KR20170020630A - 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 및 이를 포함하는 전도성 펜 - Google Patents

친환경 수계 전도성 잉크 조성물 및 이를 포함하는 전도성 펜 Download PDF

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KR20170020630A
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Abstract

친환경 수계 전도성 잉크 조성물 및 이를 포함하는 전도성 펜이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 수계 전도성 잉크 조성물에 따르면, 평균입자크기는 2um 이하인 도전성 물질 40 내지 90 중량%, 수계 바인더 3 내지 20 중량% 및 잔부의 수계 용매로서 물을 포함한다. 따라서, 수계 용매로서 물과 수계 바인더를 포함하여, 유기 용매의 함량을 최소화할 수 있어 환경에 대한 친화력을 향상시킬 수 있고, 이를 포함하는 전도성 펜을 이용하여 전극 패턴을 형성함으로써, 납땜이나 인두를 사용할 필요가 없어 종이, 플라스틱 등 다양한 기재 상에 용이하게 전극 패턴을 형성할 수 있다.

Description

친환경 수계 전도성 잉크 조성물 및 이를 포함하는 전도성 펜{ECO-FRIENDLY WATER-BASED CONDUCTIVE INK COMPOSITION AND CONDUCTIVE PEN HAVING THE SAME}
본 발명은 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 및 이를 포함하는 전도성 펜에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친환경적이고 도전성이 우수하며, 다양한 습식 코팅 방법으로 코팅 및 패턴 형성이 용이한 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 및 이를 포함하는 전도성 펜에 관한 것이다.
최근 IT 산업은 기존 인터넷, 스마트폰 등의 주요 시장에서 지능화된 사물들이 인터넷에 연결되어 네트워크를 통해 사람과 사물, 사물과 사물간에 상호 소통하고 상호인식 기반의 지식이 결합되어 지능적인 서비스를 제공하는 사물인터넷(Internet of things)으로 발전해 나가고 있다. 이러한 시장변화에 맞춰서 웨어러블 디바이스의 연구 및 개발이 이뤄지고 있다.
웨어러블 디바이스란, 신체에 부착해 컴퓨팅 행위를 할 수 있는 모든 것을 지칭하며, 일부 컴퓨팅 기능 수행이 가능한 어플리케이션까지 포함한다. 이러한 웨어러블 디바이스는 신체에 직간접적으로 접촉이 되기 때문에 환경친화적이고 플렉서블한 재료들이 요구되고 있다. 특히, 웨어러블 디바이스에서 전기적인 회로를 연결 할 수 있는 전극 형성소재 또한 친환경적이면서도 전도성을 유지할 수 있는 소재의 개발이 필요하다.
종래에는 전극형성을 위해서 PCB와 납땜을 이용하여 전극을 형성하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만, 이는 중금속을 이용하기 때문에 환경적인 유해성이 있고 또한, 인두를 사용하다 보니 화상에 대한 위험성이 있었다.
