KR19990045230A - 물 기재의 전도성 후막 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하기 (a), (b), (c) 및 (d) 성분을 각각 조성물의 총 중량을 기준으로 하기 중량%로 포함하고, 이들 성분은 모두 물 및 약 1-8 중량%의 조용매 중에 분산된, 물 기재의 전도성 후막 코팅 조성물에 관한 것이다:
(a) 1종 이상의 아크릴 또는 메타크릴 단량체로 그래프트된 폴리히드록시에테르 중합체의 제1 수분산액(이 분산액 중의 그래프트된 중합체 고형분 함량은 25-40 중량%이다) 5-40 중량%;
(b) 은, 구리, 니켈, 은 코팅된 구리, 은 코팅된 니켈, 탄소, 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 전도성 미분 금속 입자 20-80 중량%;
(c) 아크릴 또는 폴리우레탄 중합체의 제2 수분산액(이 분산액 중의 중합체 고형분 함량은 25-40 중량%이다) 0-20 중량%;
(d) 수용성 중합체 0-5 중량%.

Description

물 기재의 전도성 후막 조성물
본 발명은 전도성 코팅을 제공하는데 사용하기 적합한 중합성 수분산액에 현탁된 전도성 입자를 함유하는 코팅 조성물의 개선에 관한 것이다.
전기 전도성 코팅은 다양한 적용 분야, 예를 들면 전자 장치용 EMI/RFI 차폐물, 심전계(EKG) 전극과 같은 의료용 장치에서의 전극용 전도성 코팅 및 부식 억제용 전도성 코팅에서 유용하다. 현재 산업에서, 가장 널리 사용되는 전도성 코팅 조성물은 환경 오염 가능성이 있는 용매를 기재로 한다. 휘발성 유기 화학 약품(VOC)으로부터의 오염을 감소시킬 필요성이 코팅 산업을 주도하였고, 정부 기관은 물 기재의 후막 코팅 조성물과 같은 낮은 VOC 함량의 후막 코팅 조성물을 요구하고 있다.
물 기재의 전기 전도성 코팅 조성물에 관한 선행 기술에서, 중합체 라텍스 및 수용성 중합체의 수용액이 일반적으로 사용된다. 미국 특허 제4,715,989호 및 동 제4,950,423호에는 금속 분말, 아크릴 공중합체의 라텍스 및 폴리우레탄의 수분산액을 함유하는 물 기재의 전도성 조성물에 대해 기재되어 있다. 미국 특허 제5,286,415호에는 금속 분말, 수용성 열가소성 중합체 및 중합체 분산액을 포함하는 수성 중합체 후막 조성물에 대해 기재되어 있다. 미국 특허 제5,492,653호에는 중합성 결합제로서 수용성 중합체를 갖는 수성 은 조성물에 대해 기재되어 있다. 상기한 전기 전도성 조성물의 건조 코팅은, 중합성 결합제 중의 수용성 중합체 또는 친수성 성분의 존재로 인해 물 및 알코올에 대해 민감성을 갖는 문제점이 있다. 이들 전도성 조성물은 또한 일반적으로 비교적 낮은 유리 전이 온도 Tg의 열가소성 중합체의 사용에 기인하는 낮은 코팅 경도를 갖는다. 따라서, 우수한 내용매성 및 우수한 내스크래치성을 갖는 전기 전도성 코팅을 제공할 수 있는 물 기재의 코팅 조성물에 대한 필요성이 있다.
본 발명의 목적은, 우수한 내용매성 및 우수한 내스크래치성을 갖는 전기 전도성 코팅을 제공할 수 있는 물 기재의 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명은, 하기 (a), (b), (c) 및 (d) 성분을 각각 조성물의 총 중량을 기준으로 하기 중량%로 포함하고, 이들 성분은 모두 물 및 약 1-8 중량%의 조용매 중에 분산된, 물 기재의 전도성 후막 코팅 조성물에 관한 것이다:
(a) 1종 이상의 아크릴 또는 메타크릴 단량체로 그래프트된 폴리히드록시에테르 중합체의 제1 수분산액(이 분산액 중의 그래프트된 중합체 고형분 함량은 25-40 중량%이다) 5-40 중량%;
(b) 은, 구리, 니켈, 은 코팅된 구리, 은 코팅된 니켈, 탄소, 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 전도성 미분 금속 입자 20-80 중량%;
(c) 아크릴 또는 폴리우레탄 중합체의 제2 수분산액(이 분산액 중의 중합체 고형분 함량은 25-40 중량%이다) 0-20 중량%;
(d) 수용성 중합체 0-5 중량%.
