一种高固含量喷印导电油墨的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高固含量喷印导电油墨。所述的高固含量喷印导电油墨，由下列组分及质量百分含量组成：溶剂型银络合物溶液：20～70％；纳米银颗粒：10～40％；粘度调节剂：1～20％；表面活性剂：0.1～5％；保湿剂：0.5～10％。本发明结合溶剂型和颗粒型导电油墨的优点，克服了传统导电油墨存在的固含量高，粘度大的问题，在保证较低粘度的同时具有较高固含量，满足喷印电路要求；本发明的导电油墨分散性好、稳定性高，可低温烧结，成型后导电性能优异。
【专利说明】一种高固含量喷印导电油墨
【技术领域】
[0001] 本发明涉及导电油墨，更具体的说涉及高固含量、高导电性的溶剂-颗粒复合型 导电油墨，属于印刷电子领域。
【背景技术】
[0002] 在电子工业中，导电线路（电路）的制造至关重要，电脑、电子标签、薄膜开关、挠 性显示器、太阳能电池、军用武器系统等各种电子电器产品都离不开电路的制造。传统制造 电路的焊接、蚀刻、以及丝印技术的工艺过程繁琐，耗能高、成本高、污染高，对基底的选择 性也有限，已经逐渐无法满足现代电子工业的需要。喷印电路技术是一项非接触、全加法、 无印版的数字化控制的材料直接图形化技术，近年来以绿色环保、工艺简捷、成本低廉、图 案设计灵活、承印基底兼容性强、适合多层制造等显著优势成为电子、材料、生物等领域的 研发热点。
[0003] 喷印电路技术的核心是喷头技术和导电油墨技术，而在各种喷头技术已相当成熟 的今天，开发优质的导电油墨成为了喷印电路技术的关键所在。传统的喷印导电油墨分为 溶剂型和纳米颗粒型。溶剂型导电油墨中导电材料为金属络合物，这种导电油墨粘度低、但 稳定性欠佳；颗粒型导电油墨的导电材料为金属纳米颗粒，纳米颗粒具有独特的纳米尺寸 效应，烧结温度低，分散性好，但是随着颗粒的固含量的增大，油墨的粘度也会增加，容易堵 塞打印喷嘴。中国专利CN102321402A公开了一种无颗粒型透明导电墨水及其制备方法， 主要由溶剂有机胺或氨水与有机盐组成，制备时再与其他溶剂混合得到，该导电墨水中银 的质量分数最大达到40%。中国专利CN102766371A公开了一种导电墨水的制备方法，由 核-壳结构的纳米颗粒、溶剂和分散剂组成。其中核-壳结构的纳米颗粒由两种以上不同 纳米颗粒的络合物制备，该导电油墨成本低、稳定性好，但是金属固含量不到30%。固含量 低，打印电路厚度就小，电路阻抗很大，达不到电子行业使用标准。
[0004] 因此，本发明结合溶剂型和颗粒型导电油墨的优点，开发出一种高固含量、低粘 度、低温烧结、导电性能好的溶剂-颗粒复合型导电油墨。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于针对上述技术存在的缺陷，提供一种低粘度、高固含量、高导电 性的喷印导电油墨。本发明的导电油墨结合溶剂型和颗粒型导电油墨的优点，克服了传统 导电油墨存在的固含量高，粘度大的问题，在保证较高固含量的同时具有较低的粘度，满足 喷印电路要求；本发明的导电油墨分散性好、具有较高的稳定性和低温烧结性能。
[0006] 本发明通过如下技术方案实现的：一种高固含量喷印导电油墨，其特征在于，由下 列组分及质量百分比组成：
[0007] 溶剂型银络合物溶液：20?70%
[0008] 纳米银颗粒：10?40 %
[0009] 粘度调节剂：1?20%
[0010] 表面活性剂：〇. 1?5%
[0011] 保湿剂：0.5 ?10%
[0012] 上述各组分质量百分含量之和为100%。
[0013] 所述的导电油墨中银含量为整个导电油墨质量分数的5?80%。
[0014] 所述的溶剂型银络合物溶液中的溶剂可以为氨水、乙胺、丙胺、丁胺、三乙胺、二乙 胺、十二胺、十六胺、一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺等烷基取代的一级脂肪胺或二甲胺、二 丙胺等烷基取代的二级脂肪胺或甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺等酰胺中的一种或几种。
[0015] 所述的溶剂型银络合物溶液中银的化合物可以为甲酸银、乙酸银、丙酸银、丁酸 银、戊酸银、己酸银、柠檬酸银、苹果酸银、酒石酸银、水杨酸银、癸酸银、月桂酸银、硬脂酸 银、十六酸银等化合物中的一种或几种。
[0016] 所述的溶剂型银络合物溶液中银含量为全部银络合物溶液质量分数的5?60%。 [0017] 所述的纳米银颗粒选用聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、六偏磷酸钠、聚噻吩中的一种 或几种作为分散剂。
[0018] 所述的纳米银颗粒粒径为5?100nm。
[0019] 所述的粘度调节剂可以为聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、松油醇、尼龙酸甲酯、聚乙 烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚乙二醇-400、阿拉伯树胶、氢化蓖麻油中的一种或几种。
