JP2014522883A - 導電性の印刷可能な組成物 - Google Patents

Abstract

導電性の印刷可能な組成物は、銀粒子、分散剤、溶媒、炭化水素ベースの界面活性剤を含む、第１の界面活性剤、及びフルオロベースの界面活性剤を含む、第２の界面活性剤を含む。

Description

本発明は、インキとしての使用に適した組成物、より詳細には、導電性インキとしての使用に適した組成物に関する。

導電性インキとして使用される組成物は、プラスチック、ガラス、いくつかの複合材料などのような非導電性材料の表面上に回路を作製するのに有益である。そのような組成物は、典型的には、溶液中で粒子形態の金、銀又は銅のような導電性材料の溶液を含み、これは、いくつかの公知の印刷技術のうちの１つによって適用することができる。これらの印刷技術には、集束エアロゾルビーム技術（ｆｏｃｕｓｅｄ ａｅｒｏｓｏｌ ｂｅａｍ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）が包含され、場合により、マスクレス中規模材料蒸着（ｍａｓｋｌｅｓｓ ｍｅｓｏｓｃａｌｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（Ｍ３Ｄ）と呼ばれる。Ｍ３Ｄはまた、大規模面積の印刷においても使用できる。

様々な銀導電性インキが知られており、いくつかの成功を享受しており、非導電性基板、特にポリマーへの適用に適した印刷可能な組成物である。しかし、そのような公知の銀組成物には、いくつかの断続的問題が生じており、例えば、基板への不完全な適用、ピンホール欠陥の形成、印刷ノズルの目詰まり、組成物適用プロセスの開始時における基板への適用の困難さが含まれる。そのため、そのような問題が低減された導電性の印刷可能な組成物を提供することが望まれる。

第１の態様によれば、導電性の印刷可能な組成物は、銀粒子、分散剤、溶媒、炭化水素ベースの界面活性剤を含む第１の界面活性剤及びフルオロベースの界面活性剤を含む第２の界面活性剤を含む。

上記の開示及び以下の様々な実施形態のより詳細な説明から、導電性の印刷可能な組成物の技術に、本発明が顕著な進歩をもたらすことは、当業者には明らかであろう。これに関して特に顕著なのは、欠陥が低減され、かつ、印刷ノズルの目詰まりへの耐性が強化された導電性の印刷可能な組成物の提供を本発明がもたらし得るという可能性である。種々の実施形態のさらなる特徴及び利点は、以下の詳細な説明を参照することによってより良好に理解される。

当業者、つまり、当該技術分野における知識又は経験を有する者には、多くの使用及び設計変更が、ここで開示される導電性の印刷可能な組成物に可能であることが明らかである。様々な代替的特徴及び実施形態についての以下の詳細な説明は、基板上への回路の印刷ポーションにおける使用に適した印刷可能な組成物を参照して、本発明の一般的原理を示すものである。その他の用途に適した他の実施形態は、本開示の利益を享受する当業者には明らかとなる。

導電性の印刷可能な組成物が本明細書で開示され、該組成物は、分散剤中の銀粒子のような導電性金属、溶媒、炭化水素ベースの界面活性剤を含む第１の界面活性剤、及びフルオロベースの界面活性剤を含む第２の界面活性剤を含む。組成物は、例えば、ガラス、プラスチック及び透明な導電性酸化物を含む基板へ適用できる。銀粒子はナノ粒子であることができ、それぞれが、動的光散乱技術に基づいてマルバーンのゼータサイザーを用いて測定した際に、１０乃至最大１５０ｎｍ以下の径、例えば、好ましくは２０〜８０ｎｍ、より好ましくは４０〜８０ｎｍ、例えば６０ｎｍの径を有する。組成物の１０〜６０重量％がこれらの銀粒子を含んでいてよく、好ましくは３０〜５０重量％である。

