DE102009011553B4 - Process for producing a material insulated from electric current and insulated material produced thereby - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines gegenüber elektrischem Strom isolierten Materials, umfassend (a) Bereitstellen eines ersten Substrats mit einer Oberfläche, (b) flächiges Auftragen einer Isolierpaste, enthaltend ein dispergierbares ungeladenes thermoplastisches Polyurethan, das freie Hydroxylgruppen aufweist, einen wasserlöslichen Verdicker, einen Vernetzer und Wasser, wobei die Isolierpaste kein leitfähiges Polymer und keinen leitfähigen Füllstoff aufweist, auf die Oberfläche oder Teilbereiche der Oberfläche und (c) Verfestigen der Isolierpaste durch Vernetzen.A method of making a material insulated from electric current comprising (a) providing a first substrate having a surface, (b) applying a planar insulating paste comprising a dispersible uncharged thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups, a water-soluble thickener, a crosslinker, and water wherein the insulating paste does not comprise a conductive polymer and a conductive filler on the surface or portions of the surface; and (c) solidifying the insulating paste by crosslinking.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Verfahren zur Herstellung von gegenüber elektrischem Strom isolierten Materialien unter Verwendung einer Isolierpaste, unter anderem enthaltend ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser gemäß den Patentansprüchen. Die Erfindung betrifft auch ein isoliertes Material, hergestellt durch dieses Verfahren, gemäß den Patentansprüchen.The invention relates to a process for the production of electrically insulated materials using an insulating paste, including, inter alia, a dispersible thermoplastic polyurethane, a water-soluble thickener and water according to the claims. The invention also relates to an insulated material produced by this method according to the claims.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Leiterbahnen, wie Kabel oder Bahnen in Leiterplatten, werden üblicherweise mit Schichten aus organischen Polymeren isoliert. Bei der Herstellung werden dabei häufig thermoplastische Polymere, beispielsweise Polyurethane, im Extrusions- oder Spritzgußverfahren verwendet.Electrical traces, such as cables or traces in printed circuit boards, are usually isolated with layers of organic polymers. In the production of thermoplastic polymers, such as polyurethanes, are often used in the extrusion or injection molding process.

Im Stand der Technik sind wässrige Lösungen von Prepolymeren und leitfähigen Partikeln bekannt, die in flüssiger Form auf Oberflächen aufgetragen werden. Die Prepolymere werden in der Lösung zu (thermoplastischen) Polyurethanen vernetzt, so dass leitfähige Schichten erhalten werden. Solche Lösungen werden üblicherweise auf eine Isolierschicht, beispielsweise einen Vliesstoff, aufgetragen, um ein einseitig isoliertes leitfähiges Material zu erhalten.In the prior art aqueous solutions of prepolymers and conductive particles are known, which are applied in liquid form on surfaces. The prepolymers are crosslinked in the solution to (thermoplastic) polyurethanes, so that conductive layers are obtained. Such solutions are usually applied to an insulating layer, such as a nonwoven fabric, to obtain a single-sided insulated conductive material.

Die EP 1284278 A2 beschreibt eine wässrige Beschichtungszusammensetzung für die Herstellung elektrisch leitfähiger Beschichtungen von Textilien. Die dort beschriebenen Pasten werden verwendet, um beispielsweise flächige Lagen, insbesondere Textilien und Vliesstoffe zu beschichten und diese damit elektrisch leitfähig auszurüsten.The EP 1284278 A2 describes an aqueous coating composition for the production of electrically conductive coatings of textiles. The pastes described therein are used, for example, to coat flat layers, in particular textiles and nonwovens, and to equip them with electrical conductivity.

Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Pasten ist nachteilig, dass sie aufgrund des Bindemittels nach dem Aufbringen auf das Material und dem Aushärten oft nicht mehr oder nicht ausreichend dehnbar und nicht mehr thermisch verformbar ist. Ein mit der Paste beschichtetes Material ist demnach ebenfalls nicht dehnbar. Die Paste kann also dort nicht eingesetzt werden, wo eine Dehnbarkeit des Materials erforderlich ist.In the case of these pastes known from the prior art, it is disadvantageous that, as a result of the binder, after application to the material and curing, it is often no longer or not sufficiently extensible and no longer thermally deformable. A coated with the paste material is therefore also not stretchable. The paste can therefore not be used where stretchability of the material is required.

Die leitfähigen Partikel an der Oberfläche der Leiterbahn sind auch nicht gegen äußere Einflüsse geschützt und können z. B. bei Reinigungsvorgängen der bedruckten Textilien angegriffen werden.The conductive particles on the surface of the conductor are not protected against external influences and can, for. B. be attacked during cleaning operations of printed textiles.

Die DE 10 2007 042 253 A1 offenbart druckfähige und leitfähige Pasten und Verfahren zum Beschichten eines Materials mit der Paste.The DE 10 2007 042 253 A1 discloses printable and conductive pastes and methods for coating a material with the paste.

Die DE 197 37 685 A1 offenbart einen Leitlack zur Herstellung einer leitfähigen Oberflächenbeschichtung, der Metallpulver und ein Kunstharz-Bindemittel enthält.The DE 197 37 685 A1 discloses a conductive ink for the preparation of a conductive surface coating containing metal powder and a resin binder.

Die DE 197 57 542 A1 offenbart eine Siebdruckpaste zur Herstellung elektrisch leitfähiger Beschichtungen, enthaltend eine Lösung oder Dispersion eines leitfähigen Polymers.The DE 197 57 542 A1 discloses a screen printing paste for producing electrically conductive coatings containing a solution or dispersion of a conductive polymer.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden. Insbesondere sollen neue und verbesserte isolierende Beschichtungen und Verfahren zu ihrer Herstellung bereitgestellt werden, die insbesondere geeignet sind, um Leiterbahnen zu isolieren. Die Beschichtung soll auf einfache Weise herstellbar sein und die Probleme bekannter Beschichtungen überwinden.The invention has for its object to overcome the problems described above. In particular, new and improved insulating coatings and processes for their preparation are to be provided, which are particularly suitable for insulating printed conductors. The coating should be easy to prepare and overcome the problems of known coatings.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine isolierende Beschichtung bereitzustellen, die flexibel und dehnbar ist. Die Beschichtung soll auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar sein. Die eingesetzten Verfahren und Materialien sollen für den Anwender und Hersteller möglichst einfach und gefahrlos handhabbar sein.The invention is in particular the object of providing an insulating coating which is flexible and stretchable. The coating should be simple and inexpensive to produce. The procedures and materials used should be as simple and safe as possible for the user and manufacturer.

Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein nach außen isoliertes elektrisch leitfähiges Material bereitzustellen, das flexibel und dehnbar ist. Das Material soll eine elektrische Leitfähigkeit im Ω-Bereich besitzen und wegen der Isolierung eine hohe Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Auch mehrlagige Laminate aus isolierenden und leitfähigen Schichten sollen auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar sein.Another object of the invention is to provide an electrically conductive material which is insulated from the outside and which is flexible and expandable. The material should have an electrical conductivity in the Ω range and have a high dielectric strength due to the insulation. Also multilayered Laminates of insulating and conductive layers should be simple and inexpensive to produce.

Gegenstand der Erfindung:Object of the invention:

Diese Aufgabe wird durch Verfahren und Materialien gemäß den Patentansprüchen gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.This object is achieved by methods and materials according to the claims. In advantageous embodiments, the dependent claims relate.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines gegenüber elektrischem Strom isolierten Materials, umfassend

  • (a) Bereitstellen eines ersten Substrats mit einer Oberfläche,
  • (b) flächiges Auftragen einer Isolierpaste, enthaltend ein dispergierbares ungeladenes thermoplastisches Polyurethan, das freie Hydroxylgruppen aufweist, einen wasserlöslichen Verdicker, einen Vernetzer und Wasser, wobei die Isolierpaste kein leitfähiges Polymer und keinen leitfähigen Füllstoff aufweist, auf die Oberfläche oder Teilbereiche der Oberfläche und
  • (c) Verfestigen der Isolierpaste durch Vernetzen.
The invention relates to a method for producing a material isolated from electrical current, comprising
  • (a) providing a first substrate having a surface,
  • (b) applying flat an insulating paste containing a dispersible uncharged thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups, a water-soluble thickener, a crosslinker and water, the insulating paste having no conductive polymer and no conductive filler on the surface or portions of the surface and
  • (c) solidifying the insulating paste by crosslinking.

Der Begriff ”Isolierpaste” bedeutet, dass die Paste zur Herstellung einer isolierenden Beschichtung geeignet ist. Die Isolierung erfolgt gegenüber elektrischem Strom, insbesondere von Leiterbahnen innerhalb eines mit der Paste isolierten Gegenstandes. Die Paste ist aber auch geeignet zur Isolierung gegen andere Einflüsse wie Wärme und Kälte, Strahlung und mechanische oder chemische Einwirkung. Die Beschichtung leitet nach der Verfestigung den elektrischen Strom im Wesentlichen nicht. Die Isolierpaste enthält daher kein leitfähiges Polymer und keinen leitfähigen Füllstoff. Da die Paste selbst bevorzugt eine wässrige Dispersion ist, ist sie im nicht verfestigten Zustand dagegen aufgrund ihres Wassergehaltes in geringem Maße leitfähig.The term "insulating paste" means that the paste is suitable for producing an insulating coating. The insulation is against electrical current, in particular of printed conductors within an object isolated with the paste. The paste is also suitable for insulation against other influences such as heat and cold, radiation and mechanical or chemical action. The coating essentially does not conduct the electrical current after solidification. The insulating paste therefore contains no conductive polymer and no conductive filler. In contrast, since the paste itself is preferably an aqueous dispersion, it is slightly conductive in the non-solidified state because of its water content.

Das thermoplastische Polyurethan ist dehnbar und thermisch verformbar. Somit ist die Paste auch nach dem Verarbeiten dehnbar und kann durch thermische Formgebungsprozesse jederzeit umgeformt werden, wobei die Dehnbarkeit erhalten bleibt.The thermoplastic polyurethane is stretchable and thermoformable. Thus, the paste is stretchable even after processing and can be reshaped by thermal forming processes at any time, while the stretchability is maintained.

Über den wasserlöslichen Verdicker wird die Viskosität der Paste bestimmt. Diese liegt erfindungsgemäß zwischen 8.000 und 150.000 mPas, bevorzugt zwischen 20.000 und 150.000 mPas, so dass die Paste durch ein Druckverfahren, vorzugsweise Sieb- oder Schablonendruck, auf ein Material aufgetragen werden kann.The viscosity of the paste is determined via the water-soluble thickener. According to the invention, this is between 8,000 and 150,000 mPas, preferably between 20,000 and 150,000 mPas, so that the paste can be applied to a material by a printing process, preferably screen printing or stencil printing.

Die Isolierpasten können zwischen 3 und 98 Gew.-%, bevorzugt zwischen 5 und 95 Gew.-% oder zwischen 20 und 85 Gew.-%, besonders bevorzugt zwischen 30 und 75 Gew.-% thermoplastisches Polyurethan enthalten. Es sind vorzugsweise zwischen 0,1 und 15 Gew.-%, bevorzugt 0,2 und 10 Gew.-%, Verdicker enthalten. Vorzugsweise sind 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 25% eines zusätzlichen Binders enthalten. Zusätzlich können größer 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 15 Gew.-% oder 0,5 bis 10 Gew.-% Vernetzer enthalten sein.The insulating pastes may contain between 3 and 98 wt .-%, preferably between 5 and 95 wt .-% or between 20 and 85 wt .-%, particularly preferably between 30 and 75 wt .-% thermoplastic polyurethane. It is preferably between 0.1 and 15 wt .-%, preferably 0.2 and 10 wt .-%, thickener included. Preferably, 0 to 30 wt .-%, in particular 0.5 to 25% of an additional binder. In addition, greater than 0 to 30 wt .-%, in particular 0.2 to 15 wt .-% or 0.5 to 10 wt .-% crosslinker may be included.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Paste 5 bis 95 Gew.-% thermoplastisches Polyurethan, 0,2 bis 10 Gew.-% Verdicker, 0 bis 30 Gew.-% eines zusätzlichen Binders, größer 0 bis 25 Gew.-% Vernetzer und 2 bis 94,8 Gew.-% Wasser.In a preferred embodiment, the paste contains 5 to 95% by weight of thermoplastic polyurethane, 0.2 to 10% by weight of thickener, 0 to 30% by weight of an additional binder, greater than 0 to 25% by weight of crosslinking agent and 2 to 94.8% by weight of water.

In der Trockensubstanz sind bevorzugt Anteile von 50 bis 99,9 Gew.-%, vorzugsweise 80 bis 99,8 Gew.-% thermoplastisches Polyurethan, 0,1 bis 5 Gew.-% Verdicker und 1 bis 50 Gew.-% zusätzlicher Binder enthalten, ergänzt durch bis zu 45 Gew.-% weitere Zusätze.In the dry substance are preferably fractions of 50 to 99.9 wt .-%, preferably 80 to 99.8 wt .-% thermoplastic polyurethane, 0.1 to 5 wt .-% thickener and 1 to 50 wt .-% additional binder contain, supplemented by up to 45 wt .-% further additives.

Der Verdicker wird in einer bevorzugten Ausführungsform als wässrige Verdickerlösung bereitgestellt. Die Verdickerlösung enthält beispielsweise 0,2–15 Gew.-%, des Verdickers in Wasser gelöst. Bevorzugt wird destilliertes oder bidestilliertes Wasser verwendet. In den Pasten ist der Anteil der Verdickerpaste bevorzugt 40–80 Gew.-%, besonders bevorzugt 55–75 Gew.-%. Die Paste ist bevorzugt wasserbasiert. Sie enthält somit keine organischen Lösungsmittel oder weniger als 5, 2,5 oder 1 Gew.-% organische Lösungsmittel.The thickener is provided in a preferred embodiment as an aqueous thickener solution. The thickener solution contains, for example, 0.2-15% by weight of the thickener dissolved in water. Preference is given to using distilled or bidistilled water. In the pastes, the proportion of the thickener paste is preferably 40-80% by weight, particularly preferably 55-75% by weight. The paste is preferably water-based. It thus contains no organic solvents or less than 5, 2.5 or 1 wt .-% organic solvent.

Die Paste kann zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit Hilfsstoffe wie Feuchthaltemittel, Entschäumer und rheologische Additive enthalten.The paste may contain adjuvants such as humectants, defoamers and rheological additives to improve processability.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Verdicker Cellulose-Derivate, ein Diurethan oder ein nicht thermoplastisches Polyurethan.In a preferred embodiment of the invention, the thickener contains cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane.

Der Verdicker kann Cellulose-Derivate, beispielsweise Methylcellulose enthalten oder daraus bestehen. Cellulose-Derivate sind chemische Verbindungen, die aus Cellulose abgeleitet sein. Es ergibt sich ein hydrophiles Pulver, welches mit Wasser eine zähflüssige Lösung bildet. Cellulose-Derivate sind nicht verdaulich, nicht allergen und ungiftig und daher auch zur Herstellung einer Paste zur Beschichtung von Bekleidungstextilien geeignet. Ein geeigneter Verdicker aus Methylcellulose ist beispielsweise Metylan® Normal (MHEC 9000; Methylhydroxyethylcellulose mit der Viskosität einer 2%igen Lösung von 9000 MPas; Firma Henkel, Düsseldorf). The thickener may contain or consist of cellulose derivatives, for example methylcellulose. Cellulose derivatives are chemical compounds derived from cellulose. The result is a hydrophilic powder which forms a viscous solution with water. Cellulose derivatives are not digestible, non-allergenic and non-toxic and therefore also suitable for the production of a paste for coating clothing textiles. A suitable thickener of methyl cellulose is, for example Metylan ® Normal (MHEC 9000; methylhydroxyethylcellulose with viscosity of a 2% solution of 9000 mPas and Henkel, Dusseldorf).

In einer weiteren bevorzugten Variante kann der Verdicker eine wässrige Lösung eines Diurethans (z. B. ein Fettalkoholethoxylat-urethan) sein, die ggf. wassermischbare, organische Lösemittel wie z. B. Butyl(di)glycol, Propylenglycol und/oder Isopropanol enthalten kann. Ein solch geeigneter Verdicker ist beispielsweise Collacral® PU 75 oder Collacral® PU85, (Firma BASF Ludwigshafen). Der Feststoffanteil des Verdickers Collacral beträgt ca. 25–28 Gew.-%.In a further preferred variant, the thickener may be an aqueous solution of a diurethane (for example a fatty alcohol ethoxylate urethane) which optionally contains water-miscible organic solvents, such as, for example, B. may contain butyl (di) glycol, propylene glycol and / or isopropanol. Such a suitable thickener is, for example, Collacral PU 75 ® or Collacral PU85 ® (BASF Ludwigshafen). The solids content of the thickener Collacral is about 25-28 wt .-%.

Der Verdicker kann ein nicht thermoplastisches Polyurethan sein. ”Nicht thermoplastisch” bedeutet dabei, dass der Verdicker in der Lösung in molekular gelöster oder dispergierter Form vorliegt und nicht in Form von thermoplastischen Partikeln. Nach dem Auftragen und Trocknen der Paste kann der Verdicker dagegen thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Als Verdicker kann ein elektrolytstabilisiertes Verdickersysteme auf Basis nichtionogener Polyurethane enthalten sein. Ein solcher Verdicker kann geringe Mengen an Lösemitteln wie z. B. 2-Butoxyethanol enthalten. Ein geeigneter Verdicker auf Basis nichtionogener Polyurethane ist beispielsweise ®Ruco-Coat TH 5005 (Rudolf Chemie, Geretsried). Geeignet ist auch ”Verdicker 128” (Schill und Seilach).The thickener may be a non-thermoplastic polyurethane. "Non-thermoplastic" means that the thickener is present in the solution in molecularly dissolved or dispersed form and not in the form of thermoplastic particles. After applying and drying the paste, however, the thickener may have thermoplastic properties. The thickener may be an electrolyte-stabilized thickener systems based on nonionic polyurethanes. Such a thickener may contain small amounts of solvents such. B. 2-butoxyethanol. A suitable thickener based on nonionic polyurethanes is, for example, ® Ruco Coat TH 5005 (Rudolf Chemie, Geretsried). Also suitable is "Thickener 128" (Schill and Seilach).

