非电解质类高分子湿敏树脂及其制备方法及基于湿敏树脂制备的导电油墨和湿敏传感器技术

本发明专利技术属于高分子材料技术领域，涉及非电解质类高分子湿敏树脂及其制备方法及基于湿敏树脂制备的导电油墨和湿敏传感器。非电解质类高分子湿敏树脂通过以下方法制备获得：将聚乙二醇类单体与丙烯酸类单体在溶有催化剂的溶剂中进行第一步反应获得亲水化合物；将亲水化合物与偶联剂、丙烯酸酯类单体和/或含乙烯基类单体在含有引发剂的溶剂中进行第二步反应获得湿敏树脂。湿敏树脂与导电材料进行研磨混合制成导电油墨，将导电油墨印刷于含叉指电极的陶瓷基片上形成湿敏膜，从而制备出在高温高湿环境下具有极佳稳定性的结露传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种非电解质类高分子湿敏树脂及其制备方法，以及基于湿敏树脂制备形成的导电油墨和结露传感器。
技术介绍
湿度传感器是用于测试空气中水分含量的一种常用工具，它可将所测环境的湿度信号转换为便于处理、显示、记录的电信号，是一种重要的传感器。由于以往的湿度传感器价格过于昂贵，所以其只是应用于一些特殊领域，如军事、气象等。随着技术的发展和人们生活水平的提高，现在的湿度传感器在各行各业及很多生活场所都有应用。其中利用高分子湿敏材料制成湿度传感器是目前较为热门的一个领域，而电阻型高分子湿度传感器在目前应用尤为普遍，湿度传感器的基片上覆盖一层由高分子湿敏材料制成的感湿膜，高分子湿敏材料在不同湿度环境下吸收的水分不同而引起的电阻值差异，从而利用这一特性来检测空气中的水分。用于电阻型湿度传感器的高分子湿敏材料一般为含有季铵盐、磺酸盐等一些高分子电解质，其工艺简单、易于批量生产、价格低廉，从而被大量应用，但是，由于这些盐类物质在高温高湿下容易分解流失，造成其稳定性不高，所以，以这些高分子电解质应用到电阻型湿度传感器中只能在一些要求不高的环境下使用，不能满足在高温高湿（70%RH~100%RH）--接近露点的条件下应用。因此，有必要对现有技术进行改进。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在高温高湿下环境下具有优异稳定性的非电解质类高分子湿敏树脂，以及基于此湿敏树脂制备的导电油墨和结露传感器。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下方案实现：一种非电解质类高分子湿敏树脂的制备方法，包括如下步骤：S1：将聚乙二醇类单体与丙烯酸类单体在溶有催化剂的溶剂中进行酯化反应，得亲水化合物；S2：步骤S1的亲水化合物与偶联剂、丙烯酸酯类单体和/或含乙烯基类的单体在含有引发剂的溶剂中进行共聚反应，得湿敏树脂。利用电解质类高分子湿敏材料制备的湿度传感器，由于电解质类高分子湿敏材料的导电要形成离子，因此在高温高湿的环境下容易导致离子的流失及材料的分解。因此本专利技术采用聚乙二醇类单体和丙烯酸类单体进行酯化反应，使得产物带有可反应的碳碳双键，再跟带有其它特殊功能的丙烯酸酯类单体和/或含乙烯基类单体进行共聚制备出非电解质湿敏树脂，结合导电材料，避免了离子流失的问题，使得利用其所制备的湿度传感器在高湿环境下具有优越的稳定性和灵敏度。步骤S1中：所述聚乙二醇类单体为甲氧基聚乙二醇400、甲氧基聚乙二醇600，甲氧基聚乙二醇2000、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇2000中的一种或几种；本专利技术选用的这几个系列的甲氧基聚乙二醇和聚乙二醇的分子量更加适合与其它组分进行反应，使得制备的树脂粘度适中，便于与后续导电材料的混合均匀和后续的印刷。所述丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种；步骤S1中，所述溶剂为甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯乙烷中的一种或几种；所述催化剂为磷酸、浓硫酸、对甲苯磺酸中的一种或几种。步骤S2中：所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷的一种或几种。本专利技术选用的偶联剂能改善与无机填充剂的界面性能，尤其利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂配合其它组分，可以显著提高聚合物和导电材料的粘结性及透气性，加速树脂吸水和脱水，从而提高结露传感器的响应速度。所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或几种；所述含乙烯基类单体为苯乙烯、醋酸乙烯酯中的一种或两种。甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯可以作为硬单体，赋予聚合物耐磨性和耐热性；丙烯酸丁酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸异辛酯作为软单体，可以聚合物提高耐寒性；用带有羟基的丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯的作为功能单体，可以提高聚合物的对水的敏感性及对基材的附着力；用甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚作为内交联剂，可以提高聚合物的耐热性、耐水性和耐化学品性。步骤S2中，所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二甲基亚砜中的一种或几种。所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化二碳酸二异丙酯、过氧化环己酮、过氧化月桂酰中的一种或几种。进一步的，步骤S1中，所述聚乙二醇类单体、丙烯酸类单体、溶剂和催化剂按重量份计分别为35~50份、10~35份、25~50份、0.1~2份；步骤S2中，所述亲水化合物、偶联剂、丙烯酸酯类单体和/或含乙烯基类单体、溶剂、引发剂按重量份计分别为25~45份、1~5份、15~25份、25~50份、0.1~2份。再进一步的，步骤S1反应条件为温度80~150℃下反应5~15h；步骤S2反应条件为温度55~85℃下反应5~25h。专利技术人通过大量的试验，通过不同材料、不同用量及不同工艺进行考查，最终使得制备的湿敏树脂应用到湿度传感器时具备优越的性能表现。一种导电油墨，包括如下重量份的各组分混合研磨而成：上述方法所制备的湿敏树脂20~50份，溶剂30~80份和导电材料10~20份。制备导电油墨中的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、乙二醇苯醚、丙二醇甲醚、丙二醇丁醚、二甲基亚砜中的一种或几种。所述导电材料为金粉、银粉、铜粉、石墨、炭黑、碳素纤维、镍粉中的一种或几种。一种结露传感器，包括陶瓷基片、叉指电极和感湿膜，所述叉指电极设置在陶瓷基片上，所述感湿膜设置在含有叉指电极的陶瓷基片上，其由上述导电油墨印刷而成。所述结露传感器通过如下方法制备：将上述导电油墨印刷在带有叉指电极的陶瓷基片上，于温度120~150℃下烘烤5~25min而成。导电油墨印刷于陶瓷基片上形成透气性强的湿敏膜，印刷方式可以采用丝印方式，由此制备出湿度传感器。由于所制备出来的湿度传感器在高温高湿条件下具有很好的稳定性，主要针对高湿接近露点环境下使用，故称之为结露传感器。本专利技术所制备的结露传感器随着空气湿度的升高，吸水量加大，电阻会变大，而传统的电解质类高分子湿敏材料制备的湿敏传感器，随着空气湿度的升高，吸水量加大，电阻会变小。高湿下，电阻变大，阻值的数量级会比较大，使数据的变化更明显，更容易测量，因此，本专利技术的结露传感器在高湿下测试的相对湿度值更精确。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术所提及的各组分获取容易，价格低廉，湿敏树脂的制造工艺简单，适合批量生产；2、本专利技术所制备的结露传感器，在高湿条件下（70%RH~100%RH），具有很高的灵敏度，较小的湿滞（小于1%RH）和快速响应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非电解质类高分子湿敏树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将聚乙二醇类单体与丙烯酸类单体在溶有催化剂的溶剂中进行酯化反应，得亲水化合物；S2：将步骤S1的亲水化合物与偶联剂、丙烯酸酯类单体和/或含乙烯基类单体在含有引发剂的溶剂中进行共聚反应，得湿敏树脂。

