BR112020008181A2 - composição aquosa compreendendo um polímero condutor e uso do mesmo - Google Patents
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Abstract
Composição aquosa compreendendo: de 0,5 % em peso a 5 % em peso, de preferência de 1 % em peso a 4 % em peso, com relação ao peso total da dita composição aquosa, de pelo menos um polímero condutor; de 1 % em peso a 100 % em peso, de preferência de 2 % em peso a 10 % em peso, com mais preferência de 15 % em peso a 50 % em peso, com relação ao peso total do dito pelo menos um polímero condutor, de pelo menos um éter de celulose. A dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como tinta imprimível ou pasta imprimível em várias técnicas, como, por exemplo, impressão serigráfica, impressão por gravura, impressão flexográfica, revestimento por aspersão, revestimento por matriz de extrusão, revestimento por rotação, impressão por jato de
tinta. De preferência, a dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como uma pasta imprimível para impressão serigráfica. Mais particularmente, a dita composição aquosa pode ser usada para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras, ainda mais
particularmente para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras usadas em células fotovoltaicas (ou células solares), em eletrônicos imprimíveis, em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), em telas sensíveis ao toque, em revestimentos antiestáticos.
Description
[0001] A presente invenção se refere a uma composição aquosa compreendendo um polímero condutor.
[0002] Mais particularmente, a presente invenção se refere a uma composição aquosa compreendendo pelo menos um polímero condutor e pelo menos um éter de celulose.
[0003] A dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como tinta imprimível ou pasta imprimível em várias técnicas, como, por exemplo, impressão serigráfica, impressão por gravura, impressão flexográfica, revestimento por aspersão, revestimento por matriz de extrusão, revestimento por rotação, impressão por jato de tinta. De preferência, a dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como uma pasta imprimível para impressão serigráfica. Mais particularmente, a dita composição aquosa pode ser usada para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras, ainda mais particularmente para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras usadas em células fotovoltaicas (ou células solares), em eletrônicos imprimíveis, em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), em telas sensíveis ao toque, em revestimentos antiestáticos.
[0004] A presente invenção se refere também a uma tinta imprimível ou pasta imprimível, de preferência uma pasta imprimível, incluindo uma composição aquosa, compreendendo pelo menos um polímero condutor e pelo menos um éter de celulose.
[0005] A presente invenção se refere adicionalmente ao uso de uma composição aquosa compreendendo pelo menos um éter de celulose para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras, ainda mais particularmente para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras usadas em células fotovoltaicas (ou células solares), em eletrônicos imprimíveis, em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), em telas sensíveis ao toque, em revestimentos antiestáticos.
[0006] No modo de operação mais simples, as células fotovoltaicas orgânicas, de arquitetura direta (ou células solares) são fabricadas pela introdução entre dois eletrodos, normalmente consistindo em óxido de índio e estanho (ITO) (ânodo) [no caso de células fotovoltaicas (ou células solares) tendo arquitetura reversa, o ânodo pode consistir em prata e alumínio (Al) ou prata (Ag) (cátodo), uma camada fina (por exemplo 100 nm - 150 nm) de uma mistura de pelo menos um composto receptor de elétron [por exemplo, PC61BM (éster 6,6-fenil-C;n-metil butírico) ou PC71BM (éster 6, 6-fenil-C-metil butírico)] e de pelo menos um composto doador de elétron [selecionado, por exemplo, de politiofenos, policarbazóis, derivados de poli (tienotiofeno)benzoditiofeno (PTB) ] (uma arquitetura conhecida como uma “heterojunção de volume”). Geralmente, com o propósito de implementar uma camada desse tipo, uma solução dos dois compostos é preparada e, subsequentemente, uma camada fotoativa é criada no ânodo [por exemplo, óxido de índio-estanho (1ITO)] a partir da dita solução, usando técnicas de deposição adequadas, como, por exemplo, revestimento por rotação, revestimento por aspersão,
impressão a jato de tinta e similares. Finalmente, na camada seca, o contra-eletrodo é depositado [isto é, o cátodo de alumínio (Al) ou prata (Ag)]. Para garantir melhor desempenho das células fotovoltaicas (ou células solares), outras camadas adicionais (também conhecidas como camadas intermediárias ou camadas tampão) podem ser introduzidas entre os eletrodos e a camada fotoativa para executar funções elétricas, ópticas ou mecânicas específicas.
