CN106867314A - 一种高精度rfid天线用导电油墨及其制备、印刷方法 - Google Patents

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Abstract

一种高精度RFID天线用导电油墨，以质量百分数计，包括：55％-65％纳米银，12％-15％丙烯酸酯类树脂，8％-12％丙烯酸酯类活性单体，10％-15％溶剂，1％-3％光引发剂，0.1％-1.0％流平剂，0.1％-1.0％阻聚剂。本发明还包括一种高精度RFID天线用导电油墨的制备及印刷方法。该导电油墨具有较好的丝网印刷适性和导电性能，而且成本较传统油墨低；采用滚筒式丝网印刷方式，印刷效率高，变形小，印制得的天线精度高；采用UV-LED固化方式，可使油墨瞬间固化，减少油墨的扩散铺展，从而提高印刷电路的分辨率，得到高精度的RFID导电电路。

Description

一种高精度RFID天线用导电油墨及其制备、印刷方法
技术领域
本发明涉及RFID导电天线印制技术领域，尤其涉及一种高精度RFID天线用导电油墨及其制备、印刷方法。
背景技术
RFID作为一种通过电磁转换来接收和发射信号的非接触式自动识别技术，在供应链等领域得到了广泛应用，加速了各领域不同环节的信息传输。天线作为RFID系统的重要组成部分，其印制方法受到了广泛关注。目前RFID天线制造技术主要有铜导线绕制、电镀铜箔、金属铝箔蚀刻、导电油墨印刷这四种技术，而相比于前三种天线制造技术而言，导电油墨印刷的RFID标签天线的方法具有导电性好、可靠性好、污染低、产能大。很多国家包括美国、日本、德国及韩国都掀起了对导电油墨的研发浪潮。
导电油墨的研究中，用于喷墨用导电墨水和丝网印刷用导电油墨居多，导电材料主要为金属基材料，包括金、银、铜、铂等。导电性能优异且抗氧化性强的纳米银备受关注并得到广泛研究。由于喷墨的方式受喷头的制约，所用材料通常仅限于球形颗粒，难以实现对导电性能较好的片状及线状材料的打印。利用网孔转移油墨的丝网印刷攻克了这一难题。丝网印刷中导电填料通常为片状和球状纳米银的混合物，利用片状的面接触和球状粒子的填充作用达到高导电性能要求，为进一步提高导电性能，添加线状纳米银以增加导电通路。
丝网印刷印制的墨层较厚实，从而保证了墨层优异的导电性能，但未能瞬间固化干燥的厚墨层容易造成油墨的扩散铺展，从而影响RFID导电天线的印制精度。
因此，研制一种能提高RFID天线印制精度的丝网印刷用纳米银导电油墨具有重要意义。
发明内容
本发明的目的，是克服现有技术的的缺点和不足，而提供一种高精度RFID天线用导电油墨及其制备、印刷方法。该导电油墨通过将一定比例的丙烯酸酯类树脂和活性单体加入球形、片状以及线状纳米银的均匀分散液中，通过滚筒式丝网印刷，实现高精度RFID天线的印刷，该导电油墨固含量高，导电性高，特别适用于丝网印刷。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种高精度RFID天线用导电油墨，以质量百分数计，包括：55％-65％纳米银，12％-15％丙烯酸酯类树脂，8％-12％丙烯酸酯类活性单体，10％-15％溶剂，1％-3％光引发剂，0.1％-1.0％ 流平剂，0.1％-1.0％阻聚剂。
进一步地，所述纳米银包括片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银，其中片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银的质量比例为3∶2∶1。
进一步地，所述球形纳米银粒径为20-60nm，所述线状纳米银直径为40nm，长度为10um以上，所述片状纳米银大小为200nm，厚度为20-40nm。
进一步地，所述丙烯酸酯类树脂为环氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯，聚醚丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯的一种或两种混合使用。
进一步地，所有丙烯酸酯类活性单体包括单官能团活性丙烯酸酯类单体、双官能团活性丙烯酸酯类单体、多官能团活性丙烯酸酯类单体中任一种或几种的组合，其中单官能团活性丙烯酸酯类单体为下列物质中的任何一种或它们的组合：丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、甲氧基三丙二醇单丙烯酸酯、甲氧基丙氧基新戊二醇单丙烯酸酯；双官能团丙烯酸酯类单体为下列物质中的任何一种或它们的组合：新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、二丙二醇类二丙烯酸酯、三丙二醇类二丙烯酸酯、二乙二醇类二丙烯酸酯、三乙二醇类二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯；多官能团丙烯酸酯类单体为下列物质中的任何一种或它们的组合：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3-乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、6-乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
