一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物及其制备方法，其包含以下质量分数的组分：石墨烯包覆纳米铜粉末10‑80wt％、环氧树脂1‑20wt％、环氧树脂固化剂1‑15wt％、聚乙烯醇缩醛树脂1‑30wt％、有机溶剂1‑30wt％、增韧剂0.5‑10wt％、消泡剂0.5‑2wt％、抗氧剂0.5‑3wt％、粘结力促进剂0.1‑2wt％、触变剂0.1‑1wt％；其制备方法包括以下步骤：先石墨烯包覆纳米铜粉末制备，再将增韧剂与有机溶剂混合制备增韧剂体系，然后依次将环氧树脂、环氧树脂固化剂、有机溶剂、石墨烯包覆纳米铜粉末、增韧剂体系、消泡剂、抗氧剂、粘结力促进剂以及触变剂，得到石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物。本发明专利技术的产品具有导电率高、石墨烯用量少、易于分散、成本低，适合大批量生产的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物及其制备方法
本专利技术涉及导电油墨领域，特别涉及一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物及其制备方法。
技术介绍
硅导电油墨一般由导电功能单元与基体材料组成。导电功能单元多为导电金属粉末、导电碳材料、导电高分子材料，主要借助于其分散在油墨载体中实现传导电流；而基体材料则为高分子聚合物，起粘结与机械支撑作用。导电油墨中除了导电性功能基元、基体材料外，还需要一些填料、粘结剂、溶剂以及添加剂制成的糊状或液状浆料。目前，金系导电油墨、铜系导电油墨、铜系导电油墨、碳系导电油墨等已达到实用化，用于印刷电路、电极、电镀底层、键盘接点、印刷电阻及射频识别技术等行业，在诸多方面取代传统工艺，在电子行业等诸多行业起到重要的作用，市场前景十分看好。最为广泛使用的导电油墨是碳系导电油墨，其价格便宜，但导电性不理想，一般电阻率仅为102-10-1Ω·cm。目前为止，已公开的基于石墨烯填料的导电油墨，包括纯石墨烯为导电填料的导电油墨和添加少量石墨烯的纳米复合油墨，在一定程度上弥补了纳米碳基、金属油墨原有的缺陷，包括纳米用量大、导电性低等不足。专利CN103013229A公开了一种石墨烯基导电油墨、其制备方法及柔性导电薄膜，其利用单层片状结构的石墨烯为导电组分、树脂为粘结剂制备了石墨烯导电油墨，并通过丝网印刷复合于基底上获得了柔性导电薄膜，表面电阻小于5Ω。专利CN103468057A公开了一种石墨烯导电油墨，在上述工艺基础上引入了聚乙烯蜡的分散剂，聚二甲基硅氧烷消泡剂和硬脂酸钡稳定剂，电阻率为2-4Ω·cm。专利CN103319954A公开了一种在石墨烯改性的导电油墨，其电导率可达10-5Ω·cm。专利CN105001716A公开了一种石墨烯粉末与导电金属粉末并用添加的方式，获得了电导率达到6.5x10-4Ω·cm。但高石墨烯添加量导致添加困难，石墨烯间易团聚，不容易分散，导致成本高，量产困难。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种超高导电率的石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，旨在解决常规导电油墨电阻率高、纳米粒子易团聚和石墨烯填料不易分散，生产成本高的技术问题。本专利技术采用以下技术方案：一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，其特征在于，按质量百分比计，包括如下原料：石墨烯包覆纳米铜粉末10-80wt％、环氧树脂1-20wt％、环氧树脂固化剂1-15wt％、聚乙烯醇缩醛1-30wt％、有机溶剂5-30wt％、增韧剂0.5-10wt％、消泡剂0.5-2wt％、抗氧剂0.5-3wt％、粘结力促进剂0.1-2wt％、触变剂0.1-1wt％。优选地，所述的石墨烯包覆纳米铜粉末是由如下制备方法制备的产品：(1)将80-100份纳米铜粉体和3-8份乙醇水解的硅烷偶联剂加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，得到表面处理的纳米铜粉体；(2)取80-120份表面处理的纳米铜粉体，逐渐加入5-15重量份乙醇溶液，乙醇溶液中含有1-5％环氧树脂和30-50％石墨烯，持续在70-90度加热条件下搅拌20-40分钟，干燥后得到石墨烯包覆纳米铜粉末。进一步优选地，步骤(1)中，所述纳米铜粉体用量为100重量份，所述乙醇水解的硅烷偶联剂用量为5重量份，所述高速搅拌的条件是转速3000r/min-5000r/min、温度80度，时间15min；步骤(2)中，所述表面处理的纳米铜粉体用量为100重量份，所述乙醇溶液用量为10重量份，乙醇溶液中含有2％环氧树脂和40％石墨烯。更进一步优选地，所述乙醇水解的硅烷偶联剂中，乙醇和硅烷偶联剂的重量比为80:20，所述硅烷偶联剂为KH550。优选地，所述石墨烯包覆纳米铜粉末中金属铜的粒度范围为50-100纳米。优选地，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂中的一种或者两种组合；所述的环氧树脂固化剂为MOCA或DDS中的一种；所述的聚乙烯醇缩醛为聚乙烯醇缩甲醛或聚乙烯醇缩丁醛中的一种；所述的有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二丙二醇甲醚、乙二醇单甲醚、丙酮、丁酮中的一种或多种组合。优选地，所述的消泡剂为有机硅氧烷类消泡剂；所述的粘结力促进剂为硅烷偶联剂。优选地，所述的抗氧剂为BHT、168、1010中的一种或多种组合；所述的触变剂为气相二氧化硅和氢化蓖麻油中的一种；所述的增韧剂为端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂中的一种。