[发明专利]一种具有自修复功能的导电墨水组合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于电子材料自修复技术领域，特别涉及一种具有自修复功能的导电墨水组合物及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子元器件向柔性化、小型化、可穿戴及低成本化方向发展，以塑料、纸张、织物等柔性材料为基底的电路需求也在不断增加。仿照毛笔进行简单的直写柔性电路成为电子器件连接的方便手段。目前关于导电墨水的开发主要利用导电纳米颗粒与高分子表面活性剂复合，纳米颗粒含量较低且需要后烧结处理。同时柔性电路其在制作和使用过程中不可避免地容易受到外界的机械损伤，缩短其服务寿命，导致电子器件失效、资源浪费和财产损失。人类皮肤或骨骼受损后能够自发愈合，因此模仿生物体损伤后自修复的机理发展具有自修复功能的聚合物成为全国构建节约型社会和实现社会可持续发展的重要途径。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种可在温和条件下快速修复且含银量高的导电墨水组合物。

同时本发明还提供了其制备方法和应用。

一种具有自修复功能的导电墨水组合物的制备方法，步骤包括：

1）将聚酯二元醇或聚醚二元醇搅拌加热至80～100 ℃，真空度保持在0.1 MPa以下，脱水0.5～3h，降温至50℃后，加入多异氰酸酯和极性溶剂，在60~120 ℃下搅拌反应2～14 h，降温至50 ℃；

2）向步骤1）体系中加入具有双硫键、超支化结构和活泼氢原子的扩链剂，在60～120 ℃下反应2～14 h，得到含有双硫键和超支化结构的可自修复的聚合物。

3）将步骤2）的聚合物与质量浓度为15~50wt%的有机银盐溶液混合均匀，在0.1MPa、60～90 ℃下减压蒸馏1~4 h，得到具有自修复功能的导电墨水组合物。

进一步地，步骤1）中，所述极性溶剂与聚酯二元醇或聚醚二元醇的质量比为20～8:1。

进一步地，步骤1）中，所述多异氰酸酯中-NCO基团与聚酯二元醇中羟基或聚醚二元醇中羟基的摩尔比为1～3:1。

进一步地，所述步骤1）多异氰酸酯中-NCO基团与步骤2）扩链剂中活泼氢原子的摩尔比为3:2～0.2。

进一步地，步骤3）中，所述聚合物与有机银盐溶液的质量比为1:0.5～5。

进一步地，步骤3）中，所述减压蒸馏后终点为体系中银盐的质量分数为10～80%。

优选地，所述聚酯二元醇和聚醚二元醇的分子量为500～3000；所述聚酯二元醇为聚己内酯二醇、聚碳酸酯二醇和聚己二酸丁二醇酯二醇中的至少一种，所述聚醚二元醇为聚四氢呋喃、聚乙二醇和聚丙二醇中的至少一种。

优选地，所述多异腈酸酯为1,6-六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯甲撑二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。

优选地，所述极性溶剂为二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。

优选地，所述的具有双硫键、超支化结构和活泼氢原子的扩链剂为二硫二乙醇、4,4-二氨基二苯二硫醚和4,4-二羟基二苯二硫醚中的至少一种，与超支化聚酰胺胺的混合物；所述混合物中，超支化聚酰胺胺占扩链剂质量分数的0.5～10%。

优选地，所述的有机银盐溶液为有机银盐溶解在二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺和N,N-二甲基甲酰胺中至少一种所形成的溶液；所述有机银盐为甲酸银、醋酸银和三氟乙酸银中的至少一种。

一种上述方法制备得到的具有自修复功能的导电墨水组合物。

上述具有自修复功能的导电墨水组合物的应用，导电墨水组合物通过毛笔书写或丝网印刷方式在基质上形成线路，然后采用甲醛水溶液中室温还原5～20min，得到导电线路，导电线路电导率高于10 S cm^-1。

上述应用中所述的基质优选纸张、玻璃或塑料；所述的甲醛水溶液浓度优选50mL/L。

本发明利用双硫键和氢键的协同作用，赋予聚氨酯自修复能力。通过与有机银盐溶液复合获得导电墨水组合物，其不仅具有自修复功能，在加热和UV光照条件下可通过双硫键和氢键作用自修复，而且无颗粒混入，可显著提高银的固含量和墨水的均匀性。导电墨水能通过毛笔或丝网等方式印刷在纸张、玻璃及塑料等基质上，通过甲醛还原获得很好导电性，尤其适用于制备柔性电路。

附图说明

图1为实施例1自修复聚合物的TGA曲线；

图2为实施例1导电墨水组合物应力应变曲线；

图3为实施例1导电墨水组合物制备的柔性电路（摘要附图）。

具体实施方式