국내 특허공개공보 제10-2010-0042766호
본 발명은 수계 용매를 사용하여 친환경적이고, 도전성이 우수하며, 다양한 습식 코팅 방법으로 코팅 및 패턴 형성이 용이한 친환경 수계 전도성 잉크 조성물을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물을 포함하는 전도성 펜을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 수계 전도성 잉크 조성물은, 평균입자크기는 2um 이하인 도전성 물질 40 내지 90 중량%, 수계 바인더 3 내지 20 중량% 및 잔부의 수계 용매로서 물을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도전성 물질은, 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도전성 물질은, 구형, 판상, 섬유, 바(bar)형, 미립자로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 형상을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수계 바인더는, 셀룰로오스계 수지(cellulose resin), 아크릴계 수지(acrylic resin), 알키드계 수지(alkyd resin), 포화폴리에스테르계 수지(saturated polyester resin), 부티랄계 수지(butyral resin), 폴리비닐알콜 수지(polyvinyl alcohol resin), 우레탄계 수지(urethane resin)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 셀룰로오스계 수지는 메틸셀룰로오스(methylcelluose), 에틸셀룰로오스(ethylcelluose), 나이트로셀룰로오스(nitrocelluose), 하이드록시셀룰로오스(hydroxycelluose), 하이드록시프로필셀룰로오스(hydroxypropylcelluose)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 아크릴계 수지는 메틸메타아크릴레이트(methylmethacrylate), n-부틸 메타아크릴레이트(n-butyl methacrylate), 에틸메타아크릴레이트(ethylmethacrylate), 이소부틸메타아크릴레이트(isobutylmethacrylate)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수계 바인더의 중량평균분자량은 1,000 내지 200,000 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수계 용매는, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 에틸렌 글라이콜(ethylene glycol), 에탄올(ethanol)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 유기 용매 0.01 내지 5 중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 첨가제 0.01 내지 10 중량%를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 첨가제는 분산제, 소포제, 계면 활성제, 증점제, 착색제로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 틱소트로픽 인덱스(thixotropic index, TI)가 2.0 미만 일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 잉크 조성물을 이용하여 형성한 도전 패턴의 체적저항값이 20mΩ/sq 이하 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 펜은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전도성 펜은 볼 타입(ball type) 또는 튜브 타입(tube) 타입의 펜 일 수 있다.
본 발명에 따르면, 친환경 수계 전도성 잉크 조성물이 수계 용매로서 물과 수계 바인더를 포함하여, 유기 용매의 함량을 최소화할 수 있어 환경에 대한 친화력을 향상시킬 수 있고, 이를 포함하는 전도성 펜을 이용하여 전극 패턴을 형성함으로써, 납땜이나 인두를 사용할 필요가 없어 종이, 플라스틱 등 다양한 기재 상에 용이하게 전극 패턴을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 타입의 전도성 펜의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 타입의 전도성 펜의 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 볼 타입의 전도성 펜의 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브 타입의 전도성 펜의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 다른 볼 타입(ball type)의 전도성 펜(1000)은 펜 본체에 주입된 친환경 수계 전도성 잉크 조성물(100), 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물(100)이 외부로 제공되기 위한 볼(200), 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물(100)이 후단부로 역류되는 것을 방지하기 위하여 상기 펜 본체에 충진된 역류방지제(300)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 다른 튜브 타입(tube type)의 전도성 펜(2000)은 튜브 본체에 주입된 친환경 수계 전도성 잉크 조성물(100), 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물(100)이 외부로 제공되기 위한 튜브 개구부(210)를 포함한다.
상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물(100)은 도전성 물질 40 내지 90 중량%, 수계 바인더 3 내지 20 중량% 및 잔부의 수계 용매를 포함한다.
상기 도전성 물질은 평균입자크기가 2um 이하이다.
상기 도전성 물질의 평균입자크기는, 형성하고자 하는 도전 패턴의 두께 및 사이즈에 따라 달라지며, 일반적으로 평균입자크기가 5um 이하인 것을 사용한다. 다만, 보다 바람직하게는, 미세 도전 패턴을 형성하기 위하여 평균입자크기 2um 이하로 사용하여, 도전 패턴의 건조 후 저항치를 보다 감소시킬 수 있고, 표면 평활성이 뛰어난 도전 패턴을 형성할 수 있다.
상기 도전성 물질은 전기 전도성을 제공하는 물질이라면 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 물질은, 이에 한정되는 것은 아니나, 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 은(Ag) 가격적으로 보다 저렴한 동시에, 전기적 성질이나 열적인 성질이 다른 도전성 물질들 보다 뛰어나며, 안정성도 뛰어난 점에서, 상기 도전성 물질은 은(Ag)을 포함할 수 있다.
상기 도전성 물질은, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 구형, 판상, 섬유, 바(bar)형, 미립자로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 형상을 가질 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 도전성 물질은 우수한 전기 전도성 및 분산성을 얻기 위해서는 구형 또는 판상의 형상을 가질 수 있다.
