CN107080958B - 一种导电油墨电容笔组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种导电油墨电容笔组件，包括一组电子元件模块，还包括用于放置电子元件模块的底板、以及容纳有的导电油墨的导电笔，所述导电油墨用于绘制连接相邻电子元件的导电油墨线。本发明提供的一种导电油墨电容笔组件，导电笔使用导电油墨作为内容物，可以在用导电笔书写的过程中完成电子元件件电路的导通，互动性强；原料均较为低廉，综合成本低，生产方便，适合大批量生产，效益较高；让绘画过程变得有科学性、启发性，满足了儿童追求新奇事物的本能，同时可以起到很好的早教效果。

Description

一种导电油墨电容笔组件

技术领域

本发明涉及一种导电油墨电容笔组件，属于儿童玩具技术领域及化学技术领域。

背景技术

随着我国经济的发展，玩具业也进入了蓬勃发展的阶段。从20世纪末到现在,我国已发展成为世界上最大的玩具生产国，玩具产业年生产总值超过了一千亿元,玩具行业也已经发展成为我国解决劳动力就业、出口创汇的重要产业。玩教具是指用来配合平日儿童教学或学习使用的玩具，它们除具有玩的功能更具有其具有针对目标人群的教育性和益智性,主要在幼儿园、早教中心、学校的劳技课与实验课中使用，最主要使用人群是学龄前儿童，也包括一些初高中学生。市面上现有的儿童早教玩具产品，较多的主要是符合家长心理需求设计的早教机产品，主要以教育性为主，赋予产品的功能都是以学习为第一要素设计。或者是较多的智能电子游戏设计，给儿童的健康带了一定的问题，使儿童的成长环境更封闭。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种导电油墨电容笔组件，导电笔使用导电油墨作为内容物，可以在用导电笔书写的过程中完成电子元件件电路的导通，互动性强；原料均较为低廉，综合成本低，生产方便，适合大批量生产，效益较高；让绘画过程变得有科学性、启发性，满足了儿童追求新奇事物的本能，同时可以起到很好的早教效果。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种导电油墨电容笔组件，包括一组电子元件模块，还包括用于放置电子元件模块的底板、以及容纳有的导电油墨的导电笔，所述导电油墨用于绘制连接相邻电子元件的导电油墨线。

所述电子元件模块包括电子元件本体以及与电子元件本体的引脚连接的导体连接件，所述导体连接件为三棱柱体，其一个侧面与电子元件本体的引脚连接，另一个侧面与电子元件本体的底部平齐，该另一个侧面为导体连接件的底面。

所述底板上还设置有用于支撑电子元件模块的柱体。

所述电子元件模块的底部以及底板的表面设有匹配的凹凸连接件或粘扣带。

所述导电油墨块和导电油墨线采用水性导电油墨材料，其原料由以下组分组成，各组分以及各组分所占的质量百分比为：去离子水30～38％、水性丙烯酸树脂15～20％、丙二醇甲醚6～10％、碳纳米管10～16％、导电碳黑5～9％、乙醇20～30％、十八烷基甲苯磺酸钠1～3％、三乙醇胺2～5％、分散剂0.5～1.5％、蜡粉0.5～1％。

所述水性导电油墨的粘度(涂-4杯)＞50秒，细度为8～15μm，硬度≥2H，附着牢度≥95％，干燥时间≤5min，单位体积导电率≤1×10^－2Ω.cm。

所述水性导电油墨按以下步骤制备：

(1)按上述百分比称取各原料，先将去离子水、十八烷基甲苯磺酸钠、碳纳米管投入搅拌器中，搅拌30～60分钟；

(2)将水性丙烯酸树脂、丙二醇甲醚、导电碳黑、乙醇、三乙醇胺、分散剂和蜡粉投入搅拌器中，搅拌30～60分钟，然后将所得产物用砂磨机研磨5～10遍，即制得所述水性导电油墨。

所述导电油墨块和导电油墨线还可采用彩色电阻墨水，其原料由以下组分组成，各组分以及各组分所占的质量百分比为：丙二醇甲醚30～38％、聚乙烯醇缩丁醛15～20％、聚苯胺6～10％、氯化亚铜10～16％、金属络合染料5～9％、乙醇20～30％、表面活性剂1～3％、芥酸酰胺2～5％、抗静电剂0.5～1.5％、蜡粉0.5～1％。

