DE102008041377A1 - Dispersion, useful for preparing film, which is useful e.g. in optoelectronics, and microelectronics, comprises indium tin oxide particles, alkyloxacarboxylic acid, a thermoplastic binder e.g. polyvinyl butyral, and solvent e.g. alcohols - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Indiumzinnoxid enthaltende Dispersion, ein Verfahren zur Herstellung einer transparenten, leitfähigen Folie mittels dieser Dispersion und die Folie selbst.The The invention relates to a dispersion containing indium tin oxide Process for producing a transparent, conductive Film by means of this dispersion and the film itself.
Transparente, elektrisch leitende Oxide (TCOs) gewinnen zunehmend an Bedeutung bei der Fertigung elektronischer Bauteile als transparente Elektroden. Die Materialien werden klassisch mittels kostenintensiver PVD-Verfahren wie Sputtern oder Aufdampfen, bei vergleichsweise hohen Temperaturen als dünne Schichten abgeschieden.transparent electrically conductive oxides (TCOs) are becoming increasingly important in the manufacture of electronic components as transparent electrodes. The materials become classic using cost-intensive PVD processes such as sputtering or vapor deposition, at comparatively high temperatures deposited as thin layers.
Transparente, elektrisch leitende Oxide, so genannte TCOs, verfügen über ein großes Einsatzpotential als transparente Elektroden für unterschiedlichste technische Anwendungen und werden bereits im zunehmenden Maße für die Fertigung von Hightechprodukten, wie Solarzellen, Flachbildschirmen (TFTs) und Flüssigkristallbildschirmen (LCDs), eingesetzt.transparent electrically conductive oxides, so-called TCOs, have a great potential for use as transparent electrodes for a wide variety of technical applications and already increasing in production of high-tech products, such as solar cells, flat screens (TFTs) and liquid crystal displays (LCDs) used.
Die Verarbeitung der TCOs zu Schichten und Strukturen erfolgt beispielsweise über klassische PVD-Verfahren, wie Sputtern und Aufdampfen.The Processing of TCOs into layers and structures takes place, for example, via classic PVD processes, such as sputtering and vapor deposition.
Schichten können auch mittels Foliengießverfahren hergestellt werden. Dabei wird eine Dispersion auf einen sich bewegenden Träger aufgebracht, die flüssige Phase entfernt, die Folie gegebenenfalls vom Träger abgelöst und thermisch nachbehandelt.layers can also be produced by means of film casting become. This is a dispersion on a moving carrier applied, the liquid phase removed, the film optionally from Carrier detached and thermally treated.
In
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Im Stand der Technik ist kein Verfahren zur Herstellung transparenter, leitfähiger Folien, die überdies selbsttragend und flexibel sind, bekannt.in the The prior art is not a process for producing transparent, Conductive films, which also self-supporting and are flexible, known.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher eine solche Folie und ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen. Aufgabe war es weiterhin eine Dispersion bereitzustellen, die in diesem Verfahren eingesetzt werden kann.task The present invention was therefore such a film and a To provide methods for their preparation. It was still a task To provide dispersion used in this process can.
Definitionen:definitions:
Unter transparent im Sinne der Erfindung ist eine maximale Transmission der Folien im Bereich von 500 nm bis 580 nm von mindestens 60%, in der Regel von 60 bis 92% zu verstehen.Under transparent in the sense of the invention is a maximum transmission of the films in the range of 500 nm to 580 nm of at least 60%, usually from 60 to 92%.
Unter flexibel im Sinne der Erfindung ist das mechanische Verhalten einer erfindungsgemäßen Folie, entsprechend eines Thermoplasten unterhalb des Glastransformationspunktes zu verstehen.Under flexible in the context of the invention is the mechanical behavior of a film according to the invention, corresponding to a thermoplastic below the glass transition point.
Unter einem Agglomerat sind durch Kohäsion zusammengehaltene Primärpartikel zu verstehen. Die erhaltenen räumlichen Strukturen sind als solche handhabbar, zerfallen bei Einwirkung von Scherenergie in voneinander isolierte Primärpartikel. Darüber hinaus ist es möglich, dass die Agglomerate gemäß der Erfindung auch einen geringen Anteil fest miteinander verbundener Primärpartikel enthalten. Die Anzahl fest verbundener Primärpartikel beträgt in der Regel 2 bis 10. Die Agglomerate können beispielsweise durch Sprühtrocknung erhalten werden.Under an agglomerate are held together by cohesion To understand primary particles. The preserved spatial Structures as such are manageable, disintegrate upon exposure of shear energy in primary particles isolated from each other. In addition, it is possible that the agglomerates according to the invention also a small proportion Contain firmly bonded primary particles. The number of firmly bonded primary particles is usually 2 to 10. The agglomerates can, for example be obtained by spray drying.
Unter vollständig oder weitestgehend vollständig voneinander isolierten Primärpartikeln ist gemäß der Erfindung ein Pulver zu verstehen. Der mittlere Primärpartikeldurchmesser kann 2 bis 50 nm betragen. Gemäß der Erfindung kann das Pulver durch Einwirkung von Scherkräften aus einem Agglomerat erhalten werden.Under completely or largely completely from each other isolated primary particles is according to the Invention to understand a powder. The mean primary particle diameter can be 2 to 50 nm. According to the invention can the powder by the action of shear forces from a Agglomerate can be obtained.
Bei dem Indiumzinnoxid handelt es sich im Wesentlichen um ein Mischoxid von Indium und Zinn. Indium und Zinn können darin in einer oder in verschiedenen Oxidationsstufen vorliegen. Beispielsweise liegen In(+I) und/oder In(+III) sowie Sn(+II) und/oder Sn(+IV) vor. Sn liegt bevorzugt als Sn(+IV) vor. Gegebenenfalls können Indium und Zinn auch teilweise als In(0) oder Sn(0) vorliegen.at The indium tin oxide is essentially a mixed oxide of indium and tin. Indium and tin can be found in one or in different oxidation states. For example In (+ I) and / or In (+ III) as well as Sn (+ II) and / or Sn (+ IV) are present. Sn is preferably present as Sn (+ IV). If necessary, you can Indium and tin also partially present as In (0) or Sn (0).
Bei dem Indiumzinnoxid handelt es sich um ein zinndotiertes Indiumoxid, d. h. der Anteil an Zinnoxid ist geringer als der Anteil an Indiumoxid. Der Anteil an Zinn, bezogen auf die Summe von Indium, gerechnet als In, und Zinn, gerechnet als Sn, beträgt beispielsweise 2 bis 10 Gew.-%. Das Indiumzinnoxid der vorliegenden Erfindung weist als kristalline Phase überwiegend oder vollständig kubisches Indiumzinnoxid auf.at the indium tin oxide is a tin-doped indium oxide, d. H. the proportion of tin oxide is less than the proportion of indium oxide. The proportion of tin, based on the sum of indium, calculated as In, and tin, calculated as Sn, is for example 2 to 10 wt .-%. The indium-tin oxide of the present invention has as crystalline phase predominantly or completely cubic indium tin oxide.
Das Indiumzinnoxid gemäß der Erfindung kann Verunreinigungen enthalten. Der akzeptierbare Grad hängt vom Verwendungszweck ab. Über die Edukte kann beispielsweise SO4 2–, Co, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, K oder Na enthalten sein. Durch Verwendung reiner Edukte können SO4 2–, Ca, Co, Cu, Fe, Ni, Pb und Zn auf unter 0,005 Gew.-% und Na, K auf unter 0,01 Gew.-% gebracht werden. Über das Verfahren eingebrachte Verbindungen, beispielsweise NH4 + und Cl– können, falls erforderlich, praktisch vollständig entfernt werden. In der Regel sind weniger als 1 Gew.-%, bevorzugt weniger als 0,1 Gew.-%, Verunreinigungen bezogen auf das oberflächenmodifizierte Indiumzinnoxid vorhanden.The indium tin oxide according to the invention may contain impurities. The acceptable level depends on the purpose. By way of example, SO 4 2- , Co, Cu, Fe, Ni, Pb, Zn, K or Na can be contained via the starting materials. By using pure educts SO 4 2- , Ca, Co, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn can be brought to less than 0.005 wt .-% and Na, K to less than 0.01 wt .-%. Compounds introduced via the process, for example NH 4 + and Cl - can be virtually completely removed if necessary. In general, less than 1 wt .-%, preferably less than 0.1 wt .-%, impurities based on the surface-modified indium tin oxide present.
