專利名稱：一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非金屬碳類導(dǎo)電漿料(油墨)，尤其是一種疏水祐親水型納米 微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料，適用于精密油墨印刷，特別是絲網(wǎng)印刷技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷技術(shù)隨著新興導(dǎo)電漿料的發(fā)展為電子行業(yè)提供了新的發(fā)展 和應(yīng)用機遇，因其靈活多變，用材節(jié)省，導(dǎo)電碳漿料在電子行業(yè)首先得到了長足 發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域包括玩具線路,太陽能光伏電池，手機屏蔽等等，也用于各種國 防，航天航空屏蔽材料。近期，導(dǎo)電漿料在環(huán)保節(jié)能以及建材方面又有了新的發(fā) 展。目前導(dǎo)電油墨包括碳漿油墨的生產(chǎn)大多用高分子材料作為導(dǎo)電材料的載體， 即導(dǎo)電碳作為分散相懸浮在高分子材料中，鑒于材料的物理穩(wěn)定性以及印刷精度 和精細(xì)度要求越來越高，對高分子材料質(zhì)量要求也高了。技術(shù)難點在于，高分子 材料本身和碳是兩種材料，在微觀相態(tài)是處于物理結(jié)構(gòu)上的分離狀態(tài)，隨著放置
時間的延長，會出現(xiàn)相同物質(zhì)不斷微觀相態(tài)聚集現(xiàn)象，這就是微觀上相分離。目 前多采用高分子材料過量和提高黏度的方法解決相分離問題，這樣會破壞了碳漿 料的導(dǎo)電特性。為了保持碳漿料的微觀相態(tài)的一致性和良好的導(dǎo)電特性，又必須 采用提高導(dǎo)電碳材料濃度的方法，這樣又會使得因為欠缺高分子粘合作用，微觀 相態(tài)非常不均勻，產(chǎn)品中會產(chǎn)生許多孔洞和空洞，影響質(zhì)量同時也影響向超細(xì)度 印刷電路節(jié)省原材料的方向發(fā)展。近年來，導(dǎo)電漿料又有了新的應(yīng)用領(lǐng)域干酶 電化學(xué)方法研發(fā)的生物傳感器，其中用到導(dǎo)電漿料制作的電極，通常是用導(dǎo)電碳
漿料通過絲網(wǎng)印刷方法生產(chǎn)的。然而， 一個沒有解決的問題是導(dǎo)電碳油墨的疏水 性問題。目前碳漿料均是采用有機高分子粘合劑把分散的導(dǎo)電碳粉連接起來(為 此，高分子也稱連接料)而成。這樣材料本身是疏水性的，和干酶法生產(chǎn)生物傳 感器電極要求的親水性不符，因此，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種疏水和親水型納米 微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料及其制備方法，它包括有高分子材料、復(fù)合溶劑、和 導(dǎo)電碳粉粒三部分組成，其中高分子材料是兩種以及兩種以上的高分子組成，在復(fù)合溶劑中，高分子完全相容，形成均勻相態(tài)，印刷到基版上干燥后的固態(tài)，不論 是使用兩種或兩種以上的高分子合金技術(shù)，都會形成微相半分離型準(zhǔn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。對 于產(chǎn)品性能需要親水性能時，在微相相分離的界面形成納米級親水膜。 微觀相半分離高分子材料體系原理
兩種高分子之間的相容性可以用溶度參數(shù)判斷。可以用下面公式表述
肌=Vm "2[S廣S2]2 其中APi是混合熱焓，V^是混合體積，d^和d>2是高分子1和2的混合體 積含量，S ,和S 2是高分子1和2的溶度參數(shù)。
兩種高分子的相容性，取決于兩種高分子溶度參數(shù)的相近程度.如果 S 1= S 2兩種高分子完全相容，如果兩者的溶度參數(shù)相差越遠(yuǎn)，兩者的相容性就 越差。微相半分離型導(dǎo)電碳油墨的發(fā)明，既是基于這一原理，有效地控制復(fù)合體 系的高分子載體的相容性達(dá)到控制碳微粒形成納米微米級多層次準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀結(jié) 構(gòu)。
