专利名称：：一种喷墨导电墨水的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种喷墨导电墨水。本发明的喷墨导电墨水含有颗粒导电材料，其粘度、pH值、表面张力等性能，均适用于喷墨打印。该导电墨水属于薄膜印刷电子浆料，应用于印刷电子领域。
背景技术：
：伴随数字化印刷技术的进步，无压印刷中的喷墨印刷获得了迅速发展，其应用领域日渐扩大。同时，印刷电子材料与技术的发展，也给印刷线路板(PCB)制备、柔性显示电极以及电磁屏蔽材料和印刷技术的结合提供了机会。为了降低导电线路乃至无线射频(RFID)天线发射天线的成本，在一定程度上解决传统工艺存在的贵金属消耗量大，处理过程污染环境等问题。需要导电性能良好、印刷膜层薄、工业化方便的薄膜印刷墨水。喷墨导电墨水属于薄膜印刷电子材料，在传统电路印刷、柔性显示器电路印刷、以及太阳能光伏电池等方面，都有广泛的潜在用途。目前，最有实际应用前景并且与人们生活关系最密切的，将是低成本、大批量、多品种RFID天线的制作。通过印刷电子技术制作的RFID标签，可运用到从食品到药品，从电器到汽车等各种智能包装之上。一般而言，厚膜导电浆料中导电金属的固含量在60%以上，颗粒度在10微米左右，通过丝网印刷，之后经过40(TC以上温度处理，之后得到符合要求的导电层。存在问题是，一方面，作为导电材料的贵金属用量大，成本高；另一方面，印刷后热处理温度高，印刷基材选择范围窄。为了降低成本，降低后处理温度，扩大印刷材料选择范围，以便于能够选择利于自然降解的承印物，尽量使用非毒害性有机溶剂类材料，以水为主，需要开发贵金属含量低，便于印刷，便于在比较低温度下处理后得到导电性的喷墨印刷导电墨水。普通喷墨墨水，颜料或者染料固含量在5%左右，容易稳定存在。金属颗粒比重大，在适用于喷墨打印的低粘度条件下，稳定悬浮困难。特别是为了满足导电性需要，金属颗粒在墨水中的比例要达到一定程度，此时的稳定悬浮就更困难。作为印刷线路板或者RFID发射天线，还必须满足一定的线条精度要求。同时，墨水还必须能够稳定顺畅的通过喷墨头的微细孔，这些都需要墨水中固体成分的颗粒度要小到一定程度。水基喷墨墨水由下列表格中所示组分构成表1水基墨组份<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>构成墨水的各个组分比例，需要经过优化，使构成的墨水具有一定的印刷适性。申请号为200710079807.9的发明专利，涉及一种用于喷墨打印的导电墨水组合物，更具体地说，涉及用于喷墨打印的导电墨水组合物，其包含3085重量份的金属纳米颗粒，1060重量份的溶剂，1030重量份的湿润剂，该湿润剂由基于二醇或多元醇的化合物制成，以及0.110重量份的用于调节粘度的基于二醇的醚化合物添加剂。该发明缺点在于，金属纳米颗粒的固含量仍然偏高，而且没有提供具体打印效果数据。因此，开发一种金属纳米颗粒的固含量较低，适合高精度喷墨打印，并且导电性好的喷墨导电墨水成为本
技术领域：
急需解决的难题。
发明内容本发明的目的之一是开发一种具有一定金属固含量的导电材料喷墨墨水，该墨水适用于印刷电子需要的高精度喷墨打印，经过组分优化以后，该墨水的印刷适性，满足喷墨打印机正常打印要求，该墨水通过喷墨打印，经过IO(TC左右的热处理，能够得到比较好的导电性。本发明的目的是通过以下技术方案达到的一种喷墨导电墨水，其组成包括129重量份的导电颗粒；6085重量份的溶剂；15重量份的保湿剂；15重量份的pH调节剂；15重量份的表面活性剂；13重量份的连接料。一种优选的技术方案，其特征在于所述的喷墨导电墨水还包括0.22重量份的防腐剂，防腐剂为普通喷墨墨水常用的苯甲醇类等化合物。一种优选的技术方案，其特征在于所述的导电颗粒为金属单质或合金，如选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铁(Fe)、锡(Sn)、铝(Al)等或其合金中的一种。导电颗粒的粒度分布范围为10400nm，20200nm为宜，控制在50100nm更好。金属单质，特别是金属银的导电性更好。一种优选的技术方案，其特征在于所述的导电颗粒使用无机盐化合物，例如六偏磷酸钠；也可以是各种聚合物，例如聚乙烯吡咯垸酮(PVP)，聚酰氨化合物，聚乙二醇，天然高分子化合物明胶、阿拉伯树胶；合成导电高分子化合物，例如聚噻吩化合物等作为分散剂进行包覆，可以单独使用，也可以复配使用，作为导电颗粒在极性溶剂中的分散稳定剂。一种优选的技术方案，其特征在于所述的导电颗粒是由聚乙烯吡咯烷酮包覆的银纳米颗粒，粒度为50150nm。