DE102015202283A1

DE102015202283A1 - Silbernanopartikeltinten mit geliermitteln für tief- und flexographiedruck

Info

Publication number: DE102015202283A1
Application number: DE102015202283.8A
Authority: DE
Inventors: Ping Liu; Naveen Chopra; Matthew A. HEUFT; Yiliang Wu
Original assignee: Xerox Corp
Current assignee: Xerox Corp
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2015-08-27
Also published as: CA2881382A1; US20150240100A1; JP2015166452A

Abstract

Eine leitfähige Silbernanopartikeltinte weist Silbernanopartikel, eine Geliermittel, eines oder mehrere nicht-polare Lösungsmittel und optional ein Bindemittel auf. Die leitfähige Tinte wird für Tief- und Flexographiedruck verwendet.

Description

STAND DER TECHNIK
Herkömmliche leitfähige Silbertinten, die für die Offset-Drucktechnik verwendet werden, beinhalten Silberpartikel, eines oder mehrere Trägerlösungsmittel und eines oder mehrere Polymerbindemittel. Tiefdruck- und Flexographieprozesse könnten eine effiziente Methode zur preiswerten Herstellung einer Anzahl leitender Komponenten darstellen. Allerdings gehören schlechte Leitfähigkeit und schlechte Auflösung zu den Hauptbeschränkungen mit heutigen Tiefdruck- und Flexographietinten.
Die schlechte Leitfähigkeit liegt im Allgemeinen an einem schlechten Kontakt zwischen Silberpartikeln in den gedruckten Schichten. In der Praxis wird dieses Problem durch eine Verdickung der Drucke angegangen. Dies führt jedoch dazu, dass mehr Materialien auf dem Substrat aufgebracht werden, wodurch die Kosten steigen und auch der Bedarf an Lösungsmittel zunimmt. Mehr Lösungsmittel verlangsamt den Härtungsschritt und verlangsamt somit die Druckgeschwindigkeit. Höhere Druckgeschwindigkeiten sind ein Vorteil eines Walze-auf-Walze-Verfahrens im Vergleich zu einem Chargendruck wie dem Siebdrucken.
Heutige leitfähige Tinten, die hohe Beladungen mit Silbernanopartikeln von etwa 50–70 % beinhalten, weisen eine Viskosität im Bereich von 8 bis 12 cps auf. Eine derart niedrige Viskosität reicht für die meisten Tiefdruck- und Flexographiedruckverfahren, die häufig eine Viskosität von etwa 20 bis 1.000 cps benötigen, normalerweise nicht aus.
Angesichts dessen haben heutige leitfähige Silbertinten eine begrenzte Anwendbarkeit für den Druck qualitativ hochwertiger elektronischer Schaltungen, wie RFID-Antennen, wo eine hohe Leitfähigkeit benötigt wird.
Es besteht nach wie vor ein Bedarf an leitfähigen Tinten mit hoher Leitfähigkeit und guten Druckauflösungen für Tiefdruck- und Flexographiedruckverfahren.
KURZDARSTELLUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung betrifft die derzeit favorisierte Weise zur Ausführung von Ausführungsbeispielen. Die Beschreibung ist nicht in einem beschränkenden Sinn aufzufassen, sondern dient lediglich dem Zweck, die allgemeinen Grundlagen der vorliegenden Offenbarung zu erläutern, da der Bereich der vorliegenden Offenbarung am besten von den beigefügten Ansprüchen definiert wird.
Nachstehend werden verschiedene erfindungsgemäße Merkmale beschrieben, die jeweils unabhängig voneinander oder in Kombination mit anderen Merkmalen verwendet werden können.
Ganz allgemein schaffen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung generell eine leitfähige Silbernanopartikeltinte, die Silbernanopartikel, ein Geliermittel und eines oder mehrere nicht-polare organische Lösungsmittel beinhaltet.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine leitfähige Silbernanopartikeltinte Silbernanopartikel, ein Geliermittel und ein Lösungsmittel, die Tinte weist eine Leitfähigkeit von etwa 1,0 × 10⁴ (S/cm) bis etwa 4,0 × 10⁵ (S/cm) auf.
In einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet eine leitfähige Silbernanopartikeltinte Silbernanopartikel, ein Geliermittel und ein Lösungsmittel, wobei die Tinte eine Viskosität von etwa 20 cps bis etwa 1000 cps aufweist.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUR
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend mit Bezug auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen:
Die 1 ein Diagramm einer Scherviskosität (in Centipoise) gegen eine Scherrate (in s^–1) darstellt, das die Ergebnisse von Vergleichsbeispielen zwischen einer Kontroll-Silbernanopartikeltinte und einer Silbernanopartikeltinte mit Geliermittel gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In der vorliegenden Offenbarung beinhalten die Singularformen "einer, eine, eines" und "der, die, das" die Pluralformen, wenn der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorgibt.
In der vorliegenden Offenbarung beinhalten hierin offenbarte Bereiche, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, alle Endpunkte und Zwischenwerte.
In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Ausdruck "optional" beispielsweise Fälle, in denen anschließend beschriebene Umstände eintreten können, aber nicht müssen, und er beinhaltet Fälle, in denen der Umstand eintritt, und Fälle, in denen der Umstand nicht eintritt.
In der vorliegenden Offenbarung beziehen sich die Ausdrücke " einer/eine/eines oder mehrere" und "mindestens einer/eine/eines" beispielsweise auf Fälle, in denen einer von den anschließend beschriebenen Umständen eintritt, und auf Fälle, in denen mehr als einer der anschließend beschriebenen Umstände eintritt.
In der vorliegenden Offenbarung schließt der Begriff "etwa", der in Verbindung mit einer Menge verwendet wird, den angegebenen Wert ein und hat die Bedeutung, die durch den Kontext vorgegeben wird (z.B. schließt er zumindest den Fehlergrad ein, der mit der Messung der speziellen Größe verbunden ist). Wenn er im Kontext eines Bereichs verwendet wird, sollte der Begriff "etwa" auch so aufgefasst werden, dass er den Bereich offenbart, der von den absoluten Werten der beiden Endpunkte definiert wird. Zum Beispiel offenbart der Bereich "von etwa 2 bis etwa 4" auch den Bereich "von 2 bis 4".
In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff "Drucken" jede Beschichtungstechnik, die in der Lage ist, eine leitfähige Tinte in einem gewünschten Muster auf ein Substrat zu drucken. Beispiele für geeignete Techniken sind beispielsweise Schleuderbeschichten, Rakelbeschichten, Stabrakelbeschichten, Tauchbeschichten, Lithographie- oder Offsetdruck, Tiefdruck, Flexographie, Siebdruck, Schablonendruck und Prägen, beispielsweise Mikrokontaktdrucken.
In der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff "Nano", wie in "Silbernanopartikel", beispielsweise eine Partikelgröße von weniger als etwa 100 nm, beispielsweise von etwa 0,5 nm bis etwa 100 nm oder von etwa 1 nm bis etwa 50 nm oder von etwa 1 nm bis etwa 20 nm. Die Partikelgröße bezeichnet den durchschnittlichen Durchmesser der Metallpartikel, bestimmt anhand einer Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) oder eines anderen geeigneten Verfahrens.
Die vorliegende Offenbarung schafft allgemein eine leitfähige Tinte, die Silbernanopartikel, eines oder mehrere Geliermittel, eines oder mehrere nicht-polare organische Lösungsmittel und optional eines oder mehrere Bindemittel beinhaltet. Die leitfähige Tinte hierin kann sich für Tief- und Flexographiedruck eignen. Die vorliegende Offenbarung schafft auch Verfahren zur Herstellung solcher leitfähiger Tinten.
Die leitfähigen Tinte hierin kann anhand jedes geeigneten Verfahrens hergestellt werden. Ein Beispielsverfahren besteht darin, die Silbernanopartikel in einem Geliermittel zu dispergieren und sie dann mit einem oder mehreren Lösungsmitteln und optional mit einem oder mehreren Bindemitteln unter inertem Blubbern aufzulösen. Dann kann das Lösungsmittel durch Erwärmen entfernt werden, und die resultierende Tinte geschüttelt und gewalzt werden, um eine Durchmischung sicherzustellen.
