TW202206560A - 可高速印刷的碳墨水 - Google Patents

可高速印刷的碳墨水 Download PDF

Info

Publication number
TW202206560A
TW202206560A TW110116869A TW110116869A TW202206560A TW 202206560 A TW202206560 A TW 202206560A TW 110116869 A TW110116869 A TW 110116869A TW 110116869 A TW110116869 A TW 110116869A TW 202206560 A TW202206560 A TW 202206560A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
conductive
conductive composition
composition
weight
graphite
Prior art date
Application number
TW110116869A
Other languages
English (en)
Inventor
魯道夫 歐登吉爾
德 慕倫 英奇 范
Original Assignee
德商漢高股份有限及兩合公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 德商漢高股份有限及兩合公司 filed Critical 德商漢高股份有限及兩合公司
Publication of TW202206560A publication Critical patent/TW202206560A/zh

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/03—Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder
    • C09D11/037—Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder characterised by the pigment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L1/00—Compositions of cellulose, modified cellulose or cellulose derivatives
    • C08L1/08—Cellulose derivatives
    • C08L1/16—Esters of inorganic acids
    • C08L1/18—Cellulose nitrate, i.e. nitrocellulose
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/03—Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder
    • C09D11/033—Printing inks characterised by features other than the chemical nature of the binder characterised by the solvent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/08—Printing inks based on natural resins
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/10—Printing inks based on artificial resins
    • C09D11/102—Printing inks based on artificial resins containing macromolecular compounds obtained by reactions other than those only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/10—Printing inks based on artificial resins
    • C09D11/106—Printing inks based on artificial resins containing macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/02—Printing inks
    • C09D11/14—Printing inks based on carbohydrates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/30—Inkjet printing inks
    • C09D11/32—Inkjet printing inks characterised by colouring agents
    • C09D11/324—Inkjet printing inks characterised by colouring agents containing carbon black
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/52—Electrically conductive inks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)

Abstract

本發明係關於導電組合物，其包含a)樹脂，該樹脂選自硝基纖維素、氯化聚酯、氯化聚醚、氯化聚乙烯基、氯化聚乙酸酯及其混合物；b)包含石墨及碳黑之導電粒子，其中該石墨與該碳黑之比率為1:1至5:1；及c)溶劑，其中該等導電粒子與該樹脂之比率為0.20:1至4:1。根據本發明之組合物可用於高速印刷技術(諸如柔版印刷及輪轉凹版印刷)中。

