KR20070020297A - 기판의 코팅 및 인쇄를 위한 액체 제제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 점도를 갖는 액체 및 아민-산 부가물의 혼합물을 포함하는, 기판으로의 도포를 위한 제제에 관한 것이다. 상기 혼합물은 상기 제1 점도보다 큰 제2 점도를 갖는다. 상기 아민-산 부가물은 증발되어 기판 상에 침착물로서 도포되는 기능적 건조 상태의 혼합물로부터 실질적으로 완전히 제거된다.

액체 제제, 아민-산 부가물, 나노 입자, 탄소 나노 튜브

Description

기판의 코팅 및 인쇄를 위한 액체 제제 {LIQUID FORMULATIONS FOR COATING AND PRINTING SUBSTRATES}

<관련 출원과의 상호 참조>

본 출원은 2004년 5월 19일에 출원된 미국 가특허 출원 제60/572,333호로부터 우선권을 청구한다.

본 발명은 일반적으로는 코팅, 인쇄된 패턴 등으로서 기판으로의 도포를 위해 고안된 액체 제제에 관한 것이며, 특히 액체, 및 혼합물이 기판에 도포되고 그의 기능적으로 건조된 상태로 가공될 때 실질적으로 완전히 증발되는 휘발성 점도 변경 성분의 혼합물을 포함하는 제제에 관한 것이다.

예컨대 물 또는 비수성 매질 중의 매우 묽은 상태에서 가장 잘 도포되는 코팅 또는 인쇄 잉크로서 사용되는 용액 및 분산액이 존재한다. 그러나, 다수의 용도에서, 이러한 코팅 또는 잉크의 레올로지는 그들을 너무 자유롭게 유동시켜 그의 도포량을 적절하게 제어할 수 없게 할 수 있다. 또한, 그들이 조심스럽게 도포될 경우에도 너무 자유롭게 유동하여 그의 표적 위치를 유지할 수 없게 할 수 있다.

계의 연속적인 액체 상에 도입되어 그의 점도를 적절한 수준 (즉, 도포 방법의 요건을 충족시키는 수준)으로 개질시킬 수 있는, 일반적으로 "증점제"로 칭해지 는 다수의 레올로지 제어제가 존재한다. 그러나, 증점제는 실질적으로 건조된 계에 사용될 경우, 종종 코팅 또는 인쇄의 성능에 불리한 영향을 미칠 정도로 높은 농도로 남아 있는다.

전도성 잉크의 인쇄 및 광학 코팅의 도포는 이러한 이분성이 도포 목적을 위한 상승된 점도의 필요 및 기능적으로 건조된 상태에서의 순도 사이에 존재하는 2개의 비제한적인 예이다. 잔류 증점제의 유전체 특성은 전도성 잉크 침착물의 전도성을 불리하게 감소시킬 수 있고, 이러한 잔류 증점제의 불투명도는 광학 코팅의 목적하는 투명도에 불리하게 영향을 미치는 흐림 (haze)을 발생시킬 수 있다.

따라서, 의도하는 도포 방식에 적합한 점도를 얻기 위하여, 기판에 도포되는 기능적으로 건조된 상태의 생성된 코팅 또는 잉크 침착물로부터 실질적으로 완전히 제거되는 증점제의 도입에 의해 조정된 레올로지를 갖는 코팅 및 잉크 제제에 대한 요구가 존재한다.

본원에서 사용된 "기능적으로 건조된 상태"란 액체 혼합물이 그의 의도하는 용도를 위한 상태가 되기에 충분한 정도로 상기 혼합물의 휘발성 성분이 증발된 것을 의미한다.

또한, 본원에서 사용된 바와 같이, 액체 혼합물의 성분의 임의의 잔류물이 기능적으로 건조된 상태의 혼합물의 의도하는 용도를 수행하는 것을 방해하지 않을 때, 액체 혼합물의 성분이 "실질적으로 완전히 제거된" 것으로 생각된다.

<발명의 개요>

본 발명에 따르면, 코팅 또는 인쇄된 침착물로서 기판으로의 도포를 위한 제 제는 제1 점도를 갖는 액체, 및 이 액체 및 혼합물의 의도된 용도에 적합한 양, 바람직하게는 혼합물의 10 중량％ 초과의 아민-산 부가물의 혼합물을 포함한다. 상기 혼합물은 상기 제1 점도보다 큰 제2 점도를 갖는다. 상기 아민-산 부가물은 상기 혼합물이 기판에 도포되고 그의 기능적으로 건조된 상태로 가공되는 동안 증발에 의해 실질적으로 완전히 제거된다. 상기 아민-산 부가물의 잔류물은 이렇게 도포되고 가공된 혼합물의 0.2 중량％ 만큼 적게, 전형적으로는 약 0.1 중량％ 미만, 바람직하게는 0.01 중량％ 미만, 가장 바람직하게는 0.001 중량％ 미만으로 존재할 수 있다.