A. 전도성 성분
본 발명의 전기 전도성 성분은 은 또는 은-염화은, 구리, 니켈, 전도성 탄소 또는 흑연 또는 이들의 혼합물과 같은 전기 전도성 물질의 미분화 입자를 포함한다. 상기 성분으로는 금속들 및 탄소와 흑연 성분들의 혼합물을 들 수 있다. 은 코팅된 구리 및 니켈 플레이크가 순수한 구리 또는 니켈 플레이크에 비해 우수한 공기산화 내성을 가져서 안정한 고유저항이 얻어지므로 바람직하다. 높은 전기 전도성 및 입자 분산 안정성을 얻기 위해서 1-30 미크론 범위의 플레이크 입자가 바람직하다. 은 플레이크는 액상 분산액 중의 은 입자가 안정화되도록 0.5% 이하로 흡착된 계면활성제로 주로 채워진다. 전도성 탄소 코팅 조성물에 있어서, 탄소 또는 흑연이 사용될 수 있으나 비정질 전도성 탄소 및 흑연의 혼합물이 바람직한 충전제이다. 전도성 입자는 조성물의 20-80 중량%를 구성하고, 은, 은-염화은, 구리, 니켈, 은 코팅된 구리, 은 코팅된 니켈 또는 이들의 혼합물을 함유하는 조성물에 대해서는 30-80 중량%를 구성하는 것이 바람직하고, 전도성 탄소 또는 흑연 또는 이들의 혼합물을 함유하는 조성물에 대해서는 20-40 중량%를 구성하는 것이 바람직하다. 심전계(EKG) 전극 적용에 있어서, 전도성 성분은 은-염화은 혼합물 중에 염화은 입자 2-30 중량%을 포함할 수 있다.
B. 중합체 결합제 성분
폴리히드록시에테르 중합체의 분산액
본 발명에서 사용되는 폴리히드록시에테르 중합체의 분산액은 조성물 총 중량을 기준으로 5-40 중량%를 구성하고, 일반적으로 페녹시 수지로 공지되고 카르복시 함유 아크릴/메타크릴 단량체 1 이상으로 그래프트된 폴리히드록시에테르 중합체와 같은 적합하게 높은 Tg를 갖는 중합체의 수분산액이다. 본 중합체의 수분산액은 페녹시 스페셜티즈, 인크(Phenoxy Specialties, Inc)에 의해 물-매개 페녹시 수지로 시판된다. 미국 특허 제5,574,079호에는 이와 같은 물-매개 페녹시 수지의 제조 기술에 대해 기재되어 있다. 더욱이, 이와 같은 물-매개 수지와 듀폰(DuPont)의 "ABP" 수지와 같은 아크릴 수분산액 또는 제네카(Zeneca)의 "NeoRez R9699"와 같은 폴리우레탄 수분산액의 혼합물이 또한 본 발명의 전도성 조성물에 유용한 중합성 수분산액을 제공할 수 있다. 중합체 수분산액은 전형적으로 25-40%의 중합체 고형분을 갖는다. 본 발명의 금속 함유 전도성 조성물에서, 중합성 결합제의 사용 범위는 바람직하게는 건조 코팅 조성물의 5-25 중량%, 또는 30-60 부피%, 보다 바람직하게는 8-15 중량%이다. 중합체 결합제가 30 부피% 미만으로 사용되는 경우, 막 점착성에 영향을 미쳐서 얻어진 코팅 막의 완전성이 손상된다. 60% 부피를 초과하는 경우, 얻어진 막의 전기 전도성이 감소된다. 탄소 함유 전도성 조성물에 있어서, 중합성 결합제의 바람직한 %는 조성물 총 중량을 기준으로 15-25 중량%의 범위이다.
카르복시 함유 아크릴/메타크릴 단량체로 그래프트된 폴리히드록시에테르 중합체는 바람직하게는 탄소수 3 내지 약 8인 1종 이상의 에틸렌계 불포화 단량체를 좁은 다분산도를 갖는 열가소성 폴리히드록시에테르(Mw/Mn<4; 7000<Mn<12,000) 상에 그래프트하여 제조된다. 바람직하게는, 단량체 중 1 이상은 열가소성 폴리히드록시에테르의 단량성 단위 10개 당 카르복시기 약 1 내지 100개를 제공하기에 충분한 카르복시기를 함유한다. 이어서, 얻어진 그래프트된 열가소성 폴리히드록시에테르 및 전도성 입자는 물 및 수혼화성 조용매와 혼합되어 알맞은 코팅 조성물이 된다.