銀粒子は分散剤と混合される。分散剤は、銀粒子を担持するのに適した多数の組成物及び混合物のいずれか、例えば、アルコキシレート、アルキロールアミド、エステル、アミンオキシド、アルキルポリグルコシド、アルキルフェノール、アリールアルキルフェノール、水溶性ホモポリマー、水溶性ランダムコポリマー、水溶性ブロックコポリマー、水溶性グラフトポリマー、ポリビニルアルコール、ポリビニルアルコールとポリ酢酸ビニルとのコポリマー、ポリビニルピロリドン、セルロース、デンプン、ゼラチン、ゼラチン誘導体、アミノ酸のポリマー、ポリリシン、ポリアスパラギン酸、ポリアクリレート、ポリエチレンスルホネート、ポリスチレンスルホネート、ポリメタクリレート、芳香族スルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合生成物、ナフタレンスルホネート、リグニンスルホネート、アクリルモノマーのコポリマー、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリ（２−ビニルピリジン）、ブロックコポリエーテル、ポリスチレンブロック及び／又はポリジアリル塩化ジメチルアンモニウムとのブロックコポリエーテル、の少なくとも一種を含むことができる。特に好ましくは、約８，０００〜４００，０００ＡＭＵの分子量を有するポリビニルピロリドン（例えば、ＦｌｕｋａからのＰＶＰ Ｋ１５）及び約３６０，０００ＡＭＵの分子量のポリビニルピロリドン（例えば、ＦｌｕｋａからのＰＶＰ Ｋ９０）か、又は、乾燥した分散剤に対して、６２重量％のＣ_２−ポリエーテル、２３重量％のＣ_３−ポリエーテル及び１５重量％のポリスチレンによる、ポリスチレンブロックを有するブロックコポリエーテルであって、Ｃ_２−ポリエーテルのＣ_３−ポリエーテルに対するブロック長の比は７単位：２単位（例えば、ウェーゼルのＢＹＫ−Ｃｈｅｍｉｅからの、Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １９０）を、分散剤として使用できる。そのような分散剤は、顔料の凝集沈殿（ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ）を防止するのに役立つため、印刷可能な組成物の色相及び色の濃さを安定化させる。印刷可能な組成物の、色浮き及び色むらが低減され、かつ、貯蔵安定性が増大する。濡れ性及び光沢が向上し、かつ、ミルベース（ｍｉｌｌｂａｓｅ）粘度が低減される。

溶媒は、一種以上のＣ_１−Ｃ_５アルコール、ラクタム、尿素及び環状尿素を含むことができる。一実施形態において、溶媒は、１，２プロパンジオールと２−ピロリドンの両方を含む共溶媒である。その他の適した溶媒は、例えば、エチレングリコール及び２−メチル−１，３−プロパンジオールを含む。溶媒は、組成物の５〜４０重量％の量で組成物中に存在させてよい。

追加的な添加剤を組成物中に提供してもよく、これは、次の群から選択することができる。顔料、消泡剤、光安定剤、光学的光沢剤、腐食防止剤、酸化防止剤、殺藻剤、粘稠剤、界面活性物質。Ｐｌｕｒｏｎｉｃ ＰＥ１０４００（ルートウィヒスハーフェンのＢＡＳＦから）、４０重量％のＣ_２−ポリエーテルを有する、Ｃ_３−ポリエーテル単位、Ｃ_２−ポリエーテル単位及びＣ_３−ポリエーテル単位の水溶性トリブロックコポリマーが、添加剤として特に好ましく使用される。ＮａＯＨ又はＫＯＨのような無機塩基の使用により、ｐＨ８．０以上において銀薄膜を非導電性にすることができる。したがって、組成物のｐＨを、組成物が導電性のままであるレベルに維持するために、任意に、トリエタノールアミン又はＮ，Ｎ’−ジメチルエタノールアミンのような有機塩基をｐＨ調整剤として使用することができる。