Die leitfähige Tinte kann verwendet werden, um durch Drucken leitfähige Merkmale auf einem Substrat auszubilden. Das Drucken kann durch Aufbringen der Tinte auf einem Substrat anhand jeder geeigneten Drucktechnik durchgeführt werden, beispielsweise Tiefdruck, Rotationstiefdruck, Flexographie, Lithographie, Ätzen oder Siebdrucken.
Das Substrat, auf dem die leitfähige Tinte aufgebracht wird, kann jedes geeignete Substrat sein, einschließlich unter anderem Silicium, Glasplatte, Kunststofffolie, Flächengebilde, Gewebe oder Papier. Für strukturell flexible Vorrichtungen können Kunststoffsubstrate wie Polyester-, Polycarbonat-, Polyimidflächengebilde und dergleichen verwendet werden.
Im Anschluss an das Drucken kann die in einem Muster aufgebrachte leitfähige Tinte einem Härtungsschritt unterzogen werden. Der Härtungsschritt kann ein Schritt sein, in dem im Wesentlichen sämtliches Lösungsmittel der leitfähigen Tinte entfernt wird und die Tinte fest an das Substrat gebunden wird.
Ein Tempern der Silbertinte an dem Substrat kann auf jede in der Technik bekannte Art und Weise durchgeführt werden. In einem Ausführungsbeispiel wird das Substrat bei einer Temperatur im Bereich von etwa 50 °C bis etwa 300 °C erwärmt. In einem anderen Ausführungsbeispiel wird das Substrat bei einer Temperatur im Bereich von etwa 100 °C bis 250 °C erwärmt. Das Substrat wird über einen Zeitraum im Bereich von etwa 10 bis etwa 30 Minuten erwärmt.
Die Druck- und Temperschritte können allgemein unter Atmosphärenbedingungen durchgeführt werden. Generell ist mit Atmosphärenbedingungen eine normale Luftatmosphäre gemeint, ohne dass die Anwesenheit einer Edelgasumgebung nötig ist. Außerdem können die Druck- und Temperschritte gleichzeitig oder nacheinander durchgeführt werden.
Silbernanopartikel
Gemäß Ausführungsformen hierin können die Silbernanopartikel einen Durchmesser im Submikrometerbereich aufweisen. Silbernanopartikel hierin können einzigartige Eigenschaften aufweisen, wenn sie mit Silberplättchen verglichen werden. Zum Beispiel können die Silbernanopartikel hierin durch eine verbesserte Reaktivität der Oberflächenatome, eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einzigartige optische Eigenschaften gekennzeichnet sein. Ferner können die Silbernanopartikel einen niedrigeren Schmelzpunkt und eine niedrigere Sintertemperatur aufweisen als Silberplättchen.
Aufgrund ihrer geringen Größe zeigen Silbernanopartikel hierin einen Schmelzpunkt, der immerhin 700 °C unter dem von Silberplättchen liegt. Zum Beispiel können Silbernanopartikel bei 120 °C sintern, was mehr als 800 °C unterhalb der Schmelztemperatur von Bulk-Silber liegt. Dieser niedrigere Schmelzpunkt ist ein Ergebnis eines vergleichsweise hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisses in Nanopartikeln, durch das eine bereitwillige Bindung zwischen benachbarten Partikeln möglich ist. Die gewaltige Senkung der Sintertemperatur für Nanopartikel ermöglicht die Ausbildung hoch-leitfähiger Spuren oder Muster auf flexiblen Kunststoffsubstraten, da die flexiblen Substrate der Wahl bei einer relativ niedrigen Temperatur (zum Beispiel 150 °C) schmelzen oder weich werden können.
Bei den Silbernanopartikeln hierin kann es sich um elementares Silber, eine Silberlegierung, eine Silberverbindung oder eine Kombination davon handeln. In Ausführungsformen kann es sich bei den Silbernanopartikeln um ein Basismaterial handeln, das mit reinem Silber, einer Silberlegierung oder einer Silberverbindung beschichtet oder verkleidet ist. Zum Beispiel kann das Basismaterial aus Kupferplättchen mit Silberauflage bestehen.
