CN109777202A - 一种电子标签用导电油墨及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子标签用导电油墨及其制备方法。包括以下组分及重量百分比含量：饱和聚酯树脂7～15；纳米银粉65～70；流平剂0.2～0.5；增硬剂0.5～1.0；二价酸酯15～20；附着力促进剂0.2～0.5；增稠剂0.2～0.5；有机硅0.2～0.5。生产工艺主要分为八个步骤：载体配置、配料、高速分散、三辊研磨、过滤、成品检测、匀质搅拌、装罐。与现有技术相比，本发明可以增强导电油墨的导电性，可以增强导电油墨对不同承印基材的广泛适应性；满足欧盟ROSH以及WEEE的环保要求；增强导电油墨的附着力、硬度以及防沉降的效果；有效模拟客户端的丝网印刷效果，过滤掉导电油墨制成中产生的杂质；有效地使导电油墨脱泡、并使原材料进一步地充分混合，达到更高的细度。

Description

一种电子标签用导电油墨及其制备方法

技术领域

本发明涉及油墨，具体涉及一种电子标签用导电油墨。

背景技术

电子标签技术，又称射频识别技术。是基于雷达技术的发展和应用原理开发出来的，是一种无限的、非接触方式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，不用直接接触，可工作于各种恶劣环境，并且成本低，尺寸小，操作方便快捷。电子标签主要可分为三大类：无源电子标签、半有源电子标签和有源电子标签。对于零售包装上的电子标签一般都是无源的电子标签，它是一种被动的电子标签，因为它需要接受阅读器发出电磁信号，感应出电流，然后发出电磁信号给阅读器，实现标签与阅读器间的信息传送。这种标签的结构一般为：基材、芯片和内置天线(线圈)。目前线圈的制造方法有：铜丝绕制法、化学腐蚀法、电镀法和直接印刷法。铜丝绕制法、化学腐蚀法、电镀法具有制作成本高、成品率较低、制程工艺污染大的缺点。所以现阶段值得重点发展的是直接印刷法，因为该方法具有天线的高速印刷、耗材成本低的优点，这样可以明显降低电子标签的成本。直接印刷天线的技术中，导电油墨是一个重要的推动力。没有导电油墨的发展，就没有印刷技术在电子标签制造中的应用。导电油墨由一些易传导性的粒子、树脂或更为特殊的原材料组成，如传导聚合体。导电油墨经印刷到基材上干燥后，由于导电粒子间的距离变小，自由电子沿外加电场方向移动形成电流，具有良好的导电性能，从而使油墨担当天线的作用。油墨质量对于提高导电性能，降低油墨消耗是有着重要的意义。一个好的导电油墨配方，要求具有良好的印刷适性，印刷后具有固化速度快、附着力强、电阻率低、承印基材适应性广、导电性能稳定等特性。目前国内生产的电子标签导电油墨存在含卤素较高、承应基材单一、附着力差以及电阻率波动较大的缺陷，而国外的电子标签导电油墨虽然性能稳定，但价格普遍是国内产品的2～3倍。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电子标签用导电油墨及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种电子标签用导电油墨，其特征在于，包括以下组分及重量百分比含量：

所述的纳米银粉的平均粒径小于500nm。

所述的流平剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷中的一种或几种。

所述的增硬剂为导电炭黑。

所述的附着力促进剂是软树脂、氨基硅烷、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。

所述的增稠剂是气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡、缔合型增稠剂中的一种或几种。

所述的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

一种电子标签用导电油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)载体配制：将称量好的饱和聚酯树脂和溶剂二价酸酯倒入溶解釜中，随后将溶解釜的搅拌速度控制在1000-2000rpm/min，高速搅拌5～6h；其中饱和聚酯树脂的用量为15-30wt％；

(2)配料：将剩余饱和聚酯树脂、纳米银粉、流平剂、增硬剂、附着力促进剂、增稠剂和有机硅按顺序称量混合，并加入步骤(1)配制的载体中，置于物料桶内；

上述称量中饱和聚酯树脂、纳米银粉和溶剂二价酸酯是使用了梅特勒BBA211型号的电子秤作为称量工具，精度控制在万分之一。由于助剂的添加量较少，使用JY20002型号的电子秤。

(3)高速分散：将称量完毕后的物料桶移动至高速分散机平台上，然后开启高速分散机开关，将搅拌头降至桶底2cm处，开启变频开关至60Hz，设置定时后连续搅拌3min，最后观察银浆整体呈银灰色浆体且无银粉颗粒，则分散均匀；