親水性納米材料改善親水性能
以上的微觀相半分離高分子材料體系在高分子和碳粉顆粒有著宏觀均勻而 微觀相態(tài)分離結(jié)構(gòu)模式，這種微觀相分離狀態(tài)，產(chǎn)生了眾多不同微觀相態(tài)之間的 界面。為此，加入納米級表面活性劑，改善親水性能。這種納米級表面活性劑在 同一個分子鏈上，有著兩端兼具兩個截然不同物理性能分子結(jié)構(gòu)，其中一端是柔 性分子鏈而且具有親水性能。這樣的納米級表面活性劑,會在高分子材料和碳粉 粒的界面形成一定數(shù)量的納米級別親水膜，從而使得生產(chǎn)的產(chǎn)品由疏水型變?yōu)橛H 水性型。 —
本發(fā)明是以如下技術(shù)方案實現(xiàn)的一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo) 電碳漿料及其制備方法，其特征是它包括有高分子材料、復(fù)合溶劑、和導(dǎo)電碳粉 粒三部分組成，高分子材料用量4-15% 復(fù)合溶劑用量30-70% 導(dǎo)電碳粉 20-70%,其它添加劑適量。
所述的高分子材料是由一種，兩種或兩種以上高分子組成，其溶度參數(shù)在9.0 —11.0 (卡°5厘米—不同高分子之間的溶度參數(shù)差別小于(至少等于)1.5 (卡 °5厘米-15)，最為理想的高分子的溶度參數(shù)要大于(至少等于)9.3 (卡°'5厘米—")， 小于(至少等于)10.3 (卡"厘米—")不同高分子之間的高分子的溶度參數(shù)差別 小于(至少等于)0.7 (卡°5厘米—15 ).所述的高分子材料可以是共聚物和非共聚物結(jié)構(gòu)，其高分子長鏈的重復(fù)單元包括，氯乙烯，二氯乙烯，醋酸乙烯脂，甲基丙 烯酸甲脂，垸基脂，丙烯酸垸基脂，丙稀腈，乙烯醇，氨基樹脂，酚醛樹脂，高 分子包括并不限于天然纖維，改性纖維素，聚氨酯。
所述的高分子樹脂體材料包括熱塑性和熱固性，其中熱固性高分子體是由小分 子通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生并與導(dǎo)電碳粉粒一起形成納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料。
所述的復(fù)合溶劑由至少兩種溶劑組分組成，包括并不限于，垸基酮，芳香酮， 含有垸基的乙烯醇醚類和脂類，混合型乙醇醚溶劑，正-甲基吡咯垸酮，1,3-二 甲基丙撐脲，1，4-二氧六環(huán)，N,N-二甲基苯胺，N-甲基吡咯烷酮，二氧六環(huán)， 二乙二醇丁醚，二乙二醇丁醚醋酸酯，二乙二醇二甲醚，二乙二醇甲醚，二乙二 醇乙醚，石油精溜后混合溶劑三乙二醇甲醚，三乙二醇乙醚，四氫糠醇，四氫呋 喃，乙二醇單丁醚，乙二醇單甲醚，乙二醇二甲醚， 2, 2, 4-Trimethyl-1, 3—pentanediolmonoisobutyrate, propanoic acid, Isobutyric acid 4-methyl_2_oxo-2H-chromen-7-yl ester, Isobutyric acid 14-methyl_2_propoxy_ Ethyl ester, Terpineol，Dibutyl phthalate， Di_n-octyl phthalate, 2-(2-Butoxyethoxy) ethyl acetate, Di(ethylene glycol) 2-ethylhexyl ether acrylate, Diethylene glycol monoethyl ether acetate, Diethylene glycol dibutyl ether。 .，
所述的導(dǎo)電碳粉粉粒不大于10微米(micrometer),其顆粒分布范圍大， 理想分布范圍從100納米到5微米。其中不小于50%幾何形狀是非規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)。
所述的復(fù)合溶劑是能生物降解的環(huán)保型無毒溶劑，包括，二價酸酯混合物， 其主要成分是丁二酸二甲酯Cli300C(CH2) 200CH3、戊二酸二甲酯CH300C(CH2) 3、 已二酸二甲酯CH300C (4C00CH3)，也包括醇醚類CH3 (CH2) 30CH2CH20H, CH3(CH2)3(0CH2CH2)20H 和醚酯類，CH3(CH2)30CH2CH20C0CH3 和 CH3CH20CH2CH20CH2CH20C0CH3。
