專利名稱：用于噴墨打印的金屬油墨組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于噴墨打印的金屬油墨組合物，更具體而言，涉及一種含有高濃度金屬用于噴墨打印的金屬油墨組合物，其中使用了適用于噴墨頭的有機(jī)溶劑，以改善油墨的噴射、貯存和粘度性能。
背景技術(shù)：
最近人們對(duì)金屬油墨越來(lái)越感興趣，這引起了對(duì)金屬油墨的積極研究。當(dāng)前市場(chǎng)上可購(gòu)得的金屬油墨可以劃分為基于水的(或稱“水基的”)金屬油墨、基于油的(或稱“油基的”)金屬油墨、以及基于溶劑的油墨。在制造高濃度油墨時(shí)，基于水的油墨與基于油的金屬油墨相比，產(chǎn)生更大的納米顆粒尺寸和更高的粘度，這導(dǎo)致在噴墨頭處連續(xù)噴射的困難。因此，在制造高濃度金屬油墨時(shí)需要進(jìn)行調(diào)整，使得可以連續(xù)噴射噴墨油墨，即使該油墨中的金屬含量高。
傳統(tǒng)方法采用基于水的金屬納米顆粒和親水溶劑，以水和乙醇為主要溶劑，以開發(fā)在噴墨頭不干燥并在表面提供期望的表面圖像的油墨。在開發(fā)這樣的高濃度納米金屬油墨中，油墨組合物通過許多制備實(shí)驗(yàn)確定，并且這些組合物積累成為公司的重要技術(shù)。一種噴墨油墨，作為基于水的油墨的一個(gè)實(shí)例，已經(jīng)被開發(fā)和公開，其中Ag-IJ-G-100-S1的含量高達(dá)20wt％。這種油墨使用乙醇和乙二醇作為溶劑，而且是可以從噴墨頭噴射的噴墨油墨。然而，盡管其金屬含量低，但是仍無(wú)法保證噴射穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有提高的金屬濃度的金屬油墨組合物，其中，當(dāng)使用在水基中合成的納米顆粒制備用于噴墨打印的油墨組合物時(shí)，維持低粘度，由此提供優(yōu)良的噴射穩(wěn)定性和提高的貯存穩(wěn)定性。
本發(fā)明提供了一種金屬油墨組合物，其包含20～85wt％的金屬納米顆粒以及15～80wt％的有機(jī)溶劑，其中該有機(jī)溶劑由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶劑制成。
在某些佳好實(shí)施例中，基于乙二醇的醚可以是選自由三甘醇二甲醚、三甘醇單丁醚、三甘醇單乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇單丙醚、以及二丙二醇甲醚組成的組中的一種或多種。
這里，基于乙二醇的醚可以為全部有機(jī)溶劑的50wt％至100wt％。
本發(fā)明的金屬油墨組合物還包括水和C1-C8低級(jí)羥醇的一種或多種溶劑。
在某些佳好實(shí)施例中，該低級(jí)羥醇可以選自由水、乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇、1-丁醇、2-丁醇、異丁醇、己醇、以及正辛醇組成的組中的一種或多種。
這里，溶劑的含量可以為全部有機(jī)溶劑的0至50wt％。
在本發(fā)明所使用的金屬納米顆?？梢允沁x自由銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)及其合金組成的組中的一種或多種金屬的納米顆粒。金屬納米顆粒的粒度可以為50nm或更小。
在某些佳好實(shí)施例中，金屬納米顆?？梢杂眠x自由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)、多元酸及其衍生物組成的組中的一種或多種分散劑包覆。
這里，多元酸可以包括選自聚(丙烯酸)、聚(馬來(lái)酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(馬來(lái)酸-共-丙烯酸)以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)中的一種或多種，而衍生物包括選自由該多元酸的鈉鹽、鉀鹽和銨鹽組成的組中的一種或多種。
使用這樣的有機(jī)溶劑，金屬納米顆?？梢园谌拷M合物的60wt％至80wt％的高濃度范圍內(nèi)。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下描述中部分地提出，部分通過描述變得顯而易見，或可以通過本發(fā)明的實(shí)踐而理解。


圖1是表示對(duì)于本發(fā)明的金屬油墨組合物，油墨組合物粘度相對(duì)于金屬納米顆粒含量的變化的曲線圖，
圖2是在本發(fā)明的實(shí)施例和比較實(shí)施例中使用的銀納米顆粒的SEM照片，以及圖3是利用根據(jù)本發(fā)明的金屬油墨組合物形成的印刷電路圖案的印刷圖像的圖示。
具體實(shí)施例方式