Unter Oberflächenmodifizierung ist zu verstehen, dass organische Moleküle und/oder Bruchstücke solcher Moleküle, die in der Regel nicht mehr als insgesamt 24, insbesondere nicht mehr als insgesamt 18 und besonders bevorzugt nicht mehr als 12 Kohlenstoffatome aufweisen, die über eine kovalente oder ionische Bindung und/oder polare (Dipol-Dipol-Wechselwirkung) oder van-der-Waals-Kräfte an die Partikeloberfläche gebunden sind. Bruchstücke können beispielsweise durch einen teilweisen thermischen Abbau der organischen Moleküle entstehen. In der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenmodifizierung durch den Anteil an Kohlenstoff ausgedrückt.Under Surface modification is to be understood as organic Molecules and / or fragments of such molecules, usually not more than 24 in total, especially not more than 18 in total and more preferably no more than 12 carbon atoms have, via a covalent or ionic bond and / or polar (dipole-dipole interaction) or van der Waals forces bound to the particle surface. Fragments can for example, by a partial thermal degradation of the organic Molecules are created. In the present invention the surface modification by the proportion of carbon expressed.
Unter Flächenwiderstand wird im folgenden der ohmsche Widerstand verstanden, der an einer Beschichtung mit einer gleichmäßigen Schichtdicke erhalten wird, wenn ein quadratischer Bereich beliebiger Größe an zwei gegenüberliegenden Kanten kontaktiert und der Strom in Abhängigkeit von der (Gleich-)Spannung gemessen wird. Der Flächenwiderstand wird in Ohm gemessen und mit Ohm/sq gekennzeichnet. Die Bestimmung des Flächenwiderstandes kann auch nach anderen Verfahren, wie z. B. der Vierpunktmessung erfolgen.Under Sheet resistance will be the ohmic resistance below understood that on a coating with a uniform Layer thickness is obtained when a square area of any Contacted size on two opposite edges and the current as a function of the (DC) voltage is measured. The sheet resistance is measured in ohms and marked with ohms / sq. The determination of sheet resistance can also after other procedures, such as. B. the four-point measurement respectively.
Gegenstand der Erfindung ist eine Dispersion, welche Indiumzinnoxid-Partikel und jeweils ein oder mehrere Dispergiermittel, organische Bindemittel und Lösungsmittel enthält, wobei die Dispersion
- a) 5 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 55 Gew.-%, besonders bevorzugt 30 bis 45 Gew.-%, Indiumzinnoxid-Partikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von weniger als 200 nm,
- b) 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,2–1,5 Gew.-%, Alkyloxacarbonsäure als Dispergiermittel,
- c) 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 10 Gew.-%, eines thermoplastischen Bindemittels,
- d) 30 bis 90 Gew.-%, bevorzugt 40 bis 80 Gew.-%, Lösungsmittel,
- a) from 5 to 60% by weight, preferably from 15 to 55% by weight, particularly preferably from 30 to 45% by weight, of indium-tin oxide particles having a mean particle diameter of less than 200 nm,
- b) from 0.1 to 5% by weight, preferably from 0.2 to 1.5% by weight, of alkyloxacarboxylic acid as dispersant,
- c) 1 to 20% by weight, preferably 3 to 10% by weight, of a thermoplastic binder,
- d) from 30 to 90% by weight, preferably from 40 to 80% by weight, of solvent,
Die erfindungsgemäße Dispersion zeichnet sich durch eine für das Foliengießen ideale Viskosität von 1 bis 20 Pa·s, bevorzugt von 4 bis 10 Pa·s, bei jeweils 20°C aus.The Dispersion according to the invention is characterized an ideal viscosity for film casting 1 to 20 Pa · s, preferably from 4 to 10 Pa · s, at each 20 ° C off.
Bei den oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxidpartikeln kann es sich vorzugsweise um Agglomerate handeln, die
- a) einen Anteil an Indium von 90 bis 98, besonders bevorzugt 93 bis 96 Gew.-%, Zinn von 2 bis 10, besonders bevorzugt 4 bis 7 Gew.-%, Kohlenstoff von 0,01 bis 0,1 Gew.-% aufweisen, wobei die Summe dieser Anteile mindestens 99 Gew.-% bezogen auf die Summe von Indium, Zinn und Kohlenstoff ist,
- b) auf der xy-Farbskala Werte von x = 0,300 bis 0,320 und y-Werte von y = 0,330 bis 0,360,
- c) eine BET-Oberfläche von 30 bis 100 m2/g, bevorzugt 30 bis 60 m2/g, und
- d) einen Pulverwiderstand von 0,5 bis 5 Ohm·cm aufweisen.
- a) a proportion of indium of 90 to 98, more preferably 93 to 96 wt .-%, tin of 2 to 10, particularly preferably 4 to 7 wt .-%, carbon of 0.01 to 0.1 wt .-% the sum of these fractions being at least 99% by weight, based on the sum of indium, tin and carbon,
- b) on the xy-color scale values of x = 0.300 to 0.320 and y-values of y = 0.330 to 0.360,
- c) a BET surface area of 30 to 100 m 2 / g, preferably 30 to 60 m 2 / g, and
- d) have a powder resistance of 0.5 to 5 ohm cm.
Der Anteil der Indiumzinnoxidpartikel in der Dispersion beträgt vorzugsweise 30 bis 45 Gew.-%.Of the Proportion of Indiumzinnoxidpartikel in the dispersion preferably 30 to 45 wt .-%.
Der mittlere Partikeldurchmesser D50 der oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxid-Partikel in der Dispersion beträgt bevorzugt 50 bis 150 nm und besonders bevorzugt 60 bis 120 nm. Der mittlere Partikeldurchmesser D50 kann zum Beispiel mittels dynamischer Lichtstreuung bestimmt werden.The mean particle diameter D 50 of the surface-modified indium-tin oxide particles in the dispersion is preferably 50 to 150 nm and more preferably 60 to 120 nm. The mean particle diameter D 50 can be determined, for example, by means of dynamic light scattering.
Der mittlere Primärpartikeldurchmesser der oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxid-Partikel beträgt bevorzugt 10 bis 50 nm und besonders bevorzugt 20 bis 40 nm und wird bestimmt mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM) und mittels Gasabsorption/-desporption BET.Of the mean primary particle diameter of the surface modified Indium tin oxide particles is preferably 10 to 50 nm and particularly preferably 20 to 40 nm and is determined by means of high-resolution Transmission Electron Microscopy (HRTEM) and gas absorption / desorption BET.
Herstellung der in der erfindungsgemäßen Dispersion vorliegenden oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxidpartikel:Preparation of the invention in the Dispersion of surface-modified indium tin oxide particles present:
Die oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxidpartikel sind erhältlich durch ein Verfahren bei dem man ein oberflächenmodifiziertes Agglomerat von Indium-Zinn-Oxohydrat bei Temperaturen von mehr als 150°C und weniger als 310°C an der Luft trocknet und nachfolgend unter reduzierenden Bedingungen, beispielsweise in Gegenwart von Formiergas, calciniert. Die Calcinierung wird zweistufig durchgeführt, wobei der zweite Calcinierungsschritt bei einer höheren Temperatur durchgeführt wird als der erste. Die zweistufige Calcinierung umfasst die Schritte
- • Behandlung bei Temperaturen von 240°C bis 260°C unter reduzierenden Bedingungen,
- • Abkühlen auf Raumtemperatur und lagern an der Luft, nachfolgend
- • Behandlung bei Temperaturen von 270°C bis 310°C unter reduzierenden Bedingungen.