Der Vorteil der genannten, nicht auf Cellulosederivaten basierenden Verdicker sind die Filmbildungseigenschaften beim Trocknen, so dass der Kalandrierprozess mit weitaus weniger Druck vorgenommen, ggf. sogar ganz weggelassen werden kann. So können beispielsweise sehr druckempfindlichen Flächen, z. B. niedrig schmelzende Vliesstoffe oder anspruchsvolle (3D-)Geometrien bedruckt werden. Unter Verwendung dieser Verdicker konnte beim Einsatz in der Isolierpaste nicht nur eine gute Isolationswirkung, sondern auch eine deutlich verbesserte Zugfestigkeit festgestellt werden.The advantage of the said thickeners, which are not based on cellulose derivatives, is the film-forming properties during drying, so that the calendering process can be carried out with far less pressure, if necessary even completely omitted. For example, very pressure-sensitive surfaces, such. As low-melting nonwovens or demanding (3D) geometries are printed. Using these thickeners, when used in the insulating paste not only a good insulation effect, but also a significantly improved tensile strength could be determined.

In der erfindungsgemäßen Paste sind thermoplastische Polyurethane (PU) enthalten. Polyurethane werden im Wesentlichen durch die Reaktion von Polyolen (langkettige Diole), Diisocyanaten und gegebenenfalls kurzkettigen Diolen gebildet. Es können auch geringe Mengen lang- oder kurzkettiger tri- oder höherfunktionelle Alkohole und Amine enthalten sein. Die Art der Ausgangsstoffe, die Reaktionsbedingungen und die Mengenanteile sind für die Eigenschaften des Produkts verantwortlich. Das Polyol beeinflußt in erhöhtem Maße beispielsweise die Kälteflexibilität, die Medien- bzw. Hydrolysebeständigkei oder die Rückprallelastizität; während das Isocyanat und der Kettenverängerer eher die Härte, Wärmeformbeständigkeit oder Setzung/Remanenz beeinflussen. Als Polyole werden insbesondere Polyester-, Polycarbonat- oder Polyether-Polyole eingesetzt. Dem Fachmann sind Methoden bekannt, die Ausgangsstoffe und die Reaktionsbedingungen so auszuwählen, dass Polyurethane mit gewünschten Eigenschaften, beispielsweise Schmelzpunkt, Dichte und Härte, erhalten werden. Thermoplastische Polyurethan-Elastomere werden auch als TPU bezeichnet.The paste according to the invention contains thermoplastic polyurethanes (PU). Polyurethanes are essentially formed by the reaction of polyols (long-chain diols), diisocyanates and optionally short-chain diols. It may also contain small amounts of long or short chain tri- or higher functional alcohols and amines. The nature of the starting materials, the reaction conditions and the proportions are responsible for the properties of the product. The polyol has an increased influence, for example, the cold flexibility, the media or hydrolysis resistance or the rebound resilience; while the isocyanate and the chain extender are more likely to affect hardness, heat resistance or settling / remanence. As polyols in particular polyester, polycarbonate or polyether polyols are used. Methods are known to the person skilled in the art to select the starting materials and the reaction conditions in such a way that polyurethanes having desired properties, for example melting point, density and hardness, are obtained. Thermoplastic polyurethane elastomers are also referred to as TPUs.

Das thermoplastische Polyurethan kann einen Schmelzpunkt zwischen 80 und 250°C, insbesondere zwischen 100 und 220°C, zwischen 100 und 180 oder zwischen 110 und 150°C aufweisen. Derartige Polyurethane sind problemlos auf Textilien einsetzbar und können mit üblichen Verfahren, wie beispielsweise Kalandrieren oder auch Tiefziehen, verarbeitet und umgeformt werden. Der Schmelzpunkt des Polyurethans wird im Hinblick auf das gewünschte Verarbeitungsverfahren und das zu beschichtende Material eingestellt. Daher werden je nach Anwendung höherschmelzende Polurethane mit Schmelzpunkten ungefähr zwischen 120 und 220°C, insbesondere oberhalb 130 oder 140°C, oder niedrigschmelzende Polyurethane mit Schmelzpunkten ungefähr zwischen 80 und 120°C, insbesondere unterhalb 110°C, eingesetzt. Polyurethane weisen üblicherweise nicht einen klar definierten Schmelzpunkt auf, sondern einen Schmelzbereich, in dem der Stoff von dem festen in den flüssigen Zustand übergeht. Erfindungsgemäß wird mit dem Schmelzpunkt die Temperatur bezeichnet, bei der dieser Schmelzprozess einsetzt. Der Einsatz von Ether- bzw. Carbonat-basiertenden Polyolen besitzt den Vorteil, dass daraus resultierende Polyurethane besonders hydrolysestabil sind und dadurch für das Bedrucken von waschbaren Textilien besonders geeignet sind.The thermoplastic polyurethane may have a melting point between 80 and 250 ° C, in particular between 100 and 220 ° C, between 100 and 180 or between 110 and 150 ° C. Such polyurethanes can be used without problems on textiles and can be processed and formed by conventional methods, such as calendering or thermoforming. The melting point of the polyurethane is adjusted with regard to the desired processing method and the material to be coated. Therefore, depending on the application, higher-melting polyurethanes with melting points approximately between 120 and 220 ° C., in particular above 130 or 140 ° C., or low-melting polyurethanes with melting points approximately between 80 and 120 ° C., in particular below 110 ° C., are used. Polyurethanes usually do not have a clearly defined melting point, but a melting range in which the material changes from the solid to the liquid state. According to the invention, the melting point is the temperature at which this melting process begins. The use of ether- or carbonate-based polyols has the advantage that resulting polyurethanes are particularly resistant to hydrolysis and are therefore particularly suitable for printing on washable textiles.

Die Polyurethane können aliphatisch oder aromatisch sein. Aliphatische Polyurethane haben den Vorteil, dass sie im Allgemeinen lichtecht sind und nicht vergilben.The polyurethanes may be aliphatic or aromatic. Aliphatic polyurethanes have the advantage that they are generally lightfast and do not yellow.

Die Polyurethane werden bevorzugt als feine Pulver in die Pasten eingerührt. Bevorzugt liegt das thermoplastische Polyurethan in Form von Partikeln mit einem mittleren Teilchendurchmesser von < 350 μm, bevorzugt < 200 μm oder < 120 μm, insbesondere zwischen 20 und 350 μm, zwischen 50 und 200 μm oder zwischen 80 und 120 μm. Die geringe Partikelgröße ermöglicht das Herstellen einer homogenen Dispersion, verbessert das Druckverhalten und beschleunigt aufgrund schnellen Aufschmelzens den Herstellungsprozess. The polyurethanes are preferably stirred into the pastes as fine powders. The thermoplastic polyurethane is preferably in the form of particles having an average particle diameter of <350 μm, preferably <200 μm or <120 μm, in particular between 20 and 350 μm, between 50 and 200 μm or between 80 and 120 μm. The small particle size makes it possible to produce a homogeneous dispersion, improves the pressure behavior and accelerates the manufacturing process due to rapid melting.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Polyurethan enthält in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung keine freien reaktiven Gruppen, insbesondere keine freien Isocyanatgruppen. Solche thermoplastischen Polyurethane werden beispielsweise erhalten, wenn die Reaktion zwischen dem Polyol, dem Kettenverlängerer und dem Polyiscyanat mit einem stöchiometrischen Überschuss Diol und/oder Polyol durchgeführt wird, so dass das Polymer nur noch freie, beispielsweise endständige, Hydroxylgruppen aufweist. In dieser Ausführungsform ist das Polyurethan also kein reaktives Polymer, sondern ausgehärtet. Ein solches Polyurethan reagiert unter Normalbedingen und in wässriger Lösung nicht weiter. Das Polyurethan unterscheidet sich damit von kommerziell erhältlichen Prepolymeren mit freien Isocyanatgruppen. Solche Prepolymere werden beispielsweise in Form von Dispersionen angeboten.In a preferred embodiment of the invention, the polyurethane used according to the invention contains no free reactive groups, in particular no free isocyanate groups. Such thermoplastic polyurethanes are obtained, for example, when the reaction between the polyol, the chain extender and the polyisocyanate is carried out with a stoichiometric excess of diol and / or polyol, so that the polymer has only free, for example terminal, hydroxyl groups. In this embodiment, therefore, the polyurethane is not a reactive polymer, but cured. Such a polyurethane does not react under normal conditions and in aqueous solution. The polyurethane thus differs from commercially available prepolymers with free isocyanate groups. Such prepolymers are offered, for example, in the form of dispersions.

Die Polyurethane sind ungeladene Polyurethane. Es sind somit keine ionischen Polyurethane enthalten. Die erfindungsgemäß einsetzbare Paste unterscheidet sich damit von Zusammensetzungen aus EP 1 284 278 . Nicht geladene Polyurethane sind im allgemeinen nicht oder nur schlecht in Wasser dispergierbar. Erfindungsgemäß einsetzbare Pasten mit nicht geladenen Polyurethanen sind vorzugsweise Suspensionen, in denen Polyurethane als Feststoffe (Partikel) fein verteilt sind. Die ionischen Polyurethane, die beispielsweise gemäß EP 1 284 278 eingesetzt werden, sind dagegen in einer wässrigen Lösung in molekularer Form dispergiert. Handelsübliche Polyurethan-Dispersionen (wie der Marke ROTTA WS 80525 der Rotta GmbH) werden üblicherweise hergestellt, indem ein flüssiges und noch reaktives Polyurethan-Prepolymer unter sehr hoher Scherung mit einem Emulgator dispergiert wird. Oft enthält eine solche Dispersion noch Lösungsmittel, die anschließend aus der PU-Dispersion entfernt werden. Die ionischen Gruppen des Polyurethanes erhöhen dabei die Dispergierbarkeit und somit die Lagerstabilität, weil ein Absetzen der Polyurethanpartikel (Dichte ca. 1,1) auf Grund der gegenseitigen Abstoßung verhindert bzw. stark verringert wird. Ionische Polyurethane, die aus der Trocknung dieser (noch Emulgator enthaltenden) Dispersionen resultieren, haben den Nachteil, dass die Wasseraufnahme und Quellung in Wasser auf Grund der Hydrophilie durch die ionischen Gruppen deutlich höher ist als bei nichtionischen Polyurethanen.The polyurethanes are uncharged polyurethanes. Thus, no ionic polyurethanes are included. The paste usable according to the invention thus differs from compositions EP 1 284 278 , Uncharged polyurethanes are generally not or only poorly dispersible in water. Pastes with uncharged polyurethanes that can be used according to the invention are preferably suspensions in which polyurethanes are finely distributed as solids (particles). The ionic polyurethanes, for example, according to EP 1 284 278 are used, however, are dispersed in an aqueous solution in molecular form. Commercially available polyurethane dispersions (such as the brand ROTTA WS 80525 from Rotta GmbH) are usually prepared by dispersing a liquid and still reactive polyurethane prepolymer under very high shear with an emulsifier. Often, such a dispersion still contains solvents which are subsequently removed from the PU dispersion. The ionic groups of the polyurethane thereby increase the dispersibility and thus the storage stability, because settling of the polyurethane particles (density about 1.1) due to the mutual repulsion is prevented or greatly reduced. Ionic polyurethanes resulting from the drying of these (emulsifier-containing) dispersions have the disadvantage that the water absorption and swelling in water due to the hydrophilicity of the ionic groups is significantly higher than nonionic polyurethanes.

Wenn die Viskosität der Paste so eingestellt wird, dass ein Absinken der Polyurethanpartikel nicht erfolgt, ist jedoch der Einsatz von Emulgatoren nicht erforderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Paste keine Emulgatoren.However, if the viscosity of the paste is adjusted so that the polyurethane particles do not fall, the use of emulsifiers is not required. In a preferred embodiment of the invention, the paste contains no emulsifiers.

Erfindungsgemäß geeignete thermoplastische Polyurethane können beispielsweise aus den Isocyanaten Diphenylmethandiisocyanat (MDI), wie 2,2-, 2,4- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethylen-1,6-diisocyanat (HDI), Isophoron-diisocyanat (IPDI), Toluylendiisocyanat (TDI), Naphthylen-1,5-diisocyanat (NDI), Dimethyl-diphenyl-diisocyanat TODI), Dicyclohexyl-methan-4,4'-diisocyanat (HMDI) hergestellt werden.Thermoplastic polyurethanes suitable according to the invention can be prepared, for example, from the isocyanates diphenylmethane diisocyanate (MDI), such as 2,2-, 2,4- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene-1,6-diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI ), Tolylene diisocyanate (TDI), naphthylene-1,5-diisocyanate (NDI), dimethyl-diphenyl-diisocyanate TODI), dicyclohexyl-methane-4,4'-diisocyanate (HMDI).

Geeignete Polyole zur Herstellung der Polyurethane sind Polyether, z. B. Polytetrahydrofuran (PTHF) oder Polypropylenglykol (PPG), Polyester, z. B. Ethylenadipatpolyol, Butylenadipatpolyol, NPG-Adipate, Polycarbonatpolyole und Polycaprolactonpolyole sowie Polyetheresterpolyole. Diese können linear oder zu geringen Anteilen auch tri- und mehrfunktionell sein.Suitable polyols for the preparation of the polyurethanes are polyethers, for. As polytetrahydrofuran (PTHF) or polypropylene glycol (PPG), polyester, z. B. Ethylenadipatpolyol, Butylenadipatpolyol, NPG adipates, polycarbonate polyols and polycaprolactone and Polyetheresterpolyole. These may also be trifunctional and polyfunctional in a linear or too low proportion.

Diese werden gegebenenfalls in Verbindung mit geeigneten Kettenverlängerern eingesetzt. Geeignete Kettenverlängerer sind beispielsweise kurzkettige Diole wie Ethylenglykol, Propandiol, Butandiol, Pentandiol, Diethylenglykol, Hexandiol, Cyclohexandimethanol (CHDM), Hydrochinonhydroxyethylether (HQEE) sowie Diamine und in geringen Mengen Triamine oder Triole wie z. B. Trimethylolpropan sowie höherfunktionelle Amine und Alkohole oder Thiole.These are optionally used in conjunction with suitable chain extenders. Suitable chain extenders are, for example, short-chain diols such as ethylene glycol, propanediol, butanediol, pentanediol, diethylene glycol, hexanediol, cyclohexanedimethanol (CHDM), hydroquinone hydroxyethyl ether (HQEE) and diamines and in small amounts triamines or triols such as. B. trimethylolpropane and higher functional amines and alcohols or thiols.

Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Polyurethanen aus Ethylenglykol-Adipinsäure-Polyesterpolyol, Butandiol, Hexandiol und Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat. Ein solches TPU hat beispielsweise einen Schmelzpunkt von ca. 135°C.Particularly preferred is the use of polyurethanes of ethylene glycol-adipic acid-polyester polyol, butanediol, hexanediol and diphenylmethane-4,4'-diisocyanate. Such a TPU, for example, has a melting point of about 135 ° C.

Für die Anwendungen bei tieferen Temperaturen wird beispielsweise ein TPU aus Polycaprolacton-Polyol oder Carbonat-Polyol und 1,6-Hexamethylendiisocyanat mit den Kettenverlängerern: 1,6-Hexandiol und 1,4-Butandiol verlängert. Zum Erreichen von Schmelztemperaturen des TPU unterhalb 110°C können Polyole aus Neopentylglykol-Adipat oder stattdessen weitere Isomere des Butandiols oder weitere Diole wie beispielsweise Neopentylglykol hinzugefügt werden.For applications at lower temperatures, for example, a TPU made of polycaprolactone polyol or carbonate polyol and 1,6-hexamethylene diisocyanate is extended with the chain extenders: 1,6-hexanediol and 1,4-butanediol. Polyols can be used to reach melting temperatures of the TPU below 110 ° C from neopentyl glycol adipate or, instead, further isomers of butanediol or other diols such as neopentyl glycol may be added.

Ein geeignetes thermoplastisches Polyurethan kann beispielsweise aus den Komponenten Methylendiphenylisocyanat, Polycarbonat/Hexandiol-Neopentyl-Glykol-Adipat und Butandiol hergestellt werden. Das thermoplastische Polyurethan weist einen Schmelzbereich von 160 bis 170°C auf. Solche höherschmelzenden Polyurethane weisen meist eine Shore-Härte von 60 bis 98 Shore (A) auf und eignen sich aufgrund des Kristallisationsverhaltens insbesondere für Tiefziehprozesse.A suitable thermoplastic polyurethane can be prepared for example from the components methylene diphenyl isocyanate, polycarbonate / hexanediol neopentyl glycol adipate and butanediol. The thermoplastic polyurethane has a melting range of 160 to 170 ° C. Such higher melting polyurethanes usually have a Shore hardness of 60 to 98 Shore (A) and are due to the crystallization especially for thermoforming processes.

Ein weiteres Polyurethan umfasst die Komponenten Methylendiphenylisocyanat, Polycaprolacton und Hexandiol. Dieses thermoplastische Polyurethan weist einen Schmelzbereich von 125 bis 135°C auf. Niedrigschmelzende Polyurethane weisen häufig eine Shore-Härte von 40 bis 85 Shore (A) auf und eignen sich dann insbesondere zum Einsatz auf niedrigschmelzenden Materialien.Another polyurethane comprises the components methylene diphenyl isocyanate, polycaprolactone and hexanediol. This thermoplastic polyurethane has a melting range of 125 to 135 ° C. Low-melting polyurethanes often have a Shore hardness of 40 to 85 Shore (A) and are then particularly suitable for use on low-melting materials.