본 발명은 탄화수소에서 알코올로, 물로의 용액/분산액의 범위를 위한 점도 제어제로서 아민 카르바메이트를 사용한다. 1급 및 2급 아민이 후보자이며, 3급 아민은 유용하지 않다.

아민은 CO₂로 처리될 때 아민 카르바메이트를 형성한다 (물로 처리될 때 아민 카르보네이트를 형성할 수 있다). 이러한 형성된 양쪽성 이온은, 지방산 에스테르 및 염의 경우에서와 같이, 사용되어 그러한 염이 상용성인 액체의 레올로지를 변경시킬 수 있다.

아민, 특히 대략 액체 혼합물의 용매 또는 연속 상의 비점에서 비점을 갖는 것은 카르바메이트 (카르보네이트)를 분열시키고 (CO₂를 방출함) 아민을 혼합물의 다른 휘발성 성분과 함께 증발시킨다. 혼합물을 기판에 도포하고, 그것을 그의 기능적으로 건조된 상태로 가공시키는 동안, 카르바메이트 (카르보네이트)는 실질적으로 완전히 제거되며, 임의의 잔류물은 이렇게 도포되고 가공된 혼합물의 0.2 중량％ 만큼 적게, 전형적으로는 0.1 중량％ 미만, 바람직하게는 0.01 중량％ 미만, 가장 바람직하게는 0.001 중량％ 미만으로 존재할 수 있다.

이러한 유형의 레올로지 제어가 유리한 도포로는, 예를 들어 다음을 들 수 있다:

(a) 코팅되는 부재가 종종 매우 묽은 농도이지만, 코팅은 고른 배치를 위하여 높은 점도를 필요로 하는 나노기술. 이것은 점도 제어가 도포을 용이하게 할 뿐만 아니라, 나노 튜브가 코팅, 개별 코팅 또는 인쇄 전에 담체 액체에서 얽혀서 응집화되고 담체 액체로부터 이탈되는 것을 방지하는 안정화 효과를 갖는 탄소 나노 튜브를 다룰 때 특히 관심있는 대상이다.

(b) 기능적으로 건조된 침착물의 투명성이 제1 요건인, 예를 들어, 필름 기재 시각 구동형 사용자 인터페이스 (디스플레이, 터치스크린)를 위한 광학 코팅, 그래픽을 위한 투명한 보호 코팅 등의 도포.

(c) 전자 제품 제조에 사용된 다른 오염-민감성 코팅. 예를 들어, 레지스트 코팅의 배치에 사용되는 "잉크 젯" 유형의 코팅 (인쇄)의 사용; 또는 회로에서 전도성 요소의 개별 배치를 위한 점착 처리.

하기 실시예에서, 액체 혼합물은 다음의 성분들 중 하나 이상을 사용하여 제조되었다:

미국 마이애미주 프랭클린 소재 에이코스 (Eikos)로부터 입수된 CNT 잉크 농축물 (3000 ppm CNT)

미국 마이애미주 윌밍톤 소재 라피 앤드 스완슨 (Raffi & Swanson)으로부터 입수된 용매 잉크 농축물 # 7633-41P

미국 조지아주 스미르나 소재 서피스 스페셜티즈 유씨비 (Surface Specialties UCB)로부터 입수된 희석 아크릴레이트 IBOA (이소보르닐 아크릴레이트)

미국 펜실베니아주 암블러 소재 코그니스 코포레이션 (Cognis Corporation)으로부터 입수된 UV 코팅 ECX 4019

실시예 1

전도성 잉크

WB 카르바메이트:

sec-부틸 아민 90 g

물 10 g

CO₂ 점도 11,500 내지 12,500 cP가 될 때까지 버블링

CNT 잉크 제제:

CNT 잉크 농축물 (3000 ppm CNT) 1％

물 21％

용매 (IPA) 50％

카르바메이트 28％

100％

잉크 농축물의 출발 점도 30 내지 100 cP

혼합물의 최종 점도 1500 내지 2000 cP

실시예 2

광학 코팅

카르바메이트:

n-부틸 아민 50 g

용매 50 g

CO₂ 점도 10,000 cP가 될 때까지 버블링

용매 잉크 제제:

용매 잉크 농축물 10％

용매 70％

카르바메이트 20％

100％

농축물의 출발 점도 100 내지 200 cP

혼합물의 최종 점도 1000 내지 1200 cP

실시예 3

광학 코팅

카르바메이트:

n-프로필 아민 20 g

묽은 아크릴레이트 80 g

CO₂ 점도 10,000 cP가 될 때까지 버블링

UV 코팅 제제:

UV 코팅 79％

카르바메이트 21％

100％

UV 코팅의 출발 점도 200 내지 250 cP

혼합물의 최종 점도 1500 내지 1800 cP

실시예 1 내지 3의 혼합물을 메이어 (Meyer) 연신 막대를 사용하여 투명한 폴리에스테르 필름에 도포하고, 실험실 오븐에서 70℃에서 1분 동안 그의 기능적으로 건조된 상태로 가공하였다. 생성된 건조된 침착물을 피드리온 인스타-체크 서피스 pH 펜슬 (pHydrion Insta-Check Surface pH Pencil) (미국 펜실베니아주 VWR 인터네셔날 오브 웨스트 체스터 (VWR International of West Chester)로부터 입수가능함)을 사용하여 잔류 카르바메이트 성분에 대해 시험하였다. 각각의 경우에, pH 판독치는 5 내지 6 범위였다.

pH의 정의 (문헌 [Holtzclaw et. al. General Chemistry, p. 459, 1984, D. C, Heath and Co., Lexington, MA]으로부터의 식 pH = - log[H⁺]로 기재되는, pH가 수소 이온의 농도의 마이너스 로그 함수라는 화학적 사실)를 기초로, 수소 이온의 농도가 높을수록, pH는 낮아진다. 카르바메이트의 임의의 잔류 아민 성분은 수소 이온 농도를 감소시키고, 이로 인해 이 시험에서 측정된 pH는 증가할 것이다.

이러한 계산 방법을 사용하고, 상기 기재된 pH 판독을 기초로, 실시예 1 내지 3의 기능적으로 건조된 잔류물 중 잔류 카르바메이트 농도는 7.3x10^-6％의 범위내인 것으로 측정되었다. 이러한 감소된 수준으로 존재한다는 점에서, 임의의 잔류 카르바메이트는 실시예 1의 잉크의 전도성 또는 실시예 2 및 3의 코팅의 투명성에 상당한 불리한 영향을 미치지는 않는 것으로 관찰되었다.

아민의 양쪽성 이온 부가물은 CO₂ 이외의 물질로 형성될 수 있다. 또한, 이황화탄소 (CS₂)는 염화수소 (HCl) 및 저비점 유기산 (예를 들어, 아세트산, 포름산, 프로피온산) 처럼, 안정한 아민염을 형성한다. 그러나, CO₂는 최소한의 독성이라는 이점을 가지며, 비교적 약산이어서, 처리될 일부 코팅에 이로울 수 있다.

또다른 이점은 아민 카르바메이트/카르보네이트가 100℃를 훨씬 넘는 온도에서 거의 안정하지 않다는 점이다. 따라서, 용이하게 분해되는 CO₂-기재 부가물은 우수한 전체 후지티브 (fugitive) 특성을 갖는다.

아민 부가물을 제조한 후, 부가물을 코팅 (또는 인쇄) 계에 첨가하는 것에 대한 별법으로, 아민을 코팅에 직접 첨가한 후, CO₂, CS₂ 등을 첨가하여 동일계에서 아민 부가물을 형성할 수 있다. 모든 경우에, 건조시, 아민 카르바메이트는 탈카 르복실화된 후, 아민이 제거될 수 있다. 필요한 온도는 아민, 및 재생된 아민이 건조 공정 동안 코팅을 "습윤 상태"로 유지시키는데 역할을 할 필요가 있는지의 여부에 따라 달라질 것이다.

본 발명의 인쇄된 또는 코팅된 혼합물은 다양한 방법, 예를 들어 열 건조, 공기 건조, 적외선 건조, 마이크로웨이브 건조 및 진공 건조에 의해 그의 기능적으로 건조된 상태로 건조될 수 있다.

본 발명에 유용한 아민은 하기 표 1에 열거된 군으로부터 선택될 수 있다.

아민	비점 ℃
모르폴린	129
N-에틸-n-부틸 아민	91
n-부틸 아민	78
sec-부틸 아민	63
t-부틸 아민	46
n-프로필 아민	48
n-펜틸 아민	104
디-n-부틸아민	129
N-메틸-n-부틸아민	91
에틸렌 디아민	117
AMP (2 아미노-2-메틸 아민)	166
DMEA (디메틸, 에탄올 아민)	135

Claims (23)

