一种RFID天线印刷水性导电油墨及其制备方法与流程

本发明涉及一种rfid天线印刷水性导电油墨及其制备方法，属于导电油墨制备。

背景技术：

1、目前，随着rfid技术(无线射频识别)应用的快速普及，一些大型油墨制造商也适时推出新型的导电油墨，进一步推动了rfid市场的发展。可以说，推动rfid市场逐步走向成功的关键因素之一就是导电油墨的成功开发。rfid技术目前比较成功的应用领域是智能卡，它采用hf rfid技术，最突出的特点是识读距离比较短，成本较低，可靠性较高，比较适合用于ic 公交卡和银行卡等。同时，各行各业对远距离识读系统的需求也非常强劲，从而促进了uhf rfid技术的应用。而且，uhf rfid标签在供应链管理等领域可以代替传统条形码，用于产品的跟踪和识别。但是，uhf rfid标签及相关系统要想获得大规模的商业应用，就必须要克服标签生产成本较高这个最大的阻碍。一直以来，蚀刻是制作rfid天线最常用的方法，蚀刻rfid天线必须要经过干式蚀刻和湿式蚀刻两种工艺，降低生产成本的难度比较大。同时，蚀刻rfid天线还需要经过化学处理工艺，处理过程中会产生大量的废液，所以蚀刻rfid天线被认为是一种非常不环保的工艺。

2、导电油墨是由金属导电微粒(银、铜、碳，通常为银 )分散在连结料中形成的一种导电性复合材料，印刷到承印物上之后，起到导线、天线和电阻的作用。该油墨印刷在柔性或硬质材料(纸张、pvc、pe、pet等)上可制成印刷电路。导电油墨干燥后，由于导电粒子间的距离变小，自由电子沿外加电场方向移动形成电流，具有良好的导电性能，可接收rfid专用的无线射频信号。

3、现有的导电油墨存在着印刷后的墨层附着力差、电阻率高、固化温度高、柔韧性不足、导电性能不稳定的缺点。

4、有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种rfid天线印刷水性导电油墨及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种rfid天线印刷水性导电油墨及其制备方法。

2、本发明的一种rfid天线印刷水性导电油墨，按重量份数计，包括以下原料：

3、10～20份质量分数30%的分散剂；

4、10～25份石墨烯纳米片；

5、1～2份碳纳米管；

6、3～10份质量分数为1%聚噻吩水溶液；

7、48～58份水；

8、所述分散剂为改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯。

9、进一步的，所述改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯制备原料包括：氧化石墨烯、氯化亚砜、2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠盐、聚碳酸酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、二月桂酸二丁基锡、硼氢化钠。

10、一种rfid天线印刷水性导电油墨的制备方法，具体制备步骤为：

11、依次加入称取的10～20份质量分数30%改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯、10～25份石墨烯纳米片、1～2份碳纳米管、10份质量分数为1%聚噻吩水溶液、48～58份水进行搅拌分散，搅拌转速为 2000rpm/min；将分散后的混合物经过三辊研磨得到水性导电油墨。

12、进一步的，所述改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯的制备方法为：

13、在反应釜中加入1400g聚碳酸酯多元醇，加热到80℃，边搅拌边加入500g异佛尔酮二异氰酸酯，反应2h，然后降温至60℃，加入90g二羟甲基丙酸，反应0.5h，再加入3g催化剂二月桂酸二丁基锡反应5h，直到测定nco基团含量达到2%，得到聚氨酯预聚体；

14、然后向聚氨酯预聚体中加入30g的硼氢化钠，硼氢化钠提前溶解，30℃反应1h；将其滴入质量分数为1%的改性氧化石墨烯分散液中，高速搅拌反应1h；得到改性氧化石墨烯和聚氨酯总固含量为30%的改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯。

