DE112008002861T5 - Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis - Google Patents

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Abstract

Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis mit einer Leitfähigkeit von 1 KO/m2 oder weniger, einer Lichtdurchlässigkeit von 95% oder mehr und einem Übergangswiderstand im Bereich von 0,5 bis 2 KO.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis, die stark verbesserte Leistungseigenschaften, wie hohe Leitfähigkeit, Transparenz, Wassertoleranz und Beständigkeit und einen geringen Übergangswiderstand zeigt.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Polyethylendioxythiophen (PEDT) ist ein hochtransparentes leitfähiges Polymer, das in großem Maße bei der Beschichtung von Braun'schem Röhrenglas zur Abschirmung von elektromagnetischen Wellen verwendet wird, und ein in Wasser dispergierbares PEDT ist kommerziell unter der Markenbezeichnung „Baytron P” (von der Bayer Corporation) erhältlich, welches hergestellt wird durch Dotieren von PEDT mit einem polymeren Säuresalz, wie Polystyrolsulfonatsalz, für eine verbesserte Leitfähigkeit.
  • Obwohl das dotierte PEDT eine ausgezeichnete Transparenz zeigt, ist es schwierig, eine hohe Leitfähigkeit von weniger als 1 KO/m2 zu erreichen, und seine elektrische Eigenschaft kann leicht beeinträchtigt werden, wenn es hoher Feuchtigkeit über eine lange Zeitdauer ausgesetzt wird.
  • Ferner hat die koreanische Patentveröffentlichung mit der Nummer 2000-10221 eine leitfähige Polymerzusammensetzung offenbart, die Polyethylendioxythiophen, einen Alkohol, ein Amid und ein Harzbindemittel auf Polyesterbasis umfasst; die koreanische Patentveröffentlichung mit der Nummer 2005-66209 eine leitfähige Polymerzusammensetzung, die Polyethylendioxythiophen, einen Alkohol, ein Amid und ein Silankopplungsagens umfasst; und die koreanische Patentveröffentlichung mit der Nummer 2005-97582 eine leitfähige Polymerzusammensetzung, die Polyethylendioxythiophen, einen Alkohol, ein Amid, Nanoteilchen einer organischen oder anorganischen Verbindung und ein Sulfoxidderivat umfasst.
  • Jedoch können sich die elektrischen Eigenschaften solcher leitfähiger Polymerzusammensetzungen leicht ändern, wenn sie hohen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen ausgesetzt werden. Ebenfalls zeigt die in der koreanischen Patentveröffentlichung 2005-97582 offenbarte Zusammensetzung einen verhältnismäßig hohen Übergangswiderstand von mehr als 5 KO aufgrund der Verwendung einer überschüssigen Menge der organischen oder anorganischen Teilchen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine leitfähige Polymermembran bereitzustellen, die verbesserte Leistungseigenschaften in Bezug auf Leitfähigkeit, Transparenz, Wassertoleranz, Beständigkeit und Übergangswiderstand zeigt.
  • Gemäß einer Erscheinung der vorliegenden Erfindung wird eine leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis mit einer Leitfähigkeit von 1 KO/m2 oder weniger, einer Lichtdurchlässigkeit von 95% oder mehr und einem Übergangswiderstand im Bereich von 0,5 bis 2 KO bereitgestellt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis der vorliegenden Erfindung weist ein Merkmal auf, wonach sie eine Leitfähigkeit von 1 KO/m2 oder weniger, eine Lichtdurchlässigkeit von 95% oder mehr und einen Übergangswiderstand im Bereich von 0,5 bis 2 KO aufweist, welches erreicht werden kann durch Kombination eines leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis, eines anorganischen Materials oder Verbindung, Melaminharz und eines Bindemittels.
  • Die erfindungsgemäße Polymermembran kann gebildet werden aus einer flüssigen Zusammensetzung, die (1) eine wässrige Lösung eines leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis, (2) ein organisches Lösungsmittel auf Alkoholbasis, (3) ein organisches Lösungsmittel auf Amidbasis oder ein nicht-protisches polares Lösungsmittel, (4) eine Dispersion eines anorganischen Materials oder Verbindung, (5) Melaminharz und (6) ein Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyurethan, Alkoxysilan und einer Mischung derselben umfasst.