상기 도전성 물질의 함량은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 40 내지 90 중량%로 포함될 수 있다. 상기 도전성 물질의 함량이 40 중량% 미만인 경우, 도전 패턴의 체적저항값이 증가하는 문제점이 있고, 상기 도전성 물질의 함량이 90 중량% 초과인 경우, 도전 패턴의 체적저항값이 개선되는 측면은 미비하며, 잉크의 유동성이 저하되는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 도전성 물질의 함량은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 60 내지 70 중량%로 포함될 수 있다.
상기 수계 바인더는, 셀룰로오스계 수지(cellulose resin), 아크릴계 수지(acrylic resin), 알키드계 수지(alkyd resin), 포화폴리에스테르계 수지(saturated polyester resin), 부티랄계 수지(butyral resin), 폴리비닐알콜 수지(polyvinyl alcohol resin), 우레탄계 수지(urethane resin)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 셀룰로오스계 수지는 메틸셀룰로오스(methylcelluose), 에틸셀룰로오스(ethylcelluose), 나이트로셀룰로오스(nitrocelluose), 하이드록시셀룰로오스(hydroxycelluose), 하이드록시프로필셀룰로오스(hydroxypropylcelluose) 일 수 있다.
예를 들어, 상기 아크릴계 수지는 메틸메타아크릴레이트(methylmethacrylate), n-부틸 메타아크릴레이트(n-butyl methacrylate), 에틸메타아크릴레이트(ethylmethacrylate), 이소부틸메타아크릴레이트(isobutylmethacrylate) 일 수 있다.
예를 들어, 상기 수계 바인더의 중량평균분자량은 1,000 내지 200,000 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 상기 수계 바인더의 중량평균분자량은 1,000 내지 30,000 일 수 있다.
상기 수계 바인더의 함량은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 3 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
상기 수계 바인더의 함량이 3 중량% 미만인 경우, 충분한 접착력을 얻기 어려워 상기 전도성 잉크 조성물이 적용시 도포되는 기재와의 밀착성이 감소하여 쉽게 박리되는 문제점이 있고, 상기 수계 바인더의 함량이 20 중량% 초과인 경우, 상기 전도성 잉크 조성물의 잉크 유동성이 저하되는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 수계 바인더의 함량은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 5 내지 10 중량%로 포함될 수 있다.
상기 수계 용매는 물을 포함한다. 상기 수계 용매는 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물이 상기 도전성 물질, 수계 바인더 등 구성을 포함하고 이에 잔부의 용매를 포함하여 점도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 상기 수계 용매의 함량은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 5 내지 30 중량%로 포함될 수 있다.
상기 수계 용매의 함량이 5 중량% 미만인 경우, 점도가 상승하여 잉크의 유동성이 감소하고, 기재 밀착성이 감소하는 문제점이 있고, 상기 수계 용매의 함량이 30 중량% 초과인 경우, 상기 전도성 잉크 조성물의 건조시간이 길어지는 문제점이 있다. 보다 바람직하게는, 상기 수계 용매의 함량은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 10 내지 20 중량%로 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 수계 전도성 잉크 조성물은, 코팅성을 향상시키고 흐름성 및 건조 특성 조절을 위해서 물이 사용된다. 상 수계 용매는, 예를 들면, 증류수, 이온교환수, 순수, 초순수 등 일 수 있다.
상기 수계 용매는, 상기 물을 단독으로 사용할 수도 있고, 기타 유기 용매를 소량 첨가하여 사용할 수도 있다. 여기서, 사용 가능한 상기 유기 용매는, 예를 들어, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 에틸렌 글라이콜(ethylene glycol), 에탄올(ethanol) 등의 모노 알코올(mono alcohol), 또는 다가 알코올(polyhydric alcohol) 일 수 있다. 상기 유기 용매는, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 0.01 내지 5 중량%를 더 포함할 수 있다.
상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물은, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 첨가제 0.01 내지 10 중량%를 더 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 수계 전도성 잉크 조성물에는, 잉크의 분산 안정성이나, 기재에의 젖음성이나 레벨링성, 소성 후의 피막의 성능에 악영향을 주지 않는 범위 내의 사용량으로, 필요에 따라, 분산제, 소포제, 계면 활성제, 증점제, 착색제 등의 코팅 특성이나 피막 특성을 개선하는 관용적인 첨가제를 함유시킬 수 있다.