Description

可高速印刷的碳墨水
本發明係關於導電組合物，其可用於高速印刷技術，諸如柔版印刷及輪轉凹版印刷。
普通導電墨水已藉由(例如)絲網印刷、輪轉絲網印刷及分配施覆至基材。認為此等印刷方法為相對較慢的印刷方法。
例如，絲網印刷為傳統印刷方法，其於印刷電子工業中大量使用。絲網印刷導致具有5至15 μm之範圍內之厚度的固體層，及此等層係充分導電以攜帶電流用於許多應用。絲網印刷具有約3至20 m/min之印刷速度。
此等成熟高速印刷技術亦用於圖形工業，例如製作包裝中。通常，施覆彩色墨水之薄層以在基材上得到圖像。然而，於此方法中，作為對裸眼而言的單獨點施用顏色，此等單獨點提供極佳彩色圖像。針對導電性應用，必須連接乾燥墨水以提供穩定電流，及因此，導電墨水不可作為單獨點施用。
對新穎智慧型消費品(諸如智慧型尿布、RFID天線及醫療電極)存在高的要求。為了能大量生產此等新穎智慧型消費品，需要更高速度的印刷技術，如柔版印刷及輪轉凹版印刷。本文中術語「高速印刷」意指多至及超過200 m/min之速度。針對用於此等新穎智慧型消費品中之墨水要求一定導電性，其中之一些要求高導電性及其中一些較低導電性係足夠。針對高要求應用，墨水必須高度導電，及因此，使用銀作為導電材料，然而針對較低要求應用，較低電阻水平係足夠，及因此，可使用碳或石墨作為導電材料。然而，並非所有導電墨水適用於高速印刷製程。事實上，大多數目前可得之導電墨水不適用於高速印刷製程。
印刷電子工業之最近趨勢中之一者為研究成本有效的更高速印刷方法。已發現，目前可得包含碳之導電墨水不適用於高速印刷。目前碳墨水失敗，主要因為當以薄層印刷時其不足夠導電及通常於施覆其後經乾燥之塗層保留過多溶劑。另一失敗在於當以高速印刷時，目前碳墨水失去其功能性。
因此，對導電墨水存在需求，該墨水可藉由高速印刷方法施覆，同時維持良好技術性質且為成本有效。
本發明係關於導電組合物，其包含a)樹脂，該樹脂選自由硝基纖維素、氯化聚酯、氯化聚醚、氯化聚乙烯基、氯化聚乙酸酯及其混合物組成之群；b)包含石墨及碳黑之導電粒子，其中該石墨與該碳黑之比率為1:1至5:1；及c)溶劑，其中該等導電粒子與該樹脂之比率為0.20:1至4:1。
本發明涵蓋包含根據本發明之導電組合物之導電膜。
本發明係關於根據本發明之導電組合物於柔版印刷或輪轉凹版印刷中之用途。
本發明涵蓋根據本發明之導電組合物或導電膜於智慧型個人衛生產品、加熱元件、壓力感測器、智能書本、智慧型標籤及遮罩應用中之用途。
於下列段落中，更詳細描述本發明。除非明確相反指定，否則如此描述之各態樣可與任何其他態樣組合。特定言之，指定為較佳或有利之任何特徵可與指定為較佳或有利之任何其他特徵組合。
於本發明之上下文中，除非上下文另有指定，否則所用之術語係根據下列定義解釋。
如本文中所用，除非上下文另有明確指定，否則單數形式「一(a/an)」及「該」包含單數及複數個指示物二者。
如本文中所用，術語「包括(comprising/comprises/comprised of)」與「包含(including/includes)」或「含有(containing/contains)」同義，及係包含性或開放性且不排除另外未詳述之成員、元素或方法步驟。
數值端點之詳述包含歸入各自範圍內之所有數字及分數，以及詳述之端點。
除非另有指定，否則本文中提及之所有百分比、份數、比率及類似者係基於重量計。
量、濃度或其他值或參數以範圍、較佳範圍或較佳上限值及較佳下限值之形式表示時，應理解為藉由將任何上限或較佳值與任何下限或較佳值組合獲得之任何範圍經特定揭示，而不考慮所獲得之範圍是否於上下文中明確提及。
本說明書中引用之所有參考文獻之全文係以引用的方式併入本文中。
除非另有指定，否則於揭示本發明中所用之所有術語(包含技術及科學術語)具有如由本發明從屬之技術之一般技術者通常所理解之含義。藉助進一步指導，包含術語定義以更好理解本發明之教示。
