CN108884347A - 制备含表面改性银纳米线的产物的方法以及该产物的用途 - Google Patents
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Abstract
描述了一种制备包含一定量的表面改性银纳米线的方法,该方法包括以下步骤:制备或提供具有一个或多个用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的选自硫醇和胺的官能团的第一表面剂化合物,制备或提供一定量的银纳米线,使步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物附着至步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面,从而得到表面改性银纳米线,以及任选地(d)添加一种或多种其他成分和/或实施一个或多个其他步骤,从而得到所述产物。还描述了一种相应的产物、相应的用途以及一种涂覆制品表面的方法。
Description
本发明涉及一种制备产物的方法、相应的产物、产物作为涂料或油墨的用途、具有一个或多个官能团的化合物作为表面剂化合物用于改性银纳米线的表面的用途、具有一个或多个官能团的第一表面剂化合物用于与第二表面剂化合物置换的用途以及化合物作为银纳米线在分散介质中的分散增强剂的用途。本发明还涉及一种涂覆制品表面的方法。本发明在所附权利要求中定义;此外,具体方面在下文中定义。
最近,导电涂层越来越受到工业的关注。其例如用于在印刷电路上形成复杂的电子电路。因此,导电油墨的需求日益增长且其需要依据所需的各种施加方法和组合物而特意调整以满足工业标准。
当今所用的导电油墨基本上由有机聚合物基体以及分散在其中的一种或多种纳米结构金属颗粒、金属颗粒前体或其他导电纳米结构组成。导电油墨也可包含(通常以低浓度)添加剂,其作用是保持或改善其稳定性(例如定形剂)或精确控制其粘度以允许方便地施加(例如通过使用溶剂)。印刷电子层的关键性质可例如通过调节聚合物基体中的纳米结构金属颗粒浓度和/或分散特性来影响。通常通过使用不同的涂覆方法(例如丝网印刷)将导电油墨施加至基材表面上。
特别地,银纳米线例如以透明导电层的形式广泛用于显示设备中。由于用于制备银纳米线的制备方法且尽管研究机构付出了巨大的努力,现有技术所已知的银纳米线几乎不能在非极性或疏水溶剂中均匀地分散。
因此,仍难以例如提高基体中的银纳米线浓度或使其在基体中均匀分散。该类基体例如为包含银纳米线以及一种或多种通常用于以不同涂覆方法制备导电油墨的有机溶剂,特别是疏水性溶剂的导电油墨。
就该类方法或试剂而言,专利文献已报导了不同的教导:
US2014/0123808A1公开了“纳米线的制备方法、组合物和制品(nanowirepreparation methods,compositions,and articles)”(标题)。所述制品包含基材以及导电组合物。
US2008/0182090A1公开了一种适于用作油墨的组合物,其用于高速印刷以制备电子电路如RFID天线,所述组合物包含以下成分:
(a)导电颗粒,优选银颗粒,更优选银片;
(b)苯乙烯/(甲基)丙烯酸类共聚物;
(c)阴离子润湿剂;
(d)消泡剂,和
(e)水。
US2013/0342221A1公开了“金属纳米结构网络和透明导电材料(metalnanostructured networks and transparent conductive material)”(标题)。其公开了“前体油墨”(参见权利要求1)以及“用于形成透明导电膜的方法”(参见权利要求8)。此外,公开了一种“用于作为具有金属纳米线的涂料直接涂覆”的溶液(参见第[0035]段)。
US2013/0192423A1公开了一种制备银纳米线的方法,其包括将含巯基的脂族化合物添加至多元醇方法的后期的实施方案。
US2015/0011763A1公开了包含表面官能化金属纳米颗粒的组合物及其形成方法。
本发明的目的是提供一种制备包含一定量的表面改性银纳米线的产物的方法以及提供相应的产物,其中所述表面改性银纳米线可与迄今为止被视为不相容的特定分散介质相容地组合或与其接触。
所述方法应优选提供包含产物分散介质的产物,其中银纳米线均匀地分散,特别是在印刷以及电子工业中所用的制备条件下和/或经历长时间。
优选地,所述银纳米线应在常规的有机溶剂中,特别是在疏水性有机溶剂中可均匀地分散。
本发明的另一目的是提供相应的用途以及一种涂覆制品表面的方法。
本发明的主题定义在权利要求中。此外,本发明的优选方面定义在下文描述以及下文所述的实施例中。
本发明的首要目的通过一种制备包含一定量的表面改性银纳米线的产物的方法实现,所述方法包括以下步骤:
(a)制备或提供具有一个或多个选自硫醇和胺的官能团的第一表面剂化合物,所述官能团用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线的表面,
(b)制备或提供一定量的银纳米线,
(c)使步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物附着至步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面,从而得到表面改性的银纳米线,
以及任选地
(d)添加一种或多种其他成分和/或实施一个或多个其他步骤,
从而得到所述产物。
术语“银纳米线”是本领域所用的术语,本身是本领域技术人员所理解的。就本发明而言,银纳米线优选为具有至少5,更优选至少10,甚至更优选至少100,特别优选至少1000的纵横比(圆柱体的高度与其直径之比)的任何圆柱形银纳米颗粒。
就本发明而言,“表面改性银纳米线”为具有附着至其表面的一种或多种表面剂化合物的银纳米线。
就本发明而言,“表面剂化合物”为能附着或附着至银纳米线表面的化合物,其中所述化合物的原子或所述化合物的至少大部分原子通过共价键结合。因此,“表面剂化合物”可包含一些离子键或金属键,只要该化合物的大部分原子通过共价键接合。
优选地,表面剂化合物与银纳米线的附着应具有相当大的结合强度。例如优选附着如此之强,以使得如果用常规溶剂如水、乙醇、异丙醇或丙酮漂洗具有附着在其表面的所述表面剂化合物的表面改性银纳米线数分钟,则表面剂化合物仍附着在经漂洗的表面改性银纳米线上。
令人惊讶地,在我们实验中,发现为了将这些表面剂化合物附着至银纳米线的表面,可使用具有一个或多个选自硫醇和胺的官能团的表面剂化合物来改变银纳米线的分散性,以使得表面改性银纳米线的相关性质,例如表面改性银纳米线分散于疏水性介质中的能力即使在不同化学环境中,尤其是在电子工业的典型制造条件下仍保持不变。
不希望受任何理论的束缚,目前据信硫醇和/或胺官能团有助于将本发明所用的表面剂化合物牢固地附着至表面改性银纳米线的相应表面上。
本发明还涉及一种包含银纳米线的产物(优选可通过本发明的方法获得),其中如上所定义的第一表面剂化合物(即具有一个或多个用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的选自硫醇和胺的官能团的第一表面剂化合物)附着至所述表面改性银纳米线的表面。优选地,第一表面剂化合物经由一个或多个选自表面剂化合物的硫醇和胺的官能团附着至所述表面改性银纳米线的表面。更优选地,第一表面剂化合物经由表面剂化合物的一个或多个所述官能团与所述表面改性银纳米线的一个或多个银原子之间的共价键附着至所述表面改性银纳米线的表面。甚至更优选地,第一表面剂化合物经由表面剂化合物的一个或多个官能团与所述表面改性银纳米线的100晶面上的一个或多个银原子之间的(优选共价)键附着至所述表面改性银纳米线的表面。在一些情况下,表面改性银纳米线的表面被氧化银部分或完全覆盖。
然而,在一些情况下,表面剂化合物通过吸附附着至表面改性银纳米线的表面。
当第一表面剂化合物附着至所述表面改性银纳米线的表面时,选自硫醇和胺的第一表面剂的所述一个或多个官能团可以以其脱质子化形式(例如作为硫醇盐)或其中性形式(即不带有由相应基团脱质子化或质子化产生的阴离子电荷或阳离子电荷)存在。
在一些情况下,优选的是上文描述的方法,其中在步骤(a)中制备或提供具有用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的至少一个硫醇基和至少一个胺基的第一表面剂化合物。
表面剂化合物附着,尤其是吸附至银表面的描述和理论参见Huang等(Langmuir,12,1996,909-912)。
其他成分也可附着至银纳米线,且可影响如上所定义的具有官能团的表面剂化合物的结合类型。
本发明的方法(如上所定义)优选为如下方法,
其中在步骤(b)中制备或提供一定量的银纳米线,其中所述银纳米线的表面上
(i)附着有第二表面剂化合物(即所制备或提供的银纳米线为表面改性银纳米线),或
(ii)未附着有表面剂化合物,
其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物。
在本发明方法的步骤(b)中,制备或提供一定量的具有附着至其表面的第二表面剂化合物的表面改性银纳米线是有利的,因为根据我们的实验,不具有附着至其表面的表面剂化合物的银纳米线难以分散在常规有机溶剂中,因此难以用于化学反应或转换。根据本发明,步骤(b)在步骤(c)之前实施;根据本发明的该优选方面,第二表面剂化合物在第一表面剂化合物附着之前附着至所述银纳米线的表面。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中在步骤(b)中制备或提供一定量的银纳米线,其中第二表面剂化合物附着至所述银纳米线的表面,其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物。
第一表面剂化合物与其表面已附着有第二表面剂化合物的(表面改性)银纳米线的附着具有以下效果:所得表面改性银纳米线在分散介质中的疏水性以及因此分散性可根据各实际情况的要求通过精密调节第一表面剂化合物量与第二表面剂化合物量(二者均附着在表面改性银纳米线的表面上)的比值而调整。因此,相应导电层(即由施加产物得到的导电层,所述产物包含其表面附着有经调节比例的两种不同表面剂化合物的银纳米线)的性质可根据各种情况的要求而调整。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中在步骤(b)中使用多元醇工艺(也称为“多元醇方法”,两个术语在本文全篇中同义使用)制备一定量的银纳米线,其中所述量的银纳米线的表面附着有第二表面剂化合物,其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物,且其中第二表面剂化合物优选为封端剂。
“多元醇方法”(多元醇工艺)是用于合成银纳米线的一般方法。其例如描述在以下文献中:Xia等,Nano Lett.2002,2,165;Adv.Mater.2002,14,833;Chem.Mater.2002,14,4736。