[0020] 所述的表面活性剂可以为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、油酸、聚氧乙烯烷 基酰胺、聚硅氧烷、聚山梨酯以及全氟辛酸钠中的一种或几种。
[0021] 所述的保湿剂可以为乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙二醇、2, 3-丁二醇的一种或几 种。
[0022] 所述的导电油墨可采用喷墨打印的方式承印在不同的基材上形成导电图案。
[0023] 本发明具有如下有益效果：
[0024] 1、本发明结合溶剂型和颗粒型导电油墨的优点，克服了传统导电油墨存在的固含 量高，粘度大的问题，在保证较低粘度的同时具有较高固含量，可在各种基材上喷墨打印， 满足喷印电路要求。
[0025] 2、采用纳米银颗粒作为导电材料，制备的导电油墨分散性好，喷墨打印后的电路 可低温烧结、成型后具有较高的导电性。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的的技术方案，使用美国Brookfield DV-III粘度计测25°C时导电油墨的粘度，使用ZL-2100型全自动界面张力仪测导电油墨的 表面张力，使用RTS-9四探针测试仪测导电油墨的方阻。
[0027] 实施例1 :
[0028] 称取25重量份醋酸银溶解于50体积份30%的氨水溶液中，混合均匀，加入25重 量份乙醇，充分搅拌均匀，得银含量为16%的醋酸银络合物溶液。
[0029] 取上述60重量份的醋酸银络合物溶液加入20重量份分散剂为PVP的粒径为 30nm的纳米银颗粒，依次加入10重量份的聚乙烯醇、4重量份的十二烷基苯磺酸钠和6重 量份的三乙二醇，搅拌均匀；该导电油墨在冰箱中保存6个月无任何变化。测得导电油墨 的粘度为l〇mPa· s，表面张力为30mN/m时，用0.45μπι滤膜过滤，采用压电式喷墨材料 沉积仪FujiFilm dimatix2831打印在PET上，140°C处理30min，测得导电图案的方阻为 40. 2Ω / 口。
[0030] 实施例2 :
[0031] 称取40重量份醋酸银溶解于50重量份的乙胺溶液中，混合均匀，加入10重量份 正丁醇，充分搅拌均匀，得银含量为25. 9%的醋酸银络合物溶液。
[0032] 取上述55重量份的醋酸银络合物溶液加入30重量份分散剂为PVP的粒径为20nm 的纳米银颗粒，依次加入5重量份的松油醇、5重量份的十二烷基苯磺酸钠和5重量份的 丙三醇，搅拌均匀；该导电油墨在冰箱中保存6个月无任何变化。测得导电油墨的粘度为 6mPa *s，表面张力为26mN/m时，用0. 45 μ m滤膜过滤，采用压电式喷墨材料沉积仪FujiFilm dimatix2831打印在PI薄膜上，150°C处理30min，测得导电图案的方阻为26. 7Ω/ 口。
[0033] 实施例3 :
[0034] 取15重量份的柠檬酸钠溶解于50体积份的蒸馏水中，27重量份的硝酸银溶解于 75体积份的蒸馏水中，然后将硝酸银溶液加入到柠檬酸钠溶液中，室温搅拌40min，过滤、 用去离子水清洗3次，乙醇清洗2次，自然备干得到柠檬酸银白色粉末。
[0035] 称取40重量份柠檬酸银溶解于50重量份的乙酰胺溶液中，混合均匀，加入10重 量份二甲基亚砜，充分搅拌均匀，得银含量为25. 3 %的柠檬酸银络合物溶液。
[0036] 取上述50重量份的柠檬酸银络合物溶液加入30重量份分散剂为PVP的粒径为 30nm的纳米银颗粒，依次加入8重量份的聚乙二醇_400、2重量份的十二烷基苯磺酸钠和 10重量份的三乙二醇，搅拌均匀；该导电油墨在冰箱中保存6个月无任何变化。测得导电 油墨的粘度为20mPa *s，表面张力为35mN/m时，用0. 45μ m滤膜过滤，采用压电式喷墨材料 沉积仪FujiFilm dimatix2831打印在陶瓷片上，160°C处理30min，测得导电图案的方阻为 12. 4Ω / 口。
[0037] 实施例4 :
[0038] 苹果酸银固体粉末制备方法如实施例3中柠檬酸银的制备方法。
[0039] 称取40重量份苹果酸银溶解于50重量份的三乙胺溶液中，混合均匀，加入10重 量份甲醇，充分搅拌均匀，得银含量为24. 8%的苹果酸银络合物溶液。
[0040] 取上述55重量份的苹果酸银络合物溶液加入35重量份分散剂为PVP的粒径为 50nm的纳米银颗粒，依次加入5重量份的尼龙酸甲酯、2重量份的十二烷基苯磺酸钠和3重 量份的2, 3-丁二醇，搅拌均匀；该导电油墨在冰箱中保存6个月无任何变化。测得导电油 墨的粘度为18mPa · s，表面张力为20mN/m时，用0.45μπι滤膜过滤，采用压电式喷墨材料 沉积仪FujiFilm dimatix2831打印在玻璃片上，150°C处理30min，测得导电图案的方阻为 15. 6 Ω / □。