申請者已研究藉由高速印刷方法施覆之導電墨水。具體而言，研究藉由凹版印刷機施覆之導電墨水之層(各種厚度)之薄片電阻，及發現以Ohm/sq/25 µm計之低薄片電阻通常不提供薄層中之最低電阻。於此上下文中，認為薄層具有1至2 µm之範圍之厚度。於進一步實驗中，發現低薄片電阻可藉由選擇樹脂及導電粒子之理想組合來最佳化。樹脂及導電粒子之理想組合之另外優點為可提供具有適宜黏度、性價比高及薄層之良好導電性之墨水。
本發明係關於導電組合物，其包含a) 樹脂，該樹脂選自由硝基纖維素、氯化聚酯、氯化聚醚、氯化聚乙烯基、氯化聚乙酸酯及其混合物組成之群；b)包含石墨及碳黑之導電粒子，其中該石墨與該碳黑之比率為1:1至5:1；及c)溶劑，其中該等導電粒子與該樹脂之比率為0.20:1至4:1。
根據本發明之導電組合物具有經最佳化以提供薄層之良好導電性之導電粒子之組合。此外，溶劑及流變學使其可在高速下印刷組合物及將組合物乾燥(於稀釋後)。
根據本發明之導電組合物包含樹脂。適用於本發明之樹脂係選自硝基纖維素、氯化聚酯、氯化聚醚、氯化聚乙烯基、氯化聚乙酸酯及其混合物，較佳地該樹脂為硝基纖維素。
本文中術語氯化聚乙烯基意指氯乙烯聚合物(均聚物)及/或包含2、3、4個或更多種共聚單體之氯乙烯共聚物。
本文中術語氯化聚酯意指氯乙烯及可共聚聚酯低聚物之共聚物。
本文中術語氯化聚醚意指氯乙烯及可共聚聚醚低聚物之共聚物。
本文中術語氯化聚乙酸酯意指氯乙烯及乙酸乙烯酯之共聚物。
較佳氯化聚乙烯基係選自由以下組成之群：氯乙烯聚合物、氯乙烯乙酸乙烯酯共聚物、氯乙烯硬脂酸乙烯酯共聚物、氯乙烯1,2-二氯乙烷共聚物、氯乙烯(甲基)丙烯腈共聚物、氯乙烯(甲基)丙烯酸甲酯共聚物、氯乙烯(甲基)丙烯酸丁酯共聚物、氯乙烯二羧酸共聚物、氯乙烯富馬酸共聚物、氯乙烯馬來酸共聚物、氯乙烯富馬酸二丁酯共聚物、氯乙烯馬來酸二乙酯共聚物、氯乙烯、乙酸乙烯酯及二羧酸之三元共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯-乙烯醇之三元共聚物及其混合物。
較佳氯化聚酯係選自氯乙烯及聚酯丙烯酸酯低聚物之共聚物。
較佳氯化聚醚係選自氯乙烯及聚醚丙烯酸酯低聚物(諸如二丙二醇二丙烯酸酯)之共聚物。
較佳氯化聚乙酸酯為氯乙烯及乙酸乙烯酯之共聚物。
所選樹脂容易釋放溶劑，其使組合物適用於消費者用途。此外，此等樹脂係較佳，因為其提供低電阻及高導電性。一般地，此等樹脂良好分散導電粒子。
於一個高度較佳實施例中，使用硝基纖維素作為樹脂。硝基纖維素係特別佳的，因為其提供優越導電性，同時其良好溶解及快速釋放所用之溶劑。
於另一高度較佳實施例中，使用氯乙烯-乙酸乙烯酯-乙烯醇三元共聚物作為樹脂。
適用於本發明之市售樹脂包括(但不限於)來自ShinEtsu之Solbin A及來自Dow之NC-E560 IPA 30%。
樹脂可以組合物之總重量之2至25重量%，較佳地3至23%，及更佳地4至21%之量存在於根據本發明之導電組合物中。
當樹脂之量超過25%時，組合物之黏度可增加至組合物不再可高速印刷之水平，然而過低量(小於2%)可導致差的塗層、低黏度及樹脂與導電粒子之沉降。
根據本發明之導電組合物包含含有石墨及碳黑之導電粒子，其中該石墨及該碳黑之比率為1:1至5:1。
申請者已發現良好結果可藉由使用石墨及碳黑之組合作為導電粒子達成。
適用於本發明之石墨較佳地具有1 µm至75 µm，更佳地2 µm至45 µm，更佳地3 µm至25 µm及甚至更佳地3 µm至10 µm之粒度D90。其中該粒度藉由雷射繞射測得。於此方法中，雷射束將含有懸浮於水中之石墨之樣品之單元點亮，藉由系統收集生成之繞射圖及使用由Mie開發之光散射分析。計算粒度分佈及報告針對90%之數量。
除了粒度D90外或作為於本發明中使用之適宜石墨之替代特徵為較佳地0.25 m2 /g至25 m2 /g，更佳地4 m2 /g至22 m2 /g及更佳地7 m2 /g至21 m2 /g之比表面積，其中該比表面積藉由B.E.T氮吸附測得。藉由量測材料表面上之氮之吸附-解吸附等溫線藉助Brunauer-Emmet-Teller演算法進行量測，於樣品管中將定量(精確度0.01mg)之粉末稱重。隨後，樣品經歷來自樣品管中之壓力之演變之一系列加熱及冷卻運行及計算在不同步驟期間吸附之氮之量；自此數據計算比表面積及以m2 /g報告。