Ein bevorzugtes hydrolysestabiles, niedrig schmelzendes Polyurethan umfasst die Komponenten Hexamethylendiisocyanat, Polycarbonatpolyol sowie Hexandiol und Butandiol(-Isomere). Durch geeignete Auswahl und Kombination der Kettenverlängerer sowie die Anteile der jeweiligen Polyole und Isocyanate kann der Schmelzpunkt solcher, beschriebenen Polyurethane beliebig zwischen ca. 80°C bis ca. 230°C eingestellt werden.A preferred hydrolysis-stable, low-melting polyurethane comprises the components hexamethylene diisocyanate, polycarbonate polyol and hexanediol and butanediol (isomers). By suitable selection and combination of chain extenders and the proportions of the respective polyols and isocyanates, the melting point of such described polyurethanes can be set arbitrarily between about 80 ° C to about 230 ° C.

In der Paste ist ein Vernetzer enthalten. Das Polyurethan enthält vernetzbare Hydroxylgruppen. Es ist beispielsweise ein Polyurethan, das eine niedrige Kennzahl, beispielsweise < 99, < 98, oder < 95, insbesondere > 80, oder von 70– 98, aufweist (Kennzahl = n(NCO)/n(OH)·100). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Polyurethane in vernetzenden Pasten einen Schmelzpunkt unterhalb 120°C, insbesondere unterhalb 110°C auf. Der Schmelzpunkt liegt dann beispielsweise zwischen 80 und 120°C oder 90 und 110°C. Der Vernetzer ist eine Verbindung, die Hydroxylgruppen verknüpfen kann, vorzugsweise ein Diisocyanat oder Polyisocanat. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Vernetzer ein blockiertes Isocyanat, das erst oberhalb einer definierten Temperatur, beispielsweise 70–10°C, vernetzend wirkt.The paste contains a crosslinker. The polyurethane contains crosslinkable hydroxyl groups. It is, for example, a polyurethane which has a low characteristic number, for example <99, <98, or <95, in particular> 80, or from 70 to 98 (characteristic number = n (NCO) / n (OH) x 100). In a preferred embodiment of the invention, the polyurethanes in crosslinking pastes have a melting point below 120 ° C., in particular below 110 ° C. The melting point is then for example between 80 and 120 ° C or 90 and 110 ° C. The crosslinker is a compound capable of linking hydroxyl groups, preferably a diisocyanate or polyisocyanate. In a preferred embodiment of the invention, the crosslinker is a blocked isocyanate, which has a crosslinking effect above a defined temperature, for example 70-10 ° C.

Der Schmelzpunkt des thermoplastischen Polyurethans kann durch Auswahl geeigneter Polyole und Kettenverlängererkombinationen auf Werte unterhalb 120°C oder 110°C eingestellt werden. Solche Polyurethane können eingesetzt werden, wenn das zu bedruckende Substrat selbst einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist (z. B. bei einem dehnbaren PU-Vliesstoff). Ein Schmelzpunkt unterhalb 110°C lässt sich beispielsweise mit Polycaprolacton-Polyol und zusätzlich Polyol aus Neopentylglykol-Adipat und Verwendung mehrerer Kettenverlängerer (1,6-Hexandiol, 1,4-Butandiol und 2,3-Butandiol) sowie 1,6-Hexamethylendiisocyanat erreichen. Zur Erhöhung der Temperaturstabilität der beschichteten Materialien ist es möglich, dieser niedrig schmelzenden Paste einen Vernetzer hinzuzufügen. Ein erfindungsgemäß einsetzbarer Vernetzer, der diesen Pasten zugesetzt wird, ist z. B. gemahlenes Isocyanat, wie z. B. Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI) oder 3,3'-Dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanat (TODI), mit einem Schmelzpunkt unter 110°C. In der wässrigen Paste bildet sich auf der Isocyanatpulveroberfläche eine dünne Harnstoffschicht durch Reaktion von Isocyanat und Wasser, die bewirkt, dass die Wasserdurchlässigkeit und somit die Harnstoffreaktion im Inneren der Isocyanatpartikel sehr stark verlangsamt wird. Die Paste ist daher lagerstabil. Beim Kalandrierprozess schmelzen das Polyurethan und das Isocyanat und es kommt zur vernetzenden Reaktion des Isocyanats mit den freien OH-Gruppen des Polyurethans. In diesem Fall ist die Vernetzbarkeit von Vorteil, da empfindliche Substrate bedruckt werden können und durch die Vernetzungsreaktion die Temperaturstabilität der beschichteten Materialien erhöht wird.The melting point of the thermoplastic polyurethane can be adjusted to values below 120 ° C or 110 ° C by selection of suitable polyols and chain extender combinations. Such polyurethanes can be used if the substrate to be printed has a low melting point itself (eg in the case of a stretchable PU nonwoven fabric). A melting point below 110 ° C. can be achieved, for example, with polycaprolactone polyol and additionally polyol from neopentyl glycol adipate and use of several chain extenders (1,6-hexanediol, 1,4-butanediol and 2,3-butanediol) and 1,6-hexamethylene diisocyanate , To increase the temperature stability of the coated materials, it is possible to add a crosslinker to this low-melting paste. An inventively employable crosslinker which is added to these pastes, z. B. ground isocyanate, such as. Example, diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI) or 3,3'-dimethylbiphenyl-4,4'-diisocyanate (TODI), having a melting point below 110 ° C. In the aqueous paste, a thin urea layer is formed on the isocyanate powder surface by reaction of isocyanate and water, which causes the water permeability and thus the urea reaction inside the isocyanate particles to be greatly slowed down. The paste is therefore storage stable. During the calendering process, the polyurethane and the isocyanate melt and the crosslinking reaction of the isocyanate with the free OH groups of the polyurethane occurs. In this case, the crosslinkability of advantage, since sensitive substrates can be printed and the crosslinking reaction, the temperature stability of the coated materials is increased.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden latent reaktive und/oder verkappte Isocyanate eingesetzt. Die Paste ist latent reaktiv und vernetzt beim Kalandrierprozess nach, so daß der Schmelzpunkt ansteigt; dadurch ist ein weiterer Druck- und Kalandrierprozess auf der zuvor hergestellten Leiterbahn möglich. Geeignet für ein latent reaktives Isocyanatsystem ist z. B. MDI-Pulver, TODI-Pulver, HDT oder HDB (Bayer). Als Verkappungsmittel für Isocyanate kommen z. B. Pyrazol (z. B. Triazol, reagiert bei ca. 120°C), Oxime (reagieren bei 130°C), Caprolactam (reagiert bei ca. 155°C) in Frage. Durch Zusatz eines Katalysators (z. B. DABCO) zur Paste kann die Reaktionstemperatur (und die Aufspaltungstemperatur des verkappten Systems) gesenkt werden.In a preferred embodiment, latent reactive and / or capped isocyanates are used. The paste is latently reactive and crosslinks in the calendering process, so that the melting point increases; As a result, a further printing and calendering process on the previously prepared conductor track is possible. Suitable for a latent-reactive isocyanate system is z. MDI powder, TODI powder, HDT or HDB (Bayer). As a capping agent for isocyanates z. B. pyrazole (eg triazole, reacts at about 120 ° C), oxime (react at 130 ° C), caprolactam (reacts at about 155 ° C) in question. By adding a catalyst (eg DABCO) to the paste, the reaction temperature (and the cleavage temperature of the capped system) can be lowered.

Die Zugabe eines festen, bei Temperaturen oberhalb von ca. 50°C flüssigem, mehrwertigen Alkohols, beispielsweise Di-Trimethylolpropan, welches zusätzlich mit dem Isocyanat reagiert, führt zu einer weiteren Schmelzpunkterhöhung durch Vernetzung. Statt Di-TMP und MDI können als Vernetzende Komponenten auch andere Polyalkohole und Isocyanate wie z. B. Trimethylolpropan, HQEE sowie TODI- oder NDI-Pulver verwendet werden.The addition of a solid, at temperatures above about 50 ° C liquid, polyhydric alcohol, such as di-trimethylolpropane, which additionally reacts with the isocyanate, leads to a further increase in melting point by crosslinking. Instead of Di-TMP and MDI can also be used as Cross-linking components other polyols and isocyanates such. As trimethylolpropane, HQEE and TODI or NDI powder can be used.

Eine weitere Variante ist die Zugabe eines mehrfunktionellen, bei Raumtemparatur weniger reaktivem, flüssigen Isocyanates wie das Biuret oder Trimer von z. B. Hexamethylendiisocyanat (Tolonate® HDB oder Tolonate® HDT) oder Isophorondiisocyanat (Tolonate® IDT), (Firma Rhodia, Freiburg).Another variant is the addition of a polyfunctional, less reactive in room temperature, liquid isocyanate such as the biuret or trimer of z. As hexamethylene diisocyanate (Tolonate ® HDB or Tolonate ® HDT) or isophorone diisocyanate (Tolonate ® IDT), (Rhodia, Freiburg).

In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Vernetzer ein Prepolymer eingesetzt. Dieses ist insbesondere bei Raumtemperatur fest und bevorzugt langkettig. Bevorzugt sind ein Prepolymer aus einem Polyisocyanat mit mindestens 2 freien Isocyanatgruppen und ein Prepolymer aus einem Polyalkohol mit mindestens 2 Hydroxylgruppen, welches zusätzlich freies Isocyanat enthalten kann. Bevorzugt ist ein di- oder höherfunktionelles Polyol, welches endständig mit einem Diisocyanat umgesetzt wurde. Das Prepolymer selbst kann auch noch freies Isocyanat enthalten. Das Prepolymer wird nach der Herstellung abgekühlt und als Pulver der Isolier- oder Leitpaste hinzugefügt. Diese Art der Nachvernetzung ist nicht nur bei wässrigen Systemen, sondern auch allgemein bei thermoplastischen, OH-terminierten Polyurethanen generell möglich.In a preferred embodiment, a prepolymer is used as crosslinker. This is especially solid at room temperature and preferably long-chain. Preferred are a prepolymer of a polyisocyanate having at least 2 free isocyanate groups and a prepolymer of a polyhydric alcohol having at least 2 hydroxyl groups, which may additionally contain free isocyanate. Preference is given to a di- or higher-functional polyol which has been reacted terminally with a diisocyanate. The prepolymer itself may also contain free isocyanate. The prepolymer is cooled after production and added as a powder to the insulating or conductive paste. This type of post-crosslinking is generally possible not only in aqueous systems, but also generally in thermoplastic, OH-terminated polyurethanes.

Nachvernetzende Pasten eignen sich insbesondere für einen mehrlagigen Aufbau. Das PU ist nach der Nachvernetzung, die beispielsweise beim Laminiervorgang stattfindet, nicht mehr thermoplastisch und besitzt einen höheren Schmelzpunkt. Beim Auftragen oder Verarbeiten einer darüber liegenden Schicht, beispielsweise beim Laminieren, wird die vernetzte Schicht nicht mehr aufgeschmolzen bzw. verformt.Postcrosslinking pastes are particularly suitable for a multilayer construction. The PU is after the post-crosslinking, which takes place for example during the lamination, no longer thermoplastic and has a higher melting point. When applying or processing an overlying layer, for example during lamination, the crosslinked layer is no longer melted or deformed.

Alternativ zum Einsatz nachvernetzender Pasten eignet sich beim mehrlagigen Druck auch die Verwendung von Pasten, bei denen die Schmelztemperatur der TPU von der ersten zur nächst höheren, gedruckten Schicht abnimmt. So kann die jeweils nächste Schicht mit geringerer Temperatur laminiert werden, ohne dass die darunter liegende Schicht wieder aufgeschmolzen wird.As an alternative to the use of post-crosslinking pastes, multilayer printing also makes it possible to use pastes in which the melting temperature of the TPU decreases from the first to the next printed layer. Thus, the next layer can be laminated at a lower temperature without the underlying layer being melted again.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Paste einen zusätzlichen Binder. Dieser dient insbesondere der Verbesserung der Filmbildungseigenschaften. Bevorzugt ist der zusätzliche Binder eine Polymerdispersion, die bevorzugt molekular ist. Ein bevorzugter Binder ist beispielsweise eine Polyurethandispersion. Diese bildet beim Trocknen der Paste einen Film und verbindet das in der Paste enthaltene TPU-Pulver noch besser miteinander. Ein erfindungsgemäß geeigneter Binder ist beispielsweise Emuldur® DS2360 der Fa. BASF (Ludwigshafen). Emuldur® DS2360 ist eine anionische, wässrige Polyurethan-Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 39–41 Gew.-%. Solche Binder unterscheiden sich von den thermoplastischen Polyurethanpartikeln der Pasten dadurch, dass die Polyurethane im Wesentlichen in molekular dispergierter Form und nicht in Partikelform vorliegen.In a preferred embodiment, the paste contains an additional binder. This serves in particular to improve the film-forming properties. Preferably, the additional binder is a polymer dispersion, which is preferably molecular. A preferred binder is, for example, a polyurethane dispersion. This forms a film during drying of the paste and combines the TPU powder contained in the paste even better together. A suitable binder according to the invention is, for example Emuldur ® DS2360 Fa. BASF (Ludwigshafen, Germany). Emuldur ® DS2360 is an anionic aqueous polyurethane dispersion having a solids content of 39-41 wt .-%. Such binders differ from the thermoplastic polyurethane particles of the pastes in that the polyurethanes are present substantially in molecularly dispersed form and not in particulate form.

Ein weiterer bevorzugter Binder ist beispielsweise die wässrige Dispersion eines Polymers auf Basis von Acrylsäureester und/oder Styrol. Ein erfindungsgemäß geeigneter Binder ist beispielsweise Acronal DS2337 (Firma BASF, Ludwigshafen). Acronal DS2337 ist eine wässrige Dispersion eines Polymers auf Basis Arcylsäureester und Styrol mit einem Feststoffgehalt von 54–56%.Another preferred binder is, for example, the aqueous dispersion of a polymer based on acrylic ester and / or styrene. A suitable binder according to the invention is, for example, Acronal DS2337 (BASF, Ludwigshafen). Acronal DS2337 is an aqueous dispersion of a polymer based on acrylic acid ester and styrene with a solids content of 54-56%.

Die Herstellung der Paste erfolgt bevorzugt, indem zunächst eine wässrige Lösung aus dem Verdicker bereitgestellt wird (Verdickerlösung). Vorzugsweise quillt dabei der Verdicker auf, während für eine ausreichende Zeit, beispielsweise 10 bis 30 Minuten, gerührt wird. Es wird eine geeignete Viskosität eingestellt, beispielsweise zwischen 1.500 und 20.000 mPas.The preparation of the paste is preferably carried out by first an aqueous solution is provided from the thickener (thickener solution). Preferably, the thickener swells while being stirred for a sufficient time, for example 10 to 30 minutes. A suitable viscosity is set, for example between 1,500 and 20,000 mPas.

Anschließend werden das thermoplastische Polyurethan und der Vernetzer hinzugefügt und durch Rühren zu einer homogenen Paste vermischt. Die Paste wird vorzugsweise entgast. Sofern ein pulverförmiger Vernetzer eingesetzt wird, so wird dieser bevorzugt zunächst mit dem PU-Pulver vermischt, um eine homogenere Verteilung zu erreichen.Subsequently, the thermoplastic polyurethane and the crosslinker are added and mixed by stirring to a homogeneous paste. The paste is preferably degassed. If a pulverulent crosslinker is used, it is preferably first mixed with the PU powder in order to achieve a more homogeneous distribution.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Paste einen pH-Wert von 6 bis 8,5, bevorzugt von 7 bis 7,5 auf. Der pH-Wert liegt in einer bevorzugten Ausführungsform etwa bei pH 7,0. Diese pH-Werte werden vorzugsweise auch eingestellt, wenn Antioxidantien enthalten sind. Durch die Einstellung des pH-Werts in diesem Bereich, durch Einsatz von Antioxidantien und durch Herstellung und Lagerung unter Luftausschluss können unerwünschte Veränderungen der Pasten vermieden werden.In one embodiment of the invention, the paste has a pH of from 6 to 8.5, preferably from 7 to 7.5. The pH is in a preferred embodiment at about pH 7.0. These pHs are also preferably adjusted when antioxidants are included. By adjusting the pH in this range, by using antioxidants and by producing and storing in the absence of air, undesirable changes in the pastes can be avoided.

Das erste Substrat ist ein festes Substrat und kann eine Schichtstruktur oder eine andere dreidimensionale Struktur aufweisen. Das Auftragen der Isolierpaste (b) erfolgt nach üblichen Methoden, wie drucken, streichen, sprühen, eintauchen des Substrats oder rollen. ”Flächig” bedeutet, dass ein Film oder eine Schicht entsteht. ”Teilbereiche der Oberfläche” bedeutet, dass auf der Oberfläche bei dem Auftragen Strukturen erzeugt werden können, wobei die Isolierpaste nur an konkreten Stellen aufgetragen wird und andere Teilbereiche ausgespart werden.The first substrate is a solid substrate and may have a layered structure or other three-dimensional structure. The application of the insulating paste (b) is carried out by conventional methods, such as printing, brushing, spraying, dipping the substrate or rolling. "Flat" means a movie or a layer arises. "Subregions of the surface" means that structures can be produced on the surface during application, the insulating paste being applied only in specific areas and other subregions being omitted.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das flächige Auftragen (b) bevorzugt durch Drucken. Maßgeblich für die Druckfähigkeit sind dabei die Partikelgröße und die von dem Anteil des Verdickers abhängige Viskosität der Paste. Durch das Druckverfahren lassen sich einfach und kostengünstig große Flächen mit einem reproduzierbaren Muster bedrucken. Im Anschluss an den Druckvorgang erfolgt die Trocknung der Paste beispielsweise in einem Durchlaufofen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Paste auf zumindest ein Material gedruckt und anschließend getrocknet und das mit der Paste bedruckte Material einer kombinierten Wärme- und Druckbehandlung unterzogen.In the method according to the invention, the two-dimensional application (b) is preferably carried out by printing. Decisive for the printability are the particle size and the dependent on the proportion of thickener viscosity of the paste. The printing process makes it possible to easily and inexpensively print large areas with a reproducible pattern. After the printing process, the paste is dried, for example, in a continuous furnace. In a preferred embodiment, the paste is printed on at least one material and then dried and subjected to the material printed with the paste of a combined heat and pressure treatment.

