CN105524521A - 一种石墨烯网孔版油墨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯网孔版油墨，该油墨是由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯15-22％、流平剂7-13％、聚四氟乙烯1-5％、石墨烯3-5％、着色剂3-8％、羧甲基纤维素1-5％、偶联剂0.05-0.5％、乙二醇丁醚2-8％、催干剂2.6-4.5％、pH调节剂1.1-2.2％、辅助改性剂11-20％，余量为溶剂。本发明工艺配方简单易用，将石墨烯应用于网孔版油墨能够使其具有较好的抗沉降性能、高黏度、低黏性，且其流变性能可调，油墨固化速率快、电学性能稳定、无毒环保、附着力强、不易褪色，具有良好的应用前景。

Description

一种石墨烯网孔版油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及印刷技术领域，尤其涉及一种石墨烯网孔版油墨及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种新型碳纳米轻质材料，其独特的单原子层二维晶体结构、巨大的比表面积、超高的强度、电导率、热导率、反射性等特性引起了人们的注意，石墨烯二维平面结构对各类光线的反射效率高、遮蔽效果理想，石墨烯独特的二维层状结构使其具有优异的阻燃效应，其二维片层结构具有片层阻隔效应，能够延缓热量的传递、热解产物的扩散与逸出以及氧气的扩散与混合。是一种由sp²碳原子组成的六方点阵蜂巢状的二维结构平面薄膜和二维材料，是继碳纳米管、富勒烯之后的又一重大发现。石墨烯呈现出新奇的物理特性，单层石墨烯具有良好的透明性，只吸收2.3％的光；常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s。石墨烯具有优异的导电性及物理机械性能，横向(面内)电导率高达10⁶S/m，极限强度可达130GPa，拉伸模量为1.01TPa，且导热性能好，热导率为5000W/(m·K)，密度仅为1.3-2g/cm³。由于石墨烯具有化学和热学性能优异、导电率大、比表面积大、机械强度大的特性，使得以石墨烯为基础的材料有着广泛的工业应用范围，可用吸附剂、催化剂载体、热传输媒体、复合材料、电子元件、电池/电容器等领域。

近些年来，随着客户对于油墨性能有了进一步的要求，不但要求油墨的速干性，还要保证油墨具有一定的导电性能。导电油墨用导电材料制成的油墨，具有一定程度导电性质，可作为印刷导电点或导电线路之用。导电油墨，用导电材料(金、银、铜和碳)分散在连结料中制成的糊状油墨，俗称糊剂油墨。具有一定程度导电性质，可作为印刷导电点或导电线路之用。金系导电墨、银系导电墨、铜系导电墨、碳系导电墨等已达到实用化，用于印刷电路、电极、电镀底层、键盘接点、印制电阻等材料。通常导电油墨分为金粉、银系、铜系、碳系等几个系列，其中金粉化学性质稳定、导电性能好，但价格昂贵，用途仅局限于厚膜集成电路；银系导电墨大量用于薄膜开关的导电印刷，当承印材料为聚酯时，可将银粉分散到聚酯树脂连结料中，即可做成糊状导电油墨，当油墨膜干燥不良时，电阻值会增加；铜系虽比银系价廉，但存在易氧化的缺点，现在多使用经过防氧化处理的铜粉，使用这种油墨印刷的电路不易被氧化，但缺点是一经高温处理，就会失去防氧化效果；碳系导电油墨中使用的填料有导电槽黑、乙炔黑、炉法炭黑和石墨等，电阻位随种类而变化，多用于薄膜片开关和印制电阻，前者大都在聚酯基材上印刷，因此它和银系导电油墨相同，是以聚酯树脂为连结料的油墨。CN103319954A公开了一种石墨烯导电油墨及其制备方法，其产品石墨烯导电油墨经丝网印刷后其电阻率较小，但其产品中使用双氰胺，不利于环保。CN104292983A公开了一种导电油墨，其产品导电油墨电阻率较大。

因此，如何研究一种较好的抗沉降性能、高黏度、低黏性，且其流变性能可调，油墨固化速率快、电学性能稳定、无毒环保、附着力强、不易褪色的石墨烯网孔版油墨是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种一种较好的抗沉降性能、高黏度、低黏性，且其流变性能可调，油墨固化速率快、电学性能稳定、无毒环保、附着力强、不易褪色的石墨烯网孔版油墨，可以应用于印刷领域。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种石墨烯网孔版油墨，由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯15-22％、流平剂7-13％、聚四氟乙烯1-5％、石墨烯3-5％、着色剂3-8％、羧甲基纤维素1-5％、偶联剂0.05-0.5％、乙二醇丁醚2-8％、催干剂2.6-4.5％、pH调节剂1.1-2.2％、辅助改性剂11-20％，余量为溶剂；

进一步地，所述的流平剂可以为聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸、聚醚聚酯改性有机硅氧烷；