“封端剂”是多元醇方法中的关键试剂。其是能控制或改变所述银纳米线生长的化合物。聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是目前使用最广泛的封端剂。相应的专利文献例如为US2009/0282948A1、US2011/0185852A1、US 2014/0123808A1、WO2013/191337A1、CN103433503A。就本发明而言,“封端剂”是指在多元醇方法中引导银纳米颗粒生长以得到银纳米线的化学试剂。通常,将一定量的封端剂附着至所制得的银纳米线的表面,且通常采取特定的措施来从所述表面移除封端剂。根据以上定义,具有附着至其表面的封端剂的银纳米线被视为表面改性银纳米线,且封端剂被视为表面剂化合物。
涉及用于制备银纳米线的多元醇方法的其他文献有:
US2012/0247275A1公开一种形成单分散银纳米线的方法,其中使用了多元醇。在多元醇中混入封端剂以形成基本均匀的溶液。公开聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为封端剂。
US7922787B2公开了“用于制备银纳米线的方法(Methods for the productionof silver nanowires)”(标题)。公开了PVP作为“有机保护剂”。
US2009/0282948A1公开了“形成纳米结构的方法以及形状选择(Methods ofnanostructure formation and shape selection)”(标题)。
US2011/0185852A1公开了“控制纳米结构形成以及形状的方法(Methods ofcontrolling nanostructure formations and shapes)”。
US2013/0255444A1公开了“制备银纳米线的方法以及用于控制银纳米线生长的试剂(Process for producing silver nanowires and agent for controlling growth ofsilver nanowires)”(标题)。
WO2013/191337A1公开了“制备银纳米线的方法(production method for silvernanowire)”(标题)。
不希望受限于制备本发明所用的银纳米线的方法的数量,有利的是通过使用多元醇方法来制备步骤(b)中的表面改性银纳米线,因为通过多元醇方法制备的表面改性银纳米线具有附着至表面的封端剂,所述封端剂为如上所述的第二表面剂化合物。多元醇方法提供了表面改性银纳米线,其方便地分散于有限数量的分散介质,例如乙醇或水中,因此可用于化学反应或转换,例如其中第一表面剂化合物附着至表面改性银纳米线的表面(本发明方法的步骤(c))。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)方法,其中第二表面剂化合物选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)以及含咪唑啉酮-1-基单元的聚合物。
特别优选的第二表面剂化合物为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
这些特定的第二表面剂化合物已知为用于多元醇方法的典型封端剂。相应的表面改性银纳米线可方便地分散于有限数量的上文所述的分散介质,例如乙醇或水中。
适于用作第二表面剂的含咪唑啉酮-1-基单元的聚合物例如为:
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中在步骤(c)中,将所述第二表面剂(例如封端剂)化合物从步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面部分或完全移除,优选通过用所述第一表面剂化合物置换所述第二表面剂化合物。
通常,在步骤(c)中,具有一个或多个选自硫醇或胺的官能团的第一表面剂化合物牢固地附着至银纳米线的表面,以使得在步骤(b)之后附着至所述表面改性银纳米线表面的第二表面剂化合物从所述表面改性银纳米线的表面解吸附。在优选方面中,在步骤(c)中借助所述第一表面剂化合物移除的第二表面剂化合物为上文所述的封端剂,例如聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)以及含咪唑啉酮-1-基单元的聚合物。
不希望受任何理论的束缚,与银纳米线表面和作为第二表面剂存在的典型封端剂,例如聚乙烯吡咯烷酮的吡咯烷酮单元之间的键的强度或数量相比,目前据信表面改性银纳米线的表面和如上所定义的第一表面剂化合物的官能团之间的键的强度或数量增加。我们的实验表明,与其表面附着有如上文所述的典型第二表面剂化合物(特别是封端剂)的表面改性银纳米线相比,其表面附着有具有一个或多个选自硫醇和胺的官能团(用于将第一表面剂化合物附着至所述表面改性银纳米线的表面)的第一表面剂化合物的表面改性银纳米线在不同化学环境下更加稳定。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中:
-在步骤(c)中,所述第二表面剂(例如封端剂)化合物通过在分散介质中用所述第一表面剂化合物置换所述第二表面剂化合物而部分或完全地从步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面移除,以使得
(i)得到其表面附着有所述第一表面剂化合物的表面改性银纳米线,和
(ii)至少一部分所述第二表面剂化合物溶解或分散在所述分散介质中,随后
-将其表面附着有所述第一表面剂化合物的所述表面改性银纳米线与溶解或分散在所述分散介质中的至少所述部分的所述第二表面剂化合物分离,优选通过将其表面附着有所述第一表面剂化合物的所述表面改性银纳米线从其中溶解或分散有至少一部分所述第二表面剂化合物的分散介质中分离。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中所述的所得产物包含一定量的分散在产物分散介质中的表面改性银纳米线。
此处,“产物分散介质”是本发明优选方法的产物的连续相,其中产物为分散体且包含分散于在连续相中的表面改性银纳米线。因此,产物分散体包含呈不连续相形式的表面改性银纳米线。产物分散介质可由添加剂分散介质或添加剂分散介质与下文所定义的中间分散介质的混合物组成。
优选的产物分散介质包含一种或多种选自如下组的有机溶剂:醇、醚(例如二醇醚)、酯、酮和烃(例如芳族烃)。
特别优选的产物分散介质包含一种或多种选自如下组的有机溶剂:2-丙醇、甲苯、二丙二醇甲醚乙酸酯、丙酮、乙酸丁酯、丁酮、乙醇、2-丁醇和四氢呋喃。
取决于所选择的相应产物分散介质,本领域技术人员可识别大部分合适的第一表面剂化合物以便实现分散体产物的最大稳定性,即表面改性银纳米线在长时间内(例如数天和数周)保持均匀分散。
令人惊讶地,已发现具有一个或多个选自硫醇或胺的官能团的表面剂化合物可牢固地附着至银纳米线的表面,因此可例如以使得表面改性银纳米线可均匀且永久地分散于各种有机溶剂中的方式改变银纳米线的表面性质。
根据本发明方法制备的表面改性银纳米线相应地具有如下优点:其可均匀地分散于宽范围的分散介质中。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)方法,其中:-在步骤(b)中,制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线,和
-在步骤(b)之后且在步骤(c)之前、之中或)之后的一个或多个其他步骤中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质部分或完全置换所述中间分散介质。
“中间分散介质”是包含例如在本发明优选方法的步骤(b)中制备或提供的银纳米线(优选表面改性银纳米线)的中间分散体的连续相。中间分散体包含呈不连续相形式的银纳米线,优选为由多元醇方法(在这种情况下,银纳米线是表面改性的)得到的中间产物。
在许多情况下,由步骤(c)得到的表面改性银纳米线(即其表面附着有第一表面剂化合物的银纳米线)不与步骤(b)之后存在的中间分散介质完美相容,或者中间分散介质不满足分散体在工业方法中的未来应用的要求。特别地,在该类情况下,优选部分或完全置换中间分散介质。优选地,对添加剂分散介质加以选择,以使得相容性改善(即由步骤(c)得到的表面改性银纳米线与添加剂分散介质或添加剂分散介质/中间分散介质混合物相容)和/或对添加剂分散介质加以选择以满足分散体在工业方法中的未来应用的要求。
根据本发明的该方面,特别优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中在步骤(b)中,制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线,其中由步骤(b)得到的所述银纳米线的表面附着有第二表面剂化合物(参见上文),且其中在步骤(c)中,用第一表面剂化合物所述第二表面剂化合物,所述第一表面剂化合物具有一个或多个用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的官能团,第一表面剂化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
随后
在步骤(c-1)中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质(部分或完全)置换中间分散介质。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中:
-在步骤(b)中,制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线,和
-在步骤(c)之后的一个或多个其他步骤中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质部分或完全置换所述中间分散介质。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,
其中在步骤(b)中,制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线,其中所述银纳米线的表面附着有第二表面剂化合物,其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物,
其中在步骤(c)中,将所述第二表面剂化合物从步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面部分或完全移除,优选通过用所述第一表面剂化合物置换所述第二表面剂化合物,和
其中,在步骤(c)之后的一个或多个其他步骤中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质部分或完全置换所述中间分散介质。
当置换中间分散介质时,本领域技术人员会考虑银纳米线上的表面剂化合物与添加剂分散介质或与中间分散介质和添加剂分散介质的混合物的相容性。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中:
-在步骤(b)中,制备或提供以基于中间分散体总量为0.001-2重量%的浓度分散于中间分散介质中的一定量的银纳米线,其中中间分散体具有至少80%的均匀指数,
和/或
-所得产物为产物分散体,其包含以基于产物分散体总量为0.001-2重量%的浓度分散于产物分散介质中的一定量的表面改性银纳米线,其中产物分散体具有至少80%的均匀指数。
测定均匀指数的方法如下所定义。均匀指数为至少80%的产物分散体或中间分散体不包含显著量的银纳米线的附聚物或聚集体,因此易于加工成其中银纳米线均匀分布的膜。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中所述中间分散介质和/或添加剂分散介质的沸点在1013hPa下>30℃,优选沸点在1013hPa下>120℃。
在将上文描述的(或者上文作为优选方案描述的)产物施加至制品表面期间(参见下文所述的本发明涂覆制品表面的方法),分散介质通常不应完全蒸发。因此,有利地使用沸点在1013hPa下超过30℃的中间和/或添加剂分散介质。如果在使用本发明方法的产物的(或上文作为优选方案描述的)涂覆方法中使用较高的温度,则有利地使用以下分散体:
-包含添加剂分散介质,或
-包含中间分散介质与添加剂分散介质的混合物,
其沸点在涂覆方法中在1013hPa下高于120℃。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中所述中间分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:
-水,
-丙酮,
-甲醇,
-乙醇,
-丙-1-醇,
-丙-2-醇,
-1-羟基丁烷,
-2-羟基丁烷,
-1-羟基-2-甲基丙烷,
-2-羟基-2-甲基丙烷,
-甲酸,
-乙酸,
-丙酸,和
-苯胺。
这些特定的中间分散介质以及相应的化合物方便地用于制备银纳米线的多种合成方法中。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,更优选其中使用如上所述的特定中间分散介质的方法,其中所述添加剂分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:具有至少2个碳原子,优选至少4个碳原子的碳原子总数(包括取代基)的取代或未取代的支化或直链的脂族或芳族有机化合物。
如上文或下文所述的取代有机化合物的优选取代基为选自如下组的典型官能团:
--OH(产生醇的羟基取代基),
-=O(产生酮或醛的氧代取代基),
--O-(产生醚的氧杂取代基),
--C(=O)OH(产生羧酸的羧酸取代基),
--F(氟取代基),
--Cl(氯取代基),
--Br(溴取代基),
--I(碘取代基),和
--NH2(氨基取代基)。
在许多情况下,优选的是在相同有机化合物上具有数个取代基,例如在相邻位置中具有氧代取代基和氧杂取代基以产生相应的酯,例如乙酸乙酯、CH3CH2-C(=O)-O-CH2CH3、乳酸乙酯或羟基乙酸丁酯。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,
其中所述添加剂分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:具有至少2个碳原子,优选至少4个碳原子的碳原子总数(包括取代基)的取代或未取代、支化或直链的脂族或芳族有机化合物,优选包含一种或多种选自如下组的化合物
-醇,
-醚,
-酯,
-酮,和
-芳族有机化合物。
上文所述的合适醇的实例为1-羟基戊烷、2-羟基戊烷、1-羟基-2-甲基戊烷以及2-羟基-2-甲基戊烷。
上文所述的合适醚的实例为二乙醚、四氢呋喃以及二异丙醚。
上文所述的合适酯的实例为二丙二醇甲醚乙酸酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯以及羟基乙酸丁酯。
上文所述的合适酮的实例为2-丁酮、2-戊酮、2-己酮以及异佛尔酮。
上文所述的合适芳族有机化合物的实例优选为芳族烃,例如甲苯、二甲苯以及乙苯。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中:
附着至所述表面改性银纳米线表面的表面剂化合物的总重量与所述表面改性银纳米线的总重量的比值为0.01-0.3,通过热重分析测定。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中步骤(a)中制备或提供的具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-10个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-10个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH或NH2,
-X为氢、甲基(-CH3)、乙基(-CH2-CH3)、氨基甲基(-CH2-NH2)或2-氨基乙基(-CH2-CH2-NH2),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,
-m为0或1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中步骤(a)中制备或提供的具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-4个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-4个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH或NH2,
-X为氢、甲基(-CH3)、乙基(-CH2-CH3)、氨基甲基(-CH2-NH2)或2-氨基乙基(-CH2-CH2-NH2),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢或甲基,
-m为1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中步骤(a)中制备或提供的具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-4个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-4个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH,
-X为氢、甲基(-CH3)或乙基(-CH2-CH3),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基或羟基,
-m为0或1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中步骤(a)中制备或提供的具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-甲基,或
-具有2-4个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH,
-X为氢、甲基(-CH3)或乙基(-CH2-CH3),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基或羟基,
-m为0,且
-n为0-300,优选1-200,更优选5-50的整数。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、1-十二烷硫醇、十六烷基胺和聚醚胺。
特别优选的第一表面剂化合物为聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)。
就本发明而言,术语“聚乙二醇甲醚硫醇”对应于具有500-20000g/mol重均分子量和式(II-a)结构的聚合物:
其中:
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
就本发明而言,术语“聚醚胺”对应于具有500-20000g/mol重均分子量和式(II-b)结构的聚合物:
其中:
-Y为NH2、甲基、乙基或丙基,
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
特别地,优选的是上文所述的方法,其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT),且
其中所述添加剂分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:
-乙酸丁酯,
-丙酮,
-甲苯,
-水,
-乙醇,
-2-丙醇,
-二丙二醇甲醚乙酸酯,
-乙二醇甲醚,和
-丙二醇甲醚。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述第一表面剂化合物的重均分子量为500-500000g/mol,优选为200-100 000g/mol,更优选为500-20 000g/mol。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中步骤(a)中制备或提供的第一表面剂化合物的所述至少一个官能团为硫醇,
其中优选地,步骤(c)中得到的表面改性银纳米线的特征为在1372cm-1处引起IR信号的键。
表1a:AgNW(即表面改性银纳米线)与典型表面剂化合物的官能团之间的典型键类型的草图以及相应光谱信号的预测位置
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中基于产物的总体积,步骤(c)中得到的所述表面改性银纳米线的浓度为0.5-20g/L。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明方法,其中在步骤(d)中添加选自如下组的一种或多种其他成分:
粘合剂,
树脂,
增塑剂,
消泡剂,
腐蚀抑制剂,
增量剂,
表面活性剂,和
不附着至银纳米线表面的具有一个或多个官能团的表面剂化合物,其中表面剂化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺。
上文所述的典型粘合剂的实例为:
-重均分子量为2000-20,000的聚甲基丙烯酸甲酯。
-重均分子量为1000-5000的巯基聚乙二醇甲酸,和
-重均分子量为1,000-100,000的聚乙烯醇。
添加如上所述的其他成分的优点是进一步改善所得产物的性质,因此有利地根据所需的功能调整所得产物。
本发明还涉及一种产物:
(a)其包含:
-一定量的表面改性银纳米线,其中所述表面改性银纳米线各自可通过
-向银纳米线的表面
-附着第一表面剂化合物而制备,第一表面剂化合物具有用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的一个或多个官能团,其中第一表面剂化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
以及任选地
-一种或多种其他成分,
和/或