상기 분산제는 분산성 및 보관안정성을 갖기 위해 사용할 수 있으며, 용액에 대하여 양호한 용해성을 가짐과 도전성 물질을 양호하게 분산시킬 수 있는 다양한 분산제가 모두 사용 가능하다. 상기 분산제는, 이에 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 폴리에틸렌이민, 폴리비닐피롤리돈 등의 아민계의 분산제나, 폴리아크릴산, 카르복시메틸셀룰로오스 등의 분자 중에 카르복실산기를 갖는 탄화수소계의 고분자 분산제, 폴리비닐알코올 또는 1분자 중에 폴리에틸렌이민 부분과 폴리에틸렌옥사이드 부분을 갖는 공중합체 등의 극성기를 갖는 고분자 분산제를 들 수 있다. 또한, 상기 분산제의 분자량은 100,000 이하인 것이 바람직하다. 또한, 시판되고 있는 것을 사용할 수도 있으며, 예를 들어, 상기 시판품으로서는 솔스퍼스 20000, 솔스퍼스 24000, 솔스퍼스 26000, 솔스퍼스 27000, 솔스퍼스 28000, 솔스퍼스 41090(이상, 아베시아사제), 디스퍼빅 160, 디스퍼빅 161, 디스퍼빅 162, 디스퍼빅 163, 디스퍼빅 166, 디스퍼빅 170, 디스퍼빅 180, 디스퍼빅 181, 디스퍼빅 182, 디스퍼빅-183, 디스퍼빅 184, 디스퍼빅 190, 디스퍼빅191, 디스퍼빅 192, 디스퍼빅-2000, 디스퍼빅-2001(이상, 빅케미사제), 폴리머 100, 폴리머 120, 폴리머 150, 폴리머 400, 폴리머 401, 폴리머 402, 폴리머 403, 폴리머 450, 폴리머 451, 폴리머 452, 폴리머 453, EFKA-46, EFKA-47, EFKA-48 , EFKA-49, EFKA-1501, EFKA-1502, EFKA-4540, EFKA-4550(이상, EFKA 케미컬사제), 플로우렌 DOPA-158, 플로우렌 DOPA-22, 플로우렌 DOPA-17, 플로우렌 G-700, 플로우렌 TG-720W, 플로우렌-730W, 플로우렌-740W, 플로우렌-745W(이상 쿄에이샤 카가쿠사제), 아지스퍼 PA111, 아지스퍼 PB711, 아지스퍼 PB811, 아지스퍼 PB821, 아지스퍼 PW911(이상, 아지노모토사제), 존크릴 678, 존크릴 679, 존크릴 62(이상, 죤슨 폴리 머사제) 등이 있다. 이들은 단독으로 사용할 수 있으며, 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.
상기 증점제는 저장안정성의 문제점 중의 하나인 바인더, 안료 등의 침전을 방지하기 위해서 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물의 친환경적인 특성을 유지하기 위하여 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물의 휘발성 유기화합물을 최소화시키기 위해 상기 전도성 잉크 조성물에 사용되는 일반적인 증점제 중에 우레탄 타입 증점제와 아크릭산 타입은 배제하고, 분말 타입인 셀롤로우즈 타입의 증점제를 포함한다.
상기 셀룰로우즈 타입의 증점제는, 예를 들어, 올리고당, 다당류, 셀룰로오스 에테르, 셀룰로오스-계 검, 메틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 히드록시에틸메틸 셀룰로오스, 덱스트란, 카르복시메틸 덱스트란, 덱스트란-술폰산염, 키토산, 잔탄 검, 카르복시메틸 셀룰로오스 또는 이들의 염, 카라기난, 히드록시에틸히드록시프로필 셀룰로오스, 히드록시프로필메틸 셀룰로오스, 메틸히드록시프로필, 셀룰로오스 에틸히드록시에틸 셀룰로오스(BERMOCOLL® EBS 451 FQ)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물은 색상이 필요한 경우 착색제를 사용할 수 있으며, 수성매체에 용해 또는 분산 가능한 안료 및 염료가 모두 사용 가능하다. 예를 들어, 상기 착색제는, 이에 한정되는 것은 아니나, 카본블랙, 군청 등의 무기안료나 구리프탈로시아닌 블루, 벤지딘 옐로우 등의 유기안료 외에, 이미 계면활성제나 수용성 수지를 사용하여 미세하게 안정적으로 물매체 중에 분산된 수분산 안료, 형광 안료, 금속광택 안료 등을 사용할 수 있다.