於較佳實施例中，石墨具有1 µm至75 µm，較佳地2 µm至45 µm，更佳地3 µm至25 µm及甚至更佳地3 µm至10 µm之粒度D90及/或0.25 m2 /g至25 m2 /g，較佳地4 m2 /g至22 m2 /g及更佳地7 m2 /g至21 m2 /g之比表面積，其中該粒度藉由雷射繞射測得，且其中該比表面積藉由B.E.T氮吸附測得。
石墨之較佳比表面積及粒度作為單獨特徵或作為組合提供薄層之低電阻及良好導電性以及良好可印刷性。
一般地，石墨之粒度過大可導致較低比表面積，及此外，在印刷製程期間自單元釋放粒子困難。然而，石墨之粒度過小可太昂貴而不能生產，且具有較高比表面積，其可導致更高黏度。高黏度針對高速印刷係不理想及產生在施覆之前對大量稀釋之需要，其可不利影響印刷層之導電性。
低於0.25 m2 /g之石墨比表面積可導致導電性之減少，然而高於25 m2 /g之比表面積可導致組合物之黏度之問題及此外將非成本有效組分。
適用於本發明之市售石墨包括(但不限於)來自TIMCAL Graphite & Carbon之Timrex SFG6。
適用於本發明之碳黑較佳地具有70 ml/100 g至500 ml/100 g，更佳地100 ml/100 g至300 ml/100 g及更佳地150 ml/100 g至200 ml/100 g之吸油值，其中該吸油值係根據ASTM D2414測得。
除了吸油值外或作為替代特徵，適用於本發明之碳黑具有較佳地30 m2 /g至1400 m2 /g，更佳地100 m2 /g至700 m2 /g及更佳地150 m2 /g至350 m2 /g之比表面積，其中該比表面積係根據BET測得。該方法係基於在77K下氮之吸附之記錄。遵照由Brunauer、Emmet及Teller (BET)提出之模型，可測定單層容量。基於氮分子之橫斷面積、單層容量及樣品之重量，然後可計算比表面積。
於較佳實施例中，碳黑具有70 ml/100 g至500 ml/100 g，較佳地100 ml/100 g至300 ml/100 g及更佳地150 ml/100 g至200 ml/100 g之吸油值，及/或30 m2 /g至1400 m2 /g，較佳地100 m2 /g至700 m2 /g及更佳地150 m2 /g至350 m2 /g之比表面積，其中該吸油值係根據ASTM D2414測得，且其中該比表面積係根據BET測得。
較佳比表面積及吸油值單獨或作為組合提供良好可印刷性及薄層之低電阻。
當碳黑之吸油值過低時，其意指較少分支鏈碳黑，及因此，於薄層中可存在較少接觸點，及此將不利影響導電性，然而碳黑之過高吸油值(主要大於500)可引起印刷製程中之困難。
當碳黑之比表面積大小係過小(主要小於30)時，此可導致差的導電性，然而碳黑之過高比表面積(主要大於1400)可導致印刷製程中之困難。
適用於本發明之市售碳黑包括(但不限於)來自Cabot之Vulcan XC72及來自Imerys之Ensaco 250G。
根據本發明，該石墨與該碳黑之比率為1:1至5:1，較佳地2:1至4:1，及更佳地該石墨與該碳黑之比率為3:1。
申請者已發現，此等石墨與碳黑比率對根據本發明之組合物提供理想黏度及導電性。已發現，相對於石墨之過高碳黑濃度可導致較厚印刷層。另外，若碳黑之量過高，則組合物之黏度可增加過高且組合物不再可高速印刷。
導電粒子可以組合物之總重量之3至45重量%，較佳地4至43%，及更佳地4.75至41%之量存在於根據本發明之導電組合物中。
當導電粒子之量過低(主要小於3%)時，該量不可提供所需導電性，然而過高量(主要大於45%)可導致於印刷製程中加工組合物之困難。
申請者已發現，當該等導電粒子與該樹脂之比率為0.20:1至4:1，較佳地0.25:1至3:1時，獲得特別佳性質，及該組合物可用於高速印刷中。
申請者已發現，導電粒子與樹脂之此比率提供良好黏度及良好導電性。