  • In der flüssigen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung spielt das organische Lösungsmittel auf Amidbasis oder das nicht-protische polare Lösungsmittel (Komponente 3) eine wichtige Rolle zum Verbessern der Konnektivität und Dispersibilität der leitfähigen Polymermoleküle auf Polythiophenbasis aufgrund seiner Fähigkeit, besagte Polymermoleküle teilweise aufzulösen; das Melaminharz (Komponente 5) mit NH+-Einheiten wechselwirkt mit den SO3 –-Einheiten des leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis, um die übermäßige Hydratation der Einheiten auszuschließen, was zur Verbesserung der Wasserbeständigkeit und der zeitabhängigen elektrischen Stabilität der erfindungsgemäßen Polymermembran führt; das anorganische Material oder Verbindung (Komponente 4) trägt zum Absenken des Übergangswiderstands der erfindungsgemäßen Polymermembran bei, wenn sie einem Druckkontakt in solchen Anwendungsfällen wie einer Touch-Bedienelement und eines Mobiltelefons unterzogen wird; und das Bindemittel (Komponente 6) verbessert die Beständigkeit und die Haftfestigkeit der erfindungsgemäßen Polymermembran an einem Substrat.
  • Im folgenden werden die Komponenten der flüssigen Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung im Detail wie folgt beschrieben:
  • 1. Wässrige Lösung von leitfähigem Polymer auf Polythiophenbasis
  • Das leitfähige Polymer auf Polythiophenbasis, das in der wässrigen Lösung des leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis verwendet wird, kann irgendeines der bekannten leitfähigen Polymere auf Polythiophenbasis sein, die herkömmlich auf dem Fachgebiet verwendet werden. Bevorzugte Beispiele des leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis schließen Polyethylendioxythiophen (PEDT) dotiert mit einem Polystyrolsulfonatsalz (PSS) als ein Stabilisierungsmittel (Dotand) (Markenbezeichnung „Baytron P” von Bayer Corporation) ein, welches eine hohe Löslichkeit in Wasser und ausgezeichnete thermische und Lagerstabilitäten aufweist. Da PEDT leicht mit Wasser, einem Alkohol oder einem Lösungsmittel mit einer großen Dielektrizitätskonstante gemischt werden kann, kann PEDT in praktischer Weise auf ei nem Substrat unter Verwendung einer geeigneten Lösung desselben beschichtet werden. Ebenfalls zeigt die beschichtete Membran, die aus PEDT gebildet ist, eine ausgezeichnete Transparenz verglichen mit einer Membran, die mit irgendeinem anderen leitfähigen Polymer, zum Beispiel Polyanilin und Polypyrrol, gebildet worden ist.
  • Die wässrige Lösung des leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis kann einen Feststoffgehalt im Bereich von 1 bis 5 Gew.-% aufweisen, was für die Wasserdispersibilität hilfreich ist.
  • In der vorliegenden Erfindung kann die wässrige Lösung des leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis in einer Menge im Bereich von 20 bis 70 Gewichtsprozent, bevorzugt 26 bis 67 Gewichtsprozent, auf Basis des Gesamtgewichts der flüssigen Zusammensetzung eingesetzt werden. Wenn die Menge kleiner als 20 Gewichtsprozent ist, kann die gewünschte Leitfähigkeit von kleiner als 1 KO/m2 nicht erreicht werden, und wenn sie größer als 70 Gewichtsprozent ist, wird die Lichtdurchlässigkeit, insbesondere die Durchlässigkeit von sichtbarem Licht bei einer Wellenlänge von 550 nm oder höher, nicht zufrieden stellend (weniger als 95%).
  • 2. Organisches Lösungsmittel auf Alkoholbasis
  • Das organische Lösungsmittel auf Alkoholbasis, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann ein C1-4-Alkohol einschließend Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol und Butanol, sein, welches getrennt oder als eine Mischung verwendet werden kann, und Methanol ist bevorzugt, da es die Dispersibilität des erfindungsgemäßen leitfähigen Polymers verbessert.
  • Das organische Lösungsmittel auf Alkoholbasis kann in einer Menge im Bereich von 10 bis 75 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung verwendet werden. Bevorzugt kann das organische Lösungsmittel auf Alkoholbasis in einer Menge im Bereich von 24 bis 70 Gewichtsprozent verwendet werden, wenn es zusammen mit einem organischen Lösungsmittel auf Amidbasis verwendet wird, und in einem Bereich von 20 bis 62 Gewichtsprozent, wenn es zusammen mit einem nicht-protischen polaren Lösungsmittel verwendet wird. Wenn die Menge kleiner als 10 Gewichtsprozent ist, wird die Lichtdurchlässigkeit unzureichend, und wenn sie größer ist als 75 Gewichtsprozent, kann die Leitfähigkeit reduziert werden und die flüssige Zusammensetzung kann koagulieren.
  • 3. Organisches Lösungsmittel auf Amidbasis oder nicht-protischen polares Lösungsmittel
  • Das organische Lösungsmittel auf Amidbasis, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann wenigstens ein Lösungsmittel sein, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Formamid, N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, Acetamid, N-Methylacetamid, N-Dimethylacetamid und N-Methylpyrrolidon (NMP). Diese organischen Lösungsmittel auf Amidbasis weisen ein gemeinsames Merkmal des Vorliegens einer Amidgruppe [R(CO)NR2] (wobei R H, Methyl, Ethyl oder Propyl ist) auf. Obwohl ein einzelnes Lösungsmittel auf Amidbasis die Leitfähigkeit des leitfähigen PEDT-Polymers verbessern kann, wird es bevorzugt in der Form einer Mischung aus zwei oder mehr der oben erwähnten Lösungsmittel auf Amidbasis verwendet, um die gewünschte Transparenz und den gewünschten Übergangswiderstand zu erzielen.
