[发明专利]基于碳-铜复合填料的丝网印刷水性导电浆料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型碳-铜复合填料丝网印刷水性导电浆料的制备方法，用它可在不同基底上制作导电薄膜，微型电极，染料敏化太阳能电池的连接线和射频卡的导线等，属于新材料技术领域。

背景技术

丝网印刷是一种常用的印刷技术，即通过一定的压力使浆料通过丝网印版的孔眼转移到承印物上来得到不同形状的印刷膜。丝网印刷设备简单、操作方便，成本低廉，适应性强，应用广泛。导电浆料是指印刷在非导电承印物上，使之具有传导电流和排除积累静电荷能力的成粘稠的浆状物。导电浆料可经丝网印刷技术在塑料、玻璃、陶瓷或纸板等非导电承印物上制备导电薄膜，微型电极，染料敏化太阳能电池的连接线和射频卡的导线等。丝网印刷法制备出的导电膜厚度均匀，重现性好，适合大规模生产。

导电浆料一般由导电填料，粘合剂，添加剂和溶解它们的溶剂组成。导电填料是导电浆料的重要组成部分，它的质量和成本直接影响到导电浆料的导电性能和制造价格。不同的导电材料可以用作导电浆料的导电填料，像金属粉末(金粉、银粉、铜粉等)、有机导电聚合物和碳系物(炭黑、石墨、乙炔黑等)。金粉和银粉虽然导电性能和化学稳定性好，但成本昂贵不适合大规模应用。铜粉价格低廉、导电性能好但由于空气中易氧化导致导电性能不稳定。导电聚合物虽然成本较低但是较高的电阻和较差的热稳定性限制了它的应用。碳系物价格便宜，化学稳定性好，较宽的电位区间内显示低的背景电流等优点。不足之处就是导电性能不如金属粉好。

传统的以有机溶剂为主的导电浆料，大多含有对人体有害的环境污染物，使用时会放出对人体有害的物质，长期在这种环境下工作，会对使用人员造成健康危害。

发明内容

本发明提供了一种低成本，环境友好型，导电性能良好的适用于丝网印刷的碳-铜复合水性导电浆料的制备方法。

本发明提供的碳-铜复合填料丝网印刷水性导电浆料的制备方法，包括：

1.采用水性树脂替代以往的溶剂型树脂作为主要的粘合剂，使得丝网印刷导电浆料的主要液体成分为水，降低其它溶剂的用量；

2.通过采用商品化的石墨和乙炔黑作为主要的导电成分，不采用金银等贵金属，降低丝网印刷导电浆料的成本；

3.采用加入聚合物包裹的亚微米铜粒子，来优化导电颗粒的堆积方式和增加导电颗粒的堆积密度，提高导电率和降低加热退火的温度。

其特征是：一种适用于丝网印刷技术的水性碳-铜复合导电浆料，以亚微米级有机聚合物包裹的金属铜粉、纳米级乙炔黑和微米级石墨中的三种或两种作为导电填料。以水性树脂作为粘合剂。大量的水作为溶剂，少量的多元醇醚作为助溶剂。在室温下经超声振荡和强力搅拌后获得。

上述的亚微米超细铜粉是有机聚合物包裹的铜粉，粒径为100纳米～1微米；优选粒径为200纳米～600纳米。

上述的纳米级乙炔黑的粒径为5纳米～100纳米；优选粒径为20纳米～70纳米。

上述的微米级石墨的粒径为1微米～50微米；优选粒径4微米～30微米。

上述导电填料中：适量比例的铜粒子，乙炔黑和石墨的含量分别为0～10％、0～10％和3％～40％；优选0～10％、0.1％～10％和3％～40％。

上述的水性树脂(20％～70％的水溶液)为水性脲醛树脂、水性乙烯树脂、水性聚氨酯、水性氯醋树脂、水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性丙烯酸环氧酯树脂、水性三聚氰胺-甲醛树脂、水性聚酰胺环氧氯丙烷树脂、水性聚酰胺乙二醛树脂中的一种或几种，其含量为20％～80％；优选含量为40％～70％。

上述导电浆料中三种导电填料质量分数(固含量)为30％～80％；优选含量为40％～60％。

上述导电浆料中主要溶剂为水，水占所有液体的质量分数为55％～90％，优选质量分数为60％～80％。

上述助溶剂为丙二醇丁醚、二丙二醇单甲醚、二丙二醇乙醚、二乙二醇丙醚、二乙二醇丁醚、乙二醇异丙醚、二乙二醇乙醚、对氯苯乙醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单乙醚中的任意一种或几种，占所有液体的质量分数为10％～45％；优选质量分数为20％～40％。

上述导电浆料可在玻璃、陶瓷或高熔点的柔性塑料板上进行丝网印刷。