(b)其通过或可通过上文描述的(或上文作为优选方案描述的)方法获得。
通常,如果不另外说明,则以上本文就制备产物方法而言所述的本发明的所有方面在必要的修正下适用于本发明的产物。同样地,如果不另外说明,则以下本文就本发明产物所述的所有方面在必要的修正下适用于本发明的产物制备方法。
本发明的产物(如上所定义)优选为产物,其中:
附着至所述表面改性银纳米线的表面的表面剂化合物的总重量与所述表面改性银纳米线的总重量的比值为0.01-0.3,通过热重分析测定。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中步骤(a)中制备或提供的具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-10个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-10个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH或NH2,
-X为氢、甲基(-CH3)、乙基(-CH2-CH3)、氨基甲基(-CH2-NH2)或2-氨基乙基(-CH2-CH2-NH2),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,
-m为0或1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中所述表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、1-十二烷硫醇、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述第一表面剂化合物的重均分子量为500-500000g/mol,优选为200-100 000g/mol,更优选为500-20 000g/mol。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中步骤(a)中制备或提供的第一表面剂化合物的所述至少一个官能团为硫醇,
其中优选地,步骤(c)中得到的表面改性银纳米线的特征为在1372cm-1处引起IR信号的键。
优选的产物是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明的产物,其包含产物分散介质作为另一成分,
其中所述产物为包含一定量的分散于产物分散介质中的表面改性银纳米线的产物分散体,其中产物具有至少80%的均匀指数,其中基于产物分散体的总量,表面改性银纳米线在产物分散体中的浓度优选为0.001-2重量%。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中所述产物分散介质的沸点在1013hPa下>30℃,优选沸点在1013hPa下>120℃。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中所述产物分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:
-水,
-取代或未取代、支化或直链的脂族或芳族有机化合物,以及
-其混合物。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中所述取代或未取代、支化或直链的脂族或芳族有机化合物选自:
-醇,
-醚,
-酯,
-酮,和
-芳族有机化合物。
合适的醇的实例为1-羟基丁烷、2-羟基丁烷、1-羟基-2-甲基丙烷以及2-羟基-2-甲基丙烷。
合适的醚的实例为二乙醚、四氢呋喃以及二异丙醚。
合适的酯的实例为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乳酸乙酯以及羟基乙酸丁酯。
合适的酮的实例为丁酮、2-戊酮、2-己酮以及异佛尔酮。
该类芳族有机化合物的实例为甲苯、二甲苯以及乙苯。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其中基于产物的总体积,所述表面改性银纳米线的浓度为0.5-20g/L。
优选的是上文描述的(优选地,上文作为优选方案描述的)本发明产物,其包含一种或多种选自如下组的其他成分:
粘合剂,
树脂,
增塑剂,
消泡剂,
腐蚀抑制剂,
增量剂,
表面活性剂,以及
不附着至银纳米线的表面的具有一个或多个官能团的表面剂化合物,其中表面剂化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺。
本发明还涉及一种产物,其包含:
-一定量的表面改性银纳米线,所述表面改性银纳米线各自包含:
-银纳米线,以及附着至其表面的
-具有一个或多个用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的官能团的第一表面剂化合物,第一表面剂化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
以及任选地
-其他成分。
其中表面剂化合物优选通过在1372cm-1处引起IR信号的键附着至银纳米线的表面。
通常,如果不另外说明,则本文上文中就产物制备方法所述的本发明所有方面在必要的修正下适用于包含以下的产物:
-一定量的表面改性银纳米线,所述表面改性银纳米线各自包含:
-银纳米线,以及附着至其表面的
-具有一个或多个用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的官能团的第一表面剂化合物。
通常,本文上文就产物制备方法所述的本发明所有方面在必要的修正下适用于下文所述的用途:
-上文所述的产物作为涂料或油墨的用途,
-具有一个或多个官能团的化合物作为用于改性银纳米线表面的表面剂化合物的用途,其中所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
-具有一个或多个官能团的第一表面剂化合物用于与不同于第一表面剂化合物的第二表面剂化合物置换且附着至银纳米线表面的用途,其中所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
以及
-具有一个或多个官能团的化合物作为用于分散介质中的银纳米线的分散增强剂的用途,其中所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺。
本发明还涉及一种产物,其包含一定量的分散于产物分散介质中的表面改性银纳米线,
其中至少一部分所述表面改性银纳米线,优选所述表面改性银纳米线各自的表面附着有具有一个或多个用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的官能团的第一表面剂化合物,
其中具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-10个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-10个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH或NH2,
-X为氢、甲基(-CH3)、乙基(-CH2-CH3)、氨基甲基(-CH2-NH2)或2-氨基乙基(-CH2-CH2-NH2),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,
-m为0或1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
和/或
其中所述第一表面剂优选选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、1-十二烷硫醇、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
和/或
其中所述第一表面剂化合物更优选选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述第一表面剂化合物的重均分子量为500-500 000g/mol,优选为200-100 000g/mol,更优选为500-20 000g/mol,且
其中所述产物分散介质由添加剂分散介质或添加剂分散介质与中间分散介质的混合物组成,且
其中所述添加剂分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:具有至少4个碳原子总数(包括取代基)的取代或未取代、支化或直链的脂族或芳族有机化合物,优选包含一种或多种选自如下组的化合物:
-醇,
-醚,
-酯,
-酮,和
-芳族有机化合物。
通常,本文上文就产物制备方法所述的本发明所有方面在必要的修正下适用于上文所述的产物和/或其作为涂料或油墨的用途。
本发明还涉及上文所述的产物作为涂料或油墨的用途。
本发明还涉及一种具有一个或多个官能团的化合物作为用于改性银纳米线表面的表面剂化合物的用途,所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺。
本发明还涉及具有一个或多个官能团的第一表面剂化合物用于置换不同于第一表面剂化合物的第二表面剂化合物且附着至银纳米线表面的用途,所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺。
优选的是上文所述的用途,其中所述第二表面剂化合物为用于制备银纳米线的多元醇方法中的封端剂。
本发明还涉及具有一个或多个官能团的化合物用作银纳米线在分散介质中的分散增强剂的用途,所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺。
优选为上文所述的用途,其中所述银纳米线使用多元醇方法制备。
本发明还涉及一种涂覆制品表面的方法,包括以下步骤:
-将上文描述的(或上文作为优选方案描述的)产物施加至所述制品的表面,
以及任选地
-硬化和/或干燥施加在所述表面上的产物。
上文描述的(或上文作为优选方案描述的)产物是有利的,因为其可便利地在制品表面上硬化或干燥。
优选的是上文所述的方法,其中将上文描述的(或上文作为优选方案描述的)产物施加至所述制品的表面的步骤选自喷涂、涂漆、印刷和涂覆,
其中将上文描述的(或上文作为优选方案描述的)产物施加至所述制品的表面的步骤优选包括自计量涂覆或预计量涂覆,
其中将上文描述的(或上文作为优选方案描述的)产物施加至所述制品的表面的步骤特别优选包括预计量涂覆。
特别优选的是上文描述的或上文作为优选方案描述的涂覆制品表面的方法,其中所述中间分散介质和/或添加剂分散介质的沸点在1013hPa下>30℃,优选沸点在1013hPa下>120℃。
预计量涂覆步骤的非限制性实例为单层或多层滑珠式涂覆(slide-beadcoating)、单层或多层狭缝珠式涂覆(slot-bead coating)以及单层或多层帘式涂覆。
不同施加步骤的含义可重叠(例如印刷可也为涂覆)且自计量涂覆的一个实例为所谓的“丝网印刷”。