  • Ferner kann das nicht-protische polare Lösungsmittel Dimethylsulfoxid (DMSO), Propylencarbonat oder eine Mischung derselben sein.
  • Wenn das nicht-protische polare Lösungsmittel alleine verwendet wird, ist es schwierig, die verbesserte Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen leitfähigen Polymers zu erwarten. Daher ist es bevorzugt, das nicht-protische polare Lösungsmittel als eine Mischung mit wenigstens einem Dispersionsstabilisator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol, Glyce rin und Sorbitol, zu verwenden, um so effektiv die Leitfähigkeit zu verbessern. Der Dispersionsstabilisator kann in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent, bevorzugt 4 bis 10 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzung, verwendet werden.
  • Ferner ist es bevorzugt, das nicht-protische polare Lösungsmittel allein ohne Mischen mit dem organischen Lösungsmittel auf Amidbasis zu verwenden, da die gewünschte Transparenz und Lagerstabilität nicht erreicht werden kann, wenn die zwei Lösungsmittel als eine Mischung verwendet werden.
  • Das organische Lösungsmittel auf Amidbasis kann in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent, bevorzugt 3 bis 7 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung, eingesetzt werden; während das nicht-protische polare Lösungsmittel in einer Menge von 1 bis 10 Gewichtsprozent, bevorzugt 4 bis 8 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung eingesetzt wird. Wenn die Menge kleiner als die angegebene Menge ist, kann die gewünschte Leitfähigkeit nicht erzielt werden, während, wenn die Menge größer ist als die angegebene Menge, Schwierigkeiten während des Hochtemperaturplastifizierungsverfahrens auftreten.
  • 4. Dispersion von anorganischem Material oder Verbindung
  • Das anorganische Material oder Verbindung, das bzw. die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann in der Form eines Pulvers oder einer Dispersion eingesetzt werden, und es ist bevorzugt, eine Dispersion einzusetzen, die durch Dispergieren des anorganischen Materials oder Verbindung in Wasser oder Alkohol hergestellt wird, so dass die aus der erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzung gebildete Polymermembran ein gutes Aussehen sowie eine zufrieden stellende Eigenschaft erhalten kann.
  • Das anorganische Material oder Verbindung kann eine Teilchengröße von 100 nm oder weniger, bevorzugt 1 bis 100 nm, aufweisen, was vorteilhaft für die Lichtdurchlässigkeit und das äußere Aussehen der erfindungsgemäßen Polymermembran ist.
  • In der vorliegenden Erfindung kann das anorganische Material oder Verbindung irgendeines bzw. irgendeine der bekannten anorganischen Materialien oder Verbindungen sein, die herkömmlich auf dem Fachgebiet verwendet werden, und veranschaulichende Beispiele derselben schließen Dispersionen von Antimonzinnoxid (ATO, Feststoffgehalt: 30%, AAS-Series), Indiumzinnoxid (ITO, Feststoffgehalt: 30%, AIS-Series), Gold (Au, Feststoffgehalt: 0,1%, AUS-Series) und Silber (Ag, Feststoffgehalt: 1,0%, AGS-Series), ein, die kommerziell von MIJITECH Co., Ltd. erhältlich sind; und Dispersionen hergestellt unter Verwendung von Cu, Ti und Al.
  • Die Dispersion von anorganischem Material oder Verbindung kann in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 5 Gewichtsprozent (Feststoffgehalt: 0,0005 bis 1 Gewichtsprozent), bevorzugt von 0,2 bis 0,7 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung eingesetzt werden. Wenn die Menge kleiner als 0,05 Gewichtsprozent ist, kann der Übergangswiderstand auf einen Wert über 5 KO ansteigen, während, wenn die Menge größer als 5 Gewichtsprozent ist, erhöhte Oberflächen- und Übergangswiderstände und verminderte Lichtdurchlässigkeit auftreten können.
  • 5. Melaminharz
  • Das Melaminharz, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, weist NH+-Einheiten auf, die in der Lage sind, sich an SO3 –-Gruppen des leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis in der Lösung anzubinden, und daher verbessert das Melaminharz die elektrische Stabilität des erfindungsgemäßen leitfähigen Polymers, was zur Verbesserung der Wassertoleranz der erfindungsgemäßen Membran beiträgt.