Erfindungsgemäß erfolgt das Verfestigen (c) der Isolierpaste durch Vernetzen. Das Verfestigen (c) kann in Verbindung mit Trocknen und/oder Erwärmen erfolgen. Das mit der Paste versehene Material kann vor, während oder nach dem Verfestigen (c) einer kombinierten Wärme- und Druckbehandlung unterzogen werden.According to the invention, solidification (c) of the insulating paste takes place by crosslinking. The solidification (c) may be in conjunction with drying and / or heating. The material provided with the paste may be subjected to a combined heat and pressure treatment before, during or after solidification (c).

In einer bevorzugten Ausführungsform werden die obere Isolierschicht und/oder das isolierte Material im Anschluss an die kombinierte Wärme- und Druckbehandlung thermisch verformt.In a preferred embodiment, the upper insulating layer and / or the insulated material are thermally deformed following the combined heat and pressure treatment.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Substrat in Schritt (a) mindestens eine Leiterbahn auf. Es kann sich dabei um bekannte Leiterbahnen und Strukturen handeln, wie Drähte oder Folien aus Metallen, beispielsweise aus Kupfer, Silber oder Gold, insbesondere Kupferdrähte und Folien, oder sonstige Metallbahnen, wie sie in elektronischen Bauteilen wie Leiterplatten, Platinen und Chips üblich sind. Das erste Substrat kann auch Halbleiterstrukturen aufweisen, beispielsweise auf der Basis von Silicium, Germanium und Gallium.In a preferred embodiment of the invention, the first substrate has at least one conductor track in step (a). These may be known printed conductors and structures, such as wires or foils of metals, for example of copper, silver or gold, in particular copper wires and foils, or other metal tracks, as are common in electronic components such as printed circuit boards, circuit boards and chips. The first substrate may also have semiconductor structures, for example based on silicon, germanium and gallium.

Der Vorteil der Drucktechnik ist durch die Einfachheit des Verfahrens gegeben, auch komplizierte Geometrien einfach herstellen und diese auch isolieren zu können. Ebenso ist diese Isolierung wie auch die so hergestellte Leiterbahn dehnbar sowie thermisch verformbar. Auf jede Isolierung können weitere aus Leiterbahnen bestehende Leiterstrukturen gedruckt werden, so dass ein mehrlagiges, dehnbares bzw. thermisch verformbares Leitersystem entsteht. Ein Leitersystem besteht folglich aus mehreren übereinander angeordneten und sich auch durchdringenden Ebenen von Leiterstrukturen, die durch Schichten von Isolierpaste voneinander elektrisch isoliert sind. Des Weiteren ist es denkbar, ein Leitersystem auf den beiden Hauptseiten von einer flächig ausgebildeten Lage, bestehend aus leitfähiger Paste nach außen hin elektrisch abzuschirmen. Diese Abschirmung ist ebenfalls jeweils durch eine Schicht Isolierpaste elektrisch von dem Leitersystem getrennt.The advantage of the printing technique is given by the simplicity of the process, even complex geometries easily produce and can also isolate them. Likewise, this insulation as well as the conductor track thus produced is stretchable and thermally deformable. For each insulation further conductor structures consisting of conductor tracks can be printed, so that a multi-layered, extensible or thermally deformable conductor system is produced. Consequently, a conductor system consists of several superimposed and also penetrating planes of conductor structures, which are electrically insulated from one another by layers of insulating paste. Furthermore, it is conceivable to electrically shield a conductor system on the two main sides of a flat layer, consisting of conductive paste to the outside. This shield is also electrically separated from the conductor system by a layer of insulating paste.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt vor Schritt (a) ein- Schritt (a1) Herstellen des ersten Substrats aus Schritt (a), indem unter Verwendung einer leitfähigen Paste mindestens eine Leiterbahn auf die Oberfläche eines zweiten Substrats gedruckt wird.In a preferred embodiment of the invention, prior to step (a), the first substrate of step (a) is prepared by printing at least one conductive line on the surface of a second substrate using a conductive paste.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt (a1) zum Drucken eine leitfähige Paste eingesetzt, enthaltend eine Dispersion eines Polyurethans und einen leitfähigen Füllstoff.In a preferred embodiment of the invention, a conductive paste containing a dispersion of a polyurethane and a conductive filler is used in step (a1) for printing.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren vor Schritt (a1) einen Schritt (a2) Herstellen des zweiten Substrats, indem eine Isolierschicht auf ein drittes Substrat gedruckt wird.In a preferred embodiment of the invention, prior to step (a1), the method comprises the step of (a2) producing the second substrate by printing an insulating layer on a third substrate.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden auf das in Schritt (c) erhaltene isolierte Material Leiterbahnen und gegebenenfalls eine weitere isolierte Schicht aufgetragen, die bevorzugt eine erfindungsgemäße Isolierschicht ist.In a preferred embodiment, conductor tracks and optionally a further insulated layer, which is preferably an insulating layer according to the invention, are applied to the isolated material obtained in step (c).

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Isolierpaste und die leitfähige Paste vernetzbar. Bevorzugt wird die Isolierpaste nach dem Drucken so vernetzt, dass eine Vernetzung der Leiterbahn oder der leitfähigen Paste mit der Isolierpaste erfolgt. Bei diesen Ausführungsformen ist es bevorzugt, wenn die miteinander zu vernetzenden Schichten Polymere enthalten, die freie Hydroxylgruppen aufweisen. Bevorzugt ist der Einsatz von Schichten oder Pasten mit Polyurethanen mit freien Hydroxylgruppen. Die Vernetzung, insbesondere der Isolierpaste, kann jedoch auch zu anderen Polymeren erfolgen, die an der Oberfläche freie Hydroxylgruppen aufweisen, wie Silikone oder sonstige hydrophile oder hydrophilierte Kunststoffe.In a preferred embodiment of the invention, the insulating paste and the conductive paste are crosslinkable. Preferably, the insulating paste is crosslinked after printing so that a cross-linking of the conductor track or the conductive paste is carried out with the insulating paste. In these embodiments, it is preferred that the layers to be crosslinked contain polymers having free hydroxyl groups. The use of layers or pastes with polyurethanes having free hydroxyl groups is preferred. However, the crosslinking, in particular the insulating paste, can also be carried out to other polymers which have free hydroxyl groups on the surface, such as silicones or other hydrophilic or hydrophilicized plastics.

Dabei enthalten die Isolierpaste und die leitfähige Paste vorzugsweise jeweils ein thermoplastisches Polyurethan mit freien Hydroxylgruppen und mindestens einen Vernetzer, der aus einem Polyisocyanat mit mindestens 2 Isocyanatgruppen und/oder einem Polyalkohol mit mindestens 2 Hydroxylgruppen ausgewählt ist.In this case, the insulating paste and the conductive paste preferably each contain a thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups and at least one crosslinker consisting of a polyisocyanate with at least 2 isocyanate groups and / or a polyhydric alcohol is selected with at least 2 hydroxyl groups.

Als leitfähige und druckfähige Paste können erfindungsgemäß nach dem Stand der Technik bekannte Pasten eingesetzt werden. Solche leitfähigen Pasten enthalten beispielsweise Polymere, Bindemittel, Verdicker und/oder Füllstoffe. Die Leitfähigkeit wird durch leitfähige Polymere, Metalle, Metallsalze, Metalloxide, Kohlenstoff in geeigneter Form, Fasern oder sonstige Zusätze bewirkt. Druckfähige Pasten sind beispielsweise aus EP 1 284 278 A2 , US 5 389 403 A oder DE 197 57 542 A2 bekannt.As a conductive and printable paste pastes known in the art can be used according to the invention. Such conductive pastes contain, for example, polymers, binders, thickeners and / or fillers. The conductivity is effected by conductive polymers, metals, metal salts, metal oxides, carbon in a suitable form, fibers or other additives. Printable pastes are for example off EP 1 284 278 A2 . US 5,389,403 A. or DE 197 57 542 A2 known.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, druck- und leitfähige Pasten einzusetzen, die in PCT/EP2008/007235 oder DE 102007042253 beschrieben werden. Diese Pasten zeichnen sich gegenüber bekannten Pasten unter anderem dadurch aus, dass sie sowohl flexibel als auch dehnbar sind. Auf die druck- und leitfähigen Pasten, die in diesen beiden Anmeldungen offenbart werden, wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Die darin beschriebenen druckfähigen und leitfähigen Pasten enthalten ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen leitfähigen Füllstoff, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser. Das thermoplastische Polyurethan bildet den Binder der Paste und ist sowohl dehnbar als auch thermisch verformbar. Somit ist die Paste auch nach dem Verarbeiten dehnbar und kann durch thermische Formgebungsprozesse umgeformt werden, wobei die Dehnbarkeit erhalten bleibt. Der leitfähige Füllstoff wird so beigemischt, dass sich die leitfähigen Partikel nach dem Verarbeiten berühren und so die Leitfähigkeit herstellen. Über den wasserlöslichen Verdicker wird die Viskosität der Paste bestimmt. Diese liegt erfindungsgemäß zwischen 8.000 und 150.000 mPas, bevorzugt zwischen 20.000 und 150.000 mPas, so dass die Paste durch ein Druckverfahren, vorzugsweise Sieb- oder Schablonendruck, auf ein Material aufgetragen werden kann.It is inventively preferred to use pressure and conductive pastes, which in PCT / EP2008 / 007235 or DE 102007042253 to be discribed. Among other things, these pastes are distinguished from known pastes in that they are both flexible and extensible. The printed and conductive pastes disclosed in these two applications are incorporated herein by reference. The printable and conductive pastes described therein contain a dispersible thermoplastic polyurethane, a conductive filler, a water-soluble thickener, and water. The thermoplastic polyurethane forms the binder of the paste and is both ductile and thermoformable. Thus, the paste is stretchable even after processing and can be formed by thermal forming processes, while maintaining the stretchability. The conductive filler is mixed in such a way that the conductive particles touch each other after processing, thus establishing the conductivity. The viscosity of the paste is determined via the water-soluble thickener. According to the invention, this is between 8,000 and 150,000 mPas, preferably between 20,000 and 150,000 mPas, so that the paste can be applied to a material by a printing process, preferably screen printing or stencil printing.

Erfindungsgemäß einsetzbare leitfähige Pasten können beispielsweise zwischen 2–40 Gew.-%, bevorzugt 4–25 Gew.-%, besonders bevorzugt 5–15 Gew.-% thermoplastisches Polyurethan enthalten. Der Anteil des leitfähigen Füllstoffes ist vorzugsweise 2–40 Gew.-%, insbesondere 15–40 Gew.-%, besonders bevorzugt 20–35 Gew.-%. Es sind vorzugsweise zwischen 1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 1,5–3 Gew.-%, Verdicker enthalten. Vorzugsweise sind 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 25% eines zusätzlichen Binders enthalten. Zusätzlich können 0 bis 30 Gew.-%, insbesondere 0,2 bis 15 Gew.-% oder 0,5 bis 10 Gew.-% Vernetzer enthalten sein. In der Trockensubstanz ergeben sich somit Anteile von 15 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 15 bis 40 Gew.-% thermoplastisches Polyurethan, 15 bis 85 Gew.-% leitfähiger Füllstoff und 0,5 bis 4,5 Gew.-% Verdicker.Conductive pastes which can be used according to the invention can contain, for example, between 2-40% by weight, preferably 4-25% by weight, particularly preferably 5-15% by weight of thermoplastic polyurethane. The proportion of the conductive filler is preferably 2-40 wt .-%, in particular 15-40 wt .-%, particularly preferably 20-35 wt .-%. It is preferably between 1 to 5 wt .-%, preferably 1.5-3 wt .-%, thickener included. Preferably, 0 to 30 wt .-%, in particular 0.5 to 25% of an additional binder. In addition, from 0 to 30% by weight, in particular from 0.2 to 15% by weight, or from 0.5 to 10% by weight, of crosslinking agent may be present. In the dry substance thus proportions of 15 to 80 wt .-%, preferably 15 to 40 wt .-% thermoplastic polyurethane, 15 to 85 wt .-% of conductive filler and 0.5 to 4.5 wt .-% thickener.

Der Flächenwiderstand der leitfähigen Paste nach Trocknung und Kalandrieren beträgt bevorzugt zwischen 0,05 bis 0,5 Ohm, wobei sich der Widerstand bei einer Dehnung der Paste um 20% je nach Zusammensetzung um den Faktor 10 bis 1000 erhöht. Dabei ist der Widerstand umso geringer, je höher der Anteil des leitfähigen Füllstoffs ist.The sheet resistance of the conductive paste after drying and calendering is preferably between 0.05 to 0.5 ohms, wherein the resistance increases by a factor of 10 to 1000 when the paste is stretched by 20%, depending on the composition. In this case, the higher the proportion of the conductive filler, the lower the resistance.

Die Paste kann zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit Hilfsstoffe wie Feuchthaltemittel, rheologische Additive und Entschäumer enthalten. Bevorzugte Entschäumer sind silikonfrei (Marke BYK-A-535, BYK-Chemie).The paste may contain adjuvants such as humectants, rheological additives and defoamers to improve processability. Preferred defoamers are silicone-free (BYK-A-535, BYK-Chemie).

Der Verdicker der leiffähigen Paste ist bevorzugt ausgewählt wie oben für die Isolierpaste beschrieben. Er kann beispielsweise entsprechende Cellulose-Derivate, ein Diurethan oder ein nicht thermoplastisches Polyurethan enthalten.The thickener of the conductive paste is preferably selected as described above for the insulating paste. It may contain, for example, corresponding cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane.

Die thermoplastischen Polyurethane (PU) der leitfähigen Paste und deren Eigenschaften, wie Schmelzpunkt und Partikelgröße, können so ausgewählt werden wie oben für die Isolatorpaste beschrieben.The thermoplastic polyurethanes (PU) of the conductive paste and their properties, such as melting point and particle size, can be selected as described above for the isolator paste.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist in der leitfähigen Paste ein Vernetzer enthalten oder ein Vernetzer wird vor oder während der Verarbeitung der Paste zugesetzt. Das Polyurethan enthält in dieser Ausführungsform vernetzbare Hydroxylgruppen. Es ist beispielsweise ein Polyurethan, das eine niedrige Kennzahl, beispielsweise < 99, < 98, oder < 95, insbesondere > 80, oder von 80–98, aufweist (Kennzahl = n(NCO)/n(OH)·100). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Polyurethane in vernetzten Pasten einen Schmelzpunkt unterhalb 120°C, insbesondere unterhalb 110°C auf. Der Schmelzpunkt liegt dann beispielsweise zwischen 80 und 120°C oder 90 und 110°C. Der Vernetzer ist eine Verbindung, die Hydroxylgruppen verknüpfen kann, vorzugsweise ein Diisocyanat oder Polyisocanat oder ein Dialkohol oder Polyalkohol. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Vernetzer ein blockiertes Isocyanat, das erst oberhalb einer definierten Temperatur, beispielsweise 70–100°C, vernetzend wirkt.In one embodiment of the invention, a crosslinker is included in the conductive paste, or a crosslinker is added to the paste before or during processing. The polyurethane in this embodiment contains crosslinkable hydroxyl groups. It is, for example, a polyurethane which has a low characteristic number, for example <99, <98, or <95, in particular> 80, or of 80-98 (characteristic number = n (NCO) / n (OH) x 100). In a preferred embodiment of the invention, the polyurethanes in crosslinked pastes have a melting point below 120 ° C., in particular below 110 ° C. The melting point is then for example between 80 and 120 ° C or 90 and 110 ° C. The crosslinker is a compound capable of linking hydroxyl groups, preferably a diisocyanate or polyisocyanate or a dialcohol or polyhydric alcohol. In a preferred embodiment of the invention, the crosslinker is a blocked isocyanate, which has a crosslinking effect only above a defined temperature, for example 70-100 ° C.

Der leitfähige Füllstoff wird vorzugsweise ausgewählt wie in PCT/EP2008/007235 oder DE 102007042253 offenbart. Der leitfähige Füllstoff ist dann insbesondere ausgewählt aus metallischen Partikeln, Carbon-Nanotubes, niedrigschmelzenden Legierungen und/oder Kupferflakes. The conductive filler is preferably selected as in PCT / EP2008 / 007235 or DE 102007042253 disclosed. The conductive filler is then in particular selected from metallic particles, carbon nanotubes, low-melting alloys and / or copper flakes.

