WO2010099958A2 - Insulating pastes - Google Patents

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WO2010099958A2
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insulating
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Gernot Frackmann
Jürgen GÜNTHER
Benno Schmied
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Carl Freudenberg Kg
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Definitions

  • the invention relates to an insulating paste containing a dispersible thermoplastic polyurethane, a water-soluble thickener and water.
  • the invention also relates to materials provided with the insulating paste and to methods of making the insulating pastes and materials and uses.
  • thermoplastic polymers such as polyurethanes
  • injection molding process is often used in the extrusion or injection molding process.
  • aqueous solutions of prepolymers and conductive particles are known, which are applied in liquid form on surfaces.
  • the prepolymers are crosslinked in the solution to (thermoplastic) polyurethanes, so that conductive layers are obtained.
  • Such solutions are usually applied to an insulating layer, such as a nonwoven fabric, to obtain a single-sided insulated conductive material.
  • EP 1284278 A2 describes an aqueous coating composition for the production of electrically conductive coatings of textiles.
  • the pastes described therein are used, for example, to coat flat layers, in particular textiles and nonwovens, and to equip them with electrical conductivity.
  • the conductive particles on the surface of the track are also not protected against external influences and may be e.g. be attacked during cleaning processes of printed textiles.
  • the invention has for its object to overcome the problems described above.
  • new and improved insulating coatings and processes for their preparation are to be provided, which are particularly suitable for insulating printed conductors.
  • the coating should be easy to prepare and overcome the problems of known coatings.
  • the invention is in particular the object of providing an insulating coating which is flexible and stretchable.
  • the coating should be simple and inexpensive to produce.
  • the used Procedures and materials should be as simple and safe as possible for the user and manufacturer.
  • Another object of the invention is to provide an electrically conductive material which is insulated from the outside and which is flexible and expandable.
  • the material should have an electrical conductivity in the ⁇ range and have a high dielectric strength due to the insulation. Also multilayer laminates of insulating and conductive layers should be easy and inexpensive to produce.
  • the invention relates to an insulating paste for producing an insulating coating (insulating layer) comprising a dispersible thermoplastic polyurethane, a water-soluble thickener and water.
  • the term "insulating paste” means that the paste is suitable for producing an insulating coating.
  • the isolation is preferably carried out against electrical current, in particular of printed conductors within an object isolated with the paste.
  • the paste is also suitable for insulation against other influences such as heat and cold, radiation and mechanical or chemical action.
  • the coating essentially does not conduct the electrical current after solidification.
  • the insulating paste therefore contains no conductive polymer and no conductive filler.
  • the paste itself is preferably an aqueous dispersion, it is slightly conductive in the non-solidified state because of its water content.
  • the thermoplastic polyurethane is stretchable and thermally deformable. Thus, the paste is stretchable even after processing and can be reshaped by thermal forming processes at any time, while the stretchability is maintained.
  • the viscosity of the paste is determined via the water-soluble thickener. According to the invention, this is between 8,000 and 150,000 mPas, preferably between 20,000 and 150,000 mPas, so that the paste can be applied to a material by a printing process, preferably screen printing or stencil printing.
  • Insulating pastes according to the invention may contain between 3 and 98% by weight, preferably between 5 and 95% by weight or between 20 and 85% by weight, particularly preferably between 30 and 75% by weight, of thermoplastic polyurethane. It is preferably between 0.1 and 15 wt.%, Preferably 0.2 and 10 wt.%, Thickener included. Preferably, 0 to 30 wt.%, In particular 0.5 to 25% of an additional binder included. In addition, from 0 to 30% by weight, in particular from 0.2 to 15% by weight, or from 0.5 to 10% by weight, of crosslinking agent may be present.
  • the paste contains 5 to 95% by weight of thermoplastic polyurethane, 0.2 to 10% by weight of thickener, 0 to 30% by weight of an additional binder, 0 to 25% by weight of crosslinker and 2 to 94.8% by weight .% Water.
  • the dry substance are preferably fractions of 50 to 99.9 wt.%, Preferably 80 to 99.8 wt.% Thermoplastic polyurethane, 0.1 to 5 wt.% Thickener and 1 to 50 wt.% Of additional binder included, supplemented by up to 45% by weight of other additives.
  • the thickener is provided in a preferred embodiment as an aqueous thickener solution.
  • the thickener solution contains, for example, 0.2 to 15% by weight of the thickener dissolved in water. Preference is given to using distilled or bidistilled water.
  • the proportion of thickener paste is preferably 40-80% by weight, more preferably 55-75% by weight.
  • the paste according to the invention is preferably water-based. It thus contains no organic solvents or less than 5, 2.5 or 1 wt.% Organic solvents.
  • the paste may contain adjuvants such as humectants, defoamers and rheological additives to improve processability.
  • adjuvants such as humectants, defoamers and rheological additives to improve processability.
  • the thickener contains cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane.
  • the thickener may contain or consist of cellulose derivatives, for example methylcellulose.
  • Cellulose derivatives are chemical t
  • MHEC 9000 Metylan® Normal (MHEC 9000; methylhydroxyethylcellulose having the viscosity of a 2% solution of 9000 MPas, Henkel, Dusseldorf).
  • the thickener may be an aqueous solution of a diurethane (eg a fatty alcohol ethoxylate urethane) which may optionally contain water-miscible organic solvents such as butyl (di) glycol, propylene glycol and / or isopropanol.
  • a suitable thickener is for example Collacral® PU 75 or Collacral® PU85, (BASF Ludwigshafen).
  • the solids content of the thickener Coiiacrai is about 25-28% by weight.
  • the thickener may be a non-thermoplastic polyurethane.
  • Non-thermoplastic means that the thickener is present in the solution in molecularly dissolved or dispersed form and not in the form of thermoplastic particles. After applying and drying the paste, however, the thickener may have thermoplastic properties.
  • the thickener may be an electrolyte-stabilized thickener systems based on nonionic polyurethanes. Such a thickener may contain small amounts of solvents, e.g. Contain 2-butoxyethanol.
  • a suitable thickener based on nonionic polyurethanes is, for example, ®Ruco Coat TH 5005 (Rudolf Chemie, Geretsried). Also suitable is “Thickener 128" (Schill and Seilach).
  • the advantage of the said thickeners is the film-forming properties during drying, so that the calendering process can be carried out with much less pressure, if necessary even completely omitted.
  • very pressure sensitive areas e.g. Low-melt nonwovens or demanding (3D) geometries are printed.
  • Using these thickeners when used in the insulating paste not only a good insulation effect, but also a significantly improved tensile strength could be determined.
  • the paste according to the invention contains thermoplastic polyurethanes (PU).
  • PU thermoplastic polyurethanes
  • Polyurethanes are essentially formed by the reaction of polyols (long-chain diols), diisocyanates and optionally short-chain diols. It may also contain small amounts of long or short chain tri- or higher functional alcohols and amines. The nature of Starting materials, the reaction conditions and the proportions are responsible for the properties of the product.
  • the polyo! influences, for example, cold flexibility, media or hydrolysis resistance or rebound resilience; while the isocyanate and the chain extender are more likely to be hard, heat distortion or
  • polyols in particular polyester polycarbonate or polyether polyols are used.
  • Methods are known to the person skilled in the art to select the starting materials and the reaction conditions in such a way that polyurethanes having desired properties, for example melting point, density and hardness, are obtained.
  • Thermoplastic polyurethane elastomers are also referred to as TPUs.
  • the thermoplastic polyurethane may have a melting point between 80 and 250 0 C, in particular between 100 and 220 0 C, between 100 and 180 or between 110 and 150 0 C.
  • Such polyurethanes can be used without problems on textiles and can be processed and formed by conventional methods, such as calendering or thermoforming.
  • the melting point of the polyurethane is adjusted with regard to the desired processing method and the material to be coated. Therefore, depending on the application with higher melting polyurethane
  • Polyurethanes usually do not have a clearly defined melting point, but a melting range in which the material changes from the solid to the liquid state. According to the invention, the melting point is the temperature at which this melting process begins.
  • the use of ether- or carbonate-based polyols has the advantage that resulting polyurethanes are particularly resistant to hydrolysis and are therefore particularly suitable for printing on washable textiles.
  • the polyurethanes may be aliphatic or aromatic. Aiiphatic polyurethanes have the advantage that they are generally lightfast and do not yellow.
  • the polyurethanes are preferably stirred into the pastes as fine powders.
  • the thermoplastic polyurethane is preferably in the form of particles having an average particle diameter of ⁇ 350 ⁇ m, preferably ⁇ 200 ⁇ m or ⁇ 120 ⁇ m, in particular between 20 and 350 ⁇ m, between 50 and 200 ⁇ m or between 80 and 120 ⁇ m.
  • the small particle size makes it possible to produce a homogeneous dispersion, improves the pressure behavior and accelerates the manufacturing process due to rapid melting.
  • the polyurethane used according to the invention contains no free reactive groups, in particular no free isocyanate groups.
  • Such thermoplastic polyurethanes are obtained, for example, when the reaction between the polyol, the chain extender and the polyisocyanate is carried out with a stoichiometric excess of diol and / or polyol, so that the polymer has only free, for example terminal, hydroxyl groups.
  • the polyurethane is not a reactive polymer, but cured.
  • Such a polyurethane does not react under normal conditions and in aqueous solution.
  • the polyurethane thus differs from commercially available prepolymers with free isocyanate groups. Such prepolymers are offered, for example, in the form of dispersions.
  • the polyurethanes are uncharged polyurethanes.
  • the paste contains only uncharged polyurethanes.
  • no ionic polyurethanes are included.
  • the paste according to the invention thus differs from compositions from EP 1 284 278.
  • Uncharged polyurethanes are generally not or only poorly dispersible in water.
  • Novel pastes with uncharged polyurethanes are preferably suspensions in which polyurethanes are finely dispersed as solids (particles).
  • the ionic polyurethanes used according to EP 1 284 278, for example are dispersed in an aqueous solution in molecular form.
  • polyurethane dispersions such as the brand ROTTA WS 80525 from Rotta GmbH
  • polyurethane dispersions are usually prepared by dispersing a liquid and still reactive polyurethane prepolymer under very high shear with an emulsifier. Often, such a dispersion still contains
  • Solvents which are then removed from the PU dispersion.
  • the ionic groups of the polyurethane thereby increase the dispersibility and thus the storage stability, because settling of the polyurethane particles (density about 1, 1) due to the mutual repulsion is prevented or greatly reduced.
  • Ionic polyurethanes resulting from the drying of these (emulsifier-containing) dispersions have the disadvantage that the water absorption and swelling in water due to the hydrophilicity of the ionic groups is significantly higher than nonionic polyurethanes.
  • ionic polyurethanes can also be used according to the invention.
  • the viscosity of the paste is adjusted so that the polyurethane particles do not fall, neither the use of an ionic polyurethane nor the use of emulsifiers is required.
  • the paste contains no emulsifiers.
  • Thermoplastic polyurethanes which are suitable according to the invention can be, for example, diphenylmethane diisocyanate (MDI), such as 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene-1,6-diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), toluene diisocyanate (TDI), Naphthylene-1,5-diisocyanate (NDI) 1 dimethyl diphenyl diisocyanate TODI), dicyclohexylmethane-4,4-diisocyanate (HMDI).
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • HDI hexamethylene-1,6-diisocyanate
  • IPDI isophorone diisocyanate
  • TDI toluene diisocyanate
  • NDI Naphthylene
  • Suitable polyols for preparing the polyurethanes are polyethers, e.g. Polytetrahydrofuran (PTHF) or polypropylene glycol (PPG), polyesters, e.g. Ethylenadipatpolyol, Butylenadipatpolyol, NPG adipates, polycarbonate polyols and polycaprolactone and Polyethereste ⁇ olyole. These may also be trifunctional and polyfunctional in a linear or too low proportion.
  • PTHF Polytetrahydrofuran
  • PPG polypropylene glycol
  • polyesters e.g. Ethylenadipatpolyol, Butylenadipatpolyol, NPG adipates, polycarbonate polyols and polycaprolactone and Polyethereste ⁇ olyole.
  • PTHF Polytetrahydrofuran
  • PPG polypropylene glycol
  • polyesters e.g. Ethylena
  • Suitable chain extenders are, for example, short-chain diols such as ethylene glycol, propanediol, butanediol, pentanediol, diethylene glycol, hexanediol, cyclohexanedimethanol (CHDM), hydroquinone hydroxyethyl ether (HQEE) and diamines and in small amounts triamines or triols such as e.g. Trimethylolpropane and higher functional amines and alcohols or thiols.
  • short-chain diols such as ethylene glycol, propanediol, butanediol, pentanediol, diethylene glycol, hexanediol, cyclohexanedimethanol (CHDM), hydroquinone hydroxyethyl ether (HQEE) and diamines and in small amounts triamines or triols such as e.g. Trimethylolpropane and higher functional
  • polyurethanes of ethylene glycol adipic acid polyester polyol, butanediol, hexanediol and diphenylmethane-4,4 1 - diisocyanate are especially preferred.
  • TPU for example, has a melting point of about 135 ° C.
  • a TPU made of polycaprolactone polyol or carbonate polyol and 1, 6-hexamethylene diisocyanate with the Kettenvericarderern: 1, 6-hexanediol and 1, 4-butanediol extended.
  • polyols may be added from neopentyl glycol adipate or instead more isomers of butanediol or other diols such as neopentyl glycol.