수분산 안료로는, 예를 들어 C.I. Pigment Yellow 81(상품명: TC Yellow FG, 다이니치세이카공업(주)제), C.I. Pigment Red 146(상품명: Sandye Super Pink FBL, 산요색소(주)제) 등을 들 수 있다. 수용성 수지를 사용한 수분산 안료로는, 예를 들어, C.I. Pigment Green 7(상품명: WA-S color Green, 다이니치세이카공업(주)제), C.I. Pigment Violet 23(상품명: 마이크로피그모 WMVT-5, 안료분 20%, 오리엔트 화학공업(주)제) 등을 들 수 있다. 형광 안료로서는, 각종 형광 염료를 수지 매트릭스 중에 고용체화한 합성 수지 미세 입자 형상의 형광 안료를 사용할 수 있다. 금속 광택 안료로서는, 알루미늄이나 놋쇠 등의 금속 광택 안료, 심(芯) 물질로서 천연운모, 합성운모, 유리조각, 알루미나, 투명성 필름조각의 표면을 산화티탄 등의 금속 산화물로 피복한 금속 광택 안료(펄 안료), 투명 또는 착색 투명 필름에 금속 증착막을 형성한 금속 광택 안료, 투명성 수지층을 복수 적층한 홍채성 필름을 가늘게 재단한 홍채성을 가지는 금속 광택 안료를 예시할 수 있다. 그 밖에, 축광성 안료, 이산화티탄, 실리카, 탄산칼슘 등의 백색 안료, 열변색성 조성물을 내포한 캡슐안료, 향료를 내포한 캡슐 안료 등을 예시할 수 있다.
염료로는 산성염료인 뉴콕신(C.I. 16255), 타트라진(C.I. 19140), 애시드 블루 블랙 10B(C.I. 20470), 기니아 그린(C.I. 42085), 브릴리언트 블루 FCF(C.I.42090), 애시드 바이올렛 6BN(C.I. 43525), 솔루블 블루(C.I. 42755), 나프탈렌 그린(C.I. 44025), 에오신(C.I. 45380), 플록신(C.I. 45410), 에리스로신(C.I. 45430), 니그로신(C.I. 50420), 애시드플라빈(C.I. 56205) 등이 사용된다. 염기성 염료로는 크리소이딘(C.I. 11270), 메틸 바이올렛 FN(C.I. 42535), 크리스탈 바이올렛(C.I. 42555), 말라카이트 그린(C.I. 42000), 빅토리아 블루 FB(C.I. 44045), 로더민 B(C.I. 45170), 아크리딘 오렌지 NS(C.I. 46005), 메틸렌 블루 B(C.I. 52015) 등이 사용될 수 있다. 직접 염료로서는, 콩고 레드(C.I. 22120), 다이렉트 스카이블루 5B(C.I. 24400), 바이올렛 BB(C.I. 27905), 다이렉트 딥블랙 EX(C.I. 30235), 카야라스 블랙 G 콩크(C.I. 35225), 다이렉트 퍼스트 블랙 G(C.I. 35255), 프탈로시아닌 블루(C.I. 74180) 등이 사용될 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수 있으며, 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
실시예
실시예 1
수계 바인더 (5wt%, Takamatsu oil&fat社, pesresin A-645GH)에 물(23.7wt%, DI)을 넣고 상온에서 30분간 교반시켜 용해시켰다. 교반한 상기 수용액에 증점제(0.3wt%, BERMOCOLL EBS 451 FQ)와 분산제(1wt%, BYK-191, 아크릴레이트계 공중합체), 도전성 금속 은분말 (70wt%, 창성 HAG-200S, 평균 입자 사이즈 1um)를 넣고 5분간 pre mixing 후 3roll mill을 통해 분산시켰다. 이후, 상기 수득물을 2um 필터로 여과한 후 screen printer를 이용하여 폴리에스테르 필름 위에 두께 10um로 코팅하였다. 코팅된 기재는 상온에서 10초간 방치하여 건조시켰다. 이후, 잉크유동성, 체적저항값, 기재 밀착성, 막 두께을 분석하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 1