进一步地，所述光引发剂为下列物质中的任一种或几种的组合：异丙基硫杂蒽(ITX)、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化磷(819)、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯氧化膦(TPO)、2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮-1(369)；2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、A-羟基酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、乙基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦甲酸、4-(二甲氨基)-苯甲酸-(2-乙基)己酯、2，4-二乙基硫杂蒽酮(DETX)、邻苯甲酰基苯甲酸甲酯。
进一步地，所述溶剂为下列物质中的任一种或几种的组合：乙醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。
本发明还涉及一种高精度RFID天线用导电油墨的制备及印刷方法，包括如下步骤：
(1)将质量百分比为55％-65％的纳米银超声分散于质量百分比为10％-15％的溶剂中，超声分散时间为5-10分钟，得到纳米银分散液；
(2)将质量百分比为12％-15％丙烯酸酯类树脂溶解于质量百分比8％-12％丙烯酸酯类 活性单体中，过滤后获得树脂-活性单体体系；
(3)将步骤(1)中制得的纳米银分散液添加至步骤(2)中制备的树脂-活性单体体系中，并加入质量百分比计1％-3％光引发剂、0.1％-1.0％流平剂、0.1％-1.0％阻聚剂，得到导电油墨；
(4)将掩膜材料涂覆到丝网织物上，当光照射到涂层的丝网织物上，对光敏感的感光乳剂就会部分硬化，然后，用水将未被光照射的部分清洗掉，接着用滚筒式丝网印刷将经步骤(3)获得的导电油墨印制在纸张或薄膜上得到RFID天线；
(5)将步骤(4)印制的RFID天线图文线路用波长为395nm，功率为1.2kw的UV-LED灯光照1-2min至固化，并将固化后的墨层置于50℃以下真空烘箱氮气氛围中持续3-5h。
其中，所述纳米银包括片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银，其中片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银的质量比例为3∶2∶1。所述球形纳米银粒径为20-60nm，所述线状纳米银直径为40nm，长度为10um以上，所述片状纳米银大小为200nm，厚度为20-40nm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)该导电油墨具有较好的丝网印刷适性和导电性能，而且成本较传统油墨低。
(2)采用滚筒式丝网印刷方式，印刷效率高，变形小，印制得的天线精度高。
(3)采用UV-LED固化方式，可使油墨瞬间固化，减少油墨的扩散铺展，从而提高印刷电路的分辨率，得到高精度的RFID导电电路。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
(1)称取质量比例为3∶2∶1的片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银，并将60份银粉混合物超声分散于15份乙醇和乙酸乙酯混合溶剂中，分散时间为5-10分钟，过滤获得均一溶液。
(2)称取12份丙烯酸酯类树脂溶解于10份丙烯酸酯类活性单体中，过滤后获得树脂-活性单体体系，将(1)中制得的乙醇和乙酸乙酯混合溶剂纳米银分散液添加至其中，并加入2份光引发剂，0.5份流平剂，0.5份阻聚剂。
其中所用的丙烯酸树脂为环氧丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯的混合物。