(4)三辊研磨：将高速分散后的物料与三辊研磨机中研磨；

(5)重复步骤(3)和步骤(4)直到检测物料细度小于等于10μm；

(6)真空过滤、匀质搅拌得到导电油墨装罐。

重复步骤(3)和步骤(4)在三次以上，其中第一遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.3mm-0.35mm，第二遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.25-0.3mm，第三遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.2-0.25mm。在调节辊间隙的过程中还要观察出料的均匀程度，当三遍研磨过后进行过程检测，当检测细度小于等于10μm时才可进行下一步骤。

所述的真空过滤采用的设备为：大功率真空泵连接不锈钢腔体，在不锈钢腔体中位置放置不锈钢物料筒，最后根据需要在不锈钢腔体上方安装250-400目的不锈钢网；使用时先打开真空泵开关，随后在不锈钢网上不断倾倒分散完毕的物料，并用橡胶刮板不断铺平，使其迅速过滤到内置不锈钢物料筒中去；此时物料桶中的低温导电银浆为待检的半成品，检测员根据企业标准对其进行检测。检测值达到标准后方可进行下一步骤。所述的真空泵的真空度设为0.08～0.12Mpa；真空过滤的步骤是模拟客户使用目数的丝印网版进行真空过滤，其主要作用是为了分离研磨过程中产生的大颗粒杂质。

所述的匀质搅拌是在均质机中搅拌3min。均质搅拌的步骤使用的是均质机设备，它对导电油墨的作用主要是脱泡和防止银粉沉降，均质后的导电银浆会非常细腻均匀。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.通过对油墨涂层的配方设计，对不同原材料进行筛选、复配，制备新型电子标签用导电油墨。纳米银粉的选择对导电油墨涂层的导电性能、耐弯折性能、附着力有所提升。饱和聚酯树脂对导电油墨涂层的导电性能、附着力、硬度、耐弯折性能、抗变色性能有所提升。选用二价酸酯作为溶剂相对导电银浆涂层的环保特性、固化速度、印刷精细度等性能有所提升。流平剂、增硬剂、附着力促进剂、增稠剂的加入提升了导电银浆涂层的流平性、附着力以及粘度。对电子标签导电油墨的实际生产进行工艺优化，即通过高速分散、三辊研磨、真空过滤、均质搅拌等步骤获得性能稳定的实际应用产品。其中真空过滤设备为自行设计，均质搅拌工艺能够明显地达到消泡效果，并进一步提升油墨细度。

2.采用纳米银粉作为导电相，可以增强导电油墨的导电性；采用饱和聚酯树脂作为粘结相，可以增强导电油墨对不同承印基材的广泛适应性；采用低毒的二价酸酯作为溶剂，可以满足欧盟ROSH以及WEEE的环保要求；采用不同的助剂可以增强导电油墨的附着力、硬度以及防沉降的效果；采用自制的真空过滤器，可以有效模拟客户端的丝网印刷效果，过滤掉导电油墨制成中产生的杂质；采用均质搅拌机，可以有效地使导电油墨脱泡、并使原材料进一步地充分混合，达到更高的细度。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1～5

一种电子标签导电油墨的制备方法，各组分及成分如表1所示。其中纳米银粉的平均粒径小于500nm。流平剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷中的一种或几种。增硬剂为导电炭黑。着力促进剂是软树脂、氨基硅烷、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。增硬剂为导电炭黑。增稠剂是气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡、缔合型增稠剂中的一种或几种。偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

表1

按照配方比例将称量好的饱和聚酯树脂和溶剂二价酸酯倒入溶解釜中，随后将溶解釜的搅拌速度控制在1500rpm/min，高速搅拌6h。饱和聚酯树脂的添加量为20％。使用了梅特勒BBA211型号的电子秤作为称量工具，并配合记录组件，根据面板显示值添加对应代号的原材料。配料称量的顺序是：添加饱和聚酯树脂→添加银粉→添加溶剂→添加剩余助剂。由于助剂的称量使用JY20002型号的电子秤。称量完毕后将物料桶移动至高速分散机平台上，然后开启高速分散机开关，将搅拌头降至桶底2cm处，开启变频开关至60Hz，设置定时后连续搅拌3min。接着讲物料桶移至三辊研磨机平台，三辊研磨机的轧制需要三个循环，每轧制完一遍银浆都需要再次进行一遍高速分散步骤。然后不断循序渐进地控制三辊研磨机种快辊和中辊之间的间隙，第一遍研磨低温导电银浆的辊间隙在0.3mmmm，第二遍辊间隙在0.25mm，第三遍辊间隙控制在0.2mm。将达到10um细度以下的物料桶移至真空过滤平台，在过滤机上方安装300目的不锈钢网并将油墨过滤完全。将过滤完全的半成品交由检测部门检测，达到企业标准后进行均质搅拌，将真空度设为为0.12Mpa，再将装罐完毕的银浆放入均质机中搅拌3min即可。电子标签用导电油墨的性能如表2所示。

