CN116120785A - 导电油墨及制备方法、塑胶材料及制备方法、电镀塑料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了导电油墨及制备方法、塑胶材料及制备方法、电镀塑料，涉及材料技术领域。导电油墨，按重量份数计，包括以下原料：水性树脂粘结剂5～50份；导电填料1～40份；溶胀剂1～50份；以及溶剂1～50份。采用本发明提供的导电油墨制得的电镀塑料具有良好的镀层结合力、导电性、膜层均匀性、耐盐雾性能和耐冷热冲击性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及导电油墨及制备方法、塑胶材料及制备方法、电镀塑料。
背景技术
导电油墨(Electrically Conductive Printing Ink)是导电材料分散在连结料中制成的糊状油墨，其具有一定程度的导电性，可作为印刷导电点或导电线路之用。金系导电油墨、银系导电油墨、铜系导电油墨、碳系导电油墨等已达到实用化，常用于印刷电路、电极、电镀底层、键盘接点、印制电阻等领域。基于导电油墨的应用广泛性及普遍性，行业对导电油墨的导电性、结合力等均提出了更高的要求。因此，需要开发性能更好的导电油墨。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导电油墨及制备方法，导电油墨的导电性能佳、结合力好。
本发明的另一目的在于提供塑胶材料及制备方法。
本发明的再一目的在于提供电镀塑料，电镀塑料的塑胶材料与金属镀层的结合力好，且镀层的光亮度佳。
本发明解决技术问题是采用以下技术方案来实现的：
导电油墨，按重量份数计，包括以下原料：
可选的，在本发明的一些实施例中，水性树脂粘结剂选自聚氨酯、醇酸树脂、有机硅树脂、环氧树脂、热塑性丙烯酸树脂、热固性丙烯酸树脂中的一种或多种；和/或
导电填料选自石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、膨胀石墨、导电碳纤维、铜粉、镍粉、银粉、银包铜粉中的一种或多种；和/或
溶胀剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、二甲基亚砜、丁酮、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、环己酮中的一种或多种。
可选的，在本发明的一些实施例中，水性树脂粘结剂的形态为乳液、分散体、溶液中的一种或多种。
可选的，在本发明的一些实施例中，按重量份数计，原料还包括助剂1～5份。
另外，导电油墨的制备方法，包括：
将上述的导电油墨的原料混合。
另外，塑胶材料的制备方法，包括：
提供塑胶基底和上述的导电油墨；
将导电油墨涂覆于塑胶基底的表面，干燥。
可选的，在本发明的一些实施例中，导电油墨在干燥后形成的干膜厚度为1～500μm；和/或
干燥的温度为25～120℃，干燥的时间为0.5～12h；和/或
涂覆的方式选自喷涂、刮涂、提拉、线棒、丝网印刷、凹印中的一种或多种；和/或
干燥的方式选自烘箱处理、紫外光处理、室温放置中的一种或多种。
另外，通过上述的塑胶材料的制备方法制得的塑胶材料，包括：
塑胶基底；以及
形成于塑胶基底表面的油墨层。
另外，电镀塑料，包括：
上述的塑胶材料；以及
至少一个金属镀层，至少一个金属镀层形成于油墨层的远离塑胶基底的一侧；
其中，金属镀层的金属选自金、银、钼、铑、钯、铜、铁、锡、锌、钴、镍、铬、镉、锑、铟、铋中的一种或多种。
可选的，在本发明的一些实施例中，金属镀层为多个，多个金属镀层依次形成于油墨层的远离塑胶基底的一侧。
相对于现有技术，本发明包括以下有益效果：本发明提供的导电油墨通过各成分之间的配合以及用量的配合，使得导电油墨的粗糙度、导电性能和力学性能保持在较佳水平，导电油墨的结合力较好。特别是，在将导电油墨应用于塑料电镀的情况下，导电油墨形成的油墨层能够在塑料和镀层之间起到良好的过渡、结合作用，保证镀层具有优异的结合力和光亮度。本发明提供的导电油墨在塑料电镀中的应用，制得的电镀塑料具有良好的镀层结合力、导电性、膜层均匀性、耐盐雾性能和耐冷热冲击性能，制备过程无铬无钯、污染小，电镀工艺简单，有效避免了工艺繁琐、含铬含钯的高污染高成本的传统技术的使用，同时也改善了目前直接电镀技术的结合力、光亮度不足的问题，实用性高，适合大面积推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1提供的电镀塑料在光学显微镜下的形貌图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动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。