極めて有利な特徴に従って、一対の界面活性剤が組成物中に使用される。界面活性剤を組み合わせることによって、基板への不完全な施用、ピンホール欠陥の形成、印刷ノズルの目詰まり、及び開始時の基板への適用の困難さを著しく低減するのに役立つことが見出された。第１の界面活性剤は、炭化水素ベースの界面活性剤であることができ、例えば、エトキシ化デシンジオール、アルキルジフェニルオキシドジジスルホネート及びスルホコハク酸ジオクチルナトリウムの一種以上であってよい。適した第１の界面活性剤は、Ａｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから供給されている、エトキシ化２，４，７，９−テトラメチル５デシン−４，７−ジオールを含むＳｕｒｆｙｎｏｌ ４６５、及びＳｕｒｆｙｎｏｌ ２５０２、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ４８５及びＳｕｒｆｙｎｏｌ ＴＧのようなデシンジオール含有のその他の関連混合物、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから供給されているＤｏｗｆａｘ ８３９０及びＤｏｗｆａｘ ２Ａ１、及びアルキルジフェニルオキシドジスルホネート含有のその他の関連混合物、及びＣｙｔｅｃ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ， Ｉｎｃ．から供給されているＡｅｒｏｓｏｌ ＯＴ−７５、及びスルホコハク酸ジオクチルナトリウム含有のその他の混合物を含む。一般には、エトキシ化／プロポキシ化アセチレンベース材料を第１の界面活性剤として使用することができる。

第２の界面活性剤は、フッ素化ポリオキシエタン又はフルオロ脂肪族ポリマーエステルのようなフルオロベースの界面活性剤の一種以上である。フッ素化ポリオキシエタン含有の適した混合物は、例えば、Ｏｍｎｏｖａ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓから供給されているＰｏｌｙｆｏｘ １５１Ｎ及びＰｏｌｙｆｏｘ １５４Ｎ、ｔｈｅ ３Ｍ Ｃｏｍｐａｎｙから供給されているＮｏｖｅｃ ＦＣ ４４３０及びＮｏｖｅｃ ＦＣ ４４３２、及びフルオロ脂肪族ポリマーエステル含有のその他の混合物を含むことができる。第１の界面活性剤及び第２の界面活性剤の組合せは、組成物の１重量％未満、より好ましくは組成物の０．３重量％未満の量で組成物中に存在させることができる。

組成物の残余は水からなっていることができる。水は、用途に応じて、少なくとも３０％の量で組成物中に存在させることができる。前述の利点に加えて、本開示で創作された組成物は、多くの公知の導電性銀インキよりも高いパーセンテージバルク導電率（ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｂｕｌｋ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を有することができる。これは、そのような組成物をより均質にかつより着実に施用する性能にある程度起因し得る。ここで説明した導電性の印刷可能な組成物は、ガラス又はプラスチック又はその他の材料、又は回路基板として使用される材料の組合せのような基板の表面に有利に適用することができる。

実施例１
１６重量％の１，２プロパンジオール、１２重量％の２−ピロリドン、３５重量％の、銀分散剤溶液であるＡｇ Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １９０、０．１２重量％のｐｌｕｒｏｎｉｃ ＰＥ １０４００、０．５％の、炭化水素界面活性剤であるＳｕｒｆｙｎｏｌ ４８５、０．１２重量％の、フルオロベースの界面活性剤である、Ｎｏｖｅｃ ＦＣ ４４３２、及び３６．３２重量％の水を含む組成物を一緒に混合した。組成物は５．５８のｐＨを有していた。組成物を、１０ｐｌプリントヘッドを備えたＤｉｍａｔｉｘ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｉｎｔｅｒ ＤＭＰ ２８３１へ適用した。適切な電圧を印加し、そして組成物をガラス又は高温ポリカーボネートフィルムへ施用した。組成物及び基板を、２２０°で１時間、ベント型オーブン中で焼結した。マルチメーターを用いた抵抗測定か、又は表面形状測定装置を用いたシート抵抗及びステップ高の測定を行った。基板上の組成物のパーセンテージバルク導電率は４３％であった。パーセンテージバルク導電率は、純粋な金属に対する導電率の割合×１００である。金属が銀の場合、無名数の数字がパーセンテージバルク銀導電率である。組成物は良好な光学特性を示し、かつ、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による顕微鏡写真で確認した際に、本質的にピンホール欠陥がない。