Beispiele für geeignete Silberverbindungen beinhalten Silberoxid, Silberthiocyanat, Silbercyanid, Silbercyanat, Silbercarbonat, Silbernitrat, Silbernitrit, Silbersulfat, Silberphosphat, Silberperchlorat, Silbertetrafluorborat, Silberacetylacetonat, Silberacetat, Silberlactat, Silberoxalat und deren Derivate. Die Silberlegierung kann aus mindestens einem Metall gebildet sein, das ausgewählt ist aus Au, Cu, Ni, Co, Pd, Pt, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb, Bi, Si, As, Hg, Sm, Eu, Th Mg, Ca, Sr und Ba, ist aber nicht unbedingt darauf beschränkt.
In Ausführungsformen kann die Silberverbindung (i) eines oder mehrere andere Metalle und (ii) eines oder mehrere Nicht-Metalle beinhalten. Geeignete andere Metalle beinhalten beispielsweise Al, Au, Pt, Pd, Cu, Co, Cr, In und Ni, insbesondere die Übergangsmetalle, beispielsweise Au, Pt, Pd, Cu, Cr, Ni und deren Mischungen.
Beispiele für Metallverbundstoffe beinhalten Au-Ag, Ag-Cu, Au-Ag-Cu und Au-Ag-Pd. Geeignete Nicht-Metalle in dem Metallverbundstoff beinhalten beispielsweise Si, C und Ge.
In Ausführungsformen bestehen die Silbernanopartikel aus elementarem Silber.
Die Silbernanopartikel hierin können eine durchschnittliche Teilchengröße aufweisen, beispielsweise von etwa 0,5 bis etwa 100,0 nm oder von etwa 1,0 bis etwa 50,0 nm oder von etwa 1,0 bis etwa 20,0 nm.
Die Silbernanopartikel hierin können jede Form oder Geometrie aufweisen. In bestimmten Ausführungsformen können die Silbernanopartikel eine kugelige Form aufweisen.
Die Silbernanopartikel können in der leitfähigen Tinte in einer Menge von beispielsweise etwa 50 bis etwa 95 Gewichtsprozent oder von etwa 60 bis etwa 90 Gewichtsprozent oder von etwa 70 bis etwa 85 Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte vorhanden sein.
In Ausführungsformen weisen die Silbernanopartikel eine Stabilität (das bedeutet den Zeitraum, in dem eine minimale Ausfällung oder Aggregation der Nanopartikel stattfindet) von beispielsweise mindestens etwa 1 Tag, von etwa 3 Tagen bis etwa 1 Woche oder von etwa 5 Tagen bis etwa 1 Monat oder von etwa 1 Woche bis etwa 6 Monaten oder von etwa 1 Woche bis über 1 Jahr auf.
Geliermittel
Die leitfähige Tinte hierin kann auch eines oder mehrere Geliermittel beinhalten. Das Geliermittel kann verwendet werden, um die Viskosität der leitfähigen Tinte innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zu erhöhen. Genauer kann das Geliermittel bei Temperaturen unterhalb der spezifischen Temperatur, bei der die Tintenzusammensetzung verspritzt wird, ein halbfestes Gel in der leitfähigen Tinte bilden. In der halbfesten Gelphase können die molekularen Komponenten der Mischung durch nicht-kovalente Bonding-Interaktionen, wie Wasserstoffbindung, Vander-Waals-Interaktionen, aromatische Non-Bonding-Interaktionen, ionisches oder Koordinationsbonden und/oder London-Dispersionskräfte, zusammengehalten werden. Bei Stimulation mit physikalischen Kräften, beispielsweise Temperatur oder mechanischem Rühren, oder chemischen Kräften, wie pH oder Ionenstärke, kann das Geliermittel auf makroskopische Ebene reversibel aus dem flüssigen in den halbfesten Zustand übergehen.
Das Geliermittel kann auch in der Lage sein, sich in einem nachstehend beschriebenen Lösungsmittel aufzulösen. Außerdem kann das Geliermittel in der Lage sein, mit dem Silbernanopartikel und dem Lösungsmittel Gele zu bilden.