[0007] Como resultado, geralmente, com o propósito de ajudar os orifícios de elétrons a alcançar o ânodo [geralmente, óxido de índio e estanho (ITO) ou prata] e, ao mesmo tempo, interronper o transporte de elétrons, melhorando assim as cargas captadas pelo eletrodo e inibindo os fenômenos de recombinação, antes de criar a camada fotoativa a partir da mistura do composto aceitante e do composto doador, conforme descrito acima, uma camada eletricamente condutora orgânica é criada a partir de uma suspensão aquosa baseada em PEDOT:PSS sulfonato de [poli (3,4-etilenodioxitiofeno)-poliestireno - por simplicidade a seguir referida apenas como PEDOT:PSS], usando técnicas de revestimento ou impressão adequadas, como, por exemplo, revestimento por rotação, revestimento por aspersão, impressão a jato de tinta, impressão serigráfica e similares.
[0008] Detalhes adicionais sobre as várias técnicas de deposição usadas para a fabricação de células fotovoltaicas (ou células solares) podem ser encontrados, por exemplo, em F.C. Krebs review “Fabrication and processing of polymer solar cells: A review of printing and coating techniques”, “Solar Energy Materials & Solar Cells” (2009), Vol. 93, pp.
3394-412.
[0009] A dita camada orgânica eletricamente condutora, possui várias funções dentro da célula fotovoltaica (ou célula solar) e, em qualquer caso, deve ter boa condutividade elétrica, ser depositada ou impressa sem uma solução de continuidade e não apresentar defeitos no final da deposição ou impressão. De fato, outras condições sendo iguais, bons valores de condutividade elétrica e manutenção dos mesmos garantem um bom desempenho do dispositivo fotovoltaico (ou dispositivo solar) no qual a dita célula fotovoltaica (ou célula solar) é usada, uma vez que as dissipações resistivas da corrente e tensão geradas no dito dispositivo fotovoltaico (ou dispositivo solar) são minimizados. Além disso, bons valores de condutividade elétrica são particularmente importantes quando as espessuras da camada orgânica eletricamente condutora com base em PEDOT:PSS são altas (ou seja, maiores que 50 nm - 100 nm) ou quando a própria PEDOT:PSS é usada como um eletrodo, no lugar de ou em combinação com outros materiais eletricamente condutores, como prata, alumínio ou similares, opcionalmente nanodispersos ou estruturados de várias formas, como grades, dedos, barramentos. A presença de defeitos na superfície da dita camada orgânica eletricamente condutora com base em PEDOT:PSS (por exemplo, orifícios) implica ainda em reduções, que também são significativas, na eficiência do dispositivo fotovoltaico (ou dispositivo solar) que o contém e uma deterioração nos parâmetros elétricos em geral.
[0010] Além disso, outro aspecto importante se refere à precisão da forma e dimensões da dita camada orgânica eletricamente condutora depositada ou impressa, como por exemplo nos casos em que figuras ou módulos complexos são implementados. O bom sucesso da deposição ou impressão está intimamente relacionado às características reológicas da suspensão aquosa usada. Em particular, se pastas para impressão serigráfica são implementadas, poderão ser encontrados problemas relacionados à necessidade de obter altas viscosidades, impedindo simultaneamente a carga de compostos inertes (por exemplo, aditivos) introduzidos para esse objetivo de reduzir a condutividade das camadas obtidas. Além disso, a introdução dos ditos compostos inertes para aumentar a viscosidade da suspensão aquosa geralmente também implica uma diminuição da condutividade da camada final: como resultado, os dois efeitos devem ser adequadamente equilibrados.
[0011] Os problemas mencionados acima são típicos da produção de células fotovoltaicas (ou células solares), sejam elas convencionais (arquitetura direta) ou, em particular, células fotovoltaicas (ou células solares) com uma estrutura invertida, onde a dita camada orgânica eletricamente condutora com base na PEDOT:PSS é depositada acima da camada fotoativa, com espessuras geralmente maiores do que as células fotovoltaicas convencionais (de arquitetura direta) (ou células solares). A deposição da dita camada orgânica eletricamente condutora com base em PEDO:PSS na camada fotoativa é conhecida na literatura como fonte de problemas de uniformidade, conforme relatado, por exemplo, no seguinte site: http: //www.heraeus- clevios.com/en/technology/spin-coating-of-clevios-p.aspx, em particular para a formação de orifícios como resultado da alta tensão superficial de tintas contendo PEDOT:PSS à base de água e da hidrofobicidade relativamente alta da camada fotoativa na qual a camada orgânica eletricamente condutora baseada em PEDOT:PSS é depositada. As possíveis técnicas de impressão usadas para depositar a camada orgânica eletricamente condutora com base em PEDOT:PSS são relatadas na F.C. Krebs review mencionada acima. As técnicas de impressão mais comuns, como impressão serigráfica, impressão por gravura, impressão flexográfica, revestimento por aspersão, revestimento com matriz de extrusão, revestimento por rotação, impressão a jato de tinta, exigem tintas com faixa de viscosidade a 25 ºC, variando de 10 mPa x s a 10º mPa x s - 10º mPa x Ss.
