一種可分散于弱溶劑中的納米銀粉及其制備導(dǎo)電油墨的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)電油墨制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可分散于弱溶劑中的納米銀粉及其制備導(dǎo)電油墨的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，印刷電子技術(shù)飛速發(fā)展，涉及印制電路、有機(jī)電子元器件、晶體管、顯示器、傳感器、光電管、電池、照明器件、導(dǎo)體和半導(dǎo)體等領(lǐng)域。印刷電子的關(guān)鍵材料是電子油墨，其中導(dǎo)電油墨是最為常見(jiàn)和基礎(chǔ)的電子油墨，其品質(zhì)決定了印刷電子器件的性能。納米銀作為目前重要的導(dǎo)電填料，成為全球?qū)щ娪湍I(lǐng)域研發(fā)熱點(diǎn)之一。
[0003]目前開(kāi)發(fā)以及市場(chǎng)存在的納米銀導(dǎo)電油墨主要是水性導(dǎo)電油墨和溶劑型導(dǎo)電油墨。水性導(dǎo)電油墨中的主要成分是水，其揮發(fā)速度慢，由水性導(dǎo)電油墨印刷的電路不易干燥，要求承印介質(zhì)有專門(mén)的涂層，因此水性導(dǎo)電油墨制備的電子電路相對(duì)耐候性較差，長(zhǎng)時(shí)間在潮濕環(huán)境中使用無(wú)法保障其性能的長(zhǎng)期穩(wěn)定。溶劑型納米銀導(dǎo)電油墨其主要以長(zhǎng)鏈烷基酸(十二烷基酸、十六烷基酸)、長(zhǎng)鏈烷基胺(十二烷基胺、十六烷基胺)以及長(zhǎng)鏈烷基苯磺酸(十二烷基苯磺酸)作為包覆劑，這一類(lèi)納米銀作為導(dǎo)電填料配制導(dǎo)電油墨主要基于苯類(lèi)(甲苯、二甲苯等)及烷烴(正己烷、環(huán)己烷及十四烷等)作為溶劑，但其最大的問(wèn)題就是環(huán)境污染嚴(yán)重，油墨中可揮發(fā)有機(jī)物含量高，從環(huán)保的角度考慮，其應(yīng)用會(huì)逐漸受到限制，而且使用Xaar、Spectra的噴頭采用該類(lèi)溶劑型導(dǎo)電油墨制備的電路的精度都比較低。
[0004]弱溶劑油墨，又稱環(huán)保溶劑油墨，介于水性油墨和溶劑型油墨之間，兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有安全性高、揮發(fā)性低、毒性低、閃點(diǎn)高等優(yōu)點(diǎn)，近幾年作為一種新型環(huán)保油墨，引起人們的廣泛關(guān)注。弱溶劑油墨可用于無(wú)涂層的承印基材，耐紫外線，耐潮濕，適合戶外；弱溶劑油墨和溶劑型油墨相比，最大的優(yōu)勢(shì)是對(duì)環(huán)境友好，體現(xiàn)在易揮發(fā)物的減少和不使用有毒害有機(jī)溶劑，在弱溶劑油墨印刷生產(chǎn)車(chē)間不再需要通風(fēng)裝置。
[0005]因此，開(kāi)發(fā)出一種環(huán)保、高精度和耐侯性好的弱溶劑中可分散的納米銀及其制備的導(dǎo)電油墨具有重要的研宄意義和潛在的市場(chǎng)價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)水性導(dǎo)電油墨的耐侯性差，溶劑型導(dǎo)電油墨環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀，提供了一種在環(huán)保型弱溶劑中可分散的納米銀粉，以及基于該銀粉制備的導(dǎo)電油墨。
[0007]本發(fā)明采用在水和弱溶劑中都可溶解的分散劑，以醇胺類(lèi)材料作為還原劑制備單分散納米銀，并采用超濾純化和噴霧干燥的工藝得到了納米銀粉，該納米銀粉可以在弱溶劑中分散，從而制得弱溶劑納米銀導(dǎo)電油墨。
