CN106046943A - 一种用于喷墨打印的导电油墨及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于导电油墨领域，公开了一种用于喷墨打印的导电油墨，所述导电油墨包括0.01~10wt%纳米银线分散液、0.01~5wt%助剂、1~10wt%树脂、1~5wt%硬化液和余量溶剂。本发明还公开了该导电油墨的制备方法。本发明加入分散剂提高油墨的表面张力，在打印的时候能够形成液滴状，提高打印效果，低粘度则保障了在整个喷墨的过程中的顺畅；选用线长为1~20μm的纳米银线，有助于不堵塞喷头；在配方中加入硬化液，使导电线路具有良好的附着力和硬度。

Description

一种用于喷墨打印的导电油墨及其制备方法
技术领域
本发明属于导电油墨领域，具体涉及一种用于喷墨打印的导电油墨及其制备方法。
背景技术
喷墨打印技术具有数字化、减少材料浪费和与不同基材的相容性等优点，其发展推动了新型墨水材料的开发和应用。很多器件的重要活性成分都可被喷墨印刷，包括导电电极、晶体管、太阳能电池、发光二极管、电池和传感器等。然而，具有高透明性、低电阻率的图案化电极开发仍然是一个重要的挑战，尤其是在发展高度集成的系统领域方面。如专利201110167171.X，该专利主要讲述一种喷墨打印无色透明导电油墨的制备方法，该油墨由金属银盐、溶剂、添加剂、分散剂调配而成，在打印后加热还原成银粒子，其打印出来的线路并不透明，仅仅是调配出来的油墨为无色透明而已。专利201410472694.9，该专利讲述了使用石墨烯与纳米银颗粒混合，调配出透明导电油墨，单纯用石墨烯，其打印出来的线路方阻值较大，所以需添加金属颗粒来增强其导电性，但进一步的会降低图案的透明性，且该专利并没有提出打印出来线路图案在基材上的附着力如何，若附着力不佳，必然会影响其大规模应用的可能性。专利201510296650.X讲述一种抗沉降，自流平的纳米银线透明导电油墨的制备方法，但该专利所述的油墨仅仅能够用于整面涂布上，需要后续的蚀刻或激光工艺进行图形化。
单质金属具有良好的导电性，纳米金属线具有极高的长径比，当其调配成油墨喷墨打印在基板上，烘烤后由于纳米金属线之间互相搭接时，形成导电路径，而空隙处可见光完全透过，形成高透明导电线路。因此有必要开发使用纳米金属线调配的导电油墨，已满高透明性、低电阻率的图案化电极的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种低固含量、水性环保的用于喷墨打印的导电油墨。
本发明的另一目的是提供该导电油墨的制备方法。
为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：
一种用于喷墨打印的导电油墨，所述导电油墨包括0.01～10wt％纳米银线分散液、0.01～5wt％助剂、1～10wt％树脂、1～10wt％硬化液和余量溶剂。
进一步地，所述纳米银线分散液为纳米银线分散于乙醇、异丙醇或水而得。
进一步地，所述纳米银线的长度为1～20μm。
进一步地，所述纳米银线分散液的浓度是5～20mg/mL。
进一步地，所述助剂包括分散剂。
进一步地，所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、亚甲基二萘磺酸二钠、乙氧基化烷基硫酸钠中的至少一种。
最优选的分散剂是十六烷基三甲基溴化铵。
进一步地，所述分散剂还包括流平剂和/或防腐剂。
进一步地，所述树脂为水性聚氨酯、丙烯酸树脂、环氧树脂、纤维素、纤维素醚中的至少一种。
最优选的树脂是水性聚氨酯。
纤维素醚如甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、苄基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙甲纤维素、苄基氰乙基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素、苯基纤维素。
进一步地，所述硬化液为硅溶胶和/或有机硅聚合物。
有机硅聚合物如硅油、硅橡胶、硅树脂。
进一步地，所述溶剂为水、异丙醇、乙醇中的至少一种。
最优选的溶剂是水和异丙醇的混合溶剂。
一种制备上述的导电油墨的方法，具体是：将纳米银线分散液加入溶剂，再加入树脂、助剂和溶剂，混合搅拌均匀即得。
本发明有以下有益效果：
1、在喷墨打印中，要获得比较好的打印效果，油墨的粘度及表面张力至关重要，本发明加入分散剂提高油墨的表面张力，在打印的时候能够形成液滴状，提高打印效果，低粘度则保障了在整个喷墨的过程中的顺畅。
2、由于喷墨打印的喷头在50μm左右，所以油墨粒径的大小显得尤为重要，本发明选用线长为5～15μm的纳米银线，有助于不堵塞喷头。
3、本发明在配方中加入硬化液，使导电线路具有良好的附着力和硬度。
4、采用本发明的导电油墨制备导电图案，其透光率为70～90％，电阻为50～200Ω/cm。
5、相较于磁控溅射、化学气相沉积、喷涂法以及溶胶凝胶法，本发明直接采用喷墨打印的方法将线路打印出来，无需上述方法的后期蚀刻制作导电线路，能够节约成本，同时还能减少环境污染。