아크릴 또는 폴리우레탄 중합체의 분산액
폴리히드록시에테르의 수분산액은 아크릴 또는 우레탄 중합체의 수분산액 약 20 중량% 이하와 혼합될 수 있다. 아크릴 또는 폴리우레탄 중합체 수분산액은 중합체 고형분 25-40 중량%를 포함한다. 중합체 고형분을 기준으로 한 폴리히드록시에테르/아크릴 또는 폴리히드록시에테르/우레탄의 바람직한 혼합비는 중량비로 9/1 내지 6/4의 범위이다. 보다 바람직한 혼합물은 8/2 내지 7/3의 범위이다.
본 발명에 사용된 아크릴 중합체 분산액은 수성의 분지화 중합체이다. 아크릴 중합체는 에틸렌계 불포화 단량체, 예를 들면 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 에스테르 또는 아미드, 스티렌, 아크릴로니트릴 또는 메타크릴로니트릴로부터 제조될 수 있는 그래프트된 공중합체이다. 그래프트된 공중합체는 분자량 2,000-200,000의 선형 중합체 골격 및 분자량 1,000-30,000의 측쇄를 갖는다. 공중합체의 바람직한 분자량은 그래프트된 공중합체에 대해서는 2,000-100,000이고 측쇄에 대해서는 1,000-20,000이다. 그래프트된 공중합체는 알킬 아민으로 부분적으로 중화된 친수성 카르복실산 펜던트기를 갖는 중합체 골격 및 소수성 단량체로 구성된 측쇄를 갖는다. 중합체 골격은 바람직하게는 메타크릴산 2-30 중량%를 기재로 한다. 유기 염기로 중화되고 물과 혼합될 때, 분산된 중합체는 전형적으로 평균 입도가 10 내지 1000 nm이고, 바람직하게는 20 내지 400 nm이다. 본 발명에 적합한 바람직한 아크릴 중합체 분산액은 듀폰의 미국 특허 출원 제08/184,525호에 기재된 분지화 중합체 수분산액이다.
본 발명에 사용하기 적합한 아크릴 중합체 분산액의 다른 예는 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제5,231,131호에 기재된 분지화 중합체 수분산액이다. 아크릴 중합체는 소수성 골격 및 친수성 카르복실산 펜던트기를 포함한 측쇄를 갖는 그래프트된 공중합체이다. 바람직한 분자량은 그래프트된 중합체에 대해서는 40,000-150,000이고, 측쇄에 대해서는 1000-7000이다. 이와 같은 그래프트된 중합체는 친수성 펜던트 카르복시기 및 아크릴 단량체를 갖는 아크릴 거대단량체로부터 제조된다.
본 발명에 사용되는 폴리우레탄으로는 수분산성인 임의의 폴리우레탄을 들 수 있다. 이들은 알킬 아민으로 중화된 친수성 카르복실산 펜던트기를 갖는 중합체 골격에 이온기(예를 들면, 친수성 잔기)를 갖는 친수성 폴리우레탄이다. 전형적인 폴리우레탄은 문헌[Dieterich article "Aqueous Emulsions, Dispersion and Solutions of Polyurethanes; Synthesis and Properties" in Progress in Organic Coatings, Vol. 9, pp. 281-340(1981)]에 예시된 분산액이다. 본 발명에 사용된 바람직한 폴리우레탄 분산액은 카르복시화 지방족 폴리에스테르 폴리에테르 우레탄이다. 이들 폴리우레탄은 중합체 쇄 상에 펜던트 카르복실산기를 갖는다. 알킬 아민과 같은 유기 염기와 반응할 때, 펜던트기는 알킬 암모늄 카르복실레이트 기로 전환되고 폴리우레탄 중합체는 물에 분산된 미세 중합체 입자로 전환된다. 이들 폴리우레탄 분산액은 제네카 코포레이션이 상표명 "NeoRez(등록상표)"로 시판하는 것이다. 다른 적합한 폴리우레탄 분산액은 모베이 코포레이션(Mobay Corporation)으로부터 입수 가능하다.
상기 물 기재의 결합제는 아크릴 및 우레탄 중합체 상의 카르복실레이트기와 반응하는 임의의 가교제로 개질될 수 있다. 가교된 중합체는 코팅에 보다 우수한 경도를 제공한다. 이와 같은 가교 반응에 적합한 수용성 가교제는 아지리딘, 멜라민 포름알데히드 및 페놀 포름알데히드 수지의 족으로부터의 것이다.
기타 성분
금속 또는 탄소 입자의 우수한 분산 안정성을 유지하기 위해, 본 발명의 전도성 조성물에 계면활성제가 부가될 수 있다. 물 기재의 전도성 조성물에 적합한 계면활성제는 올레산 및 나트륨 스테아레이트와 같은 장쇄 지방족 카르복실산 및 그의 염의 족으로부터의 음이온계 계면활성제 및 코너티켓주 유니온 카바이드(Union Carbide)로부터 "Triton*" 및 "Tergital*"로 널리 판매되는 알킬 폴리에테르 알코올의 족으로부터의 비이온계 계면활성제이다.
