CN1957029A - 用于涂布和印刷基材的液体制剂 - Google Patents

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Abstract

一种用于施涂到基材上的制剂，所述制剂包含具有第一粘度的液体和胺－酸加合物的混合物。所述混合物具有比第一粘度大的第二粘度。所述胺－酸加合物可以蒸发，并基本上从作为沉积物施涂到基材上且处于功能性干燥状态的所述混合物中完全除去。

Description

用于涂布和印刷基材的液体制剂
相关申请的交叉引用
本申请要求于2004年5月19日提交的临时专利申请第60/572333号的优先权。
发明背景
1.发明领域
本发明一般涉及用于施涂基材作为诸如涂料、印刷图案等的液体制剂，更具体涉及包含液体和挥发性粘度调节组分的混合物的制剂，当将混合物施涂到基材上并处理到其功能性干燥状态(functionally dry state)时，挥发性组分基本上完全蒸发。
2.现有技术的说明
用作涂料或印刷油墨的溶液和分散体最好以非常稀的状态施涂，例如在水中或非水性介质中。但是，在许多情况中，这些涂料或油墨的流变学性质会导致它们流动得太过自由，而无法适当地控制它们的施涂量。此外，如果小心谨慎地施涂，涂料或油墨会流动得太过自由，而无法维持它们的目标位置。
存在许多流变控制剂，通常称为“增稠剂”，可以将这些试剂结合到体系的连续液相中，以将体系的粘度调节到合适的水平(即，符合施涂方法要求的水平)。不幸的是，在随后要干燥的体系中使用增稠剂时，留下的增稠剂的浓度通常非常高，足以对涂布或印刷的性能造成不良影响。
导电油墨的印刷和光学涂料的施涂是两个非限制性例子，其中为了施涂目的而提高粘度的要求和功能性干燥状态的纯度之间存在矛盾。残余增稠剂的介电性质会不利地降低导电油墨沉积物的导电性，这类残余增稠剂的不透明性会带来混浊，对光学涂料所需的透明性造成不利影响。
因此，需要这种涂料和油墨制剂，该制剂的流变学性质已经通过加入增稠剂进行了调节，达到了适合预期应用模式的粘度，并且当涂料或油墨被施涂到基材上并处于功能性干燥状态时，增稠剂已经基本上完全从所得涂层或油墨沉积物中除去。
文中所用的“功能性干燥状态”是指液体混合物的挥发性组分已经蒸发到足以使混合物符合其预期应用情况的程度。
此外，如文中所述，当液体混合物的组分的任何残余物不会妨碍混合物在处于其功能性干燥状态时实现其预期应用时，该组分被认为已经“基本上完全除去”。
发明概述
依据本发明，作为涂料或印刷沉积物施涂到基材上的制剂包括具有第一粘度的液体和胺-酸加合物的混合物，其中胺-酸加合物的用量应适合所述液体和所述混合物的预期应用，优选超过混合物的10重量％。混合物具有比第一粘度大的第二粘度。在将混合物施涂到基材上并将其处理到功能性干燥状态的过程中，胺-酸加合物已经通过蒸发基本上完全被除去。以这样施涂和处理的混合物为基准计，胺-酸加合物的残余量可以低至0.2重量％，通常小于约0.1重量％，优选小于0.01重量％，最优选小于0.001重量％。
详细说明
本发明使用胺氨基甲酸盐作为用于从烃到醇到水的各种溶液/分散体的粘度控制剂。伯胺和仲胺是候选物质；叔胺不适用。
当用CO2处理胺时，形成胺氨基甲酸盐(amine carbamate)(用水处理，形成胺碳酸盐(amine carbonate))。如同脂肪酸酯和盐的情况，形成的这种两性离子盐可以用来调节这种盐在其中是相容的液体的流变性。
使用胺，特别是沸点约等于溶剂或液体混合物连续相的沸点温度的胺，使氨基甲酸盐(碳酸盐)分解(释放出CO2)，胺与混合物的其它挥发性组分一起蒸发除去。在将混合物施涂到基材上并且将其处理到功能性干燥状态的过程中，氨基甲酸盐(碳酸盐)基本上完全除去，以这样施涂和处理的混合物的重量为基准计，任何残余物的含量低至0.2重量％，通常小于0.1重量％，优选小于0.01重量％，最优选小于0.001重量％。
这类流变控制是有利的应用包括，例如：
(a)纳米技术，其中元件通常以非常稀的浓度涂布，但是涂料需要较高的粘度，以实现均匀的涂布。当处理碳纳米管时，这一点尤为重要，此时粘度控制不但有利于施涂，而且起到稳定作用，防止纳米管在载液中发生缠绕，从而防止纳米管在涂布、不连续涂布或印刷前发生聚集和从载液中沉降。
(b)光学涂料的施涂，例如，膜基可视驱动用户界面(显示器，触摸屏)、用于书画的透明保护涂层等，在这些用途中功能性干燥沉积物的透明度是主要的要求。
(c)用在电子产品制造中的其它污染-敏感涂料。例如，在设置保护涂层中使用的“喷墨”类涂料(印刷)的应用；或者对不连续设置电路中导电元件的粘合处理。
在以下实施例中，使用以下组分中的一种或多种来制备液体混合物：
从Franklin，MA的Eikos购得的CNT Ink Concentrate(3000ppm CNT)；从Wilmington，MA的Raffi & Swanson购得的Solvent Ink Concentrate#7633-41P；
从Smyrna，GA的Surface Specialties UCB购得的Diluting Acrylate IBOA(丙烯酸异冰片酯)；
从Ambler，PA的Cognis Corporation购得的UV Coating ECX 4019。
实施例1
导电油墨
WB氨基甲酸盐：
仲丁胺                            90克
