CN105419488A - 一种无颗粒型银基导电墨水及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无颗粒型银基导电墨水，由以下重量百分比的原料制成：金属银盐20-55％，醇胺溶液30-50％，还原剂10-30％，添加剂0.3-0.5％；所述金属银盐为硝酸银、柠檬酸银、醋酸银中的至少一种；所述醇胺溶液是由醇类溶剂和胺类溶剂按体积比为1：(0.5-3)混合而成；所述还原剂为抗坏血酸、甲酸中的至少一种；所述添加剂为可得然胶、羟甲基纤维素钠中的至少一种。本发明还公开了该导电墨水的制备方法和在制备RFID标签天线中的应用。本发明的导电墨水稳定性强、热处理温度低，且制备方法简单，易于实现工业化生产。

Description

一种无颗粒型银基导电墨水及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种无颗粒型银基导电墨水及其制备方法与应用，属于印制电子技术领域。
背景技术
无线射频识别技术(RFID)是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术，已经广泛应用在运输、物流、包装、绿色食品追溯等领域。但是由于技术限制，目前RFID标签天线的制备方法主要有蚀刻法、电镀法以及导电油墨印刷法。其中，蚀刻法存在成本高、生产流程复杂、精度较低及环境污染等问题；电镀法的主要缺点是小批量生产成本昂贵，但大批量生产所需的设备投资又较高。导电油墨印刷按照印制设备原理的不同可分为丝网印刷、凹版印刷、柔性版印刷和喷墨印刷四种方式；其中喷墨印刷是一种非接触式印刷，可以轻松实现可变数字印刷的印刷方法。与其他的印刷方式相比，喷墨印刷对承印物的限制非常少，可以接受更大范围的弯曲度、粗糙度、厚度表面特性等不同的承印材料，喷墨印刷可以直接把输入的图像打印出来，缩短了印刷时间，提高了生产效率。
喷墨印刷制作RFID标签天线的关键在于功能性导电墨水的制备。在功能性材料墨水研究领域，银系导电墨水以金属银优异的导电性，较强的化学惰性等优势，获得了广泛的关注。银系导电墨水主要分为两类：颗粒型导电墨水和无颗粒型导电墨水。其中，无颗粒型导电墨水中不含有纳米银颗粒，烧结温度较低，大部分在100℃～200℃之间，可以满足一般基材的使用要求。无颗粒型导电墨水的优势在于可低温分解并具有较高的导电性能，但其稳定性能(较短的保质期和需低温避光保存)制约了无颗粒型银基导电墨水的进一步商业化生产。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种无颗粒型银基导电墨水及其制备方法。本发明的无颗粒型银基导电墨水的稳定性强、热处理温度低，且制备方法简单，易于实现工业化生产。
本发明的另一个目的是提供该无颗粒型银基导电墨水在制备不同种类RFID标签天线中的应用。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种无颗粒型银基导电墨水，由以下重量百分比的原料制成：
金属银盐20-55％，醇胺溶液30-50％，还原剂10-30％，添加剂0.3-0.5％；
所述金属银盐为硝酸银、柠檬酸银、醋酸银中的至少一种；
所述醇胺溶液是由醇类溶剂和胺类溶剂按体积比为1：(0.5-3)混合而成；其中，醇类溶剂为甲醇或乙醇；胺类溶剂为N,N-二甲基乙醇胺、异丙醇胺、正丁胺、正己胺或异辛胺。
所述还原剂为抗坏血酸、甲酸中的至少一种。
所述添加剂为羟甲基纤维素钠、可得然胶中的至少一种，用以调节墨水的黏度和稳定性。
优选的，该无颗粒型银基导电墨水，由以下重量百分比的原料制成：
金属银盐45.6％，醇胺溶液40％，还原剂14％，添加剂0.4％。
优选的，所述醇胺溶液是由醇类溶剂和胺类溶剂按体积比为1：2混合而成。本发明在试验过程中设计了多组不同配比的醇胺溶液，结果发明采用该体积比的醇胺溶液，金属银盐在醇胺溶液中的溶解度最大，并络合成无颗粒的稳定溶液。
本发明还提供该无颗粒型银基导电墨水的制备方法，步骤如下：