[0008]本發(fā)明所述的可分散于弱溶劑中的納米銀粉的制備方法為:
[0009](I)將l-15g銀鹽前體溶解于10-120mL溶劑中，充分溶解得到銀鹽溶液；
[0010](2)將l-60g分散劑溶解于10-200mL溶劑中，攪拌至完全溶解，得到分散劑溶液；
[0011](3)將0.5-20g還原劑溶解于10-120mL溶劑中，攪拌至完全溶解，得到還原劑溶液；
[0012](4)將步驟⑵得到的分散劑溶液與步驟(I)得到的銀鹽溶液混合，100-500rpm恒速攪拌，混合均勾;
[0013](5)在20_90°C以及攪拌條件下，將步驟(3)得到的還原劑溶液以恒流方式滴加到步驟(4)得到的混合溶液中，反應(yīng)120-600min后得到銀納米粒子分散液；
[0014](6)將步驟(5)得到的銀納米粒子分散液進(jìn)行超濾膜循環(huán)分離，最后經(jīng)過(guò)離心噴霧干燥制備得到可分散于弱溶劑中的納米銀粉。
[0015]所述的銀鹽前體選自硝酸銀、醋酸銀、硫酸銀、草酸銀、十二烷基酸銀、蘋(píng)果酸銀中的一種或幾種。
[0016]所述的分散劑是水和弱溶劑兩用分散劑。
[0017]所述的分散劑具體選自德國(guó)Silcona公司的HLD-8分散劑，PARTNER公司的W-S90分散劑，EONLEO公司的EL-W604分散劑，德謙公司的904分散劑，BYK公司的B-180、B_4500、B-4509、B-22255分散劑，上海三正公司的12B、10S、12W_A分散劑中的一種或幾種。
[0018]所述的還原劑為醇胺類(lèi)還原劑。
[0019]所述的還原劑具體選自異丙醇胺、正丁醇胺、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、甲醇胺、正丙醇胺、二異丙醇胺、二苯丙醇胺、二甘醇胺、異丁醇胺、三異丁醇胺中的一種或幾種。
[0020]所述的溶劑選自去離子水、乙醇、異丙醇、丙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或幾種，優(yōu)選去離子水。
[0021]所述的超濾膜為陶瓷或纖維素濾膜，膜孔徑為10k_500k道爾頓。
[0022]將上述得到的可分散于弱溶劑中的納米銀粉用于制備導(dǎo)電油墨。
[0023]所述的導(dǎo)電油墨的組成為:可分散于弱溶劑中的納米銀粉10_80wt%，粘合劑
0-20wt %，弱溶劑15_90wt %，余量為助劑。
[0024]所述的粘合劑選自聚氨酯樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、氯醋樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯、環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或幾種。
[0025]所述的弱溶劑選自乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸脂、二丙二醇乙醚醋酸脂、二丙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇苯醚醋酸酯、丙二醇苯醚醋酸酯、甲基二丙醇醚醋酸酯、二甘醇單丁醚醋酸酯、一縮二丙二醇單甲醚、二縮三丙二醇單甲醚、萜品醇、三乙二醇單甲醚、三乙二醇單丁醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇單丁醚中的一種或幾種。
[0026]所述的助劑為油墨助劑，包括潤(rùn)濕劑、消泡劑、pH值調(diào)節(jié)劑、增稠劑、附著力促進(jìn)劑、觸變劑、流平劑、固化劑中的一種或幾種。
[0027]上述導(dǎo)電油墨的粘度可根據(jù)印刷工藝(主要包括數(shù)字噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、柔版印刷、凹版印刷、凹版-膠印印刷、壓印、EHD jetting、微接觸印刷等)的類(lèi)型進(jìn)行調(diào)整。