进一步地，所述的石墨烯为球状、片状、管状、纤维状、螺旋状、三维状中的至少一种，其粒径范围为0.005微米-10000微米；

进一步地，所述着色剂可以为无机颜料或有机颜料；

进一步地，所述的偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂，所述硅烷偶联剂可以为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，所述铝酸酯偶联剂可以为二硬脂酰氧异丙基铝酸酯；

进一步地，所述的催干剂为环烷酸锌或二月桂酸二丁基酯，pH调节剂为三乙胺、吡啶、碳酸氢钠、无水乙酸钠或氨水；

进一步地，所述的辅助改性剂为季铵盐与氯化铝的混合物，所述的溶剂可以为水、醚类、酯类、醇类；

进一步地，由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯16％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷9.2％、聚四氟乙烯3.3％、石墨烯3.8％、碳黑7.2％、羧甲基纤维素3.5％、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.38％、乙二醇丁醚5％、二月桂酸二丁基酯3.1％、吡啶2.0％、十二烷基三甲基氯化铵与氯化铝质量比为2:1的混合物12.7％，余量为水；

进一步地，由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯19％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷11.5％、聚四氟乙烯4.7％、石墨烯4.2％、碳黑6.6％、羧甲基纤维素2.9％、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯0.22％、乙二醇丁醚5％、环烷酸锌2.9％、三乙胺1.9％、十二烷基三甲基氯化铵与氯化铝质量比为2:1的混合物14％，余量为水。

本发明还提供了一种防水抗紫外线的石墨烯网孔版油墨的制备涂布方法，包括以下步骤：

(1)将按配方的重量份数计算得到的所述聚氨酯丙烯酸酯、流平剂、聚四氟乙烯、石墨烯、着色剂、羧甲基纤维素、偶联剂、乙二醇丁醚、催干剂、pH调节剂、辅助改性剂、余量的溶剂加入混合机中震荡分散，转速≥1000RPM，时间大于等于0.5h，最后得到均匀稳定的石墨烯网孔版油墨粗浆；

(2)搅拌均匀之后在三辊机上研磨3-6次；

(3)将研磨好的物料过滤，即得到产品石墨烯网孔版油墨。

本发明的有益效果：

本发明工艺配方简单易用，加入流平剂后大幅度提高了油墨的均匀分布度，加入了催干剂使油墨的固化速度及干燥速度得到极大提升，加入的偶联剂及辅助改性剂相互协作使油墨的附着性能提高、耐磨性好、不易褪色，在强烈日光照射下，不易泛黄、变色、褪色，各组分相互配合取得了预料不到的技术效果。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例旨在对本发明进行举例描述，而非以任何形式对本发明进行限制。

实施例1：

由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯16％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷9.2％、聚四氟乙烯3.3％、石墨烯3.8％、碳黑7.2％、羧甲基纤维素3.5％、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.38％、乙二醇丁醚5％、二月桂酸二丁基酯3.1％、吡啶2.0％、十二烷基三甲基氯化铵与氯化铝质量比为2:1的混合物12.7％，余量为水。

其制备过程步骤：

(1)将按配方的重量份数计算得到的所述聚氨酯丙烯酸酯16％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷9.2％、聚四氟乙烯3.3％、石墨烯3.8％、碳黑7.2％、羧甲基纤维素3.5％、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.38％、乙二醇丁醚5％、二月桂酸二丁基酯3.1％、吡啶2.0％、十二烷基三甲基氯化铵与氯化铝质量比为2:1的混合物12.7％、余量的水混合加入混合机中震荡分散，转速为1000RPM，时间为0.5h，最后得到均匀稳定的石墨烯网孔版油墨粗浆；

(2)搅拌均匀之后在三辊机上研磨3次；

(3)将研磨好的物料过滤，即得到产品石墨烯网孔版油墨。

实施例2：

由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯19％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷11.5％、聚四氟乙烯4.7％、石墨烯4.2％、碳黑6.6％、羧甲基纤维素2.9％、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯0.22％、乙二醇丁醚5％、环烷酸锌2.9％、三乙胺1.9％、十二烷基三甲基氯化铵与氯化铝质量比为2:1的混合物14％，余量为水。

其制备过程步骤：

(1)将按配方的重量份数计算得到的所述聚氨酯11％、水性流平剂11％、聚四氟乙烯3％、2-甲基-2-(4-吗啉基)-1-[4-(甲硫基)苯基]-1-丙酮3.7％、双偶氮染料6.6％、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯4.5％、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.45％、聚山梨酯-801.3％、二月桂酸二丁基酯1.9％、三乙胺1.2％、丙烯酸-2-乙基己酯与硫酸锌质量比为2:1的混合物13％，余量的水混合加入混合机中震荡分散，转速为1000RPM，时间为0.5h，最后得到均匀稳定的石墨烯网孔版油墨粗浆；

(2)搅拌均匀之后在三辊机上研磨3次；

(3)将研磨好的物料过滤，即得到产品石墨烯网孔版油墨。

实施例3：

由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯16％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷9.2％、聚四氟乙烯3.3％、石墨烯3.8％、碳黑7.2％、羧甲基纤维素3.5％、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.38％、乙二醇丁醚5％、二月桂酸二丁基酯3.1％、吡啶2.0％，余量为水。