Das Geliermittel kann so gewählt werden, dass es den Silbernanopartikeln die geeignete Benetzbarkeit verleiht. In Ausführungsformen kann das Geliermittel ein thermisch reversibles Geliermittel sein (d.h. es wird durch Erwärmen in eine Flüssigkeit umgewandelt und wird nach dem Abkühlen wieder zu einem Gel). Jedes thermisch reversible Geliermittel, das in der Lage ist, die leitfähige Tinte gelieren zu lassen, kann für die vorliegende Offenbarung geeignet sein. Bei dem thermisch reversiblen Geliermittel kann es sich beispielsweise um Vaseline; Paraffinwachs; oder lineare Kohlenwasserstoffe, wie Hexadecan und Octadecan, handeln.
Das Geliermittel kann in der leitfähigen Tinte in einer Menge von beispielsweise etwa 0,25 bis etwa 5,0 Gewichtsprozent oder von etwa 0,5 bis etwa 3,0 Gewichtsprozent oder von etwa 1,0 bis etwa 2,0 Gewichtsprozent, bezogen auf die leitfähige Tinte, vorhanden sein.
Lösungsmittel
Die leitfähige Tinte hierin kann auch eines oder mehrere Lösungsmittel, wie nicht-polare organische Lösungsmittel, beinhalten. Das Lösungsmittel kann als Träger für die Dispergierung der Silbernanopartikel verwendet werden, um zu verhindern, dass sich die Silbernanopartikel agglomerieren, und/oder um optional die Löslichkeit oder Dispergierbarkeit von Silbernanopartikeln bereitzustellen oder zu verbessern.
Geeignete nicht-polare organische Lösungsmittel für leitfähige Silbernanopartikeltinten hierin beinhalten zum Beispiel Kohlenwasserstoffe wie ein Alkan; ein Alken; einen Alkohol mit etwa 10 bis etwa 18 Kohlenstoffatomen, wie Undecan, Dodecan, Tridecan, Tetradecan, 1-Hexadecan, 2-Hexadecan, 1-Undecanol, 2-Undecanol, 3-Undecanol, 4-Undecanol, 5-Undecanol, 6-Undecanol, 1-Dodecanol, 2-Dodecanol, 3-Dodecanol, 4-Dodecanol, 5-Dodecanol, 6-Dodecanol, 1-Tridecanol, 2-Tridecanol, 3-Tridecanol, 4-Tridecanol, 5-Tridecanol, 6-Tridecanol, 7-Tridecanol, 1-Tetradecanol, 2-Tetradecanol, 3-Tetradecanol, 4-Tetradecanol, 5-Tetradecanol, 6-Tetradecanol, 7-Tetradecanol und dergleichen; einen Alkohol, wie beispielsweise Terpineol (α-Terpineol), β-Terpineol, Geraniol, Cineol, Cedral, Linalool, 4-Terpineol, Lavandulol, Citronellol, Nerol, Menthol, Borneol, Hexanol, Heptanol, Cyclohexanol, 3,7-Dimethylocta-2,6-dien-1ol, 2-(2-Propyl)-5-methyl-cyclohexane-1-ol; isoparaffinische Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Isodecan, Isododecan; im Handel erhältliche Mischungen von Isoparaffinen wie ISOPAR E^®, ISOPAR G^®, ISOPAR H^®, ISOPAR L^®, ISOPAR V^® und ISOPAR M^®, die alle von der Exxon Chemical Company hergestellt werden; SHELLSOL^®, das von der Shell Chemical Company hergestellt wird; SOLTROL^®, das von Philips Oil Co., Ltd. hergestellt wird; BEGASOL^®, das von Mobil Petroleum Co., Inc. hergestellt wird; IP Solvent 2835, das von Idemitsu Petrochemical Co., Ltd. hergestellt wird; naphthenische Öle; aromatische Lösungsmittel wie Benzol, Nitrobenzol, Toluol, ortho-, meta- und para-Xylol und deren Mischungen; 1,2-, 1,3- und 1,4-Dichlorbenzol und deren Mischungen; Trichlorbenzol; Cyanobenzol; Phenylcyclohexan und aliphatische Tetralinlösungsmittel wie Hexan, Heptan, Octan, Isooctan, Nonan, Decan, Dodecan; zyklische aliphatische Lösungsmittel wie Bicyclohexyl und Decalin.