表2

可以看出，本发明方法制得的电子标签用导电油墨符合环保要求，气味轻，粘度高、细度在7μm左右，导电性能、附着力、硬度、耐弯折性能、抗变色性能均有提升。

实施例6

一种电子标签用导电油墨，包括以下组分及重量百分比含量：

通过以下方法制得：

(1)载体配制：将称量好的饱和聚酯树脂和溶剂二价酸酯倒入溶解釜中，随后将溶解釜的搅拌速度控制在1000rpm/min，高速搅拌6h；其中饱和聚酯树脂的用量为30wt％；

(2)配料：将剩余饱和聚酯树脂、纳米银粉、流平剂、增硬剂、附着力促进剂、增稠剂和有机硅按顺序称量混合，并加入步骤(1)配制的载体中，置于物料桶内；

上述称量中饱和聚酯树脂、纳米银粉和溶剂二价酸酯是使用了梅特勒BBA211型号的电子秤作为称量工具，精度控制在万分之一。由于助剂的添加量较少，使用JY20002型号的电子秤。

(3)高速分散：将称量完毕后的物料桶移动至高速分散机平台上，然后开启高速分散机开关，将搅拌头降至桶底2cm处，开启变频开关至60Hz，设置定时后连续搅拌3min，最后观察银浆整体呈银灰色浆体且无银粉颗粒，则分散均匀；

(4)三辊研磨：将高速分散后的物料与三辊研磨机中研磨；重复步骤(3)和步骤(4)在三次以上，其中第一遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.3mm-0.35mm，第二遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.25-0.3mm，第三遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.2-0.25mm。在调节辊间隙的过程中还要观察出料的均匀程度，当三遍研磨过后进行过程检测，当检测细度小于等于10μm时才可进行下一步骤。

(5)重复步骤(3)和步骤(4)直到检测物料细度小于等于10μm；

(6)真空过滤、匀质搅拌得到导电油墨装罐。

所述的真空过滤采用的设备为：大功率真空泵连接不锈钢腔体，在不锈钢腔体中位置放置不锈钢物料筒，最后根据需要在不锈钢腔体上方安装250-400目的不锈钢网；使用时先打开真空泵开关，随后在不锈钢网上不断倾倒分散完毕的物料，并用橡胶刮板不断铺平，使其迅速过滤到内置不锈钢物料筒中去；此时物料桶中的低温导电银浆为待检的半成品，检测员根据企业标准对其进行检测。检测值达到标准后方可进行下一步骤。所述的真空泵的真空度设为0.12Mpa；真空过滤的步骤是模拟客户使用目数的丝印网版进行真空过滤，其主要作用是为了分离研磨过程中产生的大颗粒杂质。

所述的匀质搅拌是在均质机中搅拌3min。均质搅拌的步骤使用的是均质机设备，它对导电油墨的作用主要是脱泡和防止银粉沉降，均质后的导电银浆会非常细腻均匀。

实施例7

一种电子标签用导电油墨，包括以下组分及重量百分比含量：

通过以下方法制得：

(1)载体配制：将称量好的饱和聚酯树脂和溶剂二价酸酯倒入溶解釜中，随后将溶解釜的搅拌速度控制在2000rpm/min，高速搅拌5h；其中饱和聚酯树脂的用量为15wt％；

(2)配料：将剩余饱和聚酯树脂、纳米银粉、流平剂、增硬剂、附着力促进剂、增稠剂和有机硅按顺序称量混合，并加入步骤(1)配制的载体中，置于物料桶内；

上述称量中饱和聚酯树脂、纳米银粉和溶剂二价酸酯是使用了梅特勒BBA211型号的电子秤作为称量工具，精度控制在万分之一。由于助剂的添加量较少，使用JY20002型号的电子秤。

