KR20160090860A - 은 나노입자를 포함하는 잉크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은 나노입자 기초의 잉크 제제에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 은 나노입자 기초의 잉크 제제에 관한 것이고, 상기 잉크는 안정하고 개선된 전도성을 가지며 스크린 인쇄 분야에 특히 적합하다.

Description

은 나노입자를 포함하는 잉크{INK COMPRISING SILVER NANOPARTICLES}

본 발명은 은 나노입자 기초의 잉크 제제에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 은 나노입자 기초의 잉크 제제에 관한 것이고, 상기 잉크는 안정하며 개선된 전도성을 가진다.

더욱 구체적으로, 본 발명은 스크린 인쇄에 적합한 전도성 나노입자 기초의 잉크 분야에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전도성 나노입자 기초의 잉크는 임의의 유형의 지지체에 인쇄될 수 있다. 예로서 다음 지지체가 언급된다: 고분자 및 고분자의 유도체, 복합 재료, 유기 재료, 무기 재료.

본 발명에 따른 전도성 나노입자 기초의 잉크는 다수의 장점을 가지고, 그 중에서 다음이 비제한적 예로서 언급될 것이다:

- 현행 잉크보다 우수한 시간 경과에 따른 안정성;

- 용매 및 나노입자의 무독성;

- 나노입자의 고유한 특성 보전; 및, 특히,

- 일반적으로 200℃ 내지 300℃의 어닐링 온도에서 개선된 전도성.

본 발명은 또한 상기 잉크의 개선된 제조 방법에 관한 것이고; 마지막으로, 본 발명은 또한 스크린 인쇄 분야에서의 상기 잉크의 용도에 관한 것이다.

최근의 문헌을 참조하면, 전도성 콜로이드 나노결정이 이들의 신규한 광전자, 광전지 및 촉매 특성으로 인하여 주목되었다. 이러한 특성은 전도성 콜로이드 나노결정을 나노전자기기, 태양 전지, 센서 및 생의료 분야에서의 앞으로의 적용에 특히 유리하게 만든다.

전도성 나노입자의 개발은 신규한 실시의 이용 및 다수의 신규한 적용분야의 예견을 가능하게 한다. 나노입자는 매우 큰 면적/체적 비율을 가지고, 이들의 표면을 계면활성제로 대체하는 것은 특정한 특성, 특히 광학적 특성, 및 나노입자의 분산 가능성 변화를 야기한다.

이들의 작은 치수는 일부 경우에 양자 구속 효과를 유발할 수 있다. 용어 나노입자는 입자의 치수 중 최소 하나가 100 nm 미만일 경우 사용된다. 나노입자는 비드 (1 내지 100 nm), 막대 (L < 200 내지 300 nm), 실 (수백 나노미터 내지 수 마이크론), 디스크, 별, 피라미드, 테트라포드, 정육면체 또는 소정의 형상을 가지지 않을 경우 결정일 수 있다.

전도성 나노입자 합성을 위한 여러 방법이 고려되었다. 이들 중에서, 비총괄적으로 다음이 언급될 수 있다:

- 물리적 방법:

■ 화학 기상 증착(CVD), 기판이 기판의 표면에서 반응 또는 분해되는 휘발된 화학물질 전구체에 노출될 경우. 이 방법은 일반적으로 이용되는 조건에 모폴로지가 의존하는 나노입자의 형성을 유발한다;

■ 열증발;

■ 분자 빔 에피택시, 나노입자를 구성할 원자가 기체 흐름 형태로 (이들이 부착될) 기판에 고속으로 충돌할 경우;

- 화학적 또는 물리화학적 방법:

■ 마이크로에멀젼;

■ 용액 중 레이저 펄스, 전구체를 함유하는 용액이 레이저 빔으로 조사되는 경우. 나노입자는 광 빔을 따라 용액 중에 형성된다;

■ 마이크로파를 사용한 조사에 의한 합성;

■ 계면활성제로 보조된 지향성 합성;

■ 초음파 하의 합성;

■ 전기화학적 합성;

■ 유기금속 합성;

■ 알코올 매질 중의 합성.

물리적 합성은 상당한 손실로써 더 많은 원료를 소비한다. 이들은 일반적으로 상당한 시간 및 높은 온도를 필요로 하고, 따라서 공업적 규모 제조로 전환하기에 매력적인 후보가 아니다. 이는 물리적 합성을 특정한 기판, 예를 들어 가요성 기판에 부적합하게 만든다. 게다가, 합성이 감소된 치수의 프레임에서 기판 상에 직접 수행된다. 이들 제조 방법은 상대적으로 경직성이고 큰 치수의 기판 상에서의 제조를 허용하지 않는다.