[0012] Tintas ou pastas úteis para fins de obter camadas orgânicas “eletricamente condutoras são conhecidas na técnica.
[0013] Por exemplo, a patente americana US 6.358.437 descreve uma pasta de impressão serigráfica compreendendo uma solução ou dispersão contendo um polímero condutor e um solvente selecionados do grupo que consiste em alcoóis, cetonas e amidas, od ditos alcoóis, cetonas e amidas pelo menos parcialmente miscíveis com água; e com uma viscosidade variando de 8 dPas (800 cP) a 200 dPas (20000 cP), a dita pasta contendo pelo menos 2 % em peso do dito polímero condutor. A pasta mencionada acima é considerada vantajosamente utilizável para a produção de revestimentos eletricamente condutores.
[0014] A patente americana US 6.955.772 descreve uma composição aquosa contendo: um (co) polímero de 3,4- dialcoxitiofeno no qual os dois grupos alcóxi podem ser idênticos ou diferentes ou juntos representam uma ponte de oxi-alquileno-óxi opcionalmente substituído; um poliânion; e um aglutinante não newtoniano, no qual o dito aglutinante não newtoniano é um poliacrilato. A composição aquosa acima mencionada é considerada vantajosa se usada com a finalidade de preparar camadas eletricamente condutoras, revestimentos eletricamente condutores, pastas ou tintas imprimíveis.
[0015] No entanto, as tintas e pastas para impressão conhecidas na técnica, geralmente obtidas simplesmente pela adição de aditivos que modificam a viscosidade, fornecem camadas orgânicas eletricamente condutoras com valores de resistividade superficial bastante altos (ou seja, nos melhores casos, valores maiores ou iguais a 700 Q/sq) e, como resultado, uma perda significativa de condutividade elétrica. Além disso, em outros casos, com o objetivo de impedir ou reduzir a adição de aditivos e, assim, manter uma condutividade elétrica mais alta, a pasta imprimível é preparada reduzindo o volume da solução inicial (por exemplo, da solução comercial PEDOT:PSS) por evaporação: esta operação é onerosa em termos de energia e em termos de planta, com um aumento resultante nos tempos e custos do processo.
[0016] O Requerente assumiu, portanto, o problema de encontrar uma composição aquosa que possa ser vantajosamente usada como tinta ou pasta imprimível nas várias técnicas acima mencionadas e que seja ainda mais útil para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras com baixos valores de resistividade superficial (isto é, valores menores ou iguais a 500 Q/sq) e, como resultado, boa condutividade elétrica.
[0017] O Requerente encontrou agora uma composição aquosa compreendendo pelo menos um polímero condutor e pelo menos um éter de celulose, em quantidades específicas, que podem ser vantajosamente usados como tinta imprimível ou pasta imprimível nas várias técnicas acima mencionadas e que seja ainda mais útil para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras com baixos valores de resistividade superficial (isto é, valores menores ou iguais a 500 2Q/sq e, como resultado, boa condutividade elétrica. Além disso, a dita composição aquosa pode ser obtida por um processo simples e barato que não requer, por exemplo, redução no volume da solução inicial por evaporação. Assim, um objeto da presente invenção é uma composição aquosa compreendendo: - de 0,5 % em peso a 5 % em peso, de preferência de 1 % em peso a 4 % em peso, com relação ao peso total da dita composição aquosa, de pelo menos um polímero condutor; - de 1 % em peso a 100 % em peso, de preferência de 2 % em peso a 10 % em peso, com mais preferência de 15 % em peso a 50% em peso, com relação ao peso total do dito pelo menos um polímero condutor, de pelo menos um éter de celulose.
[0018] A dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como tinta imprimível ou pasta imprimível em várias técnicas, como impressão serigráfica, impressão por gravura, impressão flexográfica, revestimento por aspersão, revestimento por matriz de extrusão. De preferência, a dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como uma pasta imprimível para impressão serigráfica. Mais particularmente a dita composição aquosa pode ser usada vantajosamente para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras, ainda mais particularmente para a preparação de camadas eletricamente condutoras usadas em células fotovoltaicas (ou células solares), em eletrônicos imprimíveis, em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) em telas sensíveis ao toque, em revestimentos antiestáticos.