其制备过程步骤：

(1)将按配方的重量份数计算得到的所述聚氨酯丙烯酸酯16％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷9.2％、聚四氟乙烯3.3％、石墨烯3.8％、碳黑7.2％、羧甲基纤维素3.5％、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.38％、乙二醇丁醚5％、二月桂酸二丁基酯3.1％、吡啶2.0％，余量的水混合加入混合机中震荡分散，转速为1000RPM，时间为0.5h，最后得到均匀稳定的石墨烯网孔版油墨粗浆；

(2)搅拌均匀之后在三辊机上研磨3次；

(3)将研磨好的物料过滤，即得到产品石墨烯网孔版油墨。

实施例4：

由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯19％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷11.5％、聚四氟乙烯4.7％、石墨烯4.2％、碳黑6.6％、羧甲基纤维素2.9％、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯0.22％、乙二醇丁醚5％、环烷酸锌2.9％、三乙胺1.9％，余量为水。

其制备过程步骤：

(1)将按配方的重量份数计算得到的所述聚氨酯丙烯酸酯19％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷11.5％、聚四氟乙烯4.7％、石墨烯4.2％、碳黑6.6％、羧甲基纤维素2.9％、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯0.22％、乙二醇丁醚5％、环烷酸锌2.9％、三乙胺1.9％，余量的水混合加入混合机中震荡分散，转速为1000RPM，时间为0.5h，最后得到均匀稳定的石墨烯网孔版油墨粗浆；

(2)搅拌均匀之后在三辊机上研磨3次；

(3)将研磨好的物料过滤，即得到产品石墨烯网孔版油墨。

实施例5：

实施例1-4配方得到的石墨烯网孔版油墨相比较其各方面性能见下表：

表1试验结果

由此可见，如本发明的技术方案得到了一种高黏度、低黏性、导电性能好、耐磨性好、不易褪色、在强烈日光照射下不易泛黄及褪色的石墨烯油墨，其具有良好的应用前景。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯15-22％、流平剂7-13％、聚四氟乙烯1-5％、石墨烯3-5％、着色剂3-8％、羧甲基纤维素1-5％、偶联剂0.05-0.5％、乙二醇丁醚2-8％、催干剂2.6-4.5％、pH调节剂1.1-2.2％、辅助改性剂11-20％，余量为溶剂。

2.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：所述的流平剂可以为聚二甲基硅氧烷、聚丙烯酸、聚醚聚酯改性有机硅氧烷。

3.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：所述的石墨烯为球状、片状、管状、纤维状、螺旋状、三维状中的至少一种，其粒径范围为0.005微米-10000微米。

4.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：所述着色剂可以为无机颜料或有机颜料。

5.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：所述的偶联剂为硅烷偶联剂或铝酸酯偶联剂，所述硅烷偶联剂可以为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，所述铝酸酯偶联剂可以为二硬脂酰氧异丙基铝酸酯。

6.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：所述的催干剂为环烷酸锌或二月桂酸二丁基酯，pH调节剂为三乙胺、吡啶、碳酸氢钠、无水乙酸钠或氨水。

7.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：所述的辅助改性剂为季铵盐与氯化铝的混合物，所述的溶剂可以为水、醚类、酯类、醇类。

8.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯16％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷9.2％、聚四氟乙烯3.3％、石墨烯3.8％、碳黑7.2％、羧甲基纤维素3.5％、3-氨基丙基三乙氧基硅烷0.38％、乙二醇丁醚5％、二月桂酸二丁基酯3.1％、吡啶2.0％、十二烷基三甲基氯化铵与氯化铝质量比为2:1的混合物12.7％，余量为水。

9.如权利要求1所述的一种石墨烯网孔版油墨，其特征在于：由以下重量份数的各组份组成：聚氨酯丙烯酸酯19％、聚醚聚酯改性有机硅氧烷11.5％、聚四氟乙烯4.7％、石墨烯4.2％、碳黑6.6％、羧甲基纤维素2.9％、二硬脂酰氧异丙基铝酸酯0.22％、乙二醇丁醚5％、环烷酸锌2.9％、三乙胺1.9％、十二烷基三甲基氯化铵与氯化铝质量比为2:1的混合物14％，余量为水。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种石墨烯网孔版油墨的制备方法，其特征在于：

(1)将按配方的重量份数计算得到的所述聚氨酯丙烯酸酯、流平剂、聚四氟乙烯、石墨烯、着色剂、羧甲基纤维素、偶联剂、乙二醇丁醚、催干剂、pH调节剂、辅助改性剂、余量的溶剂加入混合机中震荡分散，转速≥1000RPM，时间大于等于0.5h，最后得到均匀稳定的石墨烯网孔版油墨粗浆；

(2)搅拌均匀之后在三辊机上研磨3-6次；

(3)将研磨好的物料过滤，即得到产品石墨烯网孔版油墨。