CN102969076B

CN102969076B - 一种高性能超导碳浆及其制备方法

Info

Publication number: CN102969076B
Application number: CN201210451776.6A
Authority: CN
Inventors: 兰玉彬
Original assignee: SUZHOU XIREN NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Chongqing best Fine Chemical Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2015-04-15
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: CN102969076A

Abstract

本发明公开了一种高性能超导碳浆及其制备方法，所述超导碳浆由如下组分以及如下按质量百分比计的含量组成：碳粉：10-30%；石墨：15-20%；有机载体：20-50%；分散剂0.3-1%;溶剂：0.5-5%，消泡剂：0.1-2%，表面活性剂5-10%。其中，所述有机载体由5-20％的高分子树脂、15-20%的环氧树脂、10-25%的丙烯酸树脂、30-55％的溶剂调配而成，所述溶剂采用丙二醇丁醚醋酸酯。本发明的超导碳浆、性能方阻低、导电性高、耐氧化，性能稳定。

Description

一种高性能超导碳浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高性能超导碳浆及其制备方法，属于新材料领域。

背景技术

超导碳浆作为一种新导电材料已被越来越多重视，目前电子行业，特别是用于薄膜开关，柔性印刷线路上的印刷行业，为了达到高导电性，都采用贵金属浆料，例如导电银浆。贵金属虽然能达到印刷性能的要求,但价格非常高,使得产品的成本上行压力巨大，导致企业经营困难。目前该行业都在积极的研发廉价的新材料来替代贵金属浆料，来提高企业的竞争力。

例如，现有技术中，(1)专利号为201010124887.7的中国发明专利公开了一种环保型导电浆料，由以下质量百分比含量组分制成：导电粉15～30%，溶剂45～75%，高分子树脂8～15%，添加剂0.1～5%；导电粉是由质量百分比40～70%的导电碳粉和30～60%的胶体石墨粉组成；溶剂为丁基溶纤剂或丁基卡必醇醋酸酯；添加剂包括分散剂、消泡剂、流平剂，使用过程中确保不因为含有卤素而产生任何有毒物质，满足进入欧盟国家的使用要求。

(2)专利号为201010293579.7的中国发明专利公开了一种薄膜开关用导电碳浆的制备方法，步骤包括：

1)按质量百分比将10～65%的超细碳粉加入到30～85%的环己酮中，再加入2～10%的润湿分散剂，得到超细碳粉的稀混合液；

2)按质量百分比将15～46%的聚氨酯树脂溶入54～85%的邻苯二甲酸二乙酯中，恒温加热至完全溶解，过滤得到有机载体；

3)按质量百分比将20～78%的超细碳粉混合液加入到18～75%的有机载体中，再加入1～10%的消泡剂和3～10%的表面活性剂，混合均匀后轧制、过滤得到导电碳浆。

上述发明通过调整各种无机成分与有机成分的含量，可以与薄膜开关基板材料以及相应的银导体浆料相适应，达到使产品性能更加优良的效果，保证了产品的质量稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的高性能超导碳浆，通过碳、石墨的搭配来降低油墨的阻值，提高导电性能，使得所述超导碳浆具有方阻低、抗氧化等优点。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种超导碳浆，所述超导碳浆由以下质量百分比含量的组分组成：

碳粉 10~30%，

石墨 15~25%，

有机载体 20~50%，

分散剂 0.3~1%，

溶剂A 0.5~5%，

消泡剂 0.1~2%，

表面活性剂 5~10%，

其中，所述碳粉的半径为 1~15μm；

所述石墨为粉体，所述石墨的平均粒径为 0.1~5μm；

所述分散剂为 DA-1040；

所述溶剂A为尼龙酸二甲酯（DBE）、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、异佛尔酮、邻苯二甲酸二乙脂、丙二醇丁醚醋酸酯或乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或两种以上的混合溶剂；

所述消泡剂是有机硅聚醚复合消泡剂；

所述表面活性剂为司班85；

所述有机载体由如下组分以及如下按质量百分比计的含量组成：

高分子树脂 5~20%，

环氧树脂 15~20%，

丙烯酸树脂 10~25%，

溶剂B 30~55%，

所述高分子树脂为线型聚脂树脂；

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂；

所述丙烯酸树脂为热固性丙烯酸树脂；

所述溶剂B为尼龙酸二甲酯（DBE）、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、异佛尔酮、邻苯二甲酸二乙脂、丙二醇丁醚醋酸酯或乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或两种以上的混合溶剂。