In Ausführungsformen können zwei oder mehr nicht-polare organische Lösungsmittel verwendet werden.
Das eine oder die mehreren nicht-polaren organischen Lösungsmittel können in der leitfähigen Tinte beispielsweise in einer Menge von etwa 5,0 bis etwa 50,0 Gewichtsprozent oder von etwa 10,0 bis etwa 40,0 Gewichtsprozent oder von etwa 10,0 bis etwa 30,0 Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte vorhanden sein.
Bindemittel
Die leitfähige Tinte hierin kann auch eines oder mehrere Bindemittel, wie Polymerbindemittel, beinhalten. Das Bindemittel kann als Haftvermittler wirken, um die Haftung der leitfähigen Tinte an einer großen Vielfalt von Substraten zu erleichtern und auch um die Stabilität der Tinte zu erhöhen, beispielsweise durch Verlängerung der Lagerfähigkeit der Tinte.
Das eine oder die mehreren Bindemittel, beispielsweise Polymerbindemittel, können eine hohe Viskosität (>10₆ cPs bei Raumtemperatur) aufweisen, um der leitfähigen Tinte zu gestatten, das Muster im Anschluss an das Drucken beizubehalten. Das eine oder die mehreren Bindemittel können ein durchschnittliches Molekulargewicht (Mw) von etwa 10.000 bis etwa 600.000 Da oder von etwa 40.000 bis etwa 300.000 Da oder von etwa 40.000 bis etwa 250.000 Da aufweisen.
Bei dem Polymerbindemittel kann es sich beispielsweise um Folgendes handeln: ein Polyvinylbutyral(PVB)-Terpolymer; Polyester, wie beispielsweise Terephthalate, Terpene, Styrolblockcopolymere, wie Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer, Styrol-Isopren Styrol-Copolymer, Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol-Copolymer und Styrol-Ethylen/Propylen-Copolymer; Ethylen-Vinylacetat-Copolymere; Ethylen-Vinylacetat-Maleinsäureanhydrid-Terpolymere; Ethylenbutylacrylat-Copolymer; Ethylen-Acrylsäure-Copolymer; Polymethylmethacrylat; Polyethylmethacrylat; Poly(alkyl)methacrylate; Polyolefine; Polybuten, Polyamide; und deren Mischungen.
In Ausführungsformen ist das Polymerbindemittel ein PVB-Terpolymer. Beispiele für geeignete PVB-Terpolymere beinhalten beispielsweise Polymere, die von MOWITAL^® (Kuraray America), S-LEC^® (Sekisui Chemical Company), BUTVAR^® (Solutia) hergestellt werden.
Die Tinten hierin können eine Viskosität von etwa 20 cps bis etwa 1000 cps oder von etwa 30 cps bis etwa 750 cps oder von 40 cps bis etwa 500 cps oder von 50 cps bis etwa 300 cps aufweisen. Die Tinten hierin können eine Leitfähigkeit von etwa 1,0 × 10⁴ S/cm bis etwa 4,0 × 10⁵ S/cm oder von etwa 1,5 × 10⁴ S/cm bis etwa 3,5 × 10⁵ S/cm oder von etwa 2 × 10⁴ S/cm bis etwa 3 × 10⁵ S/cm aufweisen. In Ausführungsformen können die Tinten hierin eine Leitfähigkeit von etwa 3,5 × 10⁴ S/cm aufweisen.
BEISPIEL
Das folgende Beispiel veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Dieses Beispiel soll nur als Erläuterung dienen, um eines von mehreren Verfahren zur Herstellung der leitfähigen Tinte zu zeigen, und soll den Bereich der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken. Ebenso sind Teile und Prozentanteile auf Gewicht bezogen, solange nichts anderes angegeben ist.
In diesem Beispiel wurden zwei Tintenproben hergestellt. Die erste Tintenprobe enthielt Silbernanopartikel, die mit einem organischen Lösungsmittel gemischt waren, und kein Geliermittel. Die zweite Tintenprobe enthielt Silbernanopartikel, die mit einem organischen Lösungsmittel gemischt waren, und ein Geliermittel.
