银系导电油墨的制备及性能研究

王艳芳，吴子刚（三友（天津）高分子技术有限公司，天津 300211）

银系导电油墨的制备及性能研究

王艳芳，吴子刚
（三友（天津）高分子技术有限公司，天津 300211）

以丙烯酸树脂、饱和聚酯树脂为导电填料载体，将其溶解于高沸点混合溶剂中制成粘接料，再将粘接料、导电银粉和其他配合剂按比例混合研磨成导电油墨。采用划格法及双臂电桥计测量其附着力及电阻率，探讨了不同树脂、溶剂、导电填料、导电剂对导电油墨导电性和附着力的影响，此外还分析了导电油墨在不同固化温度下电阻率与时间的关系。结果表明，当电阻率达到1.25×10-4Ω·cm，附着力达到1级时，配制的导电油墨能够满足在电子技术方面的应用要求。

银系导电油墨；导电性；电子技术

导电油墨作为一种新材料、新技术，在微电子领域的应用是多种多样的。早期主要用于代替电子设备制造中的焊锡和抗静电材料，随着材料制备技术与性能的改进，导电油墨的应用领域获得极大拓展。目前，作为一种功能电子材料，导电油墨已经成为全印制电路技术、半导体封装、印制电子器件等领域中的关键材料，对实现电子设备的高密度化、微型化组装以及电子设备轻、薄、功能集成化等起着重要作用。

本文以丙烯酸树脂和饱和聚酯树脂为载体，乙二醇苯醚、松油醇、松节油、乙二醇丁醚和蓖麻油为树脂的混合溶剂，银粉为导电填料，BZ-33导电剂起抗静电作用，通过加热溶解、三辊研磨制备了银系导电油墨，并对其性能进行了研究。

1　实验部分

1.1原料

丙烯酸树脂、饱和聚酯树脂，工业品，德国进口；乙二醇苯醚，上海三爱思试剂有限公司；松油醇，北京化学试剂公司；松节油，天津化学试剂三厂；乙二醇丁醚，天津大尧化学试剂有限公司；蓖麻油，天津市化学试剂三厂；导电银粉，北京博瑞赛导电粉体材料发展中心；导电剂BZ-33，广东省佛山市顺德区世邦佳明化工有限公司。

1.2设备与仪器

美国水浴B型，美国仪器公司；三辊研磨机S-150，上海第一化工机械厂；HG1941A型数字式低电阻/电压表，天津市无线电一厂；Q65-07漆膜附着力试验仪，中国天津材料试验机厂；DV-Ⅱ黏度计，美国仪器公司；202-AO型电热鼓风干燥箱，天津实验厂。

1.3银系导电油墨的制备

1）粘料的制备：丙烯酸树脂、饱和聚酯树脂和高沸点溶剂按比例配好后放置在温度为50～60 ℃的水浴锅中，搅拌至完全溶解即可。各组分配比为：聚酯树脂60质量份，丙烯酸树脂20质量份，乙二醇苯醚18质量份，松油醇8质量份、松节油、乙二醇丁醚各1质量份、蓖麻油0.2质量份。

2）导电油墨的制备：按比例称取粘料、导电银粉、BZ-33导电剂，搅拌之后用三辊研磨机研磨均匀即可。各组分配比为：粘料25质量份，银粉84质量份，BZ-33导电剂0.2质量份。

1.4性能测试

1）导电性：经烘烤后用千分尺测胶的厚度δ；用游标卡尺测胶的宽度d和长度L，用双臂电桥计测量胶条2端的电阻值RX，然后按式（1）计算电阻率。

2）附着力：参照国标GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》进行测试，基材采用环氧树脂板。

2　结果与讨论

2.1树脂对导电油墨附着力的影响

聚酯树脂选用高分子质量、线性饱和的共聚聚酯树脂，其特点是附着力好，耐候性、柔韧性突出，但硬度差；丙烯酸树脂选用热塑性丙烯酸，其特点是耐光、耐老化、有光泽、硬度好，能溶于溶剂。由表1可知，综合考虑产品的附着力和固化后粘弹性，饱和聚酯树脂S1606与丙烯酸树脂M527的质量比为3：1最佳。

表1　2种树脂配比对导电油墨附着力的影响Tab.1　Influence of weight ratio of two resins on conductive ink adhesion

