CN110467847A - 一种水性碳系导电油墨的制备方法及水性碳系导电油墨 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制备水性碳系导电油墨的方法，包括将膨胀石墨粉碎，得到粉碎的膨胀石墨；将碳材料、树脂、助剂和溶剂进行预混，得到预混物，其中所述碳材料包括所述粉碎的膨胀石墨和导电填料；加入溶剂于所述预混物中，并搅拌，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；以及将所述油墨前驱体分散液经过剥离工艺，得到水性碳系导电油墨。本发明方法工艺简单、生产成本低，且所得水性碳系导电油墨导电性良好。
Description
技术领域
本发明涉及一种水性导电油墨的制备方法，尤其关于一种生产工艺简单、导电性能佳的水性碳系导电油墨的制备方法。
背景技术
导电油墨是一种功能性油墨，通常由导电填料和粘结剂材料组成，通过填料之间的点-面-线接触构建起连续的导电网络。目前常见的导电油墨通常以金银铜粉、碳粉或者其他合金粉末为填料与树脂连接料等组成，基本以溶剂型为主。但传统导电油墨的生产及印刷过程中存在着有机挥发物质(VOC)排放等问题，部分有机溶剂还会与空气中的一些气体发生化学反应，产生臭氯及烟雾，严重污染空气，因此油墨水性化和高固含化都是目前导电油墨的发展趋势。
水性导电油墨由水性树脂调配，可溶于水，是兼具水溶性和导电性双重特性的新型功能油墨。水性金属导电油墨，例如CN103436091A公布一种低电阻率水性导电丝网油墨，将金属导电材料分散在有机高分子导电聚合物聚乙烯基二氧噻吩中，油墨具有低电阻率，但其分辨率较差，不适于印刷精细图案。且水性金属导电油墨会产生迁移与氧化问题，因此常用的水性导电油墨均为碳系。
CN104962133A公布了一种纳米水性导电油墨及其制备方法，以多壁碳纳米管为导电填料，但粘度过低不利于印刷。CN101967319A公布了一种射频识别天线用水性油墨及其制备方法，其使用单一的导电炭黑为导电填料，其体积电阻率较差无法达到射频识别天线的要求，而且粘度偏低，达不到射频识别天线的分辨率要求。目前水性导电油墨通常只在柔版或凹版上印刷，对设备要求较高，可印刷性偏差。
目前水性导电油墨仍存在附着力差、分散不均匀、电阻率高、柔韧性不足和导电性能不稳定的问题。市场常见碳系导电油墨以导电炭黑、石墨为主，这几年随着新材料的发展，以寡层石墨烯、碳纳米管为代表的新碳系导电材料拓宽了导电油墨的应用领域。CN108250844A公布了一种水性石墨烯高导电油墨的制备方法，其体积电阻率较低，所用石墨烯粉体来源是1～3、1～2、或3～5层的纤维状石墨烯粉体。另外如CN107760128A、CN108250844A等所披露的制备方法，则是将石墨烯和其他导电粉体分散到树脂和溶剂中，通过搅拌和研磨以增强分散性。
然而，高导电石墨烯通常采用物理法剥离制备，在剥离过程中需引入剥离介质，经分离干燥才能得到最后的石墨烯粉体。一部分剥离介质会残留在石墨烯粉体中，降低导电网络的连续性，导致油墨导电性下降。同时，干燥与分离工艺提高生产成本，又造成大量排污与耗能，不利于大规模生产。
由上述可知，业界仍需一种分散性佳、制作工艺简便且导电效果佳的水性碳系导电油墨的制备方法。
发明内容
本发明一方面提供一种制备水性碳系导电油墨的方法，包括以下步骤：将膨胀石墨粉碎，得到粉碎的膨胀石墨；将碳材料、树脂、助剂和溶剂进行预混，得到预混物，其中所述碳材料包括所述粉碎的膨胀石墨和导电填料；加入溶剂于所述预混物中，用高速搅拌机搅拌15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；以及将所述油墨前驱体分散液经过剥离工艺，得到水性碳系导电油墨。
根据本发明的实施例，所述粉碎的膨胀石墨的D50＝5至600μm。
根据本发明的实施例，导电填料为碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑中的一种或几种。
根据本发明的实施例，所述粉碎的膨胀石墨与所述导电填料的比例是1:4至15:1。
根据本发明的实施例，所述树脂是一种水性树脂，为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性硅胶中的一种或几种。