점도가 증가되도록 5 중량% 이하, 바람직하게는 1-3 중량%의 수용성 또는 수분산성 중합성 증점제 및 이들의 혼합물이 주로 부가된다. 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피롤리돈-비닐 아세테이트 공중합체, 폴리비닐 알코올, 폴리(에틸렌-옥시드) 및 필라델피아 소재의 롬-하스(Rohm-Hass)가 상표명"Acrysol*"로 널리 판매하는 팽윤성 아크릴 분산액과 같은 통상의 수용성 중합체가 본 발명의 조성물에 적합하다. 전기화학/의료용 적용에서 전극으로 은-염화은 전도성 코팅을 사용하는 경우, 이온 전달이 향상되도록 중합체 매트릭스에 친수성 결합제를 혼입하는 것이 바람직하다. 수용성 중합체가 폴리히드록시에테르의 수분산액과 혼합되어 우수한 EKG 또는 전기화학 전극의 제조에 사용하기 적합한 Ag/AgCl 조성물을 위한 부분적인 친수성 결합제를 제공한다.
C. 조용매 및 물
약 1-8 중량%의 조용매가 물 기재의 코팅 조성물에 포함된다. 바람직한 조성물은 3-6 중량%의 조용매를 갖는다. 이들 조용매는 건조 중에 막 형성 공정을 보조하는 중합체 입자용 용합제로 작용하고, 또한 플라스틱 막 표면에서 습윤제 및 부착 촉진제로 기능한다. 조용매의 예로는 에틸렌, 프로필렌 글리콜 등과 같은 글리콜 족; 코너티켓주 소재의 유니온 카바이드가 상표명 "Cellosolve(등록상표)"로서, 펜실바니아주 소재의 아르코 케미칼즈(ARCO Chemicals)가 상표명 "Arcosolve(등록상표)"로서, 그리고 미시간주 소재의 다우(DOW)가 상표명 "Dowanol(등록상표)"로 널리 판매하는 에틸렌 또는 프로필렌 글리콜의 모노 및 디알킬-에테르, 및 부탄올, 펜탄올 및 헥산올과 같은 알칸올 족으로부터의 것이다.
조성물의 고형분 성분이 물에 분산된다. 물의 양은 우수한 유동적 특성 및 본 출원의 방법에 적합한 일관성을 제공하기에 충분해야 한다. 물의 주 효과는 쉽게 기판에 적용될 수 있는 형태로 조성물의 고형분을 분산시키기 위한 운반체로 작용하는 것이다. 탈이온수 또는 증류수는 조성물에 사용하기에 바람직하다. 탈이온수 또는 증류수는, 물에 의한 임의의 이온 분포를 감소시킴으로써 조성물의 분산능 및 안정성을 보증한다.
D. 일반적인 조성물 제조 및 인쇄 절차
물 기재의 코팅 조성물은 전형적으로 상기된 폴리히드록시에테르 중합체 또는 중합체의 분산 혼합물 및 아크릴 또는 우레탄 수지와 함께 전도성 분말을 분쇄하여 제조된다. 이어서, 전도성 분말을 잘 분산시키기 위한 충분한 교반하에 얻어진 분산액이 추가의 물 기재의 중합체 결합제 수지 및 전도성 분말과 혼합된다.
전도성 조성물은 통상의 코팅 공정에 의해 적용될 수 있다. 3 차원 형태를 갖는 코팅 프라스틱 부분에 대해서는, 공기 분무, 침지 코팅이 일반적으로 사용된다. 플라스틱 시트 또는 막과 같은 평평면 상의 코팅에 대해서는, 롤 코팅, 스크린 코팅 또는 그라비어/플렉소 인쇄가 기판 상에 전도성 코팅을 도포하기 위한 비용상 효과적인 방법이다.
일회용 EKG 전극에 사용하는 경우에는, 조성물의 얇은 코팅이 치수적으로 안정한 유전성 막 기판에 적용된다. 전형적인 코팅의 두께는 7.63 μm(0.3 밀) 미만이고, 최종 코트 중량은 1.2 mg/cm2미만이다. EKG 전극에 대해 바람직한 막 기판은 코폴리에스테르, 폴리카보네이트, 및 폴리에테르이미드 폴리비닐클로라이드 막 족으로부터의 플라스틱 막이다. 일부 적용에서, 전도성 탄소 잉크 코팅을 갖는 전도성 탄소 충전된 폴리비닐클로라이드 막 또는 폴리에스테르 막에 인쇄된 매우 얇은 은-염화은 코팅(< 2.54 μm(0.1 밀))이 사용되어 전극 비용을 더 감소시킬 수 있다. 다른 적용에서, 매우 얇은(< 2.54 μm(0.1 밀)) Ag 코팅이 은 전도성 코팅에 인쇄되어 매우 높은 전도성을 갖는 전극을 제공할 수 있다. 은-염화은 잉크의 인쇄는 바람직하게는 플렉소인쇄 또는 그라비어 인쇄 프레스에서 수행된다. 이와 같은 공정에 의해 다층 인쇄를 갖는 매우 얇은 연속적인 균일 코팅을 높은 작업처리량 및 낮은 제조비로 제조할 수 있다.