実施例２
１６重量％の１，２プロパンジオール、１２重量％の２−ピロリドン、３５重量％の銀／分散剤溶液であるＡｇ Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １９０、０．１２重量％のｐｌｕｒｏｎｉｃ ＰＥ １０４００、０．５重量％の、炭化水素界面活性剤のＳｕｒｆｙｎｏｌ ２５０２、０．１２重量％の、フルオロベースの界面活性剤のＰｏｌｙｆｏｘ １５１Ｎ、及び３６．２６重量％の水を含む組成物を一緒に混合した。組成物は５．６のｐＨを有していた。組成物を、実施例１と同じやり方で基板に施用した。基板上の組成物のパーセンテージバルク導電率は３６％であった。組成物は良好な光学特性を示し、ＳＥＭ顕微鏡写真で確認した際に本質的にピンホール欠陥がなかった。

実施例３
１６重量％の１，２プロパンジオール、１２重量％の２−ピロリドン、３５重量％の銀／分散剤溶液であるＡｇ Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １９０、０．１２重量％のｐｌｕｒｏｎｉｃ ＰＥ １０４００、０．５重量％の、炭化水素界面活性剤のＳｕｒｆｙｎｏｌ ４６５、０．０６重量％の、フルオロベースの界面活性剤のＮｏｖｅｃ ＦＣ ４４３２、及び３６．３２重量％の水を含む組成物を一緒に混合した。組成物は５．５７のｐＨを有していた。組成物を、実施例１と同じやり方で基板に施用した。基板上の組成物のパーセンテージバルク導電率は３１％であった。組成物は良好な光学特性を示し、ＳＥＭ顕微鏡写真で確認した際に本質的にピンホール欠陥がなかった。

実施例４
１６重量％の１，２プロパンジオール、１２重量％の２−ピロリドン、３５重量％の銀／分散剤溶液であるＡｇ Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １９０、０．１２重量％のｐｌｕｒｏｎｉｃ ＰＥ １０４００、０．５重量％の、炭化水素界面活性剤のＳｕｒｆｙｎｏｌ ＴＧ、０．０６重量％の、フルオロベースの界面活性剤のＮｏｖｅｃ ＦＣ ４４３２、及び３６．３２重量％の水を含む組成物を一緒に混合した。組成物は５．５５のｐＨを有していた。組成物を、実施例１と同じやり方で基板に施用した。基板上の組成物のパーセンテージバルク導電率は３５％であった。組成物は良好な光学特性を示し、ＳＥＭ顕微鏡写真で確認した際に本質的にピンホール欠陥がなかった。

実施例５
１６重量％の１，２プロパンジオール、１２重量％の２−ピロリドン、３５重量％の銀／分散剤溶液であるＡｇ Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １９０、０．１２重量％のｐｌｕｒｏｎｉｃ ＰＥ １０４００、０．５重量％の、炭化水素界面活性剤のＳｕｒｆｙｎｏｌ ４６５、０．１２重量％の、フルオロベースの界面活性剤のＰｏｌｙｆｏｘ １５４Ｎ、及び３６．２６重量％の水を含む組成物を一緒に混合した。組成物は５．４８のｐＨを有していた。組成物を、実施例１と同じやり方で基板に適用した。基板上の組成物のパーセンテージバルク導電率は３３％であった。組成物は良好な光学特性を示し、ＳＥＭ顕微鏡写真で確認した際に本質的にピンホール欠陥がなかった。

実施例６（Ｍ３Ｄ用途）
６重量％の１，２プロパンジオール、９重量％の２−ピロリドン、４５重量％の銀／分散剤溶液であるＡｇ Ｄｉｓｐｅｒｂｙｋ １９０、０．２４重量％の、炭化水素界面活性剤のＳｕｒｆｙｎｏｌ ２５０２、０．０１重量％の、フルオロベースの界面活性剤のＮｏｖｅｃ ＦＣ ４４３２、及び３９．７５重量％の水を含む組成物を一緒に混合した。組成物は５．７４のｐＨを有していた。Ｍ３Ｄエアロゾルジェット技術を用いて、２２０℃で集束エアロゾルビームとして組成物を基板へ適用した。基板上の組成物のパーセンテージバルク導電率は２５．３３％であった。組成物は良好な光学特性を示し、ＳＥＭ顕微鏡写真で確認した際に本質的にピンホール欠陥がなかった。