- Treatment at temperatures of 240 ° C to 260 ° C under reducing conditions,
- • Cool to room temperature and store in air, below
- • Treatment at temperatures from 270 ° C to 310 ° C under reducing conditions.
Die einzelnen Behandlungsschritte können über einen Zeitraum von jeweils 0,5 bis 8 Stunden durchgeführt werden.The individual treatment steps can have one Period of 0.5 to 8 hours.
Als Ausgangsstoff zur Herstellung der in der erfindungsgemäßen Dispersion eingesetzten oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxidpartikel dient Indium-Zinn-Oxohydrat. Bevorzugt liegt das Indium-Zinn-Oxohydrat als oberflächenmodifiziertes Agglomerat mit einem Anteil an
- • Indium, gerechnet als In, von 93 bis 96 Gew.-%,
- • Zinn, gerechnet als Sn, von 4 bis 7 Gew.-%,
- • Kohlenstoff von 0,01 bis 0,1 Gew.-% auf,
- • wobei die Summe dieser Anteile mindestens 99 Gew.-% bezogen auf die Summe von Indium, Zinn und Kohlenstoff ist, vor.
- Indium, calculated as In, from 93 to 96% by weight,
- Tin, calculated as Sn, from 4 to 7% by weight,
- Carbon from 0.01 to 0.1% by weight,
- • wherein the sum of these proportions is at least 99% by weight, based on the sum of indium, tin and carbon.
Die Agglomerate weisen einen mittleren Aggregatdurchmesser von 5 bis 50 μm, bevorzugt 10 bis 20 μm, auf und lassen sich durch einfache Dispergierung überwiegend oder vollständig in Primärpartikel zerteilen. Die BET-Oberfläche der Agglomerate von Indium-Zinn-Oxohydrat beträgt bevorzugt 50 bis 200 m2/g und besonders bevorzugt 80 bis 140 m2/g.The agglomerates have a mean aggregate diameter of 5 to 50 microns, preferably 10 to 20 microns, and can be divided by simple dispersion predominantly or completely into primary particles. The BET surface area of the agglomerates of indium tin oxohydrate is preferably 50 to 200 m 2 / g and more preferably 80 to 140 m 2 / g.
Das
oberflächenmodifizierte Agglomerat kann wie in der europäischen
Patentanmeldung vom 06. Mai 2008 mit der Anmeldenummer
- a) eine wässerige Lösung, welche Indium- und Zinn-Verbindungen und ein oder mehrere oberflächenmodifizierende Komponenten enthält, auf einen pH-Wert von 3,5 bis 4,5 einstellt, von gelösten Reaktionsprodukten und nicht umgesetzten Einsatzstoffen des Reaktionsgemisches abtrennt, und
- b) die erhaltene Dispersion einer Sprühtrocknung unterzieht.
- a) an aqueous solution containing indium and tin compounds and one or more surface-modifying components, adjusted to a pH of 3.5 to 4.5, separated from dissolved reaction products and unreacted starting materials of the reaction mixture, and
- b) subjecting the resulting dispersion to spray-drying.
Geeignete oberflächenmodifizierende Komponenten sind
- • gesättigte oder ungesättigte Mono- und Polycarbonsäuren (vorzugsweise Monocarbonsäuren) mit 1 bis 24 Kohlenstoffatomen, wie zum Beispiel Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Pentansäure, Hexansäure, Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Citronensäure, Adipinsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Oxalsäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Itaconsäure, Stearinsäure und insbesondere 3,6,9-Trioxadecansäure sowie die entsprechenden Anhydride;
- • Mono- und Polyamine, insbesondere solche der allgemeinen Formel R3-nNHn, worin n = 0, 1 oder 2 ist und die Reste R unabhängig voneinander Alkylgruppen mit 1 bis 12, insbesondere 1 bis 6 und besonders bevorzugt 1 bis 4 Kohlenstoffatomen darstellen, beispielsweise Methyl, Ethyl, n- und i-Propyl und Butyl; Polyethylenamine;
- • Säureamide, insbesondere Caprolactam;
- • Aminosäuren, insbesondere β-Alanin, Glycin, Valin, Aminocapronsäure, Leucin und Isoleucin;
- • Dicarbonylverbindungen mit 4 bis 12, insbesondere 5 bis 8 Kohlenstoffatomen, wie zum Beispiel Acetylaceton, 2,4-Hexandion, 3,5-Heptandion, Acetessigsäure, Acetessigsäure-C1-C4-Alkylester wie Acetessigsäureethylester, Diacetyl und Acetonylaceton;
- • Tenside, z. B. kationische, anionische, nicht-ionische und amphotere Tenside. Bevorzugt werden nicht-ionische Tenside, wobei Polyethylenoxid-Derivate besonders bevorzugt sind. Es kann sich dabei um Derivate mit gesättigten oder ungesättigten (Mono)carbonsäuren handeln, insbesondere mit Carbonsäuren mit mehr als 7, bevorzugt mehr als 11 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Polyethylenoxid-Derivate mit Stearin-, Palmitin- oder Ölsäure. Es kann sich auch um Derivate mit Sorbitanestern handeln, wobei als Carbonsäure beispielsweise die vorstehend genannten in Frage kommen. Weiter können Polyethylenoxid(mono)alkylether, beispielsweise mit Alkoholen mit mehr als 7, bevorzugt mehr als 11 Kohlenstoffatomen.
- Saturated or unsaturated mono- and polycarboxylic acids (preferably monocarboxylic acids) having 1 to 24 carbon atoms, such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, pentanoic acid, hexanoic acid, acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, citric acid, adipic acid, succinic acid, glutaric acid, oxalic acid, maleic acid , Fumaric acid, itaconic acid, stearic acid and in particular 3,6,9-trioxadecanoic acid and the corresponding anhydrides;
- • Mono- and polyamines, especially those of the general formula R 3-n NH n , wherein n = 0, 1 or 2 and the radicals R are independently alkyl groups having 1 to 12, especially 1 to 6 and particularly preferably 1 to 4 carbon atoms represent, for example, methyl, ethyl, n- and i-propyl and butyl; Polyethylene amines;
- Acid amides, in particular caprolactam;
- Amino acids, especially β-alanine, glycine, valine, aminocaproic acid, leucine and isoleucine;
- Dicarbonyl compounds having from 4 to 12, in particular from 5 to 8, carbon atoms, for example acetylacetone, 2,4-hexanedione, 3,5-heptanedione, acetoacetic acid, C 1 -C 4 -acylacetic acid esters, such as ethyl acetoacetate, diacetyl and acetonylacetone;
- • surfactants, e.g. Cationic, anionic, nonionic and amphoteric surfactants. Nonionic surfactants are preferred, with polyethylene oxide derivatives being particularly preferred. It may be derivatives with saturated or unsaturated (mono) carboxylic acids, in particular with carboxylic acids having more than 7, preferably more than 11 carbon atoms, for example polyethylene oxide derivatives with stearic, palmitic or oleic acid. It may also be derivatives with sorbitan esters, wherein as the carboxylic acid, for example, the above-mentioned come into question. Further, polyethylene oxide (mono) alkyl ethers, for example, with alcohols having more than 7, preferably more than 11 carbon atoms.
Die oberflächenmodifizierenden Komponenten können einzeln oder als Mischung eingesetzt werden. Besonders bevorzugte Verbindungen sind 3,6,9-Trioxadecansäure, β-Alanin und Caprolactam.The surface modifying components can used singly or as a mixture. Especially preferred Compounds are 3,6,9-trioxadecanoic acid, β-alanine and caprolactam.