所用的丙烯酸酯类活性单体为单官能团、双官能团、多官能团三种官能团活性丙烯酸酯类单体的混合物。
(3)用滚筒式丝网印刷将经(1)和(2)获得的UV-LED纳米银导电油墨在纸张上印制RFID天线。
(4)将印制的RFID天线图文线路用UV-LED灯光照1-2分钟至固化，并将固化后的墨层置于真空烘箱氮气氛围中，50℃以下持续4h。所印刷的RFID天线线条流利，边缘光洁，无毛刺，简单烧结后可获得高导电性性能。
实施例2：
(1)称取质量比例为3∶2∶1的片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银，并将65份银粉混合物超声分散于12份乙醇和乙酸乙酯混合溶剂中，分散时间为5-10分钟，过滤获得均一溶液。
(2)称取15份丙烯酸酯类树脂溶解于12份丙烯酸酯类活性单体中，过滤后获得树脂-活性单体体系，将(1)中制得的乙醇和乙酸乙酯混合溶剂纳米银分散液添加至其中，并加入3份光引发剂，1.0份流平剂，0.5份阻聚剂。
其中所用的丙烯酸树脂为环氧丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯的混合物。
所用的丙烯酸酯类活性单体为单官能团、双官能团、多官能团三种官能团活性丙烯酸酯类单体的混合物。
(3)用滚筒式丝网印刷将经(1)和(2)获得的UV-LED纳米银导电油墨在纸张上印制RFID天线。
(4)将印制的RFID天线图文线路用UV-LED灯光照1-2分钟至固化，并将固化后的墨层置于真空烘箱氮气氛围中，50℃以下持续4h。所印刷的RFID天线线条流利，边缘光洁，无毛刺，简单烧结后可获得高导电性性能。
实施例3：
(1)称取质量比例为3∶2∶1的片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银，并将55份银粉混合物超声分散于10份乙醇和乙酸乙酯混合溶剂中，分散时间为5-10分钟，过滤获得均一溶液。
(2)称取13份丙烯酸酯类树脂溶解于8份丙烯酸酯类活性单体中，过滤后获得树脂-活性单体体系，将(1)中制得的乙醇和乙酸乙酯混合溶剂纳米银分散液添加至其中，并加入1份光引发剂，0.3份流平剂，1.0份阻聚剂。
其中所用的丙烯酸树脂为环氧丙烯酸酯和聚酯丙烯酸酯的混合物。
所用的丙烯酸酯类活性单体为单官能团、双官能团、多官能团三种官能团活性丙烯酸酯类单体的混合物。
(3)用滚筒式丝网印刷将经(1)和(2)获得的UV-LED纳米银导电油墨在纸张上印制RFID天线。
(4)将印制的RFID天线图文线路用UV-LED灯光照1-2分钟至固化，并将固化后的墨层置于真空烘箱氮气氛围中，50℃以下持续4h。所印刷的RFID天线线条流利，边缘光洁，无毛刺，简单烧结后可获得高导电性性能。
本发明所采用的提高RFID天线线路印制精度的方法，该方法结合了纳米材料技术和UV-LED光固化技术，在纳米金属分散液中加入丙烯酸酯类树脂和活性单体，采用UV-LED光固化实现导电墨层的干燥，并对墨层进行低温烧结。UV-LED光固化能够使墨层瞬间固化，改善油墨的铺展扩散性能，从而提高RFID天线印制的精度，同时利用低温烧结使纳米油墨达到良好的导电性能。同时，UV-LED光固化不仅节能省电，而且固化温度低，与纳米金属的低温烧结相结合可使该发明油墨在高温变形基材上实现应用。光固化纳米导电油墨可用滚筒式丝网印刷技术，将RFID天线图案印刷在薄膜等片材上，固化后得到导电通路，其具有固化温度低、固化时间短、导电性好、分辨率高的特点，制得的天线导电膜附着性好、柔韧性好、导电性能优异。
应该理解，尽管参考其示例性的实施方案，已经对本发明进行具体地显示和描述，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不背离由权利要求书所定义的本发明的精神和范围的条件下，可以在其中进行各种形式和细节的变化，可以进行各种实施方案的任意组合。

Claims (10)

1.一种高精度RFID天线用导电油墨，其特征在于，以质量百分数计，包括：55％-65％纳米银，12％-15％丙烯酸酯类树脂，8％-12％丙烯酸酯类活性单体，10％-15％溶剂，1％-3％光引发剂，0.1％-1.0％流平剂，0.1％-1.0％阻聚剂。
2.根据权利要求1所述的一种高精度RFID天线用导电油墨，其特征在于：所述纳米银包括片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银，其中片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银的质量比例为3∶2∶1。
3.根据权利要求2所述的一种高精度RFID天线用导电油墨，其特征在于：所述球形纳米银粒径为20-60nm，所述线状纳米银直径为40nm，长度为10um以上，所述片状纳米银大小为200nm，厚度为20-40nm。