  • thermoplastic polyurethane can be prepared for example from the components methylene diphenyl isocyanate, polycarbonate / hexanediol neopentyl glycol adipate and butanediol.
  • the thermoplastic polyurethane has a melting range of 160 to 170 0 C.
  • Such higher melting polyurethanes usually have a Shore hardness of 60 to 98 Shore (A) and are due to the crystallization especially for thermoforming processes.
  • Another polyurethane comprises the components methylene diphenyl isocyanate, polycaprolactone and hexanediol.
  • This thermoplastic polyurethane has a melting range of 125 to 135 ° C.
  • Low-melting polyurethanes often have a Shore hardness of 40 to 85 Shore (A) and are then particularly suitable for use on low-melting materials.
  • a preferred hydrolysis-stable, low-melting polyurethane comprises the components hexamethylene diisocyanate, polycarbonate polyol and hexanediol and butanediol (isomers).
  • the melting point of such described polyurethanes can be arbitrarily set between about 80 0 C to about 230 0 C.
  • the paste contains no crosslinker. It is then added before or during processing no crosslinker. In this way, an uncrosslinked thermoplastic coating is obtained. Due to the thermoplastic properties, the possibility of deformability (for example by deep drawing) is given. Such post-treatment is not possible with known highly crosslinked polyurethanes.
  • the Polyurethanes in non-crosslinked pastes have a melting point above 120 0 C.
  • a crosslinker is contained in the paste, or a crosslinker is added to the paste before or during processing.
  • the polyurethanes in crosslinking pastes have a melting point below 120 ° C., in particular below 110 ° C. The melting point is then for example between 80 and 120 0 C or 90 and 110 0 C.
  • the crosslinker is a compound that can link hydroxyl groups, preferably a diisocyanate or polyisocyanate.
  • the crosslinker is a blocked isocyanate, of reticulating only above a defined temperature, for example 70- 100 0 C.
  • the melting point of the thermoplastic polyurethane can be adjusted to values below 12O 0 C or 110 0 C by selecting suitable polyols and chain extender combinations. Such polyurethanes can be used if the substrate to be printed has a low melting point itself (eg in the case of a stretchable PU nonwoven fabric).
  • a melting point below 11O 0 C can be achieved, for example, with polycaprolactone polyol and additionally polyol from neopentyl glycol adipate and using multiple chain extenders (1, 6-hexanediol, 1, 4-butanediol and 2,3-butanediol) and 1, 6-hexamethylene diisocyanate , To increase the temperature stability of the coated materials, it is possible to add a crosslinker to this low-melting paste.
  • a crosslinker according to the invention which is added to these pastes is, for example, ground isocyanate, such as diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI) or a.S'-dimethylbiphenyl-M 1 - diisocyanai (TODi), with a melting point below 110 0 C.
  • ground isocyanate such as diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI) or a.S'-dimethylbiphenyl-M 1 - diisocyanai (TODi)
  • the polyurethane and the isocyanate melt and the crosslinking reaction of the isocyanate with the free OH groups of the polyurethane occurs.
  • the crosslinkability of advantage since sensitive substrates can be printed and through the
  • latent reactive and / or capped isocyanates are used.
  • the paste is latently reactive and crosslinks in the calendering process, so that the melting point increases; As a result, a further printing and calendering process on the previously prepared conductor track is possible.
  • Suitable for a latently reactive isocyanate system is, for example, MDI powder, TODI powder, HDT or HDB (Bayer).
  • capping agents for isocyanates such as pyrazole come (for example, triazole, reacted at about 120 0 C), oximes (react at 130 0 C), caprolactam (reacted at about 155 ° C) in question.
  • a catalyst eg DABCO
  • polyhydric alcohol such as di-trimethylolpropane
  • isocyanate a solid, at temperatures above about 5O 0 C liquid
  • polyhydric alcohol such as di-trimethylolpropane
  • isocyanate a solid, at temperatures above about 5O 0 C liquid
  • di-TMP and MDI other polyalcohols and isocyanates
  • trimethylolpropane, HQEE and TODI or NDI powders can be used as crosslinking components.
  • liquid isocyanate such as the biuret or trimer of eg hexamethylene diisocyanate (Tolonate® HDB or Tolonate® HDT) or isophorone diisocyanate (Tolonate® IDT), (Rhodia, supra).
  • a prepolymer is used as crosslinker. This is especially solid at room temperature and preferably long-chain.
  • the prepolymer itself may also contain free isocyanate.
  • the prepolymer is cooled after production and added as a powder to the insulating or conductive paste. This type of post-crosslinking is generally possible not only in aqueous systems, but also generally in thermoplastic, OH-terminated polyurethanes.
  • Postcrosslinking pastes are particularly suitable for a multilayer construction.
  • the PU is after the post-crosslinking, which takes place for example during the lamination, no longer thermoplastic and has a higher melting point.
  • the crosslinked layer is no longer melted or deformed.
  • multilayer printing also makes it possible to use pastes in which the melting temperature of the TPU decreases from the first to the next printed layer. So can the next layer is laminated at a lower temperature without resurfacing the underlying layer.
  • the paste contains an additional binder. This serves in particular to improve the
  • the additional binder is a polymer dispersion, which is preferably molecular.
  • a preferred binder is, for example, a polyurethane dispersion. This forms a film during drying of the paste and combines the TPU powder contained in the paste even better together.
  • An inventive binder is, for example
  • Emuldur® DS2360 from BASF (Ludwigshafen).
  • Emuldur® DS2360 is an anionic aqueous polyurethane dispersion having a solids content of 39-41% by weight.
  • Such binders differ from the thermoplastic polyurethane particles of the pastes in that the polyurethanes are present substantially in molecularly dispersed form and not in particulate form.
  • Another preferred binder is, for example, the aqueous dispersion of a polymer based on acrylic ester and / or styrene.
  • An inventive binder is, for example, Acronal DS 2337 (BASF, Ludwigshafen).
  • Acronal DS 2337 is an aqueous dispersion of a polymer based on acrylic acid ester and styrene with a solids content of 54-56%.
  • the preparation of the paste according to the invention is preferably carried out by first providing an aqueous solution of the thickener
  • the thickener swells while being stirred for a sufficient time, for example 10 to 30 minutes.
  • a suitable viscosity is set, for example between 1,500 and 20,000 mPas.
  • the thermoplastic polyurethane and optionally the crosslinker are added and mixed by stirring to a homogeneous paste.
  • the paste is preferably degassed. If a pulverulent crosslinker is used, it is preferably first mixed with the PU powder in order to achieve a more homogeneous distribution.
  • the paste has a pH of from 6 to 8.5, preferably from 7 to 7.5.
  • the pH is in a preferred embodiment at about pH 7.0.
  • These pHs are also preferably adjusted when antioxidants are included. By adjusting the pH in this range, by using antioxidants and by producing and storing in the absence of air, undesirable changes in the pastes can be avoided.
  • the invention also provides a process for the preparation of an insulated material comprising
  • the first substrate is a solid substrate and may have a layered structure or other three-dimensional structure.
  • the application of the insulating paste (b) is carried out by conventional methods, such as printing, brushing, spraying, dipping the substrate or rolling. "Flat” means that a film or a layer is created. "Subregions of the surface” means that structures can be created on the surface during application, wherein the insulating paste is applied only in specific places and other parts are omitted.
  • the two-dimensional application (b) is preferably carried out by printing.
  • Decisive for the printability are the particle size and the dependent on the proportion of thickener viscosity of the paste.
  • the printing process makes it possible to easily and inexpensively print large areas with a reproducible pattern.
  • the paste is dried, for example, in a continuous furnace.
  • the paste is printed on at least one material and then dried and subjected to the material printed with the paste of a combined heat and pressure treatment.
  • the solidification (c) of the insulating paste is preferably carried out by drying, heating and / or crosslinking.
  • the material provided with the paste may be subjected to a combined heat and pressure treatment before, during or after solidification (c).
  • the upper insulating layer and / or the insulated material are thermally deformed following the combined heat and pressure treatment.
  • the first substrate has at least one conductor track in step (a).
  • These may be known printed conductors and structures, such as wires or foils of metals, for example of copper, silver or gold, in particular copper wires and foils, or other metal tracks, as are common in electronic components such as printed circuit boards, circuit boards and chips.
  • the first substrate can too Semiconductor structures, for example, based on silicon, germanium and gallium.
  • the first substrate of step (a) is prepared by printing at least one conductive line on the surface of a second substrate using a conductive paste.
  • a conductive paste containing a dispersion of a polyurethane and a conductive filler is used in step (a1) for printing.
  • the method comprises the step of (a2) producing the second substrate by printing an insulating layer on a third substrate.
  • conductor tracks are applied to the insulated material obtained in step (c) and optionally a further isolated layer, which is preferably an insulating layer according to the invention.
  • the insulating paste and / or the conductive paste are crosslinkable.
  • the insulator paste and the conductive paste are crosslinkable.
  • the insulating paste is crosslinked after printing so that a cross-linking of the conductor track or the conductive paste is carried out with the insulating paste.
  • the layers to be crosslinked contain polymers having free hydroxyl groups. The use of layers or pastes with polyurethanes having free hydroxyl groups is preferred.
  • the crosslinking, in particular the insulating paste can also be carried out to other polymers which have free hydroxyl groups on the surface, such as silicones or other hydrophilic or hydrophilicized plastics.
  • the insulating paste and the conductive paste preferably each contain a thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups and at least one crosslinker which is selected from a polyisocyanate having at least 2 isocyanate groups and / or a polyhydric alcohol having at least 2 hydroxyl groups.
  • conductive and printable paste pastes known in the art can be used according to the invention.
  • Such conductive pastes contain, for example, polymers, binders, thickeners and / or fillers.
  • the conductivity is effected by conductive polymers, metals, metal salts, metal oxides, carbon in a suitable form, fibers or other additives.
  • Printable pastes are known, for example, from EP 1 284 278 A2, US Pat. No. 5,389,403 A or DE 197 57 542 A2. It is preferred according to the invention to use pressure and conductive pastes which are described in PCT / EP2008 / 007235 or DE 102007042253. Among other things, these pastes are distinguished from known pastes in that they are both flexible and extensible.
  • the printed and conductive pastes disclosed in these two applications are incorporated herein by reference.
  • the printable and conductive pastes described therein contain a dispersible thermoplastic polyurethane, a conductive filler, a water-soluble thickener, and water.
  • the thermoplastic polyurethane forms the binder of the paste and is both ductile and thermoformable.
  • the conductive filler is mixed in such a way that the conductive particles touch each other after processing, thus establishing the conductivity.
  • the viscosity of the paste is determined via the water-soluble thickener. According to the invention, this is between 8,000 and 150,000 mPas, preferably between 20,000 and 150,000 mPas, so that the paste can be applied to a material by a printing process, preferably screen printing or stencil printing.
  • Conductive pastes which can be used according to the invention can contain, for example, from 2 to 40% by weight, preferably from 4 to 25% by weight, particularly preferably from 5 to 15% by weight, of thermoplastic polyurethane.
  • the proportion of the conductive filler is preferably 2-40% by weight, in particular 15-40% by weight, particularly preferably 20-35% by weight. It is preferably between 1 to 5 wt.%, Preferably 1, 5 -. 3 wt.%, Thickener included.
  • from 0 to 30% by weight, in particular from 0.2 to 15% by weight, or from 0.5 to 10% by weight, of crosslinking agent may be present.
  • thermoplastic polyurethane 15 to 85% by weight conductive filler and 0.5 to 4.5% by weight thickener
  • the sheet resistance of the conductive paste after drying and calendering is preferably between 0.05 to 0.5 ohms, wherein the resistance increases by a factor of 10 to 1000 when the paste is stretched by 20%, depending on the composition. In this case, the higher the proportion of the conductive filler, the lower the resistance.
  • the paste may contain adjuvants such as humectants, rheological additives and defoamers to improve processability.
  • Preferred defoamers are silicone-free (BYK-A-535, BYK-Chemie).
  • the thickener of the conductive paste is preferably selected as described above for the insulating paste. It may contain, for example, corresponding cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane.
  • thermoplastic polyurethanes (PU) of the conductive paste and their properties, such as melting point and particle size, can be selected as described above for the isolator paste.
  • a crosslinker is included in the conductive paste, or a crosslinker is added to the paste before or during processing.
  • the polyurethanes in crosslinked pastes have a melting point below 120 ° C., in particular below 110 ° C. The melting point is then for example between 80 and 120 0 C or 90 and 110 ° C.
  • the crosslinker is a compound capable of linking hydroxyl groups, preferably a diisocyanate or polyisocyanate or a dialcohol! or polyalcohol.
  • the crosslinker is a blocked isocyanate, which acts crosslinking only above a defined temperature, for example 70-100 0 C.
  • the conductive filler is preferably selected as disclosed in PCT / EP2008 / 007235 or DE 102007042253.
  • the conductive filler is then in particular selected from metallic particles, carbon nanotubes, low-melting alloys and / or copper flakes.
  • the conductive filler may consist of metallic particles, preferably copper- and / or silver-based. Such metal-based particles have a particularly good conductivity. Silver-based particles are also corrosion resistant. The particles may be spherical, fibrous or flat. The advantage of the planar fillers is that they align themselves parallel to each other after a pressure treatment and overlap. This results in a particularly low sheet resistance. Spherical particles are particularly easy to disperse.