  • Das Melaminharz kann in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent, bevorzugt 1 bis 8 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung eingesetzt werden. Wenn die Menge kleiner als 1 Gewichtsprozent ist, wird die Wassertoleranz der leitfähigen Membran schlecht, und wenn es mehr als 10 Gewichtsprozent sind, wird die Leitfähigkeit schlecht.
  • 6. Bindemittel
  • Das Bindemittel, das zum Verbessern der Beständigkeit und der Substrat-Haftfestigkeit der erfindungsgemäßen Polymermembran verwendet wird, kann wenigstens eines sein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyurethan und Alkoxysilan, bevorzugt einer Mischung aus zwei oder mehreren ausgewählt aus den oben erwähnten Bindemitteln, wobei Polyesterharz bevorzugt ist, da es die Substrat-Haftfestigkeit verbessert, wenn die erfindungsgemäße flüssige Zusammensetzung auf einem Polyethylenterephthalatfilm beschichtet wird.
  • Der Polyester und das Polyurethan können jeweils einer bzw. eines der Polyester oder der Polyurethane sein, die herkömmlich im Fachgebiet verwendet werden, und das Alkoxysilan kann eine Silanverbindung mit drei oder vier funktionellen Gruppen sein, vorzugsweise Trimethoxysilan oder Tetraethoxysilan.
  • Das Bindemittel kann in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bevorzugt 0,5 bis 4 Gewichtsprozent, basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung eingesetzt werden. Wenn die Menge kleiner als 0,1 Gewichtsprozent ist, werden die Substrat-Haftfestigkeit und die Beständigkeit der leitfähigen Membran schlecht, und wenn es mehr als 5 Gewichtsprozent sind, kann eine hohe Leitfähigkeit nicht erreicht werden.
  • Die flüssige Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Gleitmittel und ein Viskositätsdämpfungsmittel umfassen, um das Blockieren der beschichteten Oberfläche zu verhindern und ebenfalls die Gleiteigenschaft zu erhöhen, und das Gleitmittel und das Viskositätsdämpfungsmittel können jeweils in einer Menge im Bereich von 0,05 bis 5 Gewichtsteilen, basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung, eingesetzt werden.
  • Die flüssige Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung kann hergestellt werden durch ein herkömmliches Verfahren umfassend Mischen und Rühren der oben erwähnten Komponenten, und die leitfähige Polymermembran der vorliegenden Erfindung kann gebildet werden durch Beschichten der flüssigen Zusammensetzung auf ein Substrat und Trocknen des beschichteten Substrats.
  • Die leitfähigen Polythiophen-Polymermembranen zum Abschirmen elektromagnetischer Wellen und für Elektroden können hergestellt werden durch Beschichten der erfindungsgemäßen flüssigen Zusammensetzung auf ein transparentes Substrat, wie einer Braun'schem Röhre-Glasplatte (TV, Computer), cast-Polypropylenfilm (CPP), Polyethylenterephthalatfilm, Polycarbonatfilm und Acrylplatte, und Trocknen des beschichteten Substrats bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 145°C für 1 bis 10 Minuten. Das Beschichtungsverfahren kann durchgeführt werden unter Verwendung irgendwelcher der herkömmlichen Verfahren, wie Schieberbeschichtung, Walzenbeschichtung, Eintauchbeschichtung und Spin-Beschichtung. Die getrocknete leitfähige Polymermembran weist bevorzugt eine Dicke von 5 um oder weniger auf.
  • Die so erhaltene erfindungsgemäße Polymermembran zeigt eine Leitfähigkeit von 1 KO/m2 oder weniger, bevorzugt 0,1 bis 1 KO/m2; eine Lichtdurchlässigkeit von 95% oder mehr, bevorzugt 95 bis 99%; und einen Übergangswiderstand im Bereich von 0,5 bis 2 KO. Demzufolge kann die erfindungsgemäße Polymermembran vorteilhaft als Top- und Bottom-Elektrodenfilme für ein Touch-Bedienelement, eine anorganische lichtemittierende Diode (EL) für ein Mobiltelefon und ein transparenter Elektrodenfilm für ein Display verwendet werden, welche die Fähigkeiten erfordern, statische Ladungsansammlung zu verhindern und elektromagnetische Wellen abzuschirmen, sowie eine hohe Leitfähigkeit, Transparenz, Wassertoleranz, Beständigkeit und geringen Übergangswiderstand.
  • Die folgenden Beispielen sind beabsichtigt, um die vorliegende Erfindung ohne Einschränkung ihres Umfangs weiter zu veranschaulichen.
