一种室温自固化导电颜料及其制备方法、保存方法与流程

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种室温自固化导电颜料及其制备方法、保存方法。

背景技术

低熔点金属是指熔点在300℃以下的金属单质或合金，属于新型多功能导电材料。低熔点金属的高流动性，高表面能，高导电性使其在柔性器件、印刷电路等领域应用广泛。另外，由于低熔点金属导电材料可任意定制电路、导线，因此在工艺品制造及工业设计领域也越来越受到重视。

近年来，许多研究人员采用低熔点金属为基底，与颜料结合形成复合材料，作为一种新型导电颜料使用，在工业设计、智能电子工艺品等领域取得了较好的应用效果。

现有技术中，采用金属纳米颗粒及高分子粘结剂作为助剂结合低熔点金属和颜料，形成了彩色导电墨水。然而，发明人发现此彩色导电墨水属于液态导电颜料，在常温下仍然存在一定的流动性，使得使用此彩色导电墨水制作的产品的结构不稳定，必须进行封装，使得产品的制作工艺复杂，成本高。

技术实现要素：

本发明提供一种室温自固化导电颜料及其制备方法、保存方法，可以使得使用室温自固化导电颜料制作的产品的结构稳定，无需封装，有助于简化产品的制作工艺，降低成本。

第一方面，本发明实施例提供一种室温自固化导电颜料，按重量百分比计，所述室温自固化导电颜料由50％～80％自固化导电材料，2％～10％颜料和10％～40％助剂组成；其中，按重量百分比计，所述自固化导电材料为由70％～95％熔点在30℃以下的低熔点金属和5％～30％熔点在500℃以上的高熔点金属粉末部分合金化形成的混合物；按重量百分比计，所述助剂由50％～70％粘结剂、0％～40％调色剂、10％～20％偶联剂和0％～20％表面活性剂组成。

可选地，所述低熔点金属为熔点在30℃以下的金属单质，或者，所述低熔点金属为熔点在30℃以下的合金，或者，所述低熔点金属为主要成分为熔点在30℃以下的金属单质和/或熔点在30℃以下的合金的导电混合物。

可选地，所述低熔点金属为镓单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金中的一种或几种。

可选地，所述高熔点金属粉末的熔点在1000℃以上。

可选地，所述高熔点金属粉末为铁粉、钴粉、镍粉、锰粉、钡粉、铜粉、金粉、铂粉、钯粉、锇粉、铱粉、铍粉、钛粉、锆粉、铪粉、钒粉、铌粉、钽粉、钨粉、钼粉、钇粉、钍粉、铼粉、钕粉、钐粉、钆粉、铽粉、镝粉、钬粉、铒粉、铥粉、镥粉、钪粉中的一种或几种。

可选地，所述高熔点金属粉末的粒径为20nm～5μm。

可选地，所述调色剂为氧化钙粉、石墨粉、白炭黑粉中的一种或几种。

第二方面，本发明实施例提供一种室温自固化导电颜料的制备方法，用于制备以上任一项所述的室温自固化导电颜料，所述制备方法包括：

步骤s1、将熔点在30℃以下的低熔点金属置于真空球磨罐中；

步骤s2、在所述真空球磨罐中加入熔点在500℃以上的高熔点金属粉末，加入研磨体，抽真空或充入惰性气体后密封；

步骤s3、将所述真空球磨罐置于球磨机中，进行球磨处理，以使所述低熔点金属和所述高熔点金属粉末部分合金化，制得自固化导电材料；

步骤s4、将所述真空球磨罐中的所述自固化导电材料转移至捏合机中，并将助剂和颜料添加至所述捏合机中；

步骤s5、开启所述捏合机，进行捏合处理，制得室温自固化导电颜料。

可选地，步骤s3中，球磨处理的时间为10min～2h，球磨转速为500～1400r/min；步骤s5中，捏合处理的时间为20min～2h，捏合转速为1～500r/min，捏合温度为10～40℃。