一种优选的技术方案，其特征在于所述的溶剂为极性溶剂，如水、乙醇、异丙醇、丁醇等小分子醇类化合物，乙二醇独丁醚，乙二醇独甲醚等醚类化合物，单独使用或者复配使用；一种优选的技术方案，其特征在于所述的保湿剂包括三甘醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇等多元醇化合物中的一种单独使用或者多种复配使用。一种优选的技术方案，其特征在于所述的pH调节剂为磷酸钠。一种优选的技术方案，其特征在于所述的表面活性剂为聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂，例如ET-135。一种优选的技术方案，其特征在于所述的连接料为PVB、PVA等聚合物。本发明提供一种喷墨打印导电墨水，通过一定方式，在极性溶剂中生成并稳定存在的纳米尺度金属颗粒，该颗粒在稳定悬浮液中，具有与喷墨打印机要求相一致的印刷适性和物化性能。选择使用某些特定金属颗粒例如银制作墨水时，由于纳米银有一定的杀灭细菌作用，可以不加或者少加防腐剂。有益效果1、本发明具有温和的后处理工艺，以纳米银取代微米银，将印刷品后处理温度降低到iocrc左右；2、本发明的成本低，导电浆料中的导电银颗粒重量份降低到29以下，低于普通导电浆料5070%固含量导致的高成本；3、本发明通过化学方法制备纳米银浆料，加入适当分子量和数量的分散剂、稳定剂等，使导电颗粒物的重量份在129;经过组分优化以后，该墨水的印刷适性，满足喷墨打印机正常打印要求，适用于印刷电子需要的高精度喷墨打印；通过按需喷墨印刷方式，获得导电膜厚度在l微米左右，电阻达到l欧姆左右。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。图l-a和图l-b分别为纳米银紫外可见吸收曲线及颗粒度分布测试结果。图2为打印线路样张。图3为不同实验实例纳米银导电墨水打印样张扫描电镜图像。图4为钠米银导电墨水喷墨打印导电层低温热处理前后扫描电镜图。具体实施例方式一般而言，喷墨打印墨水的物理化学性能，必须满足下列条件，才能够适应喷墨打印机正常打印要求表2喷墨打印用墨水的典型性能指标参数范围比重1.81.9g/mmm''表面张力2272dyn/cm2粘度1.53.010—2p电阻率100500Qcm干燥时间0.15s颗粒尺寸〈0.1ym本发明配制0.16.25mol/L不同浓度的水合肼溶液和硝酸银溶液；在PVP的保护之下，将还原剂水合肼在适当的搅拌速度下，滴加入硝酸银水溶液中，改变反应物比例，可制得固含量为130重量份、粒度为10400nm的不同银含量的纳米银乳液。实验制得的纳米银乳液加入15的保湿剂，15的pH调节剂，15的表面活性剂，13的连接料，搅拌30分钟左右，混合均匀；使各项参数达到上机打印的要求，通过孔径为0.21.2pm的微滤膜过滤，保证银颗粒能够顺利通过喷墨头，得到可以上机实验的喷墨导电墨水。实施例l制备纳米银乳液喷墨导电墨水本发明的具体实施，通过参考文献《纳米银导电膜的制备及其光谱学分析》(莫黎昕、李路海、李亚玲等，光谱学与光谱分析2007.12，P2502)的方法制备颗粒度在20400nm范围的银颗粒悬浮液，选择聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为分散稳定剂。取等体积浓度同为0.25mol/L的硝酸银溶液和水合肼溶液，取PVP/硝酸银(质量比)=1.75，使喷墨墨水纳米银固含量为1.2%，尺寸为50100nm;在得到的纳米银导电颗粒乳液中，按照重量份加入保湿剂、pH调节剂、表面活性剂、连接料，搅拌30分钟，混合均匀；将所得的混合液通过孔径为0.21.2tim的微滤膜过滤，得到喷墨导电墨水，其组成见表3。使用EPSONME1+型打印机，以艺美佳(中国北京联创佳艺影象新材料技术有限公司产品)间隙型喷墨相纸为打印介质，进行打印样张实验。重复打印三次的得到样张。将重复打印三次的样张在12(TC烧结10min，得到热处理后的样张，用数字万用表测试电阻。实施例2制备纳米银乳液喷墨导电墨水取等体积浓度同为O.75mol/L的硝酸银溶液和水合肼溶液，取PVP/硝酸银(质量比)=2，使喷墨墨水纳米银固含量为3.6%。尺寸为70120nm。制备步骤同实施例l，得到喷墨导电墨水的组成见表3。实施例3制备纳米银乳液喷墨导电墨水取等体积浓度同为2.25mol/L的硝酸银溶液和水合肼溶液，取PVP/硝酸银(质量比)=4，使喷墨墨水纳米银固含量为10.9%。尺寸为100150nm;制备步骤同实施例l，得到喷墨导电墨水的组成见表3。实施例4制备纳米银乳液喷墨导电墨水取等体积浓度同为6.25mol/L的硝酸银溶液和水合肼溶液，取PVP/硝酸银(质量比)=4，使喷墨墨水纳米银固含量为29%。尺寸为100150nm;制备步骤同实施例l，得到喷墨导电墨水的组成见表3。