在下文中,进一步通过概述其优选方面来解释本发明。本发明一方面包括如权利要求所定义的主题且另一方面包括替代主题。
1.一种制备包含一定量的分散于产物分散介质中的表面改性银纳米线的产物的方法,所述方法包括以下步骤:
(a)制备或提供具有一个或多个选自硫醇和胺的官能团的第一表面剂化合物,所述官能团用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线的表面;
(b)制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线;
(c)使步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物附着至步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面,从而得到表面改性银纳米线;
以及
在步骤(b)之后且在步骤(c)之前、之中或之后的一个或多个其他步骤中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质部分或完全置换所述中间分散介质,
其中所述添加剂分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:具有至少4个碳原子的碳原子总数(包括取代基)的取代或未取代、支化或直链的脂族或芳族有机化合物,优选包含一种或多种选自如下组的化合物:
-醇,
-醚,
-酯,
-酮,和
-芳族有机化合物;
以及任选地
(d)添加一种或多种其他成分和/或实施一个或多个其他步骤,从而得到所述产物。
2.如权利要求1的方法,其中在步骤(b)中,
-制备或提供一定量的银纳米线,其中所述银纳米线的表面附着有第二表面剂化合物,其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物;
和/或
-使用多元醇方法制备一定量的银纳米线,其中所述量的银纳米线的表面附着有第二表面剂化合物,其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物,
其中第二表面剂化合物优选为封端剂,
其中第二表面剂化合物更优选选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)以及含咪唑啉酮-1-基单元的聚合物。
3.如前述权利要求中任一项的方法,其中在步骤(c)中,将所述第二表面剂化合物部分或完全从步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面移除,优选通过用所述第一表面剂化合物置换所述第二表面剂化合物。
4.如前述权利要求中任一项的方法,其中所述的所得产物包含一定量的分散于产物分散介质中的表面改性银纳米线,
其中优选地,
-在步骤(b)中,制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线,和
-在步骤(c)之后的一个或多个其他步骤中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质部分或完全置换所述中间分散介质。
5.如前述权利要求中任一项的方法,其中:
-在步骤(b)中,制备或提供以基于中间分散体的总量为0.001-2重量%的浓度分散于中间分散介质中的一定量的银纳米线,其中中间分散体具有至少80%的均匀指数,
和/或
-所得产物为产物分散体,其包含以基于产物分散体总量为0.001-2重量%
的浓度分散于产物分散介质中的一定量的表面改性银纳米线,其中产物分散体具有至少80%的均匀指数。
6.如前述权利要求中任一项的方法,其中所述中间分散介质和/或所述添加剂分散介质的沸点在1013hPa下>30℃,优选沸点在1013hPa下>120℃。
7.如前述权利要求中任一项的方法,其中:
附着至所述表面改性银纳米线的表面的表面剂化合物的总重量与所述表面改性银纳米线的总重量的比值为0.01-0.3,通过热重分析测定。
8.如前述权利要求中任一项的方法,其中步骤(a)中制备或提供的具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-10个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-10个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,
-X为氢、甲基(-CH3)、乙基(-CH2-CH3)、氨基甲基(-CH2-NH2)或2-氨基乙基(-CH2-CH2-NH2),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,
-m为0或1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
和/或
其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、1-十二烷硫醇、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
和/或
其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述第一表面剂化合物的重均分子量为500-500000g/mol,优选为200-100000g/mol,更优选为500-20000g/mol。
9.产物,
(a)其包含:
-一定量的表面改性银纳米线,其中所述表面改性银纳米线各自可通过
-向银纳米线的表面
-附着第一表面剂化合物而制备,第一表面剂化合物具有用于将该第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的一个或多个官能团,第一表面剂化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
以及任选地
-一种或多种其他成分,
和/或
(b)其通过或可通过如前述权利要求中任一项的方法获得。
10.如权利要求9的产物用作涂料或油墨的用途。
11.具有一个或多个官能团的化合物用作用于改性银纳米线表面的表面剂化合物的用途,所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺。
12.具有一个或多个官能团的第一表面剂化合物用于与不同于该第一表面剂化合物的第二表面剂化合物置换且附着至银纳米线表面的用途,所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,且
其中所述第二表面剂化合物优选为用于制备银纳米线的多元醇方法中的封端剂。
13.具有一个或多个官能团的化合物作为银纳米线在分散介质中的分散增强剂的用途,所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,且
其中所述银纳米线优选使用多元醇方法制备。
14.一种涂覆制品表面的方法,包括以下步骤:
-将如权利要求9的产物施加至所述制品的表面,
以及任选地
-硬化和/或干燥所述表面上的施加产物。
15.如权利要求14的方法,其中将如权利要求9的产物施加至所述制品的表面的步骤选自喷涂、涂漆、印刷以及涂覆,
其中将如权利要求9的产物施加至所述制品的表面的步骤优选包括自计量涂覆或预计量涂覆,
其中将如权利要求9的产物施加至所述制品的表面的步骤特别优选包括预计量涂覆。
附图说明:
图1:在图1中,显示了其表面附着有PVP的分散于二丙二醇甲醚乙酸酯中的表面改性银纳米线。图1显示其表面附着有PVP的表面改性银纳米线附聚且因此并非随机地分散于二丙二醇甲醚乙酸酯中。图1所示的显微镜照片通过暗场显微法测量。
图2:在图2中,显示了其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线于二丙二醇甲醚乙酸酯中的分散体。图2显示其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线均匀地分散于二丙二醇甲醚乙酸酯中。图2所示的显微镜照片通过暗场显微法测量。
图3:在图3中,显示了其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线于二丙二醇甲醚乙酸酯与作为粘合剂的氯乙烯-共-丙烯酸酯的混合物中的分散体。图3显示其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线均匀地分散。图3所示的照片通过扫描电子显微法测量。
图4:在图4中,显示了其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线于二丙二醇甲醚乙酸酯与作为粘合剂的氯乙烯-共-丙烯酸酯的混合物中的分散体。图4显示其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线均匀地分散。图4所示的照片通过扫描电子显微法测量。
图5:在图5中,显示了其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT以及重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线于二丙二醇甲醚乙酸酯与作为粘合剂的氯乙烯-共-丙烯酸酯的混合物中的分散体。图5显示所述表面改性银纳米线均匀地分散。图5通过扫描电子显微法测量。
图6:附着至表面改性银纳米线表面的表面剂化合物的草图显示于图6中。表面剂化合物的表面键接官能团为硫醇盐(脱质子化的硫醇基)。Ag表面由粗水平线描绘,表面剂化合物的“骨架“由~~~描绘。
图7:附着至表面改性银纳米线表面的表面剂化合物的草图显示于图7中。表面剂化合物的表面键接官能团为胺。Ag表面由粗水平线描绘,表面剂化合物的“骨架“由~~~描绘。
图8:附着至表面改性银纳米线表面的第二表面剂化合物被第一表面剂化合物置换的草图显示于图8中。
图9显示了实施例2中制备的干油墨层的雾度以及薄层电阻的图。
图10显示了实施例3中制备的干油墨层的接触角的图。
本发明通过以下实验实施例进一步描述:
实施例:
测定方法:
1.热重分析
热重分析在TA仪器上进行。
2.光学显微法
光学显微照片通过暗场显微法在Olympus BX 51仪器上获得。
3.扫描电子显微法
扫描电子显微照片在Phenom,Pro-X仪器上获得。
4.薄层电阻
干燥层的薄层电阻通过在Lucas lab pro-4上的四点探针台测量。
5.光学性质
透射率以及雾度根据ASTM D1003通过供应商BYK-Gardener的haze-gard plushazemeter测量。
6.接触角实验
聚合物基材上的不同银纳米线层的接触角通过获自dataphysics的OCA测量仪来测量。
7.均匀指数
典型和优选的中间或产物分散体具有0.001-2重量%的银纳米线浓度。特别地,该中间或产物分散体的均匀指数可根据以下程序测定:
为了测定均匀指数,通过Olympus公司的Olympus BX 51显微镜拍摄0.05ml分散体的暗场显微镜照片。放大率为200×,其中显微镜的目镜放大率为10×,物镜放大率为20×。