  • metallic particles according to the invention refers to particles that are largely or entirely made of metal, i. to more than 95%,> 99% or 100%.
  • the conductive filler may comprise copper flakes. Copper flakes are flat particles. They can be aligned in parallel in a combined pressure and heat treatment. You can then overlap each other and thus have a low sheet resistance.
  • the copper flakes which can be used according to the invention have, for example, average diameters of 5 to 100 ⁇ m, in particular 20 to 60 ⁇ m, and heights of 0.2 to 10 ⁇ m, in particular 0.5 to 8 ⁇ m.
  • the copper flakes are preferably with a Precious metal, in particular silver, coated. The proportion of the coating is preferably from 1 to 25, in particular from 5 to 2,% by weight. Suitable copper flakes are available, for example, under the trade name Conduct-O-Fil SC230F9.5 (Potters Industries Inc.). These are flat copper plates with a mean diameter of approx. 40 ⁇ m and a height of approx. 1-5 ⁇ m. They are silvered with a weight proportion of about 9-10 wt.%.
  • the conductive filler may include carbon nanotubes.
  • Carbon nanotubes are tubular structures made of carbon. These have a diameter of 1 to 50 nm.
  • the conductive filler may include a low melting alloy.
  • a low melting alloy is, for example, a tin-bismuth alloy. Such alloys melt during a heat and pressure treatment, for example during calendering.
  • the low melting alloy particles may be mixed with other particles, such as silver or copper. It is advantageous that the other particles are materially connected by the low-melting particles and thus sets a particularly low surface resistance.
  • low-melting means that the alloy melt at the processing temperatures of the pastes, particularly 100-220 0 C, between 100 and 180 ° C or between 110 and 150 0 C.
  • the invention also provides a conductive paste comprising a dispersible thermoplastic polyurethane, a conductive filler, a water-soluble thickener and water, wherein the thermoplastic polyurethane has free hydroxyl groups and the paste contains a crosslinker, wherein as crosslinking agent is a polyhydric alcohol having at least 2 or at least 3 free hydroxyl groups and a di- or polyisocyanate are included.
  • a conductive paste is particularly suitable for crosslinking with an isolator paste according to the invention, which also has a thermoplastic polyurethane with free hydroxyl groups.
  • the conductive and / or the insulating paste additionally contain at least one antioxidant.
  • at least one antioxidant for example, ascorbic acid or ascorbates such as sodium ascorbate, glucose and metal salts, in particular reducing salts such as ammonium iron (II) sulfate, are suitable.
  • an aqueous solution of the antioxidants is first prepared in distilled water. This has, for example, 0.2 to 5 wt.%, Preferably 1, 5 to 3 wt.% Antioxidants on.
  • the preparation of the insulating paste and / or the conductive paste is preferably carried out by first an aqueous solution of the thickener and optionally the antioxidant is provided (thickener solution).
  • the thickener swells while being stirred for a sufficient time, for example 10 to 30 minutes.
  • a suitable viscosity is set, for example between 1500 and 20,000 mPas.
  • the thermoplastic polyurethane, optionally the conductive filler and optionally the crosslinker are added and mixed by stirring to a homogeneous paste.
  • the paste is preferably degassed. If a crosslinker is used, it is preferably first mixed with the PU powder and / or the filler in order to achieve a more homogeneous distribution.
  • the insulating paste and / or the conductive paste has a pH of from 6 to 8.5, preferably from 7 to 7.5.
  • the pH is in a preferred embodiment at about pH 7.0.
  • These pH values are preferably also adjusted when antioxidants are included. By adjusting the pH in this area, by using Antioxidants and by preparation and storage in the absence of air, undesirable changes in the pastes can be avoided.
  • the conductive paste is exposed to the conductive particles in a subsequent to the drying heat and pressure treatment, preferably a calendering.
  • the paste is solidified, the contact and the adhesion to the material are improved and the conductive particles are aligned.
  • a material provided with the conductive paste is stretched in a thermal post-treatment.
  • a deep-drawing process is suitable for this. This achieves elongation, i.
  • the PU matrix softens under pressure and heat and is stretched. After cooling, it maintains the stretched shape.
  • the silver-plated copper platelets still overlap so that the electrical conductivity is maintained.
  • the orientation of the platelets is further improved, so that even with a stretch or elongation of the substrate still enough platelets overlap.
  • the insulating paste and / or the conductive paste can be printed by screen or stencil printing.
  • the material with the printed conductive paste may be thermoformed following the combined heat and pressure treatment.
  • An advantage of using a thermoplastic polyurethane is that such pastes can be reshaped at any time by melting the polyurethane. Therefore, the already provided with the paste materials can be repeatedly transformed later. It can provide several materials with the paste and bonded by pressure and heat treatment through the paste cohesively become. As a result, textiles can be conductively connected to each other. This is particularly advantageous for garments, since here the conductive and cohesive connection of several clothing sections is possible with simple means.
  • the invention also provides an isolated material obtainable by a method according to the invention.
  • the material according to the invention contains at least one insulating layer which has been produced from the paste according to the invention.
  • further layers may be present in any arrangement.
  • the insulating layer may also be applied to a solid substrate which has no layer structure. Further layers may be, for example, shielding layers or stabilizing layers.
  • Suitable substrates are, for example, nonwovens, films or other flexible, stretchable or solid substrates.
  • Suitable films are, for example, polyurethane films (trademark Epurex, Bayer).
  • “flat” denotes any two-dimensional structure, without this being limited by the lateral extent.
  • Layers according to the invention can for example be applied in the form of webs. Within a layer, there may be a multiplicity of paths, for example in a parallel arrangement or in any other structure.
  • the insulating layers may be insular within a layer, for example, as circles that insulate contact points of traces.
  • only a portion of a surface of a substrate or material is printed with the insulating paste according to the invention, for example up to 80%, up to 50% or up to 20%. However, it is also possible to provide a substrate completely or substantially (more than 80 or 90%) with an insulating layer.
  • a layer has subregions that insulate and subregions that are conductive or perform another function.
  • Such complex structures according to the invention can be produced in a simple manner, in particular in printing processes. Recesses of the insulating layer in partial areas can serve for contacting, the conductor structures exposed there can be used as contacting points.
  • the insulated material includes at least one conductive layer and at least two insulating layers, wherein the conductive layer is disposed between the insulating layers. The material is completely isolated in this way.
  • insulated materials which contain two outer insulating layers according to the invention and inner conductor tracks arranged therebetween.
  • the insulating coating of the invention may be bonded or laminated with other known and suitable materials. Suitable examples are materials such as plates, which serve for stabilization. It is also possible to add polymer films as insulating layers. Such polymer films based on, for example, polyurethanes are known.
  • Figure 1 shows in plan view of an inventive material with insulating layers 1 and conductor tracks 2, 3, wherein the insulating layers 1 are each arranged between two conductor tracks 2, 3. In this case, the tracks 2, 3 intersect and are separated at the intersections by the insulating layer 1 from each other.
  • Figure 2 shows in cross-section the material according to FIG. 1 with an additional lower substrate 4.
  • Figure 3 shows in cross-section another inventive material with insulating layers 1, conductors 2, outer substrates 4 and additional shields 5.
  • a conductive paste is applied flat or at least closely meshed to the substrate, thus causing an electrical shield.
  • a non-flexible stabilizer layer, or a flexible insulator film can first be printed with conductor structures and then printed with an insulating layer.
  • the material according to the invention has at least two thermoplastic layers which have a different melting temperature.
  • These at least two layers can be insulating layers according to the invention or conductive layers.
  • layers with different melting temperatures lie directly above one another and were applied by printing.
  • the melting temperatures are preferably at least 10, 20, 30 or 50 0 C apart.
  • the respective lower layer, which was printed first the higher melting temperature.
  • a thermal post-processing may be carried out at a temperature which is below the melting temperature of the upper layer and above the melting temperature of the lower layer.
  • Embodiment has the advantage that the top last applied layer can be post-processed in a thermal process, without the underlying layer is changed.
  • the method according to the invention has the advantage that even complicated geometries of insulating layers can be printed in a simple manner.
  • Another advantage is that according to the invention it is possible to produce insulated materials and coatings which are stretchable and thermoformable.
  • the insulating layer and the conductive layer can be made to be both malleable and thermoformable. On this insulating layer further printed conductors can be printed, so that a multilayer, expandable or thermally deformable conduit system is formed.
  • the paste is non-toxic and can not escape or degas during manufacture and later use any harmful substances.
  • the breakdown resistance of the isolated material or an insulated coating according to the invention is preferably greater than 10 7 ohms or greater than 10 8 ohms and in particular greater than 10 9 or 10 11 ohms.
  • the breakdown resistance is measured after.
  • the electrical resistance is measured using the method DIN IEC 93 or ISO 6722. With any layer structure, the four-point method has proven itself to avoid incorrect measurements due to contact resistance.
  • the thickness of the conductive or insulator layer in the solidified state is preferably less than 5 mm or less than 1 mm, preferably less than 0.7 mm and particularly preferably less than 0.5 mm.
  • the thickness can be greater than 0.02 or 0.05 mm.
  • the insulated material according to the invention is selected from a printed circuit board, a console, a fabric, a nonwoven fabric, a textile, a garment, a heating element, a wound dressing, a flat cable and a piece of furniture.
  • the substrate is on which the conductive paste and the insulating paste are printed, designed as a stretchable nonwoven fabric.
  • a stretchable nonwoven fabric printed in such a way with the paste according to the invention and provided with an electrical and insulated circuit is stretchable and is therefore particularly suitable for applications in which the substrate should be flexible and also extensible.
  • the nonwoven fabric can also be formed permeable to water vapor.
  • the invention also provides the use of an insulating paste according to the invention for insulating and / or shielding materials, preferably a shield (EMC protection), for example by multilayer construction of combinations of conductive paste and insulating pastes.
  • EMC protection a shield
  • the materials of the invention are particularly suitable for the isolation of printed conductors of flexible and / or stretchable electronic components. In this way, the protection of the conductor against external mechanical, chemical or other impairments is ensured. Thus, an insulating layer on textiles can cause washability.
  • Flexible or stretchable interconnects are also suitable for the automotive interior, such as consoles.
  • Another preferred application is the insulation of printed circuit traces for the shoe inner region for the pressure sensor system.
  • Materials isolated according to the invention in particular those with printed conductors, are also suitable for textile and medical products such as compression stockings, electric blankets, Wound dressings, ECG accessories.
  • the invention also relates to heating elements in general, for example for seat heaters, for example in the automotive sector.
  • Materials coated with the paste according to the invention are particularly suitable for automotive applications, such as dashboards and headliners having a three-dimensional, curved geometry, wherein the material provided with the paste is thermally deformed and assumes the shape of the material.
  • the paste according to the invention is suitable for use in clothing, in particular functional clothing with integrated electronic components. Here the paste isolates flexible tracks on the clothing.
  • Another area of application is functional coatings of aggregates and pipelines, for example the isolation of antistatic equipment and heating / cooling applications.
  • the use of the insulating paste is particularly advantageous because the substrate to be printed, for example a nonwoven fabric, is not necessarily electrically insulating and, in particular in the region of pores that are printed, can lead to short circuits. Common insulating substrates such as films are not permeable to water vapor, which limits the utility of clothing.
  • the insulating paste can be applied so that water vapor permeable spaces remain.
  • Figure 1 shows in plan view of an inventive material with insulating layers 1 and conductors 2, 3, wherein the insulating layers are arranged at least at the intersection between each two interconnects 2, 3.
  • FIG. 2 shows in cross-section a material according to the invention according to FIG. 1, which additionally has a lower substrate 4.
  • FIG. 3 shows in cross-section a material according to the invention with insulating layers 1, conductor tracks 2, outer substrates 4 and additional shields 5.
  • Example 1 Preparation of a conductive paste
  • the polyurethane used is a nonionic, thermoplastic, non-crosslinked, OH-terminated polyurethane. This is prepared from ethylene glycol adipic acid polyester polyol and diphenylmethane-4,4'-diisocyanate with the addition of the chain extenders butanediol and hexanediol.
  • the index which describes the ratio of isocyanate groups to hydroxyl groups in the polymer, is less than 100.
  • the TPU has a melting point of about 135 ° C and is used as a fine powder.
  • To prepare the paste an aqueous solution of the thickener methylcellulose (Metylan Normal®, Henkel) is prepared with stirring.
  • the thickener swells with stirring for another 20 minutes.
  • the aqueous solution has a viscosity of between 1,500 and 20,000 mPas.
  • the TPU powder and the conductive filler are stirred, processed with further stirring to a homogeneous paste and then degassed under vacuum.
  • this is weighed together with the PU powder and / or the filler and mixed.
  • antioxidants an approximately 2.8% solution with a pH of 7.0 is first prepared with demineralized water, into which the thickener is stirred.
  • a first example of a paste according to the invention contains 60% by weight of a solution consisting of 1.5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in water, 32% by weight of a conductive filler, in this embodiment silver-coated copper flakes (Conduct-O-Fil, SC230F9 .5 of the company Potters Industries Inc.) and 8 wt.% Of a thermoplastic polyurethane having a particle size of less than 120 microns.
  • the paste has a viscosity of 56,000 mPas and can be printed on a material, for example by screen printing. After drying in an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a sheet resistance of 0.19 ohms as the dried solid.
  • a paste was prepared according to Example 1, with the following different conditions were set.