所述彩色电阻墨水的粘度(涂-4杯)＞50秒，细度为8～15μm，硬度≥2H，附着牢度≥95％，干燥时间≤5min，单位体积导电率≤1×10^－2Ω.cm。

所述彩色电阻墨水按以下步骤制备：

(1)按上述百分比称取各原料，先将丙二醇甲醚、聚乙烯醇缩丁醛投入搅拌器中混合，然后再加入聚苯胺，混合后制得导电连结料；

(2)将氯化亚铜、金属络合染料、乙醇、表面活性剂、芥酸酰胺、抗静电剂以及蜡粉投入搅拌器中混合，最后将所得产物用砂磨机研磨后，即制得所述彩色电阻墨水。

本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于：

(1)本发明一种导电油墨电容笔组件包括一组电子元件模块，还包括用于放置电子元件模块的底板、以及容纳有的导电油墨的导电笔，所述导电油墨用于绘制连接相邻电子元件的导电油墨线，能够实现将电子元件模块放置于底板上，通过导电笔画出的导电油墨连接不同电子元件，实现电路导通；

(2)本发明一种导电油墨电容笔组件的电子元件模块设有三棱柱体的导体连接件，方便电子元件模块与底板的紧密贴合，尤其三棱柱体的一个边能够与底板平稳过渡，保证导电油墨线流畅，进而保证电路稳定性；

(3)本发明一种导电油墨电容笔组件的底板上设置有用于支撑电子元件模块的柱体，能够抬起一部分电子元件模块，不同层的电子元件模块间可以通过纸带等软性连接带连接，并通过导电油墨线电连接，实现多层次的电路，增加电路复杂性和趣味性；

(4)本发明一种导电油墨电容笔组件的电子元件模块的底部以及底板的表面设有匹配的凹凸连接件或粘扣带，方便电子元件模块固定在底板，柱体的顶端和底端也可设置匹配的凹凸连接件或粘扣带；作为儿童玩具，底板上可以印刷不同图案，如童话故事卡通人物等，团中可包含设计好的电路图，即导线、电源和发光点等，与凹凸连接件或粘扣带配合，方便儿童使用和玩耍，易于理解；

(5)本发明的导电油墨块和导电油墨线可采用水性导电油墨材料，将活性剂修饰碳纳米管来作油墨的导电料，再加入合适的水性树脂后使油墨具有高导电性，能与导电碳黑相匹配而成为油墨中的导电材料；连接料是导电油墨中的成膜物质，一般导电油墨中的连接料并不一定要求是导电性的聚合物，但水性导电油墨的连接料必须要有导电性能；本发明中作为连接料的树脂在水性导电油墨中既起到导电材料的密封作用，又起到导电粒子连结成膜的作用，所以需要采用有导电变化小，稳定性高的且可以导电的高分子聚合物作为连接料，还要使导电粒子在连接料中分散性好、移动性小、导电误差小，能够赋于油墨膜的物理和化学稳定性；连接料在绘制图形前使导电材料构成一定粘度的印料，以完成绘制方式的图形转移，绘制后经过固化过程，使导电材料的微粒与微粒之间，微粒与基材之间形成稳定的结合；并且创造性的采用去离子水和水性丙烯酸树脂混合后加入金属高分子化合物聚苯胺作为油墨连接料，就可以满足制备水性导电油墨的要求；本发明中导电材料就是导电粒子，它要求导电性好、稳定性高、固化温度低、材料来源广泛，本发明中选择合适的碳纳米管作表面处理后使之具有高导电性，能与各色导电碳黑相匹配而成为油墨中的导电材料，与现有的常用的有金粉、银粉、铜粉、镍粉、铝粉、碳黑、石墨及其他复合粉末作为导电粒子相比，虽然导电性稍低，但价格便宜，也能满足防静电要求，如用量得当，对油墨的物理性能影响不大；本发明中的原料组分中还有20～30％的乙醇，乙醇在导电油墨中的主要作用是1、溶解树脂，使导电微粒(即材料)在聚合物中充分的分散，给予墨性；2、调节粘度，给与绘制适应性；3、调节油墨的干燥速度，水性导电油墨中的乙醇特别要求能与树脂、导电材料完全相匹配，以保证水性导电油墨的绘制性能，本发明的组分中所采用的乙醇完全满足以上要求，使之能在凹版上具有良好的绘制适性，生产效率比网版绘制方式大为提高。综上，水性导电油墨具有以下优点：1、本发明所提供的水性导电油墨导电率可调、导电性能稳定、耐弯曲性好、附着力强，可以用作水性电路板的绘制，克服了传统的导电油墨只是单调通导的缺陷；2、由于其高导电性与低导电率可被灵活应用，提高了设计的灵活性，适用于多种新型电子设备；从RFID标签到“智能衣”，其独特的化学系统维持了外界应力下的低导电率，宽泛的固化条件以及高灵活性支援了许多低成本基座的应用；3、通导多异的导电油墨弥补了材料在抗静电涂料和电磁屏蔽涂料等包装应用上的空白，能够使用凹版绘制的方式，满足了市场日益提高的需要；4、由于水性导电油墨的可绘制性以及湿润特性，因此该油墨能够可使用标准生产设备进行低成本的快速加工；5、本发明中的油墨原料来源广，生产成本低；6、尤其适合作为导电油墨线；