根据本发明的实施例，所述溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、松油醇、丁二醇、正丁醇、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或几种。
根据本发明的实施例，所述助剂是表面活性剂、消泡剂、增稠剂和pH值调节剂中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述剥离工艺为三辊研磨、砂磨、高压均质和球磨中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述油墨前驱体分散液经过剥离工艺后，细度低于20μm。
本发明另一方面提供一种水性碳系导电油墨，其是利用本发明所述制备水性碳系导电油墨的方法所制备。
相较于先前技术，本发明提供一种制备水性碳系导电油墨的方法，其直接引入膨胀石墨，因此简化工艺、降低油墨生产成本，也不会因含有残留球磨助剂而导致导电性下降，制备导电油墨的过程中同时剥离得到的石墨微片或石墨烯含氧比例极低，缺陷少，导电性良好，克服了石墨烯导电油墨生产过程中导电性低和无法大规模生产的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例1的水性碳系导电油墨固化后的(A)表面和(B)截面的扫描电镜照片。
图2为本发明实施例1的水性碳系导电油墨固化后的透射电镜照片，其中(A)的标尺为5nm；以及(B)的标尺为200nm。
图3为本发明实施例2的水性碳系导电油墨固化后的拉曼光谱谱图。
具体实施方式
以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如「上」、「内」、「外」、「底」、「一」、「中」等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。
本发明一方面提供一种制备水性碳系导电油墨的方法，包括以下步骤：将膨胀石墨粉碎，得到粉碎的膨胀石墨；将碳材料、树脂、助剂和溶剂进行预混，得到预混物，其中所述碳材料包括所述粉碎的膨胀石墨和导电填料；加入溶剂于所述预混物中，用高速搅拌机搅拌15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；以及将所述油墨前驱体分散液经过剥离工艺，得到水性碳系导电油墨。
根据本发明的实施例，所述粉碎的膨胀石墨的D50可为5至600μm。
根据本发明，所述膨胀石墨的碳含量可高于99％，膨胀倍率可为150至700倍率。优选，所述膨胀石墨的碳含量可高于99.99％，膨胀倍率可为250至400倍率。
根据本发明的实施例，导电填料可以是碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑中的一种或几种。其中，所述碳纳米管可为多壁碳纳米管，其碳含量可大于99％，其管径可为1至50nm，其长径比可为10至50，但不限于此。导电炭黑的电阻率可低于1.5Ω·m。
根据本发明的实施例，所述粉碎的膨胀石墨与所述导电填料的比例可以是1:4至15:1。
根据本发明的实施例，所述树脂为水性树脂。根据本发明，该水性树脂可为，但不限于水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯和水性硅胶。根据本发明的实施例，该水性树脂的含量可为油墨质量的10至40％。
根据本发明的实施例，所述溶剂为可与水互溶的溶剂，例如可为，但不限于去离子水、乙醇、异丙醇、松油醇、丁二醇、正丁醇、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮和丙酮。根据本发明的实施例，该溶剂的含量可为油墨质量的25～70％。
根据本发明的实施例，所述助剂是表面活性剂、消泡剂、增稠剂和pH值调节剂中的至少一种。其中，所述助剂的含量可为水性导电油墨质量的0.01至3％。
根据本发明，所述的表面活性剂可为曲拉通、吐温80、聚乙二醇1000或十二烷基苯磺酸钠中的至少一种，但不限于此。所述表面活性剂的含量可为油墨质量的0.01至1％。
根据本发明，所述消泡剂可为但不限于聚醚改性消泡剂ZW-1717分散剂。所述消泡剂的含量可为油墨质量的0.01至1％。
根据本发明，所述增稠剂可为但不限于，例如，气相二氧化硅、蓖麻油、羧甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、海藻酸钠或膨润土中的至少一种。所述增稠剂的含量可为油墨质量的0.01至2％。
