水性无水胶印导电油墨及其制作方法

摘要

本发明涉及一种水性无水胶印导电油墨，其导电物质采用了基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物，该导电油墨含有水性高分子树脂、导电聚合物水分散液、丙三醇、二甲基亚砜、N，N－二甲基乙醇胺、水性增稠剂。本发明还涉及一种水性无水胶印导电油墨的制作方法，包括如下步骤：将聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液与的二甲基亚砜按比例混合，将水性高分子树脂与水性增稠剂按比例混合待用；将混合物调至pH为7.5～9.5；将混合物与水性树脂混合均匀；向混合物中加入丙三醇。本发明具有墨膜厚度薄、印刷精度高、印刷速度快的优点，同时具有环保、导电性能好、稳定性高、附着力好、无需加热固化等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及导电油墨，更具体地说，涉及一种水性无水胶印导电油墨及其制作方法。

背景技术

传统导电油墨多为溶剂型，在生产和使用过程中所释放的有机挥发性物质产生的污染，目前被排在汽车之后，列为城市主要污染源。随着科技进步和经济的高速发展，资源和能源的匮乏已经引起世界各国的重视，节资节能，保护环境，是世界化工界面临的主要问题。无毒无污染环保型的水基导电油墨将会在不远的将来逐渐取代溶剂型导电油墨。导电油墨的传统制作方法是用导电银浆或碳浆，采用丝网印刷的方式。其油墨成分中含有大量的芳烃类、酯类、醇类、酮类、醇醚类等有机溶剂，不但污染环境，危害操作工人的身体健康，且丝网印刷方式印刷速度慢，生产效率低；墨膜厚度大、成本高；印刷精度低，日益不能满足当今电子产品对于印刷精度的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述污染环境、墨膜厚度大、印刷精度低的缺陷，提供一种水性无水胶印导电油墨及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据本发明的一方面，提供一种水性无水胶印导电油墨，其导电物质采用了基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物，该导电油墨含有体积分数为15％～50％的水性高分子树脂、体积分数为40％～75％的基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液、体积分数为1％～10％的丙三醇、体积分数为2％～5％二甲基亚砜、体积分数为0.3％～1.0％的N，N-二甲基乙醇胺、体积分数为2％～10％的水性增稠剂，以及用于调整导电油墨印刷适性的各种助剂。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨中，油墨中含有的水性高分子树脂以及与之匹配的水性增稠剂，使得导电油墨黏度在10～800泊可调，适用于无水胶印。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨中，所述油墨以基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液为导电填料。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨中，所述水性高分子树脂包括：纤维素衍生物、改性油、改性聚丁二烯树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂、水性氨基树脂、水性聚酯树脂、水性酚醛树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、水性有机硅树脂、水性有机氟树脂。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨中，所述水性增稠剂包括：无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯类、缔合型聚氨酯增稠剂。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨中，所述无机类增稠剂包括：膨润土、凹凸棒土、硅酸铝。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨中，所述纤维素类增稠剂包括：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨中，所述聚丙烯酸酯类增稠剂包括：水溶性的聚丙烯酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠剂。

根据本发明的另一方面，提供一种水性无水胶印导电油墨的的制作方法，包括如下步骤：

(a)将占基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液质量分数2％～5％的二甲基亚砜与之混合，以提高导电聚合物的导电性；

(b)将水性高分子树脂与水性增稠剂按导电油墨黏度要求以不同比例混合待用；

(c)将基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液与二甲基亚砜的混合物用N，N-二甲基乙醇胺调至pH为7.5～9.5；

(d)将pH为7.5～9.5的(c)中混合物与经过水性增稠剂增稠的水性树脂混合均匀；

(e)向步骤(d)中所述混合物中加入体积分数为1％～10％的丙三醇，以及用于调整导电油墨印刷适性的助剂，分散均匀即制得所需导电油墨。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨的制作方法中，所述水性增稠剂包括无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯类、缔合型聚氨酯增稠剂。

在本发明所述的导电高分子印刷油墨的制作方法中，所述无机增稠剂包括膨润土、凹凸棒土、硅酸铝。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨的制作方法中，所述纤维素类增稠剂包括：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨的制作方法中，所述聚丙烯酸酯类增稠剂包括：水溶性的聚丙烯酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠剂。