本发明提供的技术方案将在以下内容进行详细说明。需要说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外，在本发明的描述中，术语“包括”是指“包括但不限于”。本发明的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。
本发明提供了一种导电油墨，按重量份数计，包括以下原料：
优选的，按重量份数计，导电油墨包括以下原料：
在一些实施例中，水性树脂粘结剂可以选自(水性)聚氨酯、醇酸树脂、有机硅树脂、环氧树脂、热塑性丙烯酸树脂、热固性丙烯酸树脂中的一种或多种。其中，热固性丙烯酸树脂可以选择但不限于羟基丙烯酸树脂。
在一些实施例中，导电填料可以选自石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、膨胀石墨、导电碳纤维、铜粉、镍粉、银粉、银包铜粉中的一种或多种。
在一些实施例中，溶胀剂可以选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、二甲基亚砜、丁酮、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、环己酮中的一种或多种。
溶剂的选择只要满足能与基底材料发生溶胀作用的条件即可，在一些实施例中，溶剂可以选自但不限于水、乙醇、丙醇、异丙醇、异丁醇、乙二醇、丙三醇、松油醇、甲醇、二丙二醇甲醚、四氢呋喃中的一种或多种。优选的，溶剂为水，或者溶剂为包括或者不包括水的复合溶剂，复合溶剂中的成分与水能够混溶。
需要理解的是，本发明中，溶胀剂不同于溶剂，溶胀剂的作用为溶胀，在导电油墨应用到塑料电镀的情况下，溶胀剂能够对基底的高分子材料产生溶胀和微蚀作用，提高导电油墨与基底之间的结合力，从而提高基底与镀层的结合力；而溶剂主要起到溶解例如水性树脂粘接剂的原料的作用。此外，本发明采取溶胀剂结合溶剂的方案，通过二者种类与用量的匹配性选择、特定溶胀剂与溶剂用量的选择，使得所采用的溶胀剂可以促进溶剂分子扩散进入水性树脂粘结剂内部，使其体积膨胀，从而在使用较少的溶剂的情况下，能够使溶剂更好地起到溶解例如水性树脂粘接剂的原料的作用；同时溶剂用量的减少，也可进一步降低工艺成本，绿色环保。
在一些实施例中，水性树脂粘结剂的形态可以为乳液、分散体、溶液中的一种或多种。
在一些实施例中，按重量份数计，原料还包括助剂1～5份。助剂的添加能够提高导电油墨的性能。进一步的，助剂可以选自分散剂、流平剂、防沉剂、润湿剂、消泡剂中的一种或多种。分散剂、防沉剂等各类助剂可选择的材料可以以现有材料领域中已知的范围作为可选择范围，各类助剂的具体材料可以依据需求进行不同的选择，在此不作赘述。
另外，本发明还提供了上述导电油墨的制备方法，包括：
将上述的导电油墨的原料混合。
为了提高材料的导电性和分散性，在上述混合之后，还可以包括：研磨。研磨的方式可以选自但不限于砂磨、球磨、三辊研磨。研磨的时间可以为1～24h。
为了提高成分的均匀性，可以在混合之后、在研磨之前，对混合后的物料进行分散。分散的操作能够使促进混合的均匀性，同时避免材料团聚，有利于后续研磨。分散可以利用高速分散机、超声(分散)设备等进行。
另外，本发明还提供了一种塑胶材料的制备方法，包括：
提供塑胶基底和上述的导电油墨；
将导电油墨涂覆于塑胶基底的表面，干燥。
可以根据需要将导电油墨涂覆于塑胶基底的部分表面或者全部表面，而后进行干燥。该制备方法操作简单，设备依赖性低，材料廉价易得，成本低。
在一些实施例中，导电油墨在干燥后形成的干膜厚度为1～500μm。适当厚度的干膜有利于促进电镀情况下不同介质之间的结合。
在一些实施例中，干燥的温度为25～120℃，干燥的时间为0.5～12h。
在一些实施例中，涂覆的方式可以选自喷涂、刮涂、提拉、线棒、丝网印刷、凹印中的一种或多种。
在一些实施例中，干燥的方式选自烘箱处理、紫外光处理、室温放置中的一种或多种。可以选用前述方式中的一种进行处理，也可以选用多种方式分时段进行处理。进一步的，烘箱处理可以选自但不限于烘箱烘干、真空烘箱加热，而室温放置一般可以选择长时间静置处理。
另外，本发明还提供了通过上述的塑胶材料的制备方法制得的塑胶材料，包括：
塑胶基底；以及
形成于塑胶基底表面的油墨层。
塑胶基底的材料可以选自但不限于聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯中的一种或多种。