(6)本发明的导电油墨块和导电油墨线可采用彩色电阻墨水，是将丙二醇甲醚和聚乙烯醇缩丁醛混合后加入高分子化合物聚苯胺来作墨水的导电连结料；再将合适的氯化亚铜作表面处理后使之具有高电阻性，能与金属络合染料相匹配而成为墨水中的电阻颜料；然后与溶剂及相关助剂经复合研磨加工而成。连接料是电阻墨水中的成膜物质，一般电阻墨水中的连接料并不一定要求是电阻性的聚合物，但彩色电阻墨水的连接料必须要有电阻性能。作为连接料的树脂在彩色电阻墨水中既起到电阻颜料的密封作用，又起到电阻粒子连结成膜的作用，所以需要采用有电阻变化小，稳定性高的且可以电阻的高分子聚合物作为连接料，还要使电阻粒子在连接料中分散性好、移动性小、电阻误差小，能够赋于墨水膜的物理和化学稳定性。连接料在绘制图形前使电阻颜料构成一定粘度的印料，以完成绘制方式的图形转移，绘制后经过固化过程，使电阻颜料的微粒与微粒之间，微粒与基材之间形成稳定的结合。本申请中利用丙二醇甲醚和聚乙烯醇缩丁醛混合后加入高分子化合物聚苯胺作为墨水连接料，就可以满足制备彩色电阻墨水的要求。本申请中电阻颜料就是电阻粒子，它要求电阻性好，稳定性高，固化温度低，材料来源广泛，常用的有金粉、银粉、铜粉、镍粉、铝粉、碳黑、石墨及其他复合粉末。本申请中选择合适的氯化亚铜作表面处理后使之具有高电阻性，能与金属络合染料相匹配而成为墨水中的电阻颜料，这样虽然电阻性没有银粉高，但价格便宜，也能满足防静电要求，用量得当时对墨水的电阻物理性能影响不大。本申请中的原料组分中还有20～30％的乙醇作为溶剂，溶剂在电阻墨水中的主要作用是1、溶解树脂，使电阻微粒(即颜料)在聚合物中充分的分散，给予墨性；2、调节粘度，给与绘制适应性；3、调节墨水的干燥速度。彩色电阻墨水的溶剂特别要求能与树脂、电阻颜料完全相匹配，以保证彩色电阻墨水的绘制性能，本申请中所采用的乙醇完全满足对溶剂的要求，使之能在凹版上具有良好的绘制适性，生产效率比模板绘制方式大为提高。综上，与现有技术相比，本发明中所提供的彩色电阻墨水具有以下优点：1、本发明所提供的彩色电阻墨水电阻率可调，电阻性能稳定、耐弯曲性好、附着力强的特点，可以用作水性电路板的绘制，克服了传统的导电油墨只是单调通导的缺陷；2、由于其高电阻性与低电阻率可被灵活应用，提高了设计的灵活性，适用于多种新型电子设备；从RFID标签到“智能衣”，其独特的化学系统维持了外界应力下的低导电率，宽泛的固化条件以及高灵活性支援了许多低成本基座的应用；3、色彩多异的电阻墨水弥补了材料在抗静电涂料和电磁屏蔽涂料等包装应用上的空白，能够使用凹版绘制的方式，满足了市场日益提高的需要；4、由于彩色电阻墨水的可绘制性以及湿润特性，因此该油墨能够可使用标准生产设备进行低成本的快速加工；5、本申请中的墨水原料来源广，生产成本低；6、尤其适合作为导电油墨线。