拍摄的照片尺寸对应于0.12mm2的面积(其可利用照片上的比例尺测定)。
随后,将暗场显微照片分成400个相同的正方形单元。
在后续步骤中,测定包含银纳米线的正方形单元的数量与总正方形单元的总数的比值。对于各样品,计算从同一分散体样品的相应数量的显微照片获得的三个比值的平均值,其中在分散体样品中不同位置随机选择。三个比值的该平均值定义为均匀指数。
完美地均匀分散的样品的均匀指数为100%。具有高于80%均匀指数的样品被视为“稳定的“。
实验
实验1
实验1.1
以5ml N2/分钟的流速将氮气鼓泡通过500ml乙醇持续半小时,以便移除溶解于乙醇中的氧气。
步骤(a):
在无氧乙醇中制备具有如表1a所示的不同浓度的七种溶液,其各自包含一种特定的第一表面剂化合物。
表1a:所制备的溶液1-7的不同搅拌时间
溶液 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
第一表面剂化合物的浓度(μL) | 200 | 50 | 50 | 200 | 50 | 200 | 50 |
作为第一表面剂化合物的实施例,在七种溶液中的每一种中,添加以下化合物之一:
溶液1:重均分子量为40,000g/mol的PVP(CAS号:9003-39-8)(在下文中称为PVP),
溶液2:1-十二烷硫醇,
溶液3:重均分子量为800g/mol的PEGT,
溶液4:重均分子量为6000g/mol的PEGT,
溶液5:1-氨基十六烷(在下文中称为十六烷基胺),
溶液6:重均分子量为2000g/mol的聚醚胺(CAS号:83713-01-3)(在下文中称为聚醚胺),或
溶液7:4-甲基苯硫酚。
步骤(b):
制备具有0.5重量%浓度的其表面附着有PVP的表面改性银纳米线的中间分散体。
步骤(c):
向200ml含有所制备的各表面剂化合物的溶液中添加16ml所制备的中间分散体,以使得在每种情况下分别获得反应分散体(反应分散体1、2、3、4、5、6和7)。
在氮气气氛下,将各反应分散体搅拌表1所示的时间,以使得附着至表面改性银纳米线的表面的PVP被相应的第一表面剂化合物(如上文步骤(a)所述)置换。在每种情况下,得到包含其表面附着有相应第一表面剂化合物的表面改性银纳米线的中间产物分散体。
表1:反应分散体的不同搅拌时间
反应分散体 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
搅拌时间(分钟) | 3 | 3 | 3 | 120 | 3 | 120 | 60 |
步骤(d):
使各中间产物分散体在4000rpm下离心15分钟,且在每种情况下将中间产物分散介质与表面改性银纳米线分离,随后将其再分散于30ml 1:1乙醇/丙酮溶液中,从而在每种情况下得到乙醇/丙酮分散体。
随后,对七种乙醇/丙酮分散体各自重复离心、分离以及再分散步骤,随后再进行另外的离心和另外的分离步骤,从而得到以下六种固体表面改性银纳米线样品:
样品1:其表面附着有PVP的表面改性银纳米线,
样品2:其表面附着有1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线(作为本发明方法的实施例),
样品3:其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(作为本发明产物的实施例),
样品4:其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(作为本发明产物的实施例),
样品5:其表面附着有十六烷基胺的表面改性银纳米线(作为本发明产物的实施例),
样品6:其表面附着有聚醚胺的表面改性银纳米线(作为本发明产物的实施例),和
样品7:其表面附着有4-甲基苯硫酚的表面改性银纳米线(作为本发明产物的实施例)。
随后,将所得样品1-7再分散于下表2所示的各种产物分散介质中,在每种情况下得到产物分散体。基于产物分散体的总重量,所得产物分散体中的其表面附着有相应表面剂化合物的表面改性银纳米线的浓度为0.1重量%。
在下一步骤中,通过光学显微法测量包含以下组分的所得产物分散体的均匀指数,
(i)表面改性银纳米线
(i-对比)其表面附着有PVP,或
(i-本发明)其表面附着有表面剂化合物,
以及
(ii)不同分散介质。
包含如下表面改性银纳米线分散体是本发明产物的实施例:
(i-本发明)其表面附着有表面剂化合物(样品2-6)。结果汇总于表2中。表2:显示字母Y的单元格对应于均匀指数高于80%的分散体(足以在涂覆或印刷方法中用于工业应用)。显示字母N的表2单元格对应于均匀指数低于80%的分散体(不足以在涂覆或印刷方法中用于工业应用)。
*其表面附着有PVP的表面改性银纳米线于二丙二醇甲醚乙酸酯中的分散体的显微照片显示于下图1中。
**其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线于二丙二醇甲醚乙酸酯中的分散体的显微照片显示于下图2中。
表2所示的结果表明,表面附着有1-十二烷硫醇、重均分子量为800g/mol的PEGT以及重均分子量为6000g/mol的PEGT、十六烷基胺以及重均分子量为2000g/mol的聚醚胺以及4-甲基苯硫酚的银纳米线可分散于不同有机化合物中。
实验1.2
将包含水、乙醇或2-丙醇的分散体储存2周和4周,且在储存后测定其均匀指数(分别参见下表2i)和表ii))。
表2i)所示的结果表明,表面附着有1-十二烷硫醇、重均分子量为800g/mol的PEGT以及重均分子量为6000g/mol的PEGT、十六烷基胺和重均分子量为2000g/mol的聚醚胺以及4-甲基苯硫酚的银纳米线可均匀地分散于水、乙醇或2-丙醇中,且历经2周的时间是稳定的。
与此相反,表面附着有PVP的银纳米线在储存2周时间后不再均匀地分散于2-丙醇中。
表2i):显示字母Y的单元格对应于在储存2周时间后均匀指数高于80%的分散体。表2i)的显示字母N的单元格对应于在储存2周时间后均匀指数低于80%的分散体。
表2ii)所示的结果表明,表面附着有1-十二烷硫醇、重均分子量为800g/mol的PEGT和重均分子量为6000g/mol的PEGT、十六烷基胺、聚醚胺以及4-甲基苯硫酚的银纳米线可均匀地分散于水、乙醇或2-丙醇中,且经4周的时间是稳定的。
与此相反,表面附着有PVP的银纳米线在储存4周时间后不再均匀地分散于2-丙醇中。
表2ii):显示字母Y的单元格对应于在储存4周后均匀指数高于80%的分散体。表2ii)显示字母N的单元格对应于在储存4周时间后均匀指数低于80%的分散体。
实验1.3
将包含如下组分的不同分散体储存2周,且在储存后测定其均匀指数(参见下表2iii)):
处于不同分散介质中的其表面附着有PVP的表面改性银纳米线(样品1),
处于不同分散介质中的其表面附着有1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线(样品2),
处于二丙二醇甲醚乙酸酯中的其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(样品3),
处于不同分散介质中的其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(样品4),
处于不同分散介质中的其表面附着有重均分子量为2000g/mol的聚醚胺的表面改性银纳米线(样品6),或
处于二丙二醇甲醚乙酸酯中的其表面附着有4-甲基苯硫酚的表面改性银纳米线(样品7)。
表2iii):显示字母Y的单元格对应于在储存2周时间后均匀指数高于80%的分散体。表2iii)显示字母N的单元格对应于在储存2周时间后均匀指数低于80%的分散体。
*当四氢呋喃为分散介质时,已储存2周储存时间的样品2仍均匀地分散(与包含表面附着有PVP的银纳米线的相应分散体相比)。
**当甲苯或丙酮为分散介质时,已储存2周储存时间的样品4仍均匀地分散(与包含表面附着有PVP的银纳米线的相应分散体相比)。
***当丁酮、四氢呋喃或丙酮为分散介质时,已储存2周储存时间的样品6仍均匀地分散(与包含表面附着有PVP的银纳米线的相应分散体相比)。
表2iii)所示的结果表明,表面附着有1-十二烷硫醇、重均分子量为800g/mol的PEGT、重均分子量为6000g/mol的PEGT以及重均分子量为2000g/mol的聚醚胺的银纳米线可均匀地分散于二丙二醇甲醚乙酸酯中,相应的分散体经2周的时间是稳定的。
与以上结果相比,表面附着有PVP的银纳米线不能均匀地分散于相应分散介质中。
实验1.4
将包含如下组分的分散体储存4周,且在储存后测定其均匀指数(参见下表2iv)):
处于不同分散介质中的其表面附着有PVP的表面改性银纳米线(样品1),
处于不同分散介质中的其表面附着有1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线(样品2),
处于二丙二醇甲醚乙酸酯中的其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(样品3),
处于不同分散介质中的其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(样品4),
处于二丙二醇甲醚乙酸酯中的其表面附着有重均分子量为2000g/mol的聚醚胺的表面改性银纳米线(样品6),或
处于二丙二醇甲醚乙酸酯中的其表面附着有4-甲基苯硫酚的表面改性银纳米线(样品7)。
表2iv):显示字母Y的单元格对应于在储存4周时间后均匀指数高于80%的分散体。表2iv)显示字母N的单元格对应于在储存4周时间后均匀指数低于80%的分散体。
*储存4周储存时间的样品2仍均匀地分散于四氢呋喃中(与包含表面附着有PVP的银纳米线的相应分散体相比)。
**储存4周储存时间的样品4仍均匀地分散于丙酮或甲苯中(与包含表面附着有PVP的银纳米线的相应分散体相比)。
表2iv)所示的结果表明,表面附着有1-十二烷硫醇、重均分子量为800g/mol的PEGT、重均分子量为6000g/mol的PEGT和聚醚胺的银纳米线可均匀地分散于二丙二醇甲醚乙酸酯中,且相应的分散体经4周的时间是稳定的。
与以上结果相比,表面附着有PVP的银纳米线不能均匀地分散于相应分散介质中。
实施例2
实施例2.1
将包含二丙二醇甲醚乙酸酯以及如实验1制备的其表面附着有PVP的表面改性银纳米线的2ml产物分散体(参见上表2)与0.01g氯乙烯-共-丙烯酸酯聚合物(氯乙烯-共-三聚丙烯酸酯聚合物为获自Wacker Chemie AG的材料编号为291132E 15/40ATF的产品)混合,从而得到银油墨组合物。
实施例2.1中得到的银油墨组合物中的所述表面改性银纳米线的浓度为0.5重量%。银油墨组合物中的所述氯乙烯-共-丙烯酸酯聚合物的浓度为0.5重量%。
由于在所述银油墨中其表面附着有PVP的表面改性银纳米线聚集,所得银油墨组合物不能成功地印刷至基材上。
实施例2.2
如上文实验1(样品3)所述制备其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线。