화학적 합성은 다수의 장점을 가진다. 첫 번째는 작업이 용액 중에서 수행된다는 것이고, 이렇게 획득된 전도성 나노입자는 용매 중에 이미 분산되며, 이는 나노입자의 저장 및 사용을 용이하게 한다. 대부분의 경우에, 나노입자는 합성의 마지막에 기판에 부착되지 않고, 이는 나노입자의 사용에서 더 큰 유연성을 야기한다. 이는 여러 상이한 크기 및 여러 상이한 성질의 기판 사용의 길을 연다. 이들 방법은 또한 사용되는 원료의 더 우수한 제어를 허용하고 손실을 제한한다. 합성 파라미터의 우수한 조정은 전도성 나노입자의 합성 및 성장 속도론의 우수한 제어를 유발한다. 이는 배치(batch) 간의 우수한 재현성 및 나노입자의 최종 모폴로지의 우수한 제어를 보장한다. 생성물의 유연성을 확실하게 보장하면서 나노입자를 화학적 경로에 의하여 신속하고 대량으로 제조하는 능력은 공업적 규모의 제조를 구상할 수 있도록 한다. 분산된 전도성 나노입자 획득은 많은 맞춤제작(customization) 기회를 연다. 따라서 의도된 적용분야에 따라 나노입자의 표면에 존재하는 안정제의 성질을 조정할 수 있다. 실제로, 여러 상이한 습식 증착 방법이 존재한다. 각각의 경우에, 잉크의 물리적 특성, 가령 표면장력 또는 점도에 특별히 관심을 기울여야 한다. 나노입자 기초의 잉크의 제제에서 사용된 보조제(adjuvant)가 잉크를 증착 방법의 요건에 부합시킬 수 있을 것이다. 그러나 표면 리간드가 또한 이들 파라미터에 영향을 미칠 것이고 이들의 선택이 결정적인 것으로 드러난다. 따라서 모든 참가자-나노입자, 용매, 리간드 및 보조제-를 조합하기 위하여 그리고 의도된 적용분야와 양립하는 생성물을 획득하기 위하여 잉크의 개요를 수립하는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은 스크린 인쇄에 적합하고, 바람직하게는 안정하고 고농축된 은 나노입자의 분산물을 포함하는 잉크를 제공하여 선행 기술의 한 가지 이상의 단점을 극복하는 것이다.

따라서 본 발명은 적어도

1. 은 나노입자로 이루어진 화합물 "a",

2. 용매로 이루어진 화합물 "e", 및

3. 다음으로부터 선택되는 최소 하나의 화합물 "f" 및/또는 "g"

a. 함량이 0.1 내지 2 중량%인 유레아 유형의 유변성 조절제로 이루어진 화합물 "f", 및

b. 셀룰로스 유형의 유변성 조절제로 이루어진 화합물 "g",

4. 분산제로 이루어진 선택적 화합물 "c",

5. 화합물 "c"와 상이한 분산제로 이루어진 선택적 화합물 "d",

6. 사이클로옥테인 용매 및/또는 지방산 메틸 에스터 유형의 용매 및/또는 터펜 용매, 및/또는 상기 용매 중 둘 이상의 혼합으로 이루어진 선택적 화합물 "b", 및

7. 바람직하게는 알케인 및/또는 이들의 혼합으로부터 선택되는 추가적인 선택적 용매 "X"를 포함하고,

화합물 "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g" 및 "X"는 잉크 조성물의 최소 75중량%를 구성함을 특징으로 하는 잉크 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 잉크의 점도는 일반적으로 10 내지 10,000 mPa.s, 바람직하게는 100 내지 1,000 mPa.s, 예를 들어 100 내지 800 mPa.s, 예를 들어 150 내지 800 mPa.s이다.

출원인은 본 발명에 따른 은 나노입자 기초의 잉크 조성물과 화합물 "e" 및 ["f" 및/또는 "g"]의 조합이 스크린 인쇄 분야에서 사용하기에 특히 적절한 점도 범위에서 개선된 특성, 특히 개선된 안정성 및 개선된 전도성을 가지는 잉크를 획득하도록 함을 발견했다.

본 발명에 따른 화합물 "a"는 은 나노입자로 이루어진다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 본 발명의 목적은 화합물 "a"가 치수가 1 내지 50 nm, 바람직하게는 2 내지 20 nm인 은 나노입자로 이루어질 경우 특히 만족스럽게 달성된다. 나노입자의 크기는, 예를 들어 투과 전자 현미경으로 결정하여, 안정제를 배제하고 은을 포함하는 입자의 평균 직경인 것으로 정의된다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 은 나노입자는 회전타원체(spheroidal) 및/또는 구체 형태이다. 본 발명 및 이후의 청구항에 있어서, 용어 "회전타원체 형태의"는 구체를 닮았지만 완전히 둥글지는 않은 형태("준-구체(quasi-spherical)"), 예를 들어 타원체(ellipsoid) 형태를 의미한다. 나노입자의 형태는 일반적으로 현미경으로 찍은 사진에 의하여 식별된다. 따라서, 본 발명의 이러한 구체예에 따르면, 나노입자는 1 내지 50 nm, 바람직하게는 2 내지 20 nm의 직경을 가진다.

본 발명의 특정한 구체예에 따르면, 은 나노입자는 화학적 합성에 의하여 사전에 합성된다. 임의의 화학적 합성이 바람직하게는 본 발명의 맥락에서 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 바람직한 구체예에서, 은 나노입자는 은 전구체로서 유기 또는 무기 은 염을 사용하는 화학적 합성에 의하여 획득된다. 비제한적 예로서, 단독으로 또는 혼합으로, 실버 아세테이트, 실버 니트레이트, 실버 카보네이트, 실버 포스페이트, 실버 트라이플루오레이트, 실버 클로라이드, 실버 퍼클로레이트가 언급된다. 본 발명의 바람직한 변형에 따르면, 전구체는 실버 아세테이트이다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 은 나노입자는 화학적 합성에 의하여, 이후 화합물 "c"로 지칭되는 분산제의 존재에서 환원제에 의한 은 전구체의 환원에 의하여 합성되고; 이러한 환원은 용매(이후 "합성 용매"로도 지칭됨)의 부재 또는 존재에서 수행될 수 있다. 합성이 용매의 부재에서 수행되는 경우, 분산제는 일반적으로 분산제로서 그리고 은 전구체의 용매로서 작용하고; 본 발명에 따른 용매 없는 매질 중의 나노입자의 합성 및 분산물 제조의 특정한 예가 예시로서 아래에 기재된다.

