CN105153814B - 一种水基银纳米线墨水的配制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种水基银纳米线墨水的配制，其组成为：银纳米线，0.2‑1.5%；羧甲基纤维素钠，0.2‑1%；Zonyl@FSO‑100，0.005‑0.1%；高分子分散剂，0.1‑2%；小分子流平剂，1‑3%；小分子消泡剂，1‑2%；水，85.4‑94.495%。该墨水涂覆后简单处理即可得到高导电性和透光率的导电薄膜，因而可广泛用于触摸屏等电子产品领域。

Description

一种水基银纳米线墨水的配制方法

技术领域

本发明属于导电墨水领域，具体涉及一种水基银纳米线墨水的配制。

背景技术

柔性产品如可穿戴设备越来越受到人们的推崇。而柔性产品的开发离不开柔性基底。但目前柔性基底的不成熟导致柔性产品的开发陷入瓶颈。在可实现柔性导电基底的PEDOT：PSS、石墨烯、碳纳米管、纳米金属线中，银纳米线是目前最有可能突破的材料。因此，人们在银纳米线导电薄膜方面开展了大量研究。

要制备银导电薄膜，首先需要将银纳米线配制成导电墨水，然后通过喷涂、滚涂、刮涂等手段将墨水制成薄膜。薄膜的性能取决于墨水的性能以及后处理过程，但起决定性作用的还是墨水的性能。为开发出优异性能的银导电墨水，人们配制了大量墨水。这些墨水主要分为两大类：有机基和水基。其中，有机基占绝大部分，水基墨水极少。但有机溶剂会污染环境，不符合国家的环保政策。而环保的水基墨水是未来发展的方向。所以，人们在水基墨水方面开展了一些初步工作。

在美国Cambrios公司发表的专利(US8018568B2，US8632700B2，US8723216B2和US8049333B2)中，增稠剂羟丙基甲基纤维素或丙二醇、氟碳表面活性剂和水被用来配制银墨水。但羟丙基甲基纤维素高达300℃的分解温度和水中较慢的溶解速度导致墨水涂覆干燥后其很难通过简单的热处理、溶剂浸泡等方式除去，而高导电性和透光率的薄膜要求墨水涂覆干燥后能尽量除去除银纳米线外的其余物质，因而该薄膜的导电性和透光性不佳。除能承受几百度高温的玻璃基底，其余柔性基底不适合使用这种墨水。为此，人们用容易除去的物质代替不易除去的物质，如专利CN104064282A和CN103965674A。人们使用容易通过纯水浸泡除去的水基粘合剂和树脂，使墨水性能有所提升。但这些墨水存在和Cambrios公司墨水相同的问题：助剂种类太少导致墨水的涂覆性能不好，进而导致薄膜导电不均匀。为解决这个问题，人们开发了含有多种助剂的墨水。如专利CN103996455A，墨水含有粘合剂、硅氧化物水溶胶、硅酸盐、有机硅钛氧化物水溶胶、硅烷偶联剂、表面活性剂、UV固化透明树脂、导电聚合物等。该墨水的的涂覆性能以及导电均匀性得到了保证，但较多不易除去的物质导致该薄膜的导电性和透光性受到很大影响。综上所述，目前水基银纳米线墨水的助剂选择还很不完善，导致墨水涂覆性能以及涂覆后的薄膜性能均不佳。

因此，如何确定合适的水基墨水助剂来使配制的墨水的性能达到电子行业使用标准是透明导电墨水领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水基银纳米线墨水的配方，解决目前水基墨水助剂不佳的问题。本发明开发的银线墨水涂覆性能好，制成的薄膜的导电性高而均匀、透光率高，能在电子信息领域大量使用。该墨水具体配方如下：

银纳米线，0.2-1.5％；

羧甲基纤维素钠，0.2-1％；

Zonyl@FSO-100，0.005-0.1％；

高分子分散剂，0.1-2％；

小分子流平剂，1-3％；

小分子消泡剂，1-2％；

水，90.4-96.495％。

本发明所用银纳米线的直径为30-50nm，长度在10-20μm；

本发明所用粘结剂为羧甲基纤维素钠，所用表面活性剂为Zonyl@FSO-100；

本发明所用高分子分散剂为液体状的Spredox系列分散剂Spredox D-260、D-320、D-159、D-330、D340、D350、D-141等以及其他如Disper9170等高分子分散剂中的一种或几种的混合；

