[发明专利]导电油墨组合物、导电膜层及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于油墨类材料技术领域，尤其涉及一种油墨组合物、膜层及其制备工艺和应用。

背景技术

导电油墨是一种具有导电性能的特殊油墨，由导电微粒（银、铜、碳等）分散在连接料中形成的一种导电性复合材料，印刷到承印物上后固化成膜，起到导线、天线的作用。由于导电油墨的特殊功能性，随着组成物的不同，性能各异，由此派生了不同类型、不同特征的产品。导电油墨是印制电子技术中使用的关键电子材料，广泛应用于薄膜开关、柔性印制电路、电磁屏蔽、电位器、无线射频识别等电子元器件的制备。

导电油墨的导电机理比较复杂，常可以从导电通路如何形成和形成导电通路后如何导电两个方面来研究。导电通路的形成，是指加入基体聚合物中的导电填料在给定的加工工艺条件下,达到电接触而在整体上自发形成导电通路这一宏观自组织过程。对于导电通路形成后如何导电，则主要指导电通路或部分导电通路形成后载流子迁移的微观过程,主要涉及导电填充物之间的界面问题，目前认为导电膜层的导电是渗流理论、隧道效应和场致发射三种机制相互竞争的结果。

导电油墨作为一种中间产物，需要经过丝网印刷并且在一定温度经过一定时间固化后，才能得到最终的导电膜层性状。这就需要导电油墨的印刷适性好、固化温度低、固化时间短、附着力强、电阻率低、导电性能稳定等，并且要具有一定的柔韧性。因此，如何合理配置导电油墨中各组分的种类和含量，同时如何选择合适的混料、印刷和干燥工艺，这就成为本领域技术人员长期面临的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种综合性能优良、可低温固化的导电油墨组合物，还提供一种具有良好柔韧性、高力学强度、稳定电学性能、优良耐化学性能、低的油墨挥发性有机物含量、良好的丝网印刷性能、与基材粘结性良好的导电膜层，还相应提供该导电膜层的制备方法和导电油墨组合物在薄膜开关、印刷触点、射频识别、柔性电路及多层线路板等领域的应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种银系导电油墨组合物，所述银系导电油墨组合物包括以下质量分数的组分：

所述导电微粒为银粉和/或镀银铜粉；所述添加剂包括流平剂、抗氧化剂、粘结力促进剂、流变助剂中的至少一种。

上述的银系导电油墨组合物中，优选的，所述银粉为片状形貌，其松装密度为0.8g/cm³～1.5g/cm³，其粒径分布D₅₀为2μm～5μm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供另一种碳系导电油墨组合物，所述碳系导电油墨组合物包括以下质量分数的组分：

所述导电微粒为导电石墨与导电炭黑的混合物；所述添加剂包括流平剂、抗氧化剂、粘结力促进剂、流变助剂中的至少一种。

上述的碳系导电油墨组合物中，优选的，所述导电石墨为片状石墨，其粒径为0.5μm～2μm；所述导电炭黑为纳米球形颗粒，其粒径D₅₀为30nm～100nm；所述导电石墨与导电炭黑的质量比为1∶0.4～1。

由以上技术方案可见，所述导电微粒可以是银粉、镀银铜粉、导电石墨以及导电炭黑等。导电微粒除了导电炭黑外都优选采用片状结构，因为导电油墨组合物制备的导电膜层的电阻是由其中导电微粒间的接触电阻、导电微粒的本征电阻以及隧道电阻等三部分组成。接触电阻是影响导电膜层电导率的主要因素，而片状微粒更容易形成良好的面接触，这样在固化时有利于导电通道的形成，降低导电膜层的电阻率。

根据场致发射理论，当导电微粒形成内部电场时，电子将有很大的几率跃迁过有机聚合物层所形成的势垒到达相邻的导电微粒上，产生场致发射电流而导电，这就要求包覆在导电微粒表面的有机树脂在满足附着力的前提下要尽可能的薄。基于此，上述的各导电油墨组合物中，所述丙烯酸类树脂粘结剂优选是由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等丙烯酸类单体中任意一种单体组成的均聚物，或者是由包含甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯等丙烯酸类单体中至少一种的嵌段共聚物、无规共聚物、交替共聚物或接枝共聚物。更优选的，所述丙烯酸类树脂粘结剂的分子量为80000～200000，玻璃化温度在65℃～110℃。由此类优选的丙烯酸类树脂粘结剂制备的导电油墨组合物既能够满足与各类基材的高附着力要求，又能最大限度地降低有机聚合物包覆层的电子跃迁势垒，显著提高导电膜层的导电性。