(3)高速分散：将称量完毕后的物料桶移动至高速分散机平台上，然后开启高速分散机开关，将搅拌头降至桶底2cm处，开启变频开关至60Hz，设置定时后连续搅拌3min，最后观察银浆整体呈银灰色浆体且无银粉颗粒，则分散均匀；

(4)三辊研磨：将高速分散后的物料与三辊研磨机中研磨；重复步骤(3)和步骤(4)在三次以上，其中第一遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.3mm-0.35mm，第二遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.25-0.3mm，第三遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.2-0.25mm。在调节辊间隙的过程中还要观察出料的均匀程度，当三遍研磨过后进行过程检测，当检测细度小于等于10μm时才可进行下一步骤。

(5)重复步骤(3)和步骤(4)直到检测物料细度小于等于10μm；

(6)真空过滤、匀质搅拌得到导电油墨装罐。

所述的真空过滤采用的设备为：大功率真空泵连接不锈钢腔体，在不锈钢腔体中位置放置不锈钢物料筒，最后根据需要在不锈钢腔体上方安装250-400目的不锈钢网；使用时先打开真空泵开关，随后在不锈钢网上不断倾倒分散完毕的物料，并用橡胶刮板不断铺平，使其迅速过滤到内置不锈钢物料筒中去；此时物料桶中的低温导电银浆为待检的半成品，检测员根据企业标准对其进行检测。检测值达到标准后方可进行下一步骤。所述的真空泵的真空度设为0.08Mpa；真空过滤的步骤是模拟客户使用目数的丝印网版进行真空过滤，其主要作用是为了分离研磨过程中产生的大颗粒杂质。

所述的匀质搅拌是在均质机中搅拌3min。均质搅拌的步骤使用的是均质机设备，它对导电油墨的作用主要是脱泡和防止银粉沉降，均质后的导电银浆会非常细腻均匀。

Claims (10)

1.一种电子标签用导电油墨，其特征在于，包括以下组分及重量百分比含量：

2.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨，其特征在于，所述的纳米银粉的平均粒径小于500nm。

3.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨，其特征在于，所述的流平剂为聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷、烷基改性有机硅氧烷中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨，其特征在于，所述的增硬剂为导电炭黑。

5.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨，其特征在于，所述的附着力促进剂是软树脂、氨基硅烷、钛酸酯偶联剂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨，其特征在于，所述的增稠剂是气相二氧化硅、有机膨润土、聚酰胺蜡、缔合型增稠剂中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨，其特征在于，所述的偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种。

8.一种如权利要求1所述的电子标签用导电油墨的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)载体配制：将称量好的饱和聚酯树脂和溶剂二价酸酯倒入溶解釜中，随后将溶解釜的搅拌速度控制在1000-2000rpm/min，高速搅拌5～6h；其中饱和聚酯树脂的用量为15-30wt％；

(2)配料：将剩余饱和聚酯树脂、纳米银粉、流平剂、增硬剂、附着力促进剂、增稠剂和有机硅按顺序称量混合，并加入步骤(1)配制的载体中，置于物料桶内；

(3)高速分散：将称量完毕后的物料桶移动至高速分散机平台上，然后开启高速分散机开关，将搅拌头降至桶底2cm处，开启变频开关至60Hz，设置定时后连续搅拌3min，最后观察银浆整体呈银灰色浆体且无银粉颗粒，则分散均匀；

(4)三辊研磨：将高速分散后的物料与三辊研磨机中研磨；

(5)重复步骤(3)和步骤(4)直到检测物料细度小于等于10μm；

(6)真空过滤、匀质搅拌得到导电油墨装罐。

9.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨的制备方法，其特征在于，重复步骤(3)和步骤(4)在三次以上，其中第一遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.3mm-0.35mm，第二遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.25-0.3mm，第三遍研磨三辊研磨机的辊间隙控制在0.2-0.25mm。

10.根据权利要求1所述的电子标签用导电油墨的制备方法，其特征在于，所述的真空过滤采用的设备为：大功率真空泵连接不锈钢腔体，在不锈钢腔体中位置放置不锈钢物料筒，最后根据需要在不锈钢腔体上方安装250-400目的不锈钢网；使用时先打开真空泵开关，随后在不锈钢网上不断倾倒分散完毕的物料，并用橡胶刮板不断铺平，使其迅速过滤到内置不锈钢物料筒中去；所述的真空泵的真空度设为0.08～0.12Mpa；

所述的匀质搅拌是在均质机中搅拌3min。