플렉소 또는 그라비어 인쇄 프레스는 다수의 코팅 헤드, 웹 취급 어셈블리 및 긴 건조기로 이루어진다. 각 코팅 헤드는 코팅 팬 어셈블리, 롤러 어셈블리 및 짧은 건조 오븐의 부분이고 플라스틱 막 웹에 하나의 인쇄를 제공한다. 전형적인 코팅 수행에서, 잉크 액체가 코팅 팬에 부하된다. 잉크의 습윤 코팅은 코팅 팬 내의 잉크에 잠기는 회전 그라비어 또는 저장용기 롤에 의해 수행된다. 상기 회전 그라비어 롤이 인쇄 롤 주위를 둘러싸는 플라스틱 막의 움직이는 웹을 가압할 때, 습윤 코팅이 플라스틱 막으로 이송된다. 플렉소 인쇄법에 의하면 조각(彫刻)된 롤이 잉크를 집어 올리고, 이어서 잉크가 인쇄 패턴을 갖는 고무 롤로 이송되고, 이어서 움직이는 막 기판 상에 인쇄된다. 움직이는 막 웹 상의 코팅은 짭은 오븐에서 끈기가 없는 상태로 건조된다. 목표로한 코팅 두께가 얻어지도록 다수의 인쇄 헤드 상에서 다수의 인쇄를 반복한다. 최종적으로 웹이 긴 건조기를 통과하여 코팅이 완전히 건조된다. 일정한 코팅 특성을 얻기 위해서, 코팅 두께, 웹 속도, 오븐 온도, 및 그의 공기 유속과 같은 파라미터를 최적화하는 것이 중요하다. 조성물의 희석이 필요한 경우, 고형분 함량 %, 점도, 및 용매 건조 속도와 같은 잉크 특성의 변화와 부합하도록 코팅 파라미터가 이에 따라 조절되어야 한다. 물 기재의 조성물의 경우에, 펌핑에 의해 조성물이 코팅 팬으로 순환할 때 발포화되지 않도록 주의해야 한다.
시험 절차
저항
본 시험은 마일러(Mylar: 등록상표) 기판 상의 특정 전도체 조성물의 고유저항을 측정하고자 하는 것이다.
절차
1. 균일한 일관성이 보장되도록 시료를 철저히 혼합한다.
2. 공기 분무하거나 철사가 권취된 막대로 드로우다운(drawdown)하여 전도성 조성물의 코팅을 폴리에스테르 막 기판에 적용하고 70-100 ℃에서 건조한다. 전형적인 코팅 두께는 12.7-50.8 μm(0.5-2 밀)이다.
3. 4점 프로브(probe)를 이용하여 12.7 cm x 0.635 cm(5 인치 x 1/4 인치)의 코팅 스트립을 가로지르는 전기 저항을 측정한다.
4. 고유저항(밀리옴/스퀘어/밀)을 다음과 같이 계산한다:
고유저항 = [평균 저항 측정치(밀리옴) x 평균 두께(mil)]/20
연필 경도
ASTM-D-3363-92a에 따라 마일러(등록상표) 기판 상에 인쇄된 전도체 조성물의 막 경도를 측정한다.
절차
1. 균일한 일관성이 보장되도록 시료를 철저히 혼합한다.
2. 전도성 조성물의 25.4 μm(1 밀)의 건조 코팅을 제조한다.
3. 검정된 연필심 경도를 갖는 만족스러운 브랜드의 연필(2)을 사용한다.
연필 경도에 일반적으로 사용되는 척도는 다음과 같다:
6B 5B 4B 3B 2B B HBH 2H 3H 4H 5h 6H 7H 8H 9H -> 경도 증가
4. 목재 연필이 사용되는 경우에, 이들은 부드러운 원통형의 연필심이 얻어지도록 뾰족하게 되어야 한다. 연필 또는 연필심 홀더를 90。 각도로 연마지(그릿(grit) 수치 90)에 지지시키고, 연부에 흠 및 새김눈이 없는 평평한 연성의 환상 횡단면이 얻어질 때까지 연필심을 연마지에 문지른다.