[0019] Deve-se observar que, para os fins da presente invenção, o dito pelo menos um éter de celulose é usado de preferência em uma quantidade que varia de 15 % em peso a 50 % em peso em relação ao peso total do dito pelo menos um polímero condutor no caso da impressão serigráfica e de 2 % em peso a 10 % em peso em relação ao peso total do dito pelo menos um polímero condutor no caso das outras técnicas acima mencionadas.
[0020] Para o propósito da presente descrição e das seguintes reivindicações, as definições das faixas numéricas sempre incluem os pontos finais a menos que seja especificado de outro modo.
[0021] Para o propósito da presente descrição e das seguintes reivindicações, o termo “compreendendo” também inclui os termos “substancialmente consistindo em” ou “consistindo em”.
[0022] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o dito polímero condutor pode ser selecionado a partir de (co) polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno.
[0023] Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, os ditos (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno podem ser selecionados, por exemplo, a partir de (co) polímeros compreendendo unidade de repetição tendo a fórmula geral (1):
RO, QOTR: | RO o nos quais Ri e Ro, idênticos ou diferentes, representam um átomo de hidrogênio; ou são selecionados dentre grupo C1i- Ca alquila; ou Ri e R2 juntos representam um grupo C1-Cs alquileno ou um grupo cicloalquileno.
[0024] Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, os ditos (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno podem ser selecionados, por exemplo, a partir de (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno nos quais os dois grupos alcóxi juntos representam uma ponte de oxi-alquileno- óxi opcionalmente substituído, de preferência de: poli(3,4- metilenodioxitiofeno) e seus derivados, poli (3,4- etilenodioxitiofeno) e seus derivados, poli(3,4- propilenodioxitiofeno) e seus derivados, poli (3,4- butilenodioxitiofeno) e seus derivados, ou seus copolímeros, ou misturas dos mesmos.
[0025] Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, os ditos (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno podem ser selecionados, por exemplo, a partir dos (co) polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno nos quais os dois grupos alcóxi juntos representam uma ponte de oxi-alquileno- óxi opcionalmente substituído com um ou mais grupos selecionados, por exemplo, dentre: grupos alquila, grupos alcóxi, grupos alcoxialquila, grupos carboxila, grupos alquilsulfonato, grupos arilsulfonato, grupos éster.
[0026] Em uma modalidade preferida da presente invenção, nos ditos (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno os dois grupos alcoxila juntos representam uma ponte de oxi-
alquileno-óxi na qual o grupo alquileno é um grupo 1,2- etileno opcionalmente substituído com pelo menos um grupo alquila, um grupo 1,2-etileno opcionalmente substituído com pelo menos um grupo C1i-C1i2 alquila, um grupo 1,2-etileno opcionalmente substituído com pelo menos um grupo fenila, um grupo 1,3-propileno, um grupo 1,2-ciclo-hexileno.
[0027] Em uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, o dito (co) polímero de um 3,4- dialcoxitiofeno é poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (FEDOT).
[0028] (Co) polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno são conhecidos na técnica: detalhes adicionais em relação aos ditos (co)polímeros podem ser encontrados, por exemplo, em L. Groenendaal review “Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and Its Derivatives: Past, Present and Future”, “Advanced Materials" (2000), Vol. 12, Publicação 7, pp. 481-494.
[0029] Em uma modalidade preferida da presente invenção, os ditos (co)polímeros de 3,4-dialcoxitiofeno podem ser usados em conjunto com um poliânion que pode ser selecionado, por exemplo, a partir de poliânions de ácidos carboxílicos poliméricos, como, por exemplo, ácidos poli (met)acrílicos, ácidos polimaleicos; poliânions de ácidos polissulfônicos, como, por exemplo, ácido poli (estirenossulfônico). Os ditos ácidos policarboxílicos e os ditos ácidos polissulfônicos podem ainda ser copolímeros de ácidos vinilcarboxílico e vinilsulfônico com outros monômeros polimerizáveis, como ésteres de ácidos (met)acrílicos, estireno. De preferência, o dito poliânion é um poliânion de ácido poli (estirenossulfônico) ou um poliânion de copolímeros de ácido poli (estireno sulfônico) com estireno.
[0030] Dispersões ou soluções de (co)polímeros de 3,4-
dialcoxitiofeno com um poliânion que podem ser vantajosamente usadas para os fins da presente invenção e que estão atualmente disponíveis comercialmente são os produtos Clevios" PH 500, Clevios"" PH 1000, Clevios" F HCSolar, da Heraeus.