根據本發明之導電組合物包含溶劑。該組合物可包含一種溶劑或兩種或更多種溶劑之混合物。較佳地該溶劑具有相對低沸點，較佳地低於119℃，更佳地沸點為80℃至105℃。具有相對低沸點之溶劑係較佳，因為其快速乾燥及使能快速印刷速度。
於較佳實施例中，該溶劑係選自由以下組成之群：甲苯、乙醇、異丙醇、正丙醇、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、水及其混合物，較佳地溶劑係選自乙酸乙酯、異丙醇、乙酸正丙酯及其混合物，更佳地選自異丙醇、乙酸正丙酯及其混合物。
此等溶劑係較佳，因為其將樹脂充分溶解且在乾燥製程期間易於釋放。
適用於本發明之市售溶劑包括(但不限於)來自Eastman之乙酸乙酯及來自Eastman之乙酸丁酯。
溶劑可以組合物之總重量之40至92重量%，較佳地45至91%，及更佳地46至90%之量存在於根據本發明之導電組合物中。
若溶劑量低於40%，則組合物之黏度可增加過高，及因此，不利影響組合物之印刷性質，然而較高量(大於90%)可不利影響組合物之導電性。
根據本發明之導電組合物較佳地藉由卵石球磨機方法製備。於卵石球磨機方法中，導電粒子、樹脂及溶劑於大磨機中藉由卵石研磨約15小時。
於本發明之一個態樣中，可形成包含根據本發明之導電組合物之導電膜。
根據本發明之導電膜具有一層或多層，其中各層具有0.5 µm至3 µm，較佳地0.75 µm至2 µm，及更佳地1至1.5 µm之厚度。
薄層因成本有效態樣係所需，而且於製程觀點中亦係所需。較薄層意指於印刷製程所使用之軋輥中較少材料累積，及此方式提高印刷品質。
根據本發明之導電組合物可用於高速印刷，諸如柔版印刷或輪轉凹版印刷。
在柔版印刷期間，墨水自金屬圓筒(含有填充有墨水之微小單元)轉移至聚合物套筒(持有圖像，如印章)及隨後該套筒(印章)將墨水轉移至基材。此製程係快速，及所用之墨水必須具有低黏度以允許此製程。利用柔版印刷或輪轉凹版印刷施覆墨水會導致具有約1 μm之範圍內之厚度之乾的薄層。
根據本發明之導電組合物可以多至及超過200 m/min之速度印刷。
根據本發明之導電組合物具有較佳地600至5000 mPas，較佳地650至3000 mPas，及更佳地700至2000 mPas之黏度，其中該黏度藉由Brookfield (DV-I prime) 2號心軸在20下在室溫下測得。
申請者已發現，此黏度範圍針對用於生產根據本發明之導電組合物之生產製程係理想的，及此外，此黏度範圍防止組合物在儲存期間沉降。
針對柔版印刷或輪轉凹版印刷，組合物之黏度需要相對低以得到自單元良好釋放。因此，於一個較佳實施例中，根據本發明之組合物在施覆之前經稀釋。因此，本發明亦關於經稀釋之導電組合物，其中根據本發明之該導電組合物以20至70重量%，較佳地40至50重量%之範圍稀釋。
較佳稀釋範圍為約40至50重量%及此導致100 mPa.s之範圍內之黏度。儘管低黏度，根據本發明之經稀釋之組合物提供薄層之良好導電性。
用於稀釋之適宜溶劑為用於根據本發明之組合物中之溶劑。於高度較佳實施例中，用於稀釋之溶劑為乙酸正丙酯。
當以高速印刷時，根據本發明之組合物不損失其功能性。
本發明包含根據本發明之導電組合物或導電膜於智慧型個人衛生產品、加熱元件、壓力感測器、智能書本、智慧型標籤及遮罩應用中之用途。
智慧型個人衛生產品為諸如智慧型尿布/吸收性物品。 實例 表1
比較例 實例1 實例2
樹脂 來自Shin Etsu之Solbin A 來自Dow Chemical之NC E 560 來自Dow Chemical之NC E 560
導電粒子 來自Asbury之純石墨200-09 來自Asbury之純石墨200-09 來自Imerys之Timrex SFG6
導電粒子 來自Cabot之Vulcan XC 72 來自Cabot之Vulcan XC 72 來自Cabot之Vulcan XC 72
溶劑1 來自Eastman之甲基異丁基酮 來自Eastman之乙酸正丙酯 來自Eastman之乙酸正丙酯
溶劑2 來自Dow Chemical之異丙醇 來自Dow Chemical之異丙醇 來自Dow Chemical之異丙醇
樹脂% 13.3 9.73 9.73