Der Anteil der eingesetzten oberflächenmodifizierenden Komponente beträgt, bezogen auf die Summe der eingesetzten Indium- und Zinnverbindung, bevorzugt 2 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 6 Gew.-%.Of the Proportion of the surface-modifying component used is based on the sum of the indium and tin compound, preferably 2 to 30 wt .-%, more preferably 2 to 6 wt .-%.
Der pH-Wert im Bereich von 3,5 bis 4,5 kann beispielsweise durch primäre, sekundäre, tertiäre aliphatische oder aromatische Amine, Tetramethylammoniumhydroxid, NaOH, KOH, Ammoniak, Ammoniumhydroxid oder Mischungen davon eingestellt werden. Besonders bevorzugt wird Ammoniumhydroxid eingesetzt. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, das Reaktionsgemisch 1 bis 24 Stunden in diesem pH-Wertebereich zu belassen. Anschließend ist es vorteilhaft einen pH-Wert von 9 bis 9,5 einzustellen. Dies kann durch die gleichen Verbindungen erfolgen, die auch bei der Einstellung auf den pH-Wertebereich von 3,5 bis 4,5 eingesetzt wurden.Of the pH in the range of 3.5 to 4.5 can be achieved, for example, by primary, secondary, tertiary aliphatic or aromatic Amines, tetramethylammonium hydroxide, NaOH, KOH, ammonia, ammonium hydroxide or mixtures thereof. Particular preference is given to using ammonium hydroxide. It has proved to be advantageous, the reaction mixture 1 to 24 hours in this pH range. Subsequently It is advantageous to adjust a pH of 9 to 9.5. This can be done by the same connections, which also at the Adjustment to the pH range of 3.5 to 4.5 have been used.
Vorteilhafterweise werden die bei der Reaktion erzeugten Salze aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt. Hierzu hat sich, insbesondere für die Abtrennung von Ammoniumsalzen, eine Querstromfiltration bewährt, die so durchgeführt werden kann, dass die Leitfähigkeit der Dispersion bevorzugt kleiner als 5000 μS/cm, bevorzugt kleiner als 2000 μS/cm ist.advantageously, The salts generated in the reaction from the reaction mixture separated. This has, especially for the separation of ammonium salts, a cross-flow filtration proven that can be performed so that the conductivity the dispersion is preferably less than 5000 μS / cm, preferably less than 2000 μS / cm.
Nachfolgend kann das Reaktionsgemisch beispielsweise durch Verdampfen aufkonzentriert werden.following For example, the reaction mixture may be concentrated by evaporation.
Der Feststoffanteil der Dispersion, die der Sprühtrocknung zugeführt wird, beträgt bevorzugt 10 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion.The solids content of the dispersion which is to be spray-dried is preferably 10 to 50 wt .-%, based on the dispersion.
Die Sprühtrocknung wird bevorzugt bei Temperaturen von 100 bis 150°C durchgeführt.The Spray drying is preferred at temperatures of 100 up to 150 ° C performed.
Neben der Herstellung des Indium-Zinn-Oxohydrates als Ausgangsmaterial für die in der erfindungsgemäßen Dispersion vorliegenden oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxidpartikel sind Dispergiermittel auch wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Dispersion selbst. Diese enthält als Dispergiermittel eine Alkoxycarbonsäure. Alkyloxacarbonsäuren sind Verbindungen, die neben einer oder mehreren Carboxylgruppen zusätzlich Sauerstoffatome innerhalb der restlichen Alkylkette der Carbonsäure tragen. Oxacarbonsäuren liegen üblicherweise in Form von Mono- oder Dicarbonsäuren vor. Erfindungsgemäß ist die Verwendung von Oxamonocarbonsäuren bevorzugt. Innerhalb des Kettenrests der Carbonsäure können bei Oxasäuren ein Sauerstoffatom oder auch zwei und mehrere Sauerstoffatome vorgesehen sein. Letztere bezeichnet man als Oligooxacarbonsäuren, deren Verwendung erfindungsgemäß ebenfalls bevorzugt ist. Weiter bevorzugt sind Ausführungsformen, bei denen die Oxacarbonsäure 6 bis 12, insbesondere 8 bis 10 Kettenatome aufweist. Dabei werden die Kohlenstoffatome der Carboxylgruppe mitgezählt. Auch hier sind Oligooxacarbonsäuren mit den entsprechenden Kettenlängen bevorzugt, d. h. Oxasäuren mit mehreren Sauerstoffatomen innerhalb der Kette. Insbesondere können erfindungsgemäß Trioxacarbonsäuren eingesetzt werden. Von diesen Trioxacarbonsäuren ist 3,6,9-Trioxadecansäure als besonders bevorzugt zu nennen.Next the production of indium tin oxohydrate as starting material for in the dispersion of the invention present surface-modified indium tin oxide particles Dispersants are also an essential part of the invention Dispersion itself. This contains as a dispersant Alkoxycarboxylic. Alkyloxacarboxylic acids are compounds, in addition to one or more carboxyl groups in addition Oxygen atoms within the remaining alkyl chain of the carboxylic acid wear. Oxacarboxylic acids are usually in the form of mono- or dicarboxylic acids. According to the invention the use of Oxamonocarbonsäuren preferred. Within of the chain radical of the carboxylic acid may be in the case of oxa acids an oxygen atom or two and more oxygen atoms provided be. The latter are called oligooxacarboxylic acids, their use according to the invention also preferred is. Further preferred embodiments are those in which the oxacarboxylic acid 6 to 12, in particular 8 to 10 chain atoms having. The carbon atoms of the carboxyl group are counted. Again, oligooxacarboxylic acids with the corresponding Chain lengths are preferred, d. H. Oxa acids with several oxygen atoms within the chain. In particular, according to the invention trioxacarboxylic acids be used. Of these trioxacarboxylic acids is 3,6,9-trioxadecanoic acid to be particularly preferred.
Ein weiterer Bestandteil der erfindungsgemäßen Dispersion ist ein thermoplastisches Bindemittel, welches bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Polyvinylacetalen, Polyvinylalkoholen, acetalisierten Polyvinylalkoholen, Polymethylmethacrylaten, Polyvinylchloriden, Polyacrylaten, Cellulosederivaten, Latexbindern, Polyvinylpyrrolidonen, Polyurethanen, Polyethylenen, Polypropylenen, Polyiosbutylenen, Polybutenen, Polyamiden, Polyimiden, Polytetrafluorethylen, Polycarbonaten, Polyethern und Polyepoxiden ausgewählt wird.One further constituent of the dispersion according to the invention is a thermoplastic binder, which preferably from the Group consisting of polyvinyl acetals, polyvinyl alcohols, acetalized Polyvinyl alcohols, polymethyl methacrylates, polyvinyl chlorides, Polyacrylates, cellulose derivatives, latex binders, polyvinylpyrrolidones, Polyurethanes, polyethylenes, polypropylenes, polyiosbutylenes, Polybutenes, polyamides, polyimides, polytetrafluoroethylene, polycarbonates, Polyethers and polyepoxides is selected.
Besonders bevorzugt werden Polyvinylacetale und aus dieser Gruppe Polyvinylbutyrale eingesetzt. Die besten Ergebnisse werden mit Polyvinylbutyralen mit einem Molekulargewicht von 30000 bis 120000 g/mol, insbesondere bevorzugt mit 40000 bis 70000 g/mol eingesetzt. Weiterhin kann das Polyvinylbutyral einen Hydroxylgehalt von ca. 10 bis 30 Gew.-% aufweisen.Especially polyvinyl acetals are preferred and polyvinyl butyrals from this group used. The best results are with polyvinyl butyrals having a molecular weight of 30,000 to 120,000 g / mol, in particular preferably used at 40,000 to 70,000 g / mol. Furthermore, the polyvinyl butyral have a hydroxyl content of about 10 to 30 wt .-%.