本发明所用小分子流平剂为乙二醇二丁醚、异丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、异佛尔酮、二丙酮醇、DBE等高沸点溶剂中的一种或几种的混合；

本发明所用小分子消泡剂为2-己基乙醇；

本发明墨水的配制步骤为：将羧甲基纤维素钠溶于水中配成1.5％的水溶液。确定配方组成，计算每种物质所需的量。然后将除羧甲基纤维素钠溶液外的其他成分混合均匀，搅拌20分钟。然后，将所需的羧甲基纤维素钠溶液慢慢滴入搅拌中的墨水中。继续搅拌30分钟后，用20μm孔径的滤膜过滤，得到最终的墨水；

本发明墨水涂覆以及后处理步骤：调节羧甲基纤维素钠的含量，可以得到满足不同机器和衬底需求的粘度以及粘结性。将墨水通过滚涂、刮涂、喷涂等方式制成不同形状的薄膜。烘干后，将薄膜平放入蒸馏水/乙醇＝1∶1溶液中，10分钟后取出。将薄膜平放入真空烘箱中，110℃下真空烘烤10分钟，可得到几乎仅剩银导电网络的银纳米线导电薄膜；本发明有如下优点：(1)墨水中含有多种不同作用的助剂，可将墨水性能调配至各种衬底涂覆所需的物理参数，因此，本发明墨水在各种衬底上的涂覆效果很好；(2)除银线外的其余助剂均能通过简单的溶剂浸泡除去，最终导电薄膜中几乎只有银导电网络，因而透光率高；同时，真空加热保证其在不被氧化的情况下融化粘结而能形成高质量的导电网络。这些使该墨水制成的薄膜的导电性和透光率均很高；(3)银线使用量少，原料便宜，制备过程简单，方便大规模生产使用。

附图说明

图1：本发明墨水涂覆处理后形成的银线网络；

具体实施例

实施例：

使用直径为30-50nm、长度在10-20μm的银纳米线为导电物质。选用羧甲基纤维素钠为粘结剂、Zonyl@FSO-100为表面活性剂、Spredox D-260为分散防沉剂、丙二醇甲醚为流平剂、2-己基乙醇为消泡剂、水为溶剂来配制浆料；

将羧甲基纤维素钠配制成1.5％的水溶液(注意：更大浓度会导致粘度过大而取不出来)。然后确定这些组分的含量，计算每种助剂所需的质量。将除羧甲基纤维素钠溶液外的其余物质加入到烧瓶中，搅拌混合20分钟。然后将羧甲基纤维素钠溶液慢慢滴入浆料中，继续搅拌30分钟。最后，将浆料用20μm孔径的滤膜过滤，得到最终的墨水。

以上详细描述了本发明的较佳实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的实验与技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种水基银纳米线墨水的配制方法，其特征在于，其配方包括：

银纳米线，0.2-1.5%；所述银纳米线的直径为30-50 nm，长度在10-20μm；

羧甲基纤维素钠，0.2-1%；所述羧甲基纤维素钠为粘结剂；

氟碳表面活性剂，0.005-0.1%；所述表面活性剂为Zonyl@FSO、Zonyl@FSP、Zonyl@FSA、Zonyl@8867L、Zonyl@8857A、Zonyl@ FSN、Zonyl@FS、Zonyl@ FSK、Zonyl@ FSD、Zonyl@ TBS、Capstone@ FS中的一种；

高分子分散剂，0.1-2%；所述高分子分散剂为液体状的Spredox分散剂或/和Disper9170高分子分散剂；

小分子流平剂，1-3%；所述小分子流平剂为乙二醇二丁醚、异丙氧基乙醇、丙二醇甲醚、异佛尔酮、二丙酮醇、DBE高沸点溶剂中的一种或几种的混合；

小分子消泡剂，1-2%；

水，90.4-96.495%；

其制备步骤包括：将羧甲基纤维素钠溶于水中配成1.5%的水溶液；确定配方组成，计算每种物质所需的量；然后将除羧甲基纤维素钠溶液外的其他成分混合均匀，搅拌20分钟；然后，将所需的羧甲基纤维素钠溶液慢慢滴入搅拌中的墨水中；继续搅拌30分钟后，用20μm孔径的滤膜过滤，得到最终的墨水。

2.如权利要求1所述水基银纳米线墨水的配制方法，其特征在于：所述液体状的Spredox分散剂为Spredox D-260、D-320、D-159、D-330、D340、D350或D-141。