導電粒子-石墨的重量% 20 15 15
導電粒子-碳黑的重量% 6.7 5 5
溶劑1重量% 60 66.1 66.1
溶劑2重量% 4.17 4.17
總計 100 100 100
顏料的總重量% 26.7 20 20
顏料與黏合劑比率 2 2 2
組合物之黏度為約200 mPa.s。
將樣品利用棒狀塗佈器施覆至基材及於空氣中乾燥。在施覆之前，將樣品稀釋直至固含量為23%。結果合併於表2中。實例1提供厚緻密層之最低電阻。 表2
墨水 比較例 實例1 實例2
乾膜厚度(µm) 16 14 13
軌道電阻1 (Ohm) 274 108 208
軌道電阻2 (Ohm) 293 95 189
平均R (Ohm) 283.5 101.5 198.5
Ohm/sq/25 µm 18.1 5.7 10.3
來自表1及2之實例藉由90 µm施覆器施覆。
塗層隨後於空氣中乾燥及層之厚度藉由使用Mitutoyo數位測厚儀量測。
使膜沉降15分鐘，及分離10 x 1 cm之軌道，及量測此軌道之電阻。利用4-點探針使用數位Keithley靜電計進行該電阻量測。
於量測電阻後，根據以下方程式計算薄片電阻。
Figure 02_image001
R =薄片電阻，單位Ohm/平方/25 µm R(tr) =軌道電阻，單位Ohm H(tr) =塗層厚度，單位µm N(tr) =平方數 25 =標準塗層厚度
結果列於表3中。實例2提供最低電阻。厚度越低，實例2之配方與其他墨水相比更佳。 表3
墨水 厚度(µm) 比較例 實例1 實例2
經空氣乾燥 kOhm/sq kOhm/sq kOhm/sq
最高體積 約2.4 2.2 1.1 0.7
中等體積 約2.0 6.4 2.9 1.2
最低體積 約1.8 9.7 7.1 2.4
圖1a及1b說明在工業印刷機上之柔版印刷試驗。實例1及實例2二者在PET之相同情況下藉由使用凹版印刷校樣機印刷。於印刷後，量測50 x 2 mm (=25平方)之軌道上之電阻及計算kOhm/sq。
實例2提供最低電阻(實例1 6.3 kOhm/sq及實例2 2.0 kOhm/sq)。
下表4例示替代組合物。 表4
   實例3 實例4 實例5 實例6 實例7 (比較)
來自Dow Chemical之硝基纖維素EC 560 (%) 7.66 5.76 11.53 7.66 7.66
來自Imerys之Timrex SFG6 (%) 11.5 12.98 8.64 7.68 3.85
來自Cabot之Vulcan XC 72 (%) 3.85 4.33 2.87 7.68 11.5
來自Eastman之乙酸正丙酯(%) 73.71 74.46 72.02 73.70 73.71
來自Dow Chemical之異丙醇 3.28 2.47 4.94 3.28 3.28
總計(%) 100 100 100 100 100
總顏料(重量%)               
固體(重量%) 23.03 23.05 23.28 23.04 23.03
顏料:黏合劑 2.0 3.0 1.0 2.0 2.0
石墨:碳 3.0 3.0 3.0 1.0 0.3
將樣品稀釋直至固含量為16%。隨後，將實例3至7利用凹版印刷機施覆至基材及於空氣中乾燥。結果合併於表5中。 表5
墨水 實例3 實例4 實例5 實例6 實例7
R kOhm/sq 2.0 1.0 17.5 1.3 1.2
Ohm/sq/25 µm 17.5 16.6 26.5 17.2 30.5
圖2及3說明實例3 (圖2)及實例7 (圖3)之利用背光之於輪轉凹版印刷後乾塗層之顯微圖像(放大25 x)。
實例3至5之黏度為約200 mPa.s。實例7具有更高黏度及由於高黏度，其不適用於高速印刷。此例示於圖3中，所形成之膜非均勻層，而是充滿針孔之膜，其非所需特徵。
圖1a及1b說明在工業印刷機上之柔版印刷試驗。
圖2說明實例3之利用背光(放大25 x)之於輪轉凹版印刷後乾塗層之顯微圖像。
圖3說明實例7之利用背光(放大25 x)之於輪轉凹版印刷後乾塗層之顯微圖像。