Die erfindungsgemäße Dispersion kann weiterhin einen oder mehrere Plastifizierer enthalten. Diese werden vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Triethylenglycoldi-2-ethylhexanoat, Dimethylphthalat, n-Butylphthalat, Butylbenzylphthalat, Dibutylphthalat, Dioctylphthalat, Dioctyladipat, 2-Ethylhexyl-diphenylphosphat, Tricresylphosphat und Triphenylphosphat ausgewählt. Der Anteil des Plastifiziers in der erfindungsgemäßen Dispersion beträgt bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% und besonders bevorzugt 1,5 bis 5 Gew.-%.The Dispersion according to the invention may further comprise a or more plasticizers included. These are preferably from the group consisting of triethylene glycol di-2-ethylhexanoate, Dimethyl phthalate, n-butyl phthalate, butyl benzyl phthalate, dibutyl phthalate, Dioctyl phthalate, dioctyl adipate, 2-ethylhexyl diphenyl phosphate, tricresyl phosphate and triphenyl phosphate selected. The proportion of plasticizer in the dispersion according to the invention is preferred 0.5 to 10 wt .-% and particularly preferably 1.5 to 5 wt .-%.
Die erfindungsgemäße Dispersion umfasst weiterhin ein oder mehrere Lösungsmittel. Dies können organische Lösungsmittel, Wasser oder Gemische hieraus sein. In der Regel ist das eingesetzte lösungsmittel organisch. Bevorzugt können Alkohole, Monoalkylether von Polyolen, Ester, Etter und Ketone, Furane und Amide sein.The Dispersion according to the invention further comprises one or more solvents. These can be organic Solvent, water or mixtures thereof. In the As a rule, the solvent used is organic. Prefers may include alcohols, monoalkyl ethers of polyols, esters, ethers and ketones, furans and amides.
Geeignete Alkohole können sein: Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, n-Butanol, i-Butanol, sec-Butanol, tert.-Butanol, n-Pentanol, i-Pentanol, 2-Methylbutanol, sec-Pentanol, tert.-Pentanol, 3-Methoxybutanol, n-Hexanol, 2-Methylpentanol, sec-Hexanol, 2-Ethylbutanol, sec-Heptanol, 3-Heptanol, n-Octanol, 2-Ethylhexanol, sec-Octanol, n-Nonylalkohol, 2,6-Dimethylheptanol-4, n-Decanol, sec-Undecylalkohol, Trimethylnonylalkohol, sec-Tetradecylalkohol, sec-Heptadecylalkohol, Phenol, Cyclohexanol, Methylcyclohexanol, 3,3,5-Trimethylcyclohexanol, Benzylalkohol, Diacetonalkohol, Ethylenglykol, 1,2-Propylenlycol, 1,3-Butylenglykol, 2,4-Pentandiol, 2-Methyl-2,4-Pentandiol, 2,5-Hexandiol, 2,4-Heptandiol, 2-Ethyl-1,3-Hexandiol, Diethylenglykol, Dipropylenglykol, Hexandiol, Octandiol, Triethylenglykol, Tripropylenglykol und Glycerin.suitable Alcohols may be: methanol, ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, sec-butanol, tert-butanol, n-pentanol, i-pentanol, 2-methylbutanol, sec-pentanol, tert-pentanol, 3-methoxybutanol, n-hexanol, 2-methylpentanol, sec-hexanol, 2-ethylbutanol, sec-heptanol, 3-heptanol, n-octanol, 2-ethylhexanol, sec-octanol, n-nonyl alcohol, 2,6-dimethylheptanol-4, n-decanol, sec-undecyl alcohol, trimethylnonyl alcohol, sec-tetradecyl alcohol, sec-heptadecyl alcohol, phenol, cyclohexanol, Methylcyclohexanol, 3,3,5-trimethylcyclohexanol, benzyl alcohol, Diacetone alcohol, ethylene glycol, 1,2-propylene glycol, 1,3-butylene glycol, 2,4-pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2,5-hexanediol, 2,4-heptanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, Diethylene glycol, dipropylene glycol, hexanediol, octanediol, triethylene glycol, Tripropylene glycol and glycerin.
Geeignete
Monoalkylether von Polyolen können sein:
Ethylenglykolmonomethylether,
Ethylenglykolmonoethylether, Ethylenglykolmonopropylether, Ethylenglykolmonobutylether,
Ethylenglykolmonohexylether, Ethylenglykolmonophenylether, Ethylenglykolmono-2-Ethylbutylether,
Diethylenglykolmonomethylether, Diethylenglykolmonoethylether, Diethylenglykolmonopropylether,
Diethylenglykolmonobutylether, Diethylenglykolmonohexylether, Propylenglykolonomethylether,
Propylenglykolmonoethylether, Propylenglykolmonopropylether, Propylenglykolmonobutylether,
Dipropylenglykolmonomethylether, Dipropylenglykolmonoethylether
und Dipropylenlycolmonopropylether.Suitable monoalkyl ethers of polyols may be:
Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monohexyl ether, ethylene glycol monophenyl ether, ethylene glycol mono-2-ethyl butyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, Diethylenglykolmonopropylether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monohexyl ether, Propylenglykolonomethylether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether and Dipropylenlycolmonopropylether.
Geeignete Ester können sein: Diethylcarbonat, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Methylacetat, Ethylacetat, gamma-Butyrolacton, gamma-Valerolacton, n-Propylacetat, iso-Propylacetat, n-Butylacetat, iso-Butylacetat, sec-Butylacetat, n-Pentylacetat, sec-Pentylacetat, 3-Methoxybutylacetat, Methylpentylacetat, 2-Ethylbutylacetat, 2-Ethylhexylacetat, Benzylacetat, Cyclohexylacetat, Methylcyclohexylacetat, n-Nonylacetat, Methylacetoacetat, Ethylacetoacetat, Ethylenglykolmonomethyletheracetat, Ethylenglykolmonoethyletheracetat, Diethylenglykolmonomethyletheracetat, Diethylenglykolmonoethyletheracetat, Diethylenglykolmono-n-Butyletheracetat, Propylenglykolmonomethyletheracetat, Propylenglykolmonoethyletheracetat, Propylenglykolmonopropyletheracetat, Propylenglykolmonobutyletheracetat, Dipropylenglykolmonomethyletheracetat, Dipropylenglykolmonoethyletheracetat, Glykoldiacetat, Methoxytriglykolacetat, Ethylpropionat, n-Butylpropionat, iso-Amylpropionat, Diethyloxalat, Di-n-Butyloxalat, Methyllactat, Ethyllactat, n-Butyllactat, n-Amyllactat, Diethylmalonat, Dimethylphthalat und Diethylphthalat.Suitable esters may be: diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, n-propyl acetate, iso-propyl acetate, n-butyl acetate, iso-butyl acetate, sec-butyl acetate, n-pentyl acetate, sec-pentyl acetate , 3-methoxybutyl acetate, methylpentyl acetate, 2-ethylbutyl acetate, 2-ethylhexyl acetate, benzyl acetate, cyclohexyl acetate, methylcyclohexyl acetate, n-nonyl acetate, methyl acetoacetate, ethyl acetate toacetat, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol mono-n-butyl ether acetate, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, Propylenglykolmonopropyletheracetat, Propylenglykolmonobutyletheracetat, dipropylene glycol monomethyl ether, Dipropylenglykolmonoethyletheracetat, glycol diacetate, methoxytriglycol acetate, ethyl propionate, n-butyl propionate, iso-amyl propionate, diethyl oxalate, di-n-butyl oxalate, Methyl lactate, ethyl lactate, n-butyl lactate, n-amyl lactate, diethyl malonate, dimethyl phthalate and diethyl phthalate.
Geeignete Ether können sein: Dipropylether, Diisopropylether, Dioxan, Tetrahydrofuran, Tetrahydropyran, Ethylenglykoldimethylether, Ethylenglykoldiethylether, Ethylenglykoldipropylether, Propylenglykoldimethylether, Propylenglykoldiethylether, Propylenglykoldipropylether, Diethylenglykoldimethylether, Diethylenglykoldiethylether und Diethylenglykoldipropylether.suitable Ethers may be: dipropyl ether, diisopropyl ether, dioxane, Tetrahydrofuran, tetrahydropyran, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, Ethylene glycol dipropyl ether, propylene glycol dimethyl ether, propylene glycol diethyl ether, Propylene glycol dipropyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol diethyl ether and diethylene glycol dipropyl ether.