所述的疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料方法，其特征是按
如下步驟進(jìn)行
(1) 在高效混合釜中，由復(fù)合溶劑首先把兩種和兩種以上的高分子完全溶解；
(2) 混合釜產(chǎn)生負(fù)壓； ，
(3) 把納米和/或微米級導(dǎo)電碳粉粒通過一個定量導(dǎo)管或隧道，吸入到混合 釜；(4) 然后用高效混合釜(如雙位攪拌器，即是同一個混合釜有兩個大小不同 的攪拌混合器)把導(dǎo)電碳粉粒充分混合均勻。
(5) 在混合步驟完成后，還可以進(jìn)一步細(xì)化，通過反復(fù)使用三輥密煉機，不 少于2次密煉過程。
本發(fā)明的優(yōu)點是它包括有高分子材料、復(fù)合溶劑、和導(dǎo)電碳粉粒三部分組
成，其中高分子材料是兩種以及兩種以上的高分子組成，在復(fù)合溶劑中，高分子 完全相容，形成均勻相態(tài)，印刷到基版上干燥后的固態(tài)，不論是使用兩種或兩種 以上的高分子合金技術(shù)，都會形成微相半分離型準(zhǔn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。使得印刷電路形成 納米微米多層次定向準(zhǔn)連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低具有絕緣性能的高分子材料的使用 量，提高了導(dǎo)電印刷電路的質(zhì)量穩(wěn)定性，消除了產(chǎn)生微觀孔洞和空洞缺陷，同時 為精細(xì)印刷電路提供了高效率和高質(zhì)量的高級導(dǎo)電油墨，對使用性能需要親水性 能的導(dǎo)電碳漿料，使其具有雙重性能，既有油墨的所謂"油性"又有形成產(chǎn)品后 的親水性。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明
實施例1:
高分子PMMA (商品名Elvacite 2016 ,溶度參數(shù)9. 3卡°5厘米—15) 3.0% 高分子Poly[(vinyl acetate)-(vinyl alcohol)溶度參數(shù)9.6卡"厘米一1] (商品名UCAR Solution VinylVAGH) 6.0%
溶齊lj Di (propylene glycol) methyl ether acetate, CH3C02C3H60C3H60CH3 (商 '品提供商Aldrich) 9%
石油裂解復(fù)合溶劑(商品名BAS-90 petroleum distillate) 50% 導(dǎo)電碳粉(商品提供商American Carbon) 32% 表面活性劑(商品提供商3M, FC170C) 2% 其它添加劑適量。
權(quán)利要求
1、一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料及其制備方法，其特征是它包括有高分子材料、復(fù)合溶劑、和導(dǎo)電碳粉粒三部分組成，高分子材料用量4-15％復(fù)合溶劑用量30-70％導(dǎo)電碳粉20-70％其它添加劑適量。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳 漿料及其制備方法，其特征是所述的高分子材料是由一種，兩種或兩種以上高 分子組成，其溶度參數(shù)在9.0 —11.0(卡()5厘米-15)，不同高分子之間的溶度參 數(shù)差別小于(至少等于)1.5(卡。5厘米—15),最為理想的高分子的溶度參數(shù)要大 于(至少等于)9.3 (卡"厘米—15 ),小于(至少等于)10.3 (卡"厘米—15) 不同高分子之間的高分子的溶度參數(shù)差別小于(至少等于)0.7 (卡"厘米—15)， 所述的高分子材料可以是共聚物和非共聚物結(jié)構(gòu)，其高分子長鏈的重復(fù)單元包 括，氯乙烯，二氯乙烯，醋酸乙烯脂，甲基丙烯酸甲脂，烷基脂，丙烯酸烷基脂， 丙稀腈，乙烯醇，氨基樹脂，酚醛樹脂，高分子包括并不限于天然纖維，改性 纖維素，聚氨酯。