Beispiel Nr. 1 (Silbernanopartikeltinten-Kontrolle ohne Geliermittel)
Eine Silbernanopartikeltinte, die 71 Gew.-% Silbernanopartikelbeladung in gemischten organischen Lösungsmitteln von Decalin und Toluol (40/60 Gew.-%) aufwies, wurde wie folgt hergestellt: 5,88 g Silbernanopartikel-Feuchtkuchen wurden in 0,67 g Toluol aufgelöst und dann etwa 5 Stunden lang mit Argongas durchblubbert, um flüchtige Bestandteile wie Methanol zu entfernen. Dann wurde die Menge an Toluol, die während des Blubberprozesses verloren gegangen war, erneut zugegeben, um eine exakte Lösungsmittelzusammensetzung sicherzustellen. Nachdem die flüchtigen Bestandteile entfernt worden waren, wurden 0,45 g Decalin zugegeben, und die resultierende Tinte wurde etwa 2 Stunden lang geschüttelt und dann über Nacht gewalzt, um eine gute Durchmischung zu gewährleisten. Die resultierende leitfähige Silbernanopartikeltinte enthielt einen Silbergehalt von 65 Gew.-%, der durch Entfernen aller Lösungsmittel und sämtlichen organischen Stabilisators für 20 Minuten auf einer Heizplatte (~250 °C) bestimmt wurde. Die Viskosität der Tinte betrug 3,3 cps, und die Leitfähigkeit eines aufgeschleuderten Films auf einem Glasträger betrug 3,7 × 10⁴ S/cm, gemessen durch eine 4-Punkt-Sonden-Leitfähigkeitsmessung.
Es zeigte sich, dass die Viskosität der ersten Probe relativ niedrig war, und eine solch niedrige Viskosität eignet sich nicht für die meisten Druckverfahren auf Tiefdruckbasis.
Beispiel Nr. 2 (Silbernanopartikeltinte, die 2 Gew.-% Geliermittel enthält)
Eine Silbernanopartikeltinte mit 71 Gew.-% Silbernanopartikelbeladung mit 2 Gew.-% Vaseline in einer Mischung aus Decalin- und Toluollösungsmitteln (40/60 Gew.-%) wurde auf ähnliche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass 2 Gew.-% Vaseline zu dem Tintensystem zugegeben wurden. In diesem Beispiel wurde die Vaseline im Toluol aufgelöst und dann zu der Tinte gegeben. Die resultierende leitfähige Silbernanopartikeltinte enthielt einen Silbergehalt von ~65 Gew.-%, der durch Entfernen sämtlicher Lösungsmittel und sämtlichen organischen Stabilisators für 20 min auf einer Heizplatte (~250 °C) bestimmt wurde. Die Viskosität der Tinte betrug ~65 cps, und die Leitfähigkeit eines aufgeschleuderten Films auf einem Glasträger betrug 3,5 × 10⁴ S/cm, gemessen durch eine 4-Punkt-Sonden-Leitfähigkeitsmessung.
Diese beiden Beispiele zeigen, dass die Tintenviskosität durch Zugabe einer kleinen Menge an Geliermittel, wie Vaseline, im erheblichen Umfang, nämlich von 3,3 cps auf 65 cps anstieg. Ferner wirken sich solch kleine Mengen an Geliermittel nicht auf die Leitfähigkeit einer getemperten Schicht aus.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Leitfähigkeit der Beispiele. Tabelle 1

Probe Leitfähigkeit (S/cm)

Beispiel Nr. 1 3,7 × 10⁴

Beispiel Nr. 2 3,5 × 10⁴
Die Figur zeigt Viskositätskurven für eine Kontrolltinte (Beispiel Nr. 1) und eine Silbernanopartikeltinte mit Geliermittel (Beispiel Nr. 2) gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie aus der Figur hervorgeht, zeigt das Beispiel Nr. 2 (mit Geliermittel) eine im Vergleich zu Beispiel Nr. 1 (Kontrolle) höhere Viskosität.