5. 가장 경질의 연필심으로 개시하여, 연필심을 견고히 보유한 연필을 막에 대해 45。 각도로(작동기로부터 멀리 떨어진 지점에서) 지지시키고, 작동기로부터 밀어낸다. 매 시험 전에 연필심에 대해 새로운 모서리를 사용한다.
6. 연필이 막을 통해 기판으로 파고들지 않는 것으로 확인될 때까지 경도 치수에 대해 하향식으로 이 공정을 반복한다. 패턴의 10개의 선 중 4개 이상의 파단선이 있을 때 실패한 것으로 정의된다.
실시예
실제적인 실시예를 제시하여 본 발명을 보다 상세히 기술하고자 한다. 그러나, 본 발명의 범위는 어떠한 식으로도 이들 실제적인 실시예에 의해 제한되지 않는다.
실시예 1
본 실시예는 평균 입도 D50이 4-5 미크론인 미세한 은 플레이크를 사용하는 은 전도성 잉크의 제조에 대해 기술한다. 하기 수록된 성분을 혼합하면서 0.24 ℓ(8 온스) 쟈(jar)에 부가하였다. 교반 플레이트 상에서 자기 교반 막대로 30 분 동안 격렬히 교반하면서 혼합물을 혼합하였다. 얻어진 혼합물은 #2 쟌(Zahn) 컵에서 25초의 점도를 갖는다. 이어서, 40-60 psi 기압에서 작동하는 공기 브러쉬를 사용하여 127 μm(5 밀)의 PET 막에 분무하였다. 습윤 코팅을 공기 중에서 5분 동안, 이어서 70℃ 건조 오븐에서 5 분 동안 건조하여 12.7 μm(0.5 밀)의 코팅 두께를 얻었다. 시트 고유저항을 위해 건조 코팅을 측정하였다. 전형적인 시트 고유저항은 45 밀리옴/스퀘어/밀이었고, ASTM-D-3363-92a에 따라 측정된 코팅 연필 경도는 H였다.
성분 중량
페녹시 수분산액(1) 28 부
프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르(2) 2.5 부
탈이온수 15.0 부
은 플레이크(3) 62.0 부
(1) 사우쓰 캐롤라이나주 소재의 Phenoxy Associates의 "Phenoxy PKHW-34X"(2) 펜실바니아주 소재의 ARCO Chemicals의 "Arcosolve*PNP"(3) 델라웨어주 소재의 듀폰의 "K003L"과 같은 3-5 미크론의 D50을 갖는 은 플레이크
실시예 2
큰 은 플레이크 및 물 기재의 페녹시 및 물 기재의 폴리우레탄의 블렌드를 함유하는 전도성 페인트를 하기 수록된 성분을 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 은 페인트를 127 μm(5 밀)의 PET 막에 분무하여 25.4 μm(1 밀)의 코팅 두께를 얻었다. 시트 고유저항은 41 밀리옴/스퀘어/밀로 측정되었다. 전형적인 코팅 연필 경도는 HB였다.
성분 중량 퍼센트
페녹시 수분산액 23.04 %
수성 폴리우레탄 수지(4) 4.93 %
프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르 4.99 %
탈이온수 24.97 %
은 플레이크 41.14 %
아크릴 증점제 ASE-60(3) 0.53 %
10% 암모니아 용액 0.4 %
(4) 미시시피주 소재의 Zeneca의 "Neorez R-9699 수지"(5) 펜실바니아주 Rohm-Hass의 "Arcysol ASE-60"
실시예 3
페녹시 분산액 및 아크릴 분산액의 블렌드를 사용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 은 전도성 페인트를 제조하였다. 시트 고유저항은 26 밀리옴/스퀘어/밀이었고, 코팅 연필 경도는 HB였다.
성분 중량 퍼센트
페녹시 수분산액 14.06 %
아크릴 수분산액 15.97 %
프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르 4.82 %
탈이온수 24.09 %
Acrysol ASE-60 0.50 %
10% 암모니아 용액 0.40 %
은 플레이크(6) 40.16 %
(6) 로드아일랜드 소재의 Chemet의 은 플레이크 "AB0222"
실시예 4
본 실시예는 물 기재의 전도성 구리 페인트의 제형화에 관한 것이다. 하기 수록된 성분을 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다. 얻어진 페인트는 44.4%의 고형분 %함량을 갖고, 점도는 #2 쟌 컵에서 35 초이다. 페인트 시료를 127 μm(5 밀)의 PET 막 기판에 분무하고, 5 분 동안 공기 중에서 이어서 5 분 동안 70 ℃에서 건조하였다. 코팅 두께는 25.4 μm(1 밀)이었다. 측정된 시트 고유저항은 87 밀리옴/스퀘어/밀이었다. 전형적인 코팅 경도는 4H였다.