上述技术方案中，所述分散剂DA-1040具有良好的分散润湿效果，能增强着色强度，提高光泽，降低雾影，提高透明颜料的透明度。对酞箐类色料、透明氧化铁颜料及高表面碳黑等难分散颜料特别明显。该分散剂能缩短颜料研磨时间，提高生产效率。还能阻止颜料粒子之间的二次凝聚，增强抗絮凝性。由于该分散剂能有效的改变颜料浆的流动性能，所以能使颜料浆具有较高的颜料填充量，较好的流动性，并减少有机挥发物的用量。在透明颜料色浆中效果很好，光泽度好，粒径分布均匀，透明度好。提高低树脂含量色浆的储存及运输的稳定性。其化学组成为：中等分子量的聚合物。其物理性质外观：浅棕色液体。固含量：40%；密度：0.85-0.95；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯；折光率：1.42-1.44；粘度：2.0-4.0(MPa.s)。

上述技术方案中，所述消泡剂优选为有机硅聚醚复合消泡剂SXP-107，有机硅聚醚复合消泡剂SXP-107为本领域技术人员公知的消泡剂，其活性成分包括：聚硅氧烷、聚醚共聚物、高效分散剂。其性状为：乳白色粘稠液体；不挥发物：25±1%；PH值：6-8；稳定性：（3000转/20分钟）不分层；离子特性：非离子型。

上述技术方案中，所述表面活性剂为司班85，其化学分子式为C 60H 108O 8；CAS号：26266-58-0。

上述技术方案中，所述高分子树脂为线型聚脂树脂SK-300，其化学结构式表示为-[C 8H9O4]_n-，分子量为26000g/mol；英文名为saturated-polyester-resin SK-300，性能指标包括：外观：黄色片状固体；粘度：0.69dl/g；玻璃化温度：17℃；软化点：105℃；胺值<3KOH mg/g；OH值2~5KOHmg/g；拉伸强度：55kg/cm²；属于本领域技术人员公知的一种饱和聚酯树脂，主要应用丝印油墨，移印油墨树脂；金属箔片和膜复合，扁平电缆粘结剂及其他粘结剂等领域，对PET等塑料薄膜底材有优异的附着力，也可以与聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、氯醋树脂等拼合使用，提高对底材附着力，同时增加漆膜的柔韧性。

上述技术方案中，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂NPEL-128或双酚F型环氧树脂NPEL-170；其中，双酚A型环氧树脂NPEL-128的环氧当量为184～190g/eq，黏度为12000～15000cps/25℃；双酚F型环氧树脂NPEL-170的环氧当量为160～180g/eq，黏度为2000～5000cps/25℃；都属于本领域技术人员公知的环氧树脂。

上述技术方案中，所述丙烯酸树脂优选自：丙烯酸甲酯、羟基丙烯酸羟乙脂或甲基丙烯酸。

本发明的另一目的是提供制备上述超导碳浆的制备方法。一种超导碳浆的制备方法，包括以下步骤：

1)按照上述配比取高分子树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、溶剂B，于70～90℃下密闭搅拌，充分搅拌至完全溶解，得到所述有机载体；

2)称量质量百分比为10~30%的碳粉、15~25%的石墨、0.3~1%的分散剂、20~50%的有机载体、0.5~5%的溶剂A、0.1~2%的消泡剂和5~10%的表面活性剂，研磨得到所述超导碳浆。

上述技术方案中，优选的技术方案中，步骤1)为：称量质量百分比为5~20%的高分子树脂，15~20%的环氧树脂，10~25%的丙烯酸树脂，30~55%的溶剂，于80摄氏度，密闭搅拌，充分搅拌使高分子树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂完全溶解于邻溶剂中。

上述技术方案中，步骤2)中，分散时使用分散剂可使物料混合均质。

优选的技术方案中，步骤2)中，研磨时使用三辊轮研磨机，按照每5公斤研磨一遍的时间为30~45min的标准，研磨5~10遍；使最终的超导碳浆的细度为5μm以下，粘度为：在25摄氏度条件下，18000~25000CP。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

通过重新调配有机载体并以此有机载体为原料，重新调整碳粉、石墨、有机载体、分散剂及溶剂的比例制成超导碳浆，有导电性高、耐氧化、性能稳定特点。将该超导碳浆应用于印刷面上，满足了使用要求，大大的减少了材料成本。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。

除另有说明，本发明下述实施例中所采用的原料加入量均为质量百分比。

实施例1

首先制备有机载体：

按以上质量百分比称取线性聚脂树脂SK-300、双酚A型环氧树脂、热固性丙烯酸树脂、丙二醇丁醚醋酸酯，将其置于电加热反应釜内，电加热反应釜内加热并对上述混合物进行高速搅拌至完全溶解于丙二醇丁醚醋酸酯中，100公斤的上述原料搅拌的时间为5~8小时，所得即为需要的有机载体。

再制备超导碳浆：

按照以上质量百分比称取碳粉、石墨粉、丙二醇丁醚醋酸酯和由上述制备好的有机载体，将其进行充分混合，混合的时间为15~25min，然后使用三辊研磨机研磨使之形成均匀的混合相，研磨时使用研磨机研磨5~10遍（5公斤每遍研磨的时间为30~45min），研磨后所得即为所需的超导碳浆。