第三方面，本发明实施例提供一种室温自固化导电颜料的保存方法，用于保存以上任一项所述的室温自固化导电颜料，所述保存方法包括：

将所述室温自固化导电颜料置于硬质容器中；

在所述室温自固化导电颜料与空气接触的表面上形成密封层；

将所述硬质容器置于-20℃以下的环境中保存。

本发明实施例提供的一种室温自固化导电颜料及其制备方法、保存方法，其中，室温自固化导电颜料中的自固化导电材料为由70％～95％熔点在30℃以下的低熔点金属和5％～30％熔点在500℃以上的高熔点金属粉末部分合金化形成的混合物，其具有较好的导电性，使得室温自固化导电颜料的导电性较好，且该自固化导电材料中的低熔点金属和高熔点金属粉末在室温下能够继续进行合金化反应，使得自固化导电材料中合金反应物的含量逐渐增加，自固化导电材料的粘度逐渐增大，直至成为固体，使得本发明实施例中的室温自固化导电颜料能够在室温下自发固化，进而可以使得使用该室温自固化导电颜料制作的产品的结构稳定，无需封装，有助于简化产品的制作工艺，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的室温自固化导电颜料的制备方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的室温自固化导电颜料的保存方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，本领域普通技术人员在没有做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。

需要说明的是，在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。

本发明实施例提供一种室温自固化导电颜料，按重量百分比计，室温自固化导电颜料由50％～80％自固化导电材料，2％～10％颜料和10％～40％助剂组成；其中，按重量百分比计，自固化导电材料为由70％～95％熔点在30℃以下的低熔点金属和5％～30％熔点在500℃以上的高熔点金属粉末部分合金化形成的混合物；按重量百分比计，助剂由50％～70％粘结剂、0％～40％调色剂、10％～20％偶联剂和0％～20％表面活性剂组成。

自固化导电材料中含有三种成分，即低熔点金属、高熔点金属粉末以及两者的合金反应物。上述自固化导电材料在使用前呈具有一定粘稠度的液态，且使用后能够在室温下实现自固化，其中，低熔点金属和高熔点金属粉末的合金化程度越高，形成的自固化导电材料的越粘稠。上述自固化导电材料实现室温自固化的原理如下：上述三种成分中，合金反应物可诱发剩余的低熔点金属与剩余的高熔点金属粉末在室温下逐步发生合金反应，使得合金反应物在自固化导电材料中占比逐渐增大，进而使得自固化导电材料由粘稠状逐渐变化为固体。

其中，自固化导电材料主要用于使室温自固化导电颜料能够在室温下实现自固化，且能够导电；颜料主要用于决定室温自固化导电颜料的颜色；粘结剂主要用于室温自固化导电颜料能够较好地粘附于基材的表面；色度调节剂主要用于调节室温自固化导电颜料的颜色的明暗；偶联剂和表面活性剂主要用于使室温自固化导电颜料中的各成分较好地混合在一起。在以上配比范围内，本领域技术人员可以根据对室温自固化导电颜料的性能的具体要求，对室温自固化导电颜料中各成分的具体重量百分比进行选择。

示例性地，室温自固化导电颜料中，自固化导电材料的重量百分比可以为50％、60％、70％或者80％；颜料的重量百分比可以为2％、4％、6％、8％或者10％；助剂的重量百分比可以为10％、20％、30％或者40％。

示例性地，自固化导电材料中，低熔点金属的重量百分比可以为70％、75％、80％、85％、90％或者95％；高熔点金属粉末的重量百分比可以为5％、10％、15％、20％、25％或者30％。

示例性地，助剂中，粘结剂的重量百分比可以为50％、55％、60％、65％或者70％；调色剂的重量百分比可以为0％、10％、20％、30％或者40％；偶联剂的重量百分比可以为10％、15％、20％、25％或者30％；表面活性剂的重量百分比可以为0％、5％、10％、15％或者20％。