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳 槳料及其制備方法，其特征是所述的高分子、樹脂體材料包括熱塑性和熱固性， 其中熱固性高分子體是由小分子通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生并與導(dǎo)電碳粉粒一起形成納 米微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳 漿料及其制備方法，其特征是所述的復(fù)合溶劑由至少兩種溶劑組分組成，包括并不限于，垸基酮，芳香酮，含有烷基的乙烯醇醚類和脂類，混合型乙醇醚溶劑， 正-甲基吡咯垸酮，1,3-二甲基丙撐脲，1,4-二氧六環(huán)，N，N-二甲基苯胺，N-甲 基吡咯垸酮，二氧六環(huán)，二乙二醇丁醚，二乙二醇丁醚醋酸酯，二乙二醇二甲 醚，二乙二醇甲醚，二乙二醇乙醚，石油精溜后混合溶劑三乙二醇甲醚，三乙二 醇乙醚，四氫糠醇，四氫呋喃，乙二醇單丁醚，乙二醇單甲醚，乙二醇二甲醚， 2，2，4-Trimethy1-1，3-pentanedio1 ， propanoic acid, Isobutyric acid 4-methy1-2-oxo-2H-chromen-7-yl ester， Isobutyric acid14-raethyl-2-propoxy- Ethyl ester， Terpineol，Dibutyl phthalate， Di-n-octyi phthalate, 2-(2-Butoxyethoxy)ethyl acetate, Di(ethylene glycol) 2-ethylhexyl ether acrylate， Diethylene glycol monoethyl ether acetate, Diethylene glycol dibutyl ether。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳 漿料及其制備方法，其特征是:所述的導(dǎo)電碳粉粉粒不大于10微米(micrometer)， 其顆粒分布范圍大，理想分布范圍從100納米到5微米。其中不小于50%幾何形 狀是非規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳 漿料及其制備方法，其特征是所述的復(fù)合溶劑是能生物降解的環(huán)保型無毒溶劑， 包括，二價酸酯混合物，其主要成分是丁二酸二甲酯CH300C(CH2)200CH3、 戊二酸二甲酯CH300C(CH2)3、已二酸二甲酯CH300C(4COOCH3)，也包括 醇醚類CH3(CH2)30CH2CH20H, CH3(CH2)3(OCH2CH2)20H和醚酯類， CH3(CH2)30CH2CH20COCH3和CH3CH20CH2CH20CH2CH20COCH3。
7、 一種制備權(quán)利要求1所述的一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料的方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行(1) 在高效混合釜中，由復(fù)合溶劑首先把兩種和兩種以上的高分子完全溶解；(2) 混合釜產(chǎn)生負(fù)壓；(3) 把納米和/或微米級導(dǎo)電碳粉粒通過一個定量導(dǎo)管或隧道，吸入到混合. 釜；(4) 然后用高效混合釜(如雙位攪拌器，即是同一個混合釜有兩個大小不同的攪拌混合器)把導(dǎo)電碳粉粒充分混合均勻。(5) 在混合步驟完成后，還可以進(jìn)一步細(xì)化，通過反復(fù)使用三輥密煉機，不 少于2次密煉過程。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種非金屬碳類導(dǎo)電漿料(油墨)，尤其是一種疏水和親水型納米微米級微相半分離導(dǎo)電碳漿料，適用于精密油墨印刷，特別是絲網(wǎng)印刷技術(shù)領(lǐng)域。它包括有高分子材料、復(fù)合溶劑、和導(dǎo)電碳粉粒三部分組成，其中，高分子材料體系是由至少兩種高分子組成，其溶度參數(shù)在9.0-11.0(卡^0.5厘米^-1.5)，不同高分子之間的溶度參數(shù)差別小于(至少等于)1.5(卡^0.5厘米^-1.5)。其疏水和親水的構(gòu)成在于有無表面活性劑，表面活性劑的尺寸在5納米到100納米之間。
文檔編號H01B13/00GK101599313SQ20091003256
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月2日
發(fā)明者張祥成 申請人:張祥成