2.2溶剂对导电油墨性能的影响

溶剂的溶解能力和挥发梯度，对油墨成膜过程和膜的性能有很大影响。油墨的干燥时间长短依赖于不同挥发速度的溶剂配比，混合溶剂中挥发速度最慢的组分是树脂的良溶剂，这样才能保证油墨对承印物有良好的附着力。各种溶剂性能见表2。

表2　不同溶剂在导电油墨中的适用性Tab.2　Applicability of different solvents in conductive ink

本试验中，乙二醇苯醚是树脂的良溶剂，挥发速度最慢。经反复试验确定，混合溶剂质量比为：乙二醇苯醚：松油醇：松节油：乙二醇丁醚：蓖麻油=18：8：1：1：0.2。

2.3导电填料对导电油墨导电性的影响

无机系导电油墨中的导电材料主要采用金粉、银粉、铜粉、镍粉及炭黑粉、石墨粉、碳纤维等。参考表3综合考虑，最终选择银粉作导电填料。

表3　各种导电填料的性能比对Tab.3　Comparison of advantage and disadvantage of conductive fillers

导电银粉的形状和粒径对导电性影响很大。如片状比球状的接触面要大，因而显示出更好的导电性能。在同一配比的情况下，用球状银粉配制的导电胶电阻率为10-2Ω·cm，而片状银粉导电胶的电阻率可达10-4Ω·cm。粒径越小，导电性越高。粒径在10 µm以下，分布适当，在最紧密填充状态下导电性最好，见图1。

通过对不同粒径不同形状的银粉进行试验，综合考虑选择北京博瑞赛2.5 µm的片状银粉和8 µm的球状银粉混合使用。

导电银粉填充量对导电油墨导电性的影响见表4。

图1　不同形状银粉的接触状态Fig.1　Contact state of silver powder with different shape［a）球状银粉的点接触；b）片状银粉的面接触；c）混合银粉的接触状态］

表4　银粉加入量对导电油墨导电性的影响Tab.4　Effect of silver powder addition on electrical conductivity of conductive ink

由表4可见，粘料与银粉质量比为1：3.31时导电油墨性能较好。

2.4导电剂对导电油墨性能的影响

BZ-33导电剂是一种低黏度有机胺盐化合物，在印刷油墨中起抗静电作用，可改善油墨产品抗摩擦、浮色、发花性能。通过试验加入量不能超过0.2%，否则影响墨膜的附着力，试验结果见表5。

表5　BZ-33导电剂加入量对导电油墨附着力的影响Tab.5　Effect of BZ-33 conductive agent addition on adhesion of conductive ink

2.5固化温度和时间对电阻率的影响

在一定温度范围内，固化温度越高或固化时间越长，固化程度就越高，导电性越好。固化温度和时间对导电性的影响见图2。

图2　固化温度和固化时间对电阻率的影响Fig.2　Effect of curing temperature and curing time on electrical resistivity

从图2可以看出，固化条件为170 ℃/（30～40）min时，导电性较为理想。

3　结论

按本实验确定的最佳配方和工艺制备导电油墨，固化条件为170 ℃/（30～40）min时，导电油墨可达到电阻率为1.25×10-4Ω·cm，附着力为1级的良好性能。此导电油墨可应用于全印制电子技术成为很多新电子产品创新发展的源泉，全印制电子技术将极大地改变人们的生活，并将带来巨大商机。

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Preparation and properties of silver-based conductive ink

WANG Yan-fang， WU Zi-gang
（Sanyou （Tianjin） Macromolecular Technology Co.，Ltd.， Tianjin 300211， China）

In this paper， the acrylic resin and saturated polyester resin were used as the carrier of conductive fillers， and dissolved the into the high boiling point solvents for making a sticky material. The conductive ink was prepared with the sticky material， the conductive silver powder and other additives by proportionally mixing and grinding. The grid test and double arm bridge were used to measure the adhesion and electrical resistivity. The influence of different resins， solvents， conductive fillers and conductive agent on the properties of conductive ink was discussed， and the relationship between the temperature and time of curing and the resistivity of conductive ink was also analyzed. The prepared conductive ink had a resistivity of 1.25×10-4Ω·cm， and the adhesion reaches grade 1， which can meet the requirements of its application in electronic technology.

silver conductive ink； conductivity； electronic technology

TS852

A

1001-5922（2015）10-0082-04

2015-07-15

王艳芳（1978-），女，工程师，从事电子胶粘剂的研究。E-mail：wangyf821@163.com。