为了便于本领域技术人员更好地理解和实施本发明实施例中的室温自固化导电颜料，下面本发明实施例对室温自固化导电颜料中的各成分进行举例说明。

可选地，低熔点金属为熔点在30℃以下的金属单质，或者，低熔点金属为熔点在30℃以下的合金，或者，低熔点金属为主要成分为熔点在30℃以下的金属单质和/或熔点在30℃以下的合金的导电混合物。

示例性地，低熔点金属为镓单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金中的一种或几种。

可选地，高熔点金属粉末为铜粉、铁粉、钴粉、镍粉、锰粉、钡粉、金粉、铂粉、钯粉、锇粉、铱粉、铍粉、钛粉、锆粉、铪粉、钒粉、铌粉、钽粉、钨粉、钼粉、钇粉、钍粉、铼粉、钕粉、钐粉、钆粉、铽粉、镝粉、钬粉、铒粉、铥粉、镥粉、钪粉、铝粉、镁粉、钙粉、锶粉、黄铜粉、青铜粉、镝粉、锗粉、镧粉、镱粉等中的一种或几种。为了形成熔点较高的合金反应物，提高室温自固化导电颜料固化后的耐温性，本发明实施例中可选用熔点在1000℃以上的高熔点金属粉末，即铜粉、铁粉、钴粉、镍粉、锰粉、钡粉、金粉、铂粉、钯粉、锇粉、铱粉、铍粉、钛粉、锆粉、铪粉、钒粉、铌粉、钽粉、钨粉、钼粉、钇粉、钍粉、铼粉、钕粉、钐粉、钆粉、铽粉、镝粉、钬粉、铒粉、铥粉、镥粉、钪粉等。进一步地，为了降低成本，且降低高熔点金属粉末与低熔点金属反应的难度，本发明实施例中选择高熔点金属粉末为铁粉、钴粉、镍粉中的一种或几种。

发明人发现，若高熔点金属粉末的粒径过大，会使得高熔点金属粉末较难甚至无法与低熔点金属部分合金化，若高熔点金属粉末的粒径过小，则会使得高熔点金属粉末的制作难度较高，成本较高，且合金化速度过快，不好控制，基于此，本发明实施例中选择，高熔点金属粉末的粒径为20nm～5μm。

在颜料的选择过程中，发明人发现，应该重点考虑是否能够与自固化导电材料混合，是否会对自固化导电材料在室温下的自固化产生影响，基于此，本发明实施例中选择，颜料为天然矿物颜料，如朱砂、红土、孔雀绿、群青、赭石、炭黑等；或为合成无机颜料，如氧化锆、铁红、钛白、钴蓝、镉黄等；或为复合无机颜料(complexinorganiccolorpigments，简称cicp)，如颜料橙82、颜料棕24等；或为偶氮类颜料，如苯丙咪唑酮类的颜料橙36、颜料红176等；或为酞菁类颜料，如酞菁蓝、酞菁绿等；或为杂环类颜料，如颜料红254、颜料黄213、颜料紫29等。

基于同样的考虑，本发明实施例中选择，调色剂为氧化钙粉(白色)、石墨粉(黑色)、白炭黑粉(白色)中的一种或几种。另外，调色剂为氧化钙粉、石墨粉、白炭黑粉中的一种或几种时，还可以对室温自固化导电颜料的附着力进行改善。优选地，调色剂为白炭黑粉或石墨粉。

基于同样地考虑，以及对粘接效果的考虑，本发明实施例中选择，粘接剂为vae乳液(醋酸乙烯－乙烯共聚乳液)、聚氨酯乳液、有机硅乳液中的至少一种。优选地，粘结剂为vae乳液或聚氨酯乳液。

基于同样地考虑，以及对混合效果的考虑，本发明实施例中选择，偶联剂为硅烷偶联剂，钛酸脂偶联剂、铝酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的至少一种。优选地，偶联剂为硅烷偶联剂。

基于同样地考虑，以及对混合效果的考虑，本发明实施例中选择，表面活性剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂中的至少一种。优选地，表面活性剂为阳离子表面活性剂。