  • Beispiel 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 1 bis 15: Herstellung einer flüssigen Zusammensetzung
  • Während heftigen Rührens einer wässrigen Lösung aus leitfähigem Polyethylendioxythiophen-Polymer (PEDT) wurden andere Bestandteile, wie sie in Tabellen 1 bis 3 spezifiziert sind, sukzessive zugegeben in etwa 7-minütigen Intervallen, und die resultierende Mischung wurde homogenisiert, um eine flüssige Zusammensetzung zu erhalten. Die flüssigen Zusammensetzungen der Beispiele 1 bis 9 und Vergleichsbeispiele 1 bis 15, die durch Wiederholen der obigen Vorgehensweise erhalten wurden, sind in Tabellen 1 bis 3 gezeigt. Tabelle 1
    Bestandteil (g) Wässrige PEDTLösung Alkohol Lösungsmittel auf Amidbasis Melaminharz Bindemittel (Polyesterbasis/Urethanbasis/Alkoxysilanbasis)
    Vergleichsbeispiel 1 46,2 MeOH (48,8) FA (2) NMP (1) Melaminharz (1) PET (aq) (1)
    Vergleichsbeispiel 2 46,2 MeOH (46,8) FA (2) NMP (1) Melaminharz (3) A-187 (1)
    Vergleichsbeispiel 3 46,2 MeOH (45,8) FA (2) NMP (1) Melaminharz (5) -
    Vergleichsbeispiel 4 46,2 MeOH (49,8) FA (2) NMP (1) - A-187 (1)
    Vergleichsbeispiel 5 46,2 MeOH (48,8) FA (2) NMP (1) - PET (aq) (2)
    Vergleichsbeispiel 6 46,2 MeOH (50,8) FA (2) NMP (1) - -
    Vergleichsbeispiel 7 46,2 MeOH (46,8) FA (2) NMP (1) - TEOS (4)
    Vergleichsbeispiel 8 46,2 MeOH (50,8) FA (2) NMP (1) - -
    Vergleichsbeispiel 9 46,2 MeOH (46,8) FA (2) NMP (1) - TEOS (4)
    PEDT: Polyethylendioxythiophen (Bayer), Feststoffgehalt: 1,0–1,5% MeOH: Methanol (Aldrich) FA: Formamid (Aldrich) PET (aq): wässrige Polyethylenterephthalatlösung (SKC), Feststoffgehalt: 20% NMP: N-Methylpyrrolidon (Aldrich) A-187: γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (Degussa) Melaminharz: Aldrich, Feststoffgehalt: 90% TEOS: Tetraethoxysilan (Aldrich)
    Tabelle 2
    Bestandteil (g) Wässrige PEDTLösung Alkohol Lösungsmittel auf Amidbasis Melaminharz Bindemittel (Polyesterbasis/Urethanbasis/Alkoxysilanbas is) Dispersion von anorganischem Material oder Verbindung
    Beispiel 1 26 MeOH (68,05) FA (2) NMP (1) Melaminharz (2) PET (aq) (0,9) ITO (sol) (0,05)
    Beispiel 2 26 EtOH (69,0) FA (2) NMP (1) Melaminharz (1) R-986 (0,9) ATO (sol) (0,1)
    Beispiel 3 26 MeOH (60,8) FA (2) NMP (1) NMAA (4) Melaminharz (5) A-187 (0,9) Ag (sol) (0,3)
    Beispiel 4 46,2 MeOH (42,4) FA (2) NMP (1) Melaminharz (5) A-187 (3) Au (sol) (0,4)
    Beispiel 5 65 MeOH (23,6) FA (2) NMP (1) Melaminharz (7) R-986 (1,0) ITO (sol) (0,2) ATO (sol) (0,2)
    Vergleichsbeispiel 10 46,2 EtOH (48,8) FA (2) NMP (1) - - ITO (sol) (2)
    Vergleichsbeispiel 11 46,2 EtOH (43,9) FA (2) NMP (1) - PET (aq) (2) TEOS (0,9) ATO (sol) (4)
    Vergleichsbeispiel 12 46,2 EtOH (37,9) FA (2) NMP (1) - PET (aq) (2) A-187 (0,9) Ag (sol) (10)
    PEDT: Polyethylendioxythiophen (Bayer), Feststoffgehalt: 1,0–1,5% MeOH: Methanol (Aldrich) FA: Formamid (Aldrich) PET (aq): wässrige Polyethylenterephthalatlösung(SKC), Feststoffgehalt: 20% NMP: N-Methylpyrrolidon (Aldrich) A-187: γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (Degussa) R-986: wässrige Polyurethanlösung (DSM), Feststoffgehalt: 25% Melaminharz: Aldrich, Feststoffgehalt: 90% TEOS: Tetraethoxysilan (Aldrich) ITO (sol): Pulver, Feststoffgehalt: 30% (MIJITECH), 20 nm ATO (sol): Pulver, Feststoffgehalt: 30% (MIJITECH), 10 nm Ag (sol): Silber, Feststoffgehalt:30% (MIJITECH), 5 nm Au (sol): Gold, Feststoffgehalt: 30% (MIJITECH), 10 nm
    Tabelle 3
