導(dǎo)電的可印刷組合物的制作方法
【專利摘要】導(dǎo)電的可印刷組合物，其包含銀顆粒、分散劑、溶劑、包括基于烴的表面活性劑的第一表面活性劑和包括基于氟的表面活性劑的第二表面活性劑。
【專利說(shuō)明】導(dǎo)電的可印刷組合物
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及適合用作油墨的組合物，更特別地涉及適合用作導(dǎo)電油墨的組合物。
[0002]發(fā)明背景
[0003]用作導(dǎo)電油墨的組合物對(duì)在非導(dǎo)電材料如塑料、玻璃、一些復(fù)合材料等的表面上形成電路而言是有價(jià)值的。這樣的組合物典型地包含導(dǎo)電材料如金、銀或銅以在溶液中的顆粒形式的溶液，其可通過(guò)若干已知印刷技術(shù)之一施加。這些印刷技術(shù)包括聚焦氣溶膠束技術(shù)，有時(shí)稱為無(wú)掩模中等尺度材料沉積(M3D)。M3D也可用于大面積印刷中。
[0004]已知各種銀導(dǎo)電油墨，且已獲得了一些成功和適合施加至非導(dǎo)電基材，特別是聚合物的可印刷組合物。然而，這樣的已知銀組合物產(chǎn)生一些斷斷續(xù)續(xù)的問(wèn)題，包括例如不完全地施加至基材上、形成針孔缺陷、堵塞印刷噴嘴、在施加該組合物的工藝開始時(shí)難以施加至基材上。因此，可取的是提供減少這些問(wèn)題的導(dǎo)電的可印刷組合物。
[0005]發(fā)明簡(jiǎn)述
[0006]根據(jù)第一方面，導(dǎo)電的可印刷組合物包含銀顆粒、分散劑、溶劑、包含基于烴的表面活性劑的第一表面活性劑和包含基于氟的表面活性劑的第二表面活性劑。
[0007]從上文的公開內(nèi)容和下文更詳細(xì)描述的各實(shí)施方案，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是本發(fā)明提供了導(dǎo)電的可印刷組合物技術(shù)方面的顯著進(jìn)步。在該方面尤其顯著的潛力在于，本發(fā)明提供具有減少的缺陷和提高的耐印刷噴嘴堵塞性的導(dǎo)電的可印刷組合物。參照下文提供的詳述將更好地理解各實(shí)施方案的其它特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0008]特定實(shí)施方案的詳述`
[0009]對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員，即對(duì)具有本【技術(shù)領(lǐng)域】的知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)的人員而言顯而易見的是，對(duì)于本文所公開的導(dǎo)電的可印刷組合物而言，許多用途和設(shè)計(jì)變型是可能的。下文對(duì)各可選特征和實(shí)施方案的詳細(xì)討論將參照適用于將電路的部分印刷至基材上的可印刷組合物闡述本發(fā)明的一般原理。借助本公開內(nèi)容，適合其它應(yīng)用的其它實(shí)施方案對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而目是顯而易見的。
[0010]本文公開了導(dǎo)電的可印刷組合物，其包含處于分散劑中的導(dǎo)電金屬如銀顆粒、溶劑、包含基于烴的表面活性劑的第一表面活性劑和包含基于氟的表面活性劑的第二表面活性劑。所述組合物可施加至基材，包括例如玻璃、塑料和透明導(dǎo)電氧化物。所述銀顆?？蔀榧{米顆粒，其各自具有例如IOnm至最高不大于150nm,優(yōu)選20-80nm,更優(yōu)選40-80nm,例如60nm的直徑,使用基于動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)的Malvern zetasizer測(cè)定。這些銀顆?？烧荚摻M合物的10-60重量％，更優(yōu)選30-50重量％。
[0011]將所述銀顆粒與分散劑混合。所述分散劑可包含適合負(fù)載銀顆粒的許多組合物和混合物中任一種，如至少一種如下物質(zhì):烷氧基化物、烷基醇酰胺、酯、胺氧化物、烷基聚葡糖苷、烷基酚、芳基烷基酚、水溶性均聚物、水溶性無(wú)規(guī)共聚物、水溶性嵌段共聚物、水溶性接枝聚合物、聚乙烯醇、聚乙烯醇與聚乙酸乙烯酯的共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、纖維素、淀粉、明膠、明膠衍生物、氨基酸的聚合物、聚賴氨酸、聚天冬氨酸、聚丙烯酸酯、聚乙烯磺酸鹽、聚苯乙烯磺酸鹽、聚甲基丙烯酸酯、芳族磺酸與甲醛的縮合產(chǎn)物、萘磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鹽、丙烯酸類單體的共聚物、聚乙烯亞胺、聚乙烯胺、聚烯丙基胺、聚(2-乙烯基吡啶)、嵌段共聚醚、具有聚苯乙烯嵌段的嵌段共聚醚和/或聚二烯丙基二甲基氯化銨。