水                                10克
CO2                              鼓泡通过(bubble through)，直到粘度
                                  为11500-12500cP
CNT油墨配方
CNT Ink Concentrate(3000ppm CNT)  1％
水                                21％
溶剂(IPA)                         50％
氨基甲酸盐                        28％
                                  ---------------
                                  100％
油墨浓缩液的初始粘度为30-100cP
混合物的最终粘度为1500-2000cP
实施例2
光学涂料
氨基甲酸盐：
正丁胺                            50克
溶剂                              50克
CO2                              鼓泡通过，直到粘度为10000cP
溶剂油墨配方
Solvent Ink Concentrate           10％
溶剂                              70％
氨基甲酸盐                        20％
                                  --------------
                                  100％
浓缩液的初始粘度为100-200cP
混合物的最终粘度为1000-1200cP
实施例3
光学涂料
氨基甲酸盐：
正丙胺                   20克
稀释的丙烯酸酯           80克
CO2                     鼓泡通过，直到粘度为10000cP
紫外涂料配方
紫外涂料                 79％
氨基甲酸盐               21％
                         ---------------
                         100％
紫外涂料的初始粘度为200-250cP
混合物的最终粘度为1500-1800cP
使用迈耶(Meyer)刮涂棒将实施例1-3的混合物施涂到透明聚酯膜上，并在70℃的实验室烘箱中处理1分钟，达到功能性干燥状态。使用pHydrionInsta-Check Surface pH Pencil(可从VWR International of West Chester，Pennsylvania，U.S.A.购得)测量所得干燥沉积物的残余氨基甲酸盐组分。在各情况中，pH读数在5到6之间。
根据pH的定义(根据化学事实，pH是氢离子浓度的负对数函数，用等式pH＝-log[H+]表示，来自Holtzclaw等人，General Chemistry，第459页，1984，D.C，Heath and Co.，Lexington，MA)，氢离子浓度越高，pH值越低。任何残余的氨基甲酸盐的胺组分会降低氢离子的浓度，从而提高pH值，如该测试中所测量的。
使用计算方法，根据上述pH读数，确定实施例1-3中功能性干燥残余物的残余氨基甲酸盐的浓度为7.3×10-6％。残余含量降低至这种程度时，观察到任何残余的氨基甲酸盐都不会对实施例1的油墨的导电性或实施例2和3的涂料的透明性造成不利影响。
可用不同于CO2的材料形成胺的两性离子加合物。二硫化碳(CS2)也可以形成稳定的胺盐，还可以使用氯化氢(HCl)和低沸点有机酸(例如，乙酸、甲酸、丙酸)。但是，CO2的优点是毒性最小，并且是较弱的酸，对于一些要处理的涂层有利。
另一个优点是几乎没有胺氨基甲酸盐/碳酸盐在高于100℃时是稳定的。这样，基于CO2的加合物容易分解，具有极佳的总逸性。
或者，除了制备胺加合物，然后将该结合物加入到涂料(或印刷)体系中外，胺可以直接加入到涂料中，然后加入CO2、CS2等，这样原位形成胺加合物。在所有情况中，在干燥后，胺氨基甲酸盐会脱掉羧基，然后除去胺。所需的温度取决于胺，和再生胺是否是必须的，以对维持干燥处理过程中涂料的“润湿”起作用。
本发明的印刷或涂布的混合物可以通过各种方法干燥到它们的功能性干燥状态，例如，热干燥、空气干燥、红外干燥、微波干燥和真空干燥。
可用于本发明的胺可以选自表1中所列的组。
表1
胺                       沸点℃
吗啉                     129
N-乙基正丁基胺           91
正丁胺                   78
仲丁胺                   63
叔丁胺                   46
正丙胺                   48
正戊胺                   104
二正丁胺                 129
N-甲基正丁基胺           91
乙二胺                   117
AMP(2氨基-2-甲基胺)      166
DMEA(二甲基，乙醇胺)     135