将金属银盐置于醇胺溶液中，混合均匀，在搅拌条件下加入还原剂，反应5-30min，再加入添加剂调节墨水的黏度和表面张力，过滤，即得到无颗粒型银基导电墨水。
本发明的无颗粒型银基导电墨水的黏度为6-14cp，表面张力为30-60mN/m。墨水具有较好的微喷射性能，墨水的黏度和表面张力特别适于喷墨打印。
该无颗粒型银基导电墨水在制备不同种类RFID标签天线中的应用也是本发明的保护范围。
本发明还提供一种采用该无颗粒型银基导电墨水制备RFID标签天线的方法，步骤如下：
将无颗粒型银基导电墨水按所需天线的图形形状喷射到基底表面，形成RFID标签天线图形；然后将制备有天线图形的基底进行后处理，处理温度为70-140℃，处理时间为20-40min。
所述基底为PET薄膜基底或纸质基底。
用于喷射导电墨水的喷嘴的口径为2-8μm。
本发明的有益效果：
(1)由于银对光敏感且无颗粒银导电墨水在还原剂存在的情况下，当遇光和温度较高时会使墨水变色分解并有银颗粒析出，影响导电墨水的稳定性；另一方面，导电墨水中的胺类的络合作用并不能明显降低墨水体系的热处理温度，因此在体系中需引入额外的还原剂，通过还原剂的还原作用来得到单质银，使其在低温下分解出单质银，降低墨水体系的热处理温度。本发明通过控制还原剂和添加剂的加入量，使制备的无颗粒型银基导电墨水在具有较好的稳定性的同时，还明显降低了墨水体系的热处理温度。
(2)本发明的无颗粒型银基导电墨水可以适用于多种打印基材，基底范围广泛。
(3)本发明的无颗粒型银基导电墨水可用于制备不同种类、不同规格的RFID标签天线。
(4)本发明的无颗粒型银基导电墨水的制备方法简单，易于实现工业化生产。
附图说明
图1：制备的RFID标签天线(超高频天线)的图；
图2：制备的RFID标签天线(偶极子天线)的图；
图3：制备的RFID标签天线(无芯片天线)的图。
具体实施方式
结合实施例对本发明作进一步的说明，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。
实施例1：无颗粒型银基导电墨水的制备
原料组成为：(按重量百分比计)
醋酸银45.6％，甲醇-N,N-二甲基乙醇胺(1:2)40％，甲酸14％，可得然胶0.4％；
制备方法为：按照上述比例称取原料，将醋酸银置于甲醇-N,N-二甲基乙醇胺(1:2)中，超声振荡5分钟，混合均匀，在搅拌条件下加入甲酸，反应30min，再加入可得然胶调节墨水的黏度和表面张力，过滤，即得到无颗粒型银基导电墨水。其黏度为11cp，表面张力为40mN/m。
实施例2：无颗粒型银基导电墨水的制备
原料组成为：(按重量百分比计)
柠檬酸银20％，甲醇-N,N-二甲基乙醇胺(1:2)50％，抗坏血酸29.5％，羟甲基纤维素钠0.5％；
制备方法为：按照上述比例称取原料，将柠檬酸银置于甲醇-N,N-二甲基乙醇胺(1:2)中，超声振荡5分钟，混合均匀，在搅拌条件下加入抗坏血酸，反应30min，再加入羟甲基纤维素钠调节墨水的黏度和表面张力，过滤，即得到无颗粒型银基导电墨水。其黏度为14cp，表面张力为45mN/m。
实施例3：无颗粒型银基导电墨水的制备
原料组成为：(按重量百分比计)
硝酸银55％，甲醇-异丙醇胺(1:2)30％，抗坏血酸14.7％，可得然胶0.3％；
制备方法为：按照上述比例称取原料，将柠檬酸银置于甲醇-N,N-二甲基乙醇胺(1:2)中，超声振荡5分钟，混合均匀，在搅拌条件下加入抗坏血酸，反应30min，再加入羟甲基纤维素钠调节墨水的黏度和表面张力，过滤，即得到无颗粒型银基导电墨水。其黏度为10cp，表面张力为50mN/m。
对比例1：
原料组成为：(按重量百分比计)
醋酸银50.6％，甲醇-N,N-二甲基乙醇胺(1:2)44％，甲酸5％，羟甲基纤维素钠0.4％
制备方法同实施例1。
对比例2：
原料组成为：(按重量百分比计)
醋酸银34.6％，甲醇-N,N-二甲基乙醇胺(1:2)30％，甲酸35％，羟甲基纤维素钠0.4％
制备方法同实施例1。
不同实施例、对比例制备的导电墨水性能比较：
考察不同实施例制备的导电墨水的稳定性和墨水体系的热处理温度，结果见表1。