Der leitfähige Füllstoff kann aus metallischen Partikeln, bevorzugt kupfer- und/oder silberbasierend, bestehen. Derartige metallbasierte Partikel weisen eine besonders gute Leitfähigkeit auf. Silberbasierte Partikel sind darüber hinaus korrosionsbeständig. Die Partikel können kugelförmig, faserförmig oder flächig ausgebildet sein. Der Vorteil der flächigen Füllstoffe liegt darin, dass sich diese nach einer Druckbehandlung parallel zueinander ausrichten und überlappen. Daraus ergibt sich ein besonders geringer Flächenwiderstand. Kugelförmige Partikel lassen sich besonders gut dispergieren. Mit ”metallischen” Partikeln werden Teilchen bezeichnet, die weitgehend oder vollständig aus Metall bestehen, d. h. zu mehr als 95%, > 99% oder zu 100%.The conductive filler may consist of metallic particles, preferably copper- and / or silver-based. Such metal-based particles have a particularly good conductivity. Silver-based particles are also corrosion resistant. The particles may be spherical, fibrous or flat. The advantage of the planar fillers is that they align themselves parallel to each other after a pressure treatment and overlap. This results in a particularly low sheet resistance. Spherical particles are particularly easy to disperse. By "metallic" particles are meant particles which are largely or wholly metal, i. H. to more than 95%,> 99% or 100%.

Der leitfähige Füllstoff kann Kupferflakes umfassen. Kupferflakes sind flache Partikel. Sie können bei einer kombinierten Druck- und Wärmebehandlung parallel ausgerichtet werden. Sie können dann auch einander überlappen und so einen geringen Flächenwiderstand aufweisen. Die einsetzbaren Kupferflakes weisen beispielsweise mittlere Durchmesser von 5 bis 100 μm, insbesondere 20 bis 60 μm und Höhen von 0,2 bis 10 μm, insbesondere 0,5 bis 8 μm auf. Die Kupferflakes sind vorzugsweise mit einem Edelmetall, insbesondere Silber, beschichtet. Der Anteil der Beschichtung beträgt vorzugsweise 1 bis 25, insbesondere 5 bis 20 Gew.-%. Geeignete Kupferflakes sind beispielsweise unter der Markenbezeichnung Conduct-O-Fil SC230F9.5 (Potters Industries Inc.) erhältlich. Dabei handelt es sich um flache Kupfer-Plättchen mit einem mittleren Durchmesser von ca. 40 μm und einer Höhe von ca. 1–5 μm. Sie sind mit einem Gewichtsanteil von ca. 9–10 Gew.-% versilbert.The conductive filler may comprise copper flakes. Copper flakes are flat particles. They can be aligned in parallel in a combined pressure and heat treatment. You can then overlap each other and thus have a low sheet resistance. The usable copper flakes have, for example, average diameters of 5 to 100 μm, in particular 20 to 60 μm, and heights of 0.2 to 10 μm, in particular 0.5 to 8 μm. The copper flakes are preferably coated with a noble metal, in particular silver. The proportion of the coating is preferably 1 to 25, in particular 5 to 20 wt .-%. Suitable copper flakes are available, for example, under the trade name Conduct-O-Fil SC230F9.5 (Potters Industries Inc.). These are flat copper plates with a mean diameter of approx. 40 μm and a height of approx. 1-5 μm. They are silvered with a weight fraction of about 9-10 wt .-%.

Der leitfähige Füllstoff kann Carbon-Nano-Tubes umfassen. Carbon-Nano-Tubes (CNT) sind röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff. Diese weisen einen Durchmesser von 1 bis 50 nm auf.The conductive filler may include carbon nanotubes. Carbon nanotubes (CNT) are tubular structures made of carbon. These have a diameter of 1 to 50 nm.

Der leitfähige Füllstoff kann eine niedrigschmelzende Legierung enthalten. Eine derartige Legierung ist beispielsweise eine Zinn-Bismut-Legierung. Derartige Legierungen schmelzen bei einer Wärme- und Druckbehandlung, beispielsweise beim Kalandrieren. Die Partikel aus der niedrigschmelzenden Legierung können mit anderen Partikeln, beispielsweise aus Silber oder Kupfer gemischt werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass die anderen Partikel durch die niedrigschmelzenden Partikel stoffschlüssig verbunden werden und sich so ein besonders niedriger Flächenwiderstand einstellt. Im Sinne der Erfindung bedeutet ”niedrigschmelzend”, dass die Legierung bei den Verarbeitungstemperaturen der Pasten schmelzen, insbesondere zwischen 100 und 220°C, zwischen 100 und 180°C oder zwischen 110 und 150°C.The conductive filler may include a low melting alloy. Such an alloy is, for example, a tin-bismuth alloy. Such alloys melt during a heat and pressure treatment, for example during calendering. The low melting alloy particles may be mixed with other particles, such as silver or copper. It is advantageous that the other particles are materially connected by the low-melting particles and thus sets a particularly low surface resistance. For the purposes of the invention, "low-melting" means that the alloy melts at the processing temperatures of the pastes, in particular between 100 and 220 ° C., between 100 and 180 ° C. or between 110 and 150 ° C.

Erfindungsgemäß einsetzbar ist auch eine leitfähige Paste, enthaltend ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen leitfähigen Füllstoff, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser, wobei das thermoplastische Polyurethan freie Hydroxylgruppen aufweist und die Paste einen Vernetzer enthält., wobei als Vernetzer ein Polyalkohol mit mindestens 2 oder mindestens 3 freien Hydroxylgruppen und ein Di- oder Polyisocyanat enthalten sind. Eine solche leitfähige Paste eignet sich besonders gut zur Vernetzung mit einer Isolatorpaste, die auch ein thermoplastisches Polyurethan mit freien Hydroxylgruppen aufweist.Also usable according to the invention is a conductive paste comprising a dispersible thermoplastic polyurethane, a conductive filler, a water-soluble thickener and water, wherein the thermoplastic polyurethane has free hydroxyl groups and the paste contains a crosslinker, wherein the crosslinker is a polyalcohol having at least 2 or at least 3 free hydroxyl groups and a di- or polyisocyanate are included. Such a conductive paste is particularly suitable for crosslinking with an isolator paste, which also has a thermoplastic polyurethane with free hydroxyl groups.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die leitfähige und/oder die Isolierpaste zusätzlich mindestens ein Antioxidans. Geeignet sind beispielsweise Ascorbinsäure oder Ascorbate wie Natriumascorbat, Glucose und Metallsalze, insbesondere reduzierende Salze wie Ammoniumeisen(II)-sulfat. Vorzugsweise wird bei der Herstellung der Paste zunächst eine wässrige Lösung der Antioxidantien in destilliertem Wasser hergestellt. Diese weist beispielsweise 0,2 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 1,5 bis 3 Gew.-% Antioxidantien auf.In a preferred embodiment of the invention, the conductive and / or the insulating paste additionally contain at least one antioxidant. Suitable examples are ascorbic acid or ascorbates such as sodium ascorbate, glucose and metal salts, in particular reducing salts such as ammonium iron (II) sulfate. Preferably, in the preparation of the paste, an aqueous solution of the antioxidants is first prepared in distilled water. This has, for example, 0.2 to 5 wt .-%, preferably 1.5 to 3 wt .-% antioxidants.

Die Herstellung der Isolierpaste und/oder der leitfähigen Paste erfolgt bevorzugt, indem zunächst eine wässrige Lösung aus dem Verdicker und gegebenenfalls dem Antioxidans bereitgestellt wird (Verdickerlösung). Vorzugsweise quillt dabei der Verdicker auf, während für eine ausreichende Zeit, beispielsweise 10 bis 30 Minuten, gerührt wird. Es wird eine geeignete Viskosität eingestellt, beispielsweise zwischen 1500 und 20000 mPas. Anschließend werden das thermoplastische Polyurethan, gegebenenfalls der leitfähige Füllstoff und gegebenenfalls der Vernetzer hinzugefügt und durch Rühren zu einer homogenen Paste vermischt. Die Paste wird vorzugsweise entgast. Sofern ein Vernetzer eingesetzt wird, so wird dieser bevorzugt zunächst mit dem PU-Pulver und/oder dem Füllstoff vermischt, um eine homogenere Verteilung zu erreichen.The preparation of the insulating paste and / or the conductive paste is preferably carried out by first an aqueous solution of the thickener and optionally the antioxidant is provided (thickener solution). Preferably, the thickener swells while being stirred for a sufficient time, for example 10 to 30 minutes. A suitable viscosity is set, for example between 1500 and 20,000 mPas. Subsequently, the thermoplastic polyurethane, optionally the conductive filler and optionally the crosslinker are added and mixed by stirring to a homogeneous paste. The paste is preferably degassed. If a crosslinker is used, it is preferably first mixed with the PU powder and / or the filler in order to achieve a more homogeneous distribution.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Isolierpaste und/oder die leitfähige Paste einen pH-Wert von 6 bis 8,5, bevorzugt von 7 bis 7,5 auf. Der pH-Wert liegt in einer bevorzugten Ausführungsform etwa bei pH 7,0. Diese pH-Werte werden vorzugsweise auch eingestellt, wenn Antioxidantien enthalten sind. Durch die Einstellung des pH-Werts in diesem Bereich, durch Einsatz von Antioxidantien und durch Herstellung und Lagerung unter Luftausschluss können unerwünschte Veränderungen der Pasten vermieden werden.In one embodiment of the invention, the insulating paste and / or the conductive paste has a pH of from 6 to 8.5, preferably from 7 to 7.5. The pH is approximately in a preferred embodiment at pH 7.0. These pHs are also preferably adjusted when antioxidants are included. By adjusting the pH in this range, by using antioxidants and by producing and storing in the absence of air, undesirable changes in the pastes can be avoided.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die leitfähige Paste mit den leitfähigen Partikeln in einer an die Trocknung anschließenden Wärme- und Druckbehandlung, vorzugsweise einem Kalandrieren, ausgesetzt. Dabei wird die Paste verfestigt, der Kontakt und die Haftung an dem Material verbessern sich und die leitfähigen Partikel werden ausgerichtet.In a preferred embodiment of the invention, the conductive paste is exposed to the conductive particles in a subsequent to the drying heat and pressure treatment, preferably a calendering. The paste is solidified, the contact and the adhesion to the material are improved and the conductive particles are aligned.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Material, dass mit der leitfähigen Paste versehen wurde, in einer thermischen Nachbehandlung gedehnt. Dafür eignet sich beispielsweise ein Tiefziehprozess. Dadurch wird eine Dehnung erreicht, d. h. die PU-Matrix erweicht unter Druck und Wärme und wird gestreckt. Nach dem Abkühlen behält sie die gedehnte Form bei. Die versilberten Kupferplättchen überlappen jedoch noch so weit, dass die elektrische Leitfähigkeit erhalten bleibt. Beim Tiefziehen wird die Ausrichtung der Plättchen nochmals verbessert, so dass auch bei einer Streckung bzw. Dehnung des Substrates noch genügend Plättchen überlappen.In a preferred embodiment of the invention, a material provided with the conductive paste is stretched in a thermal post-treatment. For example, a deep-drawing process is suitable for this. As a result, an elongation is achieved, d. H. The PU matrix softens under pressure and heat and is stretched. After cooling, it maintains the stretched shape. However, the silver-plated copper platelets still overlap so that the electrical conductivity is maintained. During deep drawing, the orientation of the platelets is further improved, so that even with a stretch or elongation of the substrate still enough platelets overlap.

Die Isolierpaste und/oder die leitfähige Paste kann mittels Sieb- oder Schablonendruck gedruckt werden. Je nach Wahl der Siebdruckgewebe sind große Schichtdicken der aufgedruckten Paste möglich. Das Material mit der aufgedruckten leitfähigen Paste kann im Anschluss an die kombinierte Wärme- und Druckbehandlung thermisch verformt werden. Ein Vorteil bei der Verwendung eines thermoplastischen Polyurethans liegt darin, dass derartige Pasten jederzeit durch Aufschmelzen des Polyurethans umgeformt werden können. Daher können auch die bereits mit der Paste versehenen Materialien später wiederholt umgeformt werden. Es können mehrere Materialien mit der Paste versehen und durch Druck- und Wärmebehandlung über die Paste stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Dadurch können Textilien leitfähig miteinander verbunden werden. Dies ist insbesondere bei Bekleidungsstücken vorteilhaft, da hier die leitfähige und auch stoffschlüssige Verbindung mehrerer Kleidungsabschnitte mit einfachen Mitteln möglich ist.The insulating paste and / or the conductive paste can be printed by screen or stencil printing. Depending on the choice of screen printing fabrics, large layer thicknesses of the printed paste are possible. The material with the printed conductive paste may be thermoformed following the combined heat and pressure treatment. An advantage of using a thermoplastic polyurethane is that such pastes can be reshaped at any time by melting the polyurethane. Therefore, the already provided with the paste materials can be repeatedly transformed later. Several materials can be provided with the paste and bonded together by pressure and heat treatment via the paste. As a result, textiles can be conductively connected to each other. This is particularly advantageous for garments, since here the conductive and cohesive connection of several clothing sections is possible with simple means.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein isoliertes Material, das durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhältlich ist. Das erfindungsgemäße Material enthält mindestens eine Isolierschicht, die aus der Isolierpaste hergestellt wurde. Zusätzlich können weitere Schichten in beliebiger Anordnung vorhanden sein. Die Isolierschicht kann auch auf ein festes Substrat aufgetragen sein, das keine Schichtstruktur aufweist. Weitere Schichten können beispielsweise Schirmungsschichten oder Stabilisierende Schichten sein. Geeignete Substrate sind beispielsweise Vliese, Folien oder sonstige flexible, dehnbare oder feste Substrate. Geeignete Folien sind beispielsweise Polyurethanfolien (Marke Epurex, Firma Bayer).The invention also provides an isolated material obtainable by a method according to the invention. The material according to the invention contains at least one insulating layer which has been produced from the insulating paste. In addition, further layers may be present in any arrangement. The insulating layer may also be applied to a solid substrate which has no layer structure. Further layers may be, for example, shielding layers or stabilizing layers. Suitable substrates are, for example, nonwovens, films or other flexible, stretchable or solid substrates. Suitable films are, for example, polyurethane films (trademark Epurex, Bayer).

Mit ”Schicht” wird jede flächige Struktur bezeichnet, ohne dass diese durch die seitliche Ausdehnung limitiert ist. Schichten, wie Isolierschichten und leitfähige Schichten, können beispielsweise in Form von Bahnen aufgetragen werden. Innerhalb einer Schicht kann eine Vielzahl von Bahnen vorliegen, beispielsweise in paralleler Anordnung oder in einer beliebigen sonstigen Struktur. Die Isolierschichten können inselförmig innerhalb einer Schicht vorliegen, beispielsweise als Kreise, die Kontaktpunkte von Leiterbahnen isolieren. In einer Ausführungsform der Erfindung wird mit der Isolierpaste nur ein Anteil einer Oberfläche eines Substrats oder Materials bedruckt, beispielsweise bis zu 80%, bis zu 50% oder bis zu 20%. Es kann jedoch auch ein Substrat vollständig oder weitgehend (zu mehr als 80 oder 90%) mit einer Isolierschicht versehen werden. Allgemein können innerhalb einer Schicht mehrere Teilbereiche vorliegen, die nicht miteinander in Verbindung stehen. Es ist grundsätzlich auch möglich dass eine Schicht Teilbereiche aufweist, die isolieren, und Teilbereiche, die leitfähig sind oder eine andere Funktion erfüllen. Solche komplexen Strukturen sind insbesondere in Druckverfahren auf einfache Weise herstellbar. Aussparungen der Isolierschicht in Teilbereichen können der Kontaktierung dienen, die dort frei liegenden Leiterstrukturen können als Kontaktierungsstellen verwendet werden."Layer" refers to any two-dimensional structure without being limited by the lateral extent. Layers, such as insulating layers and conductive layers, may for example be applied in the form of webs. Within a layer, there may be a multiplicity of paths, for example in a parallel arrangement or in any other structure. The insulating layers may be insular within a layer, for example, as circles that insulate contact points of traces. In one embodiment of the invention, only a fraction of a surface of a substrate or material is printed with the insulating paste, for example up to 80%, up to 50% or up to 20%. However, it is also possible to provide a substrate completely or substantially (more than 80 or 90%) with an insulating layer. In general, several subareas that are not connected to one another can exist within a layer. In principle, it is also possible for a layer to have subregions which insulate, and subregions which are conductive or fulfill another function. Such complex structures can be produced in a simple manner, in particular in printing processes. Recesses of the insulating layer in partial areas can serve for contacting, the conductor structures exposed there can be used as contacting points.

In einer Ausführungsform enthält das isolierte Material mindestens eine leitfähige Schicht und mindestens zwei Isolierschichten, wobei die leitfähige Schicht zwischen den Isolierschichten angeordnet ist. Das Material ist auf diese Weise vollständig isoliert.In one embodiment, the insulated material includes at least one conductive layer and at least two insulating layers, wherein the conductive layer is disposed between the insulating layers. The material is completely isolated in this way.

Besonders bevorzugt sind isolierte Materialien, die zwei äußere Isolierschichten und dazwischen angeordnete innere Leiterbahnen enthalten.Particularly preferred are insulated materials containing two outer insulating layers and interposed inner conductor tracks.

Die isolierende Beschichtung kann mit weiteren bekannten und geeigneten Materialien verbunden oder laminiert werden. Geeignet sind beispielsweise Materialien wie Platten, die zur Stabilisierung dienen. Es können auch zusätzlich Polymerfolien als isolierende Schichten hinzugefügt werden. Solche Polymerfolien auf der Basis von beispielsweise Polyurethanen sind bekannt.The insulating coating may be bonded or laminated with other known and suitable materials. Suitable examples are materials such as plates, which serve for stabilization. It In addition, polymer films may additionally be added as insulating layers. Such polymer films based on, for example, polyurethanes are known.