  • the paste according to the invention contains 70% by weight of a solution consisting of 2.1% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in water, 24% by weight of a conductive filler, in this embodiment silver-coated copper flakes, and 6% by weight of a thermoplastic polyurethane with a Particle size less than 120 ⁇ m.
  • the paste has a viscosity of 50,200 mPas and can be printed on a material, for example by screen printing. After drying in an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a sheet resistance of 0.44 ohms as the dried solid.
  • a paste was prepared according to Example 1, with the following different conditions were set.
  • the paste according to the invention contains 60% by weight of a solution consisting of 2.5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in water, 32% by weight of a conductive filler, in this embodiment copper flakes, and 8% by weight of a thermoplastic polyurethane having a particle size less than 120 ⁇ m.
  • the paste has a viscosity of 125,000 mPas and can be printed on a material, for example by means of stencil printing. After drying in In an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a dried solids content of 0.39 ohms.
  • polyurethanes were prepared. Table 1 shows an overview of the components used. By selecting the components, the melting range can be varied. For the production of polyurethanes according to the invention, it is also possible to use further, not specifically listed, difunctional or polyfunctional short- or long-chain alcohols, amines and thiols, as well as di- or higher-functional isocyanates.
  • D Desmophen TM (Polyols from Bayer)
  • D2000 Polyethylene adipate diol (Mw: 2000)
  • Capa TM Solvay Polycaprolactone Polyols
  • C200 Polycaprolactone (Mw: 535)
  • T Terathane TM (Invista's Polyethe ⁇ olyol)
  • T2000 Polytetramethylene ether glycol.
  • Diethylene glycol (3-oxapentane-1, 5-diol); N: neopentyl glycol (2,2-dimethyl-1,3-propanediol).
  • Isocvanate MDI: diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (methylenedi (phenyl isocyanate)); HDI: 1,6-hexamethylene diisocyanate.
  • the aliphatic polyurethanes PU10 to PU15 are particularly suitable for the production of pastes with a deep melting range. They are lightfast and not yellowing and therefore suitable, inter alia, for applications in the field of vision.
  • the polyurethanes PUi to PU9 are aromatic polymers.
  • Pastes were prepared according to Examples 1-3, wherein the proportion of conductive powder was replaced by equal amounts of TPU powder.
  • Example formulations are listed in Tab. 3.
  • conductive pastes are prepared, with the TPU powder additionally containing di-TMP powder (di-trimethylolpropane) and MDI powder (Diphenylmethane-4,4'-diisocyanate) is added.
  • the non-crosslinked TPU of the reactive paste in this case has O ⁇ end groups and may have a melting point of about 110 0 C to about 160 0 C.
  • Table 4 The compositions are summarized in Table 4.
  • catalyst e.g., Dabco: 1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane
  • di-TMP and MDI as crosslinking components it is also possible to use other polyalcohols and isocyanates, such as e.g. Trimethylolpropane or HQEE powder and TODI or NDI powder can be used.
  • Example formulations are listed in Tab. 5.
  • Tabeiie b ⁇ eispieirezepiuren of postcrosslinking Isoüerpasten
  • Example 11 pastes were prepared based on a 2.1% Metylanates. However, the proportion of crosslinking component (di-TMP and MDI) was varied.
  • the base TPU is OH-terminated and has a melting point of about 125-130 0 C.
  • each 5 g of the paste were dried at 40 0 C and then pressed to the film. Press for 5 minutes at 125 ° C and 7 bar (produced film about 10 cm in diameter); a shortening of the pressing time is possible by addition of catalyst.
  • the results in Table 6 show that the melting point can be adjusted via the crosslinker content.
  • Insulator pastes are prepared according to Examples 11-13, but the crosslinking components Di-TMP and MDI are replaced by ground prepolymer.
  • Example formulations are shown in Tab. 7.
  • the TPU of the reactive paste in this case has OH end groups and a melting point of about 110 0 C to about 160 ° C.
  • part of the TPU powder can be replaced by conductive powder according to Example 8-10.
  • a further crosslinking according to the invention takes place by adding a water-dispersible polyisocyanate which is less reactive at room temperature instead of.
  • An isocyanate according to the invention is, for example, Tolonate® HDB or Toionate® HDT from Rhodia.
  • Insulator pastes are prepared according to Examples 11-13, but the crosslinking components Di-TMP and MDI are replaced by a liquid, water-dispersible polyisocyanate.
  • Example formulations are shown in Tab. 8.
  • the cross-linking agent (Tolonate®HDB or Tolonate®HDT) is stirred into the paste when mixing the paste or during prolonged storage until approx. 24 hours before using the paste.
  • the TPU of the reactive paste in this case has OH end groups and a melting point of about 11O 0 C to about 160 0 C.
  • cellulose-based thickener Metal or MHEC 9000
  • alternative thickeners are used which have improved film-forming properties.
  • the pastes according to the invention comprise 56-57% by weight of a solution consisting of the described, alternatively to be used thickeners in water, and 43-44% by weight of a thermoplastic polyurethane having a particle size of less than 120 ⁇ m (see Table 9).
  • both the concentration of the thickener in water and the proportion of the TPU powder can be varied.
  • a portion of the TPU powder is replaced by conductive powder according to Example 8 - 10.
  • Example 28-30 Pastes with additional binders
  • multilayer printing also makes it possible to use pastes in which the melting temperature of the TPUs decreases from the first to the next higher printed layer. So for example, the next layer can be laminated at a lower temperature without remelting the underlying layer.
  • the Isolierbaste was screen printed on a nonwoven fabric (Evolon) and then subjected to a combined pressure / heat treatment (130 ° C, at 6 bar pressing pressure).
  • the printed circuit was then printed on the isolated nonwoven and also subjected to a combined pressure / heat treatment (130 0 C 1 at 2 bar pressing pressure).
  • An exemplary result is shown schematically in FIG.

Abstract

The invention relates to an insulating paste containing a thermoplastic polyurethane which can be dispersed, a water-soluble thickener and water. The invention also relates to insulated materials, which are provided with the insulating paste, and to methods for formulating the insulating pastes and to materials and to applications.

Description

Isolierpasten Isolierpasten
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft eine Isolierpaste, enthaltend ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser. Die Erfindung betrifft auch Materialien, die mit der Isolierpaste versehen sind sowie Verfahren zur Herstellung der Isolierpasten und Materialien und Verwendungen.The invention relates to an insulating paste containing a dispersible thermoplastic polyurethane, a water-soluble thickener and water. The invention also relates to materials provided with the insulating paste and to methods of making the insulating pastes and materials and uses.
Stand der TechnikState of the art
Elektrische Leiterbahnen, wie Kabel oder Bahnen in Leiterplatten, werden üblicherweise mit Schichten aus organischen Polymeren isoliert. Bei der Herstellung werden dabei häufig thermoplastische Polymere, beispielsweise Polyurethane, im Extrusions- oder Spritzgußverfahren verwendet.Electrical traces, such as cables or traces in printed circuit boards, are usually isolated with layers of organic polymers. In the production of thermoplastic polymers, such as polyurethanes, are often used in the extrusion or injection molding process.
Im Stand der Technik sind wässrige Lösungen von Prepolymeren und leitfähigen Partikeln bekannt, die in flüssiger Form auf Oberflächen aufgetragen werden. Die Prepolymere werden in der Lösung zu (thermoplastischen) Polyurethanen vernetzt, so dass leitfähige Schichten erhalten werden. Solche Lösungen werden üblicherweise auf eine Isolierschicht, beispielsweise einen Vliesstoff, aufgetragen, um ein einseitig isoliertes leitfähiges Material zu erhalten. Die EP 1284278 A2 beschreibt eine wässrige Beschichtuπgszüsarnrnensetzung für die Herstellung elektrisch leitfähiger Beschichtungen von Textilien. Die dort beschriebenen Pasten werden verwendet, um beispielsweise flächige Lagen, insbesondere Textilien und Vliesstoffe zu beschichten und diese damit elektrisch leitfähig auszurüsten.In the prior art aqueous solutions of prepolymers and conductive particles are known, which are applied in liquid form on surfaces. The prepolymers are crosslinked in the solution to (thermoplastic) polyurethanes, so that conductive layers are obtained. Such solutions are usually applied to an insulating layer, such as a nonwoven fabric, to obtain a single-sided insulated conductive material. EP 1284278 A2 describes an aqueous coating composition for the production of electrically conductive coatings of textiles. The pastes described therein are used, for example, to coat flat layers, in particular textiles and nonwovens, and to equip them with electrical conductivity.
Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Pasten ist nachteilig, dass sie aufgrund des Bindemittels nach dem Aufbringen auf das Material und dem Aushärten oft nicht mehr oder nicht ausreichend dehnbar und nicht mehr thermisch verformbar ist. Ein mit der Paste beschichtetes Material ist demnach ebenfalls nicht dehnbar. Die Paste kann also dort nicht eingesetzt werden, wo eine Dehnbarkeit des Materials erforderlich ist.In the case of these pastes known from the prior art, it is disadvantageous that, as a result of the binder, after application to the material and curing, it is often no longer or not sufficiently extensible and no longer thermally deformable. A coated with the paste material is therefore also not stretchable. The paste can therefore not be used where stretchability of the material is required.
Die leitfähigen Partikel an der Oberfläche der Leiterbahn sind auch nicht gegen äußere Einflüsse geschützt und können z.B. bei Reinigungsvorgängen der bedruckten Textilien angegriffen werden.The conductive particles on the surface of the track are also not protected against external influences and may be e.g. be attacked during cleaning processes of printed textiles.
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen Probleme zu überwinden. Insbesondere sollen neue und verbesserte isolierende Beschichtungen und Verfahren zu ihrer Herstellung bereitgestellt werden, die insbesondere geeignet sind, um Leiterbahnen zu isolieren. Die Beschichtung soll auf einfache Weise herstellbar sein und die Probleme bekannter Beschichtungen überwinden.The invention has for its object to overcome the problems described above. In particular, new and improved insulating coatings and processes for their preparation are to be provided, which are particularly suitable for insulating printed conductors. The coating should be easy to prepare and overcome the problems of known coatings.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine isolierende Beschichtung bereitzustellen, die flexibel und dehnbar ist. Die Beschichtung soll auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar sein. Die eingesetzten Verfahren und Materialien sollen für den Anwender und Hersteller möglichst einfach und gefahrlos handhabbar sein.The invention is in particular the object of providing an insulating coating which is flexible and stretchable. The coating should be simple and inexpensive to produce. The used Procedures and materials should be as simple and safe as possible for the user and manufacturer.
Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, ein nach außen isoliertes elektrisch leitfähiges Material bereitzustellen, das flexibel und dehnbar ist. Das Material soll eine elektrische Leitfähigkeit im Ω-Bereich besitzen und wegen der Isolierung eine hohe Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Auch mehrlagige Laminate aus isolierenden und leitfähigen Schichten sollen auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar sein.Another object of the invention is to provide an electrically conductive material which is insulated from the outside and which is flexible and expandable. The material should have an electrical conductivity in the Ω range and have a high dielectric strength due to the insulation. Also multilayer laminates of insulating and conductive layers should be easy and inexpensive to produce.
Gegenstand der Erfindung:Object of the invention:
Diese Aufgabe wird durch Isolierpasten, Verfahren, Materialien und Verwendungen gemäß den Patentansprüchen gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.This object is achieved by insulating pastes, methods, materials and uses according to the claims. In advantageous embodiments, the dependent claims relate.
Gegenstand der Erfindung ist eine Isolierpaste zur Herstellung einer isolierenden Beschichtung (Isolierschicht), enthaltend ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser.The invention relates to an insulating paste for producing an insulating coating (insulating layer) comprising a dispersible thermoplastic polyurethane, a water-soluble thickener and water.
Der Begriff "Isolierpaste" bedeutet, dass die Paste zur Herstellung einer isolierenden Beschichtung geeignet ist. Die Isolierung erfolgt bevorzugt gegenüber elektrischem Strom, insbesondere von Leiterbahnen innerhalb eines mit der Paste isolierten Gegenstandes. Die Paste ist aber auch geeignet zur Isolierung gegen andere Einflüsse wie Wärme und Kälte, Strahlung und mechanische oder chemische Einwirkung. Die Beschichtung leitet nach der Verfestigung den elektrischen Strom im Wesentlichen nicht. Die Isolierpaste enthält daher kein leitfähiges Polymer und keinen leitfähigen Füllstoff. Da die Paste selbst bevorzugt eine wässrige Dispersion ist, ist sie im nicht verfestigten Zustand dagegen aufgrund ihres Wassergehaltes in geringem Maße leitfähig. Das thermoplastische Polyurethan ist dehnbar und thermisch verforrnbar. Somit ist die Paste auch nach dem Verarbeiten dehnbar und kann durch thermische Formgebungsprozesse jederzeit umgeformt werden, wobei die Dehnbarkeit erhalten bleibt.The term "insulating paste" means that the paste is suitable for producing an insulating coating. The isolation is preferably carried out against electrical current, in particular of printed conductors within an object isolated with the paste. The paste is also suitable for insulation against other influences such as heat and cold, radiation and mechanical or chemical action. The coating essentially does not conduct the electrical current after solidification. The insulating paste therefore contains no conductive polymer and no conductive filler. In contrast, since the paste itself is preferably an aqueous dispersion, it is slightly conductive in the non-solidified state because of its water content. The thermoplastic polyurethane is stretchable and thermally deformable. Thus, the paste is stretchable even after processing and can be reshaped by thermal forming processes at any time, while the stretchability is maintained.