    Bestandteil (g) Wässrige PEDTLösung Alkohol nicht-protisches polares Lösungsmittel Dispersionssta bilisator Melaminharz Bindemittel (Polyesterbasis/Urethanbasis/Alkoxysilanbas is) Dispersion von anorganischem Material oder Verbindung
    Beispiel 6 26 MeOH (61,9) DMSO (4) EG (6) Melaminharz (1) PET (aq) (1) ITO (sol) (0,1)
    Beispiel 7 50 MeOH (36,7) DMSO (4) EG (6) Melaminharz (1) R-986 (2) ATO (sol) (0,3)
    Beispiel 8 50 MeOH (37,6) DMSO (4) EG (6) Melaminharz (1) A-187 (1) Ag (sol) (0,4)
    Beispiel 9 60 MeOH (26,7) DMSO (4) EG (6) Melaminharz (1) A-187 (2) Au (sol) (0,3)
    Vergleichsbeispiel 13 50 MeOH (30) DMSO (10) EG (10) - -
    Vergleichsbeispiel 14 20 MeOH (53) DMSO (10) NMFA (1) EG (10) - - Ag (sol) (6,0)
    Vergleichsbeispiel 15 50 MeOH (12) DMSO (10) EG (10) - PET (aq) (2) TEOS (6) ATO (sol) (10,0)
    PEDT: Polyethylendioxythiophen (Bayer), Feststoffgehalt: 1,0–1,5% MeOH: Methanol (Aldrich) FA: Formamid (Aldrich) NMFA: N-Methylformamid (Aldrich) EG: Ethylenglycol (Aldrich) PET (aq): wässrige Polyethylenterephthalatlösung (SKC), Feststoffgehalt: 20% NMP: N-Methylpyrrolidon (Aldrich) DMSO: Dimethylsulfoxid (Aldrich) A-187: γ-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan (Degussa) R-986: wässrige Polyurethanlösung (DSM), Feststoffgehalt: 25% Melaminharz: Aldrich, Feststoffgehalt: 90% TEOS: Tetraethoxysilan (Aldrich) ITO (sol): Pulver, Feststoffgehalt: 30% (MIJITECH), 20 nm ATO (sol): Pulver, Feststoffgehalt: 30% (MIJITECH), 10 nm Ag (sol): Silber, Feststoffgehalt: 30% (MIJITECH), 5 nm Au (sol): Gold, Feststoffgehalt: 30% (MIJITECH), 10 nm
  • Testbeispiel: Bildung einer Polymermembran und Test zur physikalischen Eigenschaft
  • Die flüssigen Zusammensetzungen, die in Beispielen 1 bis 9 und Vergleichsbeispielen 1 bis 15 erhalten wurden, wurden jeweils auf ein transparentes Substrat beschichtet und in einem Ofen von 150°C für etwa 5 Min. getrocknet, um eine 5 μm dicke Polythiophen-Polymermembran zu erhalten. Die physikalischen Eigenschaften der so erhaltenen Polythiophenpolymermembranen wurden wie folgt analysiert, und die Ergebnisse sind in Tabellen 4 bis 6 gezeigt.
    • (A) Leitfähigkeit: Analysieren des Oberflächenwiderstands mit einem Ohmmeter (Loresta EP MCP-T360, Mitsubishi Chemical Co.).
    • (B) Transparenz: Analyse der Durchlässigkeit von UV-sichtbarem Licht bei 550 nm (durch Verwendung von CM-3500d, Minolta). Die Durchlässigkeit des beschichteten Substrats wird ausgedrückt als ein Prozentanteilwert relativ zur Durchlässigkeit des nicht-beschichteten ursprünglichen transparenten Substrats.
    • (C) Haftfestigkeit: Analyse der Veränderung des Oberflächenwiderstands nach Bewickeln des beschichteten Substrats 10 mal unter Verwendung eines Bewicklungstesters (Nitto) und Abschätzen der Ergebnisse wie folgt:
  • <Änderung des Oberflächenwiderstands>
    • 1. 50 O/m2 oder weniger: gut
    • 2. mehr als 50 O/m2, jedoch weniger als 100 O/m2: durchschnittlich
    • 3. 100 O/m2 oder mehr: schlecht
    • (D) Wassertoleranz: Analyse der Veränderung des Oberflächenwiderstands nach Inkubieren einer beschichteten Substratprobe für 10 Tage unter einer konstanten Temperatur (60°C) und konstanter Feuchtigkeit (relative Feuchtigkeit 90%) und Abschätzen der Ergebnisse wie folgt.
  • <Änderung des Oberflächenwiderstands>
    • 1. 50 O/m2 oder weniger: gut
    • 2. mehr als 50 O/m2, jedoch weniger als 100 O/m2: durchschnittlich
    • 3. 100 O/m2 oder mehr: schlecht
    • (E) Flüssigkeitsstabilität: Lager einer flüssigen Zusammensetzungsprobe für eine Woche und Überprüfen hinsichtlich Anzeichen einer Koagulation.