将包含二丙二醇甲醚乙酸酯以及如实验1制备的其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线的2ml产物分散体(参见上表2)与0.01g氯乙烯-共-丙烯酸酯聚合物(其为获自Wacker Chemie AG的材料编号为291132E 15/40ATF的产品)混合,从而得到银油墨组合物。
将银油墨组合物通过LAU Disperser DAS 200(DIN 53 238)完全混合15分钟。
实验2.2得到的银油墨组合物中的所述表面改性银纳米线的浓度为0.5重量%。银油墨组合物中的所述氯乙烯-共-丙烯酸酯的浓度为0.5重量%。
将银油墨组合物通过刮涂(涂覆速度:5cm/s)施加至基材上,从而得到在聚合物基材上厚度为6μm的湿油墨层。刮涂借助获自Erichsen的K303Modell 625在室温下进行。关于刮涂的更多信息可参见国际申请号为PCT/EP2015/068421的申请和ASTM D823。
将聚合物基材上的湿油墨层在130℃下干燥5分钟,从而得到聚合物基材上的干油墨层。在该热处理期间,重均分子量为800g/mol的PEGT仍附着至所述表面改性银纳米线的表面,且所述表面改性银纳米线仍均匀地分散在聚合物基材上的湿油墨层中,直至其完全干燥为止。
测定聚合物基材上的干油墨层的雾度和薄层电阻,且将其示于图9中。聚合物基材上的干油墨层的扫描电子显微照片示于图3中。
实施例2.3
如上文实验1(样品4)所述制备其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线。
将包含二丙二醇甲醚乙酸酯以及如实验1制备的其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线的2ml产物分散体(参见上表2)与0.01g氯乙烯-共-丙烯酸酯聚合物(其为获自Wacker Chemie AG的材料编号为291132E 15/40ATF的产品)混合,从而得到银油墨组合物。
将银油墨组合物通过LAU DISPERSER DAS 200混合15分钟。
实验2.3得到的银油墨组合物中的所述表面改性银纳米线的浓度为0.5重量%。银油墨组合物中的所述氯乙烯-共-丙烯酸酯的浓度为0.5重量%。
将银油墨组合物通过刮涂(涂覆速度:5cm/s)施加至基材上,从而在聚合物基材上得到厚度为6μm的湿油墨层。
将聚合物基材上的湿油墨层在130℃下干燥5分钟,从而得到聚合物基材上的干油墨层。在该热处理期间,重均分子量为6000g/mol的PEGT仍附着在所述表面改性银纳米线的表面,且所述表面改性银纳米线仍均匀地分散于聚合物基材上的湿油墨层中,直至其完全干燥为止。
测定聚合物基材上的干油墨层的雾度和薄层电阻,且将其示于图9中。聚合物基材上的干油墨层的扫描电子显微照片示于图4中。
实施例2.4
步骤(a):
在无氧乙醇中制备包含浓度为200μM的重均分子量为6000g/mol的PEGT的第一溶液。
在无氧乙醇中制备包含浓度为5mM的重均分子量为800g/mol的PEGT的第二溶液。
步骤(b):
制备具有0.5重量%浓度的其表面附着有PVP的表面改性银纳米线的中间分散体。
步骤(c):
将200ml第一溶液与具有0.5重量%浓度的其表面附着有PVP的表面改性银纳米线的16ml中间分散体在氮气气氛下混合120分钟,以使得附着至表面改性银纳米线的表面的PVP被重均分子量为6000g/mol的PEGT置换。然后,在搅拌下将5mL第二溶液添加至混合物中。得到包含其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT和重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线的中间产物分散体。
步骤(d):
将中间产物分散体在6000rpm下离心15分钟,且将中间产物分散介质与表面改性银纳米线分离,将所述表面改性银纳米线再分散于30ml新制1:1乙醇/丙酮溶液中,由此得到乙醇/丙酮分散体。
随后,对乙醇/丙酮分散体重复离心、分离、再分散步骤,然后再实施另外的离心和分离步骤,从而得到其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT和重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线。
将其表面附着有重均分子量为800g/mol的PEGT和重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线分散于二丙二醇甲醚乙酸酯中,从而得到基于表面改性银纳米线以及附着至其表面的PEGT的总重量,浓度为0.5重量%的所述表面改性银纳米线的分散体。
步骤(e):
向所得分散体中添加氯乙烯-共-丙烯酸酯聚合物,从而得到银油墨组合物。将银油墨组合物通过LAU Disperser DAS 200(DIN 53 238)完全混合15分钟。
银油墨组合物中的所述表面改性银纳米线的浓度为0.5重量%。银油墨组合物中的所述氯乙烯-共-丙烯酸酯的浓度为0.5重量%。
将银油墨组合物通过刮涂(涂覆速度:5cm/s)施加至基材上,从而在聚合物基材上得到厚度为6μm的湿油墨层。
将聚合物基材上的湿油墨层在130℃下干燥5分钟,从而得到聚合物基材上的干油墨层。在该热处理期间,重均分子量为800g/mol的PEGT和重均分子量为6000g/mol的PEGT仍附着在所述表面改性银纳米线的表面上,且所述表面改性银纳米线仍均匀地分散于聚合物基材上的湿油墨层中,直至其完全干燥为止。
实施例2.5-实施例2.2、2.3和2.4的结果
聚合物基材上的干油墨层的扫描电子显微照片示于图5中。
对于各实施例(即实施例2.2、2.3或2.4),测定根据相应实施例制备的聚合物基材上的4个干油墨层(样品)的雾度以及薄层电阻,且各实施例的所有4个样品的结果示于图9中。由于根据实施例2.2、2.3或2.4制备的4个层的层厚不同,雾度和薄层电阻稍微不同。通常,雾度和薄层电阻越低,则相应分散体就越适合用作银油墨组合物。
由图9可以得出结论,重均分子量为6000g/mol的PEGT或重均分子量为800g/mol的PEGT可成功地用于改性用于银油墨组合物的银纳米线表面。此外,包含其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT和重均分子量为800g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(AgNW)的分散体给出了最佳的性能。
实验2.6
向如实验2.4的步骤(d)得到的分散体中添加0.01g氯乙烯-共-丙烯酸酯,从而得到银油墨组合物。
银油墨组合物中的所述表面改性银纳米线的浓度为0.2重量%。
将银油墨组合物通过LAU Disperser DAS 200(DIN 53238)完全混合15分钟。
使用具有15cm宽度的狭缝珠式染料以2-10mL/分钟的变化流速和4-8m/分钟的网速度将银油墨组合物施加至聚合物基材上,以使得聚合物基材上的所得湿油墨层的厚度为3-21μm。将湿油墨层各自在130℃下干燥5分钟,从而得到聚合物基材上的干油墨层。
结果汇总在表2a中。
表2a:如实验2.6制备的聚合物基材上的不同干油墨层的雾度和薄层电阻
仅当聚合物基材上的所得湿油墨层的厚度为8-21μm时,润湿足够均匀以提供品质透明电极(在干燥聚合物基材上的湿油墨层之后获得)。对于品质透明电极,基于在同一透明电极上的不同点处测得的薄层电阻的平均值,透明电极的不同点处的干油墨层的薄层电阻变化必须不大于10%。
实施例3
将其表面附着有表面剂化合物1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线于乙醇中(所述表面改性银纳米线于乙醇中的浓度:0.5重量%)的分散体与重均分子量为50,000-60,000g/mol的聚乙烯醇缩丁醛(0.5重量%,CAS号:63148-65-2)混合,从而得到银油墨组合物。银油墨组合物中的表面改性银纳米线和聚乙烯醇的浓度示于表3中。通过TGA测得的附着至表面改性银纳米线上的1-十二烷硫醇的总重量为10mg/g表面改性银纳米线。
表3
化合物 | 表面改性银纳米线 | 聚乙烯醇缩丁醛 |
浓度(重量%) | 0.5 | 0.5 |
将所得银油墨组合物通过刮涂(涂覆速度:5cm/秒)施加至聚合物基材上,以使得在聚合物基材上产生湿油墨层。湿油墨层的厚度为6μm。将聚合物基材上的湿油墨层在130℃下干燥5分钟。所得干油墨层的透射率为92.9%,雾度为1.13%且薄层电阻为99Ω/sq。
作为参考,以与上文所述相同的方式使用包含其表面附着有PVP而非1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线的分散体制备湿参考油墨层。
图10所示的接触角测量结果如下:
-图A:包含其表面附着有PVP的表面改性银纳米线的湿油墨参考层的接触角为55°,且
-图B:包含其表面附着有1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线的湿油墨层的接触角为66°。
包含其表面附着有1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线的湿油墨层的接触角越大,则表明所述湿油墨层比包含其表面附着有PVP的表面改性银纳米线的相应湿参考油墨层就越疏水。
因此,包含其表面附着有1-十二烷硫醇的表面改性银纳米线的湿油墨层不能在聚合物基材的亲水表面的表面上涂抹,且因此可更精确地涂覆于聚合物基材的表面上。
结果表明,使用1-十二烷硫醇进行表面改性可增强涂层的疏水性。因此,也可预期涂层在潮湿环境中具有较好抗水性。
实验4
将其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT的表面改性银纳米线(所述表面改性银纳米线于乙醇中的浓度:0.5重量%)的分散体与重均分子量为7000g/mol的聚甲基丙烯酸甲酯(0.5重量%)混合,从而得到银油墨组合物。银油墨组合物中的表面改性银纳米线和聚甲基丙烯酸甲酯的浓度示于表4中。
表4
化合物 | 表面改性银纳米线 | 聚甲基丙烯酸甲酯 |
浓度(重量%) | 0.5 | 0.5 |
将所得银油墨组合物通过刮涂(涂覆速度:5cm/秒)施加至聚合物基材上,以使得在聚合物基材上产生湿油墨层。湿油墨层的厚度为6μm。
将聚合物基材上的湿油墨层在130℃下干燥5分钟。所得干油墨层的透射率为92.2%,雾度为0.70%且薄层电阻为65Ω/sq。
以上结果表明,包含其表面附着有重均分子量为6000g/mol的PEGT和聚甲基丙烯酸甲酯和聚甲基丙烯酸甲酯作为粘合剂的表面改性银纳米线的干银油墨层的雾度和薄层电阻与包含聚乙二醇甲醚硫醇以及作为粘合剂的氯乙烯-共-丙烯酸酯聚合物的产物类似。
因此,不同粘合剂可与包含其表面附着有表面剂化合物的表面改性银纳米线的产物分散体一起使用,以配制银油墨,其中所述表面剂化合物具有一个或多个选自硫醇和胺的官能团。
因此,本领域技术人员能够将不同成分与各种产物分散体组合,从而得到本发明的产物,其中根据用于将本发明的所述产物施加至制品表面上的涂覆或印刷方法的具体需求进行调节。
实施例5
