本發(fā)明涉及一種水性噴墨導(dǎo)電墨水及其制備方法。該導(dǎo)電墨水屬于印刷電子漿料，應(yīng)用于噴墨印制柔性基底電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來，隨著電子產(chǎn)品不斷朝輕、薄、短、小的方向發(fā)展，人們對(duì)電子產(chǎn)品制造技術(shù)自動(dòng)化、微小化、低成本、低污染等的要求越來越高。傳統(tǒng)制造導(dǎo)電線路的工藝技術(shù)有蝕刻法、絲網(wǎng)印刷、膠版印刷等，該類技術(shù)工序復(fù)雜，原材料浪費(fèi)較大，環(huán)境污染嚴(yán)重，而且難以滿足電子產(chǎn)品微型化、精密化的發(fā)展要求。噴墨印制技術(shù)可以將各種有機(jī)、無機(jī)功能材料無掩膜、非接觸地直接印制于各類基材表面，形成高精度的導(dǎo)電線路、圖形等，該法不僅印制操作工序簡單，原材料利用充分，對(duì)環(huán)境無污染，還可以快速、靈活采用全印制的方式噴制個(gè)性化小批量電子產(chǎn)品，在電子行業(yè)尤其是微電子領(lǐng)域中體現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，成為電子制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新方向。

噴墨印制電子用導(dǎo)電墨水(printed conductive ink)作為核心功能材料，是印制電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。其是指通過印制技術(shù)，沉積于非導(dǎo)電性基材上（紙張、塑料、陶瓷、玻璃等），經(jīng)過后處理，能形成導(dǎo)電圖形或電子器件的功能性墨水。比較于普通的墨水，噴墨納米銀導(dǎo)電墨水具有特殊的功能，可以廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品領(lǐng)域，尤其是印制電路板，無線射頻電子標(biāo)簽，太陽能電池，透明導(dǎo)電膜、薄膜開關(guān)、觸摸屏、有機(jī)發(fā)光二極管等領(lǐng)域。就溶劑而言，納米銀噴墨導(dǎo)電墨水可以為水或有機(jī)溶劑。由于有機(jī)型墨水助劑的發(fā)展與成熟，目前大多數(shù)的導(dǎo)電墨水是有機(jī)溶劑型，占據(jù)了市場(chǎng)大部分份額。水性導(dǎo)電墨水綠色環(huán)保，符合行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)越來越受到人們的關(guān)注。各添加組分也對(duì)墨水性能有很大影響，如穩(wěn)定性、附著力和印制圖形的導(dǎo)電性等，所以添加組分的選取對(duì)墨水性能有關(guān)鍵作用。

水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水目前主要面臨兩個(gè)關(guān)鍵問題：一是穩(wěn)定性；二是附著力。由于納米銀顆粒比表面積大，表面能高，在溶液中極易團(tuán)聚，因此獲得高穩(wěn)定性的納米銀導(dǎo)電墨水是一個(gè)難點(diǎn)。尤其是用于噴墨打印的納米銀導(dǎo)電墨水，為了適應(yīng)噴墨打印的要求，要求粘度適當(dāng)?shù)氐停鵀榱藵M足導(dǎo)電性的要求，需要具有相對(duì)較高的納米銀含量，因此獲得高穩(wěn)定性的納米銀導(dǎo)電墨水更加困難。一般通過引入適當(dāng)?shù)姆稚﹣矸乐诡w粒團(tuán)聚，提高穩(wěn)定性。但納米銀顆粒表面吸附較多的分散劑會(huì)影響熱處理后的導(dǎo)線的導(dǎo)電性。適用于噴墨納米銀導(dǎo)電墨水的柔性基材主要有聚酰亞胺（Polymide，PI）,聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（Polyethlene terephthalate, PET）和紙張等基材。PI，PET等塑料基材一般是憎水性的，水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水在這類基材表面的附著力一般較差，從而影響了水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水的應(yīng)用。因此，開發(fā)一種導(dǎo)電性好、穩(wěn)定性和附著力佳，適用于噴墨打印的水性納米銀導(dǎo)電墨水成為本技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種具有良好穩(wěn)定性的水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水，該墨水適用于PI和PET類塑料基材，經(jīng)100-300℃熱處理，具有良好的附著力和導(dǎo)電性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水，其特征在于該導(dǎo)電墨水由下述質(zhì)量百分含量的物料組成：納米銀12-25%，去離子水60-80%，分散劑0.5-1.0%，潤濕劑0.1-0.5%，粘結(jié)劑 0.4-2.0%，消泡劑0.2-0.4%，保濕劑3.0-10.0%，上述各組分的質(zhì)量百分比含量之和為100%。

本發(fā)明采用的納米銀是以德國漢高公司的SN-5040分散劑為表面修飾劑，采用液相還原法制得。納米銀的形貌類球形，粒徑分布范圍15-50 nm。納米銀具有優(yōu)異的分散性。