前述及び一定の実施形態の詳細な説明から、本発明の真の範囲及び趣旨から逸脱することなく、様々な修正、追加及びその他の代替的実施形態が可能であることは明らかであろう。前述の実施形態は、本発明の原理の最良に例示するべく選択かつ説明されたものであり、当業者がそれらを実際に適用することによって、本発明を様々な実施形態で、かつ、期待される特定の用途に適するよう、様々な態様で使用することができる。そのような修正及び変更の全ては、添付の特許請求の範囲が、適正、法的かつ公正な権利を有する範囲に従って解釈される場合、本発明の範囲内である。

Claims (15)

1. 銀粒子、
   分散剤、
   溶媒、
   炭化水素ベースの界面活性剤を含む、第１の界面活性剤、及び
   フルオロベースの界面活性剤を含む、第２の界面活性剤
   の組合せを含んでなる、導電性の印刷可能な組成物。
2. さらに水を含む、請求項１に記載の導電性の印刷可能な組成物。
3. 水溶性ブロックコポリマーである追加の添加剤をさらに含む、請求項２に記載の導電性の印刷可能な組成物。
4. 前記コポリマーがトリブロックコポリマーである、請求項３に記載の導電性の印刷可能な組成物。
5. さらに基板を含み、その際、前記組成物が該基板の表面上に適用される、請求項１に記載の導電性の印刷可能な組成物。
6. 前記分散剤が、ポリビニルピロリドン、ブロックコポリエーテル及びポリスチレンブロックを有するブロックコポリエーテルの一種以上である、請求項１に記載の導電性の印刷可能な組成物。
7. 前記溶媒が、１，２−プロパンジオール及び２−ピロリドンを含む共溶媒である、請求項６に記載の導電性の印刷可能な組成物。
8. 前記溶媒が、エチレングリコール及び２−メチル−１，３−プロパンジオールのうちの一種である、請求項６に記載の導電性の印刷可能な組成物。
9. 前記銀粒子が、１５０ｎｍの最大径を有する銀ナノ粒子である、請求項７に記載の導電性の印刷可能な組成物。
10. 前記銀粒子が、４０〜８０ｎｍの平均径を有する銀ナノ粒子である、請求項７に記載の導電性の印刷可能な組成物。
11. 前記第１の界面活性剤が、エトキシ化デシンジオール、アルキルジフェニルオキシドジスルホネート及びスルホコハク酸ジオクチルナトリウムの１つ又はより多くである、請求項９に記載の導電性の印刷可能な組成物。
12. 前記第２の界面活性剤が、フッ素化ポリオキシエタン及びフルオロ脂肪族ポリマーエステルの一種以上である、請求項１１に記載の導電性の印刷可能な組成物。
13. 前記第１の界面活性剤が、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ２５０２、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ４８５、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ＴＧ、Ｓｕｒｆｙｎｏｌ ４６５、Ｄｏｗｆａｘ ８３９０、Ｄｏｗｆａｘ ２Ａ１及びＡｅｒｏｓｏｌ ＯＴ−７５の一種以上であり、かつ、第２の界面活性剤が、Ｐｏｌｙｆｏｘ １５１Ｎ、Ｐｏｌｙｆｏｘ １５４Ｎ、Ｎｏｖｅｃ ＦＣ ４４３０及びＮｏｖｅｃ ＦＣ ４４３２の一種以上である、請求項１に記載の導電性の印刷可能な組成物。
14. 前記組成物の１０〜６０重量％が銀粒子であり、
    前記組成物の０．１〜１５重量％が分散剤であり、
    前記組成物の５〜４０重量％が溶媒であり、かつ、
    前記第１の界面活性剤及び前記第２の界面活性剤が、合わせて、前記組成物の１重量％未満である、請求項１に記載の導電性の印刷可能な組成物。
15. 前記組成物の少なくとも３０重量％が水である、請求項１４に記載の導電性の印刷可能な組成物。