水性UV固化导电油墨的制备及性能研究

发布时间：2020-08-26 12:37

【摘要】：电子印刷具有低成本,环保,低温处理及易大规模生产等优点在各种领域中受到关注,大规模应用核心问题是导电油墨开发。具有金属纳米银颗粒的导电墨水已有相关研究,但其在保存中纳米颗粒易出现冷凝和附聚,同时烧结温度较高。石墨烯由于其独特薄层结构,被用来作为载体来制备改性复合材料,来提高材料的性能。本文利用还原法将纳米银负载到石墨烯片层上制备纳米银-石墨烯复合材料,并将其作为导电基料制备出水性UV固化高性能导电油墨。本研究分为三个部分,首先利用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二元醇(PCL-1000)、2,2-二羟甲基丁酸(DMBA)及季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)制备了PUA中间体,然后利用环氧丙烯酸(EA)对中间体PUA进行封端反应,制备出水性UV树脂(WPE)。并对制备的树脂进行性能表征,探讨了n(NCO)/n(OH)值、PETA、DMBA、EA及光引发剂用量对WPE乳液及涂膜性能等影响;其次使用AgNO_3作为银源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为保护剂,水合肼作还原剂在不同条件下制备纳米银粒子。通过研究PVP含量、AgNO_3浓度等条件对纳米银形貌及粒径影响。同时将AgNO_3和氧化石墨烯(GO)复合,经还原后制备成纳米银-石墨烯分散液(Ag-RGO);最终将Ag-RGO加入到WPE乳液中,制备出水性UV固化纳米银-石墨烯导电油墨,并对制备的导电油墨进行性能测试,考察固化时间及复合材料含量对油墨性能的影响。本研究得出如下结论:(1)通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对WPE进行结构表征,可证明UV树脂WPE成功制备。透射电镜(TEM)可知WPE乳液粒径均一,稳定性较好。在对R值进行研究时,当n(NCO)/n(OH)=1.6,胶膜吸水率低至3.66%,拉伸强度最大达到26.41 MPa,断裂伸长最低为189.7%;在对PETA含量研究时,当W(C=C)为8.51%时综合性能最佳。热失重曲线表明,PETA含量越高,树脂耐热性能越好,说明PETA含量增加可以提高热稳定性;在对EA含量进行研究时,EA加入量为8%,附着力为0级,硬度为2H,抗冲击为55 cm;在对光引发剂含量进行研究时,光引发剂含量为3.75%时,固化速度最快,涂膜具有最佳性能。(2)在纳米银XRD谱图中出现四个衍射峰,2θ分别为38.06°、44.28°、64.40°和77.60°,制备出的纳米银为面心立方结构,符合银标准谱图。衍射峰半峰宽较窄且强度高,说明样品结晶程度高,未出现杂峰,制备的样品纯度高。根据Scherrer公式可以计算出晶体的晶粒尺寸在31.9 nm。从Raman图中可以看出,RGO的G带从1607 cm~(-1)转移到1600 cm~(-1),同时XRD及UV谱都可证实GO还原为RGO。在TGA图中可以看出,GO还原成RGO后,分子热稳定性大幅增强,分子结构更加稳定;Ag-RGO中,纳米银存在填补石墨烯的空隙,修补结构缺陷,使Ag-RGO的热稳定性继续增强,最终热分解剩余量为75.61 wt%。(3)通过研究固化时间对导电油墨性能影响中可知,光固化时间为15s时,油墨电阻率最低可以达到7.97×10~(-8)Ω?m,树脂在引发剂作用下,完全成膜,此时涂层表现附着力为0级,硬度为H。通过研究导电基料组成对性能影响中可知,随着油墨导电基料中纳米银-石墨烯比例增大,电阻率出现大幅降低,当比例为1:1时,最低为7.2×10~(-8)Ω?m,对附着力和硬度未有太大的影响。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ638
【图文】：

结构图,结构图,耐化学性能,紫外光固化

图 1-2 HDDA 结构图Fig. 1-2 structure diagram of HDDA表 1-3 HDDA 参数Tab. 1-3 parameter of HDDA子量比重折射率闪点玻璃化转变26.27 1.01 1.456 110℃ 41℃中的反应基体，为光固化组分中最重要的部分着力、耐化学性能等）[25,26]。在固化反应中，分性自由基，从而交联成膜。目前 UV 固化所用低制备的相关报道目前较多，同时 PUA 由于其优法和溶胶-凝胶法制备了新型水性紫外光固化超A/ SiO2）纳米复合材料。表面张力和接触角测

光吸收,波长

陕西科技大学硕士学位论文Qiu[33]等利用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI），聚醚多元醇（NJ-220），DMPA 和甲基丙烯酸羟乙基（HEMA）利用原位聚合法制备紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯（UV-WPUA）低聚物。以不同含量的四乙氧基硅烷（TEOS）和 3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷（GLYMO）为偶联剂，采用溶胶-凝胶法制备了一系列水性 UV-WPUA/SiO低聚物。结果表明，杂化材料的 SiO2颗粒具有广泛的分散性，形成良好的界面结合。Mishra[34]等采用丙酮法从蓖麻油，IPDI，DMPA 和 HEMA 合成了一系列新型水性紫外光固化聚氨酯分散体。将制备的 UV-PUD 与三种不同的单体混合，单体类型对 UV-PU的物理化学和热性质的影响表明，单体中存在的不饱和基团的数量对物理化学，机械和热性质具有显着影响。3）光引发剂

富勒烯,碳纳米管,石墨,一维

层具由导电能力。目前金属材料（金[52,53]、银[54-56]、铜[57-61]）、米管[63]）、以及有机高分子[64]（如聚吡咯等）等目前作为导电电油墨的应用范围也逐渐扩大。用稻草提取物作为还原剂，在保护剂氛围下，还原硝酸银制分散液，将制备的分散液和 UV 固化单体、溶剂和光引发剂制备的油墨进行喷墨印刷来制成 RFID 天线。在保护剂 PVP 氛围下，利用还原剂 N2H4·H2O 还原硝酸银制出一种低温高导电性导电油墨。120℃下烧结 10 min 后，备的导电油墨印刷制成 RFID 天线，电阻值为 270 Ω，线宽具有很好的附着力，硬度等其他性能。制备了一种水性 UV 固化树脂，利用水合肼还原银氨溶液与液，制备出粒径 100 nm 的纳米银复合树脂体系，经 UV 固化。简介

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