[0031] Em uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, o dito polímero condutor é PEDOT:PSS [sulfonato de poli(3,4-etilenodioxitiofeno) poliestireno].
[0032] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o dito éter de celulose pode ser selecionado, por exemplo, a partir de: alquil celuloses como, por exemplo, metilcelulose, etilcelulose, propilcelulose, ou misturas dos mesmos; hidroxialquilceluloses como, por exemplo, hidroximetilcelulose, hidroxietilcelulose, hidroxipropilcelulose, ou misturas dos mesmos; hidroxialquilalquilceluloses como, por exemplo, hidroxietilmetil-celulose, hidroxipropilmetilcelulose, Ou misturas dos mesmos.
[0033] Em uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, o dito éter de celulose é metilcelulose, hidroxipropilmetilcelulose; de preferência hidroxipropilmetilcelulose. Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, a dita hidroxipropilmetilcelulose pode ter um teor de metoxila variante de 16,5 % em peso a 30 % em peso e um teor de hidroxipropoxila variando de 4 % em peso e 32 % em peso, em relação ao peso total da dita hidroxipropilmetilcelulose.
[0034] Exemplos específicos de éteres de celulose que podem ser usados vantajosamente para os propósitos da presente invenção e que estão atualmente disponíveis para comercialização são: MethocelGo 90 HG, Methocel A, MethocelO E, Methocel6 F e Methocelê K, da Dow. Com o objetivo de aumentar a condutividade elétrica da camada orgânica eletricamente condutora obtida a partir da dita composição aquosa, pelo menos um composto pode ser adicionado à dita composição aquosa, sendo o dito composto selecionado, por exemplo, de: sulfóxidos, líquidos apróticos com uma constante dielétrica superior a 15, dióis, açúcares Ou misturas dos mesmos.
[0035] Em uma modalidade preferida da presente invenção, a dita composição aquosa pode compreender pelo menos um composto que pode ser selecionado, por exemplo, dentre: sulfóxidos, líquidos apróticos com uma constante dielétrica maior que 15, dióis, açúcares ou misturas dos mesmos; de preferência sulfóxidos.
[0036] Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, os ditos sulfóxidos podem ser selecionados, por exemplo, dentre: sulfóxidos de alquila como sulfóxido de dimetila (DMSO), sulfóxido de dietila, sulfóxido de di-n- propila, sulfóxido de di-n-butila, sulfóxido de di-iso- amila, ou misturas dos mesmos; sulfóxidos de arila como, por exemplo, sulfóxido de benzil fenila, sulfóxido de difenila, sulfóxido de metil fenila, sulfóxido de dibenzila, sulfóxido de di-p-tolila ou misturas dos mesmos. Sulfóxido de dimetila (DMSO) é preferido.
[0037] Em uma outra modalidade preferida da presente invenção, os ditos líquidos apróticos com uma constante dielétrica maior que 15 podem ser selecionados, por exemplo, dentre: N-metilpirrolidona, 1,3-dimetil-2-imidazolidinona, 2-pirrolidona, N,N,N',N'”-tetrametilureia, formamida, N,N-
dimetilformamida, N-metilacetamida, N,N-dimetilacetamida, tetrametilsulfonaureia ou misturas dos mesmos.
[0038] Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, os ditos dióis podem ser selecionados, por exemplo, a partir de dietilenoglicol, propilenoglicol ou misturas dos mesmos.
[0039] Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, os ditos açúcares podem ser selecionados, por exemplo, a partir de: sorbitol, manitol, sacarose, frutose ou misturas dos mesmos.
[0040] Em uma modalidade preferida da presente invenção, o dito composto pode ser selecionado, por exemplo, dentre sulfóxidos, líquidos apróticos com uma constante dielétrica maior que 15, dióis, açúcares, e podem ser usados em uma quantidade que varia de 2 % em peso a 20 % em peso, de preferência variando de 3 % em peso a 8 % em peso, em relação ao peso total da dita composição aquosa.
[0041] Com o propósito de melhorar a solubilidade do éter de celulose na dita composição aquosa e/ou melhorar a molhabilidade da mesma, pelo menos um solvente orgânico miscível com água pode ser adicionado a dita composição aquosa.
[0042] Em uma modalidade preferida da presente invenção, a dita composição aquosa pode compreender pelo menos um solvente orgânico miscível com água.
[0043] Em uma modalidade preferida adicional da presente invenção, o dito solvente orgânico pode ser selecionado, por exemplo, de: alcoóis como, por exemplo, álcool metílico, álcool etílico, álcool iso-propílico, Ou misturas dos mesmos; ésteres de ácido acético como, por exemplo, acetato de metila, acetato de etila, acetato de n-propila, acetato iso-propílico ou misturas dos mesmos; cetonas como, por exemplo, acetona, metil etil cetona, metil iso-butil cetona, ciclo-hexanona, ou misturas dos mesmos. Álcool iso-propílico é preferido.
