一种高导电的石墨烯水性油墨技术领域
本发明提供了一种水性油墨，尤其提供了一种具有高导电性的石墨烯水性油墨，
属于印刷技术领域。
背景技术
随着纳米技术的迅速发展，纳米级别的导电油墨凭借印刷电子技术的高速产业化
在国内外备受关注。而水性油墨采用水代替有机溶剂，具有无毒、低VOC和不可燃等环保特
点，正成为21世纪印刷行业绿色发展的主流。
水性导电油墨，顾名思义就是将导电性能与水性油墨优势相结合的油墨。目前，完
全利用石墨烯作为导电介质的油墨，成本较高；而如果只利用铜粉等比较廉价的金属粉末
作为导电介质的话，虽然成本较低，但是铜粉容易被氧化，导电性能非常不稳定。因此，寻找
一种成本与导电性能兼顾的水性油墨符合社会的需求和油墨研究的发展方向。
发明内容
本发明提供了一种高导电的石墨烯水性油墨，解决了背景技术中的不足，该油墨
将石墨烯及超细铜粉结合作为一种复合导电填料介质，即降低了成本，又具有高导电性及
防氧化性，同时，该油墨使用水和醇代替传统有机溶剂，还具有环保、无毒的优点。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种高导电的石墨烯水性油墨，该油墨采用以下方法制备：(1)超细铜粉制备：将
醋酸铜加入到多元醇中，在保持60～70℃水浴温度下加入氨水，充分络合反应后制得蓝色
铜氨溶液；将体积分数为5％～10％水合肼溶液在持续搅拌下逐滴缓慢滴加到铜氨溶液中，
滴加完毕后将反应混合物离心分离，得到紫红色粉状物即为产物铜粉；将铜粉洗涤后，制得
的铜粉与水的混合物，制得铜粉的直径为50～500nm；
(2)原料的称?。喊凑找韵轮柿堪俜直瘸迫「髟希和?～8％，石墨烯55～62％，
丙烯酸树脂5～9％，醇酸树脂2～4％，醋酸丁脂7～11％，去离子水7～11％，消泡剂0.2～
2％，流平剂0.2～2％，水性增稠剂2～4％；
(3)原料搅拌：将醇酸树脂和丙烯酸树脂、去离子水、乙醇投入至分散釜内充分搅
拌，温度设置为30～40℃，控制搅拌速度为400～500rpm；然后再将石墨烯、铜粉、水性增稠
剂、流平剂、消泡剂投入到分散釜内充分搅拌均匀，温度设置为30～40℃，控制搅拌速度为
400～500rpm；
(4)研磨：将分散好的物料移至研磨机内进行研磨，充分研磨直至物料的细度达到
15μm以下，即可制得高导电的石墨烯水性油墨。
步骤(1)中所述的多元醇为乙二醇、一缩二乙二醇或丙三醇。
步骤(1)中，先用将铜粉用去离子水洗涤2～3次，再用苯并三氮唑的无水乙醇溶液
洗涤1～2次。
步骤(4)中所制得的高导电的石墨烯水性油墨电阻率不大于1.2×10-3Ω·cm，采
用划格法测试其附着力为98％以上。
由于超细铜粉极易被氧化，因此本发明在制备超细铜粉的过程中，以多元醇作为
溶剂，多元醇本身的还原性可防止还原产物被氧化，其粘性有利于分散生成的颗粒，多元醇
与水的互溶的良好溶解性利于固体粉末从反应体系中分离。在洗涤工艺中利用含有苯丙三
氮唑的无水乙醇溶液洗涤产物铜粉，能够在铜表面形成多层?；つ?，使铜表面不起氧化还
原反应。水合肼作为一种高效的还原剂不仅能够从铜盐中还原出铜，其本身的还原性及还
原反应生成的氮气都能对生成的铜起到防止氧化的?；ぷ饔?。因此本发明在制备工艺中能
够保证所制得的超细铜粉不被氧化。
与现有技术相比，本发明所提供的高导电的石墨烯水性油墨具有以下优点：1、本
发明所制备的油墨中，由于石墨烯碳碳键仅为1.42Å，因此结构非常稳定。石墨烯仅属
于纳米级，单层石墨烯的厚度大概为0.334nm，石墨烯与铜粉的混合吸附过程主要依靠搅拌
进行，在搅拌的过程中使得石墨烯逐渐吸附于铜粉表面，由于铜粉质量相对石墨烯较大，在