本發(fā)明采用的納米銀是以漿料的形式加入。

本發(fā)明采用的分散劑為臺(tái)灣Doxa公司的Spredox D-260, Spredox D-264和Spredox D-281中的一種，主要成分是乙醚/環(huán)氧丙烷類共聚物。

本發(fā)明采用的粘結(jié)劑為昆山卡斯特高分子材料有限公司的HAR868，主要成分是羥基丙烯酸樹脂。

本發(fā)明采用的潤濕劑為美國氰特公司的OT-75功能潤濕劑，主要成分是磺基丁二酸二辛基鈉鹽。

本發(fā)明采用的消泡劑為德國BYK公司的有機(jī)硅油類消泡劑，型號(hào)是BYK-028。

本發(fā)明采用的保濕劑為二甘醇、乙二醇和甘油的混合物，其中，二甘醇：乙二醇：甘油=1：3：3。

本發(fā)明的水性納米銀噴墨導(dǎo)電墨水，其制備方法包括以下過程：室溫下配制0.3-0.4 mol·L^-1的硝酸銀去離子水溶液400 mL，攪拌5分鐘；然后加入SN-5040分散劑0.5-0.8 mL，攪拌15-20分鐘，獲得硝酸銀-分散劑混合溶液，將溶液升溫至50℃；配制2 mol·L^-1的硼氫化鈉去離子水溶液30-50 mL；在1500 rpm·min^-1攪拌速度下，將硼氫化鈉溶液用注射器以每分鐘3-4 mL的速率加入到硝酸銀-分散劑混合溶液中，繼續(xù)反應(yīng)40-90分鐘。將制備的納米銀顆粒分別用丙酮和去離子水以12000 rpm的轉(zhuǎn)速離心洗滌20分鐘，并各洗滌3次，得到純化的納米銀漿料。采用重量法分析漿料中納米銀的質(zhì)量百分含量。

去除納米銀漿料中的含水量，按照去離子水質(zhì)量百分比含量65-80%量取去離子水，在1800 rpm·min^-1攪拌情況下依次加入分散劑0.5-1.0%，潤濕劑0.1-0.5%和0.2-0.4%消泡劑中的1/4，攪拌10-15分鐘，分散均勻，再加入保濕劑3.0-10.0%，，繼續(xù)攪拌5-10分鐘。接著加入粘結(jié)劑 0.4-2.0%，繼續(xù)攪拌5-10分鐘。加入納米銀漿料12-25%，攪拌10分鐘，加入剩余3/4消泡劑1200 rpm·min^-1攪拌30-50 min，最后得到噴墨納米銀導(dǎo)電墨水。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用SN-5040分散劑作為表面修飾劑制備納米銀，使得所制備的納米銀顆粒經(jīng)離心除雜后在水中具有優(yōu)異的可分散性；采用羥基丙烯酸樹脂作為粘結(jié)劑和磺基丁二酸二辛基鈉鹽為潤濕劑提高導(dǎo)電墨水在PI，PET塑料類基材表面的鋪展性和附著力；采用乙醚/環(huán)氧丙烷類共聚物作為分散劑提高了納米銀顆粒在水中的分散性和其他助劑間的相容性；采用二甘醇、乙二醇和甘油的混合物為保濕劑，可有效調(diào)節(jié)墨水的粘度和干燥速度，避免顆粒堆積造成噴嘴堵塞，同時(shí)也可有效地減弱了墨滴的“咖啡環(huán)”效應(yīng)。

附圖說明

圖1A為利用本發(fā)明實(shí)施例1中納米銀制備方法合成的納米銀的透射電子顯微鏡圖。圖1B為利用本發(fā)明實(shí)施例1中納米銀制備方法合成的納米銀的X射線衍射圖。

圖2A為利用本發(fā)明實(shí)施例1中納米銀導(dǎo)電墨水制備的導(dǎo)電線路在100℃熱處理?xiàng)l件下的掃描電子顯微鏡圖。

圖2B為利用本發(fā)明實(shí)施例1中納米銀導(dǎo)電墨水制備的導(dǎo)電線路在200℃熱處理?xiàng)l件下的掃描電子顯微鏡圖。

圖2C為利用本發(fā)明實(shí)施例1中納米銀導(dǎo)電墨水制備的導(dǎo)電線路在300℃熱處理?xiàng)l件下的掃描電子顯微鏡圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

所述一種水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水，按照如下質(zhì)量百分比配制：納米銀18%，去離子水74%，分散劑0.6%，潤濕劑0.2%，粘結(jié)劑 2.0%，消泡劑0.2%，保濕劑5.0%，上述各組分的質(zhì)量百分比含量之和為100%。