Eine Struktur eines erfindungsgemäßen isolierten Materials ist beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt. 1 zeigt in der Aufsicht ein erfindungsgemäßes Material mit Isolierschichten 1 und Leiterbahnen 2, 3, wobei die Isolierschichten 1 jeweils zwischen zwei Leiterbahnen 2, 3 angeordnet sind. Dabei kreuzen sich die Leiterbahnen 2, 3 und sind an den Kreuzungsstellen durch die Isolierschicht 1 voneinander getrennt. 2 zeigt im Querschnitt das Material gemäß 1 mit einem zusätzlichen unteren Substrat 4.A structure of an isolated material according to the invention is for example in the 1 and 2 shown. 1 shows in plan view of an inventive material with insulating layers 1 and tracks 2 . 3 , wherein the insulating layers 1 each between two tracks 2 . 3 are arranged. The interconnects intersect 2 . 3 and are at the intersections through the insulating layer 1 separated from each other. 2 shows in cross section the material according to 1 with an additional lower substrate 4 ,

3 zeigt im Querschnitt ein weiteres erfindungsgemäßes Material mit Isolierschichten 1, Leiterbahnen 2, äußeren Substraten 4 und zusätzlichen Abschirmungen 5. Für die Abschirmung ist eine leitfähige Paste flächig oder wenigstens engmaschig auf das Substrat aufgetragen und bewirkt so eine elektrische Abschirmung. 3 shows in cross-section another inventive material with insulating layers 1 , Tracks 2 , outer substrates 4 and additional shields 5 , For the shielding, a conductive paste is applied to the substrate in a flat or at least close meshed manner, thus providing electrical shielding.

Es kann beispielsweise eine nicht flexible Stabilisatorschicht, oder eine flexible Isolatorfolie zunächst mit Leiterstrukturen bedruckt werden und anschließend mit einer Isolierschicht bedruckt werden.For example, a non-flexible stabilizer layer or a flexible insulator film can first be printed with conductor structures and then printed with an insulating layer.

In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Material mindestens zwei thermoplastische Schichten auf, die eine unterschiedliche Schmelztemperatur aufweisen. Diese mindestens zwei Schichten können Isolierschichten oder leitfähige Schichten sein. Bevorzugt liegen dabei Schichten mit unterschiedlicher Schmelztemperatur unmittelbar übereinander und wurden durch Drucken aufgetragen. Die Schmelztemperaturen liegen bevorzugt um mindestens 10, 20, 30 oder 50°C auseinander. Dabei weist bevorzugt die jeweils untere Schicht, die zuerst gedruckt wurde, die höhere Schmelztemperatur auf. Bei solchen Laminaten kann eine thermische Nachbearbeitung bei einer Temperatur erfolgen, die unterhalb der Schmelztemperatur der oberen Schicht und oberhalb der Schmelztemperatur der unteren Schicht liegt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die obere zuletzt aufgetragene Schicht in einem thermischen Verfahren nachbearbeitet werden kann, ohne dass die darunter liegende Schicht verändert wird.In a particular embodiment of the invention, the material according to the invention has at least two thermoplastic layers which have a different melting temperature. These at least two layers may be insulating layers or conductive layers. Preferably, layers with different melting temperatures lie directly above one another and were applied by printing. The melting temperatures are preferably at least 10, 20, 30 or 50 ° C apart. In this case, preferably, the respective lower layer, which was printed first, the higher melting temperature. In such laminates, a thermal post-processing may be carried out at a temperature which is below the melting temperature of the upper layer and above the melting temperature of the lower layer. This embodiment has the advantage that the top last applied layer can be post-processed in a thermal process, without the underlying layer is changed.

Allgemein hat das Verfahren den Vorteil, dass auch komplizierte Geometrien von Isolierschichten auf einfache weise gedruckt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass es möglich ist, isolierte Materialien und Beschichtungen herzustellen, die dehnbar und thermisch verformbar sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Isolierschicht und die leitfähige Schicht so hergestellt werden können, dass sie sowohl dehnbar als auch thermisch verformbar sind. Auf diese Isolierschicht können weitere Leiterbahnen gedruckt werden, so dass ein mehrlagiges, dehnbares bzw. thermisch verformbares Leitungssystem entsteht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Paste ungiftig ist und auch beim Konfektionieren sowie im späteren Gebrauch keine gesundheitsschädlichen Stoffe austreten bzw. ausgasen können.In general, the method has the advantage that even complicated geometries of insulating layers can be printed in a simple manner. Another advantage is that it is possible to produce insulated materials and coatings that are stretchable and thermoformable. Another advantage is that the insulating layer and the conductive layer can be made to be both malleable and thermoformable. On this insulating layer further printed conductors can be printed, so that a multilayer, expandable or thermally deformable conduit system is formed. Another advantage is that the paste is non-toxic and can not escape or degas during manufacture and later use any harmful substances.

Der Durchschlagwiderstand des erfindungsgemäßen isolierten Materials oder einer isolierten Beschichtung ist vorzugsweise größer als 107 Ohm oder größer als 108 Ohm und insbesondere größer als 109 oder 1011 Ohm. Der Durchschlagswiderstand wird gemessen nach. Der elektrische Widerstand wird mit der Methode DIN IEC 93 oder nach der ISO 6722 gemessen. Bei beliebigem Schichtaufbau hat sich die Vier-Punkt-Methode bewährt, um Fehlmessungen durch Kontaktwiderstände zu vermeiden.The breakdown resistance of the isolated material or an insulated coating according to the invention is preferably greater than 10 7 ohms or greater than 10 8 ohms and in particular greater than 10 9 or 10 11 ohms. The breakdown resistance is measured after. The electrical resistance is measured using the method DIN IEC 93 or ISO 6722. With any layer structure, the four-point method has proven itself to avoid incorrect measurements due to contact resistance.

Die Dicke der Leit- bzw. Isolatorschicht im verfestigten Zustand ist bevorzugt kleiner als 5 mm oder kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner 0,7 mm und besonders bevorzugt kleiner 0,5 mm. Die Dicke kann größer als 0,02 oder 0,05 mm sein.The thickness of the conductive or insulator layer in the solidified state is preferably less than 5 mm or less than 1 mm, preferably less than 0.7 mm and particularly preferably less than 0.5 mm. The thickness can be greater than 0.02 or 0.05 mm.

In bevorzugten Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße isolierte Material ausgewählt aus einer Leiterplatte, einer Konsole, einem Stoff, einem Vliesstoff, einem Textil, einem Kleidungsstück, einem Heizelement, einer Wundauflage, einem Flachkabel und einem Möbelstück. Vorteilhafterweise ist das Substrat, auf das die Leitpaste und auch die Isolierpaste gedruckt sind, als dehnbarer Vliesstoff ausgebildet. Ein derartig mit der Isolierpaste bedruckter, mit einer elektrischen und isolierten Schaltung versehener dehnbarer Vliesstoff ist dehnbar und eignet sich daher insbesondere für Anwendungen, bei denen das Substrat flexibel und auch dehnbar sein soll. Des Weiteren kann der Vliesstoff auch wasserdampfdurchlässig ausgebildet sein. Bei einer entsprechend ausgebildeten Schaltung, hergestellt mit der Isolierpaste, mit nicht-bedruckten Bereichen, ist auch das mit einem Leitersystem versehene Substrat wasserdampfdurchlässig und eignet sich insbesondere für Kleidung. Es ist auch denkbar, die Isolierpaste auf eine dehnbare Folie aufzudrucken.In preferred embodiments, the insulated material according to the invention is selected from a printed circuit board, a console, a fabric, a nonwoven fabric, a textile, a garment, a heating element, a wound dressing, a flat cable and a piece of furniture. Advantageously, the substrate on which the conductive paste and also the insulating paste are printed, designed as a stretchable nonwoven fabric. Such a stretchable nonwoven fabric printed with the insulating paste and provided with an electrical and insulated circuit is stretchable and is therefore particularly suitable for applications in which the substrate should be flexible and also extensible. Furthermore, the nonwoven fabric can also be formed permeable to water vapor. In a suitably formed circuit, made with the insulating paste, with non-printed areas, the provided with a conductor system substrate is permeable to water vapor and is particularly suitable for clothing. It is also conceivable to print the insulating paste on a stretchable film.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer Isolierpaste zum Isolieren und/oder Abschirmen von Materialien gegen elektrischen Strom. Bevorzugt ist eine Abschirmung (EMV-Schutz), beispielsweise durch mehrlagigen Aufbau aus Kombinationen von Leitpasten- und Isolierpasten. The invention also provides the use of an insulating paste for insulating and / or shielding materials against electrical current. Preference is given to shielding (EMC protection), for example by multilayer construction of combinations of conductive paste and insulating pastes.

Die Materialien eigenen sich insbesondere zur Isolation von Leiterbahnen von flexiblen und/oder dehnbaren Elektronikbauteilen. Auf diese Weise wird auch der Schutz des Leiters gegen äußere mechanische, chemische oder sonstige Beeinträchtigungen gewährleistet. So kann eine Isolierschicht auf Textilien die Waschbarkeit bewirken.The materials are particularly suitable for the insulation of printed conductors of flexible and / or stretchable electronic components. In this way, the protection of the conductor against external mechanical, chemical or other impairments is ensured. Thus, an insulating layer on textiles can cause washability.

Flexible oder dehnbare Leiterbahnen, auch mehrlagig, sind auch für den Automobilinnenraum, beispielsweise Konsolen, geeignet. Eine weitere bevorzugte Anwendung ist die Isolation von Leiterbahnen für den Schuhinnenbereich für die Drucksensorik. Erfindungsgemäß isolierte Materialien, insbesondere solche mit Leiterbahnen, eignen sich auch für textile und medizinische Produkte wie Kompressionsstrümpfe, Heizdecken, Wundauflagen, EKG Zubehör. Die Erfindung betrifft auch Heizelemente allgemein, z. B. für Sitzheizungen, beispielsweise im Automotiv-Bereich.Flexible or stretchable interconnects, even multi-layered, are also suitable for the automotive interior, such as consoles. Another preferred application is the insulation of printed circuit traces for the shoe inner region for the pressure sensor system. Insulated materials according to the invention, in particular those with printed conductors, are also suitable for textile and medical products such as compression stockings, electric blankets, wound dressings, ECG accessories. The invention also relates to heating elements in general, for. B. for seat heaters, for example in the automotive sector.

Mit der Isolierpaste beschichtete Materialien eignen sich insbesondere für Automotive-Anwendungen, beispielsweise Armaturenbretter und Dachhimmel die eine dreidimensionale, gebogene Geometrie aufweisen, wobei das mit der Paste versehene Material thermisch verformt wird und die Gestalt des Materials annimmt. Des Weiteren eignet sich die Isolierpaste zur Verwendung in Kleidung, insbesondere Funktionskleidung mit integrierten elektronischen Komponenten. Hier isoliert die Paste flexible Leiterbahnen auf der Kleidung. Ein weiteres Einsatzgebiet sind funktionale Beschichtungen von Aggregaten und Rohrleitungen, beispielsweise die Isolierung einer antistatischen Ausrüstung.Materials coated with the insulating paste are particularly useful in automotive applications such as dashboards and headliners having a three-dimensional, arcuate geometry, wherein the material provided with the paste is thermally deformed and takes on the shape of the material. Furthermore, the insulating paste is suitable for use in clothing, in particular functional clothing with integrated electronic components. Here the paste isolates flexible tracks on the clothing. Another field of application is the functional coating of aggregates and pipelines, for example the isolation of antistatic equipment.

Die Verwendung der Isolierpaste ist insbesondere vorteilhaft, weil das zu bedruckende Substrat, beispielsweise ein Vliesstoff, nicht notwendig elektrisch isolierend ist und es insbesondere im Bereich von Poren, die bedruckt werden, zu Kurzschlüssen kommen kann. Übliche isolierende Substrate wie Folien sind nicht durchlässig für Wasserdampf, was die Verwendbarkeit für Kleidung einschränkt. Die Isolierpaste kann so aufgetragen werden, dass wasserdampfdurchlässige Zwischenräume verbleiben.The use of the insulating paste is particularly advantageous because the substrate to be printed, for example a nonwoven fabric, is not necessarily electrically insulating and, in particular in the region of pores that are printed, can lead to short circuits. Common insulating substrates such as films are not permeable to water vapor, which limits the utility of clothing. The insulating paste can be applied so that water vapor permeable spaces remain.

Kurzbeschreibung der Abbildungen:Brief description of the pictures:

1 zeigt in der Aufsicht ein Material mit Isolierschichten 1 und Leiterbahnen 2, 3, wobei die Isolierschichten wenigstens an den Kreuzungsstellen jeweils zwischen zwei Leiterbahnen 2, 3 angeordnet sind. 1 shows in supervision a material with insulating layers 1 and tracks 2 . 3 , wherein the insulating layers at least at the intersection points in each case between two conductor tracks 2 . 3 are arranged.

2 zeigt im Querschnitt ein Material gemäß 1, das zusätzlich ein unteres Substrat 4 aufweist. 2 shows in cross section a material according to 1 which additionally has a lower substrate 4 having.

3 zeigt im Querschnitt ein Material mit Isolierschichten 1, Leiterbahnen 2, äußeren Substraten 4 und zusätzlichen Schirmungen 5. 3 shows in cross section a material with insulating layers 1 , Tracks 2 , outer substrates 4 and additional shieldings 5 ,

Ausführungsbeispieleembodiments

Beispiel 1: Herstellung einer LeitpasteExample 1: Preparation of a conductive paste

Als Polyurethan wird ein nicht ionisches, thermoplastisches, nicht vernetztes, OH-terminiertes Polyurethan eingesetzt. Dieses wird aus Ethylenglykol-Adipinsäure-Polyesterpolyol und Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat unter Zusatz der Kettenverlängerer Butandiol und Hexandiol hergestellt. Die Kennzahl, die das Verhältnis von Isocyanatgruppen zu Hydroxylgruppen im Polymer beschreibt, liegt unter 100. Das TPU hat einen Schmelzpunkt von ca. 135°C und wird als feines Pulver eingesetzt. Zur Herstellung der Paste wird unter Rühren eine wässrige Lösung aus dem Verdicker Methylcellulose (Metylan Normal®, Henkel) hergestellt. Dabei quillt der Verdicker unter Rühren weitere 20 Minuten. Die wässrige Lösung weist je nach Konzentration des Verdickers eine Viskosität zwischen 1.500 und 20.000 mPas auf. In die Lösung werden das TPU-Pulver sowie der leitfähige Füllstoff eingerührt, unter weiterem Rühren zu einer homogenen Paste verarbeitet und anschließend unter Vakuum entgast. Bei Verwendung eines Vernetzers wird dieser mit dem PU-Pulver und/oder dem Füllstoff zusammen eingewogen und vermischt. Bei Verwendung von Antioxidantien wird zunächst mit voll entsalztem Wasser eine ca. 2,8%ige Lösung mit einem pH-Wert von 7,0 hergestellt, in die der Verdicker eingerührt wird.The polyurethane used is a nonionic, thermoplastic, non-crosslinked, OH-terminated polyurethane. This is prepared from ethylene glycol-adipic acid-polyester polyol and diphenylmethane-4,4'-diisocyanate with the addition of the chain extenders butanediol and hexanediol. The index, which describes the ratio of isocyanate groups to hydroxyl groups in the polymer, is less than 100. The TPU has a melting point of about 135 ° C and is used as a fine powder. To prepare the paste, an aqueous solution of the thickener methylcellulose (Metylan Normal® , Henkel) is prepared with stirring. The thickener swells with stirring for another 20 minutes. Depending on the concentration of the thickener, the aqueous solution has a viscosity of between 1,500 and 20,000 mPas. In the solution, the TPU powder and the conductive filler are stirred, processed with further stirring to a homogeneous paste and then degassed under vacuum. When using a crosslinker, this is weighed together with the PU powder and / or the filler and mixed. When using antioxidants, an approximately 2.8% solution with a pH of 7.0 is first prepared with demineralized water, into which the thickener is stirred.

Ein erstes Beispiel einer Leitpaste enthält 60 Gew.-% einer Lösung bestehend aus 1,5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in Wasser, 32 Gew.-% eines leitfähigen Füllstoffs, in dieser Ausführung silberbeschichtete Kupferflakes (Conduct-O-Fil, SC230F9.5 der Fa. Potters Industries Inc.) und 8 Gew.-% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm.A first example of a conductive paste contains 60 wt .-% of a solution consisting of 1.5% Metylan ® Normal (Henkel KGaA) in water, 32 wt .-% of a conductive filler, in this embodiment silver-coated copper flakes (Conduct-O-Fil, SC230F9.5 from Potters Industries Inc.) and 8% by weight of a thermoplastic polyurethane having a particle size of less than 120 μm.

Die Paste weist eine Viskosität von 56.000 mPas auf und kann beispielsweise mittels Siebdruck auf ein Material gedruckt werden. Nach Trocknung in einem Ofen und Nachbehandlung in einem Heizkalander weist die Paste als getrockneter Feststoff einen Flächenwiderstand von 0,19 Ohm auf.The paste has a viscosity of 56,000 mPas and can be printed on a material, for example by screen printing. After drying in an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a sheet resistance of 0.19 ohms as the dried solid.

Beispiel 2: Herstellung einer LeitpasteExample 2: Preparation of a conductive paste

Es wurde eine Paste gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei folgende unterschiedliche Bedingungen eingestellt wurden. Die Paste enthält 70 Gew.-% einer Lösung bestehend aus 2,1% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in Wasser, 24 Gew.-% eines leitfähigen Füllstoffs, in dieser Ausführung silberbeschichtete Kupferflakes, und 6 Gew.-% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm.A paste was prepared according to Example 1, with the following different conditions were set. The paste contains 70 wt .-% of a solution consisting of 2.1% Metylan ® Normal (Henkel KGaA) a thermoplastic polyurethane in water, 24 wt .-% of a conductive filler, silver-coated copper flakes, in this embodiment, and 6 wt .-% with a particle size less than 120 microns.