另外，本发明还提供了一种电镀塑料，包括：
上述的塑胶材料；以及
至少一个金属镀层，至少一个金属镀层形成于油墨层的远离塑胶基底的一侧；
其中，金属镀层的金属选自金、银、钼、铑、钯、铜、铁、锡、锌、钴、镍、铬、镉、锑、铟、铋中的一种或多种。
在电镀塑料包括一层金属镀层的情况下，电镀塑料的制备方法包括：利用电镀液对塑胶材料进行电镀，以在油墨层上沉积导电金属；在电镀塑料包括多层金属镀层的情况下，电镀塑料的制备方法包括：在电镀液中对塑胶材料进行第一层打底电镀，接着进行第二层或者多层电镀。导电金属的选取即为上述金属镀层的金属的选取。制备时，不同金属镀层的沉积可以采用对应的沉积操作和条件，具体可以依据本领域技术人员所知悉的电镀方式进行金属沉积，以电镀焦磷酸铜为例，电镀温度可以为25～60℃，电流密度为0.2～5A/dm2，电镀时间为1～120min。
在一些实施例中，金属镀层为多个，多个金属镀层依次形成于油墨层的远离塑胶基底的一侧。金属镀层的数量不做限制，以满足实际需求为主，可以例如为2个、3个、10个。多层电镀可以依据需要选择不同镀层的材料，可以保证更低的成本、更高的抗氧化性和耐盐雾等性能。
本发明提供的导电油墨及在电镀中的应用，通过水性树脂粘结剂、导电填料、溶胀剂、溶剂的选择以及各物质之间用量的调配，优化固含量，实现对油墨粗糙度的控制，从而提升电镀后金属镀层的光亮度和结合力，使得电镀后的塑胶材料具有光亮的金属质感，且塑胶材料与金属镀层结合力高。此外，即便对导电油墨的应用是从制备导电油墨开始，整个工艺也非常简单，仅需制备导电油墨，然后涂覆、干燥，再对得到的塑胶材料进行电镀即可，相对于现有技术，不涉及除油、活化等繁琐操作，并且整个过程工艺较为环保，使用的材料低VOC(Volatile Organic Compounds，挥发性有机化合物)、无毒，不使用昂贵的钯以及污染性大的铬。此外，整个工艺成本低廉，导电油墨选材便宜，电镀工艺成本低廉。特别的，制得的电镀塑料的镀层结合力和光亮度优异。
以下结合实施例进行进一步说明，实施例中使用的原料和试剂均为市售商品，或者可以通过已知方法制备。
实施例1
本实施例提供了导电油墨及制备方法、塑胶材料及制备方法、电镀塑料，为便于说明，以下将步骤整合，包括：
(1)按重量份数计，将28份聚氨酯分散体、5份膨胀石墨和1份导电炭黑、10份N,N-二甲基甲酰胺、20份异丙醇和5份水、0.25份分散剂、0.25份消泡剂、0.2份润湿剂和0.15份增稠剂混合分散，然后用砂磨机研磨4h，得到导电油墨；
(2)将导电油墨喷涂于塑胶基底，然后在70℃烘箱中干燥0.5h，得到塑胶材料，其中，油墨层干燥后的干膜厚度为200μm；
(3)利用焦磷酸铜电镀液对塑胶材料进行第一层打底电镀，电镀液温度为40℃，电流密度为1.0A/dm2，电镀时间为40min；接着在硫酸铜电镀液中进行第二层电镀，电镀液温度为25℃，电流密度为2.0A/dm2，电镀时间为40min；然后在硫酸镍电镀液中进行第三层电镀，电镀液温度为55℃，电流密度为2.0A/dm2，电镀时间为10min；再在电镀铬液中进行镀铬，在6A/dm2的电流密度、38℃的温度下电镀4min，得到电镀塑料。
基于GB 5926-1986对电镀塑料的镀层光亮度进行测试，测试结果参见图1，由图1可知，本实施例制得的电镀塑料的镀层光亮度优异。
实施例2
本实施例提供了导电油墨及制备方法、塑胶材料及制备方法、电镀塑料，为便于说明，以下将步骤整合，包括：
(1)按重量份数计，将50份聚丙烯酸乳液、40份银包铜粉、30份N,N-二甲基甲酰胺、10份异丙醇和1份水、0.5份分散剂、0.5份消泡剂、0.3份润湿剂和0.2份增稠剂混合分散，然后用球磨机研磨2h，得到导电油墨；
(2)将导电油墨喷涂于塑胶基底，然后在40℃烘箱中干燥12h，得到塑胶材料，其中，油墨层干燥后的干膜厚度为500μm；
(3)利用硫酸镍电镀液对塑胶材料进行第一层打底电镀，电镀液温度为60℃，电流密度为2.0A/dm2，电镀时间为40min；接着在硫酸铜电镀液中进行第二层电镀，电镀液温度为25℃，电流密度为5.0A/dm2，电镀时间为120min；然后在硫酸镍电镀液中进行第三层电镀，电镀液温度为55℃，电流密度为2.5A/dm2，电镀时间为10min；再在电镀铬液中进行镀铬，在4A/dm2的电流密度、35℃的温度下电镀5min，得到电镀塑料。
实施例3
本实施例提供了导电油墨及制备方法、塑胶材料及制备方法、电镀塑料，为便于说明，以下将步骤整合，包括：
(1)按重量份数计，将10份聚丙烯酸溶液、20份镍粉、10份N,N-二甲基甲酰胺、50份异丙醇、1.5份分散剂、1.5份消泡剂、1.0份润湿剂和1.0份增稠剂混合分散，然后用三辊研磨机研磨12h，得到导电油墨；