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>所述的喷墨导电墨水还可以加入0.22重量份的防腐剂，防腐剂为普通喷墨墨水常用的苯甲醇类化合物。可以参照上述方法制备金属单质或合金如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铁(Fe)、锡(Sn)、铝(A1)等或其合金的纳米颗粒乳液，按照重量份加入保湿剂、pH调节剂、表面活性剂、连接料，经搅拌、过滤后得到喷墨导电墨水。测试结果通过紫外可见光谱测试，确认合成的银颗粒是纳米尺度颗粒，图l-a和图l-b分别为纳米银紫外可见吸收曲线及颗粒度分布测试结果。经过配制得到的墨水，打印效果良好，图2为打印线路样张。通过扫描电镜，研究了不同打印次数得到打印导电层的结构，参见图3，为不同实施例纳米银导电墨水打印样张扫描电镜图像(500X)，左图为实施例l打印，中图为实施例2打印，右图为实施例3打印。经过低温加热处理后的导电层，导电效果良好，处理前后的电镜效果显然不同，经过热处理后，金属颗粒联结；良好，参见图4，为钠米银导电墨水喷墨打印导电层低温热处理处理前后扫描电镜图(500X)，左图为烧结前，右图为烧结后。表4不同实施例获得的喷墨墨水打印线路导电效果对比表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>权利要求1、一种喷墨导电墨水，其组成包括(重量份)1～29的导电颗粒；60～85的溶剂；1～5的保湿剂；1～5的pH调节剂；1～5的表面活性剂；1～3的连接料。2、根据权利要求l所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的喷墨导电墨水还包括0.22重量份的防腐剂，防腐剂为普通喷墨墨水常用的苯甲醇类化合物。3、根据权利要求l所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的导电颗粒为选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铁(Fe)、锡(Sn)、铝(Al)或其合金中的一种，导电颗粒的粒度为10400nm。4、根据权利要求l所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的导电颗粒使用六偏磷酸钠、聚乙烯吡咯垸酮、聚酰氨化合物、聚乙二醇、明胶、阿拉伯树胶、聚噻吩化合物中的一种或多种作为分散剂进行包覆。5、根据权利要求l所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的导电颗粒是由聚乙烯吡咯垸酮包覆的银纳米颗粒，粒度为50150nm。6、根据权利要求l所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的溶剂为选自水、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇独丁醚、乙二醇独甲醚中的一种或多种。7、根据权利要求l所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的保湿剂为选自三甘醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇中的一种或多种。8、根据权利要求l所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的pH调节剂为磷酸钠；所述的表面活性剂为聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂；所述的连接料为PVB。9、根据权利要求8所述的喷墨导电墨水，其特征在于所述的聚氧乙烯醚类非离子表面活性剂为ET-135。全文摘要本发明涉及一种喷墨导电墨水，是一种薄膜印刷电子浆料，适用于喷墨打印，属于印刷电子领域。喷墨导电墨水的组成包括(重量份)1～29导电颗粒，60～85的溶剂，1～5保湿剂，1～5pH调节剂，1～5表面活性剂，1～3连接料。本发明方法的成本较低，导电浆料中的导电银重量份降低到29以下；具有温和的后处理工艺，以纳米银取代微米银，将印刷品后处理温度降低到100℃左右；通过按需喷墨印刷方式，获得导电膜厚度在1微米左右，电阻达到1欧姆左右。文档编号C09D11/10GK101560349SQ200910082080公开日2009年10月21日申请日期2009年4月22日优先权日2009年4月22日发明者一方,李路海,辛智青申请人:北京印刷学院