【技术特征摘要】
1.一种非电解质类高分子湿敏树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将聚乙二醇类单体与丙烯酸类单体在溶有催化剂的溶剂中进行酯化反应，得亲水化合物；S2：将步骤S1的亲水化合物与偶联剂、丙烯酸酯类单体和/或含乙烯基类单体在含有引发剂的溶剂中进行共聚反应，得湿敏树脂。2.根据权利要求1所述的非电解质类高分子湿敏树脂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述聚乙二醇类单体为甲氧基聚乙二醇 400、甲氧基聚乙二醇 600、甲氧基聚乙二醇2000、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇2000中的一种或几种；所述丙烯酸类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种或两种；所述溶剂为甲苯、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯乙烷中的一种或几种；所述催化剂为磷酸、浓硫酸、对甲苯磺酸中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的非电解质类高分子湿敏树脂的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、巯丙基三甲氧基硅烷、乙二胺丙基三乙氧基硅烷、乙二胺丙基甲基二甲氧基硅烷的一种或几种；所述丙烯酸酯类单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、烯丙基缩水甘油醚、甲基丙烯酸异冰片酯中的一种或几种；所述含乙烯基类单体为苯乙烯、醋酸乙烯酯中的一种或两种；所述溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、醋酸乙酯、醋酸丁酯、丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、...

【专利技术属性】
技术研发人员：许赵武，
申请(专利权)人：广州海谷电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44