    • (F) Übergangswiderstand (die Größen der Top- und Bottom-Filme beeinflussen diesen Wert nicht).
    • – Top-Film: leitfähiger Polymerfilm auf Polythiophenbasis
    • – Bottom-Film oder -Glas: ITO-Film (Abscheidung, SKC) oder ITO-Glas (Abscheidung), herkömmlich verwendet für ein Touch-Bedienelement
    • – Herstellung und Abschätzung: Kombinieren des Top-Film und des Bottom-Films oder -Glases unter Belassung eines 1 mm Abstands dazwischen unter Verwendung eines Abstandshalters, und Bestimmen des Übergangswiderstands unter Verwendung eines Fluk 187 Ture RMS Mutimeter, wenn der Top-Film nach unten gedrückt wurde durch Beaufschlagung eines Drucks von 50 g, um diesen den Bottom-Film kontaktieren zu lassen.
  • <Änderung des Widerstands>
    • 1. 500 O oder mehr, jedoch weniger als 2000 O: gut
    • 2. 2000 O oder mehr: schlecht
  • Tabelle 4
    Physikalische Eigenschaft Leitfahigkeit (O/m2) Transparenz (%) Wassertoleranz Haftfestigkeit Membraneinheitlichkeit Flüssigkeitsstabilität Übergangswiderstand
    Vergleichsbeispiel 1 300 96 gut gut gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 2 400 96 gut gut gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 3 440 95 gut gut gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 4 350 96 schlecht gut gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 5 480 95 schlecht gut gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 6 650 95 schlecht schlecht gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 7 850 96 schlecht gut gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 8 900 96 schlecht schlecht gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 9 900 96 schlecht gut gut gut schlecht
  • Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, zeigten die Polymermembranen von Vergleichsbeispielen 1 bis 3 umfassend Melaminharz eine gute Wassertoleranz verglichen mit den Polymermembranen nach Vergleichsbeispielen 4 bis 9, welche kein Melaminharz umfassten. Jedoch zeigten die Polymermembranen aller Vergleichsbeispiele 1 bis 9 einen hohen Übergangswiderstand. Tabelle 5
    Physikalische Eigenschaft Leitfähigkeit (O/m2) Transparenz (%) Wassertoleranz Haftfestigkeit Membraneinheitlichkeit Flüssigkeitsstabilität Übergangswiderstand
    Beispiel 1 710 98 gut gut gut gut gut
    Beispiel 2 770 97 gut gut gut gut gut
    Beispiel 3 780 96 gut gut gut gut gut
    Beispiel 4 370 96 gut gut gut gut gut
    Beispiel 5 300 96 gut gut gut gut gut
    Vergleichsbeispiel 10 1100 93 schlecht schlecht gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 11 1800 91 schlecht gut gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 12 2400 89 schlecht gut gut gut schlecht
  • Wie in Tabelle 5 gezeigt ist, zeigten die Polymermembranen der Beispiele 1 bis 5 verbesserte Leitfähigkeiten und Transparenzen sowie gute Leistungseigenschaften in Bezug auf Wassertoleranz, Haftfestigkeit, Membraneinheitlichkeit, Flüssigkeitsstabilität und geringen Übergangswiderstand. Dies erscheint aus der Gegenwart des Melaminharzes in diesen Membranen zu resultieren, im Gegensatz zu den Polymermembranen der Vergleichsbeispiele 10 bis 12, die kein solches Harz enthalten. Tabelle 6
    Physikalische Eigenschaft Leitfähigkeit (O/m2) Transparenz (%) Wassertoleranz Haftfestigkeit Membraneinheitlichkeit Flüssigkeitsstabilität Übergangswiderstand
    Beispiel 7 900 98 gut gut gut gut gut
    Beispiel 8 340 97 gut gut gut gut gut
    Beispiel 9 300 95 gut gut gut gut gut
    Beispiel 10 260 95 gut gut gut gut gut
    Vergleichsbeispiel 13 348 97 schlecht schlecht gut gut schlecht
    Vergleichsbeispiel 14 2900 97 schlecht schlecht gut schlecht schlecht
    Vergleichsbeispiel 15 1400 95 schlecht gut gut gut schlecht
  • Wie in Tabelle 6 gezeigt ist, zeigten die Polymermembranen der Beispiele 7 bis 10 jeweils gute Leitfähigkeit, Transparenz, Wassertoleranz, Haftfestigkeit, Membraneinheitlichkeit und Flüssigkeitsstabilität sowie geringen Übergangswiderstand, aufgrund der Gegenwart von Nanoteilchen eines anorganischen Materials oder Verbindung in einer geeigneten Menge, im Gegensatz zu den schlechten Leistungen der Polymermembranen der Vergleichsbeispiele 13 bis 15, denen solche Nanoteilchen mangeln.