[0044] Em uma modalidade da presente invenção, o dito solvente orgânico pode ser usado em uma quantidade variando de 0,1 % em peso a 70 % em peso, de preferência variando de % em peso e 60 % em peso, em relação ao peso total da dita composição aquosa.
[0045] A dita composição aquosa pode ainda conter outros compostos como, por exemplo, pigmentos ou tinturas orgânicas ou inorgânicas, agente de reticulação, agentes —anti- espumantes, agentes ativos de superfície. A adição opcional de quaisquer compostos é de modo que cada composto, quando presente, pode ser usado em uma quantidade variando de 0,01 % em peso à 5 % em peso, de preferência variando de 0,1 % em peso e 28% em peso, em relação ao peso total da dita composição aquosa.
[0046] Em uma modalidade preferida da presente invenção, a dita composição aquosa pode ter uma viscosidade, a 25 “ºC, variando de 1 mPa x s a 10º mPa x s, de preferência variando de 5 mPa x s a 1000 mPa x s, com mais preferência variando de 1000 mPa x s a 10º mPa.
[0047] Deve-se observar que, para os fins da presente invenção, a dita composição aquosa tem uma viscosidade, a 25 ºC, preferencialmente variando de 1000 mPa x s a 10º mPa x s no caso de impressão serigráfica e variando de 5 mPa x s a 1000 mPa x Ss no caso das outras técnicas acima mencionadas.
[0048] A composição aquosa objeto da presente invenção pode ser preparada por processos conhecidos na técnica. Por exemplo, a dita composição aquosa pode ser preparada misturando a solução ou dispersão de um (co)polímero de 3,4- dialcoxitiofeno-poliânion (por exemplo, PEDOT:PSS) com pelo menos um éter de celulose (por exemplo, hidroxipropilmetilcelulose) e, opcionalmente, pelo menos um sulfóxido (por exemplo, DMSO) e/ou pelo menos um solvente orgânico (por exemplo, álcool iso-propílico) e quaisquer outros compostos presentes, a uma temperatura variando de 20 º*Ca30 ºC, por um tempo que varia de 10 minutos a 30 minutos, a uma velocidade de rotação que varia de 100 rpm a 600 rpm.
[0049] A dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como tinta imprimível ou pasta imprimível em várias técnicas, como impressão serigráfica, impressão por gravura, impressão flexográfica, revestimento por aspersão, revestimento por matriz de extrusão, revestimento por rotação, impressão por jato de tinta. De preferência, a dita composição aquosa pode vantajosamente ser usada como uma pasta imprimível para impressão serigráfica. Deve-se observar que o uso da dita composição aquosa nas ditas várias técnicas é substancialmente dependente da reologia da mesma, em particular da viscosidade.
[0050] Assim, um outro assunto da presente invenção é uma tinta imprimível ou pasta imprimível, de preferência uma pasta imprimível, compreendendo a dita composição aquosa.
[0051] Mais particularmente, conforme declarado anteriormente, a dita composição aquosa pode ser usada para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras, ainda mais particularmente para a preparação de camadas orgânicas “eletricamente condutoras usadas em células fotovoltaicas (ou células solares), em eletrônicos imprimíveis, em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs) em telas sensíveis ao toque, em revestimentos antiestáticos.
[0052] Dessa forma, uma assunto adicional da presente invenção é o uso do dita composição aquosa para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras, mais particularmente para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras usadas em células fotovoltaicas (ou células solares), em eletrônicos imprimíveis, em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), em telas sensíveis ao toque, em revestimentos antiestáticos.
[0053] Com o propósito de entender melhor e implementar a presente invenção, alguns exemplos ilustrativos e não- limitadores da mesma são indicados a seguir no presente documento. EXEMPLO 1
[0054] Em um frasco de 10 ml, equipado com um plugue, foram carregados 2 ml de poli(3,4-etilenodioxitiofeno)- poliestirenossulfonato (PEDOT:PSS) (Clevios"” PH 1000 da Heraeus) (1,3% em peso em relação ao peso total da composição aquosa), 0,19 g de uma solução aquosa de hidroxipropilmetilcelulose a 5 % (Methocel6 90HG da Sigma Aldrich) (aproximadamente 37 % em peso em relação ao peso total de PEDOT:PSS) e 0,09 ml de sulfóxido de dimetila (DMSO) (“Reagente ACS”, pureza 2 99,9 %, de Sigma Aldrich): o todo foi deixado, a 25 ºC, sob agitação a 200 rpm, por 20 minutos. A pasta assim obtida tinha uma viscosidade > 10º mPa x s medida a 25 ºC, a uma taxa de cisalhamento de 1 sº! por meio de um sistema de medição de cone de placa usando o reômetro MCR 302 da Anton-Paar.