1. 제1 점도를 갖는 액체 및 아민-산 부가물의 혼합물을 포함하며, 상기 혼합물은 상기 제1 점도보다 큰 제2 점도를 갖고, 상기 아민-산 부가물은 증발되어 기판 상에 침착물로서 도포되는 기능적 건조 상태의 상기 혼합물로부터 실질적으로 완전히 제거되는 것인, 기판으로의 도포를 위한 제제.
2. 제1항에 있어서, 상기 아민-산 부가물이 상기 혼합물의 10 중량％ 초과를 이루는 것인 제제.
3. 제1항에 있어서, 상기 아민-산 부가물이 상기 침착물의 약 0.2 중량％ 미만의 감소된 수준으로 증발되는 것인 제제.
4. 제3항에 있어서, 상기 감소된 수준이 상기 침착물의 약 0.1 중량％ 미만인 제제.
5. 제3항에 있어서, 상기 감소된 수준이 상기 침착물의 약 0.01 중량％ 미만인 제제.
6. 제3항에 있어서, 상기 감소된 수준이 상기 침착물의 약 0.001 중량％ 미만인 제제.
7. 제1항에 있어서, 아민이 모르폴린, N-에틸-n-부틸 아민, n-부틸 아민, sec-부틸 아민, t-부틸 아민, n-프로필 아민, n-펜틸 아민, 디-n-부틸아민, N-메틸-n- 부틸아민, 에틸렌 디아민, AMP 및 DMEA로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 것인 제제.
8. 제1항에 있어서, 산이 CO₂, CS₂, HCl 및 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 것인 제제.
9. 제8항에 있어서, 유기산이 아세트산, 포름산, 프로프리온산 및 저비점 유기산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 제제.
10. 제1항에 있어서, 액체가 나노 입자의 분산액을 포함하는 것인 제제.
11. 제10항에 있어서, 나노 입자가 탄소 나노 튜브인 제제.
12. 제1 점도를 갖는 액체를 제공하는 단계; 및

    증발되어 기능적 건조 상태의 침착물로부터 실질적으로 완전히 제거되는 아 민-산 부가물을 상기 액체에 첨가하여 상기 제1 점도보다 큰 제2 점도를 갖는 혼합물을 형성하는 단계

    를 포함하는, 기판 상에 침착물로서 도포하기 위한 제제의 제조 방법.
13. 제1 점도를 갖는 액체를 제공하는 단계;

    아민을 상기 액체와 배합하는 단계; 및

    아민과 산이, 혼합물의 10 중량％ 초과를 이루며 기판에 도포되는 기능적 건조 상태의 침착물의 약 0.1 중량％ 미만의 감소된 수준으로 증발되는 아민-산 부가물을 형성하도록 산을 상기 액체 아민 배합물에 첨가하여 상기 제1 점도보다 큰 제2 점도를 갖는 혼합물을 형성하는 단계

    를 포함하는, 기판 상 도포를 위한 제제의 제조 방법.
14. 제1 점도를 갖는 액체를 제공하는 단계;

    아민-산 부가물을 제공하는 단계;

    상기 액체와 상기 아민-산 부가물을 배합하여 상기 제1 점도보다 큰 제2 점도를 갖는 혼합물을 형성하는 단계;

    상기 혼합물을 침착물로서 기판의 표면 상에 도포하는 단계; 및

    상기 침착물을 상기 아민-산 부가물이 상기 침착물로부터 실질적으로 완전히 제거된 기능적 건조 상태로 건조시키는 단계

    를 포함하는, 기판을 액체로 코팅 또는 인쇄하는 방법.
15. 제1 점도를 갖는 액체를 제공하는 단계;

    아민을 제공하는 단계;

    상기 액체를 상기 아민과 배합하는 단계;

    산을 상기 액체 및 아민에 첨가하여 상기 제1 점도보다 큰 제2 점도를 갖는 혼합물을 형성하고, 상기 아민 및 산은 아민-산 부가물을 형성하는 단계;

    상기 혼합물을 침착물로서 기판 상에 도포하는 단계; 및

    상기 침착물을 상기 아민-산 부가물이 상기 침착물로부터 실질적으로 완전히 제거된 기능적 건조 상태로 건조시키는 단계

    를 포함하는, 기판을 액체로 코팅 또는 인쇄하는 방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 아민-산 부가물이 상기 혼합물의 10 중량％ 초과를 이루는 것인 방법.
17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 아민-산 부가물이 상기 침착물의 약 0.2 중량％ 미만의 감소된 수준으로 증발되는 것인 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 감소된 수준이 상기 침착물의 약 0.1 중량％ 미만인 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 감소된 수준이 상기 침착물의 약 0.01 중량％ 미만인 방법.
20. 제17항에 있어서, 상기 감소된 수준이 상기 침착물의 약 0.001 중량％ 미만인 방법.
21. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 건조 단계가 열 건조, 공기 건조, 적외선 건조, 마이크로웨이브 건조 및 진공 건조로 이루어진 군으로부터 선택된 공정에 의해 수행되는 방법.
22. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체가 나노 입자의 분산액을 포함하는 것인 방법.
23. 제22항에 있어서, 상기 나노 입자가 탄소 나노 튜브인 방법.