4.根据权利要求1所述的一种高精度RFID天线用导电油墨，其特征在于：所述丙烯酸酯类树脂为环氧丙烯酸酯，聚酯丙烯酸酯，聚醚丙烯酸酯，聚氨酯丙烯酸酯的一种或两种混合使用。
5.根据权利要求4所述的一种高精度RFID天线用导电油墨，其特征在于：所有丙烯酸酯类活性单体包括单官能团活性丙烯酸酯类单体、双官能团活性丙烯酸酯类单体、多官能团活性丙烯酸酯类单体中任一种或几种的组合，其中单官能团活性丙烯酸酯类单体为下列物质中的任何一种或它们的组合：丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、甲氧基三丙二醇单丙烯酸酯、甲氧基丙氧基新戊二醇单丙烯酸酯；双官能团丙烯酸酯类单体为下列物质中的任何一种或它们的组合：新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基新戊二醇二丙烯酸酯、二丙二醇类二丙烯酸酯、三丙二醇类二丙烯酸酯、二乙二醇类二丙烯酸酯、三乙二醇类二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、1，6-己二醇二丙烯酸酯；多官能团丙烯酸酯类单体为下列物质中的任何一种或它们的组合：三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3-乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、6-乙氧基三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
6.根据权利要求1所述的一种高精度RFID天线用导电油墨，其特征在于：所述光引发剂为下列物质中的任一种或几种的组合：异丙基硫杂蒽(ITX)、双(2，4，6-三甲基苯甲酰基)苯基氧化磷(819)、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯氧化膦(TPO)、2-苄基-2-二甲氨基-1-(4-吗啉苯基)丁酮-1(369)；2-二甲氨基-2-苄基-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮、A-羟基酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、乙基(2，4，6-三甲基苯甲酰基)-苯基膦甲酸、4-(二甲氨基)-苯甲酸-(2-乙基)己酯、2，4-二乙基硫杂蒽酮(DETX)、邻苯甲酰基苯甲酸甲酯。
7.根据权利要求1所述的一种高精度RFID天线用导电油墨，其特征在于：所述溶剂为下列物质中的任一种或几种的组合：乙醇、乙酸乙酯、丙酮、氯仿。
8.一种高精度RFID天线用导电油墨的制备及印刷方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将质量百分比为55％-65％的纳米银超声分散于质量百分比为10％-15％的溶剂中，超声分散时间为5-10分钟，得到纳米银分散液；
(2)将质量百分比为12％-15％丙烯酸酯类树脂溶解于质量百分比8％-12％丙烯酸酯类活性单体中，过滤后获得树脂-活性单体体系；
(3)将步骤(1)中制得的纳米银分散液添加至步骤(2)中制备的树脂-活性单体体系中，并加入质量百分比计1％-3％光引发剂、0.1％-1.0％流平剂、0.1％-1.0％阻聚剂，得到导电油墨；
(4)将掩膜材料涂覆到丝网织物上，当光照射到涂层的丝网织物上，对光敏感的感光乳剂就会部分硬化，然后，用水将未被光照射的部分清洗掉，接着用滚筒式丝网印刷将经步骤(3)获得的导电油墨印制在纸张或薄膜上得到RFID天线；
(5)将步骤(4)印制的RFID天线图文线路用波长为395nm，功率为1.2kw的UV-LED灯光照1-2min至固化，并将固化后的墨层置于50℃以下真空烘箱氮气氛围中持续3-5h。
9.根据权利要求8所述的一种高精度RFID天线用导电油墨的制备及印刷方法，其特征在于：所述纳米银包括片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银，其中片状纳米银颗粒、球形纳米银颗粒和线状纳米银的质量比例为3∶2∶1。
10.根据权利要求9所述的一种高精度RFID天线用导电油墨的制备及印刷方法，其特征在于：所述球形纳米银粒径为20-60nm，所述线状纳米银直径为40nm，长度为10um以上，所述片状纳米银大小为200nm，厚度为20-40nm。
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