[发明专利]生物基导电油墨及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种生物基导电油墨及其制备方法和应用，所述导电油墨含有蛋白质改性碳纳米管、纳米银、炭黑和水性树脂，以及根据需要添加的助剂。本发明在碳纳米管油墨中添加纳米银和炭黑作为导电颜料的填充料，可以大幅度提升油墨的导电性，应用范围广泛；另外，本发明的导电油墨为生物基水性油墨，以水性树脂为粘结剂，安全环保。

技术领域

本发明属于包装印刷材料技术领域，具体涉及一种生物基的可降解纳米级水性导电油墨及制备方法。

背景技术

传统油墨的印刷效果、效率和机制等方面业已成熟，印刷技术的革新也给印刷品带来更亮丽、更饱满、更多彩的呈现，以满足消费者对商品多样化的需求。另一方面，在大宗商品的多样化印刷之外，个性化印刷与功能性印刷成为消费者竞相追逐的对象，也成为了生产商的有效宣传手段。个性化印刷和功能性印刷技术需要印刷油墨不仅仅具备普通油墨的色彩呈现、信息传递等功能，更需要具备特殊性能，如安全性、可降解性、导电性、磁性、防静电、温变性、易喷涂性、荧光性等，其中，尤其以油墨的安全环保和导电性为重中之重。首先，安全和环保是各行业尤其是涂料、油墨等行业的焦点所在，同时也是消费者的关注点。随着消费水平的提高，消费者对产品的包装印刷在美观和功能特性等方面提出了更高的需求，油墨的需求量也在不断增加，但是质量优异的溶剂型油墨对环境的污染以及对人体健康有巨大影响，因此，油墨的安全和环保需求是其可持续发展的关键点。

导电性功能油墨成为当前油墨领域最具发展潜力及商业价值的材料，因为它使印刷技术超越了原本的传递油墨至承印物上印刷图文载体的范畴，发展到机械产业的智能制造与微纳制造、电子信息产业的晶体管和光电信息传递、及艺术设计领域的功能化设计和交互体验等领域，使基于传统的印刷技术的科技再次以时代弄潮儿的姿态登上自然科学的舞台。导电油墨实际是一种特殊的导电涂料，它与仿生学塑料、废物转化为能源热电技术、碳纤维等新型材料一起被评为改变未来制造业的九种材料之一，导电油墨在印刷电子材料领域发挥重要作用，在传感器、射频电子标签(RFID)、电路板、3D打印、显示屏(LED和OLED)和电池等领域均有重要应用。印刷电子材料的高导电性、有机化、轻量化及安全环保需求是其未来发展的方向，尤其在新技术的突破和成本的降低方面，是印刷电子市场蓬勃发展的基础。值得注意的是，随着导电油墨的兴起，其生产与应用范围必将进一步扩大，这也必将涉及到油墨及印刷工业的安全环保问题。如何使功能性油墨更加绿色环保，采用何种印刷技术为环保功能性油墨的载体，如何进一步提高导电油墨的导电性等，这些问题都是印刷行业，尤其是新兴的印刷电子产业关注的核心问题。

发明内容

目前现有技术中存在的技术问题是，目前的导电油墨中，炭黑和纳米银作为导电油墨主要颜料的应用范围较窄，以炭黑为填料的导电油墨导电性较差(电阻范围为10⁴-10⁶Ω)，而且炭黑在油墨中分散不均匀，容易在油墨底部出现沉淀沉积；纳米银等贵重金属在聚合物连结料树脂(如环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯酸酯等)中不容易分散，而且金属填料相互之间存在强烈的碰撞及诱导作用(Depletion-induced Interaction)，容易出现团聚现象而沉淀，降低了复合材料的可操作性和印刷性。因此导电油墨的分散性、导电性以及安全性有待进一步提高。

本发明人曾采用溶菌酶和碳纳米管作为生物基导电颜料的原料，辅助以水性聚氨酯乳液和相关水溶性助剂,制备环保型生物基水性导电油墨，但是目前看来本发明人曾经研究的技术方案仅仅使用碳纳米管作为导电颜料，其导电性较弱，适用于半导体材料。

本发明人为解决上述技术问题，本发明人创造性地添加纳米银和炭黑作为导电颜料的填充料，纳米银和炭黑均为微纳米颗粒，可以在缠绕的碳纳米管网络中进行填充，增强导电网络，从而大幅度提升其导电性。另外，本发明人还提供一种工艺简单，环境友好的生物基导电油墨的制备方法。

具体来说，本发明提出了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种生物基导电油墨，所述导电油墨含有蛋白质改性碳纳米管、纳米银、炭黑和水性树脂，以及根据需要添加的助剂。