수계 바인더 (1wt%, Takamatsu oil&fat社, pesresin A-645GH)에 물(23.7wt%, DI), 도전성 금속 은분말 (74wt%, 창성 HAG-200S, 평균 입자 사이즈 1um)외에 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 2
수계 바인더 (12wt%, Takamatsu oil&fat社, pesresin A-645GH)에 물(48.7wt%, DI), 도전성 금속 은분말 (38wt%, 창성 HAG-200S, 평균 입자 사이즈 1um)외에 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 3
수계 바인더 (3wt%, Takamatsu oil&fat社, pesresin A-645GH)에 물(3.7wt%, DI), 도전성 금속 은분말 (92wt%, 창성 HAG-200S, 평균 입자 사이즈 1um)외에 나머지는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 4
대주전자재료® DHC-7600E를 이용하여 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
전도성 잉크 조성물 도전성 분말 Ag
(HAG-200S)
70 wt%		 Ag
(HAG-200S)
74 wt%		 Ag
(HAG-200S)
38 wt%		 Ag
(HAG-200S)
92 wt%		 대주전자재료®
DHC-7600E
수계 바인더 Pesresin
A-645GH 5wt%		 Pesresin
A-645GH 1wt%		 Pesresin
A-645GH 12wt%		 Pesresin
A-645GH 3wt%
분산제 BYK-191
1wt%		 BYK-191
1wt%		 BYK-191
1wt%		 BYK-191
1wt%
수계 용매 DI
23.7wt%		 DI
23.7wt%		 DI
48.7wt%		 DI
3.7wt%
증점제 BERMOCOLL EBS 451 FQ 0.3wt% BERMOCOLL EBS 451 FQ 0.3wt% BERMOCOLL EBS 451 FQ 0.3wt% BERMOCOLL EBS 451 FQ 0.3wt%
잉크유동성 ○ △ ○ × ○
체적저항값 10mΩ/sq 10mΩ/sq 200mΩ/sq 10mΩ/sq 10mΩ/sq
기재밀착성 ○ × ○ △ ○
막 두께(um) 5 5 5 5 5
상기 실시예 및 비교예에 따른 잉크 및 도전 패턴의 물성 측정방법은 하기와 같다.
잉크유동성
도전성 잉크를 소정량 용기에 저울로 칭량하고, B형 점토계를 사용하여, 6회전 및 60회전의 점도를 25℃ 환경하에서 측정하였다. 다음에, 틱소트로픽(thixotropic) 인덱스값(TI값), 즉 (6회전시의 점도)÷60회전시의 점도)의 값을 각각 산출하여, 3단계로 평가하였다.
○: 유동성 양호, TI값＜2.0
△: 사용 가능한 범위, 2.0≤TI값≤8.0
×: 유동성 나쁨, TI값＞8.0
체적저항값
도전 패턴을 30㎜ 간격으로 4개소 두고, 그 저항값을 4탐침 저항 측정기(산와덴키기기 가부시키가이샤 제 「DR-1000CU형」)로 측정하였다. 도전 회로의 막 두께를 막두께계(가부시키가이샤 센다이 니콘제 「MH-15M형」)로 측정하고, 얻어진 저항값과 막 두께로부터 체적저항값을 산출하였다. 또, 도전성 피막의 경우는, 피막을 3㎜폭으로 가공한 후, 상기와 동일하게 하여 체적저항값을 측정하였다.