Über den wasserlöslichen Verdicker wird die Viskosität der Paste bestimmt. Diese liegt erfindungsgemäß zwischen 8.000 und 150.000 mPas, bevorzugt zwischen 20.000 und 150.000 mPas, so dass die Paste durch ein Druckverfahren, vorzugsweise Sieb- oder Schablonendruck, auf ein Material aufgetragen werden kann.The viscosity of the paste is determined via the water-soluble thickener. According to the invention, this is between 8,000 and 150,000 mPas, preferably between 20,000 and 150,000 mPas, so that the paste can be applied to a material by a printing process, preferably screen printing or stencil printing.
Erfindungsgemäße Isolierpasten können zwischen 3 und 98 Gew. %, bevorzugt zwischen 5 und 95 Gew. % oder zwischen 20 und 85 Gew. %, besonders bevorzugt zwischen 30 und 75 Gew. % thermoplastisches Polyurethan enthalten. Es sind vorzugsweise zwischen 0,1 und 15 Gew.%, bevorzugt 0,2 und 10 Gew.%, Verdicker enthalten. Vorzugsweise sind 0 bis 30 Gew.%, insbesondere 0,5 bis 25 % eines zusätzlichen Binders enthalten. Zusätzlich können 0 bis 30 Gew.%, insbesondere 0,2 bis 15 Gew.% oder 0,5 bis 10 Gew.% Vernetzer enthalten sein.Insulating pastes according to the invention may contain between 3 and 98% by weight, preferably between 5 and 95% by weight or between 20 and 85% by weight, particularly preferably between 30 and 75% by weight, of thermoplastic polyurethane. It is preferably between 0.1 and 15 wt.%, Preferably 0.2 and 10 wt.%, Thickener included. Preferably, 0 to 30 wt.%, In particular 0.5 to 25% of an additional binder included. In addition, from 0 to 30% by weight, in particular from 0.2 to 15% by weight, or from 0.5 to 10% by weight, of crosslinking agent may be present.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Paste 5 bis 95 Gew.% thermoplastisches Polyurethan, 0,2 bis 10 Gew.% Verdicker, 0 bis 30 Gew.% eines zusätzlichen Binders, 0 bis 25 Gew.% Vernetzer und 2 bis 94,8 Gew.% Wasser.In a preferred embodiment, the paste contains 5 to 95% by weight of thermoplastic polyurethane, 0.2 to 10% by weight of thickener, 0 to 30% by weight of an additional binder, 0 to 25% by weight of crosslinker and 2 to 94.8% by weight .% Water.
In der Trockensubstanz sind bevorzugt Anteile von 50 bis 99,9 Gew.%, vorzugsweise 80 bis 99,8 Gew.% thermoplastisches Polyurethan, 0,1 bis 5 Gew.% Verdicker und 1 bis 50 Gew.% zusätzlicher Binder enthalten, ergänzt durch bis zu 45 Gew.% weitere Zusätze. uer Verdicker wird in einer bevorzugten Aüsführungsforrn als wässrige Verdickerlösung bereitgestellt. Die Verdickerlösung enthält beispielsweise 0,2 - 15 Gew.%, des Verdickers in Wasser gelöst. Bevorzugt wird destilliertes oder bidestilliertes Wasser verwendet. In den erfindungsgemäßen Pasten ist der Anteil der Verdickerpaste bevorzugt 40 - 80 Gew.%, besonders bevorzugt 55 - 75 Gew.%. Die erfindungsgemäße Paste ist bevorzugt wasserbasiert. Sie enthält somit keine organischen Lösungsmittel oder weniger als 5, 2,5 oder 1 Gew.% organische Lösungsmittel.In the dry substance are preferably fractions of 50 to 99.9 wt.%, Preferably 80 to 99.8 wt.% Thermoplastic polyurethane, 0.1 to 5 wt.% Thickener and 1 to 50 wt.% Of additional binder included, supplemented by up to 45% by weight of other additives. The thickener is provided in a preferred embodiment as an aqueous thickener solution. The thickener solution contains, for example, 0.2 to 15% by weight of the thickener dissolved in water. Preference is given to using distilled or bidistilled water. In the pastes according to the invention, the proportion of thickener paste is preferably 40-80% by weight, more preferably 55-75% by weight. The paste according to the invention is preferably water-based. It thus contains no organic solvents or less than 5, 2.5 or 1 wt.% Organic solvents.
Die Paste kann zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit Hilfsstoffe wie Feuchthaltemittel, Entschäumer und rheologische Additive enthalten.The paste may contain adjuvants such as humectants, defoamers and rheological additives to improve processability.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Verdicker Cellulose-Derivate, ein Diurethan oder ein nicht thermoplastisches Polyurethan.In a preferred embodiment of the invention, the thickener contains cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane.
Der Verdicker kann Cellulose-Derivate, beispielsweise Methylcellulose enthalten oder daraus bestehen. Cellulose-Derivate sind chemische t The thickener may contain or consist of cellulose derivatives, for example methylcellulose. Cellulose derivatives are chemical t
Verbindungen, die aus Cellulose abgeleitet sein. Es ergibt sich ein hydrophiles Pulver, welches mit Wasser eine zähflüssige Lösung bildet. Cellulose-Derivate sind nicht verdaulich, nicht allergen und ungiftig und daher auch zur Herstellung einer Paste zur Beschichtung von Bekleidungstextilien geeignet. Ein geeigneter Verdicker aus Methylcellulose ist beispielsweise Metylan ® Normal (MHEC 9000; Methylhydroxyethylcellulose mit der Viskosität einer 2%igen Lösung von 9000 MPas; Firma Henkel, Düsseldorf).Compounds derived from cellulose. The result is a hydrophilic powder which forms a viscous solution with water. Cellulose derivatives are not digestible, non-allergenic and non-toxic and therefore also suitable for the production of a paste for coating clothing textiles. A suitable thickener of methylcellulose is, for example, Metylan® Normal (MHEC 9000; methylhydroxyethylcellulose having the viscosity of a 2% solution of 9000 MPas, Henkel, Dusseldorf).
In einer weiteren bevorzugten Variante kann der Verdicker eine wässrige Lösung eines Diurethans (z.B. ein Fettalkoholethoxylat-urethan) sein, die ggf. wassermischbare, organische Lösemittel wie z.B. Butyl(di)glycol, Propylenglycol und/oder Isopropanol enthalten kann. Ein solch geeigneter Verdicker ist beispielsweise Collacral ® PU 75 oder Collacral ® PU85, (Firma BASF Ludwigshafen). Der Feststoffanteii des verdickers Coiiacrai beträgt ca. 25 - 28 Gew.%.In a further preferred variant, the thickener may be an aqueous solution of a diurethane (eg a fatty alcohol ethoxylate urethane) which may optionally contain water-miscible organic solvents such as butyl (di) glycol, propylene glycol and / or isopropanol. Such a suitable thickener is for example Collacral® PU 75 or Collacral® PU85, (BASF Ludwigshafen). The solids content of the thickener Coiiacrai is about 25-28% by weight.
Der Verdicker kann ein nicht thermoplastisches Polyurethan sein. "Nicht thermoplastisch" bedeutet dabei, dass der Verdicker in der Lösung in molekular gelöster oder dispergierter Form vorliegt und nicht in Form von thermoplastischen Partikeln. Nach dem Auftragen und Trocknen der Paste kann der Verdicker dagegen thermoplastische Eigenschaften aufweisen. Als Verdicker kann ein elektrolytstabilisiertes Verdickersysteme auf Basis nichtionogener Polyurethane enthalten sein. Ein solcher Verdicker kann geringe Mengen an Lösemitteln wie z.B. 2-Butoxyethanol enthalten. Ein geeigneter Verdicker auf Basis nichtionogener Polyurethane ist beispielsweise ®Ruco- Coat TH 5005 (Rudolf Chemie, Geretsried). Geeignet ist auch "Verdicker 128" (Schill und Seilach).The thickener may be a non-thermoplastic polyurethane. "Non-thermoplastic" means that the thickener is present in the solution in molecularly dissolved or dispersed form and not in the form of thermoplastic particles. After applying and drying the paste, however, the thickener may have thermoplastic properties. The thickener may be an electrolyte-stabilized thickener systems based on nonionic polyurethanes. Such a thickener may contain small amounts of solvents, e.g. Contain 2-butoxyethanol. A suitable thickener based on nonionic polyurethanes is, for example, ®Ruco Coat TH 5005 (Rudolf Chemie, Geretsried). Also suitable is "Thickener 128" (Schill and Seilach).
Der Vorteil der genannten, nicht auf Cellulosederivaten basierenden Verdicker sind die Filmbild ungseigenschaften beim Trocknen, so dass der Kalandrierprozess mit weitaus weniger Druck vorgenommen, ggf. sogar ganz weggelassen werden kann. So können beispielsweise sehr druckempfindlichen Flächen, z.B. niedrig schmelzende Vliesstoffe oder anspruchsvolle (3D-) Geometrien bedruckt werden. Unter Verwendung dieser Verdicker konnte beim Einsatz in der Isolierpaste nicht nur eine gute Isolationswirkung, sondern auch eine deutlich verbesserte Zugfestigkeit festgestellt werden.The advantage of the said thickeners, which are not based on cellulose derivatives, is the film-forming properties during drying, so that the calendering process can be carried out with much less pressure, if necessary even completely omitted. For example, very pressure sensitive areas, e.g. Low-melt nonwovens or demanding (3D) geometries are printed. Using these thickeners, when used in the insulating paste not only a good insulation effect, but also a significantly improved tensile strength could be determined.
In der erfindungsgemäßen Paste sind thermoplastische Polyurethane (PU) enthalten. Polyurethane werden im Wesentlichen durch die Reaktion von Polyolen (langkettige Diole), Diisocyanaten und gegebenenfalls kurzkettigen Diolen gebildet. Es können auch geringe Mengen lang- oder kurzkettiger tri- oder höherfunktionelle Alkohole und Amine enthalten sein. Die Art der Ausgangsstoffe, die Reaktionsbedingungen und die Mengenanteile sind für die Eigenschaften des Produkts verantwortlich. Das Polyo! beeinflußt in erhöhtem Maße beispielsweise die Kälteflexibilität, die Medien- bzw. Hydrolysebeständigkei oder die Rückprallelastizität; während das Isocyanat und der Kettenverängerer eher die Härte, Wärmeformbeständigkeit oderThe paste according to the invention contains thermoplastic polyurethanes (PU). Polyurethanes are essentially formed by the reaction of polyols (long-chain diols), diisocyanates and optionally short-chain diols. It may also contain small amounts of long or short chain tri- or higher functional alcohols and amines. The nature of Starting materials, the reaction conditions and the proportions are responsible for the properties of the product. The polyo! influences, for example, cold flexibility, media or hydrolysis resistance or rebound resilience; while the isocyanate and the chain extender are more likely to be hard, heat distortion or
Setzung/Remanenz beeinflussen. Als Polyole werden insbesondere Polyester-, Polycarbonat- oder Polyether-Polyole eingesetzt. Dem Fachmann sind Methoden bekannt, die Ausgangsstoffe und die Reaktionsbedingungen so auszuwählen, dass Polyurethane mit gewünschten Eigenschaften, beispielsweise Schmelzpunkt, Dichte und Härte, erhalten werden.Settlement / Remanence influence. As polyols in particular polyester, polycarbonate or polyether polyols are used. Methods are known to the person skilled in the art to select the starting materials and the reaction conditions in such a way that polyurethanes having desired properties, for example melting point, density and hardness, are obtained.
Thermoplastische Polyurethan-Elastomere werden auch als TPU bezeichnet.Thermoplastic polyurethane elastomers are also referred to as TPUs.
Das thermoplastische Polyurethan kann einen Schmelzpunkt zwischen 80 und 2500C, insbesondere zwischen 100 und 220 0C, zwischen 100 und 180 oder zwischen 110 und 1500C aufweisen. Derartige Polyurethane sind problemlos auf Textilien einsetzbar und können mit üblichen Verfahren, wie beispielsweise Kalandrieren oder auch Tiefziehen, verarbeitet und umgeformt werden. Der Schmelzpunkt des Polyurethans wird im Hinblick auf das gewünschte Verarbeitungsverfahren und das zu beschichtende Material eingestellt. Daher werden je nach Anwendung höherschmelzende Polurethane mitThe thermoplastic polyurethane may have a melting point between 80 and 250 0 C, in particular between 100 and 220 0 C, between 100 and 180 or between 110 and 150 0 C. Such polyurethanes can be used without problems on textiles and can be processed and formed by conventional methods, such as calendering or thermoforming. The melting point of the polyurethane is adjusted with regard to the desired processing method and the material to be coated. Therefore, depending on the application with higher melting polyurethane
Schmelzpunkten ungefähr zwischen 120 und 220 0C, insbesondere oberhalb 130 oder 1400C, oder niedrigschmelzende Polyurethane mit Schmelzpunkten ungefähr zwischen 80 und 1200C, insbesondere unterhalb 1100C, eingesetzt. Polyurethane weisen üblicherweise nicht einen klar definierten Schmelzpunkt auf, sondern einen Schmelzbereich, in dem der Stoff von dem festen in den flüssigen Zustand übergeht. Erfindungsgemäß wird mit dem Schmelzpunkt die Temperatur bezeichnet, bei der dieser Schmelzprozess einsetzt. Der Einsatz von Ether- bzw. Carbonat-basiertenden Polyolen besitzt den Vorteil, dass daraus resultierende Polyurethane besonders hydrolysestabil sind und dadurch für das Bedrucken von waschbaren Textilien besonders geeignet sind. Die Polyurethane können aüphatisch oder aromatisch sein. Aiiphatische Polyurethane haben den Vorteil, dass sie im Allgemeinen lichtecht sind und nicht vergilben.Melting points approximately between 120 and 220 0 C, in particular above 130 or 140 0 C, or low-melting polyurethanes having melting points approximately between 80 and 120 0 C, in particular below 110 0 C used. Polyurethanes usually do not have a clearly defined melting point, but a melting range in which the material changes from the solid to the liquid state. According to the invention, the melting point is the temperature at which this melting process begins. The use of ether- or carbonate-based polyols has the advantage that resulting polyurethanes are particularly resistant to hydrolysis and are therefore particularly suitable for printing on washable textiles. The polyurethanes may be aliphatic or aromatic. Aiiphatic polyurethanes have the advantage that they are generally lightfast and do not yellow.