[0055] A pasta foi subsequentemente impressa usando uma tela de tecido de poliéster com 55 filamentos por cm (EstalGO mono de Sefar) para resultar em uma camada de revestimento de 1 cmº x 0,5 cmº e seca a 140 ºC por 5 minutos. A camada de revestimento tinha uma resistividade de superfície de 360 2/sq, medida usando uma sonda de 4 pontos, conforme descrito por L. J. van der Pauw, “A method of measuring specific resistivity and Hall effect of discs of arbitrary shape” “Philips Research Reports” “Philips Research Reports” (1958), Vol. 13, pp. 1-9.
[0056] Enquanto operava como descrito acima, uma tinta comercial, ou seja, 58% em peso de poli(3,4- etilenodioxitiofeno)-poliestirenossulfonato (PEDOT:PSS) (produto nº 76865 da Sigma Aldrich), foi impressa para fins de comparação, obtendo-se uma camada de revestimento que apresentava uma resistividade superficial, medida como descrito acima, de 320 Q/sa.
[0057] A partir dos dados apresentados acima, pode-se ver como a pasta obtida de acordo com a presente invenção possui uma resistividade de superfície inteiramente semelhante à da tinta comercial de referência.
Claims (11)
1. Composição aquosa caracterizada por compreender: - de 0,5 % em peso à 5 % em peso, de preferência de 1 % em peso a 4 % em peso, com relação ao peso total da dita composição aquosa, de pelo menos um polímero condutor; - de 1 % em peso a 100 % em peso, de preferência de 2 % em peso a 10 % em peso, com mais preferência de 15 % em peso a 50% em peso, com relação ao peso total do dito pelo menos um polímero condutor, de pelo menos um éter de celulose.
2. Composição aquosa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito polímero condutor é selecionado dos (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno, de preferência de: - (co)polímeros compreendendo unidades de repetição tendo a fórmula geral (II): Ro, At | “E : nos quais Ri e Ro, idênticos ou diferentes, representam um átomo de hidrogênio; ou são selecionados dentre grupos C1i- Ca alquila; ou Ri e Rº juntos representam um grupo C1-C5s alquileno ou um grupo cicloalquileno; ou - (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno nos quais os dois grupos alcóxi juntos representam uma ponte de oxi- alquileno-óxi opcionalmente substituído, de preferência de: poli(3,4-metilenodioxitiofeno) e seus derivados, poli(3,4-etilenodioxitiofeno) e seus derivados, poli(3,4-
propilenodioxitiofeno) e seus derivados, poli(3,4- butilenodioxitiofeno) e seus derivados, ou seus copolímeros, ou misturas dos mesmos; ou - (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno nos quais os dois grupos alcóxi juntos representam uma ponte de oxi- alquileno-óxi opcionalmente substituído com um ou mais grupos selecionados dentre: grupos alquila, grupos alcóxi, grupos alcoxialquila, grupos carboxila, grupos alquilsulfonato, grupos arilsulfonato, grupos éster; - (co)polímeros de um 3,4-dialcoxitiofeno nos quais os dois grupos alcoxila juntos representam uma ponte de oxi- alquileno-óxi na qual o grupo alquileno é um grupo 1,2- etileno opcionalmente substituído com pelo menos um grupo alquila, um grupo 1,2-etileno opcionalmente substituído com pelo menos um grupo C1-C12 alquila, um grupo 1,2-etileno opcionalmente substituído com pelo menos um grupo fenila, um grupo 1,3-propileno, um grupo 1,2-ciclo-hexileno.
3. Composição aquosa, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o dito (co)polímero de um 3, 4-dimetoxitiofeno é poli(3,4-etilenodioxitiofeno (PEDOT) .
4, Composição aquosa, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo fato de que o dito (co)polímero de um 3,4-dialcoxitiofeno é usado junto com um poliânion selecionado dentre poliânions de ácidos carboxílicos poliméricos como ácidos poli (met) acrílicos, ácidos polimaleicos; poliânions de ácidos polissulfônicos como ácido poli(estirenossulfônico); de preferência, o dito poliânion é um poliânion do ácido poli (estirenossulfônico) ou um poliânion dos copolímeros do ácido poli (estirenossulfônico) com estireno.