6、本发明以纳米银线为导电填料制备导电油墨，在较低的固含量下即可形成导电网络，从而使成本更加低廉；该导电油墨经喷墨打印后能够形成透明导电兼具柔性的线路图案，满足薄膜太阳能电池、发光二极管、电池和传感器等行业的需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明：
以下实施例所用树脂、助剂等，除有特别说明外，均为本领域的常规品种。
实施例1
取10g纳米银线异丙醇分散液(浓度为10mg/mL，纳米银线的长度10μm)加入50g水，再加入10g水性聚氨酯，4g硅溶胶，5g脂肪醇聚氧乙烯醚，再用200g水稀释，用高速分散机混合搅拌均匀，得到导电油墨。经检测，其粘度为10cps，表面张力为20mN/m。
实施例2
取10g纳米银线异丙醇分散液(浓度为5mg/mL，纳米银线的长度5μm)加入50g乙醇，再加入9g丙烯酸树脂，8g硅溶胶，0.5g十六烷基三甲基溴化铵，再用200g水稀释，用高速分散机混合搅拌均匀，得到导电油墨。经检测，其粘度为7cps，表面张力为38mN/m。
实施例3
取12g纳米银线乙醇分散液(浓度为20mg/mL，纳米银线的长度15μm)加入50g水，再加入3.5g羟丙基纤维素，1.5g亚甲基二萘磺酸二钠，10g聚甲基三氯硅氧烷，再用200g水稀释，用高速分散机混合搅拌均匀，得到导电油墨。经检测，其粘度为15cps，表面张力为66mN/m。
实施例4
取5g纳米银线水性分散液(浓度为15mg/mL，纳米银线的长度10μm)加入50g异丙醇，再加入20g水性聚氨酯，1g十六烷基三甲基溴化铵，3g聚二苯基二氯硅氧烷，再用100g水与100g异丙醇混合溶剂稀释，用高速分散机混合搅拌均匀，得到导电油墨。经检测，其粘度为5cps，表面张力为79mN/m。
实施例5
取0.1g纳米银线乙醇分散液(浓度为8mg/mL，纳米银线的长度10μm)加入20g水，再加入1g环氧树脂，0.1g十二烷基硫酸钠，1g硅溶胶，再用77.8g异丙醇稀释，用高速分散机混合搅拌均匀，得到导电油墨。
实施例6
取5g纳米银线乙醇分散液(浓度为12mg/mL，纳米银线的长度10μm)加入30g水，再加入10g水性聚氨酯，3g乙氧基化烷基硫酸钠，1g流平剂，1g防腐剂，5g硅溶胶，再用45g异丙醇稀释，用高速分散机混合搅拌均匀，得到导电油墨。
实施例7
取2g纳米银线乙醇分散液(浓度为10mg/mL，纳米银线的长度15μm)加入30g水，再加入2g纤维素、2g羟丙甲纤维素，0.5g十六烷基三甲基溴化铵、0.5g十二烷基苯磺酸钠，2g硅溶胶，再用61g异丙醇稀释，用高速分散机混合搅拌均匀，得到导电油墨。
性能测试
将实施例1～4的导电油墨使用喷墨打印机按照线路图打印在基材(玻璃、透明聚酯等)上，在80～120℃干燥，待溶剂挥发，形成透明导电图案。检测其透光率、电阻、附着力等，结果如表1所述：
表1性能测试结果
透光率(％) 电阻(Ω/cm) 附着力
实施例1 75 80 3B
实施例2 85 200 3B
实施例3 86 100 4B
实施例4 88 150 4B
实施例5 89 130 4B
实施例6 90 125 3B
实施例7 89 170 3B
由以上数据可知，分散剂可以改善表面张力，进而获得更好的打印效果；而硬化液的加入使得整体图案具有良好的附着力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于喷墨打印的导电油墨，其特征在于，所述导电油墨包括0.01~10wt%纳米银线分散液、0.01~5wt%助剂、1~10wt%树脂、1~10wt%硬化液和余量溶剂。
2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述纳米银线分散液为纳米银线分散于乙醇、异丙醇或水而得。
3.根据权利要求2所述的导电油墨，其特征在于，所述纳米银线的长度为1~20μm。
4.根据权利要求2所述的导电油墨，其特征在于，所述纳米银线分散液的浓度是5~20mg/mL。
5.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述助剂包括分散剂。
6.根据权利要求5述的导电油墨，其特征在于，所述分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、亚甲基二萘磺酸二钠、乙氧基化烷基硫酸钠中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述树脂为水性聚氨酯、丙烯酸树脂、环氧树脂、纤维素、纤维素醚中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述硬化液为硅溶胶和/或有机硅聚合物。
9.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述溶剂为水、异丙醇、乙醇中的至少一种。
10.一种制备权利要求1~9任一项所述的导电油墨的方法，其特征在于，将纳米银线分散液加入溶剂，再加入树脂、助剂和溶剂，混合搅拌均匀即得。
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