성분 중량
페녹시 수분산액 42 부
구리 플레이크(7) 51 부
탈이온수 46 부
프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르 9 부
나트륨 스테아레이트 0.5 부
(7) 뉴저지 소재의 Degussa의 5% 은 코팅을 갖는 구리 플레이크
실시예 5
물 기재의 전도성 탄소 잉크의 제조를 하기에 기재한다. 탈이온수 99 g 및 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르 11.0 g 중의 비정질 카본블랙(메사츄세츠주 소재의 캐보트로부터의 VULCAN 400R) 및 나트륨 스테아레이트 0.36 g을 1.27 cm(1/2 인치)의 원통형 세라믹 분쇄 매체를 갖는 쟈 밀(jar mill)에서 분쇄하여 전도성 비정질 탄소의 물 기재 분산액을 제조하였다. 탄소 잉크를 제조하기 위해서, 분산액 38.6 g, PKHW-34X 수지 12.2 g, 탈이온수/프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르의 5/1 혼합물 8.4 g, 흑연(오하이오주 Timcal America로부터의 "Timcal SFG-6") 8.8 g을 높은 교반 속도로 30분간 혼합하였다. 얻어진 물 기재의 잉크는 점도가 2 쟌 컵에서 29 초#이었다. #12 드로우다운 막대를 사용하여 잉크 시료의 전도성 탄소 코팅을 127 μm(5 밀)의 PET 막 기판에 코팅하고 이어서 70 ℃에서 5분 동안 건조하였다. 3회의 반복 드로운다운에 의해 15.24 μm(0.6 밀)의 코팅 두께가 얻어졌다. 탄소 코팅의 시트 고유저항은 23 옴/스퀘어/밀이었다. 연필 경도는 HB였다.
실시예 6
일회용 EKG 전극의 코팅에 적합한 물 기재의 페녹시 및 수용성 중합체를 함유하는 은-염화은(Ag/AgCl) 조성물에 대해 하기에 기재한다. AgCl 분말(델라웨어주 Colonial Metals Inc.제품) 39.3 %, 페녹시 수분산액 21.4 %, 탈이온수 35.7 % 및 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르 3.6 %을 함유하는 AgCl 분산액을, Ag/AgCl 입자를 분산시키는 세라믹 매체를 갖는 쟈 밀에서 혼합물을 분쇄하여 우선 제조하였다. 이어서, AgCl 분산액, 은 플레이크 및 페녹시 수분산액을 실시예 1과 동일하게 혼합하여 전도성 조성물을 제조하였다. #10 철사가 권취된 막대를 사용하여 토우 드로우다운(tow drawdown)하여Ag/AgCl 잉크의 코팅을 제조하고 이어서 70 ℃에서 5 분 동안 건조하였다. 측정된 시트 고유저항은 48 밀리옴/스퀘어/밀이었고, 연필 경도는 H였다.
성분 중량 퍼센트
페녹시 수분산액 14.0 %
폴리비닐피롤리돈 비닐 아세테이트 1.4 %
은 플레이크 51.7 %
AgCl 분산액 32.9 %
실시예 7
일회용 EKG 전극의 코팅에 적합한 Ag/AgCl 조성물을 실시예 6과 동일한 방법으로 제조하였다. AgCl 분말 40 %, 페녹시 수분산액 21.5 %, 탈이온수 32.1 % 및 프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르 6.4 %을 함유하는 AgCl 분산액을 사용하였다. 전형적인 시트 고유저항은 45 밀리옴/스퀘어/밀이었고, 연필 경도는 HB였다.
성분 중량 퍼센트
페녹시 수분산액 14.3 %
탈이온수 5.3 %
프로필렌 글리콜 n-프로필 에테르 0.7 %
은 박편 49.2 %
AgCl 분산액 30.5 %
실시예 8
본 실시예는 EKG 적용을 위한 Ag/AgCl 코팅의 인쇄를 설명한다. 250 라인이 조각된 실린더를 구비한 로토그라비어 핸드 프로퍼(Rotogravure hand proofer)를 사용하여 실시예 6 및 7의 Ag/AgCl 잉크를 76.2 μm(3 밀) 폴리에스테르 막 위에 인쇄하였다. 3회의 연속적인 인쇄 및 5분 동안 70 ℃에서의 건조 단계에 의해 0.8 - 1.1 mg/cm2최종 코트 중량을 얻었다. 다른 방법으로, Ag/AgCl의 1회 인쇄를 실시예 5의 탄소 잉크로 인쇄된 탄소 전도성 코팅 또는 실시예 1의 Ag 잉크로 인쇄된 Ag 전도성 코팅에 적용하여 EKG 전극을 제조하였다. Ag/AgCl 면에 전도성 접착제인 "Promeon RG63B 히드로겔이 적층된 Ag/AgCl 코팅 2장(2.54 cm x 5.08 cm(1인치 x 2인치))에 대해 EKG 시험을 수행하였다. "Xtratek" 시험기를 사용하여 AMIA 설명서에 따라 EKG 특성을 측정하였다. 전형적인 EKG 특성을 하기에 수록한다.