将实施例2.4制备的银油墨组合物通过丝网印刷(印刷速度:30cm/s)施加至基材上,从而在聚合物基材上得到的湿油墨层。
丝网印刷在获自Alraun Technik GmbH的AT-HUF-701上在室温下进行。
在丝网印刷期间,重均分子量为800g/mol的PEGT以及重均分子量为6000g/mol的PEGT仍附着在所述表面改性银纳米线的表面上。
将聚合物基材上的湿油墨层在130℃下干燥5分钟,从而得到聚合物基材上的干油墨层。表面改性银纳米线仍均匀地分散于聚合物基材上的湿油墨层中,直至湿油墨层完全干燥为止。
聚合物基材上的所得干油墨层显示透射率为87.5%,雾度为5.24%且薄层电阻为160Ω/sq。
因此,在基材的表面上丝网印刷本发明的产物(作为本发明的涂覆制品表面的方法的实施例)是成功的且鉴于所得干油墨层的透射率、雾度以及薄层电阻,其满足工业标准的要求。
Claims (16)
1.制备包含一定量的分散于产物分散介质中的表面改性银纳米线的产物的方法,所述方法包括以下步骤:
(a)制备或提供具有一个或多个选自硫醇和胺的官能团的第一表面剂化合物,所述官能团用于将第一表面剂化合物附着至银纳米线的表面;
(b)制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线;
(c)使步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物附着至步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面,从而得到表面改性银纳米线;
以及
在步骤(b)之后且在步骤(c)之前、之中或之后的一个或多个其他步骤中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质部分或完全置换所述中间分散介质,
其中所述添加剂分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:包括取代基在内具有至少4个碳原子的碳原子总数的取代或未取代、支化或直链的脂族或芳族有机化合物,优选包含一种或多种选自如下组的化合物:
-醇,
-醚,
-酯,
-酮,和
-芳族有机化合物;
以及任选地
(d)添加一种或多种其他成分和/或实施一个或多个其他步骤,
从而得到所述产物。
2.如权利要求1的方法,其中产物分散介质由添加剂分散介质或添加剂分散介质与中间分散介质的混合物组成。
3.如权利要求1或2的方法,其中在步骤(b)中:
-制备或提供一定量的银纳米线,其中所述银纳米线的表面附着有第二表面剂化合物,其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物;
和/或
-使用多元醇方法制备一定量的银纳米线,其中所述量的银纳米线的表面附着有第二表面剂化合物,其中第二表面剂化合物不同于第一表面剂化合物,
其中第二表面剂化合物优选为封端剂,
其中第二表面剂化合物更优选选自聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚氧化乙烯(PEO)以及含咪唑啉酮-1-基单元的聚合物。
4.如前述权利要求中任一项的方法,其中在步骤(c)中,将所述第二表面剂化合物部分或完全从步骤(b)中制备或提供的所述银纳米线的表面移除,优选通过用所述第一表面剂化合物置换所述第二表面剂化合物。
5.如前述权利要求中任一项的方法,其中优选地,
-在步骤(b)中制备或提供一定量的分散于中间分散介质中的银纳米线,和
-在步骤(c)之后的一个或多个其他步骤中,用不同于中间分散介质的添加剂分散介质部分或完全置换所述中间分散介质。
6.如前述权利要求中任一项的方法,其中:
-在步骤(b)中,制备或提供以基于中间分散体的总量为0.001-2重量%的浓度分散于中间分散介质中的一定量的银纳米线,其中中间分散体具有至少80%的均匀指数,
和/或
-所得产物为产物分散体,其包含以基于产物分散体的总量为0.001-2重量%的浓度分散于产物分散介质中的一定量的表面改性银纳米线,其中产物分散体具有至少80%的均匀指数。
7.如前述权利要求中任一项的方法,其中所述中间分散介质和/或所述添加剂分散介质的沸点在1013hPa下>30℃,优选沸点在1013hPa下>120℃。
8.如前述权利要求中任一项的方法,其中附着至所述表面改性银纳米线的表面的表面剂化合物的总重量与所述表面改性银纳米线的总重量的比值为0.01-0.3,通过热重分析测定。
9.如前述权利要求中任一项的方法,其中步骤(a)中制备或提供的具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-10个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-10个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH或NH2,
-X为氢、甲基(-CH3)、乙基(-CH2-CH3)、氨基甲基(-CH2-NH2)或2-氨基乙基(-CH2-CH2-NH2),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,
-m为0或1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数。
和/或
其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、1-十二烷硫醇、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,和/或
其中步骤(a)中制备或提供的所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述第一表面剂化合物的重均分子量为500-500000g/mol,优选为200-100000g/mol,更优选为500-20000g/mol。
10.产物,
(a)其包含:
-一定量的表面改性银纳米线,其中所述表面改性银纳米线各自可通过
-向银纳米线的表面
-附着第一表面剂化合物而制备,第一表面剂化合物具有用于将该第一表面剂化合物附着至银纳米线表面的一个或多个官能团,第一表面剂化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
以及任选地
-一种或多种其他成分
和/或
(b)其通过或可通过如前述权利要求中任一项的方法获得,
和/或
(c)其包含一定量的分散于产物分散介质中的表面改性银纳米线,
其中至少一部分所述表面改性银纳米线,优选所述表面改性银纳米线各自的表面附着有具有一个或多个官能团的第一表面剂化合物,所述官能团用于将该第一表面剂化合物附着至银纳米线的表面,
其中具有一个或多个官能团的所述第一表面剂化合物选自:
-式(I)化合物:
其中:
-Y为SH或NH2,且
-R1、R2、R3、R4和R5彼此独立地为:
-氢,
-具有1-10个碳原子的碳原子总数的烷基,或
-具有2-10个碳原子的碳原子总数的链烯基;
以及
-式(II)化合物
其中:
-Y为SH或NH2,
-X为氢、甲基(-CH3)、乙基(-CH2-CH3)、氨基甲基(-CH2-NH2)或2-氨基乙基(-CH2-CH2-NH2),
-各Z独立于任何其他Z的含义为氢、甲基、乙基或羟基,
-m为0或1,且
-n为0-300,优选1-200,更优选50-150的整数,
和/或
其中所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、1-十二烷硫醇、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
和/或
其中所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述第一表面剂化合物的重均分子量为500-500 000g/mol,优选为200-100 000g/mol,更优选为500-20 000g/mol,
且
其中所述产物分散介质由添加剂分散介质或添加剂分散介质与中间分散介质的混合物组成,
且
其中所述添加剂分散介质包含一种或多种选自如下组的化合物:包括取代基在内具有至少4个碳原子总数的取代或未取代、支化或直链的脂族或芳族有机化合物,优选包含一种或多种选自如下组的化合物:
-醇,
-醚,
-酯,
-酮,和
-芳族有机化合物。
11.如权利要求10的产物的用途,其用作涂料或油墨。
12.具有一个或多个官能团的化合物用作用于改性银纳米线表面的表面剂化合物的用途,其中所述化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
和/或
其中优选地,所述表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述表面剂化合物的重均分子量为500-500000g/mol,优选为200-100000g/mol,更优选为500-20000g/mol。
13.具有一个或多个官能团的第一表面剂化合物用于置换不同于该第一表面剂化合物的第二表面剂化合物且附着至银纳米线表面的用途,其中该化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
且其中优选地,所述第一表面剂化合物选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述表面剂化合物的重均分子量为500-500000g/mol,优选为200-100000g/mol,更优选为500-20000g/mol,
且
其中所述第二表面剂化合物优选为用于制备银纳米线的多元醇方法中的封端剂。
14.具有一个或多个官能团的化合物用作用于银纳米线在分散介质中的分散增强剂的用途,其中该化合物的至少一个官能团选自硫醇和胺,
其中所述化合物优选选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、1-十二烷硫醇、十六烷基胺和聚醚胺,
和/或
其中所述化合物更优选选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)、4-甲基苯硫酚、十六烷基胺和聚醚胺,
和/或
其中所述化合物最优选选自聚乙二醇甲醚硫醇(PEGT)和聚醚胺,其中所述表面剂化合物的重均分子量为500-500000g/mol,优选为200-100000g/mol,更优选为500-20000g/mol,
且
其中所述银纳米线优选使用多元醇方法制备。
15.涂覆制品表面的方法,其包括以下步骤:
-将如权利要求10的产物施加至所述制品的表面,
以及任选地
-硬化和/或干燥所述表面上的施加产物。
16.如权利要求15的方法,其中将如权利要求10的产物施加至所述制品的表面的步骤选自喷涂、涂漆、印刷和涂覆,
其中将如权利要求10的产物施加至所述制品的表面的步骤优选包括自计量涂覆或预计量涂覆,
其中将如权利要求10的产物施加至所述制品的表面的步骤特别优选包括预计量涂覆。
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