용매 "b" 중에서 나노입자의 분산물 제조: 실버 아세테이트를 포함하는 반응기에서, 합성 분산제(화합물 "c"; 예를 들어 도데실아민)가 과잉으로 첨가되고 혼합물이 30 분 동안 65℃에서 교반된다. 하이드라진 환원제가 이후 혼합물에 빠르게 첨가되고 전체 혼합물이 대략 60 분 동안 교반된다. 혼합물은 메탄올(또는 임의의 다른 적절한 용매, 예를 들어 2 내지 3 탄소 원자를 가지는 다른 일가 알코올, 예를 들어 에탄올)의 첨가에 의하여 처리되고 상청액이 수회의 연속 세척 동안 제거된다 (따라서 이렇게 형성된 은 나노입자가 분산물 상태로 액체와 접촉하여 유지된다). 사이클로옥테인 용매(화합물 "b")가 첨가되고 잔류 메탄올이 증발된다. 화합물 "d"(사용된 화합물 "b"와 상이한 분산제; 예를 들어 옥틸아민)가 이후 첨가되고 혼합물이 15 분 동안 주위 온도에서 교반된다. 이렇게 획득된 은 나노입자 분산물은 전도성 잉크의 제제에 직접 사용된다.

합성 용매는 바람직하게는 하기 탄화수소 목록으로부터 선택되는 유기 용매이다:

- 5 내지 20 탄소 원자를 가지는 알케인, 그 중 다음이 예로서 언급됨: 펜테인 (C5H12), 헥세인 (C6H14), 헵테인 (C7H16), 옥테인 (C8H18), 노네인 (C9H20), 데케인 (C10H22), 운데케인 (C11H24), 도데케인 (C12H26), 트라이데케인 (C13H28), 테트라데케인 (C14H30), 펜타데케인 (C15H32), 세테인 (C16H34), 헵타데케인 (C17H36), 옥타데케인 (C18H38), 노나데케인 (C19H40), 에이코세인 (C20H42), 사이클로펜테인 (C5H10), 사이클로헥세인 (C6H12), 메틸사이클로헥세인 (C7H14), 사이클로헵테인 (C7H14), 사이클로옥테인 (C8H16) (바람직하게는 이것이 화합물 "b"로서 사용되지 않을 경우), 사이클로노네인 (C9H18), 사이클로데케인 (C10H20);

- 7 내지 18 탄소 원자를 가지는 방향족 탄화수소, 그 중 다음이 예로서 언급됨: 톨루엔, 자일렌, 에틸벤젠, 에틸톨루엔;

- 및 이들의 혼합.

본 발명의 바람직한 구체예의 따르면, 최소 하나의 분산제(화합물 "c")가 또한, 은 전구체에 추가하여 - 그리고 합성 용매(사용될 경우)에 추가하여 존재한다. 합성 분산제로 지칭할 이러한 분산제는 따라서 아래에서 정의되는 화합물 "c"에 상응하고 바람직하게는 본 명세서에서 아래에 기재되는 분산제의 목록으로부터 선택된다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 은 나노입자는 화학적 합성에 의하여, 합성 분산제(화합물 "c")의 존재에서 환원제에 의한 은 전구체의 환원에 의하여 합성되고, 이들 모두는 바람직하게는 합성 용매 중에서 일어난다. 이러한 합성은 바람직하게는 본 명세서에서 아래에 정의된 바와 같은 비제한적 압력 및 온도 조건에서 수행된다.

환원제는 은 전구체의 환원을 가능하게 하는 광범한 화합물로부터 선택될 수 있다. 예로서 다음 화합물이 언급된다: 수소; 하이드라이드, 그 중 예로서 NaBH4, LiBH4, KBH4 및 테트라뷰틸암모늄 보로하이드라이드가 언급됨; 하이드라진, 그 중 예로서 하이드라진 (H2N-NH2), 치환된 하이드라진 (메틸하이드라진, 페닐하이드라진, 다이메틸하이드라진, 다이페닐하이드라진 등), (치환된) 하이드라진 염 등이 언급됨; 아민, 그 중 예로서 트라이메틸아민, 트라이에틸아민 등이 언급됨; 및 이들의 혼합.

일반적으로, 환원 단계 이후, 나노입자는 세척/정제 단계를 거치고 이는 나노입자에 화학적으로 또는 물리적으로 결합하지 않은 것이 제거되도록 한다.

본 발명의 특정한 구체예에 따르면, 은 전구체의 환원 단계 동안 그리고 또한 화합물 "b"의 첨가에 선행하는 모든 단계 동안 (예를 들어, 위에서 언급한 세척 및 정제 단계) 액상이 항상 존재한다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 바람직한 특징은 은 나노입자가 전혀 단리 및 건조되지 않고; 따라서 나노입자가 바람직하게는 항상 이들이 분산된 액상(예를 들어 용매)과 접촉한 채로 유지된다는 점이다. 본 명세서에서 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 특징은 은 나노입자의 특정한 특성(단분산, 균질성, 안정성 및 더 낮은 온도에서의 어닐링)이 현저하게 개선되도록 한다. 이러한 접근법은 나노입자의 단리 단계가 제거되도록 하고, 이는 제조 비용 및 개인 위생과 안전 측면에서 긍정적인 영향을 미친다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 잉크의 제제에서 사용하기 전에, 화합물 "a"는 유리하게는 분산 용매(아래에서 정의된 화합물 "b")에 분산된다. 분산 용매가 사용될 경우, 앞서 언급된 나노입자 합성 용매는 바람직하게는 상기 분산 용매와 상이하다. 본 발명에 따른 화합물 "b"는 바람직하게는 사이클로옥테인 용매 및/또는 지방산 메틸 에스터 유형의 용매 및/또는 (바람직하게는 탄화수소 및 이들의 알데하이드, 케톤 및/또는 터펜산 유도체로부터 선택되는) 터펜 용매, 및/또는 상기 용매 중 둘 이상의 혼합으로 이루어진다.