기재 밀착성
폴리에스테르 필름(도요보우세키 가부시키가이샤 제 「E5100」, 두께 50㎛) 상에 인쇄에 의해서 형성된 도전 회로에, 셀로판 점착 테이프(니치반 가부시키가이샤 제, 폭 12㎜)를 붙이고, 셀로판 점착 테이프를 급격하게 당겨 벗겼을 때, 박리된 도막의 정도를 평가하였다.
○：거의 박리되지 않는다(박리 면적 10％미만)
△：부분적으로 박리되었다(박리 면적 10％이상 50％미만)
×: 대부분 박리되었다(박리 면적 50％ 이상)
막 두께
도전성 피막의 막 두께를, 막두께(주식회사 센다이 니콘 제 「MH-15M형」)로 측정하였다.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물은 비교예 4에 따른 대주전자재료® DHC-7600E와 유사한 물성을 가질 수 있는바, 유기 용매를 제거하거나 최소화하여 친환경 적인 전도성 잉크 조성물을 얻을 수 있다.
이러한 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물의 틱소트로픽 인덱스(thixotropic index, TI)가 2.0 미만으로서 충분한 잉크 유동성을 확보할 수 있으며, 상기 전도성 잉크 조성물을 이용하여 형성한 도전 패턴의 체적저항값이 20mΩ/sq(□) 이하로서, 충분한 도전 특성을 얻을 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1000: 볼 타입 전도성 펜 2000: 튜브 타입 전도성 펜
100: 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 200: 볼
210: 튜브 개구부 300: 역류방지제

Claims (14)

  1. 평균입자크기는 2um 이하인 도전성 물질 40 내지 90 중량%;
    수계 바인더 3 내지 20 중량%; 및
    잔부의 수계 용매로서 물을 포함하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질은, 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu) 및 팔라듐(Pd)으로 이루어지는 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전성 물질은, 구형, 판상, 섬유, 바(bar)형, 미립자로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 수계 바인더는, 셀룰로오스계 수지(cellulose resin), 아크릴계 수지(acrylic resin), 알키드계 수지(alkyd resin), 포화폴리에스테르계 수지(saturated polyester resin), 부티랄계 수지(butyral resin), 폴리비닐알콜 수지(polyvinyl alcohol resin), 우레탄계 수지(urethane resin)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 셀룰로오스계 수지는 메틸셀룰로오스(methylcelluose), 에틸셀룰로오스(ethylcelluose), 나이트로셀룰로오스(nitrocelluose), 하이드록시셀룰로오스(hydroxycelluose), 하이드록시프로필셀룰로오스(hydroxypropylcelluose)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  6. 제4항에 있어서, 상기 아크릴계 수지는 메틸메타아크릴레이트(methylmethacrylate), n-부틸 메타아크릴레이트(n-butyl methacrylate), 에틸메타아크릴레이트(ethylmethacrylate), 이소부틸메타아크릴레이트(isobutylmethacrylate)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수계 바인더의 중량평균분자량은 1,000 내지 200,000인 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 수계 용매는, 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol), 에틸렌 글라이콜(ethylene glycol), 에탄올(ethanol)로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 유기 용매 0.01 내지 5 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물은,
    상기 친환경 수계 전도성 잉크 조성물 전체 중량에 대하여, 첨가제 0.01 내지 10 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 첨가제는 분산제, 소포제, 계면 활성제, 증점제, 착색제로 이루어진 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  11. 제1항에 있어서, 틱소트로픽 인덱스(thixotropic index, TI)가 2.0 미만인 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전도성 잉크 조성물을 이용하여 형성한 도전 패턴의 체적저항값이 20mΩ/sq 이하인 친환경 수계 전도성 잉크 조성물.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 친환경 수계 전도성 잉크 조성물을 포함하는 전도성 펜.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전도성 펜은 볼 타입(ball type) 또는 튜브 타입(tube) 타입의 펜인 것을 특징으로 하는 친환경 수계 전도성 잉크 조성물을 포함하는 전도성 펜.


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