Beispiel Nr. 3 – Druckversuche (Flexi-proof-Beschichtung) einer leitfähigen Silbernanopartikeltinte, die 4 Gew.-% Geliermittel enthält
Eine Tintenprobe, die 4 Gew.-% Vaseline enthielt, wurde auf ähnliche Weise wie im zweiten Beispiel (Beispiel Nr. 2) hergestellt und wurde mittels eines Flexi-proof-Druckers (RK Printcoat Instruments, Royston, UK) auf Digital Color Elite Gloss Papier (DCEG-Papier) und auf ein PET(Polyethylenterephthalat)-Kunststoffsubstrat gedruckt und 30 Minuten lang bei 130 °C getempert. Zwei Beschichtungsgewichte wurde auf jedes Substrat aufgetragen (die Anilox-Walzbeschichtungsdichten betrugen 18 cm³/m² bzw. 13 cm³/m²). Die Leitfähigkeiten der aufgebrachten Schichten wurden unter Verwendung eines 2-Punkt-Sonden-Ohmmeters gemessen. Die durchschnittliche Dicke der aufgebrachten Schichten (0,65 µm) wurde durch REM bestimmt; dieser Wert wurde verwendet, um eine ungefähre Resistivität aus dem gemessenen Widerstand des Flächengebildes zu berechnen.
Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse der Resistivität und Leitfähigkeit auf jedem Substrat. Tabelle 2
Es sei klargestellt, dass Änderungen der oben offenbarten und anderer Merkmale und Funktionen oder Alternativen davon auf vorteilhafte Weise in viele anderen Systeme oder Anwendungen kombiniert werden können. Auch dass verschiedene, derzeit noch nicht vorhersehbare oder nicht erwartete Alternativen, Modifikationen, Variationen oder Verbesserungen hierin später von Fachleuten durchgeführt werden können, welche auch von den folgenden Ansprüchen umfasst sein sollen.

Claims

Leitfähige Silbernanopartikeltinte, umfassend: Silbernanopartikel; ein Geliermittel; und ein Lösungsmittel, wobei die Tinte eine Leitfähigkeit von etwa 1,0 × 10₄ (S/cm) bis etwa 4,0 × 10⁵ (S/cm) aufweist.
Leitfähige Silbernanopartikeltinte nach Anspruch 1, wobei das Silbernanopartikel elementares Silber umfasst.
Leitfähige Silbernanopartikeltinte nach Anspruch 1, wobei Silbernanopartikel einen Anteil von etwa 50,0 bis etwa 95,0 Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte umfassen.
Leitfähige Silbernanopartikeltinte nach Anspruch 1, wobei die Silbernanopartikel eine durchschnittliche Teilchengröße von etwa 0,5 bis etwa 100,0 nm aufweisen.
Leitfähige Silbernanopartikeltinte nach Anspruch 1, wobei das Silbernanopartikel eine kugelige Form aufweisen.
Leitfähige Silbernanopartikeltinte nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel ein nicht-polares organisches Lösungsmittel umfasst.
Leitfähige Silbernanopartikeltinte nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aromatischen Lösungsmitteln, die Benzol, Nitrobenzol, Toluol, ortho-, meta- und para-Xylol und deren Mischungen beinhalten; 1,3,5-Trimethylbenzol (Mesitylen); 1,2-, 1,3- und 1,4-Dichlorbenzol und deren Mischungen; Trichlorbenzol; Cyanobenzol; Phenylcyclohexan; Tetralin; aliphatische Lösungsmittel einschließlich Hexan, Heptan, Octan, Isooctan, Nonan, Decan, Dodecan und Isopar; cyclische aliphatische Lösungsmittel einschließlich Bicyclohexyl, Decalin; ein cyclisches Terpen; Cyclodecen; 1-Phenyl-1-cyclohexen; 1-tert-Butyl-1-cyclohexen; und deren Mischungen.
Leitfähige Silbernanopartikeltinte nach Anspruch 1, wobei das Lösungsmittel in einer Menge von etwa 5,0 bis etwa 50,0 Gewichtsprozent der leitfähigen Tinte vorhanden ist.