지방산 메틸 에스터 유형의 용매는 바람직하게는 짧은 탄화수소 사슬; 예를 들어 4 내지 8 탄소 원자를 포함하는 사슬을 가지는 것이다. 메틸 뷰타노에이트, 메틸 헥사노에이트, 및/또는 메틸 옥타노에이트가 예로서 언급된다.

터펜 용매는 바람직하게는 모노터펜 유형이다. 탄화수소 및 이들의 터펜 유도체 (알데하이드, 케톤 및 산), 바람직하게는 터펜 탄화수소가 예로서 언급된다. 리모넨, 멘톨, 멘톤, 캠퍼, 네롤, 미르센, 미르세놀, 알파피넨, 베타피넨, 터피네올, 아이소보네올, 시트로넬롤, 리날롤, 및/또는 제라니올이 또한 예로서 언급된다. 본 발명의 특정한 구체예에 따르면, 잉크는 모노터펜 알코올을 포함하지 않는다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 제2 분산제(아래에서 화합물 "d"로 지칭됨)가 또한 잉크 배합 이전에 은 나노입자에 추가하여 사용되고; 바람직하게는, 제2 분산제(화합물 "d")의 첨가는 나노입자의 합성 이후, 예를 들어 위에 언급된 분산 단계에서 일어난다. 본 발명에 따른 화합물 "c"(합성 분산제) 및 "d"(분산 분산제)는 분산제 "d"가 사용된 물질 "c"와 상이함을 특징으로 하는 분산제들로 이루어진다. 이러한 차이점은 상이한 화학과 함께 나타나고; 상이한 탄소 사슬 길이(예를 들어 사슬에서 최소 둘의 탄소 원자의 차이), 및/또는 한 화합물은 선형 탄소 사슬을 가지고 다른 것은 그렇지 않음, 및/또는 한 화합물은 환형 탄소 사슬을 가지고 다른 것은 그렇지 않음 및/또는 한 화합물은 방향족 탄소 사슬을 가지고 다른 것은 그렇지 않음이 예로서 언급된다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 화합물 "c"는 화합물 "d"보다 최소 20% 더 큰, 예를 들어 최소 40% 더 큰 분자량 및/또는 탄소 사슬 길이를 가진다.

이들 분산제는 유리하게는 최소 하나의 탄소 원자를 포함하는 유기 분산제의 일족으로부터 선택될 수 있다. 이들 유기 분산제는 또한 하나 이상의 비금속 헤테로원자, 가령 할로젠화 화합물, 질소, 산소, 황, 규소를 포함할 수 있다.

싸이올 및 이들의 유도체, 아민 및 이들의 유도체 (예를 들어 아미노 알코올 및 아미노 알코올 에터), 카복실산 및 이들의 카복실레이트 유도체, 폴리에틸렌 글라이콜, 및/또는 이들의 혼합이 예로서 언급된다.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 유기 분산제 "c" 및 "d"는 아민, 예를 들어 프로필아민, 뷰틸아민, 펜틸아민, 헥실아민, 헵틸아민, 옥틸아민, 노닐아민, 데실아민, 운데실아민, 도데실아민, 트라이데실아민, 테트라데실아민, 헥사데실아민, 다이아미노펜테인, 다이아미노헥세인, 다이아미노헵테인, 다이아미노옥테인, 다이아미노노네인, 다이아미노데케인, 다이프로필아민, 다이뷰틸아민, 다이펜틸아민, 다이헥실아민, 다이헵틸아민, 다이옥틸아민, 다이노닐아민, 다이데실아민, 메틸프로필아민, 에틸프로필아민, 프로필뷰틸아민, 에틸뷰틸아민, 에틸펜틸아민, 프로필펜틸아민, 뷰틸펜틸아민, 트라이뷰틸아민, 트라이헥실아민, 또는 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 것이다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 화합물 "b" 및 "d"는 화합물 "c"의 존재에서 이미 합성된 은 나노입자에 첨가된다.

이러한 첨가는 일반적으로 본 명세서에 기재된 나노입자의 세척/정제 단계 이후 일어난다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따른 나노입자의 합성 및 상응하는 분산물의 제조의 특정한 예가 예시로서 아래에 기재된다:

용매 "b" 중에서 나노입자의 분산물 제조:

톨루엔 중의 실버 아세테이트를 포함하는 반응기에서, 합성 분산제(화합물 "c"; 예를 들어 도데실아민)가 첨가되고 혼합물이 30 분 동안 65℃에서 교반된다. 하이드라진 환원제가 이후 혼합물에 빠르게 첨가되고 전체 혼합물이 대략 60 분 동안 교반된다. 혼합물은 메탄올(또는 임의의 다른 적절한 용매, 예를 들어 2 내지 3 탄소 원자를 가지는 다른 일가 알코올, 예를 들어 에탄올)의 첨가에 의하여 처리되고 상청액이 3회 연속 세척 동안 제거된다 (따라서 이렇게 형성된 은 나노입자가 분산물 상태로 액체와 접촉하여, 이 경우에는 메탄올과 접촉하여 유지된다). 사이클로옥테인 용매(화합물 "b")가 첨가되고 잔류 메탄올이 증발된다. 화합물 "d"(사용된 화합물 "b"와 상이한 분산제 - 예를 들어 옥틸아민)가 이후 첨가되고 혼합물이 15 분 동안 주위 온도에서 교반된다.

이렇게 획득된 은 나노입자 분산물은 전도성 잉크의 제제에 직접 사용된다.