此外，本发明实施例提供一种室温自固化导电颜料的制备方法，用于制备以上任一项所述的室温自固化导电颜料，如图1所示，图1为本发明实施例提供的该室温自固化导电颜料的制备方法的流程图，制备方法包括：

步骤s1、将熔点在30℃以下的低熔点金属置于真空球磨罐中。

选用真空球磨罐可以有效防止在球磨过程中低熔点金属氧化。

步骤s2、在真空球磨罐中加入熔点在500℃以上的高熔点金属粉末，加入研磨体，抽真空或充入惰性气体后密封。

上述研磨体可以为玛瑙球、不锈钢球、硬质合金球、氧化铝球、氧化锆球等中的一种或几种。

步骤s3、将真空球磨罐置于球磨机中，进行球磨处理，以使低熔点金属和高熔点金属粉末部分合金化，制得自固化导电材料。

发明人发现，若球磨处理时间过长，会使得低熔点金属和高熔点金属粉末过分合金化甚至全部合金化，直接成为固体，若球磨处理时间过短，会使得低熔点金属和高熔点金属粉末合金化程度太小，后续自固化时间太长甚至无法实现自固化，基于此，本发明实施例中选择球磨处理的时间为10min～2h。

另外，若球磨转速过大，会使得低熔点金属和高熔点金属粉末过分合金化甚至全部合金化，直接成为固体，若球磨转速过小，会使得球磨时间太长或者低熔点金属和高熔点金属粉末合金化程度太小，基于此，本发明实施例中选择球磨转速为500～1400r/min。

上述球磨机包括但不限于行星球磨机、搅拌球磨机、振动球磨机、棒销式球磨机或者砂磨机。

步骤s4、将真空球磨罐中的自固化导电材料转移至捏合机中，并将助剂和颜料添加至捏合机中；

步骤s5、开启捏合机，进行捏合处理，制得室温自固化导电颜料。

发明人发现，若捏合处理时间过长，会使得低熔点金属和高熔点金属粉末过分合金化甚至全部合金化，直接成为固体，若捏合处理时间过短，会使得助剂、颜料和自固化导电材料混合不均匀，基于此，本发明实施例中选择捏合处理的时间为20min～2h。

可选地，捏合转速为1～500r/min。发明人发现，若捏合转速过大，会使得低熔点金属和高熔点金属粉末过分合金化甚至全部合金化，直接成为固体，且对捏合机的要求过高，若捏合转速过小，会使得助剂、颜料和自固化导电材料混合不均匀，基于此，本发明实施例中优选捏合转速为20～100r/min。

另外，若捏合温度过高，会使得低熔点金属和高熔点金属粉末过分合金化甚至全部合金化，直接成为固体，若捏合温度过低，会使得自固化导电材料的黏度过大，助剂、颜料和自固化导电材料混合不均匀，基于此，本发明实施例中选择捏合温度为10～40℃，优选为20℃。

若室温自固化导电颜料不及时使用，则存在使用前就固化而失效的风险，基于此，本发明实施例提供一种室温自固化导电颜料的保存方法，用于保存以上任一项所述的室温自固化导电颜料，如图2所示，图2为本发明实施例提供的室温自固化导电颜料的保存方法的流程图，该保存方法包括：