根据本发明，所述pH值调节剂可为但不限于三乙醇胺、乙二胺或氨水中的至少一种，所述pH值调节剂的含量可为油墨质量的0.2至2％。
根据本发明的实施例，所述剥离工艺可为本技术领域所常用的研磨工艺，例如可为三辊研磨、砂磨、高压均质和球磨中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述油墨前驱体分散液经过剥离工艺后，其细度可低于20μm，即可得到水性碳系导电油墨。
根据本发明领域技术应理解，所述水性碳系导电油墨可依其不同印刷方式，再进一步使用增稠剂或稀释剂将其粘度调节到1500至8000mPa·s。例如，所述印刷方式可为例如，丝网印刷、凹版印刷或喷涂印刷，但不限于此。当使用于丝网印刷时，可将本发明水性碳系导电油墨的粘度调节为4000至8000mPa·s；当使用于凹版印刷时，可将本发明水性碳系导电油墨的粘度调节为2000至3000mPa·s；当使用于喷涂印刷时，可将本发明水性碳系导电油墨的粘度调节为1500至3000mPa·s。
而印刷所采用的基材可为但不限于，例如，PET膜、PI膜、涤纶纤维、ABS塑料、尼龙纤维、棉布、涤纶布、硅胶、PVC布、氧化铝陶瓷片、无纺布或纸张等适合的材料。
本发明另一方面提供一种水性碳系导电油墨，其是利用本发明所述制备水性碳系导电油墨的方法所制备。
根据本发明实施例，所述水性碳系导电油墨包括分散填料、水性树脂、溶剂和助剂。
其中分散填料包括第一导电分散填料和第二导电分散填料。该第一导电分散填料为膨胀石墨粉碎、剥离工艺后所得的石墨烯和石墨微纳米片；所述第二导电分散填料为所述导电填料，可为碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑中的一种或几种。
根据本发明，所述的膨胀石墨(expanded graphite,EG)是由天然石墨鳞片经插层、水洗、干燥、经高温膨化得到的一种疏松多孔的蠕虫状物质。石墨通常指天然石墨，主要分为块状石墨、鳞片石墨和隐晶质石墨。石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。每一网层间的距离为340pm，同一网层中碳原子的间距为142pm。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱。
当可膨胀石墨受热到一定温度时，由于吸留在层间点阵中化合物分解，可膨胀石墨便开始膨胀，该温度称为起始膨胀温度，在1000℃时膨胀完全，达到最大体积。可膨胀石墨的膨胀体积可以达到初始时的200倍以上。膨胀后的石墨即称为膨胀石墨或石墨蠕虫，由原鳞片状变成密度很低的蠕虫状，形成了一个非常好的绝热层。EG除了具备天然石墨本身的耐冷热、耐腐蚀、自润滑等优良性能以外，还具有天然石墨所没有的柔软、压缩回弹性、吸附性、生态环境协调性、生物兼容性、耐辐射性等特性。膨胀石墨可以作为石墨烯的生产原料。
而石墨烯纳米片(Graphene nanosheets,GNSs或Graphene Nano Flakes,GNFs)，也称为碳纳米片(Carbon nanoflakes,CNFs)或碳纳米壁(Carbon nanowalls,CNWs)，厚度为纳米尺度的二维石墨纳米材料，常见为10至20层称之为石墨烯微纳米片，但也可能是单层石墨烯。
根据本发明实施例，所述水性碳系导电油墨可包括4～14％第一导电分散填料、0.1～4％第二导电分散填料、10～40％水性树脂、25～70％溶剂、0.01％～3％助剂。其中，炭黑可以看成零维材料、碳纳米管为一维材料，石墨烯是二维材料，这三类材料由单纯的面面接触变成点线面接触相结合，形成稳定连续的导电网络。
实施例1
根据本发明，将250倍率的膨胀石墨通过机械粉碎至D50＝300μm，得到经粉碎的膨胀石墨；将所述经粉碎的膨胀石墨和导电炭黑按2:1的质量比组成双组分导电填料；混合所述双组分导电填料8％和水性聚氨酯24％、聚醚改性消泡剂ZW-1717分散剂为油墨质量的0.01％和pH值调节剂三乙醇胺为油墨质量的2％，其余为由去离子水、丁二醇和异丙醇按6:3:1的质量比组成的混合溶剂，以得到混合物；用高速搅拌机搅拌该混合物15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；将该油墨前驱体分散液经过球磨至细度低于20μm，根据不同印刷方式粘度到1500至8000mPa·s得到水性碳系导电油墨，其物化特征如表1所示。