본 발명에 따라 사용된 나노입자는 바람직하게는 2 내지 12 nm인 D50 값을 특징으로 한다.

용매의 존재에서 합성된 나노입자에 있어서, 바람직한 D50 범위는 2 내지 8 nm일 것이고; 용매의 부재에서 합성된 나노입자에 있어서, 바람직한 D50 범위는 5 내지 12 nm일 것이다.

이렇게 획득된 분산물은 직접 사용될 수 있거나 원하는 특성을 얻기 위하여 잉크에 혼입되기 전에 희석될 수 있다. 그러나 이는 본 발명에 따른 분산물의 상당한 장점을 나타내며, 상기 분산물은 실시예에서 입증된 바와 같이 (희석 이전의) 우수한 안정성을 특징으로 한다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 잉크는 은 나노입자 화합물 "a"에 추가하여, 최소 하나의 분산제 화합물 "c" 및 화합물 "c"와 상이한 최소 하나의 분산제 화합물 "d", 및 선택적 분산 용매 화합물 "b"를 포함한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 잉크 제제에서 사용된 나노입자는

30 중량% 초과, 바람직하게는 35 중량% 초과, 예를 들어 40 중량% 초과 함량의 화합물 "a",

65중량% 이하, 바람직하게는 20 내지 65 중량%, 바람직하게는 40 내지 60 중량% 함량의 선택적 화합물 "b",

3 내지 15 중량%, 바람직하게는 3 내지 10 중량% 함량의 화합물 "c", 및

0.1 내지 15 중량%, 바람직하게는 0.4 내지 5 중량% 함량의 화합물 "d"를 포함하는 분산물 형태이다.

본 발명에 따른 잉크에 존재하는 화합물 "e"는 용매로 이루어진다. 분산 용매(사이클로옥테인 및/또는 지방산 메틸 에스터 및/또는 터펜 용매 화합물 "b")를 사용하는 본 발명에 따른 구체예의 변형에 따르면, 화합물 "e"는 적어도 하나의, 사용된 화합물 "b"와 상이한 용매를 포함한다.

이러한 용매 화합물 "e"는 바람직하게는 260℃ 미만의 비점, 그리고 분산 용매가 사용될 경우 상기 분산 용매보다 더 높은 극성을 특징으로 한다. 이는 바람직하게는 알코올 및/또는 알코올 유도체(예를 들어 글라이콜 에터)의 카테고리에 속한다. 일가 알코올(예를 들어 아이소프로판올, 뷰탄올, 펜탄올, 헥산올,...) 및/또는 글라이콜(예를 들어 에틸렌 글라이콜, 프로필렌 글라이콜, 다이에틸렌 글라이콜 ...), 및/또는 글라이콜 에터(예를 들어 글라이콜 모노- 또는 다이에터, 그 중에서 에틸렌 글라이콜 프로필 에터, 에틸렌 글라이콜 뷰틸 에터, 에틸렌 글라이콜 페닐 에터, 다이에틸렌 글라이콜 메틸 에터, 다이에틸렌 글라이콜 에틸 에터, 다이에틸렌 글라이콜 프로필 에터, 다이에틸렌 글라이콜 뷰틸 에터, 프로필렌 글라이콜 메틸 에터, 프로필렌 글라이콜 뷰틸 에터, 프로필렌 글라이콜 프로필 에터, 에틸렌 글라이콜 다이메틸 에터, 에틸렌 글라이콜 다이에틸 에터, 에틸렌 글라이콜 다이뷰틸 에터, 글라임, 다이에틸렌 글라이콜 다이에틸 에터, 다이뷰틸렌 글라이콜 다이에틸 에터, 다이글라임, 에틸 다이글라임, 뷰틸 다이글라임이 예로서 언급됨), 및/또는 글라이콜 에터 아세테이트(예를 들어, 2-뷰톡시에틸 아세테이트, 다이에틸렌 글라이콜 모노에틸 에터 아세테이트, 다이에틸렌 글라이콜 뷰틸 에터 아세테이트, 프로필렌 글라이콜 메틸 에터 아세테이트), 및/또는 상기 용매 중 둘 이상의 혼합이 예로서 언급된다.

본 발명에 따른 화합물 "f"는 유레아 유형의 유변성 조절제로부터 선택되는 유변성 조절제로 이루어진다. 이는 바람직하게는 변성 유레아, 바람직하게는 폴리유레아, 및/또는 이들의 혼합으로부터 선택된다.

본 발명에 따른 화합물 "g"는 셀룰로스 유형의 유변성 조절제로부터 선택되는 유변성 조절제로 이루어진다. 알킬셀룰로스, 바람직하게는 에틸셀룰로스, 니트로셀룰로스 및/또는 이들의 혼합이 예로서 언급된다.

본 발명의 특정한 구체예에 따르면, 잉크 조성물은 추가적 용매를 또한 포함할 수 있고, 이는 용매 "X"로 지칭될 것이며 유리하게는 하나 이상의 나노입자 합성 용매 및/또는 앞서 언급된 분산 용매 "b" 및/또는 상기 용매 중 둘 이상의 혼합으로부터 선택된다. 본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 상기 용매 "X"는 알케인 및/또는 이들의 혼합을 포함할 (또는 유리하게는 이들로부터 선택될) 것이다.

본 발명에 따른 잉크 제조의 특정한 예가 아래에 기재된다:

반응기에서 용매 "e" 및 화합물 "g"의 혼합물(예를 들어 글라이콜 에터(들) 및 니트로셀룰로스)이 제조되고; 상기 혼합물에 선택적 용매 "X"(예를 들어 사이클로옥테인 및/또는 알케인의 혼합), 선택적 화합물 "f"(유레아 유형의 유변성 조절제), 및 화합물 "a"(바람직하게는 은 나노입자의 분산물 형태임)이 각각 이 순서로 첨가된다.

