水性石墨烯导电油墨组合物、水性石墨烯导电油墨及其制备方法和应用技术

本公开涉及一种水性石墨烯导电油墨组合物、水性石墨烯导电油墨及其制备方法和应用。所述组合物包含导电单元、连接剂、助剂和水；相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述导电单元的含量为5

【技术实现步骤摘要】
水性石墨烯导电油墨组合物、水性石墨烯导电油墨及其制备方法和应用


[0001]本公开涉及印刷电子材料
，特别涉及一种水性石墨烯导电油墨组合物、水性石墨烯导电油墨及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]导电油墨是在高分子聚合物材料中加入导电填料粉末，如碳黑、石墨、银、铜等，形成的一种复合型导电高分子材料，被广泛应用于印刷电路板、薄膜开关、REID射频识别、印刷电阻等。按导电填料性质的不同，导电油墨可分为金系导电油墨、银系导电油墨、铜系导电油墨和碳系导电油墨等，金系导电油墨综合性能优良，但价格高，应用范围仅局限于厚膜集成电路等有特殊要求的产品。银系导电油墨导电性仅次于金粉，但对温度比较敏感，温度高导电能力强，反之则差。铜系导电油墨使用较为广泛，性价比高，但是存在易氧化的缺点。碳系导电油墨价格低廉，不易氧化，性能稳定，但导电性相对较差。
[0003]目前，碳系导电油墨使用的导电填料主要有导电石墨、乙炔黑、碳黑、碳纳米管、石墨烯等，其主要应用于印刷电阻和薄膜开关中。石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。以石墨烯作为导电填料制备得到的导电油墨具有良好的导电性和印刷性，与金属系导电油墨，如金系、银系、铜系等导电油墨相比，石墨烯导电油墨具有巨大的成本优势；与传统的碳系导电油墨产品相比，石墨烯导电油墨在导电性能方面又具有显著的优势。
[0004]由于目前石墨烯导电油墨中石墨烯片层与片层之间相互作用导致其导电性能还不能达到要求，同时还存在性能不稳定的缺陷。而提高油墨导电性的主要措施是增加导电剂的含量，一般达到30
‑
95重量份，这虽然能够大幅度提高了油墨的导电性，但在实际使用过程中，由于导电剂的含量过高，涂膜的施工性能、外观质量以及使用稳定性等性质较差，涂膜柔韧性和附着力差，易产生微裂纹和脱落等现象，而且溶剂型油墨含有大量有毒有害的挥发性有机物，严重地影响人类身体健康和环境污染。