在本发明所述的水性无水胶印导电油墨的制作方法中，所述水性高分子树脂包括：纤维素衍生物、改性油、改性聚丁二烯树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂、水性氨基树脂、水性聚酯树脂、水性酚醛树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、水性有机硅树脂、水性有机氟树脂。

实施本发明的水性无水胶印导电油墨及其制作方法，具有以下有益效果：本发明提供了一种适用于胶印、凹印和丝印的水性导电油墨，其导电填料是基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液。采用水性高分子与水性增稠剂配合使用作为导电油墨连接料，与其它用于调整油墨导电性能与印刷适性的助剂经加工而成导电油墨，这种油墨因为能够采用无水胶印的方式进行印刷，具有墨膜厚度薄、印刷精度高、印刷速度快的特点，同时具有环保、导电性能好、稳定性高、附着力好、无需加热固化等特点。丝印产品，也不需要加热固化，只要热风干燥，即具备很好的耐水性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的第一实施例的水性无水胶印导电油墨的黏度随转速的变化规律示意图；

图2是本发明的第二实施例的水性无水胶印导电油墨的黏度随转速的变化规律示意图；

图3是本发明的第三实施例的水性无水胶印导电油墨的黏度随转速的变化规律示意图。

具体实施方式

下面通过实例对本发明作进一步阐明，实例仅在于说明本发明而决不限制本发明。

第一实施例：按配方称取60.0％的基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液，将占基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液5.0％的二甲基亚砜与之混合以提高导电性；称取30.0％的水性聚氨酯树脂，并加入占水性聚氨酯树脂4％的水性增稠剂与之混合，并用三辊研磨机研磨10min以均匀混合；加入0.8％的N，N-二甲基乙醇胺调节导电聚合物与二甲基亚砜的混合液pH为8.5～9，随后将其与经过增稠的水性聚氨酯树脂混合；再加入5.0％丙三醇以及一定量的消泡剂、流平剂等油墨助剂，均匀分散后即制得所需导电油墨(以上百分比均为体积分数)。上述水性增稠剂包括无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯类、缔合型聚氨酯增稠剂中的任何一种或两种或两种以上的组合；上述无机增稠剂包括：膨润土、凹凸棒土、硅酸铝；上述纤维素类增稠剂包括：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素；上述聚丙烯酸酯类增稠剂包括：水溶性的聚丙烯酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠剂。

按上述比例制备的导电油墨产品的主要性能参数如下表1所示：

表1 第一实施例的导电油墨性能参数

  项目  性能参数  检测标准   黏度(P)   644～181  BROOKFIELD  DV-II+Pro  VISCOMTER  黏性  2.4  YQM-1B油墨粘性仪  pH值  8.5～9  表面张力(mN/m)  44.079  德国KRUSS K100   表面电阻(kΩ/cm²)  约80～1600根据厚度  可调   墨膜厚度(μm)  约0.8～3根据印刷条  件可调  附着力  100/100  GB/T12347.7-1991  耐热性  (25±1℃，24h)   17％

表中的“BROOKFIELD DV-II+Pro VISCOMTER”是指用美国BROOKFIELD公司生产的BROOKFIELD黏度计测定油墨的黏度，型号为DV-II+Pro型。“YQM-1B油墨粘性仪”是指采用YQM-1B型油墨粘性仪对油墨的黏性进行测定。“德国KRUSS K100”是指采用德国KRUSS公司生产的表面张力仪K100测定油墨的表面张力。“GB/T12347.7-1991”是指采用国家标准GB/T12347.7-1991来测定油墨的附着力(下文中对此不再进行重复说明)。

按照上述实施例制备的导电油墨具有剪切变稀的流变性，其黏度随剪切速率的变化曲线如图1所示。这是由于在高剪切速率下，树脂结构以及水性增稠剂与树脂的缔合结构遭到破坏而导致黏度降低，当剪切力消失黏度又可恢复。这对于印刷过程中油墨在墨辊上的转移是有利的。