一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物的制备方法，包括以下步骤：(1)增韧剂体系的制备：将增韧剂和有机溶剂混合，得到固含量为20％的增韧剂体系；(2)导电油墨组合物的制备：将环氧树脂、环氧树脂固化剂和有机溶剂混合均匀，然后依次加入石墨烯包覆纳米铜粉末、步骤(2)中制得的增韧剂体系，再依次加入聚乙烯醇缩醛、消泡剂、抗氧剂、粘结力促进剂以及触变剂，混合均匀后得到石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物。优选地，步骤(1)中，混合操作时在密闭的反应釜中进行，搅拌桨转速为100r/min-300r/min，搅拌时间为4-6小时，搅拌温度为室温；步骤(2)中，混合操作时在圆盘分散机中进行，搅拌转速500r/min-1500r/min，搅拌时间5-15min，料温控制在60度以内。本专利技术进一步优选改进在于：按质量百分比计，包括如下原料：石墨烯包覆纳米铜粉末15-75wt％、环氧树脂1-18wt％、环氧树脂固化剂1-12wt％、聚乙烯醇缩醛树脂2-25wt％、有机溶剂8-25wt％、增韧剂1-10wt％、消泡剂1-2wt％、抗氧剂1-2wt％、粘结力促进剂0.5-2wt％、触变剂0.5-1wt％。上述的石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，所述石墨烯包覆纳米铜粉末优选铜粉的粒度范围在50-100纳米，纳米铜粉有利于降低导电油墨的电阻率。上述石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，采用了环氧树脂作为粘结体系，芳香族固化剂作为固化体系，使得组合物具有高耐热性，应用领域广泛。上述石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，所述环氧树脂优选室温下粘度小于40Pa·s的双酚A型环氧树脂和双酚F型环氧树脂中的一种或者两种组合。上述石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，所述环氧树脂固化剂优选为芳香族固化剂MOCA和DDS中的一种，使得组合物具有更高的玻璃化转变温度，耐热性能提高。上述石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，所述聚乙烯醇缩醛优选为聚乙烯醇缩甲醛和聚乙烯醇缩丁醛中的一种，该树脂为组合物提供了优异的粘结性能和柔韧性能，油墨组合物固化后外观光泽、美观。上述石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，所述有机溶剂优选包括N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二丙二醇甲醚、乙二醇单甲醚、丙酮、丁酮中的一种或多种；使用有机溶剂组合，可以调节油墨的干燥速度及粘度，以获得最佳的工艺参数要求，保证油墨在低温挥发速率，提高产品效率。上述石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，所述增韧剂优选为端羧基丁腈橡胶、端羟基丁腈橡胶、端羧基丁腈橡胶改性环氧树脂中的一种；其可有效提高导电油墨固化膜的柔韧性以及成膜性。上述石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物中，所述消泡剂优选为有机硅氧烷类消泡剂；能够快速、有效的消除导电油墨中形成的气泡，减小气泡带来的电阻增加的问题，同时外观光泽度高。上述石墨烯复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，其特征在于，按质量百分比计，包括如下原料：石墨烯包覆纳米铜粉末10‑80wt％、环氧树脂1‑20wt％、环氧树脂固化剂1‑15wt％、聚乙烯醇缩醛1‑30wt％、有机溶剂5‑30wt％、增韧剂0.5‑10wt％、消泡剂0.5‑2wt％、抗氧剂0.5‑3wt％、粘结力促进剂0.1‑2wt％、触变剂0.1‑1wt％。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，其特征在于，按质量百分比计，包括如下原料：石墨烯包覆纳米铜粉末10-80wt％、环氧树脂1-20wt％、环氧树脂固化剂1-15wt％、聚乙烯醇缩醛1-30wt％、有机溶剂5-30wt％、增韧剂0.5-10wt％、消泡剂0.5-2wt％、抗氧剂0.5-3wt％、粘结力促进剂0.1-2wt％、触变剂0.1-1wt％。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，其特征在于，所述的石墨烯包覆纳米铜粉末是由如下制备方法制备的产品：(1)将80-100份纳米铜粉体和3-8份乙醇水解的硅烷偶联剂加入高速搅拌机内，在高速搅拌的条件下进行混合，得到表面处理的纳米铜粉体；(2)取80-120份表面处理的纳米铜粉体，逐渐加入5-15重量份乙醇溶液，乙醇溶液中含有1-5％环氧树脂和30-50％石墨烯，持续在70-90度加热条件下搅拌20-40分钟，干燥后得到石墨烯包覆纳米铜粉末。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，其特征在于，步骤(1)中，所述纳米铜粉体用量为100重量份，所述乙醇水解的硅烷偶联剂用量为5重量份，所述高速搅拌的条件是转速3000r/min-5000r/min、温度80度，时间15min；步骤(2)中，所述表面处理的纳米铜粉体用量为100重量份，所述乙醇溶液用量为10重量份，乙醇溶液中含有2％环氧树脂和40％石墨烯。4.根据权利要求2或3所述的一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，其特征在于，所述乙醇水解的硅烷偶联剂中，乙醇和硅烷偶联剂的重量比为80:20，所述硅烷偶联剂为KH550。5.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合纳米铜导电油墨组合物，其特征在于，所述石墨烯包覆纳米铜粉末中金属铜的粒度范围为50-100纳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可，张小艳，王悦辉，
申请(专利权)人：电子科技大学中山学院，
类型：发明
国别省市：广东,44