷墨墨水，其特征在于，所述树脂连接剂是水溶性丙烯酸树脂，聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯吡咯烷酮，羧甲基纤维素钠中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的复合导电喷墨墨水，其特征在于，所述表面活性剂是异丙醇，正丙醇，乙二醇，高级醇中的一种或者几种。

5.根据权利要求1所述的复合导电喷墨墨水，其特征在于，所述其他助剂是保湿剂，消泡剂，防沉剂中的一种或者几种。

6.一种权利要求1所述复合导电喷墨墨水的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将树脂连接剂、分散剂、表面活性剂和其他助剂按配比溶解在溶剂中，搅拌均匀；所述溶剂是水；

2)加入表面改性处理的纳米银和石墨，进行高速搅拌，形成预分散液；再将预分散液转移到球磨机中进行球磨，得到分散液；所述纳米银和所述石墨的质量比为1:1～1:3；

3)对所得分散液用微孔滤膜进行过滤，灌装，包装，得到复合导电喷墨墨水。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2)进行高速搅拌的时间为60～240min，进行球磨的时间为2～8h；步骤3)采用200～600nm微孔滤膜进行过滤。