Geeignete Ketone können sein: Aceton, Methylethylketon, Methyl-n-propylketon, Methyl-n-butylketon, Diethylketon, Methyl-iso-butylketon, Methyl-n-pentylketon, Ethyl-n-butylketon, Methyl-n-hexylketon, Di-1-butylketon, Trimethylnonanon, Cyclohexanon, 2-Hexanon, Methylcyclohexanon, 2,4-Pentandion, Acetonylaceton, Acetophenon, Acetylaceton, 2,4-Hexandion, 2,4-Heptandion, 3,5-Heptandion, 2,4-Octandion, 3,5-Octandion, 2,4-Nonandion, 3,5-Nonandion, 5-Methyl-2,4-hexandion und 2,2,6,6-Tetramethyl-3,5-heptandion.suitable Ketones may be: acetone, methyl ethyl ketone, methyl n-propyl ketone, Methyl n-butyl ketone, diethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methyl n-pentyl ketone, Ethyl n-butyl ketone, methyl n-hexyl ketone, di-1-butyl ketone, trimethylnonanone, Cyclohexanone, 2-hexanone, methylcyclohexanone, 2,4-pentanedione, acetonylacetone, Acetophenone, acetylacetone, 2,4-hexanedione, 2,4-heptanedione, 3,5-heptanedione, 2,4-octanedione, 3,5-octanedione, 2,4-nonanedione, 3,5-nonanedione, 5-methyl-2,4-hexanedione and 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedione.
Besonders bevorzugt sind Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethanol, Isopropoxyethanol, Propylenglykolphenylether, Propandiole wie 1,2-Propandiol und 1,3-Propandiol, Diacetonalkohol und Butandiole wie 1,4-Butandiol.Especially preferred solvents are selected from the group consisting of ethanol, isopropoxyethanol, propylene glycol phenyl ether, propane diols such as 1,2-propanediol and 1,3-propanediol, diacetone alcohol and butanediols such as 1,4-butanediol.
Der Gehalt an Lösungsmittel kann bevorzugt 40 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Dispersion, betragen.Of the Solvent content may preferably be 40 to 80% by weight, based on the dispersion amount.
Die erfindungsgemäße Dispersion kann zusätzlich weitere Partikel, bevorzugt elektrisch leitende oder halbleitende Partikel, enthalten. Beispiel hierfür sind ZnO, SnO oder Cd2SnO4.The dispersion according to the invention may additionally contain further particles, preferably electrically conductive or semiconductive particles. Examples of these are ZnO, SnO or Cd 2 SnO 4 .
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dispersion können beispielsweise Mühlen, Kneter, Walzenstühle, Hochenergiemühlen, bei denen zwei oder mehrere Vordispersionsströme bei Drucken von 1000 bis 4000 bar gegeneinander kollidieren, eingesetzt werden. Insbesondere können Kugelmühlen wie Planetenkugelmühlen oder Rührwerkskugelmühlen, Mörsermühlen, Taumelmischer und Dreiwalzenstühle eingesetzt werden.to Preparation of the dispersion of the invention can for example, mills, kneaders, roller mills, high-energy mills, where two or more predispersion streams at pressures from 1000 to 4000 bar collide against each other, are used. In particular, ball mills may be like planetary ball mills or stirred ball mills, mortar mills, Taumelmischer and three-roll chairs are used.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung einer flexiblen, transparenten und elektrisch leitfähigen Folie mit einer Dicke von 1 bis 50 μm, insbesondere 5 bis 25 μm, als solche oder auf einer Unterlage aufgebracht, bei dem man die erfindungsgemäße Dispersion mittels eines Foliengießverfahrens auf eine Unterlage unter Bildung eines Filmes aufbringt, den Film trocknet und für den Fall dass die Folie als solche erhalten werden soll, diese nach dem Trocknen von der Unterlage ablöst.One Another object of the invention is the production of a flexible, transparent and electrically conductive foil with a Thickness of 1 to 50 μm, in particular 5 to 25 μm, applied as such or on a base, in which one the Dispersion according to the invention by means of a film casting process on a pad to form a film, the film dries and in case the film is preserved as such should be, this dissolves after drying of the substrate.
Als Unterlage eignen sich beispielsweise Metalle, Keramiken, Gläser, Halbleiter oder Kunststoffe. Die Kunststoffe können beispielsweise aus der Gruppe umfassend PLEXIGLAS® (PMMA; Evonik Degussa), PET, Polycarbonat oder PVC ausgewählt werden.Suitable substrates are, for example, metals, ceramics, glasses, semiconductors or plastics. The plastics may comprising PLEXIGLAS ® (PMMA; Evonik Degussa), for example, from the group to be selected, PET, polycarbonate or PVC.
Es ist möglich, die Folie als solche oder auf einer Unterlage aufgebracht, bei Temperaturen von 100 bis 800°C, bevorzugt 150 bis 500°C, besonders bevorzugt 200 bis 250°C an der Luft nachzubehandeln. Durch die thermische Nachbehandlung kann die Leitfähigkeit der Folie erhöht werden. Die Nachbehandlung wird bevorzugt über einen über einen Zeitraum von 5 Minuten bis 20 Stunden, besonders bevorzugt 10 Minuten bis 5 Stunden, durchgeführt. Bei hohen Temperaturen nimmt die Leitfähigkeit der Folie zu, während die Flexibilität abnimmt. Durch Variation von Temperatur und Verweilzeit kann jeweils eine gewünschte Leitfähigkeit und Flexibilität eingestellt werden.It is possible, the film as such or on a substrate applied, at temperatures of 100 to 800 ° C, preferably 150 to 500 ° C, more preferably 200 to 250 ° C to be treated in the air. By the thermal aftertreatment the conductivity of the film can be increased. The aftertreatment is preferred over a a period of 5 minutes to 20 hours, more preferably 10 minutes to 5 hours. At high temperatures increases the conductivity of the film while the flexibility decreases. By variation of temperature and residence time can each have a desired conductivity and flexibility.
Bevorzugt im Sinne der Erfindung ist ein Verfahren bei dem keine thermische Nachbehandlung erfolgt.Prefers For the purposes of the invention is a method in which no thermal After treatment takes place.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine flexible, transparente und elektrisch leitfähige Folie mit einer Dicke von 1 bis 50 μm als solche oder auf einer Unterlage aufgebracht, erhältlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.One Another object of the invention is a flexible, transparent and electrically conductive foil having a thickness of 1 to 50 μm applied as such or on a substrate, obtainable according to the invention Method.
Die Zusammensetzung der Folie wird mit den Verfahrensparametern variieren. So wird eine Folie, welche nicht thermisch nachbehandelt wird, im wesentlichen die gleichen Verhältnisse von Indiumzinnoxid, Alkoxycarbonsäure, thermoplastisches Bindemittel und gegebenenfalls Plastifizierer aufweisen, wie die Dispersion, während das Lösungsmittel überwiegend oder weitestgehend vollständig entfernt wurde.The The composition of the film will vary with the process parameters. Thus, a film which is not thermally post-treated substantially the same ratios of indium tin oxide, alkoxycarboxylic acid, thermoplastic binder and optionally plasticizer as the dispersion, while the solvent is predominant or has been completely removed.