表1、实施例1所得水性碳系导电油墨的特征
请参见图1和图2，图1为本发明实施例1的水性碳系导电油墨固化后的扫描电镜照片，其中(A)为油墨固化后的表面；(B)为油墨固化后的截面，可以看出该水性油墨固化后的薄膜表面致密无明显缺陷，二维片状结构层层堆叠，形成连续致密的导电网络，小颗粒碳材料起到填充层间缝隙的作用，提高了导电网络的整体连续性，这也是本发明水性碳系导电油墨具有高导电率的原因之一。
为了确认所制备的石墨烯基薄膜的层数，进一步借助透射电镜观察石墨烯基薄膜高分辨电子显微像，请参见图2，其为本发明实施例1的水性碳系导电油墨固化后的透射电镜照片，其中(A)尺度为5nm；以及(B)尺度为200nm。从图2中可以看出，该水性碳系导电油墨固化后的薄膜为面积大小不一、无一定的排列规律呈片状分布的薄膜，从图2中可以观察到其固化后层数约为6至10层，且没有发现明显的重新堆栈现象。
因此，图1和图2中可以看出本发明水性碳系导电油墨中的片状结构有利于树脂的自组装结构，减少了该涂层的缺陷，有助于形成连续的导电网络。再者，引入小分子导电填料颗粒能填充片层堆叠过程中的缝隙，颗粒间距小于原子正常迁移距离(约10nm)，因此，该水性碳系导电油墨固化后的薄膜沿着外加电场方向即可形成连续的导电通路。
实施例2
根据本发明，将300倍率的膨胀石墨通过空气流粉碎至D50＝100μm，得到经粉碎的膨胀石墨；将所述经粉碎的膨胀石墨和碳纳米管按1:2的质量比组成双组分导电填料；混合所述双组分导电填料12％、水性硅胶40％、表面活性剂吐温80为油墨质量的0.1％、增稠剂羧甲基纤维素钠为油墨质量的0.2％、pH值调节剂三乙醇胺为油墨质量的2％，其余为由去离子水和N-甲基吡咯烷酮按4:1的质量比组成的混合溶剂，以得到混合物；用高速搅拌机搅拌该混合物15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；将该油墨前驱体分散液经过砂磨至细度低于20μm，根据不同印刷方式粘度到1500至8000mPa·s得到水性碳系导电油墨。
图3为本发明实施例2的水性碳系导电油墨固化后的拉曼光谱谱图，图3中的1580cm-1处的G峰代表sp2碳原子内震动，存在于所有的sp2碳材料中，也是石墨烯拉曼光谱的主要特征峰。此外，ID：IG＝0.111，表明D峰较弱，表明石墨烯缺陷峰较少，质量较高。
实施例3
根据本发明，将400倍率的膨胀石墨通过机械粉碎至D50＝15μm，得到经粉碎的膨胀石墨；将所述经粉碎的膨胀石墨、导电炭黑和乙炔黑分别按30:1:1的质量比组成三组分导电填料；混合所述三组分导电填料4％、水性环氧树脂10％、表面活性剂聚乙二醇1000为油墨质量的0.5％、增稠剂羟乙基纤维素为油墨质量的0.3％、pH值调节剂氨水为油墨质量的0.2％，其余为由去离子水、松油醇和丙酮按3:2:1的质量比组成的混合溶剂，以得到混合物；用高速搅拌机搅拌该混合物15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；将该油墨前驱体分散液经过球磨结合砂磨至细度低于20μm，根据不同印刷方式粘度到1500至8000mPa·s得到水性碳系导电油墨。
实施例4
根据本发明，将350倍率的膨胀石墨通过机械粉碎至D50＝80μm，得到经粉碎的膨胀石墨；将所述经粉碎的膨胀石墨和乙炔黑分别按8:1的质量比组成双组分导电填料；混合所述双组分导电填料18％、水性丙烯酸树脂40％、表面活性剂聚乙二醇1000为油墨质量的0.5％、表面活性剂十二烷基苯磺酸钠为油墨质量的0.01％、聚醚改性消泡剂ZW-1717分散剂为油墨质量的0.7％、pH值调节剂氨水为油墨质量的0.2％，其余为由去离子水、松油醇和丙酮按3:2:1的质量比组成的混合溶剂，以得到混合物；用高速搅拌机搅拌该混合物15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；将该油墨前驱体分散液经过砂磨结合高压均质至细度低于20μm，根据不同印刷方式粘度到1500至8000mPa·s得到水性碳系导电油墨。
实施例5