技术实现思路

[0005]本公开所要解决的技术问题在于如何降低导电剂含量的同时又提高石墨烯导电油墨的导电性，在此提供了一种水性石墨烯导电油墨组合物、水性石墨烯导电油墨及其制备方法和应用，该导电油墨具有导电剂含量低、力学性能好和高导电性的优点。
[0006]本公开第一方面提供一种水性石墨烯导电油墨组合物，该组合物包含导电单元、连接剂、助剂和水；相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述导电单元的含量为5
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20重量份，所述连接剂的含量为20
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25重量份，所述助剂的含量为5
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10重量份，所述水的含量为45
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70重量份；其中，所述导电单元包含石墨烯和改性导电炭黑。
[0007]可选地，相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述导电单元的含量为8
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15重量份，优选为10
‑
12重量份；
[0008]所述导电单元还包含导电石墨粉，所述石墨烯、所述改性导电炭黑和所述导电石墨粉的重量比为1：(1～2)：(0.5～1.5)，所述石墨烯与所述改性导电炭黑的重量比为1：(1～4)；
[0009]其中，所述石墨烯的平均粒径为10～30μm，所述改性导电炭黑的平均粒径为5～25μm。所述导电石墨粉的平均粒径为5～18μm。
[0010]可选地，所述改性导电炭黑为采用过硫酸铵溶液进行表面氧化改性的导电炭黑。
[0011]可选地，所述表面氧化改性的步骤包括：将过硫酸铵溶液与导电炭黑混合后进行超声、搅拌和干燥，得到所述改性导电炭黑；
[0012]其中，相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述过硫酸铵的含量为14
‑
16重量份，所述水的含量为28
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32重量份，所述导电炭黑的含量为1
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5重量份；
[0013]所述超声的条件包括：超声设备额定功率为3000W、工作频率为20
±
1kHz、超声时间为2
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4h；
[0014]所述搅拌的条件包括：搅拌速率为500
‑
1000rpm，搅拌时间为12
‑
48h；
[0015]所述干燥的条件包括：干燥温度为30
‑
60℃，干燥时间为6
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12h。
[0016]可选地，所述连接剂为水性聚合物乳液；所述水性聚合物乳液选自水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯乳液和水性环氧树脂乳液中的一种或几种；
[0017]所述助剂选自消泡剂、流平剂、分散剂和偶联剂中的一种或几种；
[0018]相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述消泡剂的含量为0.5
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2重量份，所述流平剂的含量为0.5
‑
1.5重量份，所述分散剂的含量为3
‑
6重量份，所述偶联剂的含量为0.5
‑
1重量份；
[0019]所述消泡剂选自聚二甲基硅氧烷和/或聚醚硅氧烷共聚物；
[0020]所述流平剂选自离子型丙烯酸共聚物、非离子型丙烯酸共聚物和聚醚改性有机硅中的一种或几种；
[0021]所述分散剂选自聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚羧酸钠、聚羧酸铵、疏水改性聚羧酸钾、自乳化改性聚丙烯酸酯、脂肪酸改性聚酯、辛基酚聚氧乙烯醚、乙氧基脂肪酸、乙氧基支链醇中的一种或几种；
[0022]所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、双金属偶联剂和铬络合物中的一种或几种。
[0023]本公开第二方面提供一种采用本公开第一方面所述的水性石墨烯导电油墨组合物制备水性石墨烯导电油墨的方法，该方法包括：将所述石墨烯、所述改性导电炭黑和助剂混合均匀，加入连接剂进行搅拌，即得到水性石墨烯导电油墨。
[0024]可选地，该方法包括以下几个步骤：
[0025](1)将所述石墨烯、分散剂与水混合并进行超声分散，直到D50粒径小于10μm，D90粒径小于15μm，得到预处理的水性石墨烯分散液；
[0026](2)将所述水性石墨烯分散液、改性导电炭黑、导电石墨粉、消泡剂、偶联剂和分散剂混合并搅拌，得到第一混合物；将所述第一混合物研磨，直到D50粒径小于5μm，D90粒径小于10μm进行过滤，得到水性导电浆料；
[0027](3)将所述水性导电浆料与连接剂、流平剂混合并搅拌，即得到水性石墨烯导电油墨；
[0028]其中，所述改性导电炭黑为采用过硫酸铵溶液对导电炭黑进行表面氧化改性得到的；所述表面氧化改性的步骤包括：将过硫酸铵与水混合进行稀释，加入导电炭黑超声并搅拌，干燥后得到改性导电炭黑。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水性石墨烯导电油墨组合物，其特征在于，所述组合物包含导电单元、连接剂、助剂和水；相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述导电单元的含量为5
‑
20重量份，所述连接剂的含量为20
‑
25重量份，所述助剂的含量为5
‑
10重量份，所述水的含量为45
‑
70重量份；其中，所述导电单元包含石墨烯和改性导电炭黑。2.根据权利要求1所述的水性石墨烯导电油墨组合物，其特征在于，相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述导电单元的含量为8
‑
15重量份，优选为10
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12重量份；所述导电单元还包含导电石墨粉，所述石墨烯、所述改性导电炭黑和所述导电石墨粉的重量比为1：(1～2)：(0.5～1.5)，所述石墨烯与所述改性导电炭黑的重量比为1：(1～4)；其中，所述石墨烯的平均粒径为10～30μm，所述改性导电炭黑的平均粒径为5～25μm。所述导电石墨粉的平均粒径为5～18μm。3.根据权利要求1所述的水性石墨烯导电油墨组合物，其特征在于，所述改性导电炭黑为采用过硫酸铵溶液进行表面氧化改性的导电炭黑。4.根据权利要求3所述的水性石墨烯导电油墨组合物，其特征在于，所述表面氧化改性的步骤包括：将过硫酸铵溶液与导电炭黑混合后进行超声、搅拌和干燥，得到所述改性导电炭黑；其中，相对于100重量份的所述水性石墨烯导电油墨组合物，所述过硫酸铵的含量为14
‑
16重量份，所述水的含量为28
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32重量份，所述导电炭黑的含量为1
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5重量份；所述超声的条件包括：超声设备额定功率为3000W、工作频率为20
±
1kHz、超声时间为2
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4h；所述搅拌的条件包括：搅拌速率为500
‑
1000rpm，搅拌时间为12
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48h；所述干燥的条件包括：干燥温度为30
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60℃，干燥时间为6
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12h。5.根据权利要求1所述的水性石墨烯导电油墨组合物，其特征在于，所述连接剂为水性聚合物乳液；所述水性聚合物乳液选自水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙金梅，
申请(专利权)人：东旭科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：