步骤s21、将室温自固化导电颜料置于硬质容器中。

步骤s22、在室温自固化导电颜料与空气接触的表面上形成密封层。

例如，可以在室温自固化导电颜料与空气接触的表面上涂抹挥发性低的有机物进行密封，形成密封层，上述有机物可以为固体石蜡、软脂酸或凡士林等。

步骤s23、将硬质容器置于-20℃以下的环境中保存。

例如，可以将硬质容器置于-20℃以下的冰箱中保存。

在需要使用室温自固化导电颜料时，只需要将其从保存环境中取出，放置于室温下或者稍微加热使其成为粘稠状液体后，即可使用。

本发明实施例提供的一种室温自固化导电颜料及其制备方法、保存方法，其中，室温自固化导电颜料中的自固化导电材料为由70％～95％熔点在30℃以下的低熔点金属和5％～30％熔点在500℃以上的高熔点金属粉末部分合金化形成的混合物，其具有较好的导电性，使得室温自固化导电颜料的导电性较好，且该自固化导电材料中的低熔点金属和高熔点金属粉末在室温下能够继续进行合金化反应，使得自固化导电材料中合金反应物的含量逐渐增加，自固化导电材料的粘度逐渐增大，直至成为固体，使得本发明实施例中的室温自固化导电颜料能够在室温下自发固化，进而可以使得使用该室温自固化导电颜料制作的产品的结构稳定，无需封装，有助于简化产品的制作工艺，降低成本。

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明。下述实施例仅用于说明本发明，但并不用于限定本发明的实施范围，凡采用等同替换或等效变换方式所获得的技术方案均落在本发明的保护范围之内。

实施例1

室温自固化导电颜料的制备原料如下表所示：

上述kh602为一种硅烷偶联剂。以上所有百分比均为重量百分比。

制备步骤如下：

s1.将60g镓铟合金置于真空球磨罐中；

s2.在镓铟合金中加入10g铁粉，加入玛瑙球，抽真空至0.3kpa后密封；

s3.将真空球磨罐置于行星球磨机中，球磨1h，球磨转速为500r/min，以使镓铟合金和铁粉部分合金化，制得自固化导电材料；

s4.停止球磨，将真空球磨罐中的自固化导电材料全部转移至行星捏合机中，添加15g助剂和5g偶氮橙36，助剂包括10.5gvae乳液、2.25g硅烷偶联剂kh602和2.25g十六烷基三甲基溴化铵(ctab)。

s5.开启行星捏合机，捏合转速为30r/min，捏合时间为1h，制得室温自固化导电颜料。

该室温自固化导电颜料的颜色为橙色，制备完成后用软脂酸密封后存于-25℃冰箱。

实施例2

室温自固化导电颜料的制备原料如下表所示：

上述kh592为一种硅烷偶联剂。以上所有百分比均为重量百分比。

制备步骤如下：

s1.将80g镓锡合金置于真空球磨罐中；

s2.在镓铟合金中加入15g镍粉，加入玛瑙球，抽真空至0.1kpa后密封；

s3.将真空球磨罐置于行星球磨机中，球磨15min，球磨转速为1400r/min，以使镓锡合金和镍粉部分合金化，制得自固化导电材料；

s4.停止球磨，将真空球磨罐中的自固化导电材料全部转移至行星捏合机中，添加10g助剂和3g酞菁绿颜料，助剂包括5g聚氨酯乳液、3g硅烷偶联剂kh592和2g十六烷基三甲基溴化铵(ctab)。

s5.开启行星捏合机，捏合转速为50r/min，捏合时间为30min，制得室温自固化导电颜料。

该室温自固化导电颜料的颜色为绿色，制备完成后用固体石蜡密封后存于-25℃冰箱。

实施例3

室温自固化导电颜料的制备原料如下表所示：

上述kh570为一种硅烷偶联剂。以上所有百分比均为重量百分比。

制备步骤如下：

s1.将40g镓铟锡合金置于真空球磨罐中；

s2.在镓铟锡合金中加入6g钴粉，加入玛瑙球，密封，然后充入高纯氩气保护，真空球磨罐内气压维持为0.9～1.1个标准大气压；

s3.将真空球磨罐置于行星球磨机中，球磨2h，球磨转速为600r/min，以使镓铟锡合金和钴粉部分合金化，制得自固化导电材料；

s4.停止球磨，将真空球磨罐中的自固化导电材料全部转移至行星捏合机中，添加8g助剂和1g朱砂颜料，助剂包括4.8g有机硅乳液、2g硅烷偶联剂kh570和1.2g十六烷基三甲基溴化铵(ctab)。

s5.开启行星捏合机，捏合转速为100r/min，捏合时间为20min，制得室温自固化导电颜料。

该室温自固化导电颜料的颜色为红色，制备完成后用固体石蜡密封后存于-25℃冰箱。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。