根据本发明，将300倍率的膨胀石墨通过空气流粉碎至D50＝5μm，得到经粉碎的膨胀石墨；将所述经粉碎的膨胀石墨、碳纳米管和乙炔黑分别按1:2:2的质量比组成三组分导电填料；混合所述三组分导电填料14％、水性聚氨酯16％、表面活性剂曲拉通为油墨质量的0.01％、pH值调节剂乙二胺为油墨质量的1％，其余为由去离子水、正丁醇和乙酸乙酯按2:1:2的质量比组成的混合溶剂，以得到混合物；用高速搅拌机搅拌该混合物15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；将该油墨前驱体分散液经过砂磨结合高压均质至细度低于20μm，根据不同印刷方式粘度到1500至8000mPa·s得到水性碳系导电油墨。
实施例6
根据本发明，将250倍率的膨胀石墨通过机械粉碎至D50＝600μm，得到经粉碎的膨胀石墨；将所述经粉碎的膨胀石墨、碳纳米管和导电炭黑分按5:2:1的质量比组成三组分导电填料；混合所述三组分导电填料16％、水性聚氨酯树脂30％、增稠剂气相二氧化硅用量为油墨质量的1.5％、pH值调节剂氨水为油墨质量的0.7％，其余为由去离子水、松油醇和异丙醇按3:2:1的质量比组成的混合溶剂，以得到混合物；用高速搅拌机搅拌该混合物15分钟以上，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；将该油墨前驱体分散液经过砂磨结合三辊研磨至细度低于20μm，根据不同印刷方式粘度到1500至8000mPa·s得到水性碳系导电油墨。
实施例7(对比例1)
将未粉碎的500倍率膨胀石墨(D50＝2mm)和导电炭黑分按5:1的质量比组成双组分导电填料；混合所述双组分导电填料12％、水性丙烯酸树脂30％、增稠剂气相二氧化硅用量为油墨质量的0.1％、pH值调节剂氨水为油墨质量的1.5％，其余为由去离子水、乙醇和异丙醇按3:1:1的质量比组成的混合溶剂，以得到混合物；用高速搅拌机搅拌该混合物15分钟以上，得到无起泡的油墨前驱体分散液；将该油墨前驱体分散液经过砂磨结合三辊研磨至细度低于20μm，根据不同印刷方式粘度到1500至8000mPa·s得到水性碳系导电油墨。
本实施例中未粉碎的膨胀石墨，得到的油墨前驱体分散液均一性差，且进行下一步的三辊研磨时，需要时间久，剥离效率低，得到的导电油墨质感粗糙，在印刷时可刮涂性不佳。
下表2列出了6个实施例和1个对比例的油墨样品的导电性能与粘度。对于粘度约5Pa·s的实施例4和6可以用于丝网印刷工艺，实施例1、2、3和5可以用于普通凹版印刷。
表2、实施例1～6以及对比例1的导电油墨固化后的性能参数(固化条件为80℃干燥20分钟)
实施例1～6所制备的水性碳系导电油墨方块电阻在4至7Ω/□，是远低于其他同类型的导电油墨的数值，例如，先前技术CN107083114A中得到的水性石墨烯导电油墨方块电阻为100至5000Ω。
对比例1中采用未粉碎膨胀石墨制备的油墨固化后，其在25μm条件下的方块电阻为25Ω/□；此外，其他先前技术中，例如CN108530996A，实施例中最优的产品电阻率是0.05Ω·m，即50mΩ·cm，依下式(1)换算后其方块电阻值为20Ω/□。
根据本领域技术可理解，石墨烯基的导电油墨的方块电阻值自现有技术的两位数级别下降到如本发明的个位级别，如此数量级级别的差距变化，是本技术领域发展的瓶颈所在，并不是简单试验参数调控就能达到的。此外，实验过程中对比例1的附着力较差，此即证实本发明制备方法中引入膨胀石墨粉碎工艺，控制其粉粹粒径，能显着改善导电油墨的导电性和附着强度。在相同功率密度条件下，本发明方法所制备的水性碳系导电油墨相比于市售商品或现有样品，其用量更低。
事实上，与直接使用已剥离的石墨烯相比，本发明方法引入经粉粹的石墨烯前驱体膨胀石墨后再进行剥离，不仅简化了剥离和分散的工艺，降低生产成本，而且有效提高了水性导电油墨的导电性，制备过程中剥离得到的石墨微片或石墨烯含氧比例极低，缺陷少，导电性良好。此外，以石墨烯前驱体膨胀石墨在树脂，助剂和溶剂中进行剥离，得到的水性碳系导电油墨分散性良好，均一性稳定。
方块电阻Ω/□和电阻率Ω·cm的转换：
Rs＝ρ/t---------------------式(1)
(其中：Rs为方块电阻；ρ为块材的电阻率；t为块材厚度，25μm的块材厚度是方块电阻的标准测试规格)