[0028]本發(fā)明所采用的分散劑不僅能夠在水中溶解，而且也能在弱溶劑中溶解，使得由該分散劑制得的納米銀粉可溶解在弱溶劑中，從而配制成弱溶劑導(dǎo)電油墨。本發(fā)明所制備的納米銀粉中銀納米粒子的粒徑為5-100nm，優(yōu)選30_50nm ;銀納米粒子表面包覆有分散劑，銀納米粒子含量不低于95wt %，銀鹽前體的轉(zhuǎn)化率為70-98 %。所制備的納米銀導(dǎo)電油墨環(huán)保、精度高、耐候性好，可分散于弱溶劑中，其表面張力范圍為10-90dynes/cm。由該導(dǎo)電油墨印制在基底表面的覆膜的方塊電阻范圍為0.01-10 Ω / 口。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的銀納米粒子分散液的紫外-可見(jiàn)吸收光譜。采用的紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的型號(hào)為島津UV-2600 (日本)。
[0030]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的納米銀粉的掃描電子顯微鏡照片。采用的掃描電子顯微鏡型號(hào)為JSM-7500F(日本)。
【具體實(shí)施方式】
[0031]實(shí)施例1
[0032]將1g硝酸銀溶解于10mL水中，至充分溶解；取25g PARTNER公司的W-S90分散劑溶解于150mL水中，攪拌至完全溶解后加入到上述硝酸銀溶液中10rpm恒速攪拌，混合均勻；然后，將5g的還原劑正丁醇胺加入到10mL水中，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?。在常溫下，將配制好的正丁醇胺溶液恒流滴加到上述配制的硝酸銀與PARTNER公司的W-S90分散劑的混合溶液中并攪拌，反應(yīng)480min后停止，得到銀納米粒子的分散液。
[0033]將上述制備得到的銀納米粒子的分散液進(jìn)行超濾膜循環(huán)分離，使用膜孔徑為30k道爾頓的陶瓷濾膜截留銀納米粒子，多余的分散劑及其他反應(yīng)后副產(chǎn)物作為廢棄的濾出液處理，殘留的銀納米粒子分散液經(jīng)過(guò)離心噴霧干燥得到納米銀粉。納米銀粉中納米銀的含量為98wt%，其余為納米銀顆粒表面包覆的分散劑。納米銀粉中銀納米粒子的粒徑為30.0 ±5.0nm，硝酸銀的轉(zhuǎn)化率為95%。
[0034]基于以上制備的納米銀粉35wt%，聚丙烯酸酯粘合劑3wt%，弱溶劑丙二醇甲醚醋酸醋55?1:%和二乙二醇丁醚醋酸醋6wt%，以及l(fā)wt%的畢克公司BYK-141消泡劑，制備得到可噴印的納米銀導(dǎo)電油墨。
[0035]實(shí)施例2
[0036]將12g醋酸銀溶解于120mL水中，至充分溶解；取40g德國(guó)Silcona公司HLD-8分散劑溶解于200mL水中，攪拌至完全溶解后加入到上述醋酸銀溶液中，500rpm恒速攪拌，混合均勻；然后將7g還原劑異丙醇胺加入到120mL水中，充分?jǐn)嚢柚镣耆芙?。?0°C條件下，將配制好的異丙醇胺的溶液恒流滴加到上述配制的醋酸銀與德國(guó)Silcona公司HLD-8分散劑的混合溶液中并攪拌，反應(yīng)360min后停止，得到銀納米粒子的分散液。
[0037]將上述制備得到的銀納米粒子的分散液進(jìn)行超濾膜循環(huán)分離，使用膜孔徑為80k道爾頓的陶瓷濾膜截留銀納米粒子，多余的分散劑及其他反應(yīng)后副產(chǎn)物作為廢棄的濾出液處理，殘留的銀納米粒子分散液經(jīng)過(guò)離心噴霧干燥得到納米銀粉。納米銀粉中納米銀的含量為96wt%，其余為納米銀顆粒表面包覆的分散劑。納米銀粉中銀納米粒子的粒徑為50.0 ±5.0nm，醋酸銀的轉(zhuǎn)化率為88%。
[0038]基于以上制備的納米銀粉55wt%重量份，氯醋