Wird eine thermische Nachbehandlung durchgeführt kann es zu einem teilweisen Abbau der organischen Bestandteile kommen, der abhängig ist von der Temperatur und der Nachbehandlungszeit, so dass in der Folie die Verhältnisse von Indiumzinnoxid, Alkoxycarbonsäure, thermoplastische Bindemittel und gegebenenfalls Plastifizierer variieren können.If a thermal aftertreatment is carried out, partial decomposition of the organic constituents may occur, which depends on the temperature and the post-treatment time, so that the ratios of indium tin oxide, alkoxycarboxylic acid, thermoplastic binders and optionally plasticizers may vary in the film NEN.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der flexiblen, transparenten und elektrisch leitfähigen Folie in Laminationsverfahren zur Herstellung von Mehrlagensystemen, in der Optoelektronik, Mikroelektronik, Chip-Gehäusen, hochintegrierten Schaltkreisen, Kondensatoren, Piezo-Aktuatoren und Sensoren.One Another object of the invention is the use of the flexible, transparent and electrically conductive film in lamination process for Production of multi-layer systems, in optoelectronics, microelectronics, Chip packages, large scale integrated circuits, capacitors, Piezo actuators and sensors.
BeispieleExamples
Analytik:analytics:
Zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit und der Transmission werden die Folien in ca. 10 × 20 mm2 und 30 × 60 mm2 große Proben geschnitten.To determine the electrical conductivity and the transmission, the films are cut into approximately 10 × 20 mm 2 and 30 × 60 mm 2 large samples.
Die Transmission der Folien im sichtbaren Wellenspektrum wird mittels eines UV/VIS/IR-Spektrometers (Lambda 19, Perkin Elmer, USA) untersucht.The Transmission of the films in the visible wave spectrum is by means of of a UV / VIS / IR spectrometer (Lambda 19, Perkin Elmer, USA).
Beispiel 1:Example 1:
Herstellung der oberflächenmodifizierten IndiumzinnoxidpartikelPreparation of surface-modified indium tin oxide
151,1
kg Indium(III)chlorid, 12,6 kg Zinn(IV)chlorid·5 H2O und 6,25 kg Caprolactam werden in 460,4
kg Wasser gegeben und gerührt. Nachdem eine klare Lösung
entstanden ist, wird diese auf 50°C erwärmt. Nachfolgend
tropft man unter Rühren 122,8 kg Ammoniumhydroxidlösung
(25%ig) zu. Die Suspension wird weitere 24 Stunden gerührt.
Anschließend werden noch 208,52 kg Ammoniumhydroxidlösung
hinzugefügt. Ammoniumchlorid wird durch Querstromfiltration
abgetrennt: Permeatfluß 260–300 kg/m2h.
Die Leitfähigkeit der Suspension beträgt 1018 μS/cm.
Anschließend wird die flüssige Phase durch Sprühtrocknung
abgetrennt. Hierzu werden 20 l/h der nach der Abtrennung von Ammoniumchlorid
erhaltenen Suspension mit einem Feststoffgehalt von 9,6 Gew.-% mit
Hilfe von 8 Nm3/h Luft in einen Trockner
(Betriebstemperatur 300°C, Konustemperatur 110°C,
Ablufttemperatur 115°C) verdüst. Es werden Agglomerate
von Indium-Zinn-Oxohydrat mit einem Anteil an In von 94,96 Gew.-%,
an Sn von 4,99 Gew.-% und an C von 0,042 Gew.-% erhalten. Die BET-Oberfläche
(nach
Die Agglomerate werden zunächst bei 300°C über einen Zeitraum von 1 h an der Luft getrocknet und nachfolgend in einem Ofen bei einer Temperatur von 250°C über einen Zeitraum von 1 h in einer Formiergasatmosphäre gehalten. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird der Feststoff bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von 8 h an der Luft gelagert und nachfolgend bei einer Temperatur von 275°C über einen Zeitraum von 1 h in einer Formiergasatmosphäre gehalten.The Agglomerates are initially at 300 ° C over dried in air for 1 h and subsequently in an oven at a temperature of 250 ° C over held for 1 h in a Formiergasatmosphäre. After cooling to room temperature, the solid becomes at room temperature over a period of 8 h in air stored and subsequently at a temperature of 275 ° C over held for 1 h in a Formiergasatmosphäre.
Die
erhaltenen oberflächenmodifizierten Indiumzinnoxidpartikel
weisen einen Anteil an In von 94,98 Gew.-%, an Sn von 4,99 Gew.-%
und an C von 0,025 Gew.-% auf. Die Kristallphase ist kubisch. Die BET-Oberfläche
(nach
Beispiel 2:Example 2:
Herstellung einer erfindungsgemäßen DispersionPreparation of an inventive dispersion
Zu 50 g Ethanol und 0,82 g 3,6,9-Trioxadecansäure werden 27,4 g der in Beispiel 1 beschriebenen Indiumzinnoxid- Partikel eingebracht. Die Dispergierung erfolgt für 24 h in einem Taumelmischer (Turbula, Willy A. Bachofen) unter Einsatz von 1–2 mm großen Mahlkugeln aus stabilisiertem ZrO2. Anschließend werden 7,8 g Polyvinylbutyral mit einem Molgewicht von 40000 bis 70000 g/mol, und 3,9 g Benzylphthalat (Ferro) zugesetzt und die Dispersion für weitere 24–48 h homogenisiert. Vor dem Vergießen wird die so aufbereitete Dispersion gesiebt und bei Unterdruck (200 mbar) ca. eine Stunde lang entgast.To 50 g of ethanol and 0.82 g of 3,6,9-trioxadecanoic 27.4 g of indium tin oxide particles described in Example 1 are introduced. The dispersion is carried out for 24 h in a tumble mixer (Turbula, Willy A. Bachofen) using 1-2 mm grinding balls of stabilized ZrO 2 . Subsequently, 7.8 g of polyvinyl butyral having a molecular weight of 40,000 to 70,000 g / mol, and 3.9 g of benzyl phthalate (ferro) are added and the dispersion is homogenized for a further 24-48 h. Before casting, the thus prepared dispersion is sieved and degassed at a reduced pressure (200 mbar) for about one hour.
Die Indiumzinnoxidpartikel weisen einen mittels dynamischer Lichtstreuung ermittelten D50-Wert von 80 bis 100 nm auf.The indium tin oxide particles have a D 50 value of 80 to 100 nm determined by means of dynamic light scattering.
Die Dispersion weist einen Anteil an Indiumzinnoxid von 31 Gew.-% auf und zeigt pseudoplastisches Verhalten, wobei keine Hysterese, wie sie durch unerwünschte Thixotropieeffekte markiert wird, beobachtet wird.The Dispersion has a content of indium tin oxide of 31 wt .-% and shows pseudoplastic behavior, with no hysteresis, like them is marked by undesired thixotropic effects becomes.
Ein Anstieg der Scherrate führt zur Abnahme der Viskosität, was einen homogenen Austrag der Dispersion während des Gießprozess beim Passieren unter den Schneiden gewährleistet.One Increase in the shear rate leads to a decrease in the viscosity, which gives a homogeneous discharge of the dispersion during the Casting process when passing under the cutting guaranteed.
Die Dispersion ist dünnflüssig, was das Vergießen dünner Schichten erleichtert. Mit abfallender Scherrate kommt es zu einem erneuten Ansteifen der Dispersion, was ein Verlaufen der generierten Struktur sowie einer Entmischung der Dispersionsbestandteile nach dem Passieren der Rakelschneide entgegenwirkt.The Dispersion is fluid, causing the potting facilitates thin layers. With declining shear rate it comes to a re-stiffening of the dispersion, which is a bleeding the generated structure and a separation of the dispersion components counteracts after passing the doctor blade.