Die Paste weist eine Viskosität von 50.200 mPas auf und kann beispielsweise mittels Siebdruck auf ein Material gedruckt werden. Nach Trocknung in einem Ofen und Nachbehandlung in einem Heizkalander weist die Paste als getrockneter Feststoff einen Flächenwiderstand von 0,44 Ohm auf.The paste has a viscosity of 50,200 mPas and can be printed on a material, for example by screen printing. After drying in an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a sheet resistance of 0.44 ohms as the dried solid.

Beispiel 3: Herstellung einer LeitpasteExample 3: Preparation of a conductive paste

Es wurde eine Paste gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei folgende unterschiedliche Bedingungen eingestellt wurden. Die Paste enthält 60 Gew.-% einer Lösung bestehend aus 2,5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in Wasser, 32 Gew.-% eines leitfähigen Füllstoffs, in dieser Ausführung Kupferflakes, und 8 Gew.-% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm.A paste was prepared according to Example 1, with the following different conditions were set. The paste contains 60 wt .-% of a solution consisting of 2.5% Metylan ® Normal (Henkel KGaA) in water, 32 wt .-% of a conductive filler, in this embodiment, copper flakes, and 8 wt .-% of a thermoplastic polyurethane with a particle size less than 120 microns.

Die Paste weist eine Viskosität von 125.000 mPas auf und kann beispielsweise mittels Schablonendruck auf ein Material gedruckt werden. Nach Trocknung in einem Ofen und Nachbehandlung in einem Heizkalander weist die Paste als getrockneter Feststoff einen Flächenwiderstand von 0,39 Ohm auf.The paste has a viscosity of 125,000 mPas and can be printed on a material, for example by means of stencil printing. After drying in an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a sheet resistance of 0.39 ohms as the dried solid.

In den Beispielen 1 bis 3 ergibt sich eine Dehnbarkeit der getrockneten und kalandrierten Paste bis 25%. Die Dehnbarkeit der Paste wird vorwiegend durch die starke Zunahme des Widerstands limitiert.In Examples 1 to 3, a distensibility of the dried and calendered paste results to 25%. The extensibility of the paste is limited primarily by the large increase in resistance.

Beispiel 4: Herstellung von PolyurethanenExample 4: Preparation of polyurethanes

Es wurden verschiedene geeignete Polyurethane hergestellt. Die Tabelle 1 zeigt eine Übersicht der verwendeten Komponenten. Durch die Auswahl der Komponenten kann der Schmelzbereich variiert werden. Für die Herstellung erfindungsgemäß einsetzbarer Polyurethane können auch weitere, nicht im Einzelnen aufgeführte, di- oder mehrfunktionelle kurz- bzw. langkettige Alkohole, Amine und Thiole, sowie di- bzw. höherfunktionelle Isocyanate verwendet werden. Tabelle 1: Herstellung von TPUs Bezeichnung Isocyanat Polyol(e) Kettenverlängerer (Molverh.) Schmelzbereich PU1 MDI D2028 B/H 80:20 PU2 MDI D2000 B/H 80:20 130–135 PU3 MDI D2000 B/H 80:20 150–155 PU4 MDI D2000 B/H/D 80:10:10 130 PU5 MDI D2001 KS B/H 75:25 ab 145 PU6 MDI DG200 B/H/N 80:10:10 ab 135 PU7 MDI C200 keiner 205 PU8 MDI T2000 B/H/N 80:10:10 165 PU9 MDI DG200 B/H 75:25 165 PU10 HDI C2200 B/H 50:50 112–117 PU11 HDI C2200/D2028 2,3-B/H 58:42 100–105 PU12 HDI C2200/D2028 1,4-B/2,3-B/H 29:29:42 95–100 PU13 HDI D C2201 2,3-B/H 58:42 100–105 PU14 HDI D C2201 1,4-B/2,3-B/H 29:29:42 95–100 PU15 HDI D C2201 B/H/N 80:10:10 ab 135 Various suitable polyurethanes were prepared. Table 1 shows an overview of the components used. By selecting the components, the melting range can be varied. For the production of polyurethanes which can be used according to the invention, it is also possible to use further, not specifically listed, difunctional or polyfunctional short- or long-chain alcohols, amines and thiols, and di- or higher-functional isocyanates. Table 1: Production of TPUs description isocyanate Polyol (s) Chain extender (Molverh.) melting range PU1 MDI D2028 B / H 80:20 PU2 MDI D2000 B / H 80:20 130-135 PU3 MDI D2000 B / H 80:20 150-155 PU4 MDI D2000 B / H / D 80:10:10 130 PU5 MDI D2001 KS B / H 75:25 from 145 PU6 MDI DG200 B / H / N 80:10:10 from 135 PU7 MDI C200 none 205 PU8 MDI T2000 B / H / N 80:10:10 165 PU9 MDI DG200 B / H 75:25 165 PU10 HDI C2200 B / H 50:50 112-117 PU11 HDI C2200 / D2028 2,3-B / H 58:42 100-105 PU12 HDI C2200 / D2028 1,4-B / 2,3-B / H 29:29:42 95-100 PU13 HDI D C2201 2,3-B / H 58:42 100-105 PU14 HDI D C2201 1,4-B / 2,3-B / H 29:29:42 95-100 PU15 HDI D C2201 B / H / N 80:10:10 from 135

Abkürzungen:Abbreviations:

Basis-Polyole:Based polyols:

  • D:D:
    DesmophenTM (Polyole von Bayer)Desmophen TM (polyols from Bayer)
    D2000:D2000:
    Polyethylenadipatdiol (Mw: 2000)Polyethylene adipate diol (Mw: 2000)
    D2001 KS:D2001 KS:
    Polyethylen/Polybutylenadipatdiol (Mw: 2000)Polyethylene / polybutylene adipate diol (Mw: 2000)
    D2028:D2028:
    Neopentylglykol-Adipat (Mw: 2000)Neopentyl glycol adipate (Mw: 2000)
    D C2201:D C2201:
    Polycarbonatpolyol (Mw.: 2000)Polycarbonate polyol (Mw .: 2000)
    C:C:
    CapaTM (Polycaprolacton-Polyole von Solvay)Capa (Polycaprolactone Polyols from Solvay)
    C200:C200:
    Polycaprolacton (Mw: 535)Polycaprolactone (Mw: 535)
    C2200:C2200:
    Polycaprolacton (Mw: 2000)Polycaprolactone (Mw: 2000)
    DG:DG:
    DiexterTM G (Polyole von Coim)Diexter TM G (polyols from Coim)
    DG200:DG200:
    gesättigtes Polyesteroladipat:saturated polyester oladipate:
    T:T:
    TerathaneTM (Polyetherpolyol von Invista)Terathane (Invista's polyether polyol)
    T2000:T2000:
    Polytetramethylenetherglycol.Polytetramethylene.

Kettenverl.:Chain extenders .:

  • B:B:
    Butandiol (1,4-B: 1,4 Butandiol)Butanediol (1,4-B: 1,4 butanediol)
    H:H:
    1,6-Hexandiol1,6-hexanediol
    D:D:
    Diethylenglykol (3-Oxapentan-l,5-diol)Diethylene glycol (3-oxapentane-l, 5-diol)
    N:N:
    Neopentylglykol (2,2-Dimethyl-1,3-propandiol).Neopentyl glycol (2,2-dimethyl-1,3-propanediol).

Isocyanate:isocyanates:

  • MDI:MDI:
    Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (Methylendi-(phenylisocyanat))Diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (methylenedi (phenyl isocyanate))
    HDI:HDI:
    1,6-Hexamethylendiisocyanat.1,6-hexamethylene diisocyanate.

Die aliphatischen Polyurethane PU10, bis PU15 eignen sich besonders zur Herstellung von Pasten mit tiefem Schmelzbereich. Sie sind lichtecht und nicht vergilbend und daher unter anderem für Anwendungen im Sichtbereich geeignet. Die Polyurethane PU1 bis PU9 sind aromatische Polymere. Tabelle 2: Beispielrezepturen von Leitpasten Beispiel Basispaste Gew.-% Basispaste Gew.-% Leitpulver Gew.-% TPU Viskosität mPas 1 Metylan, 1,5%ig in Wasser 60 32 8 56.000 2 Metylan, 2,1%ig in Wasser 70 24 6 50.200 3 Metylan, 2,5%ig in Wasser 60 32 8 125.000 The aliphatic polyurethanes PU10 to PU15 are particularly suitable for the production of pastes with a deep melting range. They are lightfast and non-yellowing and therefore suitable for applications in the field of vision. The polyurethanes PU1 to PU9 are aromatic polymers. Table 2: Example formulations of conductive pastes example base paste Wt .-% base paste % By weight of conductive powder Wt% TPU Viscosity mPas 1 Metylan, 1.5% in water 60 32 8th 56,000 2 Metylan, 2.1% in water 70 24 6 50,200 3 Metylan, 2.5% in water 60 32 8th 125000

Beispiele 5–7: Herstellung von IsolierpastenExamples 5-7: Preparation of insulating pastes

Es wurden Pasten gemäß den Beispielen 1–3 hergestellt, wobei der Anteil an Leitpulver durch gleiche Anteile an TPU-Pulver ersetzt wurde.Pastes were prepared according to Examples 1-3, wherein the proportion of conductive powder was replaced by equal amounts of TPU powder.

Beispielrezepturen sind in Tab. 3 aufgeführt. Tabelle 3: Beispielrezepturen von Isolierpasten Beispiel Basispaste Gew.-% Basispaste Gew.-% TPU Viskosität mPas 5 Metylan, 1,5%ig in Wasser 60 40 56.000 6 Metylan, 2,1%ig in Wasser 70 30 50.200 7 Metylan, 2,5%ig in Wasser 60 40 125.000 Example formulations are listed in Tab. 3. Table 3: Example formulations of insulating pastes example base paste Wt .-% base paste Wt% TPU Viscosity mPas 5 Metylan, 1.5% in water 60 40 56,000 6 Metylan, 2.1% in water 70 30 50,200 7 Metylan, 2.5% in water 60 40 125000

Beispiele 8–10: Herstellung von nachvernetzenden LeitpastenExamples 8-10: Preparation of postcrosslinking conductive pastes

Gemäß den Beispielen 1–3 werden Leitpasten hergestellt, wobei mit dem TPU-Pulver zusätzlich Di-TMP-Pulver (Di-Trimetylolpropan) und MDI-Pulver (Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat) hinzugegeben wird. Das nicht vernetzte TPU der reaktiven Paste hat hierbei OH-Endgruppen und kann einen Schmelzpunkt von ca. 110°C bis ca. 160°C haben. Die Zusammensetzungen sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 4: Beispielrezepturen von nachvernetzenden Leitpasten Beispiel Basispaste Gew.-% Basispaste Gew.-% Leitpulv. Gew.-% TPU Gew.-% Di-TMP Gew.-% MDI Viskosität mPas 8 Metylan, 1,5%ig in Wasser 58,6 32 7,72 0,08 0,2 56.000 9 Metylan, 2,1%ig in Wasser 67,9 24 5,58 0,12 0,3 50.200 10 Metylan, 2,5%ig in Wasser 54,4 32 6,88 0,32 0,8 125.000 In accordance with Examples 1-3, conductive pastes are prepared by adding with the TPU powder additionally di-TMP powder (di-trimethylolpropane) and MDI powder (diphenylmethane-4,4'-diisocyanate). The non-crosslinked TPU of the reactive paste in this case has OH end groups and may have a melting point of about 110 ° C to about 160 ° C. The compositions are summarized in Table 4. Table 4: Example formulations of postcrosslinking conductive pastes example base paste Wt .-% base paste % By weight conductive powder. Wt% TPU % By weight of di-TMP Wt .-% MDI Viscosity mPas 8th Metylan, 1.5% in water 58.6 32 7.72 0.08 0.2 56,000 9 Metylan, 2.1% in water 67.9 24 5.58 0.12 0.3 50,200 10 Metylan, 2.5% in water 54.4 32 6.88 0.32 0.8 125000

Der Zusatz von bis zu 0,1% Katalysator (z. B. Dabco:1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan) ist möglich. Statt Di-TMP und MDI können als vernetzende Komponenten auch andere Polyalkohole und Isocyanate wie z. B. Trimethylolpropan- oder HQEE-Pulver sowie TODI- oder NDI-Pulver verwendet werden.The addition of up to 0.1% catalyst (eg Dabco: 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane) is possible. Instead of di-TMP and MDI can be used as crosslinking components, other polyols and isocyanates such. As trimethylolpropane or HQEE powder and TODI or NDI powder can be used.

Beispiele 11–13: Herstellung von nachvernetzenden IsolierpastenExamples 11-13: Preparation of Postcrosslinking Insulating Pastes

Gemäß den Beispielen 8–10 werden Pasten hergestellt, wobei der Anteil an Leitpulver durch gleiche Anteile an TPU-Pulver ersetzt wurde.According to Examples 8-10 pastes are prepared, wherein the proportion of conductive powder has been replaced by equal amounts of TPU powder.

Beispielrezepturen sind in Tab. 5 aufgeführt. Tabelle 5: Beispielrezepturen von nachvernetzenden Isolierpasten Beispiel Basispaste Gew.-% Basispaste Gew.-% TPU Gew.-% Di-TMP Gew.-% MDI Viskosität mPas 11 Metylan, 1,5%ig in Wasser 58,6 40 0,4 1 100.000 12 Metylan, 2,1%ig in Wasser 67,9 30 0,6 1,5 100.000 13 Metylan, 2,5%ig in Wasser 54,4 40 1,6 4 100.000 Example formulations are listed in Tab. 5. Table 5: Example formulations of post-crosslinking insulating pastes example base paste Wt .-% base paste Wt% TPU % By weight of di-TMP Wt .-% MDI Viscosity mPas 11 Metylan, 1.5% in water 58.6 40 0.4 1 100000 12 Metylan, 2.1% in water 67.9 30 0.6 1.5 100000 13 Metylan, 2.5% in water 54.4 40 1.6 4 100000

Beispiele 14–18: Herstellung von FolienExamples 14-18: Production of Films

Gemäß dem Beispiel 11 wurden Pasten auf Basis einer 2,1%igen Metylanlösung hergestellt. Es wurde jedoch der Anteil der vernetzenden Komponente (Di-TMP und MDI) variiert. Das Basis-TPU ist OH-terminiert und besitzt einen Schmelzpunkt von ca. 125–130°C. Hierzu wurden jeweils 5 g der Paste bei 40°C getrocknet und anschl. zur Folie verpresst. 5 Minuten pressen bei 125°C und 7bar (hergestellte Folie ca. 10 cm im Durchmesser); eine Verkürzung der Presszeit ist durch Katalysatorzugabe möglich. Die Ergebnisse in Tabelle 6 zeigen, dass sich der Schmelzpunkt über den Vernetzeranteil einstellen läßt. Tabelle 6: Schmelzpunktveränderung in Abhängigkeit des Vernetzeranteils: Beispiel Basispaste Meth. 2,1%; in Gew.-% Gew.-% TPU Gew.-% Di-TMP Gew.-% MDI Viskosität mPas Erw.-Temp °C 14 59,65 40 0,1 0,25 ca. 100.000 145 15 59,3 40 0,2 0,5 ca. 100.000 150–155 16 58,6 40 0,4 1 ca. 100.000 ca. 165°C 17 57,9 40 0,6 1,5 ca. 100.000 ca. 180°C 18 ca. 57 40 1 2,5 ca. 100.000 180–185 According to Example 11, pastes were prepared based on a 2.1% Metylanlösung. However, the proportion of crosslinking component (di-TMP and MDI) was varied. The basic TPU is OH-terminated and has a melting point of approx. 125-130 ° C. For this purpose, in each case 5 g of the paste were dried at 40 ° C and then pressed to the film. Press for 5 minutes at 125 ° C and 7 bar (produced film about 10 cm in Diameter); a shortening of the pressing time is possible by addition of catalyst. The results in Table 6 show that the melting point can be adjusted via the crosslinker content. Table 6: Melting point change as a function of the crosslinker fraction: example Base paste meth. 2.1%; in% by weight Wt% TPU % By weight of di-TMP Wt .-% MDI Viscosity mPas Additional Temp ° C 14 59.65 40 0.1 0.25 about 100,000 145 15 59.3 40 0.2 0.5 about 100,000 150-155 16 58.6 40 0.4 1 about 100,000 about 165 ° C 17 57.9 40 0.6 1.5 about 100,000 about 180 ° C 18 about 57 40 1 2.5 about 100,000 180-185

Beispiele 19–21: Mit Prepolymer vernetzte IsolierpastenExamples 19-21: Prepolymer crosslinked insulating pastes

Gemäß den Beispielen 11–13 werden Isolatorpasten hergestellt, die vernetzenden Komponenten Di-TMP und MDI werden jedoch durch gemahlenes Prepolymer ersetzt. Beispielrezepturen sind in Tab. 7 dargestellt.Insulator pastes are prepared according to Examples 11-13, but the crosslinking components Di-TMP and MDI are replaced by ground prepolymer. Example formulations are shown in Tab. 7.

Das TPU der reaktiven Paste hat hierbei OH-Endgruppen und einen Schmelzpunkt von ca. 110°C bis ca. 160°C. Tabelle 7: Beispielrezepturen für Prepolymer-vernetzte Isolatorpasten: Beispiel Basispaste Gew.-% Basispaste Gew.-% TPU Gew.-% Prepolymer Viskosität mPas 19 Metylan, 1,5%ig in Wasser 58,6 40 1,4 ca. 100.000 20 Metylan, 2,1%ig in Wasser 67,9 30 2,1 ca. 100.000 21 Metylan, 2,5%ig in Wasser 54,4 40 5,6 ca. 100.000 The TPU of the reactive paste in this case has OH end groups and a melting point of about 110 ° C to about 160 ° C. Table 7: Example formulations for prepolymer-crosslinked insulator pastes: example base paste Wt .-% base paste Wt% TPU Wt .-% prepolymer Viscosity mPas 19 Metylan, 1.5% in water 58.6 40 1.4 about 100,000 20 Metylan, 2.1% in water 67.9 30 2.1 about 100,000 21 Metylan, 2.5% in water 54.4 40 5.6 about 100,000

Zur Herstellung Prepolymer-vernetzter Leitpasten kann ein Teil des TPU-Pulvers durch Leitpulver gemäß Beispiel 8–10 ersetzt werden.For the preparation of prepolymer-crosslinked conductive pastes, part of the TPU powder can be replaced by conductive powder according to Example 8-10.