納米銀漿料的制備方法如下：室溫下配制0.4 mol·L^-1的硝酸銀去離子水溶液400 mL，攪拌5分鐘；然后加入SN-5040分散劑0.6 mL，攪拌15分鐘，獲得硝酸銀-分散劑混合溶液，將溶液升溫至50℃；配制2 mol·L^-1的硼氫化鈉去離子水溶液30 mL；在1500 rpm·min^-1攪拌速度下，將硼氫化鈉溶液用注射器以每分鐘3 mL的速率加入到硝酸銀-分散劑混合溶液中，繼續(xù)反應(yīng)70分鐘。將制備的納米銀顆粒分別用丙酮和去離子水以12000 rpm的轉(zhuǎn)速離心洗滌20分鐘，并各洗滌3次，得到純化的納米銀漿料。采用重量法分析漿料中納米銀的質(zhì)量百分含量為36.4%。

納米銀導(dǎo)電墨水制備方法如下：去除納米銀漿料中含有的水分含量按照去離子水質(zhì)量百分比含量74%量取去離子水，在1800 rpm·min^-1攪拌情況下依次加入分散劑0.6%，潤濕劑0.2%和0.2%消泡劑的1/4，攪拌15分鐘，分散均勻，再加入體積比為1：3：3的二甘醇-乙二醇-甘油混合溶液 5.0%，繼續(xù)攪拌10分鐘。接著加入粘結(jié)劑 2.0%，繼續(xù)攪拌10分鐘。加入納米銀漿料18%，攪拌10分鐘，加入剩余3/4消泡劑，在1200 rpm·min^-1攪拌50 min，最后得到噴墨納米銀導(dǎo)電墨水。

采用pH計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、導(dǎo)電率儀和表面張力分別測(cè)墨水的pH值，粘度，導(dǎo)電率和表面張力，數(shù)值分別為7.81，2.6 mPa·s, 1.6 mS·cm^-1和33.4 mN·m^-1。

實(shí)施例2

所述一種水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水，按照如下質(zhì)量百分比配制：納米銀20%，去離子水72.9%，分散劑0.65%，潤濕劑0.25%，粘結(jié)劑 2.0%，消泡劑0.2%，保濕劑4.0%，上述各組分的質(zhì)量百分比含量之和為100%。

按照實(shí)施例1的方法制備納米銀漿料，采用重量法分析漿料中納米銀的質(zhì)量百分含量為36.4%。

納米銀導(dǎo)電墨水制備方法如下：去除納米銀漿料中含有的水分含量按照去離子水質(zhì)量百分比含量72.9%量取去離子水，在1800 rpm·min^-1攪拌情況下依次加入分散劑0.65%，潤濕劑0.25%和0.2%消泡劑的1/4，攪拌15分鐘，分散均勻，再加入體積比為1：3：3的二甘醇-乙二醇-甘油混合溶液 4.0%，繼續(xù)攪拌10分鐘。接著加入粘結(jié)劑 2.0%，繼續(xù)攪拌10分鐘。加入納米銀漿料20%，攪拌10分鐘，加入剩余3/4消泡劑，在1200 rpm·min^-1攪拌50 min，最后得到噴墨納米銀導(dǎo)電墨水。

采用pH計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、導(dǎo)電率儀和表面張力分別測(cè)墨水的pH值，粘度，導(dǎo)電率和表面張力，數(shù)值分別為8.01，2.8 mPa·s, 1.7 mS·cm^-1和34.2 mN·m^-1。

實(shí)施例3

所述一種水性噴墨納米銀導(dǎo)電墨水，按照如下質(zhì)量百分比配制：納米銀23%，去離子水68.4%，分散劑0.6%，潤濕劑0.3%，粘結(jié)劑 2.5%，消泡劑0.2%，保濕劑5.0%，上述各組分的質(zhì)量百分比含量之和為100%。

按照實(shí)施例1的方法制備納米銀漿料，采用重量法分析漿料中納米銀的質(zhì)量百分含量為36.4%。

納米銀導(dǎo)電墨水制備方法如下：去除納米銀漿料中含有的水分含量按照去離子水質(zhì)量百分比含量68.4%量取去離子水，在1800 rpm·min^-1攪拌情況下依次加入分散劑0.6%，潤濕劑0.3%和0.2%消泡劑的1/4，攪拌15分鐘，分散均勻，再加入體積比為1：3：3的二甘醇-乙二醇-甘油混合溶液 4.0%，繼續(xù)攪拌10分鐘。接著加入粘結(jié)劑 2.0%，繼續(xù)攪拌10分鐘。加入納米銀漿料23%，攪拌10分鐘，加入剩余3/4消泡劑，在1200 rpm·min^-1攪拌50 min，最后得到噴墨納米銀導(dǎo)電墨水。

采用pH計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)、導(dǎo)電率儀和表面張力分別測(cè)墨水的pH值，粘度，導(dǎo)電率和表面張力，數(shù)值分別為8.24，2.7 mPa·s, 1.8 mS·cm^-1和33.2 mN·m^-1。