附图说明

图1是本发明导电油墨电容笔组件中底板和电子元件模块的结构示意图。

图中：1-底板，2-导体连接件，3-电子元件本体，4-连接带，5-柱体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种导电油墨电容笔组件，参照图1，包括一组电子元件模块，还包括用于放置电子元件模块的底板1、以及容纳有的导电油墨的导电笔，所述导电油墨用于绘制连接相邻电子元件的导电油墨线。

所述电子元件模块包括电子元件本体3以及与电子元件本体3的引脚连接的导体连接件2，所述导体连接件2为三棱柱体，其一个侧面与电子元件本体的引脚连接，另一个侧面与电子元件本体的底部平齐，该另一个侧面为导体连接件的底面。

所述电子元件本体可包括小灯泡和电池等元件。

所述底板上还设置有用于支撑电子元件模块的柱体5，能够抬起一部分电子元件模块，不同层的电子元件模块间可以通过纸带等软性连接带4连接，并通过导电油墨线电连接，实现多层次的电路，增加电路复杂性和趣味性

所述电子元件模块的底部以及底板的表面设有匹配的凹凸连接件或粘扣带。

所述导电油墨块和导电油墨线采用水性导电油墨材料，其原料由以下组分组成，各组分以及各组分所占的质量百分比为：去离子水30～38％、水性丙烯酸树脂15～20％、丙二醇甲醚6～10％、碳纳米管10～16％、导电碳黑5～9％、乙醇20～30％、十八烷基甲苯磺酸钠1～3％、三乙醇胺2～5％、分散剂0.5～1.5％、蜡粉0.5～1％。

所述水性导电油墨的粘度(涂-4杯)＞50秒，细度为8～15μm，硬度≥2H，附着牢度≥95％，干燥时间≤5min，单位体积导电率≤1×10^-2Ω.cm。

所述水性导电油墨按以下步骤制备：

(1)按上述百分比称取各原料，先将去离子水、十八烷基甲苯磺酸钠、碳纳米管投入搅拌器中，搅拌30～60分钟；

(2)将水性丙烯酸树脂、丙二醇甲醚、导电碳黑、乙醇、三乙醇胺、分散剂和蜡粉投入搅拌器中，搅拌30～60分钟，然后将所得产物用砂磨机研磨5～10遍，即制得所述水性导电油墨。

其中，所述水性导电油墨具体按以下过程制备：(1)、按去离子水31％、水性丙烯酸树脂16％、丙二醇甲醚8％、碳纳米管12％、导电碳黑7％、乙醇20％、十八烷基甲苯磺酸钠2％、三乙醇胺3％、分散剂0.5％、蜡粉0.5％的质量百分比称取各原料，先将去离子水、十八烷基甲苯磺酸钠、碳纳米管投入搅拌器中，搅拌45分钟；

(2)、然后再将水性丙烯酸树脂、丙二醇甲醚、导电碳黑、乙醇、三乙醇胺、分散剂和蜡粉投入搅拌器中，搅拌50分钟，然后将所得产物用砂磨机研8遍，即制得所述水性导电油墨。

所制得的水性导电油墨各项性能检测结果如下：

项目	技术指标	检测标准
			粘度(涂-4杯)	＞50秒	GB/T1723-1993
细度	8～15μm	GB/T1724-1989
			硬度	≥2H	GB/T6739-1996
附着牢度	≥95％	GB/T13217.7-1991
			干燥时间	≤5	Min
体积导电(Ω.cm)	≤1×10<sup>-2</sup>	(墨膜厚6μm)

所述导电油墨块和导电油墨线还可采用彩色电阻墨水，其原料由以下组分组成，各组分以及各组分所占的质量百分比为：丙二醇甲醚30～38％、聚乙烯醇缩丁醛15～20％、聚苯胺6～10％、氯化亚铜10～16％、金属络合染料5～9％、乙醇20～30％、表面活性剂1～3％、芥酸酰胺2～5％、抗静电剂0.5～1.5％、蜡粉0.5～1％。