Beispiele 22–24: Mit Polyisocyanat vernetzte LeitpasteExamples 22-24: conductive paste crosslinked with polyisocyanate

Eine weitere, erfindungsgemäß einsetzbare Vernetzung findet durch Zugabe eines bei Raumtemperatur wenig reaktivem, in Wasser dispergierbaren Polyisocyantats statt. Ein erfindungsgemäß einsetzbares Isocyanat ist beispielsweise Tolonate® HDB oder Tolonate® HDT von Rhodia. Gemäß den Beispielen 11–13 werden Isolatorpasten hergestellt, die vernetzenden Komponenten Di-TMP und MDI werden jedoch durch ein flüssiges, in Wasser dispergierbares Polyisocyanat ersetzt. Beispielrezepturen sind in Tab. 8 dargestellt. Der Vernetzer (Tolonate® HDB oder Tolonate® HDT) wird beim Anmischen der Paste oder bei einer längeren Lagerung bis ca. 24 h vor Verwendung der Paste in diese eingerührt. Das TPU der reaktiven Paste hat hierbei OH-Endgruppen und einen Schmelzpunkt von ca. 110°C bis ca. 160°C. Tabelle 8: Beispielrezepturen für Polyisocanat-vernetzte Isolatorpasten: Beispiel Basispaste Gew.-% Basispaste Gew.-% TPU Gew.-% HDT Viskosität mPas 22 Metylan, 1,5%ig in Wasser 58,6 40 1,4 ca. 100.000 23 Metylan, 2,1%ig in Wasser 67,9 30 2,1 ca. 100.000 24 Metylan, 2,5%ig in Wasser 54,4 40 5,6 ca. 100.000 Another crosslinking which can be used according to the invention takes place by adding a water-dispersible polyisocyanate which is less reactive at room temperature. An isocyanate according to the invention applicable, for example, Tolonate ® HDB and Tolonate ® HDT from Rhodia. Insulator pastes are prepared according to Examples 11-13, but the crosslinking components Di-TMP and MDI are replaced by a liquid, water-dispersible polyisocyanate. Example formulations are shown in Tab. 8. The crosslinker (Tolonate ® HDB or Tolonate ® HDT) is stirred into the paste when mixing the paste or during prolonged storage until about 24 hours before using the paste. The TPU of the reactive paste in this case has OH end groups and a melting point of about 110 ° C to about 160 ° C. Table 8: Example formulations for polyisocanate crosslinked insulator pastes: example base paste Wt .-% base paste Wt% TPU % By weight HDT Viscosity mPas 22 Metylan, 1.5% in water 58.6 40 1.4 about 100,000 23 Metylan, 2.1% in water 67.9 30 2.1 about 100,000 24 Metylan, 2.5% in water 54.4 40 5.6 about 100,000

Für die entsprechende Leitpaste wird das TPU entsprechend der oben angeführten Beispiele z. T. durch Leitpulver ersetzt (vgl. Beispiel 8–10). For the corresponding conductive paste, the TPU according to the above examples z. T. replaced by Leitpulver (see Example 8-10).

Beispiele 25–27: Zusatz von VerdickernExamples 25-27: Addition of thickeners

Anstelle des Verdicker auf Cellulosebasis (Metylan bzw. MHEC 9000) werden alternative Verdicker eingesetzt, die gegenüber dem verbesserte Filmbildungseigenschaften aufweisen.Instead of the cellulose-based thickener (Metylan or MHEC 9000), alternative thickeners are used which have improved film-forming properties.

Zum Herstellen der Pasten wurde zunächst Wasser und Verdicker vermischt und im Speed Mixer 1 min lang vermengt. Anschließend wurde das PU hinzugegeben, gerührt und ebenfalls im Speed Mixer vermengt. Die angerührte Paste wurde ohne Entlüftung anschließend auf Verdruckbarkeit getestet. Die Paste wurde im Siebdruck auf Folien aufgetragen. Die Paste lässt sich gut verdrucken. Beim Druck auf eine Duplocoll Folie (Firma Lohmann) sind keine Löcher im Druck zu erkennen. Beim Druck auf ein dehnbares Vlies aus Polyurethan (XO90) sind keine Löcher im Druck zu erkennen.To prepare the pastes, water and thickener were first mixed and mixed in the Speed Mixer for 1 min. Then the PU was added, stirred and also mixed in the Speed Mixer. The stirred paste was then tested for airability without venting. The paste was screen printed on foils. The paste is easy to print. When printing on a Duplocoll film (Lohmann) no holes are visible in the print. When printing on a stretchable non-woven polyurethane (XO90) no holes in the print can be seen.

Die Pasten enthalten 56–57 Gew.-% einer Lösung bestehend aus den beschriebenen, alternativ einzusetzenden Verdickern in Wasser, und 43–44 Gew.-% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm (s. Tab. 9). Tabelle 9: Beispielrezepturen für Isolatorpasten auf Basis verschiedener Verdicker: Beispiel Basispaste (Verdicker, in Wasser) Gew.-% Basispaste Gew.-% TPU 25 Ruco-Coat TH5005, 14,6%ig in Wasser 57 43 26 Colacral PU85, 11,4%ig in Wasser 56 44 27 Collacral PU75, 11,4%ig in Wasser 56 44 The pastes contain 56-57% by weight of a solution consisting of the described alternatively to be used thickeners in water, and 43-44 wt .-% of a thermoplastic polyurethane having a particle size less than 120 microns (see Table 9). Table 9: Example formulations for isolator pastes based on different thickeners: example Base paste (thickener, in water) Wt .-% base paste Wt% TPU 25 Ruco-Coat TH5005, 14.6% in water 57 43 26 Colacral PU85, 11.4% in water 56 44 27 Collacral PU75, 11.4% in water 56 44

Je nach gewünschter Viskosität kann sowohl die Konzentration des Verdickers in Wasser als auch der Anteil des TPU-Pulvers variiert werden. Zur Herstellung von Leitpasten wird gemäß Beispiel 8–10 ein Teil des TPU-Pulvers durch Leitpulver ersetzt.Depending on the desired viscosity, both the concentration of the thickener in water and the proportion of the TPU powder can be varied. To prepare conductive pastes, part of the TPU powder is replaced by conductive powder according to Example 8-10.

Beispiel 28–30: Pasten mit zusätzlichen BindernExample 28-30: Pastes with additional binders

Zur Herstellung der Paste wurden zunächst Wasser und Collacral® (Firma BASF Ludwigshafen). vermischt und im Speed Mixer 1 min lang vermengt.For the preparation of the paste were first water and Collacral ® (BASF Ludwigshafen). mixed and blended in Speed Mixer for 1 min.

Anschließend wurde das TPU-Pulver und als Binder Emuldur® DS2360 der Fa. BASF hinzugegeben, gerührt und ebenfalls im Speed Mixer vermengt. Die angerührte Paste wurde ohne Entlüftung anschließend auf Verdruckbarkeit getestet. Ergebnisse und Zusammensetzung der Paste sind in Tab: 10a dargestellt. Es wurden Isolierpasten aus folgenden Bestandteilen hergestellt: A: Lösungsmittel Wasser Feststoffanteil in Gew.-%: 0 B: Verdicker: Collacral PU75/85 Feststoffanteil in Gew.-%: 26 C: PU-Grundlage: TPU-Pulver Feststoffanteil in Gew.-%: 100 D: Binder: Emuldur DS2360 Feststoffanteil in Gew.-%: 40 E: Binder Acronal DS2337 Feststoffanteil in Gew.-%: 55 Tabelle 10: Isolierpasten mit zusätzlichem Binder Beispiel 28: ohne Emuldur Beispiel 29: mit Emuldur Beispiel 30: mit Acronal Bestandteil Einwaage Gew. (g) Feststoff (g) Feststoffanteil (%) Einwaage (g) Feststoff (g) Feststoffanteil (%) Einwaage (g) Feststoff (g) Feststoffanteil (%) A 77 0 0 77 0 0 77 0 0 B 11 2,86 4,4 11 2,86 4,0 11 2,86 3,8 C 62 62 95,6 62 62 85 62 62 81,7 D 0 0 0 20 8 11 0 0 0 E 0 0 0 0 0 0 20 11 14,5 gute Konsistenz, Filmbildung nicht optimal Flüssigere, noch gut druckbare Paste, ist getrocknet aber sehr flexibel Then the TPU powder and as a binder Emuldur ® DS2360 Fa was. Added BASF, stirred, and also mixed in the speed mixer. The stirred paste was then tested for airability without venting. Results and composition of the paste are shown in Tab: 10a. Insulating pastes were made from the following components: A: Solvent water Solids content in wt.%: 0 B: Thickener: Collacral PU75 / 85 Solids content in wt .-%: 26 C: PU Foundation: TPU powder Solids content in% by weight: 100 D: Binder: Emuldur DS2360 Solids content in wt.%: 40 e: Binder Acronal DS2337 Solid content in wt.%: 55 Table 10: Insulating pastes with additional binder Example 28: without Emuldur Example 29: with Emuldur Example 30: with Acronal component Weight (g) Solid (g) Solids content (%) Weighing (g) Solid (g) Solids content (%) Weighing (g) Solid (g) Solids content (%) A 77 0 0 77 0 0 77 0 0 B 11 2.86 4.4 11 2.86 4.0 11 2.86 3.8 C 62 62 95.6 62 62 85 62 62 81.7 D 0 0 0 20 8th 11 0 0 0 e 0 0 0 0 0 0 20 11 14.5 good consistency, film formation not optimal Lighter, still very printable paste, is dried but very flexible

Alternativ zum Einsatz nachvernetzender Pasten eignet sich beim mehrlagigen Druck auch die Verwendung von Pasten, bei denen die Schmelztemperatur der TPUs von der ersten zur nächst höheren, gedruckten Schicht abnimmt. So kann die jeweils nächste Schicht mit geringerer Temperatur laminiert werden, ohne dass die darunter liegende Schicht wieder aufgeschmolzen wird.As an alternative to the use of postcrosslinking pastes, multilayer printing also makes it possible to use pastes in which the melting temperature of the TPUs decreases from the first to the next higher printed layer. Thus, the next layer can be laminated at a lower temperature without the underlying layer being melted again.

Beispiele 31–34: Herstellen eines Laminats aus Leit- und IsolatorpasteExamples 31-34: Making a laminate of conductive and insulating paste

Zunächst wurde die Isolierbaste mittels Siebdruck auf ein Vliesstoff (Evolon) gedruckt und anschließend einer kombinierten Druck/Wärmebehandlung unterzogen (130°C, bei 6 bar Pressdruck). Die Leiterbahn wurde anschließend auf das isolierte Vlies gedruckt und ebenfalls einer kombinierten Druck/Wärmebehandlung unterzogen (130°C, bei 2 bar Pressdruck). Ein beispielhaftes Ergebnis ist schematisch in 1 gezeigt.First, the Isolierbaste was screen printed on a nonwoven fabric (Evolon) and then subjected to a combined pressure / heat treatment (130 ° C, at 6 bar pressing pressure). The conductor was then printed on the isolated nonwoven and also subjected to a combined pressure / heat treatment (130 ° C, at 2 bar pressing pressure). An exemplary result is shown schematically in FIG 1 shown.

Claims (19)

Verfahren zur Herstellung eines gegenüber elektrischem Strom isolierten Materials, umfassend (a) Bereitstellen eines ersten Substrats mit einer Oberfläche, (b) flächiges Auftragen einer Isolierpaste, enthaltend ein dispergierbares ungeladenes thermoplastisches Polyurethan, das freie Hydroxylgruppen aufweist, einen wasserlöslichen Verdicker, einen Vernetzer und Wasser, wobei die Isolierpaste kein leitfähiges Polymer und keinen leitfähigen Füllstoff aufweist, auf die Oberfläche oder Teilbereiche der Oberfläche und (c) Verfestigen der Isolierpaste durch Vernetzen.A method of making a material insulated from electrical current, comprising (a) providing a first substrate having a surface, (b) applying flat an insulating paste containing a dispersible uncharged thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups, a water-soluble thickener, a crosslinker and water, the insulating paste having no conductive polymer and no conductive filler on the surface or portions of the surface and (c) solidifying the insulating paste by crosslinking. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdicker Cellulose-Derivate, ein Diurethan oder ein nicht thermoplastisches Polyurethan enthält.A method according to claim 1, characterized in that the thickener contains cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan in Form von Partikeln mit einem mittleren Teilchendurchmesser kleiner 350 μm, bevorzugt kleiner 120 μm, vorliegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic polyurethane in the form of particles having an average particle diameter of less than 350 microns, preferably less than 120 microns, is present. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan einen Schmelzpunkt zwischen 80°C und 250°C aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic polyurethane has a melting point between 80 ° C and 250 ° C. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfestigen (c) der Isolierpaste in Verbindung mit Trocknen und/oder Erwärmen erfolgt.A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the solidification (c) of the insulating paste is carried out in conjunction with drying and / or heating. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das mit der Paste versehene Material vor, während oder nach dem Verfestigen (c) einer kombinierten Wärme- und Druckbehandlung unterzogen wird.A method according to any one of claims 1 to 5, wherein the material provided with the paste is subjected to a combined heat and pressure treatment before, during or after solidification (c). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierte Material im Anschluss an die kombinierte Wärme- und Druckbehandlung thermisch verformt wird.A method according to claim 6, characterized in that the insulated material is thermally deformed following the combined heat and pressure treatment. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das erste Substrat in Schritt (a) mindestens eine Leiterbahn aufweist.Method according to at least one of claims 1 to 7, wherein the first substrate in step (a) comprises at least one conductor track. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend vor Schritt (a) (a1) Herstellen des ersten Substrats aus Schritt (a), indem unter Verwendung einer leitfähigen Paste mindestens eine Leiterbahn auf die Oberfläche eines zweiten Substrats gedruckt wird.Method according to at least one of claims 1 to 8, comprising before step (a) (a1) producing the first substrate of step (a) by printing at least one conductive line on the surface of a second substrate using a conductive paste. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in Schritt (a1) zum Drucken eine leitfähige Paste eingesetzt wird, enthaltend eine Dispersion eines Polyurethans und einen leitfähigen Füllstoff.A method according to claim 9, wherein in step (a1) a conductive paste containing a dispersion of a polyurethane and a conductive filler is used for printing. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, umfassend vor Schritt (a1) (a2) Herstellen des zweiten Substrats, indem eine Isolierschicht auf ein drittes Substrat gedruckt wird.Method according to claim 9 or 10, comprising before step (a1) (a2) forming the second substrate by printing an insulating layer on a third substrate. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Isolierpaste und die leitfähige Paste vernetzbar sind.A method according to any one of claims 9 to 11, wherein the insulating paste and the conductive paste are crosslinkable. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Isolatorpaste und die leitfähige Paste vernetzbar sind und nach dem Drucken der Isolierpaste vernetzt werden, so dass eine Vernetzung der Leiterbahn oder der leitfähigen Paste mit der Isolierpaste erfolgt.The method of claim 12, wherein the insulator paste and the conductive paste are crosslinkable and crosslinked after printing the insulating paste, so that a crosslinking of the conductor or the conductive paste is carried out with the insulating paste. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Isolierpaste und die leitfähige Paste jeweils ein thermoplastisches Polyurethan mit freien Hydroxylgruppen und mindestens einen Vernetzer enthalten, ausgewählt aus einem Polyisocyanat mit mindestens 2 Isocyanatgruppen und einem Polyalkohol mit mindestens 2 Hydroxylgruppen.A method according to any one of claims 10 to 13, wherein the insulating paste and the conductive paste each contain a thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups and at least one crosslinker selected from a polyisocyanate having at least 2 isocyanate groups and a polyhydric alcohol having at least 2 hydroxyl groups. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei auf das in Schritt (c) erhaltene isolierte Material Leiterbahnen und gegebenenfalls eine weitere isolierte Schicht aufgetragen werden.Method according to one of claims 1 to 14, wherein on the isolated material obtained in step (c) conductor tracks and optionally a further isolated layer are applied. Isoliertes Material, erhältlich durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15.An isolated material obtainable by a process according to any one of claims 1 to 15. Isoliertes Material nach Anspruch 16, wobei der Durchschlagswiderstand des isolierten Materials größer als 10 Ohm ist.The insulated material of claim 16, wherein the breakdown resistance of the isolated material is greater than 10 ohms. Isoliertes Material nach Anspruch 16 oder 17, enthalten mindestens eine leitfähige Schicht und mindestens zwei Isolierschichten, wobei die leitfähige Schicht zwischen den Isolierschichten angeordnet ist.An insulated material according to claim 16 or 17, comprising at least one conductive layer and at least two insulating layers, the conductive layer being disposed between the insulating layers. Isoliertes Material nach einem der Ansprüche 16 bis 18, ausgewählt aus einer Leiterplatte, einer Konsole, einem Stoff, einem Vliesstoff, einem Textil, einem Kleidungsstück, einem Heizelement, einer Wundauflage, einem Flachkabel und einem Möbelstück.An insulated material according to any one of claims 16 to 18, selected from a printed circuit board, a console, a fabric, a nonwoven fabric, a textile, a garment, a heating element, a wound dressing, a flat cable and a piece of furniture.
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