Claims (16)

  1. 一種導電組合物，其包含 a)樹脂，該樹脂選自由硝基纖維素、氯化聚酯、氯化聚醚、氯化聚乙烯基、氯化聚乙酸酯及其混合物組成之群； b)包含石墨及碳黑之導電粒子，其中該石墨與該碳黑之比率為1:1至5:1；及 c)溶劑， 其中該等導電粒子與該樹脂之比率為0.20:1至4:1。
  2. 如請求項1之導電組合物，其中該樹脂為硝基纖維素。
  3. 如請求項1之導電組合物，其中該樹脂以該組合物之總重量之2至25重量%，較佳地3至23%，及更佳地4至21%存在。
  4. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該石墨具有1 µm至75 µm，較佳地2 µm至45 µm，更佳地3 µm至25 µm及甚至更佳地3 µm至10 µm之粒度D90， 及/或 0.25 m2 /g至25 m2 /g，較佳地4 m2 /g至22 m2 /g及更佳地7 m2 /g至21 m2 /g之比表面積， 其中該粒度藉由雷射繞射測得，且其中該比表面積藉由B.E.T氮吸附測得。
  5. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該碳黑具有70 ml/100g至500 ml/100g，較佳地100 ml/100g至300 ml/100g及更佳地150 ml/100g至200 ml/100g之吸油值， 及/或 30 m2 /g至1400 m2 /g，較佳地100 m2 /g至700 m2 /g及更佳地150 m2 /g至350 m2 /g之比表面積， 其中該吸油值係根據ASTM D2414測得，且其中該比表面積係根據BET測得。
  6. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該石墨與該碳黑之該比率為2:1至4:1，較佳地該比率為3:1。
  7. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該等導電粒子以該組合物之總重量之3至45重量%，較佳地4至43%，及更佳地4.75至41%存在。
  8. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該等導電粒子與該樹脂之該比率為0.25:1至3:1。
  9. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該溶劑係選自由以下組成之群：甲苯、乙醇、異丙醇、正丙醇、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、水及其混合物，較佳地溶劑係選自乙酸乙酯、異丙醇、乙酸正丙酯及其混合物，更佳地選自異丙醇、乙酸正丙酯及其混合物。
  10. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該溶劑以該組合物之總重量之40至92重量%，較佳地45至91%，及更佳地46至90%存在。
  11. 如請求項1至3中任一項之導電組合物，其中該組合物具有600至5000 mPas，較佳地650至3000，及更佳地700至2000 mPas之黏度，其中該黏度藉由Brookfield (DV-I prime) 2號心軸在20下在室溫下測得。
  12. 一種經稀釋之導電組合物，其中將如請求項1至11中任一項之導電組合物以20至70重量%，較佳地40至50重量%之範圍稀釋。
  13. 一種導電膜，其包含如請求項1至11中任一項之導電組合物。
  14. 如請求項13之導電膜，其中該膜具有一或多個層，且其中該層具有0.5 µm至3 µm，較佳地0.75 µm至2 µm，及更佳地1 µm至1.5 µm之厚度。
  15. 一種如請求項1至11中任一項之導電組合物或如請求項12之經稀釋之導電組合物於柔版印刷或輪轉凹版印刷中之用途。
  16. 一種如請求項1至11中任一項之導電組合物或如請求項13或14之導電膜之用途，其用於智慧型個人衛生產品、加熱元件、壓力感測器、智能書本、智慧型標籤及遮罩應用中。
TW110116869A 2020-05-14 2021-05-11 可高速印刷的碳墨水 TW202206560A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20174741.7 2020-05-14
EP20174741.7A EP3910017A1 (en) 2020-05-14 2020-05-14 High speed printable carbon ink

