UV型纳米银导电油墨的制备及性能研究

发布时间：2017-12-03 12:17

  本文关键词：UV型纳米银导电油墨的制备及性能研究

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【摘要】：导电油墨广泛应用于PCB、RFID天线、传感器、太阳能电池、电子纸等多方面。导电油墨的研究有助于印制电子技术的发展和成熟,促进电子制造工业的高效化、低成本化和环境友好化,大大提高国民经济效益。目前市场上的导电油墨多是高温烧结干燥模式,而且导电银浆多是微米级的银粉,在导电性能和干燥方式上阻碍了电子印刷产业的发展。本文旨在研制一种UV光固化型纳米银导电油墨,其中导电填料为自制球形纳米银和自制片形纳米银的混合体,预聚物自制超支化聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯。以硝酸银为前驱体,水合肼为还原剂,PVP为分散保护剂,采用水合肼滴入(硝酸银+PVP)混合液的液相还原法,制备纳米银颗粒。分析了PVP用量、还原剂浓度、整体反应浓度等对纳米银平均粒径的影响,确定了球形纳米银颗粒的最佳实验条件。并确定了球形纳米银制备的实验方案。SEM和Nano-Zetasizer的表征表明所制备的球形纳米银为平均粒径在30nm左右的类球形颗粒,且粒径分布曲线基本呈正态分布,其PDI值仅为0.29,大于60nm的粒子几乎没有。XRD分析表明纳米银为面心立方晶系,UV-vis分析表明纳米银粉的紫外可见光吸收峰在420nm。设计了四因素三水平的正交实验,用于研究和分析分散剂用量、反应时间、反应温度和搅拌速度等对纳米银的形貌和粒径的影响。利用正交试验的结果优化片形纳米银的制备条件,制备了平均粒径在180nm,径厚比为9:1的片状纳米银颗粒。以甲基丙烯酸羟乙酯(HEPA)与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料,DBTDL为催化剂,合成氨基甲酸酯丙烯酸酯(UA);以季戊四醇(PER)与2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,在丙酮和乙醇为溶剂下,制备超支化聚酯多元醇(HBPE);用UA对HBPE-3进行封端接枝反应,制备一种新型的超支化聚氨酯丙烯酸酯(HPUA)。FTIR分析表明产物存在氨基甲酸酯基团和丙烯酸酯基团的吸收峰,且-NCO基的吸收峰基本消失,证明试验成功制备了了超支化聚氨酯丙烯酸酯。DSC分析表明其玻璃化转变温度为35.56℃,冷结晶温度Tc为110.92℃,融化温度Tm为134.74℃,可以实现低温熔融。TGA分析表明其热稳定性好,分解温度为214℃;分解50%时,温度是312℃;分解速率达到最大时的温度为309.77℃;终止分解温度为450℃。通过核磁共振分析,并估算出超支化聚氨多元醇的支化度为0.58。选择球形纳米银粉和片形纳米银的混合体为油墨的导电填料,自制超支化聚氨酯丙烯酸酯和环氧丙烯酸酯为预聚物,TMPTA和NPGDA为稀释单体,(ITX+173)为光引发剂,配制UV光固化型纳米银导电油墨。实验研究了预聚物、单体、光引发剂对油墨光固化速度和粘度的影响,实验结果表明:单体与预聚物的配比量为1:1.5时,环氧丙烯酸酯与自制超支化聚氨酯丙烯酸酯配比为2:3时,当光引发剂为油墨除去导电银粉量的10%时,油墨的光固化速度和粘度达到最佳状态,光固化时间只要6s,油墨附着力测试高达2%。重点分析了纳米银的填充量和形貌对油墨导电性的影响,实验结果表明,当银粉填充量在60%时,球形纳米银和片形纳米银配比在3:7时,油墨的电阻率达到10-6Ω?m数量级,低于目前市场导电油墨一个数量级别。以400目的涤纶丝网印版为印刷版,采用丝网印刷方式,实验分析了油墨导电性能与光固化时间的关系,得出光固化时间为7s时,油墨的电阻率达到最小值,为2.21?10-6Ω?m;从外观和扫描电镜图上分析油墨的粘附力,得出油墨的粘附力高,抗撕拉能力强,且撕拉前后的电阻值相差不大;实验分析了油墨印刷厚度与导电性的关系,油墨导电性随着厚度的增加而迅速增加,而当厚度增加到25um以后,油墨的导电性几乎没有什么变化。本论文以自制的片形、球形纳米银粉为导电填料,自制的超支化聚氨酯丙烯酸酯为主体预聚物,研制了一种附着力高、光固化时间短的高导电率油墨。印刷实验结果表明,所研制油墨的附着力测试高达2%,UV光固化时间为7s,印刷厚度为25um时,印刷样品的电阻率达到2.21?10-6Ω?m。所研制导电油墨的电阻率相比目前市场上的导电油墨降低了一个数量级。论文的研究成果对于改变了传统导电油墨的高温烧结的干燥方式,绿色和环保意义明显,且在油墨的导电性能和印刷性能上得到显著提高,对于印刷电子技术的发展具有重要的现实意义。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ638

【参考文献】

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本文编号：1248678