Claims (23)

1.一种用于施涂到基材上的制剂，所述制剂包含具有第一粘度的液体和胺-酸加合物的混合物，所述混合物具有比所述第一粘度大的第二粘度，所述胺-酸加合物是可蒸发的，并在所述混合物作为沉积物施涂到基材上时从处于功能性干燥状态的所述混合物中基本上完全除去。
2.如权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述胺-酸加合物在所述混合物中的含量大于10重量％。
3.如权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述胺-酸加合物是可蒸发到降低的含量水平的，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.2重量％。
4.如权利要求3所述的制剂，其特征在于，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.1重量％。
5.如权利要求3所述的制剂，其特征在于，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.01重量％。
6.如权利要求3所述的制剂，其特征在于，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.001重量％。
7.如权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述胺选自：吗啉、N-乙基正丁基胺、正丁胺、仲丁胺、叔丁胺、正丙胺、正戊胺、二正丁胺、N-甲基正丁基胺、乙二胺、AMP或DMEA。
8.如权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述酸选自：CO2、CS2、HCl或有机酸。
9.如权利要求8所述的制剂，其特征在于，所述有机酸选自：乙酸、甲酸、丙酸或低沸点有机酸。
10.如权利要求1所述的制剂，其特征在于，所述液体包括纳米颗粒的分散体。
11.如权利要求10所述的制剂，其特征在于，所述纳米颗粒是碳纳米管。
12.一种制备作为沉积物施涂到基材上的制剂的方法，所述方法包括：
提供具有第一粘度的液体；
向所述液体中加入胺-酸加合物，形成具有第二粘度的混合物，所述第二粘度大于所述第一粘度，所述胺-酸加合物蒸发并基本上完全从功能性干燥状态的所述沉积物中除去。
13.一种制备施涂到基材上的制剂的方法，所述方法包括：
提供具有第一粘度的液体；
将胺和所述液体合并；
向液体-胺合并物中加入酸以形成混合物，从而使所述胺和所述酸形成胺-酸加合物，其中所述胺-酸加合物在所述混合物中的含量大于10重量％，所述混合物具有比所述第一粘度大的第二粘度，所述胺-酸加合物在施涂到所述基材上时蒸发到含量降低至小于处于功能性干燥状态的所述沉积物的约0.1重量％。
14.一种用液体涂布或印刷基材的方法，所述方法包括：
提供具有第一粘度的液体；
提供胺-酸加合物；
将所述液体与所述胺-酸加合物合并，形成具有第二粘度的混合物，所述第二粘度大于所述第一粘度；
将所述混合物作为沉积物施涂在基材的表面上；和
将所述沉积物干燥到功能性干燥状态，其中所述胺-酸加合物基本上完全从所述沉积物中除去。
15.一种用液体涂布或印刷基材的方法，所述方法包括：
提供具有第一粘度的液体；
提供胺；
将所述液体和所述胺合并；
向所述液体和胺中加入酸，形成具有第二粘度的混合物，所述第二粘度大于所述第一粘度，所述胺和酸形成胺-酸加合物；
将所述混合物作为沉积物施涂到所述基材上；
将所述沉积物干燥到功能性干燥状态，其中所述胺-酸加合物基本上完全从所述沉积物中除去。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述胺-酸加合物在所述混合物中的含量大于10重量％。
17.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述胺-酸加合物蒸发到降低的含量水平，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.2重量％。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.1重量％。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.01重量％。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述水平降低至小于所述沉积物的约0.001重量％。
21.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，通过选自以下的方法来实现所述干燥：热干燥、空气干燥、红外干燥、微波干燥或真空干燥。
22.如权利要求12、13、14或15所述的方法，其特征在于，所述液体包括纳米颗粒的分散体。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述纳米颗粒是碳纳米管。
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