更特別地，例如可將分子量為約8000-400，000AMU的聚乙烯吡咯烷酮(例如來(lái)自Fluka的PVPK15)和分子量為約360000amu的聚乙烯吡咯烷酮(例如來(lái)自Fluka的PVPK90)用作分散劑，或者具有62重量％02聚醚、23重量％03聚醚和15重量％聚苯乙烯(相對(duì)于干燥的分散劑)的聚苯乙烯嵌段的嵌段共聚醚，其中C2聚醚與C3聚醚的嵌段長(zhǎng)度之比為7:2單元(如來(lái)自BYK-Chemie，Wesel的Disperbykl90)。該類分散劑有助于防止顏料絮凝并因此穩(wěn)定所述可印刷組合物色調(diào)和著色力。降低油墨過(guò)多和浮色，提高所述可印刷組合物的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。改善潤(rùn)濕性和光澤度，并降低研磨料的粘度。
[0012]所述溶劑可包括一種或多種C1-C5醇、內(nèi)酰胺、脲和環(huán)狀脲。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述溶劑為助溶劑，包括1，2-丙二醇和2-吡咯烷酮。其它合適的溶劑包括例如乙二醇和2-甲基-1，3-丙二醇。所述溶劑可以以占組合物的5-40重量％的量存在于組合物中。
[0013]可在所述組合物中提供另外的添加劑，其可選自如下組:顏料、消泡劑、光穩(wěn)定劑、熒光增白劑、腐蝕抑制劑、抗氧化劑、殺藻劑、增塑劑、增稠劑、表面活性物質(zhì)。最特別優(yōu)選使用Pluronic PE10400 (來(lái)自BASF，Ludwigshafen)作為添加劑，其為具有40重量％C2-聚醚的C3-聚醚、C2-聚醚、C3-聚醚單元的水溶性三嵌段共聚物。使用無(wú)機(jī)堿如NaOH或KOH可使得銀膜在8.0或更高的pH下不具有導(dǎo)電性。因此，可任選將有機(jī)堿如三乙醇胺或N，N’- 二甲基乙醇胺用作PH調(diào)節(jié)劑，以使所述組合物的pH保持在使所述組合物保持導(dǎo)電性的水平。
[0014]根據(jù)非常有利的特征，在所述組合物中使用表面活性劑配對(duì)。已發(fā)現(xiàn)表面活性劑的組合有助于顯著減少了到基材的不完全涂覆、針孔缺陷的形成、印刷噴嘴的堵塞和在開始時(shí)施加至基材上的困難。所述第一表面活性劑可為基于烴的表面活性劑，如一種或多種的乙氧基化的癸炔二醇、烷基二苯醚二磺酸鹽和丁二酸二辛酯磺酸鈉。合適的第一表面活性劑包括Surfynol465，其包含乙氧基化的2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇；以及還包含癸塊二醇的其它相關(guān)混合物，如Surfynol2502、Surfynol485和Surfynol TG(由AirProducts and Chemicals 提供)；由 The Dow Chemical Company 提供的 Dowfax8390 和Dowfax2Al,以及包含烷基二苯醚二磺酸鹽的其它相關(guān)混合物；以及由Cytec Industries,Inc.提供的Aerosol 0T-75，以及包含丁二酸二辛酯磺酸鈉的其它混合物。通?？墒褂靡已趸?丙氧基化的基于乙炔的物質(zhì)作為`第一表面活性劑。
[0015]所述第二表面活性劑為一種或多種的基于氟的表面活性劑，如氟化聚氧雜環(huán)丁烷或氟代脂族聚合酯。包含氟化聚氧雜環(huán)丁烷的合適混合物可包括例如由Omnova Solutions提供的 Polyfoxl51N 和 Polyfoxl54N ;以及由 3M Company 提供的 Novec FC4430 和 NovecFC4432，以及包含氟代脂族聚合酯的其它混合物。組合的第一表面活性劑和第二表面活性劑可以以占所述組合物的小于I重量％，更優(yōu)選占所述組合物的小于0.3重量％的量存在于該組合物中。
[0016]所述組合物的剩余組分可包括水。取決于施加，水可以以至少30%的量存在于所述組合物中。除上述優(yōu)點(diǎn)之外，在此所制得的組合物可具有比許多已知的導(dǎo)電銀油墨更高百分比的體積電導(dǎo)率(bulk conductivity)。這可能部分是由于能更均勻且均一地施加所述組合物所致。本文所描述的導(dǎo)電的可印刷組合物可有利地施加至基材如玻璃或塑料或用作電路板的另一種材料或材料的組合的表面上。實(shí)施例
[0017]實(shí)施例1
