一种无颗粒型透明导电墨水及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种可低温烧结、稳定性好的无颗粒型透明导电墨水及其制备方法；所述的导电墨水主要由溶剂有机胺或氨水与有机银盐组成，制备时仅需将溶剂有机胺或氨水与一种或一种以上的其它溶剂混合均匀后，再加入有效量的有机银盐，待其完全溶解分散后即可制得导电墨水。该导电墨水可以通过印刷或涂布方式形成图案或湿膜，其中的有机银部分可以在随后的热处理过程中被还原为银颗粒而形成导电图案或导电薄膜。通过本发明专利技术获得的导电墨水，无需添加额外保护剂即有较高的稳定性。本发明专利技术提出的制备方法工艺简单，反应条件温和，反应时间短，制备成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及导电墨水
，具体地说是一种含有溶剂有机胺或氨水和有机盐的高稳定性、可低温烧结的无颗粒型透明导电墨水及其制备方法。
技术介绍
导电墨水可以应用在高速发展的无线智能识别(RFID)电子标签、印刷电路板 (PCB)、柔性印刷电路板(FPCB)、电磁波屏蔽材料、太阳能光伏电池和显示电极等方面。相对于传统的薄膜电子加工工艺，使用导电墨水进行印刷，可以杜绝材料浪费，简化加工工序， 既提高了经济效益，降低了生产成本，还减少了制造过程中的环境污染。现有研究中的导电墨水大体上分为两类一类是颗粒型导电墨水；一类是无颗粒型导电墨水。颗粒型导电墨水主要由导电颗粒、溶剂、分散稳定剂、表面活性剂和其他助剂组成，其实质是导电颗粒的分散体系。常见的导电颗粒有石墨、金属等，而石墨导电性较差， 一般不用于制作低电阻的导电材料，因此导电墨水中应用较多的为金属导电颗粒，主要包括金、银、铜、钼等。其中，由于金和钼的价格昂贵，其产业应用受到诸多限制；而铜虽然在导电性和成本上都占有优势，但是其化学性质较为活泼，很容易被氧化，其产业应用同样具有一定的局限性；因此，综合诸多因素考虑，金属银导电性好，化学惰性较强，不易被氧化， 其在导电墨水的研究中备受关注。对于颗粒型导电墨水，影响其烧结温度的因素主要是各种助剂分解和挥发的难易程度以及金属颗粒熔点的高低。金属的熔点随其粒径的减小而降低，当达到纳米级时，由于小尺寸效应，其熔点会急剧下降。对于金属银，据有关文献报道， 当其粒径降低到50nm以下时，熔点才会低于200°C。无颗粒型导电墨水主要由导电高分子或导电金属的前驱体化合物、溶剂、表面活性剂和其他助剂组成，本质是导电高分子或导电金属前驱体化合物的溶液。与颗粒型导电墨水相比，无颗粒型导电墨水不存在导电颗粒的团聚问题，因此无需加入分散稳定剂，即可实现较高的稳定性，并且由于不用加入难以分解和挥发掉的高分子聚合物做分散剂，在最后形成的金属薄膜中，残留的不导电部分远远少于颗粒型导电墨水形成的金属膜，因而有利于获得电阻较低的导电薄膜。而出于对高导电性图案及导电薄膜的需求，导电性较差的高分子在该领域的应用受到一定的限制，而导电金属前驱体化合物则备受青睐。从原理上讲，无颗粒型导电墨水主要是利用金属化合物在高温下分解或还原成金属单质来形成导电膜的，因此金属前驱体的性质是影响其高温化学行为的主要因素之一。导电墨水印刷到承印基材以后，需要经过一定的处理，将不导电或导电性差的湿膜转化为导电性符合要求的干膜。目前主要是经过加热烧结处理得到。一般来说，烧结温度越高，干膜的导电性越好，但是高温烧结对于承印基材的要求较为苛刻，有些基材在高温下容易发生性质上的变化，影响其使用。因此，开发能够在较低温度下烧结并获得电阻低的干膜的导电墨水，拓宽导电墨水适用基材的范围，不仅对导电墨水产业本身有着重要意义， 而且会促进与之相关的各个产业的发展。
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，提供一种可低温烧结的导电墨水，制备方法简单，原料易得，烧结温度低、时间短，稳定性高，易于存放，并且可以应用于多种印刷方式和涂布方式，承印基材局限性小。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现一种可低温烧结的无颗粒型透明导电墨水，由溶剂有机胺或氨水与有机盐组成， 其中，溶剂有机胺或氨水提供溶剂环境，有机盐提供导电组分。本专利技术所述的溶剂有机胺为烷基取代的一级脂肪胺、二级脂肪胺或酰胺，如甲胺、 乙胺、丙胺、丁胺、己胺、硬脂胺、乙二胺、1，5_ 二甲基己胺、1，6_己二胺、1，2_丙二胺、1， 3-丙二胺、1，4_ 丁二胺、1，10-癸二胺、三亚乙基二胺、六亚甲基四胺等烷基取代的一级脂肪胺；二甲胺、二丙胺、二异丙胺、二异丁胺、二硬脂胺等烷基取代的二级脂肪胺；甲酰胺、 乙酰胺、丙酰胺、丁酰胺、丙烯酰胺、己内酰胺、N，N- 二甲基甲酰胺、N，N- 二甲基乙酰胺等酰胺。