所述彩色电阻墨水的粘度(涂-4杯)＞50秒，细度为8～15μm，硬度≥2H，附着牢度≥95％，干燥时间≤5min，单位体积导电率≤1×10^－2Ω.cm。

所述彩色电阻墨水按以下步骤制备：

(1)按上述百分比称取各原料，先将丙二醇甲醚、聚乙烯醇缩丁醛投入搅拌器中混合，然后再加入聚苯胺，混合后制得导电连结料；

(2)将氯化亚铜、金属络合染料、乙醇、表面活性剂、芥酸酰胺、抗静电剂以及蜡粉投入搅拌器中混合，最后将所得产物用砂磨机研磨后，即制得所述彩色电阻墨水。

其中，所述彩色电阻墨水具体按以下过程制备：(1)、按配方量取32％的丙二醇甲醚、15％的聚乙烯醇缩丁醛、8％的聚苯胺、12％的氯化亚铜、6％的红色染料、22％的乙醇、1％的表面活性剂、3％的芥酸酰胺、0.5％的抗静电剂和0.5％的蜡粉，先将丙二醇甲醚、聚乙烯醇缩丁醛投入搅拌器中混合，然后再加入聚苯胺，混合后制得导电连结料；

(2)、然后再将氯化亚铜、红色染料、乙醇、表面活性剂、芥酸酰胺、抗静电剂以及蜡粉投入搅拌器中混合，最后将所得产物用砂磨机研磨后，即制得所述彩色电阻墨水。

所制得的彩色电阻墨水各项性能检测结果如下：

Claims (6)

1.一种导电油墨电容笔组件，包括一组电子元件模块，其特征在于：还包括用于放置电子元件模块的底板、以及容纳有的导电油墨的导电笔，所述导电油墨用于绘制连接相邻电子元件的导电油墨线，所述电子元件模块包括电子元件本体以及与电子元件本体的引脚连接的导体连接件，所述导体连接件为三棱柱体，其一个侧面与电子元件本体的引脚连接，另一个侧面与电子元件本体的底部平齐，该另一个侧面为导体连接件的底面，所述底板上还设置有用于支撑电子元件模块的柱体，所述电子元件模块的底部以及底板的表面设有匹配的凹凸连接件或粘扣带，所述导电油墨块和导电油墨线采用水性导电油墨材料，其原料由以下组分组成，各组分以及各组分所占的质量百分比为：去离子水30～38％、水性丙烯酸树脂15～20％、丙二醇甲醚6～10％、碳纳米管10～16％、导电碳黑5～9％、乙醇20～30％、十八烷基甲苯磺酸钠1～3％、三乙醇胺2～5％、分散剂0.5～1.5％、蜡粉0.5～1％。

2.根据权利要求1所述的导电油墨电容笔组件，其特征在于：所述水性导电油墨的粘度＞50秒，细度为8～15μm，硬度≥2H，附着牢度≥95％，干燥时间≤5min，单位体积导电率≤1×10^－2Ω.cm。

3.根据权利要求1所述的导电油墨电容笔组件，其特征在于：所述水性导电油墨按以下步骤制备：

(1)按权利要求1所述百分比称取各原料，先将去离子水、十八烷基甲苯磺酸钠、碳纳米管投入搅拌器中，搅拌30～60分钟；

(2)将水性丙烯酸树脂、丙二醇甲醚、导电碳黑、乙醇、三乙醇胺、分散剂和蜡粉投入搅拌器中，搅拌30～60分钟，然后将所得产物用砂磨机研磨5～10遍，即制得所述水性导电油墨。

4.根据权利要求1所述的导电油墨电容笔组件，其特征在于：所述导电油墨块和导电油墨线采用彩色电阻墨水，其原料由以下组分组成，各组分以及各组分所占的质量百分比为：丙二醇甲醚30～38％、聚乙烯醇缩丁醛15～20％、聚苯胺6～10％、氯化亚铜10～16％、金属络合染料5～9％、乙醇20～30％、表面活性剂1～3％、芥酸酰胺2～5％、抗静电剂0.5～1.5％、蜡粉0.5～1％。

5.根据权利要求4所述的导电油墨电容笔组件，其特征在于：所述彩色电阻墨水的粘度＞50秒，细度为8～15μm，硬度≥2H，附着牢度≥95％，干燥时间≤5min，单位体积导电率≤1×10^－2Ω.cm。

6.根据权利要求4所述的导电油墨电容笔组件，其特征在于：所述彩色电阻墨水按以下步骤制备：

(1)按权利要求4所述百分比称取各原料，先将丙二醇甲醚、聚乙烯醇缩丁醛投入搅拌器中混合，然后再加入聚苯胺，混合后制得导电连结料；

(2)将氯化亚铜、金属络合染料、乙醇、表面活性剂、芥酸酰胺、抗静电剂以及蜡粉投入搅拌器中混合，最后将所得产物用砂磨机研磨后，即制得所述彩色电阻墨水。