  • Wie oben beschrieben kann die flüssige Zusammensetzung umfassend ein leitfähiges Polymer auf Polythiophenbasis der vorliegenden Erfindung eine Polymermembran bilden, die hohe Leitfähigkeit, Transparenz, Wassertoleranz und Beständigkeit und geringen Übergangswiderstand zeigt.
  • Während die Erfindung in Bezug auf die obigen spezifischen Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte es verstanden werden, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen an der Erfindung von Fachleuten auf dem Gebiet durchgeführt werden können, die ebenfalls in den Umfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, fallen.
  • Zusammenfassung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis, die eine Leitfähigkeit von 1 KO/m2 oder weniger, eine Lichtdurchlässigkeit von 95% oder mehr und einen Übergangswiderstand im Bereich von 0,5 bis 2 KO aufweist. Demzufolge kann die erfindungsgemäße Polymermembran, die solch gute Leistungseigenschaften zeigt, vorteilhaft als ein Elektrodenfilm für verschiedene Anwendungen verwendet werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Claims (17)

  1. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis mit einer Leitfähigkeit von 1 KO/m2 oder weniger, einer Lichtdurchlässigkeit von 95% oder mehr und einem Übergangswiderstand im Bereich von 0,5 bis 2 KO.
  2. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 1, die ein leitfähiges Polymer auf Polythiophenbasis, ein anorganisches Material oder Verbindung, Melaminharz und ein Bindemittel umfasst.
  3. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 2, wobei das leitfähige Polymer auf Polythiophenbasis ein Polyethylendioxythiophen (PEDT) dotiert mit einem Polystyrolsulfonatsalz (PSS) ist.
  4. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 2, wobei das anorganische Material oder Verbindung einen Teilchengrößenbereich von 1 bis 100 nm aufweist.
  5. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 2, wobei das anorganische Material oder Verbindung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Antimonzinnoxid (ATO), Indiumzinnoxid (ITO), Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Titan (Ti) und Aluminium (Al).
  6. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 2, wobei das Bindemittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyurethan, Alkoxysilan und einer Mischung derselben.
  7. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 1, welche gebildet ist aus einer flüssigen Zusammensetzung umfassend (1) eine wässrige Lösung eines leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis, (2) ein organisches Lösungsmittel auf Alkoholbasis, (3) ein organisches Lösungsmittel auf Amidbasis oder ein nicht-protisches polares Lösungsmittel, (4) eine Dispersion eines anorganischen Materials oder Verbindung, (5) Melaminharz und (6) ein Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyester, Polyurethan, Alkoxysilan und einer Mischung derselben.
  8. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, wobei die flüssige Zusammensetzung die Komponenten (1) bis (6) in Mengen im Bereich von 20 bis 70 Gewichtsprozent, 10 bis 75 Gewichtsprozent, 1 bis 10 Gewichtsprozent, 0,05 bis 5 Gewichtsprozent, 1 bis 10 Gewichtsprozent bzw. 0,1 bis 5 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung umfasst.
  9. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, wobei die wässrige Lösung des leitfähigen Polymers auf Polythiophenbasis einen Feststoffgehalt im Bereich von 1 bis 5 Gew.-% aufweist.
  10. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, wobei das organische Lösungsmittel auf Alkoholbasis ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol und einer Mischung derselben.
  11. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, wobei das organische Lösungsmittel auf Amidbasis ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Formamid, N-Methylformamid, N,N-Dimethylformamid, Acetamid, N-Methylacetamid, N-Dimethylacetamid, N-Methylpyrrolidon (NMP) und einer Mischung derselben.
  12. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, wobei das nicht-protische polare Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Dimethylsulfoxid, Propylencarbonat und einer Mischung derselben.
  13. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, wobei die flüssige Zusammensetzung das nicht-protische polare Lösungsmittel zusammen mit wenigstens einem Dispersionsstabilisator ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglycol, Glycerin und Sorbitol umfasst.
  14. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 13, wobei die flüssige Zusammensetzung den Dispersionsstabilisator in einer Menge im Bereich von 1 bis 10 Gewichtsprozent basierend auf dem Gesamtgewicht der flüssigen Zusammensetzung umfasst.
  15. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, wobei das Alkoxysilan Trimethoxysilan oder Tetraethoxysilan ist.
  16. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 7, welche gebildet ist durch ein Verfahren umfassend Beschichten der flüssigen Zusammensetzung auf ein Substrat und Trocknen des beschichteten Substrats bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 145°C für 1 bis 10 min.
  17. Leitfähige Polymermembran auf Polythiophenbasis nach Anspruch 16, wobei das Substrat ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einer Glasplatte, cast-Polypropylenfilm, Polyethylenterephthalatfilm, Polycarbonatfilm und Acrylplatte.
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