[发明专利]高导电水性石墨烯导电油墨及其制备方法、组合物

说明书

技术领域

本发明涉及导电油墨领域，特别涉及一种高导电水性石墨烯导电油墨及其制备方法、组合物。

背景技术

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。

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。

目前，导电油墨的研发主要集中在溶剂型油墨上，提高油墨的导电性的主要措施是增加导电剂的含量，一般达到30-95％的含量，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。

因此，如何制备出低导电填料含量，具有高导电性、力学性能好的水性导电油墨还有待进一步研究和开发。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种高导电水性石墨烯导电油墨及其制备方法，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。

本发明实施例提供一种用于高导电水性石墨烯导电油墨的组合物,包括以下质量份数的组分:导电单元20-30份、连接剂15-30份、助剂0.1-20份、水50-100份。

本发明实施例再提供一种用于高导电水性石墨烯导电油墨的组合物,包括以下质量份数的组分:导电单元15-25份、连接剂20-25份、助剂1-15份、水60-90份。

优选地，所述的导电单元含量≤30％。

优选地，所述导电单元为石墨烯或石墨烯与其他导电单元的混合物，所述其他导电单元选自碳纳米管、导电碳黑和导电石墨中的一种或几种；所述的石墨烯的质量份数为10-25份。

优选地，所述连接剂为水性丙烯酸乳液、水性聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液、苯丙乳液、硅丙乳液、醋丙乳液、氟碳乳液和乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA乳液中的一种或几种。

优选地，所述助剂选自以下质量分数组分的至少一种：

消泡剂1-5份、流变助剂0.1-5份、润湿流平剂2-5份、润湿分散剂10-20份、偶联剂1-3份、成膜助剂1-5份、防腐防霉剂0.1-0.5份和pH调节剂1-3份中的一种或几种；

所述的消泡剂选自矿物油、石蜡油、有机硅、聚醚、矿物油乳液、聚醚改性矿物油、聚醚改性有机硅、聚醚改性聚二甲基硅氧烷中的一种或几种；

所述的流变助剂选自纤维素醚及其衍生物、缔合型碱溶胀增稠剂、非缔合型碱溶胀增稠剂、聚氨酯增稠剂、疏水改性非聚氨酯增稠剂、络合型有机金属化合物增稠剂中的一种或几种；

所述的润湿流平剂选自离子型丙烯酸共聚物、非离子型丙烯酸共聚物、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、聚醚改性有机硅、氟碳改性有机硅、氟碳改性聚丙烯酸脂水溶液、有机硅丙烯酸酯、改性聚硅氧烷乳液、非离子聚乙二醇脂、混合非离子表面活性剂中的一种或几种。

所述的润湿分散剂选自聚丙烯酸铵盐、聚丙烯酸钠盐、聚丙烯酸钾盐、聚羧酸钠盐、聚羧酸铵盐、疏水改性聚羧酸钾盐、磷酸酯复合物、自乳化改性聚丙烯酸酯、聚羧酸烷醇胺、脂肪酸改性聚酯、烷基酚乙氧基硫酸盐、辛基酚聚氧乙烯醚、乙氧基脂肪酸、乙氧基支链醇、阴离子型润湿分散剂、阳离子型润湿分散剂、非离子型润湿分散剂、含颜料亲和基团的高分子聚合物中的一种或几种。