In
Beispiel 3A:Example 3A:
Herstellung einer erfindungsgemäßen FoliePreparation of an inventive foil
Der Dispersion wird in einer Bandgießanlage mit feststehendem Gießschuh auf einer gezogenen silikonbeschichteten PET-Folie zu einem ca. 21 cm breiten und 1 m langen Film ausgezogen. Als Gießparameter wurden eine Geschwindigkeit von 50 cm/min und eine Schneidenhöhe von 100 μm gewählt, was einer Scherrate unter dem Rakel von ca. 83 s–1 entspricht. Dabei erreicht die Viskosität der erfindungsgemäßen Dispersion einen Wert von 0,71 Pa·s Nach dem Trocknen bei Raumtemperatur über Nacht wurde eine homogene, rissfreie Folie mit einer Dicke von 10 μm erhalten, welche sich anschließend problemlos vom Träger ablösen ließ.The dispersion is drawn in a continuous caster with a cast shoe on a drawn silicone-coated PET film to a 21 cm wide and 1 m long film. The casting parameters selected were a speed of 50 cm / min and a cutting height of 100 μm, which corresponds to a shear rate below the doctor blade of about 83 s -1 . In this case, the viscosity of the dispersion according to the invention reaches a value of 0.71 Pa · s. After drying at room temperature overnight, a homogeneous, crack-free film with a thickness of 10 .mu.m was obtained, which was then readily removable from the support.
Beispiel 3B:Example 3B:
Herstellung einer erfindungsgemäßen FoliePreparation of an inventive foil
Analog Beispiel 3A, bei einer Geschwindigkeit von 50 cm/mi und Schneidenhöhe von 125 μm. Es resultiert eine Folie mit einer Dicke von 15 μm.Analogous Example 3A, at a speed of 50 cm / mi and cutting height of 125 μm. The result is a film with a thickness of 15 μm.
Überraschenderweise weisen die Folien der Beispiele 3A und 3B einen transparenten Charakter und elektrisch leitende Eigenschaften auf. Überraschend deshalb, weil in diesem Zustand ein hoher Binder-/Weichmacher-Anteil in dem Produkt vorliegt, was die erwähnten Eigenschaften eigentlich ungünstig beeinflussen sollte.Surprisingly the films of Examples 3A and 3B have a transparent character and electrically conductive properties. Surprisingly, therefore, because in this state, a high binder / plasticizer content in the Product exists, what the mentioned properties actually unfavorable influence.
Die selbsttragenden Folien verfügen über eine ausreichende Festigkeit und Flexibilität für eine Weiterverarbeitung durch Schneide- und Laminationsverfahren.The Self-supporting films have sufficient Strength and flexibility for further processing by cutting and lamination methods.
Die Folien mit Dicken von 10 μm bzw. 15 μm weisen maximale Transmissionsgrade von ca. 64 % bzw. 70 % im Bereich von 500 nm bis 580 nm auf.The Films with thicknesses of 10 microns and 15 microns have maximum transmittances of about 64% and 70% in the range of 500 nm to 580 nm.
Der spezifische Flächenwiderstand der Folien liegt im Bereich von 106 Ohm/square.The sheet resistivity of the films is in the range of 10 6 ohms / square.
Durch eine nachfolgende Behandlung an der Luft bei einer Temperatur von 200°C über einen Zeitraum von 60 bis 120 Minuten, kann der Flächenwiderstand auf Werte von kleiner 1000 Ohm/square erniedrigt werden, wobei eine bräunliche Färbung der Folie auftritt und sich ihre Flexibilität verringert.By a subsequent treatment in air at a temperature of 200 ° C over a period of 60 to 120 minutes, the sheet resistance can be set to values of less than 1000 ohms / square be lowered, with a brownish color the film occurs and reduces its flexibility.
In
einer zweiten Versuchsreihe wurden Folienstücke für
20 min bei Temperaturen von 100°C bis 500°C an
Luft getempert und anschließend ihre spezifischen Oberflächenwiderstände
gemessen. Wie in
Beispiel 4A:Example 4A:
Zum Aufbau eines mehrlagigen Systems wird als leitfähige Schicht die ITO-Folie aus Beispiel 3A mit einem zurechtgeschnittenen Flächenmaß von 40 mm × 40 mm und als dielektrisches Substratmaterial eine keramische Folie „Ceramtape GC” (CeramTec AG, Marktredwitz) mittels Thermokompression und anschließendem Sintern miteinander verbunden. Um ein Verwölben des Verbundes während des Sinterprozesses zu vermeiden, werden sowohl auf die Ober- als auch die Unterseite ein Constraining-Tape „Ceramtape A” (CeramTec AG, Marktredwitz) mit entsprechendem Flächenmaß gelegt. Die so gestapelten Schichten werden in einer Pressmatrize, welche ein Verfließen der Struktur während der Lamination verhindert, auf eine Temperatur im Bereich der Glasübergangstemperatur des Binder/Plastifizierer-Systems von ca. 70°C aufgeheizt und mit einem Druck von 25 MPa für eine Dauer von 10 min laminiert. Dadurch wird eine homogene, mechanisch stabile Verbindung der Schichten untereinander geschaffen. Anschließend wird der Verbund in einem Ofengang gesintert, wobei die Constraining-Schichten nach dem Sintern rückstandslose durch einfaches Abstreifen entfernt werden. Es entsteht ein mechanisch stabiler Schichtverbund.To the Building a multilayer system is called a conductive layer the ITO film of Example 3A with a cut-to-size area of 40 mm × 40 mm and as a dielectric substrate material ceramic film "Ceramtape GC" (CeramTec AG, Marktredwitz) by thermocompression and subsequent Sintered together. To a warping of the composite to avoid during the sintering process, both on the top as well as the bottom a Constraining tape "Ceramtape A "(CeramTec AG, Marktredwitz) with an appropriate surface area. The layers thus stacked are placed in a press die a flow of structure during lamination prevented to a temperature in the range of glass transition temperature of the binder / plasticizer system of about 70 ° C heated and with a pressure of 25 MPa for a period of 10 min laminated. This creates a homogeneous, mechanically stable connection of the layers created among each other. Subsequently, will the composite is sintered in a furnace, with the constraining layers residue after sintering by simply stripping off be removed. The result is a mechanically stable composite layer.
Beispiel 4B:Example 4B:
Als leitfähige Schicht wird die ITO-Folie aus Beispiel 3A mit einem zurechtgeschnittenen Flächenmaß von 50 mm × 50 mm auf eine mit Alkohol und Aceton gereinigte Glasplatte aufgelegt. Um ein Verkratzen der Glasscheibe durch die Metallplatten der Laminationspresse zu vermeiden, wird je eine Schicht PET unter die Glasplatte und auf die ITO-Folie gelegt. Als Laminationsparameter werden ein Druck von ca. 15 MPa, eine Temperatur von 80°C und eine Dauer von ca. 5 min eingestellt. Bei diesen Bedingungen erfolgt eine Anbindung der Folie auf der Glasplatte.As a conductive layer, the ITO film of Example 3A with a cut-to-size area dimension of 50 mm × 50 mm is placed on a glass plate cleaned with alcohol and acetone. In order to avoid scratching the glass by the metal plates of the laminating press, one layer of PET is placed under the glass plate and on the ITO foil. As lamination parameters, a pressure of about 15 MPa, a temperature of 80 ° C and a duration of about 5 min are set. Under these conditions, a connection of the film takes place on the Glass plate.
Beispiel 4C:Example 4C:
Als leitfähige Schicht wird die ITO-Folie aus Beispiel 3A mit einem zurechtgeschnittenen Flächenmaß von 50 mm × 50 mm auf eine wie in Beispiel 4B behandelte Glasplatte aufgelegt, beide auf einer Heizplatte auf eine Temperatur von ca. 90°0 aufgeheizt. Die so vorgeheizten Schichten werden anschließend in einer Kammer bei ca. 100 mbar evakuiert. Man erhält eine porenfreie Anbindung der Folie auf der Glasplatte.When conductive layer is the ITO film of Example 3A with a cut-to-size measure of 50 mm × 50 placed on a glass plate treated as in Example 4B, both on a hot plate to a temperature of about 90 ° 0 heated. The thus preheated layers are subsequently evacuated in a chamber at about 100 mbar. You get a pore-free connection of the film on the glass plate.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - DIN 66131 [0065] - DIN 66131 [0065]
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