(2)将导电油墨喷涂于塑胶基底，然后在120℃烘箱中干燥5h，得到塑胶材料，其中，油墨层干燥后的干膜厚度为100μm；
(3)利用硫酸镍电镀液对塑胶材料进行第一层打底电镀，电镀液温度为60℃，电流密度为2.0A/dm2，电镀时间为20min；接着在硫酸铜电镀液中进行第二层电镀，电镀液温度为25℃，电流密度为3.0A/dm2，电镀时间为60min；然后在硫酸镍电镀液中进行第三层电镀，电镀液温度为50℃，电流密度为3.0A/dm2，电镀时间为15min；再在电镀铬液中进行镀铬，在8A/dm2的电流密度、34℃的温度下电镀3min，得到电镀塑料。
性能测试
对实施例1～3制备的电镀塑料进行镀层结合力测试(ASTM B533-85(2013))、方阻测试(采用四探针测试仪测试，换算为25μm厚度的方阻)、耐盐雾测试(将镀件置于盐雾箱内，在35℃下用浓度为5wt％的氯化纳盐水喷涂镀件2h后，取出，再将镀件置于另外一个温度为40℃、相对湿度为80％的恒温恒湿箱中，观察镀件，记录在多长时间后镀件表面出现异常)、耐冷热冲击性能测试(将镀件放置在冷热冲击测试箱中，将测试温度降低到零下40℃，放置2h，然后在3min内，将测试温度升至85℃，放置2h，重复上述操作5次后将镀件放置在室温环境中，观察镀件表面是否出现异常)，测试结果参见表1。
表1实施例1～3制备的电镀塑料的性能测试结果
从表1中可以看出，实施例1～3制备的电镀塑料具有良好的镀层结合力、导电性、膜层均匀性、耐盐雾性能和耐冷热冲击性能，满足电镀塑料的商业化应用需求。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.导电油墨，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：
2.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述水性树脂粘结剂选自聚氨酯、醇酸树脂、有机硅树脂、环氧树脂、热塑性丙烯酸树脂、热固性丙烯酸树脂中的一种或多种；和/或
所述导电填料选自石墨烯、导电炭黑、碳纳米管、膨胀石墨、导电碳纤维、铜粉、镍粉、银粉、银包铜粉中的一种或多种；和/或
所述溶胀剂选自丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯、二甲基亚砜、丁酮、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、环己酮中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，所述水性树脂粘结剂的形态为乳液、分散体、溶液中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的导电油墨，其特征在于，按重量份数计，所述原料还包括助剂1～5份。
5.导电油墨的制备方法，其特征在于，包括：
将权利要求1～4任一项所述的导电油墨的原料混合。
6.塑胶材料的制备方法，其特征在于，包括：
提供塑胶基底和权利要求1～4任一项所述的导电油墨；
将所述导电油墨涂覆于所述塑胶基底的表面，干燥。
7.根据权利要求6所述的塑胶材料的制备方法，其特征在于，所述导电油墨在所述干燥后形成的干膜厚度为1～500μm；和/或
所述干燥的温度为25～120℃，所述干燥的时间为0.5～12h；和/或
所述涂覆的方式选自喷涂、刮涂、提拉、线棒、丝网印刷、凹印中的一种或多种；和/或
所述干燥的方式选自烘箱处理、紫外光处理、室温放置中的一种或多种。
8.通过权利要求6～7任一项所述的塑胶材料的制备方法制得的塑胶材料，其特征在于，包括：
塑胶基底；以及
形成于所述塑胶基底表面的油墨层。
9.电镀塑料，其特征在于，包括：
权利要求8所述的塑胶材料；以及
至少一个金属镀层，至少一个所述金属镀层形成于所述油墨层的远离所述塑胶基底的一侧；
其中，所述金属镀层的金属选自金、银、钼、铑、钯、铜、铁、锡、锌、钴、镍、铬、镉、锑、铟、铋中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的电镀塑料，其特征在于，所述金属镀层为多个，多个所述金属镀层依次形成于所述油墨层的远离所述塑胶基底的一侧。
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Legal Events
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