重力的作用下下沉，并在重力的作用下分成上下两层；而石墨烯由于质量轻、体积小，其吸
附在铜粉颗粒的上表面形成一层极其薄的?；つ?，有效阻止了铜粉的氧化。同时所添加的
增稠剂使溶液稠度较大，使得导电填料(石墨烯+铜粉)悬浮在油墨混合物中，不会完全沉
降。因此本发明提供的油墨不仅导电性能良好，最关键的是大大的降低了生产成本。2、本发
明提供的油墨中用水和醇取代了原有的苯类等有机溶剂，极大的减少了有机挥发物的而排
放，安全环保，是公认的环保型印刷材料。适用于食品、药品等安全性要求较高的包装。3、本
发明提供的超高导电的水性油墨生产成本低、工艺简单，可以大量制备，适合于工业化生
产，并且导电性能优越，因此能够在射频识别系统、智能包装、导电线路以及传感器等电子
产品中进行广泛应用，具有重要的实际意义和巨大的经济价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的?；し段Р⒉痪?br />限于以下实施例。
实施例1
一：还原铜离子，利用多元醇还原法制备超细铜粉
1)称取一定量的醋酸铜加入到100ml乙二醇中，在保持水浴温度60℃下加入适量
氨水时使其与铜粉充分络合得到蓝色铜氨溶液。
2)将8ml水合肼以去离子水稀释到体积分数为6％，在持续搅拌下逐滴缓慢滴加到
铜氨溶液中。滴加完毕后将反应混合物离心分离，得到紫红色粉状物即为还原产物铜；
3)将产物铜以去离子水洗涤2次、苯并三氮唑的无水乙醇溶液洗涤1次，制得的铜
粉与水的混合物中，铜粉的固含量为90％，制得铜粉的平均直径均在200nm左右。
以上各原料的配比如下表所示：
二：制备石墨烯～铜粉复合材料为导电填料的碳系水性油墨。
1)按照配方所需，将醇酸树脂和丙烯酸混合树脂液、去离子水、乙醇投入分散釜内
充分搅拌，温度设置为30℃，控制搅拌速度为400rpm。
2)按配方所需，称准石墨烯、超细铜粉、增稠剂、流平剂、消泡剂等并投入到分散釜
内充分搅拌均匀，温度设置为30℃，控制搅拌速度为400rpm。
3)将分散好的物料移至研磨机内进行研磨，研磨2h，测量细度达到15μm以下即可。
否则继续研磨，直到细度达到要求。
各原料以及各原料所占的质量百分比如下表所示：
以上制得的为原墨，在使用前需进行稀释，稀释时使用去离子水和乙醇的混合溶
液，利用含量为5％的氨水调节PH值在8～9之间。
本实施例中所制得的油墨的性能指标如下表所示
导电颗粒细度/nm
附着力(划格法)
电阻率/Ω·cm
干膜厚/μm
≤300
≥98％
≤1.2×10-3
10
实施例2
一：还原铜离子，利用多元醇还原法制备超细铜粉
称取一定量的醋酸铜加入到100ml丙三醇中，在保持水浴温度70℃下加入适量氨
水时使其与铜粉充分络合得到蓝色铜氨溶液。
将11ml水合肼以去离子水稀释到体积分数为9％，在持续搅拌下逐滴缓慢滴加到
铜氨溶液中。滴加完毕后将反应混合物离心分离，得到紫红色粉状物即为还原产物铜；
将产物铜以去离子水洗涤3次、苯并三氮唑的无水乙醇溶液洗涤2次，制得的铜粉
与水的混合物中，铜粉的固含量为90％，制得铜粉的平均直径均在300nm左右。
以上各原料的配比如下表所示：
二：制备石墨烯～铜粉复合材料为导电填料的碳系水性油墨。
按照配方所需，将醇酸树脂和丙烯酸混合树脂液、去离子水、乙醇投入分散釜内充
分搅拌，温度设置为40℃，控制搅拌速度为500rpm。
按配方所需，称准石墨烯、超细铜粉、增稠剂、流平剂、消泡剂等并投入到分散釜内
充分搅拌均匀，温度设置为40℃，控制搅拌速度为500rpm。
将分散好的物料移至研磨机内进行研磨，研磨2h，测量细度达到15μm以下即可。否
则继续研磨，直到细度达到要求。
各原料以及各原料所占的质量百分比如下表所示：