下面將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的某些方面的金屬油墨組合物。
當(dāng)在用于噴墨打印的金屬油墨中使用水基溶劑時(shí)，金屬納米顆粒的尺寸大于使用基于油的溶劑的情形，并且當(dāng)制造高濃度的油墨時(shí)粘度更高。為了制造可以在噴墨頭連續(xù)噴射的油墨，需要這樣的溶劑，即，僅通過該溶劑即可在噴墨頭實(shí)現(xiàn)良好的噴射和流動(dòng)性能。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面是使金屬油墨的組合物最優(yōu)化，從而降低粘度，同時(shí)金屬含量維持在高濃度，以增強(qiáng)金屬油墨的噴射和貯存性能。
形成本發(fā)明的金屬油墨組合物的有機(jī)溶劑由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶劑制成。
通過包含未共用電子對(duì)的醚基，基于乙二醇的醚可以穩(wěn)定金屬納米顆粒，以使金屬納米顆粒熔化至高濃度而無(wú)需附加的分散劑。此外，基于乙二醇的醚具有超過100℃的高沸點(diǎn)，使得當(dāng)使用噴墨打印形成布線時(shí)可以在噴墨頭維持合適的粘度，以增強(qiáng)噴射穩(wěn)定性。
基于乙二醇的醚的具體實(shí)施包括但不限于三甘醇二甲醚、三甘醇單丁醚、三甘醇單乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇單丙醚、以及二丙二醇甲醚等。
在一些佳好實(shí)施例中，這些基于乙二醇的醚之一可以單獨(dú)使用，或者可以兩種或多種混合使用。當(dāng)將兩種或多種基于乙二醇的醚混合在一起并用作有機(jī)溶劑時(shí)，可以考慮使用沸點(diǎn)為200℃或更高且閃點(diǎn)為100℃或更高的基于乙二醇的醚與沸點(diǎn)低于200℃且閃點(diǎn)低于100℃的基于乙二醇的醚的混合物，使得在形成布線時(shí)干燥速率可以被調(diào)整為適當(dāng)?shù)乃健?br> 在上列具體實(shí)施例中，沸點(diǎn)為200℃或更高且閃點(diǎn)為100℃或更高的基于乙二醇的醚包括二乙二醇二乙醚、乙二醇單丙醚、以及二丙二醇甲醚等，而沸點(diǎn)低于200℃且閃點(diǎn)低于100℃的基于乙二醇的醚包括三甘醇二甲醚、三甘醇單丁醚、三甘醇單乙醚、二乙二醇單丁醚、以及二乙二醇二丁醚等。
基于乙二醇的醚可以為全部有機(jī)溶劑的50wt％至100wt％。如果基于乙二醇的醚的含量低于50wt％，則噴嘴的干燥速率可能變得太快，使得噴射不穩(wěn)定并使得難以形成噴墨滴，從而使得需要使用額外的具有高沸點(diǎn)的干燥劑以防止噴嘴干燥。
為了調(diào)整組合物低粘度，本發(fā)明的金屬油墨組合物還可以進(jìn)一步包括水與C1-C8低級(jí)羥醇的一種或多種溶劑。通過調(diào)整油墨組合物的表面張力，水可以用于調(diào)整粘度，而低級(jí)羥醇可以用于調(diào)整形成布線時(shí)的干燥速率。更具體而言，低級(jí)羥醇可以是乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇、1-丁醇、2-丁醇、異丁醇、己醇、以及正辛醇等。這里，該溶劑的含量可以為全部有機(jī)溶劑的0至50wt％。該溶劑用作干燥促進(jìn)劑，用于調(diào)整期望基板上的干燥速率。如果該溶劑的含量超過50wt％，過快的干燥可以影響噴射。
在本發(fā)明的金屬油墨組合物中，盡管對(duì)用于形成金屬納米顆粒的金屬?zèng)]有特別限制，可以使用選自銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)及其合金中的一種或多種。金屬納米顆粒的粒度越小，噴射越容易，而且盡管可以使用200nm或更小的顆粒，但是50nm或更小的顆?？梢蕴峁└训膰娔珖娚湫Ч?br> 在某些佳好實(shí)施例中，金屬納米顆?？梢杂眠x自由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)、多元酸及其衍生物組成的組中的一種或多種分散劑包覆。
這里，多元酸可以是在主鏈或側(cè)鏈包含羧基或其衍生物的聚合物，并具有10至100,000的聚合度。這種多元酸的具體實(shí)例包括但不限于聚(丙烯酸)、聚(馬來(lái)酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(馬來(lái)酸-共-丙烯酸)、以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)等。
此外，多元酸的衍生物是指羧基的氫原子被另外的原子或分子取代的化合物，例如多元酸的鈉鹽、鉀鹽和銨鹽等。