[0041] 实施例5:
[0042] 月桂酸银固体粉末制备方法如实施例3中柠檬酸银的制备方法。
[0043] 称取40重量份月桂酸银溶解于55重量份的三乙胺溶液中，混合均匀，加入5重量 份异丁醇，充分搅拌均匀，得银含量为14%的月桂酸银络合物溶液。
[0044] 取上述40重量份的月桂酸银络合物溶液加入40重量份分散剂为PVP的粒径为 30nm的纳米银颗粒，依次加入8重量份的尼龙酸甲酯、5重量份的聚氧乙烯烷基酰胺和7重 量份的2, 3-丁二醇，搅拌均匀；该导电油墨在冰箱中保存6个月无任何变化。测得导电油 墨的粘度为12mPa *s，表面张力为32mN/m时，用0. 45 μ m滤膜过滤，采用压电式喷墨材料沉 积仪FujiFilm dimatix2831打印在环氧树脂片上，150°C处理30min，测得导电图案的方阻 为 9. 1 Ω / □。
[0045] 以上所述，仅为本发明中的五种【具体实施方式】，应当说明的是在不脱离本发明的 核心情况下，任何简单的变形、修改或其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同 替换均属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1. 一种高固含量喷印导电油墨，其特征在于，由下列组分及质量百分比组成： 溶剂型银络合物溶液：20?70% 纳米银颗粒：10?40% 粘度调节剂：1?20% 表面活性剂：0. 1?5% 保湿剂：〇. 5?10% 上述各组分质量百分含量之和为100%。
2. 根据权利要求1所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的导电油墨中银 含量为整个导电油墨质量分数的5?80%。
3. 根据权利要求2所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的溶剂型银络合 物溶液中的溶剂可以为氨水、乙胺、丙胺、丁胺、三乙胺、二乙胺、十二胺、十六胺、一乙醇胺、 二乙醇胺、三乙醇胺等烷基取代的一级脂肪胺或二甲胺、二丙胺等烷基取代的二级脂肪胺 或甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺等酰胺中的一种或几种。
4. 根据权利要求3所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的溶剂型银络合 物溶液中银的化合物可以为甲酸银、乙酸银、丙酸银、丁酸银、戊酸银、己酸银、柠檬酸银、苹 果酸银、酒石酸银、水杨酸银、癸酸银、月桂酸银、硬脂酸银、十六酸银等化合物中的一种或 几种。
5. 根据权利要求1、2、3或4所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的溶剂 型银络合物溶液中银含量为全部银络合物溶液质量分数的5?60%。
6. 根据权利要求5所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的纳米银颗粒选 用聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、六偏磷酸钠、聚噻吩中的一种或几种作为分散剂；所述的纳 米银颗粒粒径为5?100nm。
7. 根据权利要求6所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的粘度调节剂可 以为聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、松油醇、尼龙酸甲酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇、聚乙二 醇-400、阿拉伯树胶、氢化蓖麻油中的一种或几种。
8. 根据权利要求7所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的表面活性剂可 以为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、油酸、聚氧乙烯烷基酰胺、聚硅氧烷、聚山梨酯以 及全氟辛酸钠中的一种或几种。
9. 根据权利要求8所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的保湿剂可以为 乙二醇、丙二醇、丙三醇、三乙二醇、2, 3- 丁二醇的一种或几种。
10. 根据权利要求9所述的高固含量喷印导电油墨，其特征在于：所述的导电油墨可采 用喷墨打印的方式承印在不同的基材上形成导电图案。
【文档编号】C09D11/52GK104140717SQ201310179616
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】张兴业, 宋延林, 吴丽娟, 司国丽 申请人:北京中科纳通电子技术有限公司