[0018]將包含16重量％的1，2-丙二醇、12重量％的2-吡咯烷酮、35重量％的Ag的Disperbykl90的銀-分散劑溶液、0.12重量％的pluronic PE10400.0.5%的烴表面活性劑Surfynol485、0.12重量％的基于氟的表面活性劑Novec FC4432和36.32重量％的水的組合物混合在一起。所述組合物的pH為5.58。將所述組合物施加至裝備有IOpl打印頭的Dimatix Materials Printer DMP2831中。施加合適的電壓，并將所述組合物施加至玻璃或高溫聚碳酸酯膜上。將所述組合物和基材在通風(fēng)烘箱中于220°C下燒結(jié)I小時(shí)。使用萬(wàn)用表測(cè)定電阻或者使用表面輪廓儀測(cè)定方塊電阻和臺(tái)階高度。所述組合物在基材上的百分比體積電導(dǎo)率為43%。百分比體積電導(dǎo)率為電導(dǎo)率與純金屬之比X 100。當(dāng)所述金屬為銀時(shí)，所述無(wú)單位的數(shù)值為百分比體積銀電導(dǎo)率。所述組合物顯示出良好的光學(xué)特性，且如掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片所證實(shí)的那樣，基本不含針孔缺陷。
[0019]實(shí)施例2
[0020]將包含16重量％的1，2-丙二醇、12重量％的2-吡咯烷酮、35重量％的Ag的Disperbykl90的銀/分散劑溶液、0.12重量%的pluronic PE10400、0.5重量%的烴表面活性劑Surfynol2502、0.12重量％的基于氟的表面活性劑Polyfoxl51N和36.26重量％的水的組合物混合在一起。所述組合物的PH為5.6。以與實(shí)施例1相同的方式將所述組合物施加至基材上。所述組合物在基材上的百分比體積電導(dǎo)率為36%。所述組合物顯示出良好的光學(xué)特性，且如SEM顯微照片 所證實(shí)的那樣，基本不含針孔缺陷。
[0021]實(shí)施例3
[0022]將包含16重量％的1，2-丙二醇、12重量％的2-吡咯烷酮、35重量％的Ag的Disperbykl90的銀/分散劑溶液、0.12重量％pluronic PE10400、0.5重量％的烴表面活性劑Surfynol465、0.06重量％基于氟的表面活性劑Novec FC4432和36.32重量％水的組合物混合在一起。所述組合物的PH為5.57。以與實(shí)施例1相同的方式將所述組合物施加至基材上。所述組合物在基材上的百分比體積電導(dǎo)率為31%。所述組合物顯示出良好的光學(xué)特性，且如SEM顯微照片所證實(shí)的那樣，基本不含針孔缺陷。
[0023]實(shí)施例4
[0024]將包含16重量％的1，2-丙二醇、12重量％的2-吡咯烷酮、35重量％的Ag和Disperbykl90的銀/分散劑溶液、0.12重量%的pluronic PE10400、0.5重量%的烴表面活性劑Surfynol TG、0.06重量％的基于氟的表面活性劑Novec FC4432和36.32重量％的水的組合物混合在一起。所述組合物的PH為5.55。以與實(shí)施例1相同的方式將所述組合物施加至基材上。所述組合物在基材上的百分比體積電導(dǎo)率為35%。所述組合物顯示出良好的光學(xué)特性，且如SEM顯微照片所證實(shí)的那樣，基本不含針孔缺陷。
[0025]實(shí)施例5
[0026]將包含16重量％的1，2-丙二醇、12重量％的2-吡咯烷酮、35重量％的Ag和Disperbykl90的銀/分散劑溶液、0.12重量%的pluronic PE10400、0.5重量%的烴表面活性劑Surfynol465、0.12重量％基于氟的表面活性劑Polyfoxl54N和36.26重量％的水的組合物混合在一起。所述組合物的PH為5.48。以與實(shí)施例1相同的方式將所述組合物施加至基材上。所述組合物在基材上的百分比體積電導(dǎo)率為33%。所述組合物顯示出良好的光學(xué)特性，且如SEM顯微照片所證實(shí)的那樣，基本不含針孔缺陷。
[0027]實(shí)施例6 (M3D施加)
[0028]將包含6重量％的1，2-丙二醇、9重量％的2-吡咯烷酮、45重量％的Ag和Disperbykl90的銀/分散劑溶液、0.24%的烴表面活性劑Surfynol2502、0.01重量％的基于氟的表面活性劑Novec FC4432和39.75重量％的水的組合物混合在一起。所述組合物的pH為5.74。在220°C下使用M3D氣溶膠噴射技術(shù)將所述組合物以聚焦氣溶膠束的形式施加至基材上。所述組合物在基材上的百分比體積電導(dǎo)率為25.33%。所述組合物顯示出良好的光學(xué)特性，且如SEM顯微照片所證實(shí)的那樣，基本不含針孔缺陷。