본 발명의 특정한 구체예에 따르면, 본 발명에 따라 배합된 잉크는 60중량% 미만, 바람직하게는 5 내지 45%, 더욱 구체적으로 10 내지 40중량%의 나노입자 (화합물 "a") 함량을 가진다.

본 발명의 구체예에 따르면, 은 잉크는

60 중량% 미만 함량의 화합물 "a",

1 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 55 중량% 함량의 화합물 "e", 및

20 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량% 함량의 화합물 "f" 및/또는 "g", 및

40 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 30 중량% 함량의 선택적 화합물 "X"를 포함한다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 화합물 "a"가 본 발명에 따른 분산물(앞에서 언급된 화합물 "a", 선택적 화합물 "b", 화합물 "c" 및 "d"를 포함)에 포함될 경우, 은 잉크는

60 중량% 미만, 바람직하게는 5 중량% 초과, 바람직하게는 10 중량% 초과, 예를 들어 20 중량% 초과 및 40 중량% 초과 함량의 본 발명에 따른 분산물(화합물 "a", 선택적 화합물 "b", 화합물 "c" 및 "d"를 포함),

1 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 55 중량% 함량의 화합물 "e", 및

20 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량% 함량의 화합물(들) "f" 및/또는 "g", 및

40 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 30 중량%, 예를 들어 10중량% 초과 함량의 선택적 화합물 "X"를 포함한다.

본 발명의 한 구체예에 따르면, 화합물 "f"가 잉크 제제에 존재할 경우, 이의 함량은 0.1 내지 2 중량%이다.

본 발명의 한 구체예에 따르면, 화합물 "f"가 잉크 제제에 존재할 경우, 이의 함량은 바람직하게는 3 내지 10 중량%이다.

본 발명의 한 구체예에 따르면, 잉크는 또한 이의 조성물에 다른 화합물을 포함할 수 있고 그 중에 첨가제가 예로서 언급되며 (예를 들어, 실레인 일족의 첨가제) 이의 목적은 여러 상이한 유형의 기계적 응력, 예를 들어 다양한 기판에 대한 접착에 대한 저항성을 개선하는 것이고; 다음 기판이 예로서 언급될 수 있다: 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리아릴 에터 케톤, 폴리에스터, 열안정화 폴리에스터, 유리, ITO 유리, AZO 유리, SiN 유리.

그러나, (위에 나타나는 비율의 범위에서) 화합물 "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g" 및 "X"는 바람직하게는 최종 잉크의 최소 75중량%, 예를 들어 최소 90중량%, 최소 95중량%, 최소 99중량%, 또는 100중량%을 구성할 것이다.

본 발명의 한 구체예에 따르면, 잉크는 10 내지 18 탄소 원자를 가지는 알코올을 포함하지 않는다.

본 발명의 한 구체예에 따르면, 잉크는 이의 조성물에 물을 포함하지 않는다. 그러나, 잉크의 성분이 이들의 순도에 따라 미량의 물을 허용할 수 있으므로, 상응하는 미량의 물의 전체가 당연히 본 발명에 따른 잉크에서 수용될 것이다. 따라서, 최종 잉크 중의 물 함량은 일반적으로 본질적으로 잉크의 제조에 사용된 용매의 물 함량에 의존하고; 이러한 점에서 일가 알코올(상기 구체예에서 분사물의 세척을 위한 메탄올)이 - 잉크의 제조에서 사용된 다른 용매와 비교하여 - 잉크의 최종 물 함량에 가장 큰 영향을 미칠 것이다. 본 발명의 특정한 구체예에 따르면, 잉크는 2 중량% 미만, 바람직하게는 1중량% 미만, 예를 들어 0.5중량% 미만, 또는 0.2중량% 미만 농도의 물을 포함한다.

본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 잉크의 배합/제조를 위한 화합물에 존재할 수 있는 미량의 물을 제외하고, 잉크의 배합 동안 물이 첨가되지 않는다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 본 발명에 따른 나노입자의 분산물의 제조는 다음의 단계를 특징으로 한다:

a. 은 전구체의 환원제를 사용한 환원에 의하여 분산제(화합물 "c" )의 존재에서 은 나노입자를 합성하는 단계;

b. 단계 "a"에서 획득된 나노입자를 세척/정제하는 단계,

c. 화합물 "b" 및 화합물 "d"를 첨가하는 단계.

본 발명의 바람직한 구체예의 한 변형에 따르면, 모든 제조 단계 동안 액상이 항상 존재한다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 바람직한 특징은 은 나노입자가 전혀 단리 및 건조되지 않고; 따라서 나노입자가 바람직하게는 항상 이들이 분산된 액상(예를 들어 용매)과 접촉한 채로 유지된다는 점이다.

본 발명의 바람직한 구체예의 한 변형에 따르면, 단계 "a" 동안, 환원제의 첨가는, 예를 들어 반응 매질에 직접 도입되는 플런저를 이용하여, 액면 아래에서 수행됨을 특징으로 하여 임의의 적절한 용기(예를 들어 반응기)에서 수행된다.