Die Polyurethane werden bevorzugt als feine Pulver in die Pasten eingerührt. Bevorzugt liegt das thermoplastische Polyurethan in Form von Partikeln mit einem mittleren Teilchendurchmesser von < 350 μm, bevorzugt < 200 μm oder <120 μm, insbesondere zwischen 20 und 350 μm, zwischen 50 und 200 μm oder zwischen 80 und 120 μm. Die geringe Partikelgröße ermöglicht das Herstellen einer homogenen Dispersion, verbessert das Druckverhalten und beschleunigt aufgrund schnellen Aufschmelzens den Herstellungsprozess.The polyurethanes are preferably stirred into the pastes as fine powders. The thermoplastic polyurethane is preferably in the form of particles having an average particle diameter of <350 μm, preferably <200 μm or <120 μm, in particular between 20 and 350 μm, between 50 and 200 μm or between 80 and 120 μm. The small particle size makes it possible to produce a homogeneous dispersion, improves the pressure behavior and accelerates the manufacturing process due to rapid melting.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Polyurethan enthält in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung keine freien reaktiven Gruppen, insbesondere keine freien Isocyanatgruppen. Solche thermoplastischen Polyurethane werden beispielsweise erhalten, wenn die Reaktion zwischen dem Polyol, dem Kettenveriängerer und dem Polyiscyanat mit einem stöchiometrischen Überschuss Diol und/oder Polyol durchgeführt wird, so dass das Polymer nur noch freie, beispielsweise endständige, Hydroxylgruppen aufweist. In dieser Ausführungsform ist das Polyurethan also kein reaktives Polymer, sondern ausgehärtet. Ein solches Polyurethan reagiert unter Normalbedingen und in wässriger Lösung nicht weiter. Das Polyurethan unterscheidet sich damit von kommerziell erhältlichen Prepolymeren mit freien Isocyanatgruppen. Solche Prepolymere werden beispielsweise in Form von Dispersionen angeboten.In a preferred embodiment of the invention, the polyurethane used according to the invention contains no free reactive groups, in particular no free isocyanate groups. Such thermoplastic polyurethanes are obtained, for example, when the reaction between the polyol, the chain extender and the polyisocyanate is carried out with a stoichiometric excess of diol and / or polyol, so that the polymer has only free, for example terminal, hydroxyl groups. In this embodiment, therefore, the polyurethane is not a reactive polymer, but cured. Such a polyurethane does not react under normal conditions and in aqueous solution. The polyurethane thus differs from commercially available prepolymers with free isocyanate groups. Such prepolymers are offered, for example, in the form of dispersions.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Polyurethane ungeladene Polyurethane. Bevorzugt enthält die Paste nur ungeladene Polyurethane. Es sind somit keine ionischen Polyurethane enthalten. Die erfindungsgemäße Paste unterscheidet sich damit von Zusammensetzungen aus EP 1 284278. Nicht geladene Polyurethane sind im allgemeinen nicht oder nur schlecht in Wasser dispergierbar. Erfinduπgsgemäße Pasten mit nicht geladenen Polyurethanen sind vorzugsweise Suspensionen, in denen Polyurethane als Feststoffe (Partikel) fein verteilt sind. Die ionischen Polyurethane, die beispielsweise gemäß EP 1 284 278 eingesetzt werden, sind dagegen in einer wässrigen Lösung in molekularer Form dispergiert. Handelsübliche Polyurethan-Dispersionen (wie der Marke ROTTA WS 80525 der Rotta GmbH) werden üblicherweise hergestellt, indem ein flüssiges und noch reaktives Polyurethan-Prepolymer unter sehr hoher Scherung mit einem Emulgator dispergiert wird. Oft enthält eine solche Dispersion nochIn a preferred embodiment of the invention, the polyurethanes are uncharged polyurethanes. Preferably, the paste contains only uncharged polyurethanes. Thus, no ionic polyurethanes are included. The paste according to the invention thus differs from compositions from EP 1 284 278. Uncharged polyurethanes are generally not or only poorly dispersible in water. Novel pastes with uncharged polyurethanes are preferably suspensions in which polyurethanes are finely dispersed as solids (particles). By contrast, the ionic polyurethanes used according to EP 1 284 278, for example, are dispersed in an aqueous solution in molecular form. Commercially available polyurethane dispersions (such as the brand ROTTA WS 80525 from Rotta GmbH) are usually prepared by dispersing a liquid and still reactive polyurethane prepolymer under very high shear with an emulsifier. Often, such a dispersion still contains
Lösungsmittel, die anschließend aus der PU-Dispersion entfernt werden. Die ionischen Gruppen des Polyurethanes erhöhen dabei die Dispergierbarkeit und somit die Lagerstabilität, weil ein Absetzen der Polyurethanpartikel (Dichte ca. 1 ,1 ) auf Grund der gegenseitigen Abstoßung verhindert bzw. stark verringert wird. Ionische Polyurethane, die aus der Trocknung dieser (noch Emulgator enthaltenden) Dispersionen resultieren, haben den Nachteil, dass die Wasseraufnahme und Quellung in Wasser auf Grund der Hydrophilie durch die ionischen Gruppen deutlich höher ist als bei nichtionischen Polyurethanen.Solvents, which are then removed from the PU dispersion. The ionic groups of the polyurethane thereby increase the dispersibility and thus the storage stability, because settling of the polyurethane particles (density about 1, 1) due to the mutual repulsion is prevented or greatly reduced. Ionic polyurethanes resulting from the drying of these (emulsifier-containing) dispersions have the disadvantage that the water absorption and swelling in water due to the hydrophilicity of the ionic groups is significantly higher than nonionic polyurethanes.
Grundsätzlich können erfindungsgemäß auch ionische Polyurethane eingesetzt werden. Wenn die Viskosität der Paste so eingestellt wird, dass ein Absinken der Polyurethanpartikel nicht erfolgt, ist jedoch weder der Einsatz eines ionischen Polyurethans noch der Einsatz von Emulgatoren erforderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Paste keine Emulgatoren.In principle, ionic polyurethanes can also be used according to the invention. However, if the viscosity of the paste is adjusted so that the polyurethane particles do not fall, neither the use of an ionic polyurethane nor the use of emulsifiers is required. In a preferred embodiment of the invention, the paste contains no emulsifiers.
Erfindungsgemäß geeignete thermoplastische Polyurethane können beispielsweise aus den Isocyanaten Diphenylmethandiisocyanat (MDI), wie 2,2'-, 2,4'- und/oder 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, Hexamethylen-1 ,6- diisocyanat (HDI), Isophoron-diisocyanat (IPDI), Toluylendiisocyanat (TDI), Naphthylen-1 ,5-diisocyanat (NDI)1 Dimethyl-diphenyl-diisocyaπat TODI), Dicyclohexyi-methan- 4,4-diisocyanat (HMDI) hergestellt werden.Thermoplastic polyurethanes which are suitable according to the invention can be, for example, diphenylmethane diisocyanate (MDI), such as 2,2'-, 2,4'- and / or 4,4'-diphenylmethane diisocyanate, hexamethylene-1,6-diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI), toluene diisocyanate (TDI), Naphthylene-1,5-diisocyanate (NDI) 1 dimethyl diphenyl diisocyanate TODI), dicyclohexylmethane-4,4-diisocyanate (HMDI).
Geeignete Polyole zur Herstellung der Polyurethane sind Polyether, z.B. Polytetrahydrofuran (PTHF) oder Polypropylenglykol (PPG), Polyester, z.B. Ethylenadipatpolyol, Butylenadipatpolyol, NPG-Adipate, Polycarbonatpolyole und Polycaprolactonpolyole sowie Polyetheresteφolyole. Diese können linear oder zu geringen Anteilen auch tri- und mehrfunktionell sein.Suitable polyols for preparing the polyurethanes are polyethers, e.g. Polytetrahydrofuran (PTHF) or polypropylene glycol (PPG), polyesters, e.g. Ethylenadipatpolyol, Butylenadipatpolyol, NPG adipates, polycarbonate polyols and polycaprolactone and Polyetheresteφolyole. These may also be trifunctional and polyfunctional in a linear or too low proportion.
Diese werden gegebenenfalls in Verbindung mit geeigneten Kettenveriängerern eingesetzt. Geeignete Kettenverlängerer sind beispielsweise kurzkettige Diole wie Ethylenglykol, Propandiol, Butandiol, Pentandiol, Diethylenglykol, Hexandiol, Cyclohexandimethanol (CHDM), Hydrochinonhydroxyethylether (HQEE) sowie Diamine und in geringen Mengen Triamine oder Triole wie z.B. Trimethylolpropan sowie höherfunktionelle Amine und Alkohole oder Thiole.These are optionally used in conjunction with suitable Kettenveriängerern. Suitable chain extenders are, for example, short-chain diols such as ethylene glycol, propanediol, butanediol, pentanediol, diethylene glycol, hexanediol, cyclohexanedimethanol (CHDM), hydroquinone hydroxyethyl ether (HQEE) and diamines and in small amounts triamines or triols such as e.g. Trimethylolpropane and higher functional amines and alcohols or thiols.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Polyurethanen aus Ethylenglykol- Adipinsäure-Polyesterpolyol, Butandiol, Hexandiol und Diphenylmethan-4,41- diisocyanat. Ein solches TPU hat beispielsweise einen Schmelzpunkt von ca. 135°C.Especially preferred is the use of polyurethanes of ethylene glycol adipic acid polyester polyol, butanediol, hexanediol and diphenylmethane-4,4 1 - diisocyanate. Such a TPU, for example, has a melting point of about 135 ° C.
Für die Anwendungen bei tieferen Temperaturen wird beispielsweise ein TPU aus Polycaprolacton-Polyol oder Carbonat-Polyol und 1 ,6- Hexamethylendiisocyanat mit den Kettenveriängerern: 1 ,6-Hexandiol und 1 ,4- Butandiol verlängert. Zum Erreichen von Schmelztemperaturen des TPU unterhalb 1100C können Polyole aus Neopentylglykol-Adipat oder stattdessen weitere Isomere des Butandiols oder weitere Diole wie beispielsweise Neopentylglykol hinzugefügt werden. Ein geeignetes thermoplastisches Polyurethan kann beispielsweise aus den Komponenten Methylendiphenylisocyanat, Polycarbonat/Hexandiol-Neopentyl- Glykol-Adipat und Butandiol hergestellt werden. Das thermoplastische Polyurethan weist einen Schmelzbereich von 160 bis 1700C auf. Solche höherschmelzenden Polyurethane weisen meist eine Shore-Härte von 60 bis 98 Shore(A) auf und eignen sich aufgrund des Kristallisationsverhaltens insbesondere für Tiefziehprozesse.For applications at lower temperatures, for example, a TPU made of polycaprolactone polyol or carbonate polyol and 1, 6-hexamethylene diisocyanate with the Kettenveriängerern: 1, 6-hexanediol and 1, 4-butanediol extended. To reach melting temperatures of the TPU below 110 0 C polyols may be added from neopentyl glycol adipate or instead more isomers of butanediol or other diols such as neopentyl glycol. A suitable thermoplastic polyurethane can be prepared for example from the components methylene diphenyl isocyanate, polycarbonate / hexanediol neopentyl glycol adipate and butanediol. The thermoplastic polyurethane has a melting range of 160 to 170 0 C. Such higher melting polyurethanes usually have a Shore hardness of 60 to 98 Shore (A) and are due to the crystallization especially for thermoforming processes.
Ein weiteres Polyurethan umfasst die Komponenten Methylendiphenylisocyanat, Polycaprolacton und Hexandiol. Dieses thermoplastische Polyurethan weist einen Schmelzbereich von 125 bis 135°C auf. Niedrigschmelzende Polyurethane weisen häufig eine Shore-Härte von 40 bis 85 Shore(A) auf und eignen sich dann insbesondere zum Einsatz auf niedrigschmelzenden Materialien.Another polyurethane comprises the components methylene diphenyl isocyanate, polycaprolactone and hexanediol. This thermoplastic polyurethane has a melting range of 125 to 135 ° C. Low-melting polyurethanes often have a Shore hardness of 40 to 85 Shore (A) and are then particularly suitable for use on low-melting materials.