[0029]由上文公開內(nèi)容和特定實(shí)施方案的詳述顯而易見的是，可存在各種改變、增加和其它可選實(shí)施方案而不偏離本發(fā)明的真正范圍和主旨。選擇并描述所討論的實(shí)施方案以提供本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用的最好的闡述，由此使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能以適合所設(shè)想的具體應(yīng)用的各種實(shí)施方案并進(jìn)行各種變型而使用本發(fā)明。當(dāng)根據(jù)正當(dāng)?shù)?、合法地且公正地授予的所附?quán)利要求 的范圍解釋時(shí)，所有這類改變和變型均處于由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)電的可印刷組合物，其以組合形式包含: 銀顆粒； 分散劑； 溶劑； 第一表面活性劑，其包括基于烴的表面活性劑；和 第二表面活性劑，其包括基于氟的表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電的可印刷組合物，其進(jìn)一步包含水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的導(dǎo)電的可印刷組合物，其進(jìn)一步包含額外的添加劑，其中所述額外的添加劑為水溶性嵌段共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述共聚物為三嵌段共聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電的可印刷組合物，其進(jìn)一步包括基材，其中將所述組合物施加至所述基材的表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述分散劑為聚乙烯吡咯烷酮、嵌段共聚醚和具有聚苯乙烯嵌段的嵌段共聚醚中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述溶劑為助溶劑，包括1，2-丙二醇和2-吡咯烷酮。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述溶劑為乙二醇和2-甲基-1，3-丙二醇之一。`
9.根據(jù)權(quán)利要求7的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述銀顆粒為具有150nm最大直徑的銀納米顆粒。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述銀顆粒為具有40-80nm平均直徑的銀納米顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述第一表面活性劑為乙氧基化癸炔二醇、烷基二苯醚二磺酸鹽和丁二酸二辛酯磺酸鈉中的一種或多種。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述第二表面活性劑為氟化聚氧雜環(huán)丁烷和氟代脂族聚合酯中的一種或多種。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中: 所述第一表面活性劑為 Surfynol2502、Surfynol485、Surfynol TG、Surfynol465、Dowfax8390> Dowfax2Al 和 Aerosol OT-75 中的一種或多種；且` 所述第二表面活性劑為 Polyfoxl51N、Polyfoxl54N、Novec FC4430 和 Novec FC4432 中的一種或多種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中: 所述組合物的10-60重量％為所述銀顆粒； 所述組合物的0.1-15重量％為所述分散劑； 所述組合物的5-40重量％為所述溶劑；和 組合的所述第一表面活性劑和第二表面活性劑占所述組合物重量的小于I重量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的導(dǎo)電的可印刷組合物，其中所述組合物的至少30重量％為水。
【文檔編號(hào)】C09D11/03GK103764773SQ201280029706
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】D·路德哈迪, F·西金, S·艾登, V·巴拉蘇布拉馬尼亞姆, S·巴恩穆勒, R·T·馬修, F·C·卡塔維查亞 申請(qǐng)人:拜爾東南亞有限公司