此外，在使用乙二醇單丙醚作為有機(jī)溶劑溶化金屬納米顆粒時(shí)，測(cè)量了粘度相對(duì)于金屬納米顆粒含量的變化，其示于圖1。如圖1所示，可以看出，本發(fā)明的金屬油墨組合物可以溶化為高達(dá)85wt％的含量，并且在70wt％或更高的高金屬含量下也可以進(jìn)行連續(xù)噴射。此外，對(duì)于使用MEMS技術(shù)的典型噴墨頭(Spectra公司)，粘度為20cp或更低時(shí)可以進(jìn)行噴射，并且對(duì)于由玻璃材料制成的噴墨頭(Microfab公司)，粘度為40cp或更低時(shí)可以提供良好的噴射。
因此，本發(fā)明的金屬油墨組合物可以包含占全部組合物的20wt％至85wt％的金屬納米顆粒，含量60wt％至80wt％時(shí)更好。當(dāng)含量低于20wt％時(shí)，則金屬含量可能不充足，在這種情況下金屬油墨在布線涂敷中的應(yīng)用將缺乏變化并且其應(yīng)用受到限制，而當(dāng)含量高于85wt％時(shí)，則粘度可能太高，使得油墨的噴射性能可能退化，用作金屬油墨是不理想的。
此外，有機(jī)溶劑的含量可以為全部組合物的15wt％至80wt％。當(dāng)含量低于15wt％時(shí)，則出現(xiàn)與金屬納米顆粒超過85wt％時(shí)相同的結(jié)果，而當(dāng)含量高于80wt％時(shí)，則出現(xiàn)與金屬納米顆粒低于20wt％時(shí)相同的結(jié)果。
下面將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例，其目的僅僅是說明而并非限制本發(fā)明。
實(shí)施例1～14通過混合40wt％的有機(jī)溶劑和60wt％的銀納米顆粒來(lái)制造金屬油墨組合物，其中該有機(jī)溶劑根據(jù)下面在表1中列出的含量通過混合各種溶劑進(jìn)行制備。這里使用的銀納米顆粒為粒度小于50nm的納米顆粒，并用PVP包覆，其通過在韓國(guó)專利申請(qǐng)第10-2005-085708號(hào)中所披露的方法制備。實(shí)施例和比較實(shí)施例中使用的銀納米顆粒的SEM照片示于圖2。
為了評(píng)估所制造的油墨組合物的噴射性能，使用來(lái)自Spectra公司的Se-128頭進(jìn)行噴墨噴射測(cè)試，其結(jié)果也列于下面表1中。這里，“休息后打印”是指在停止打印并暫停機(jī)器直到重新開始打印圖像的休息時(shí)間，而“連續(xù)打印”是指可以連續(xù)打印圖像而無(wú)需清洗打印頭等的持續(xù)時(shí)間。
比較實(shí)施例1～2
除了使用美國(guó)Cabot公司的油墨(Ag-IJ-G-100-S1)作為有機(jī)溶劑外，使用與上面的實(shí)施例中相同的步驟來(lái)制造金屬油墨組合物，所制造的組合物的噴射性能測(cè)量結(jié)果列于下面的表1。
該Cabot公司的油墨(Ag-IJ-G-100-S1)使用乙醇作為主要溶劑，乙二醇作為輔助溶劑。



(單位wt％)從表1結(jié)果可以看出，基于本發(fā)明的金屬油墨組合物已經(jīng)得到顯著改善，因?yàn)槠涮峁┝?小時(shí)或1小時(shí)以上的連續(xù)打印和休息后打印的時(shí)間，即使包含高濃度的金屬納米顆粒。此外，在傳統(tǒng)水基溶劑的情況下，不僅噴射性能差，而且在打印圖像被傳輸?shù)酱蛴∠到y(tǒng)期間在(打印)頭內(nèi)會(huì)發(fā)生堵塞，從而使得無(wú)法噴射，或在打印圖像期間在頭內(nèi)會(huì)出現(xiàn)干燥，從而無(wú)法提供良好的圖像。
此外，為了測(cè)量在上述實(shí)施例1至14中制造的金屬油墨組合物的熱穩(wěn)定性，進(jìn)行了三溫度循環(huán)試驗(yàn)，其中各個(gè)組合物置于50℃的高溫、正常溫度、以及0℃的低溫條件下24小時(shí)。對(duì)粒度的變化、是否存在沉淀、以及粘度變化進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果列于下面表2中。


*評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)a)粒度變化◎表示小于10％，○表示小于20％，△表示小于30％；b)粘度變化◎表示小于10％，○表示小于20％，△表示小于30％；c)是否存在沉淀○表示存在，×表示不存在。
由表2的結(jié)果可以看出，即使包含50wt％或更高的高濃度金屬納米顆粒時(shí)，基于本發(fā)明的金屬油墨組合物仍具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。