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202206560A true TW202206560A (zh) 2022-02-16

Family

ID=70775257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW110116869A TW202206560A (zh) 2020-05-14 2021-05-11 可高速印刷的碳墨水

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230076341A1 (zh)
EP (2) EP3910017A1 (zh)
JP (1) JP2023526265A (zh)
KR (1) KR20230010640A (zh)
CN (1) CN115552550A (zh)
CA (1) CA3183099A1 (zh)
TW (1) TW202206560A (zh)
WO (1) WO2021228507A1 (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU8725891A (en) * 1990-08-16 1992-03-17 Procter & Gamble Company, The A microwave active coating material including a polymeric resin
US20030151028A1 (en) * 2002-02-14 2003-08-14 Lawrence Daniel P. Conductive flexographic and gravure ink
AU2003301684B2 (en) * 2002-10-30 2009-05-21 Lifescan Scotland Limited Process for making an electrochemical sensor
EP1832632A1 (en) * 2006-03-07 2007-09-12 DSM IP Assets B.V. Conductive ink

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021228507A1 (en) 2021-11-18
EP3910017A1 (en) 2021-11-17
EP4150646A1 (en) 2023-03-22
CN115552550A (zh) 2022-12-30
JP2023526265A (ja) 2023-06-21
CA3183099A1 (en) 2021-11-18
KR20230010640A (ko) 2023-01-19
US20230076341A1 (en) 2023-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Öhlund et al. Paper surfaces for metal nanoparticle inkjet printing
KR100311889B1 (ko) 물기재의전도성후막조성물
US8691116B2 (en) Conducting polymer ink
EP2950949B1 (en) Silver metal nanoparticle composition
US9956806B1 (en) Security devices
Bollström et al. Printability of functional inks on multilayer curtain coated paper
JP2001146419A (ja) 熱分解法により得られた広い表面積の酸化アルミニウムおよびその使用
TWI713705B (zh) 金屬奈米線油墨、透明導電基板及透明防帶電用基板
JP2006504864A (ja) 電気化学的センサーの製造におけるインキ組成物およびその使用方法
TW202206560A (zh) 可高速印刷的碳墨水
US20120234585A1 (en) Support for Electronic Circuits
JP2020183486A (ja) メタリックインク及び被印刷物
JP5757759B2 (ja) アルミニウムインク組成物及びそれを用いた印刷物
WO2005103377A1 (en) Coating-paper composition and method for the preparation thereof
Bollström et al. Paper substrate for printed functionality
Kattumenu et al. Evaluation of flexographically printed conductive traces on paper substrates for RFID applications
EP2736727B1 (en) Print medium surface treatment
WO1998055328A1 (en) Coating composition and printing medium
JP2021085852A (ja) 酵素センサー用電極及び酵素センサー
GB2364707A (en) Imaging member composition
Bollström et al. Roll-to-roll printed electronics on paper
JP2011037915A (ja) 微細パターン積層用インキ組成物
JP4827404B2 (ja) Ｐｔｃインク組成物、ｐｔｃ材料及び面状発熱体
TWI381025B (zh) χ相氧化鋁分散液及其於數位印刷塗佈漿料之應用
JP6476512B2 (ja) 感圧修正テープ