본 발명에 따른 분산물의 추가적인 장점은 이의 제조가 비제한적 압력 및/또는 온도 조건, 예를 들어 정상 또는 주위 조건에 근접한 압력 및/또는 온도 조건에서 수행될 수 있다는 점에 있다. 정상 또는 주위 압력 조건의 40% 이내로 유지하는 것이 바람직하고, 온도에 관해서는, 이는 일반적으로 80℃ 미만, 바람직하게는 70℃ 미만이다. 예를 들어, 출원인은 분산물의 제조 동안 압력 조건을 정상 또는 주위 압력 조건으로부터 최대 30%, 바람직하게는 대략 15% 변동한 값, 바람직하게는 대기압에 근접한 값에서 유지하는 것이 바람직함을 발견했다. 이러한 압력 및/또는 온도 조건 제어가 유리하게는, 이들 조건을 충족시키도록 분산물 제조 장치에 포함될 수 있다. 비제한적 조건 하의 분산물 제조와 관련된 이러한 장점은 또한 상기 분산물의 용이한 사용에 명백하게 반영된다.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 본 발명에 따른 나노입자에 기초한 잉크의 제조는 다음의 연속 단계를 특징으로 한다:

a. 화합물 "e"를 용기에 주입하는 단계,

b. 화합물 "g"를 첨가하는 단계,

c. 존재할 경우 용매 X를 첨가하는 단계,

d. 존재할 경우 화합물 "f"를 첨가하는 단계,

e. 화합물 "a" 및/또는 본 발명에 따른 분산물을 첨가하는 단계.

이렇게 획득된 잉크는 직접 사용될 수 있거나 원하는 특성을 얻기 위하여 희석될 수 있다.

본 발명에 따른 잉크의 추가적인 장점은 이의 제조가 비제한적 압력 및/또는 온도 조건, 예를 들어 정상 또는 주위 조건에 근접하거나 이와 동일한 압력 및/또는 온도 조건에서 수행될 수 있다는 점에 있다. 정상 또는 주위 압력 및/또는 온도 조건의 40% 이내로 유지하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 출원인은 잉크의 제조 동안 압력 및/또는 온도 조건을 정상 또는 주위 조건으로부터 최대 30%, 바람직하게는 대략 15% 변동한 값에서 유지하는 것이 바람직함을 발견했다. 이러한 압력 및/또는 온도 조건 제어가 유리하게는, 이들 조건을 충족시키도록 잉크 제조 장치에 포함될 수 있다. 비제한적 조건 하의 잉크 제조와 관련된 이러한 장점은 또한 상기 잉크의 용이한 사용에 명백하게 반영된다.

본 발명의 한 구체예에 따르면, 잉크는 유리하게는 스크린 인쇄에서 사용될 수 있다.

그러므로 청구된 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다른 여러 특정한 형태의 구체예를 본 발명이 허용함이 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다. 따라서, 본 구체예는 예시적인 것으로 간주되어야 하지만 첨부된 청구항의 범위에 의하여 한정된 영역에서 변경될 수 있다.

도 1 및 2는 합성 용매가 있는 (도 1) 및 합성 용매가 없는 (도 2) 본 발명에 따른 나노입자의 합성 동안 획득된 DLS(동적 광산란) 스펙트럼의 일반적 예를 나타낸다.

본 발명 및 이의 장점은 이의 아래 표에 나열된 제제에 의하여 예시될 것이다. (합성 용매 - 톨루엔의 존재에서) 분산물의 합성 및 잉크 제제는 상세한 설명에서 위에 기재된 바람직한 구체예에 따라 준비되었다. 사용된 화합물은 표의 두 번째 열에 나타난다.

본 발명에서 언급된 잉크의 표면저항은 임의의 적절한 방법에 의하여 측정될 수 있다. 표에 나열된 측정치에 상응하는 예로서, 이는 유리하게는 다음 방법에 따라 측정될 수 있다:

스핀 코팅기에 의하여 기판 상에 침착된 잉크는 (600 또는 1,000 rpm/ 1 또는 3 min - 예를 들어 유리), 핫플레이트 또는 오븐을 이용하여 어닐링된다 (250℃ - 10 min). 표면저항의 분석이 다음 조건 하에 수행된다:

장치 레퍼런스: S302 Resistivity Stand

4-포인트 헤드 레퍼런스: SP4-40045TFY

파워 서플라이 레퍼런스: Agilent U8001A

멀티미터 레퍼런스: Agilent U3400

측정 온도: 주위 온도

전압/저항 전환 계수: 4.5324

실시예 1 (하기 표의 제제 1): 폴리이미드 또는 폴리에스터 상의 1.3 μm 두께 - 250℃/10 min에 대하여 230 mohm/sq.

본 발명의 구체예의 한 변형에 따르면, 출원인은 본 발명에 따라 획득된 잉크의 (상기한 바와 같이 측정된) 표면저항의 값이 1 μm 이상의 두께에 대하여 (250℃의 어닐링 온도); 특히 스크린 인쇄 분야에 적합한 점도 범위를 가지는 잉크에 대하여, 바람직하게는 300 mohm/sq 미만임을 발견했다. 이러한 특정한 표면저항 특성은 (실시예 및 측정에 입증된 바와 같이) 일반적으로 200℃ 내지 300℃의 더 낮은 어닐링 온도에 대하여 개선된 전도성을 본 발명의 잉크에 부여한다.