本专利技术所述的能提供导电组分的有机盐为具有1 3个羧基的含有1 22个碳原子的脂肪族羧酸银，如醋酸银、柠檬酸银、酒石酸银、丙烯酸银、三氟乙酸银、聚丙烯酸银、 丁二酸银、戊酸银、己酸银、油酸银、苹果酸银、山嵛酸银、硬脂酸银等，导电墨水中含银量为全部墨水质量分数的Iwt % 40wt %，优选5wt % 40wt %，更加优选20wt % 40wt %。本专利技术所述的有机盐可以通过下述非限制性方法制备先将与有机酸银对应的有机酸与氢氧化钠水溶液反应，再加入硝酸银水溶液混合，20°c搅拌lh，抽滤，去离子水洗、乙醇洗，常温避光干燥，即得所述有机酸银。本专利技术的制备方法，先将溶剂有机胺或氨水与一种或一种以上的其它溶剂混合均勻后，再加入有效量的有机盐，待其完全溶解分散后即可制得导电墨水。有机盐在溶解过程中会释放热量，为减少有机盐在此过程中受热分解或还原带来的不稳定性，最好在室温或较低的温度下进行，优选为5°C 25°C。本专利技术中，可以通过添加一种或者一种以上的其它物质来调节墨水的粘度和表面张力，以适应具体的使用要求。所述的物质可以是水或具有1 3个羟基官能团的含有 1 12个碳原子的脂肪醇、亚砜类等极性有机溶剂或者是烃类、醚类、酯类等非极性有机溶剂，其加入量为全部墨水质量分数的0. Olwt% 90wt%，优选5wt% 40wt%。可根据墨水与承印基材的亲和性和润湿性添加一种或一种以上的表面活性剂，其加入量为全部墨水质量分数的0. 01wt% 5wt%，优选0. 05wt% 3wt% ；还可根据使用过程中对导电膜和承印基材粘结性的要求添加一种或一种以上的粘合剂，其加入量为全部墨水质量分数的 0. lwt% 10wt%，优选 lwt% 6wt%。本专利技术所述的表面活性剂由阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或两性表面活性剂中的一种或几种组成；所述粘合剂由聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、 聚丙烯酸钠、羟甲基纤维素、聚乙烯醇、阿拉伯胶、桃胶、聚醋酸乙烯酯、黄原胶等中的一种或几种组成。根据本专利技术方法制备的导电墨水为透明导电墨水，无色或带有很浅的颜色，且无任何颗粒，因此不会发生堵塞现象，可以更好的适用于多种印刷方式，尤其是喷墨打印。根据本专利技术方法制备的导电墨水具有优越的稳定性，室温(25°C)保存1个月不出现沉淀，冰箱冷藏可保存6个月不出现任何变化。根据本专利技术方法制备的导电墨水的粘度可以在较宽的范围内进行调整，依制备方法和具体的使用过程而变化，优选为IcP 1500cP。粘度较低的墨水适合喷墨印刷；粘度较高的墨水则可以应用于凹版印刷、丝网印刷等多种印刷方式。根据本专利技术方法制备的导电墨水，烧结温度最低可至80°C，优选为100°C 150°C。因此其承印基材的选择范围较宽，可以是树脂、玻璃、陶瓷、纸、硅等。本专利技术所述导电墨水可以通过诸如丝棒涂布、刮刀涂布、旋转涂布、喷涂、辊涂、浸涂、流涂等涂布方式或诸如喷墨印刷、丝网印刷、凹版印刷、凸版印刷、平版印刷等印刷方式在多种基材上成膜，再经过加热烧结等处理得到导电性和粘结性优异的导电膜。根据本专利技术方法制备的导电墨水可以应用在高速发展的无线智能识别(RFID)电子标签、印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路板(FPCB)、电磁波屏蔽材料、太阳能光伏电池和显示电极等多个领域。与现有的导电墨水及其制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无颗粒型透明导电墨水，其特征在于，由溶剂有机胺或氨水与有机盐组成，其中，溶剂有机胺或氨水提供溶剂环境，有机盐提供导电组分所述的溶剂有机胺为烷基取代的一级脂肪胺、二级脂肪胺或酰胺，如甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、己胺、硬脂胺、乙二胺、１，５－二甲基己胺、１，６－己二胺、１，２－丙二胺、１，３－丙二胺、１，４－丁二胺、１，１０－癸二胺、三亚乙基二胺、六亚甲基四胺等烷基取代的一级脂肪胺；二甲胺、二丙胺、二异丙胺、二异丁胺、二硬脂胺等烷基取代的二级脂肪胺；甲酰胺、乙酰胺、丙酰胺、丁酰胺、丙烯酰胺、己内酰胺、Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺、Ｎ，Ｎ－二甲基乙酰胺等酰胺所述的能提供导电组分的有机盐为具有１～３个羧基的含有１～２２个碳原子的脂肪族羧酸银，如醋酸银、柠檬酸银、酒石酸银、丙烯酸银、三氟乙酸银、聚丙烯酸银、丁二酸银、戊酸银、己酸银、油酸银、苹果酸银、山嵛酸银、硬脂酸银等，导电墨水中含银量为全部墨水质量分数的１ｗｔ％～４０ｗｔ％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王虹，聂晓蕾，邹竞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12