使用根據(jù)本發(fā)明的金屬油墨組合物形成的印刷電路圖案示于圖3。參照?qǐng)D3，注意，根據(jù)本發(fā)明佳好實(shí)施例的金屬油墨組合物具有良好的噴射性能，使得印刷圖像高度清楚。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的金屬油墨組合物使用基于乙二醇的醚作為有機(jī)溶劑以維持噴墨頭處的低粘度，同時(shí)維持金屬納米顆粒的高濃度，以得到良好的噴射穩(wěn)定性和優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性。
雖然已參照特定的佳好實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明的精神，這些佳好實(shí)施例僅是用于說明目的而并不限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)這些佳好實(shí)施例進(jìn)行變化或修改。
權(quán)利要求
1.一種金屬油墨組合物，包含20wt％至85wt％的金屬納米顆粒；以及15wt％至80wt％的有機(jī)溶劑；所述有機(jī)溶劑由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶劑制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬油墨組合物，其中，所述基于乙二醇的醚是選自由三甘醇二甲醚、三甘醇單丁醚、三甘醇單乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇單丙醚、以及二丙二醇甲醚組成的組中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬油墨組合物，其中，所述基于乙二醇的醚為全部有機(jī)溶劑的50wt％至100wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬油墨組合物，進(jìn)一步包括水或C1-C8低級(jí)羥醇的一種或多種溶劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬油墨組合物，其中，所述低級(jí)羥醇是選自由乙醇、甲醇、丙醇、異丙醇、1-丁醇、2-丁醇、異丁醇、己醇以及正辛醇組成的組中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬油墨組合物，其中，所述溶劑為全部有機(jī)溶劑的0至50wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬油墨組合物，其中，所述金屬納米顆粒是選自由銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、鉑(Pt)及其合金組成的組中的一種或多種金屬的納米顆粒。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬油墨組合物，其中，所述金屬納米顆粒具有50nm或更小的粒度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬油墨組合物，其中，所述金屬納米顆粒用選自由聚(乙烯吡咯烷酮)、多元酸及其衍生物組成的組中的一種或多種分散劑包覆。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬油墨組合物，其中，所述多元酸包括選自由聚(丙烯酸)、聚(馬來(lái)酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(馬來(lái)酸-共-丙烯酸)、以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)組成的組中的一種或多種，而所述衍生物包括選自由所述多元酸的鈉鹽、鉀鹽和銨鹽組成的組中的一種或多種。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬油墨組合物，其中，所述金屬油墨組合物包括60wt％至80wt％的所述金屬納米顆粒。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于噴墨打印的金屬油墨組合物，更具體地說，涉及一種包含20wt％至85wt％的金屬納米顆粒以及15wt％至80wt％的有機(jī)溶劑的金屬油墨組合物，其中所述有機(jī)溶劑由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶劑制成。本發(fā)明提供了一種金屬油墨組合物，其中使用適用于噴墨頭的有機(jī)溶劑即使含有高濃度金屬還是可以改善油墨的噴射、貯存、以及粘度性能。
文檔編號(hào)B41J2/01GK101085887SQ2007100969
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者金太勛, 鄭在祐, 趙誠(chéng)男, 吳圣日, 趙惠真 申請(qǐng)人:三星電機(jī)株式會(huì)社