Ein bevorzugtes hydrolysestabiles, niedrig schmelzendes Polyurethan umfasst die Komponenten Hexamethylendiisocyanat, Polycarbonatpolyol sowie Hexandiol und Butandiol (-Isomere). Durch geeignete Auswahl und Kombination der Kettenveriängerer sowie die Anteile der jeweiligen Polyole und Isocyanate kann der Schmelzpunkt solcher, beschriebenen Polyurethane beliebig zwischen ca. 800C bis ca. 2300C eingestellt werden.A preferred hydrolysis-stable, low-melting polyurethane comprises the components hexamethylene diisocyanate, polycarbonate polyol and hexanediol and butanediol (isomers). By suitable selection and combination of the Kettenveriängerer and the proportions of the respective polyols and isocyanates, the melting point of such described polyurethanes can be arbitrarily set between about 80 0 C to about 230 0 C.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Paste keinen Vernetzer. Es wird dann auch vor oder während der Verarbeitung kein Vernetzer zugesetzt. Auf diese Weise wird eine unvernetzte thermoplastische Beschichtung erhalten. Durch die thermoplastischen Eigenschaften ist die Möglichkeit der Verformbarkeit (beispielsweise durch Tiefziehen) gegeben. Eine solche Nachbehandlung ist mit bekannten stark vernetzten Polyurethanen nicht möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Polyurethane in nicht vernetzten Pasten einen Schmelzpunkt oberhalb 120 0C auf.In one embodiment of the invention, the paste contains no crosslinker. It is then added before or during processing no crosslinker. In this way, an uncrosslinked thermoplastic coating is obtained. Due to the thermoplastic properties, the possibility of deformability (for example by deep drawing) is given. Such post-treatment is not possible with known highly crosslinked polyurethanes. In a preferred embodiment of the invention, the Polyurethanes in non-crosslinked pastes have a melting point above 120 0 C.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in der Paste ein Vernetzer enthalten oder ein Vernetzer wird vor oder während der Verarbeitung der Paste zugesetzt. Das Polyurethan enthält in dieser Ausführungsform vernetzbare Hydroxylgruppen. Es ist beispielsweise ein Polyurethan, das eine niedrige Kennzahl, beispielsweise <99, <98, oder <95, insbesondere >80, oder von 70- 98, aufweist (Kennzahl = n(NCO)/n(OH)*100). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Polyurethane in vernetzenden Pasten einen Schmelzpunkt unterhalb 120 0C, insbesondere unterhalb 110 0C auf. Der Schmelzpunkt liegt dann beispielsweise zwischen 80 und 1200C oder 90 und 1100C. Der Vernetzer ist eine Verbindung, die Hydroxylgruppen verknüpfen kann, vorzugsweise ein Diisocyanat oder Polyisocanat. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Vernetzer ein blockiertes Isocyanat, das erst oberhalb einer definierten Temperatur, beispielsweise 70- 1000C, vernetzend wirkt.In a further embodiment of the invention, a crosslinker is contained in the paste, or a crosslinker is added to the paste before or during processing. The polyurethane in this embodiment contains crosslinkable hydroxyl groups. It is, for example, a polyurethane which has a low index, for example <99, <98, or <95, in particular> 80, or from 70 to 98 (characteristic number = n (NCO) / n (OH) * 100). In a preferred embodiment of the invention, the polyurethanes in crosslinking pastes have a melting point below 120 ° C., in particular below 110 ° C. The melting point is then for example between 80 and 120 0 C or 90 and 110 0 C. The crosslinker is a compound that can link hydroxyl groups, preferably a diisocyanate or polyisocyanate. In a preferred embodiment of the invention the crosslinker is a blocked isocyanate, of reticulating only above a defined temperature, for example 70- 100 0 C.
Der Schmelzpunkt des thermoplastischen Polyurethans kann durch Auswahl geeigneter Polyole und Kettenverlängererkombinationen auf Werte unterhalb 12O0C oder 1100C eingestellt werden. Solche Polyurethane können eingesetzt werden, wenn das zu bedruckende Substrat selbst einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist (z. B. bei einem dehnbaren PU-Vliesstoff). Ein Schmelzpunkt unterhalb 11O0C lässt sich beispielsweise mit Polycaprolacton- Polyol und zusätzlich Polyol aus Neopentylglykol-Adipat und Verwendung mehrerer Kettenverlängerer (1 ,6-Hexandiol, 1 ,4-Butandiol und 2,3-Butandiol) sowie 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat erreichen. Zur Erhöhung der Temperaturstabilität der beschichteten Materialien ist es möglich, dieser niedrig schmelzenden Paste einen Vernetzer hinzuzufügen. Ein erfindungsgemäßer Vernetzer, der diesen Pasten zugesetzt wird, ist z.B. gemahlenes Isocyanat, wie z.B. Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (MDI) oder a.S'-Dimethylbiphenyl-M1- diisocyanai (TODi), mit einem Schmelzpunkt unter 1100C. In der wässrigen Paste bildet sich auf der Isocyanatpulveroberfläche eine dünne Harnstoffschicht durch Reaktion von Isocyanat und Wasser, die bewirkt, dass die Wasserdurchlässigkeit und somit die Harnstoffreaktion im Inneren der Isocyanatpartikel sehr stark verlangsamt wird. Die Paste ist daher lagerstabil. Beim Kalandrierprozess schmelzen das Polyurethan und das Isocyanat und es kommt zur vernetzenden Reaktion des Isocyanats mit den freien OH-Gruppen des Polyurethans. In diesem Fall ist die Vernetzbarkeit von Vorteil, da empfindliche Substrate bedruckt werden können und durch dieThe melting point of the thermoplastic polyurethane can be adjusted to values below 12O 0 C or 110 0 C by selecting suitable polyols and chain extender combinations. Such polyurethanes can be used if the substrate to be printed has a low melting point itself (eg in the case of a stretchable PU nonwoven fabric). A melting point below 11O 0 C can be achieved, for example, with polycaprolactone polyol and additionally polyol from neopentyl glycol adipate and using multiple chain extenders (1, 6-hexanediol, 1, 4-butanediol and 2,3-butanediol) and 1, 6-hexamethylene diisocyanate , To increase the temperature stability of the coated materials, it is possible to add a crosslinker to this low-melting paste. A crosslinker according to the invention which is added to these pastes is, for example, ground isocyanate, such as diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (MDI) or a.S'-dimethylbiphenyl-M 1 - diisocyanai (TODi), with a melting point below 110 0 C. In the aqueous paste, a thin urea layer is formed on the isocyanate powder surface Reaction of isocyanate and water, which causes the water permeability and thus the urea reaction inside the isocyanate particles is slowed down very much. The paste is therefore storage stable. During the calendering process, the polyurethane and the isocyanate melt and the crosslinking reaction of the isocyanate with the free OH groups of the polyurethane occurs. In this case, the crosslinkability of advantage, since sensitive substrates can be printed and through the
Vernetzungsreaktion die Temperaturstabilität der beschichteten Materialien erhöht wird.Crosslinking reaction, the temperature stability of the coated materials is increased.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden latent reaktive und/oder verkappte Isocyanate eingesetzt. Die Paste ist latent reaktiv und vernetzt beim Kalandrierprozess nach, so daß der Schmelzpunkt ansteigt; dadurch ist ein weiterer Druck- und Kalandrierprozess auf der zuvor hergestellten Leiterbahn möglich. Geeignet für ein latent reaktives Isocyanatsystem ist z.B. MDI-Pulver, TODI-Pulver, HDT oder HDB (Bayer). Als Verkappungsmittel für Isocyanate kommen z.B. Pyrazol (z.B. Triazol, reagiert bei ca. 1200C), Oxime (reagieren bei 1300C), Caprolactam (reagiert bei ca. 155°C) in Frage. Durch Zusatz eines Katalysators (z.B. DABCO) zur Paste kann die Reaktionstemperatur (und die Aufspaltungstemperatur des verkappten Systems) gesenkt werden.In a preferred embodiment, latent reactive and / or capped isocyanates are used. The paste is latently reactive and crosslinks in the calendering process, so that the melting point increases; As a result, a further printing and calendering process on the previously prepared conductor track is possible. Suitable for a latently reactive isocyanate system is, for example, MDI powder, TODI powder, HDT or HDB (Bayer). As capping agents for isocyanates such as pyrazole come (for example, triazole, reacted at about 120 0 C), oximes (react at 130 0 C), caprolactam (reacted at about 155 ° C) in question. By adding a catalyst (eg DABCO) to the paste, the reaction temperature (and the cleavage temperature of the capped system) can be lowered.
Die Zugabe eines festen, bei Temperaturen oberhalb von ca. 5O0C flüssigem, mehrwertigen Alkohols, beispielsweise Di-Trimethylolpropan, welches zusätzlich mit dem Isocyanat reagiert, führt zu einer weiteren Schmelzpunkterhöhung durch Vernetzung. Statt Di-TMP und MDI können als Vernetzende Komponenten auch andere Polyalkohole und Isocyanate wie z.B. Trimethylolpropan, HQEE sowie TODI- oder NDI-Pulver verwendet werden. Eine weitere Variante ist die Zugabe eines mehrfunktiöneiien, bei Raumtemparatur weniger reaktivem, flüssigen Isocyanates wie das Biuret oder Trimer von z.B. Hexamethylendiisocyanat (Tolonate® HDB oder Tolonate® HDT) oder Isophorondiisocyanat (Tolonate® IDT), (Firma Rhodia, Freiburg).The addition of a solid, at temperatures above about 5O 0 C liquid, polyhydric alcohol, such as di-trimethylolpropane, which additionally reacts with the isocyanate, leads to a further increase in melting point by crosslinking. Instead of di-TMP and MDI, other polyalcohols and isocyanates such as trimethylolpropane, HQEE and TODI or NDI powders can be used as crosslinking components. Another variant is the addition of a mehrfunktiöneiien, less reactive in room temperature, liquid isocyanate such as the biuret or trimer of eg hexamethylene diisocyanate (Tolonate® HDB or Tolonate® HDT) or isophorone diisocyanate (Tolonate® IDT), (Rhodia, Freiburg).
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Vemetzer ein Prepolymer eingesetzt. Dieses ist insbesondere bei Raumtemperatur fest und bevorzugt langkettig. Bevorzugt sind ein Prepolymer aus einem Polyisocyanat mit mindestens 2 freien Isocyanatgruppen und ein Prepolymer aus einem Polyalkohol mit mindestens 2 Hydroxylgruppen, welches zusätzlich freies Isocyanat enthalten kann. Bevorzugt ist ein di- oder höherfunktionelles Polyol, welches endständig mit einem Diisocyanat umgesetzt wurde. Das Prepolymer selbst kann auch noch freies Isocyanat enthalten. Das Prepolymer wird nach der Herstellung abgekühlt und als Pulver der Isolier- oder Leitpaste hinzugefügt. Diese Art der Nachvernetzung ist nicht nur bei wässrigen Systemen, sondern auch allgemein bei thermoplastischen, OH-terminierten Polyurethanen generell möglich.In a preferred embodiment, a prepolymer is used as crosslinker. This is especially solid at room temperature and preferably long-chain. Preferred are a prepolymer of a polyisocyanate having at least 2 free isocyanate groups and a prepolymer of a polyhydric alcohol having at least 2 hydroxyl groups, which may additionally contain free isocyanate. Preference is given to a di- or higher-functional polyol which has been reacted terminally with a diisocyanate. The prepolymer itself may also contain free isocyanate. The prepolymer is cooled after production and added as a powder to the insulating or conductive paste. This type of post-crosslinking is generally possible not only in aqueous systems, but also generally in thermoplastic, OH-terminated polyurethanes.
Nachvernetzende Pasten eignen sich insbesondere für einen mehrlagigen Aufbau. Das PU ist nach der Nachvernetzung, die beispielsweise beim Laminiervorgang stattfindet, nicht mehr thermoplastisch und besitzt einen höheren Schmelzpunkt. Beim Auftragen oder Verarbeiten einer darüber liegenden Schicht, beispielsweise beim Laminieren, wird die vernetzte Schicht nicht mehr aufgeschmolzen bzw. verformt.Postcrosslinking pastes are particularly suitable for a multilayer construction. The PU is after the post-crosslinking, which takes place for example during the lamination, no longer thermoplastic and has a higher melting point. When applying or processing an overlying layer, for example during lamination, the crosslinked layer is no longer melted or deformed.
Alternativ zum Einsatz nachvernetzender Pasten eignet sich beim mehrlagigen Druck auch die Verwendung von Pasten, bei denen die Schmelztemperatur der TPU von der ersten zur nächst höheren, gedruckten Schicht abnimmt. So kann die jeweils nächste Schicht mit geringerer Temperatur laminiert werden, ohne dass die darunter liegende Schicht wieder aufgeschmoizen wird.As an alternative to the use of post-crosslinking pastes, multilayer printing also makes it possible to use pastes in which the melting temperature of the TPU decreases from the first to the next printed layer. So can the next layer is laminated at a lower temperature without resurfacing the underlying layer.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Paste einen zusätzlichen Binder. Dieser dient insbesondere der Verbesserung derIn a preferred embodiment, the paste contains an additional binder. This serves in particular to improve the
Filmbildungseigenschaften. Bevorzugt ist der zusätzliche Binder eine Polymerdispersion, die bevorzugt molekular ist. Ein bevorzugter Binder ist beispielsweise eine Polyurethandispersion. Diese bildet beim Trocknen der Paste einen Film und verbindet das in der Paste enthaltene TPU-Pulver noch besser miteinander. Ein erfindungsgemäßer Binder ist beispielsweiseFilm-forming properties. Preferably, the additional binder is a polymer dispersion, which is preferably molecular. A preferred binder is, for example, a polyurethane dispersion. This forms a film during drying of the paste and combines the TPU powder contained in the paste even better together. An inventive binder is, for example
Emuldur®DS2360 der Fa. BASF (Ludwigshafen). Emuldur® DS2360 ist eine anionische, wässrige Polyurethan-Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 39- 41 Gew.%. Solche Binder unterscheiden sich von den thermoplastischen Polyurethanpartikeln der Pasten dadurch, dass die Polyurethane im Wesentlichen in molekular dispergierter Form und nicht in Partikelform vorliegen.Emuldur® DS2360 from BASF (Ludwigshafen). Emuldur® DS2360 is an anionic aqueous polyurethane dispersion having a solids content of 39-41% by weight. Such binders differ from the thermoplastic polyurethane particles of the pastes in that the polyurethanes are present substantially in molecularly dispersed form and not in particulate form.