表1导电墨水性能比较结果
由表1可以看出，还原剂和添加剂的加入量会直接影响导电墨水的稳定性和热处理温度，所加入的还原剂一方面能够促进在低温条件下分解出单质银，降低墨水体系的热处理温度，但还原剂若加入的量过多则不利于导电墨水的稳定性。因此，需要综合衡量，本发明通过多次试验，优选出了还原剂和添加剂的合适加入量，制备的导电墨水具有很好的稳定性，在室温避光条件下可保存4个月以上，而且还显著降低了墨水体系的热处理温度。
实施例4：RFID标签天线(超高频天线)的制备
将实施例1制备的无颗粒型银基导电墨水按所需天线的图形形状喷射到PET薄膜基底表面，形成RFID标签天线图形，喷射导电墨水的喷嘴的口径为5μm；然后将制备有天线图形的基底进行后处理，处理温度为70℃，处理时间为30min，即制备得到RFID标签天线(超高频天线)，结果见图1。
实施例5：RFID标签天线(偶极子天线)的制备
将实施例1制备的无颗粒型银基导电墨水按所需天线的图形形状喷射到PET薄膜基底表面，形成RFID标签天线图形，喷射导电墨水的喷嘴的口径为5μm；然后将制备有天线图形的基底进行后处理，处理温度为80℃，处理时间为20min，即制备得到RFID标签天线(偶极子天线)，结果见图2。
实施例6：RFID标签天线(无芯片天线)的制备
将实施例1制备的无颗粒型银基导电墨水按所需天线的图形形状喷射到PET薄膜基底表面，形成RFID标签天线图形，喷射导电墨水的喷嘴的口径为8μm；然后将制备有天线图形的基底进行后处理，处理温度为75℃，处理时间为25min，即制备得到RFID标签天线(偶极子天线)，结果见图3。

Claims (10)

1.一种无颗粒型银基导电墨水，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
金属银盐20-55％，醇胺溶液30-50％，还原剂10-30％，添加剂0.3-0.5％；
所述金属银盐为硝酸银、柠檬酸银、醋酸银中的至少一种；
所述醇胺溶液是由醇类溶剂和胺类溶剂按体积比为1：(0.5-3)混合而成；
所述还原剂为抗坏血酸、甲酸中的至少一种；
所述添加剂为可得然胶、羟甲基纤维素钠中的至少一种。
2.如权利要求1所述的无颗粒型银基导电墨水，其特征在于，由以下重量百分比的原料制成：
金属银盐45.6％，醇胺溶液40％，还原剂14％，添加剂0.4％。
3.如权利要求1或2所述的无颗粒型银基导电墨水，其特征在于，所述醇类溶剂为甲醇或乙醇；胺类溶剂为N,N-二甲基乙醇胺、异丙醇胺、正丁胺、正己胺或异辛胺。
4.如权利要求1或2所述的无颗粒型银基导电墨水，其特征在于，所述醇胺溶液是由醇类溶剂和胺类溶剂按体积比为1：2混合而成。
5.如权利要求1-4任一项所述的无颗粒型银基导电墨水，其特征在于，该导电墨水的黏度为6-14cp，表面张力为30-60mN/m。
6.权利要求1所述的无颗粒型银基导电墨水的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将金属银盐置于醇胺溶液中，混合均匀，在搅拌条件下加入还原剂，反应5-30min，再加入添加剂调节墨水的黏度和表面张力，过滤，即得到无颗粒型银基导电墨水。
7.权利要求1-5任一项所述的无颗粒型银基导电墨水在制备不同种类RFID标签天线中的应用。
8.一种制备RFID标签天线的方法，其特征在于，步骤如下：
将权利要求1-5任一项所述的无颗粒型银基导电墨水按所需天线的图形形状喷射到基底表面，形成RFID标签天线图形；然后将制备有天线图形的基底进行后处理，处理温度为70-140℃，处理时间为20-40min。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基底为PET薄膜基底或纸质基底。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用于喷射导电墨水的喷嘴的口径为2-8μm。
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