15、进一步的，所述改性氧化石墨烯分散液的制备方法为：

16、按质量比为1:100将氧化石墨烯分散在dmf溶剂中，加入反应釜中，在5℃下加入氯化亚砜，氯化亚砜与氧化石墨烯的质量比为1:5，滴加完成后1小时后进行升温至40～45℃，反应过程中冷凝回流并同时进行尾气吸收，反应8～10h后，缓慢加入适量的水至体系中没有气体产生，再抽滤、洗涤，将抽滤产物重新分散在水中，在高速搅拌分散30～40min，再剪切乳化均质50～60h，得到均匀的分散液，按质量比1:6将2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠盐和分散液混合，60～70℃下搅拌12h得到改性氧化石墨烯分散液。

17、进一步的，所述石墨烯纳米片粒径和碳纳米管的管长都小于10μm。

18、借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

19、本申请通过将改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯、石墨烯、碳纳米管以及聚噻吩水性溶液合理配比，机械混合搅拌，将分散后的混合物经过三辊研磨得到水性导电油墨。有效解决了各种材料的团聚问题，同时增加其之间的结合力，弥补了缺陷导致的导电性能的降低，有效提高了其导电性能，改善了与基材的附着力，得到了一种性能优良的导电油墨。

20、在本申请中通过将水作为溶剂，代替已有的有机溶剂，解决环保问题。在粒径的选择中，充分考虑粒径的大小对于导电能力的影响，将原材料粒径均控制在10μm以内，原材料均为市售的材料，价格比目前市场上所用的银粉低很多，成本低。所选用的树脂为公司自主研发的改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯，附着力能达到iso等级：0=astm等级：5b，这代表了格子边缘没有任何剥落，切口边缘完全光滑。印刷后膜的方阻为1到5ω/□，并且成品率为100%。

21、炭黑与碳管的复合不如石墨烯与碳管的复合导电性好，原位聚合的聚氨酯树脂可以大幅提升天线的附着力。制备的水性石墨烯导电油墨的电阻小，显示出了导电油墨的导电性的提高，通过原料粒径的选择，能够有效减少石墨烯团聚，提高导电性能。聚噻吩的选择以及粒径的选择对于导电性能的影响也很重要。

22、改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯链段通过化学作用于氧化石墨烯上，氧化石墨烯与石墨烯是同族材料，配伍性更好，具有多种官能团，使得最终水性浆料的稳定性更好，官能团干燥后与基体材料亲和力仍然存在，所以附着力更好，并且可以与石墨烯、碳管形成搭桥，一方面形成连续导电紧密的通路，提高导电稳定性，另一方面，可以在印刷材料弯折时可以吸收弯曲应力，具有较好的柔韧性，印刷轨迹可以在多次弯折后保持良好的稳定性。而单独用树脂混的话，导电通路某个点会不紧密甚至断开，造成方阻增大。

23、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

技术特征：

1.一种rfid天线印刷水性导电油墨，其特征在于：按重量份数计，包括以下原料：

2.根据权利要求1所述的一种rfid天线印刷水性导电油墨，其特征在于：所述改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯制备原料包括：氧化石墨烯、氯化亚砜、2-[(2-氨基乙基)氨基]乙磺酸钠盐、聚碳酸酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、二月桂酸二丁基锡、硼氢化钠。

3.如权利要求1所述的一种rfid天线印刷水性导电油墨的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

4.根据权利要求3所述的一种rfid天线印刷水性导电油墨的制备方法，其特征在于：所述改性氧化石墨烯分散液的制备方法为：

5.根据权利要求1所述的一种rfid天线印刷水性导电油墨，其特征在于：所述石墨烯纳米片的粒径和碳纳米管的管长小于10μm。

技术总结本发明涉及一种RFID天线印刷水性导电油墨及其制备方法，属于导电油墨制备技术领域。本申请通过将改性氧化石墨烯原位聚合水性聚氨酯、石墨烯、碳纳米管以及聚噻吩水性溶液合理配比，机械混合搅拌，将分散后的混合物经过三辊研磨得到水性导电油墨。有效解决了各种材料的团聚问题，同时增加其之间的结合力，弥补了缺陷导致的导电性能的降低，有效提高了其导电性能，改善了与基材的附着力，得到了一种性能优良的导电油墨。技术研发人员：宋春丽,顾飚,张胜文,王家选,刘中车受保护的技术使用者：常州市烯耀新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/19