第二实施例：按配方称取71.7％的基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液，将占基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液5.0％的二甲基亚砜与之混合以提高导电性；称取17.9％的水性聚氨酯树脂，并加入占水性聚氨酯树脂8％的水性增稠剂与之混合，并用三辊研磨机研磨10min以均匀混合；0.8％的N，N-二甲基乙醇胺调节导电聚合物与二甲基亚砜的混合液pH为8.5～9，随后将其与经过增稠的水性聚氨酯树脂混合；再加入5.0％丙三醇以及一定量的消泡剂、流平剂等油墨助剂，均匀分散后即制得所需导电油墨(以上百分比均为体积分数)。上述水性增稠剂包括无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯类、缔合型聚氨酯增稠剂中的任何一种或两种或两种以上的组合；上述无机增稠剂包括：膨润土、凹凸棒土、硅酸铝；上述纤维素类增稠剂包括：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素；上述聚丙烯酸酯类增稠剂包括：水溶性的聚丙烯酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠剂。

按上述比例制备的导电油墨产品的主要性能参数如下表2所示：

表2 第二实施例的导电油墨性能参数

  项目  性能参数  检测标准   黏度(P/25℃)   92～14  BROOKFIELD  DV-II+Pro  VISCOMTER  黏性  2.4  YQM-1B油墨粘性仪  pH值  8.5～9  表面张力(mN/m)  39.660  德国KRUSS K100   表面电阻(kΩ/cm²)  约80～1600根据厚度  可调  墨膜厚度(μm)  约0.8～3可调  附着力  100/100  GB/T12347.7-1991  耐热性  (25±1℃，24h)   17％

按照上述实施例制备的导电油墨具有剪切变稀的流变性，其黏度随剪切速率的变化曲线如图2所示。这是由于在高剪切速率下，树脂结构以及水性增稠剂与树脂的缔合结构遭到破坏而导致黏度降低，当剪切力消失黏度又可恢复。这对于印刷过程中油墨在墨辊上的转移是有利的。

第三实施例：按配方称取66.6％的基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液，将占基于聚乙烯基二氧噻吩的导电聚合物水分散液5.0％的二甲基亚砜与之混合以提高导电性；称取22.2％的水性聚氨酯树脂，并加入占水性聚氨酯树脂8％的水性增稠剂与之混合，并用三辊研磨机研磨10min以均匀混合；0.8％的N，N-二甲基乙醇胺调节导电聚合物与二甲基亚砜的混合液pH为8.5～9，随后将其与经过增稠的水性聚氨酯树脂混合；再加入5.0％丙三醇以及一定量的消泡剂、流平剂等油墨助剂，均匀分散后即制得所需导电油墨(以上百分比均为体积分数)。上述水性增稠剂包括无机增稠剂、纤维素类、聚丙烯酸酯类、缔合型聚氨酯增稠剂中的任何一种或两种或两种以上的组合；上述无机增稠剂包括：膨润土、凹凸棒土、硅酸铝；上述纤维素类增稠剂包括：甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素；上述聚丙烯酸酯类增稠剂包括：水溶性的聚丙烯酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸的均聚物或共聚物乳液增稠剂。

表3 第三实施例的导电油墨性能参数

  项目  性能参数  检测标准   黏度(P/25℃)   659～124  BROOKFIELD  DV-II+Pro VISCOMTER  黏性  2.0  YQM-1B油墨粘性仪  pH值  8.5～9  表面张力(mN/m)  42.746  德国KRUSS K100   表面电阻(kΩ/cm²)  约80～1600根据厚度  可调  墨膜厚度(μm)  约0.8～3可调  附着力  100/100  GB/T12347.7-1991  耐热性  (25±1℃，24h)   17％

按照上述实施例制备的导电油墨具有剪切变稀的流变性，其黏度随剪切速率的变化曲线如图3所示。这是由于在高剪切速率下，树脂结构以及水性增稠剂与树脂的缔合结构遭到破坏而导致黏度降低，当剪切力消失黏度又可恢复。这对于印刷过程中油墨在墨辊上的转移是有利的。

在本发明的上述第一、第二、第三实施例中，水性聚氨酯树脂还可替换为同样含量的纤维素衍生物、改性油、改性聚丁二烯树脂、水性环氧树脂、水性醇酸树脂、水性氨基树脂、水性聚酯树脂、水性酚醛树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、聚乙烯醇树脂、水性有机硅树脂、水性有机氟树脂等其他水性高分子树脂。