실시예 6 실시예 7 실시예 5의 코팅 상의 실시예 7 실시예 1의 코팅 상의 실시예 7
DC 오프셋(밀리볼트) 0.6 0.7 0 0.4
AC 임피던스(옴) 43 52 127 49
모의 실험된 디프리비레이트 회복(Simulated Defribilation Recovery: SDR)
DC 오프셋(밀리볼트) 2.1 12.9 16.6 16.3
기울기(밀리볼트/초) 0.35 0.38 0.41 0.44
AC 임피던스(옴) 33 34 119 42
실시예 9
용기에 하기 성분을 부가하고 약 45분 동안 혼합하였다.
성분 중량 퍼센트
폴리히드록시에테르 용액**(사우쓰 캐롤라이나주 소재의 Phenoxy Associates로부터 입수한 "PKHW-35") 30.55 %
3-6 미크론의 D50를 갖는 박편 은 플레이크 62.03 %
부틸 셀로솔브 용매(Union Carbide, Inc로부터 입수) 7.42 %
**폴리히드록시에테르 용액은 개질된 폴리히드록시 에테르(페녹시) 수지 25.0%, 부틸 셀로솔브 용매 6.85 %, 물 68.15 %로 이루어진다.
얻어진 페이스트를 폴리에스테르 기판에 스크린 인쇄하고 120 ℃에서 5분 동안 경화하였다. 페이스트의 고유저항은 약 30 밀리옴/스퀘어/밀이었다. 경화된 페이스트의 폴리에스테르에 대한 점착력은 상당히 만족스러웠다.
본 발명에 의해 우수한 내용매성 및 우수한 내스크래치성을 갖는 전기 전도성 코팅을 제공할 수 있는 물 기재의 코팅 조성물이 제공된다.

Claims (10)

  1. 하기 (a), (b), (c) 및 (d) 성분을 각각 조성물의 총 중량을 기준으로 하기 중량%로 포함하고, 이들 성분은 모두 물 및 약 1-8 중량%의 조용매 중에 분산된, 물 기재의 전도성 후막 조성물:
    (a) 1종 이상의 아크릴 또는 메타크릴 단량체로 그래프트된 폴리히드록시에테르 중합체의 제1 수분산액(이 분산액 중의 그래프트된 중합체 고형분 함량은 25-40 중량%이다) 5-40 중량%;
    (b) 은, 구리, 니켈, 은 코팅된 구리, 은 코팅된 니켈, 탄소, 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 전기 전도성 미분 금속 입자 20-80 중량%;
    (c) 아크릴 또는 폴리우레탄 중합체의 제2 수분산액(이 분산액 중의 중합체 고형분 함량은 25-40 중량%이다) 0-20 중량%;
    (d) 수용성 중합체 0-5 중량%.
  2. 제1항에 있어서, 전기 전도성 입자가 조성물 총 중량의 30-80 중량%이고, 은, 구리, 니켈, 은 코팅된 구리, 은 코팅된 니켈 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 전기 전도성 입자가 조성물 총 중량의 20-40 중량%이고, 탄소, 흑연 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 중합체 고형분의 중량을 기준으로 아크릴 또는 폴리우레탄에 대한 폴리히드록시에테르의 비가 9/1 내지 6/4의 범위인 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 조용매가 글리콜 및 알칸올로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 수용성 중합체(d)가 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 알코올, 폴리(에틸렌 옥시드), 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐피롤리돈-비닐 아세테이트 공중합체 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 조성물.
  7. 제2항에 있어서, 전기 전도성 입자가 입도 1-30 미크론의 금속 플레이크인 조성물.
  8. 제2항에 있어서, 전기 전도성 입자가 은 기재의 전도성 조성물 중에 염화은 입자 2-30 중량%를 더 포함하는 것인 조성물.
  9. 제2항에 있어서, 제1 중합체 수분산액이 조성물 총 중량의 5-25 중량%인 조성물.
  10. 제3항에 있어서, 제1 중합체 수분산액이 조성물 총 중량의 15-25 중량%인 조성물.
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