对所得超导碳浆进行性能检测，所得结果如下：

14μm厚的超导碳浆的性能为：1、表面电阻:8.0Ω/CM²(用探针法进行测定)；2、铅笔硬度:2H；3、附著性:100/100(划百格用3M胶带剥离试验通过)；

耐环境性能:1、热震试验:电阻值的变化在13%以内(-20--80℃,各2小时,各10周期)；2、耐热性:电阻值的变化在13%以内(140℃,72小时)；3、耐湿性:电阻值的变化在13%以内(35℃,90%RH,240小时)。

实施例2

首先制备有机载体：

按以上质量百分比称取线性聚脂树脂SK-300、双酚A型环氧树脂、热固性丙烯酸树脂、邻苯二甲酸二乙脂，将其置于电加热反应釜内，电加热反应釜内加热并对上述混合物进行高速搅拌至完全溶解于邻苯二甲酸二乙脂中，100公斤的上述原料搅拌的时间为5~8小时，拌均匀即为需要的有机载体。

再制备超导碳浆：

按照以上质量百分比称取碳粉、石墨粉、邻苯二甲酸二乙脂和由步骤一制备好的有机载体，将其进行充分混合，混合的时间为15~25min，然后使用三辊研磨机研磨使之形成均匀的混合相，研磨时使用研磨机研磨5~10遍（5公斤每遍研磨的时间为30~45min），研磨后所得即为所需的超导碳浆。

对所得超导碳浆进行性能检测，所得结果如下：

性能(15μm厚):1、表面电阻:9.0Ω/CM²(用探针法进行测定)；铅笔硬度:H。

实施例3

首先制备有机载体：

按以上质量百分比称取线性聚脂树脂SK-300、双酚A型环氧树脂、热固性丙烯酸树脂、尼龙酸二甲酯，将其置于电加热反应釜内，电加热反应釜内加热并对上述混合物进行高速搅拌至完全溶解于尼龙酸二甲酯中，100公斤的上述原料搅拌的时间为5~8小时，搅拌均匀即为需要的有机载体。

再制备超导碳浆：

按照以上质量百分比称取碳粉、石墨粉、尼龙酸二甲酯和由步骤一制备好的有机载体，将其进行充分混合，混合的时间为15~25min，然后使用三辊研磨机研磨使之形成均匀的混合相，研磨时使用研磨机研磨5~10遍（5公斤每遍研磨的时间为30~45min），研磨后所得即为所需的超导碳浆。

实施例4

首先制备有机载体：

再制备超导碳浆：

对所得超导碳浆进行性能检测，所得结果如下：

性能(13μm厚):1、表面电阻:8.5.0Ω/CM²(用探针法进行测定)；铅笔硬度:2H。

上述4个实施例所得超导碳浆经过测试，其方阻都小于30Ω*m ㎡，性能稳定。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种超导碳浆，其特征在于：所述超导碳浆由以下质量百分比含量的组分组成：

上述各组分含量百分数之和为100％；

其中，所述碳粉的半径为1～15μm；

所述石墨为粉体，所述石墨的平均粒径为0.1～5μm；

所述分散剂为DA-1040；

所述消泡剂是有机硅聚醚复合消泡剂SXP-107；

所述表面活性剂为司班85；

上述各组分含量百分数之和为100％；

所述高分子树脂为线型聚脂树脂SK-300；

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂；

所述丙烯酸树脂为热固性丙烯酸树脂，选自：丙烯酸甲酯、羟基丙烯酸羟乙脂、甲基丙烯酸；

所述溶剂A或溶剂B分别独立选自：尼龙酸二甲酯、丙二醇甲醚醋酸酯、异佛尔酮、邻苯二甲酸二乙脂、丙二醇丁醚醋酸酯或乙二醇丁醚醋酸酯中的一种或两种以上的混合溶剂。

2.根据权利要求1所述一种超导碳浆，其特征在于：所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂NPEL-128或双酚F型环氧树脂NPEL-170。

3.一种权利要求1所述超导碳浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)称量质量百分比为10～30％的碳粉、15～25％的石墨、0.3～1％的分散剂、20～50％的有机载体、0.5～5％的溶剂A、0.1～2％的消泡剂和5～10％的表面活性剂，研磨得到所述超导碳浆，使最终的超导碳浆的细度为5μm以下，粘度为：在25摄氏度条件下，18000～25000CP。

4.根据权利要求3所述超导碳浆的制备方法，其特征在于，步骤1)为：称量质量百分比为5～20％的高分子树脂，15～20％的环氧树脂，10～25％的丙烯酸树脂，30～55％的溶剂B，于75～85℃，密闭搅拌，充分搅拌使高分子树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂完全溶解于溶剂B中。

5.根据权利要求3所述超导碳浆的制备方法，其特征在于，步骤2)中，研磨时使用用三辊轮研磨机研磨，按照每5公斤研磨一遍的时间为30～45min的标准研磨5～10遍。