由实施例和对比例可以理解，膨胀石墨的粒径太大，一则是膨胀石墨对溶剂有超快、超高的吸附力，吸附溶剂后可剥离差，得到石墨烯的产量少，易堆叠而丧失了二维材料的优势；二则大粒径的膨胀石墨吸附溶剂后，粘度过高可适用剥离设备较少。但是本发明实施例中过程中，当膨胀石墨粉碎至低于5μm时，其导电性能下降。这是因为膨胀石墨材料粉碎至过小的尺寸会导致材料与剥离介质接触可能性下降，影响剥离效果，膨胀石墨剥离转化率低。此外，膨胀石墨粉粹后的粒径太小，会使石墨层的片状截面变小，因此剥离之后，片与片之间接触面积小，无法形成连续致密的导电网络。
因此，本发明提供一种将膨胀石墨进行预粉碎，生产工艺简单，生产成本低的制备水性碳系导电油墨的方法。本发明制备水性碳系导电油墨的过程不会因残留球磨助剂导致导电性下降，同时剥离后得到的石墨微片或石墨烯含氧比例极低，缺陷少，导电性良好；将膨胀石墨预粉碎至预期的粒径大小，提升剥离效率和剥离转化率，剥离得到的石墨烯在树脂和溶剂中可以形成连续的导电网络。本发明的制备水性碳系导电油墨的方法避免了现有石墨烯粉体制备过程中大量排污与能耗的问题，同时克服了石墨烯导电油墨生产过程中导电性低和无法大规模生产的技术问题。
本发明所述的水性碳系导电油墨制备方法绿色环保无污染，易于批量化生产，且可针对印刷工艺调整其粘度，对印刷工艺适应性好，与油性导电油墨相比其印刷过程中无VOC排放问题，印刷均匀性高。
上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟习此项技艺的人士均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (12)
1.一种制备水性碳系导电油墨的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将膨胀石墨粉碎，得到粉碎的膨胀石墨；
将碳材料、树脂、助剂和溶剂进行预混，得到预混物，其中所述碳材料包括所述粉碎的膨胀石墨和导电填料；
加入溶剂于所述预混物中，并搅拌，得到均匀无起泡的油墨前驱体分散液；以及
将所述油墨前驱体分散液经过剥离工艺，得到水性碳系导电油墨。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉碎的膨胀石墨的D50＝5至600μm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导电填料为碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉碎的膨胀石墨与所述导电填料的比例是1:4至15:1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂是一种水性树脂，为水性环氧树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯、水性硅胶中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂为去离子水、乙醇、异丙醇、松油醇、丁二醇、正丁醇、乙酸乙酯、N-甲基吡咯烷酮、丙酮中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助剂是表面活性剂、消泡剂、增稠剂和pH值调节剂中的至少一种。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述剥离工艺为三辊研磨、砂磨、高压均质和球磨中的至少一种。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述油墨前驱体分散液经过剥离工艺后，细度低于20μm。
10.一种根据权利要求1至9任一项所述的方法制备的水性碳系导电油墨，其特征在于，所述水性碳系导电油墨包括分散填料、树脂、溶剂和助剂；所述分散填料包括第一导电分散填料和第二导电分散填料，所述第一导电分散填料为所述粉碎的膨胀石墨经过所述剥离工艺后得到的石墨烯和石墨微纳米片。
11.如权利要求10所述的水性碳系导电油墨，其特征在于，所述第二导电分散填料为碳纳米管、导电炭黑、乙炔黑中的一种或几种。
12.如权利要求10所述的水性碳系导电油墨，其特征在于，所述第一导电分散填料、所述第二导电分散填料、所述树脂、所述溶剂和所述助剂按质量百分数计分别为4～14％、0.1～4％、10～40％、25～70％和0.01％～3％。
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