본 발명에서 언급된 은 나노입자의 함량은 임의의 적절한 측정을 이용하여 측정될 수 있다. 표에 나열된 측정치에 상응하는 예로서, 이는 유리하게는 다음 방법에 따라 측정될 수 있다:

열중량 분석

장치: TA Instrument의 TGA Q50

도가니: 알루미나

방법: 경사(ramp)

측정 범위: 주위 온도 내지 600℃

온도 상승: 10 ℃/min

본 발명에서 언급된 바와 같은 (D50 분산물에서의) 은 나노입자의 크기 분포는 임의의 적절한 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예로서, 이는 유리하게는 다음 방법에 따라 측정될 수 있다: 다음 특징을 가지는 Malvern의 Nanosizer S 장치의 사용:

DLS(동적 광산란) 측정 방법:

- 용기 유형: 광학 유리

- 물질: Ag

- 나노입자의 굴절지수: 0.54

- 흡수: 0.001

- 분산제: 사이클로옥테인

- 온도: 20 ℃

- 점도: 2.133

- 분산제 굴절지수: 1.458

- 일반적 옵션: Mark-Houwink 파라미터

- 분석 모델: 일반적 목적

- 평형: 120 s

- 측정 회수: 4

도 1 및 2는 합성 용매가 있는 (도 1) 및 합성 용매가 없는 (도 2) 본 발명에 따른 나노입자의 합성 동안 획득된 DLS(동적 광산란) 스펙트럼의 일반적 예를 나타낸다.

이들은 은 나노입자의 (nm로 나타낸) 크기의 입도분석 스펙트럼을 나타낸다.

도 1 - D50: 5.6 nm

도 2 - D50: 8.0 nm

D50은 개수로 50%의 은 나노입자가 더 작은 직경이다. 이 값은 과립의 평균 크기를 나타내는 것으로 간주된다.

본 발명에서 언급된 잉크의 점도는 임의의 적절한 방법에 의하여 측정될 수 있다. 예로서, 이는 유리하게는 다음 방법에 따라 측정될 수 있다:

장치: TA Instrument의 Rheometer AR-G2

컨디셔닝 시간: 제제 1, 2 및 3에 대하여 1 분 및 제제 4에 대하여 30 분

시험 유형: 연속 경사

경사: 전단 속도 (1/s)

0.001 내지 40 (1/s)

기간: 5 분

모드: 선형

측정: 10 초마다

온도: 20 ℃

곡선 재가공 방법: 뉴터니안(Newtonian)

재가공 영역: 전체 곡선

Claims (12)

1. 은 나노입자로 이루어진 화합물 "a",
2. 용매로 이루어진 화합물 "e", 및
3. 다음으로부터 선택되는 최소 하나의 화합물 "f" 및/또는 "g"
a. 함량이 0.1 내지 2 중량%인 유레아 유형의 유변성 조절제로 이루어진 화합물 "f", 및
b. 셀룰로스 유형의 유변성 조절제로 이루어진 화합물 "g".
4. 분산제로 이루어진 선택적 화합물 "c",
5. 화합물 "c"와 상이한 분산제로 이루어진 선택적 화합물 "d",
6. 사이클로옥테인 용매 및/또는 지방산 메틸 에스터 유형의 용매 및/또는 터펜 용매, 및/또는 상기 용매 중 둘 이상의 혼합으로 이루어진 선택적 화합물 "b", 및
7. 바람직하게는 알케인 및/또는 이들의 혼합으로부터 선택되는 추가적인 선택적 용매 "X"를 포함하고,
화합물 "a", "b", "c", "d", "e", "f", "g" 및 "X"는 잉크 조성물의 최소 75중량%를 구성함을 특징으로 하는 은 나노입자 기초의 잉크 조성물.

전술한 청구항에 있어서, 잉크의 점도는 100 내지 1,000 mPa.s임을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 화합물 "e"는 알코올 및/또는 알코올 유도체의 일족으로부터 선택됨을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항에 있어서, 화합물 "e"는 글라이콜 에터, 예를 들어 글라이콜 모노- 또는 다이-에터로부터 선택됨을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

60 중량% 미만 함량의 화합물 "a",

1 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 55 중량% 함량의 화합물 "e", 및

20 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량% 함량의 화합물 "f", 또는 20 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량% 함량의 화합물 "f" 및 화합물 "g", 및

40 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 30 중량% 함량의 알케인 및/또는 알케인의 혼합물로 이루어진 선택적 용매 화합물 "X"를 포함함을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 0.1 내지 2 중량% 함량의 화합물 "f" 및 3 내지 10 중량% 함량의 화합물 "g"를 포함함을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
1. 분산제로 이루어진 화합물 "c",
2. 화합물 "c"와 상이한 분산제로 이루어진 화합물 "d", 및
3. 사이클로옥테인 용매 및/또는 지방산 메틸 에스터 유형의 용매 및/또는 터펜 용매, 및/또는 상기 용매 중 둘 이상의 혼합으로 이루어진 선택적 화합물 "b"를 포함함을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항에 있어서, 화합물 "a", 선택적 화합물 "b", 화합물 "c" 및 "d"는 은 나노입자의 분산물을 형성함 및 잉크 조성물이.

60 중량% 미만, 그리고 바람직하게는 5 중량% 초과, 바람직하게는 10 중량% 초과, 예를 들어 20 중량% 초과 및 40 중량% 초과 함량의 상기 분산물,

1 내지 60 중량%, 바람직하게는 20 내지 55 중량% 함량의 화합물 "e", 및

20 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량% 함량의 화합물 "f", 또는 20 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 15 중량% 함량의 화합물 "f" 및 화합물 "g", 및

40 중량% 미만, 바람직하게는 0.1 내지 30 중량%, 예를 들어 10중량% 초과 함량의 선택적 용매 화합물 "X"를 포함함을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 표면저항 특성의 값이 1 μm 이상의 두께(250℃의 어닐링 온도)에 대하여 300 mohm/sq 미만임을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 2 중량% 미만, 바람직하게는 1중량% 미만, 예를 들어 0.5중량% 미만, 또는 0.2중량% 미만의 수분 함량을 포함함을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서, 은 나노입자(화합물 "a")는 2 내지 12 nm의 D50 값을 가짐을 특징으로 하는 잉크 조성물.

전술한 청구항 중 어느 한 항에 따른 잉크의 스크린 인쇄에서의 용도.

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