5. Composição aquosa, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o dito polímero condutor é PEDOT: PSS [sulfonato de poli(3,4-etilenodioxitiofeno)- poliestireno.
6. Composição aquosa, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o dito éter de celulose é selecionado dentro: alquil celuloses como metilcelulose, etilcelulose, propilcelulose, ou misturas dos mesmos; hidroxialaquilceluloses como hidroximetilcelulose, hidroxietilcelulose, hidroxipropilcelulose, ou misturas dos mesmos; hidroxialquilalquilceluloses como hidroxietilmetilcelulose, hidroxipropilmetilcelulose, ou misturas dos mesmos; de preferência o dito éter de celulose é metilcelulose, hidroxipropilmetilcelulose; com mais preferência é hidroxipropilmetilcelulose, a dita hidroxipropilmetilcelulose tendo, de preferência, um teor de metoxila variando de 16,5 % em peso a 30 % por peso e um teor de hidroxipropoxila variando de 4 % em peso a 32 % em peso em relação ao peso total da dita hidroxipropilmetilcelulose.
7. Composição aquosa, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a dita composição aquosa compreende pelo menos um composto selecionado dentre: sulfóxidos; líquidos apróticos com uma constante dielétrica superior a 15; dióis; açúcares; Ou misturas dos mesmos; de preferência sulfóxidos; e/ou: - os ditos sulfóxidos são selecionados dentre: sulfóxidos de alquila como sulfóxido de dimetila (DMSO), sulfóxido de dietila, sulfóxido de di-n-propila, sulfóxido de di-n- butila, sulfóxido de di-iso-amila ou misturas dos mesmos; sulfóxidos de arila como sulfóxido de benzil fenila, sulfóxido de difenila, sulfóxido de metil fenila, sulfóxido de dibenzila, sulfóxido de di-p-tolila ou misturas dos mesmos; de preferência sulfóxido de dimetila (DMSO); e/ou - os ditos líquidos apróticos com uma constante dielétrica maior que 15 são selecionados dentre: N-metilpirrolidona, 1, 3-dimetil-2-imidazolidinona, 2-pirrolidona, N,N,N',N'- tetrametilureia, formamida, N,N-dimetilformamida, N- metilacetamida, N,N-dimetilacetamida, tetrametilsulfonaureia ou misturas dos mesmos; e/ou - os ditos dióis são selecionados dentre: dietileno glicol, propileno glicol ou misturas dos mesmos; e/ou - os ditos açúcares são selecionados dentre: sorbitol, manitol, sacarose, frutose ou misturas dos mesmos; e/ou o dito composto selecionado dentre sulfóxidos, líquidos apróticos com uma constante dielétrica maior que 15, dióis, açúcares, sendo preferencialmente usado em uma quantidade que varia de 2 % em peso a 20 % em peso, de preferência variando de 3 % em peso a 8 % em peso, em relação ao peso total da dita composição aquosa.
8. Composição aquosa, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a dita composição aquosa compreende pelo menos um solvente orgânico miscível com água, o dito solvente orgânico sendo, de preferência, selecionado dentre: alcoóis como álcool metílico, álcool etílico, álcool iso-propílico ou misturas dos mesmos; ésteres de ácido acético, como acetato de metila,
acetato de etila, acetato de n-propila, acetato de iso- propila ou misturas dos mesmos; cetonas, como acetona, metil etil cetona, metil iso-butil cetona, ciclo-hexanona, Ou misturas das mesmas; de preferência é álcool iso-propílico; sendo o dito solvente orgânico usado de preferência em uma quantidade que varia de 0,1 % em peso a 70 % em peso, de preferência variando de 10 % em peso a 60 % em peso, em relação ao peso total da dita composição aquosa.
9. Composição aquosa, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, sendo a dita composição aquosa caracterizada por ter uma viscosidade, a 25 ºC, variando de 1 mPax sa l1l0º mPaxs, de preferência variando de 5 mPa x s a 1000 mPa x s, com mais preferência variando de 1000 mPa x s a 10º mPa.
10. Tinta imprimível ou pasta imprimível, de preferência pasta imprimível, caracterizada por compreender a composição aquosa conforme reivindicada em qualquer uma das reivindicações anteriores.
11. Uso caracterizado por da composição aquosa conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras, ainda mais particularmente para a preparação de camadas orgânicas eletricamente condutoras utilizáveis em células fotovoltaicas (ou células solares), em eletrônicos imprimíveis, em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs), em telas sensíveis ao toque, em revestimentos antiestáticos.
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