Ein weiterer bevorzugter Binder ist beispielsweise die wässrige Dispersion eines Polymers auf Basis von Acrylsäureester und/oder Styrol. Ein erfindungsgemäßer Binder ist beispielsweise Acronal DS 2337 (Firma BASF, Ludwigshafen). Acronal DS 2337 ist eine wässrige Dispersion eines Polymers auf Basis Arcylsäureester und Styrol mit einem Feststoffgehalt von 54-56%.Another preferred binder is, for example, the aqueous dispersion of a polymer based on acrylic ester and / or styrene. An inventive binder is, for example, Acronal DS 2337 (BASF, Ludwigshafen). Acronal DS 2337 is an aqueous dispersion of a polymer based on acrylic acid ester and styrene with a solids content of 54-56%.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Paste erfolgt bevorzugt, indem zunächst eine wässrige Lösung aus dem Verdicker bereitgestellt wirdThe preparation of the paste according to the invention is preferably carried out by first providing an aqueous solution of the thickener
(Verdickerlösung). Vorzugsweise quillt dabei der Verdicker auf, während für eine ausreichende Zeit, beispielsweise 10 bis 30 Minuten, gerührt wird. Es wird eine geeignete Viskosität eingestellt, beispielsweise zwischen 1.500 und 20.000 mPas. Anschließend werden das thermoplastische Polyurethan und gegebenenfalls der Vernetzer hinzugefügt und durch Rühren zu einer homogenen Paste vermischt. Die Paste wird vorzugsweise entgast. Sofern ein pulverförmiger Vernetzer eingesetzt wird, so wird dieser bevorzugt zunächst mit dem PU- Pulver vermischt, um eine homogenere Verteilung zu erreichen.(Thickener solution). Preferably, the thickener swells while being stirred for a sufficient time, for example 10 to 30 minutes. A suitable viscosity is set, for example between 1,500 and 20,000 mPas. Subsequently, the thermoplastic polyurethane and optionally the crosslinker are added and mixed by stirring to a homogeneous paste. The paste is preferably degassed. If a pulverulent crosslinker is used, it is preferably first mixed with the PU powder in order to achieve a more homogeneous distribution.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Paste einen pH-Wert von 6 bis 8,5, bevorzugt von 7 bis 7,5 auf. Der pH-Wert liegt in einer bevorzugten Ausführungsform etwa bei pH 7,0. Diese pH-Werte werden vorzugsweise auch eingestellt, wenn Antioxidantien enthalten sind. Durch die Einstellung des pH- Werts in diesem Bereich, durch Einsatz von Antioxidantien und durch Herstellung und Lagerung unter Luftausschluss können unerwünschte Veränderungen der Pasten vermieden werden.In one embodiment of the invention, the paste has a pH of from 6 to 8.5, preferably from 7 to 7.5. The pH is in a preferred embodiment at about pH 7.0. These pHs are also preferably adjusted when antioxidants are included. By adjusting the pH in this range, by using antioxidants and by producing and storing in the absence of air, undesirable changes in the pastes can be avoided.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines isolierten Materials, umfassendThe invention also provides a process for the preparation of an insulated material comprising
(a) Bereitstellen eines ersten Substrats mit einer Oberfläche,(a) providing a first substrate having a surface,
(b) flächiges Auftragen einer Isolierpaste nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf die Oberfläche oder Teilbereiche der(B) surface application of an insulating paste according to any one of the preceding claims on the surface or portions of the
Oberfläche undSurface and
(c) Verfestigen der Isolierpaste.(c) solidifying the insulating paste.
Das erste Substrat ist ein festes Substrat und kann eine Schichtstruktur oder eine andere dreidimensionale Struktur aufweisen. Das Auftragen der Isolierpaste (b) erfolgt nach üblichen Methoden, wie drucken, streichen, sprühen, eintauchen des Substrats oder rollen. "Flächig" bedeutet, dass ein Film oder eine Schicht entsteht. "Teilbereiche der Oberfläche" bedeutet, dass auf der Oberfläche bei dem Auftragen Strukturen erzeugt werden können, wobei die Isolierpaste nur an konkreten Stellen aufgetragen wird und andere Teilbereiche ausgespart werden.The first substrate is a solid substrate and may have a layered structure or other three-dimensional structure. The application of the insulating paste (b) is carried out by conventional methods, such as printing, brushing, spraying, dipping the substrate or rolling. "Flat" means that a film or a layer is created. "Subregions of the surface" means that structures can be created on the surface during application, wherein the insulating paste is applied only in specific places and other parts are omitted.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt das flächige Auftragen (b) bevorzugt durch Drucken. Maßgeblich für die Druckfähigkeit sind dabei die Partikelgröße und die von dem Anteil des Verdickers abhängige Viskosität der Paste. Durch das Druckverfahren lassen sich einfach und kostengünstig große Flächen mit einem reproduzierbaren Muster bedrucken. Im Anschluss an den Druckvorgang erfolgt die Trocknung der Paste beispielsweise in einem Durchlaufofen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Paste auf zumindest ein Material gedruckt und anschließend getrocknet und das mit der Paste bedruckte Material einer kombinierten Wärme- und Druckbehandlung unterzogen.In the method according to the invention, the two-dimensional application (b) is preferably carried out by printing. Decisive for the printability are the particle size and the dependent on the proportion of thickener viscosity of the paste. The printing process makes it possible to easily and inexpensively print large areas with a reproducible pattern. After the printing process, the paste is dried, for example, in a continuous furnace. In a preferred embodiment, the paste is printed on at least one material and then dried and subjected to the material printed with the paste of a combined heat and pressure treatment.
Erfindungsgemäß erfolgt das Verfestigen (c) der Isolierpaste bevorzugt durch Trocknen, Erwärmen und/oder Vernetzen. Das mit der Paste versehene Material kann vor, während oder nach dem Verfestigen (c) einer kombinierten Wärme- und Druckbehandlung unterzogen werden.According to the invention, the solidification (c) of the insulating paste is preferably carried out by drying, heating and / or crosslinking. The material provided with the paste may be subjected to a combined heat and pressure treatment before, during or after solidification (c).
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die obere Isolierschicht und/oder das isolierte Material im Anschluss an die kombinierte Wärme- und Druckbehandlung thermisch verformt.In a preferred embodiment, the upper insulating layer and / or the insulated material are thermally deformed following the combined heat and pressure treatment.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das erste Substrat in Schritt (a) mindestens eine Leiterbahn auf. Es kann sich dabei um bekannte Leiterbahnen und Strukturen handeln, wie Drähte oder Folien aus Metallen, beispielsweise aus Kupfer, Silber oder Gold, insbesondere Kupferdrähte und Folien, oder sonstige Metallbahnen, wie sie in elektronischen Bauteilen wie Leiterplatten, Platinen und Chips üblich sind. Das erste Substrat kann auch Halbleiterstrukturen aufweisen, beispielsweise auf der Basis von Silicium, Germanium und Gallium.In a preferred embodiment of the invention, the first substrate has at least one conductor track in step (a). These may be known printed conductors and structures, such as wires or foils of metals, for example of copper, silver or gold, in particular copper wires and foils, or other metal tracks, as are common in electronic components such as printed circuit boards, circuit boards and chips. The first substrate can too Semiconductor structures, for example, based on silicon, germanium and gallium.
Der Vorteil der Drucktechnik ist durch die Einfachheit des Verfahrens gegeben, auch komplizierte Geometrien einfach herstellen und diese auch isolieren zu können. Ebenso ist diese Isolierung wie auch die so hergestellte Leiterbahn dehnbar sowie thermisch verformbar. Auf jede Isolierung können weitere aus Leiterbahnen bestehende Leiterstrukturen gedruckt werden, so dass ein mehrlagiges, dehnbares bzw. thermisch verformbares Leitersystem entsteht. Ein Leitersystem besteht folglich aus mehreren übereinander angeordneten und sich auch durchdringenden Ebenen von Leiterstrukturen, die durch Schichten von Isolierpaste voneinander elektrisch isoliert sind. Des Weiteren ist es denkbar, ein Leitersystem auf den beiden Hauptseiten von einer flächig ausgebildeten Lage, bestehend aus leitfähiger Paste nach außen hin elektrisch abzuschirmen. Diese Abschirmung ist ebenfalls jeweils durch eine Schicht Isolierpaste elektrisch von dem Leitersystem getrennt.The advantage of the printing technique is given by the simplicity of the process, even complex geometries easily produce and can also isolate them. Likewise, this insulation as well as the conductor track thus produced is stretchable and thermally deformable. For each insulation further conductor structures consisting of conductor tracks can be printed, so that a multi-layered, extensible or thermally deformable conductor system is produced. Consequently, a conductor system consists of several superimposed and also penetrating planes of conductor structures, which are electrically insulated from one another by layers of insulating paste. Furthermore, it is conceivable to electrically shield a conductor system on the two main sides of a flat layer, consisting of conductive paste to the outside. This shield is also electrically separated from the conductor system by a layer of insulating paste.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt vor Schritt (a) ein- Schritt (a1) Herstellen des ersten Substrats aus Schritt (a), indem unter Verwendung einer leitfähigen Paste mindestens eine Leiterbahn auf die Oberfläche eines zweiten Substrats gedruckt wird.In a preferred embodiment of the invention, prior to step (a), the first substrate of step (a) is prepared by printing at least one conductive line on the surface of a second substrate using a conductive paste.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Schritt (a1 ) zum Drucken eine leitfähige Paste eingesetzt, enthaltend eine Dispersion eines Polyurethans und einen leitfähigen Füllstoff.In a preferred embodiment of the invention, a conductive paste containing a dispersion of a polyurethane and a conductive filler is used in step (a1) for printing.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren vor Schritt (a1) einen Schritt (a2) Herstellen des zweiten Substrats, indem eine Isolierschicht auf ein drittes Substrat gedruckt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform werden auf das in Schritt (c) erhaltene isolierte Materiai Leiterbahnen und gegebenenfalls eine weitere isolierte Schicht aufgetragen, die bevorzugt eine erfindungsgemäße Isolierschicht ist.In a preferred embodiment of the invention, prior to step (a1), the method comprises the step of (a2) producing the second substrate by printing an insulating layer on a third substrate. In a preferred embodiment, conductor tracks are applied to the insulated material obtained in step (c) and optionally a further isolated layer, which is preferably an insulating layer according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Isolierpaste und/oder die leitfähige Paste vernetzbar. Insbesondere sind die Isolatorpaste und die leitfähige Paste vernetzbar. Bevorzugt wird die Isolierpaste nach dem Drucken so vernetzt, dass eine Vernetzung der Leiterbahn oder der leitfähigen Paste mit der Isolierpaste erfolgt. Bei diesen Ausführungsformen ist es bevorzugt, wenn die miteinander zu vernetzenden Schichten Polymere enthalten, die freie Hydroxylgruppen aufweisen. Bevorzugt ist der Einsatz von Schichten oder Pasten mit Polyurethanen mit freien Hydroxylgruppen. Die Vernetzung, insbesondere der Isolierpaste, kann jedoch auch zu anderen Polymeren erfolgen, die an der Oberfläche freie Hydroxylgruppen aufweisen, wie Silikone oder sonstige hydrophile oder hydrophilierte Kunststoffe.In a preferred embodiment of the invention, the insulating paste and / or the conductive paste are crosslinkable. In particular, the insulator paste and the conductive paste are crosslinkable. Preferably, the insulating paste is crosslinked after printing so that a cross-linking of the conductor track or the conductive paste is carried out with the insulating paste. In these embodiments, it is preferred that the layers to be crosslinked contain polymers having free hydroxyl groups. The use of layers or pastes with polyurethanes having free hydroxyl groups is preferred. However, the crosslinking, in particular the insulating paste, can also be carried out to other polymers which have free hydroxyl groups on the surface, such as silicones or other hydrophilic or hydrophilicized plastics.
Dabei enthalten die Isolierpaste und die leitfähige Paste vorzugsweise jeweils ein thermoplastisches Polyurethan mit freien Hydroxylgruppen und mindestens einen Vernetzer, der aus einem Polyisocyanat mit mindestens 2 Isocyanatgruppen und/oder einem Polyalkohol mit mindestens 2 Hydroxylgruppen ausgewählt ist.The insulating paste and the conductive paste preferably each contain a thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups and at least one crosslinker which is selected from a polyisocyanate having at least 2 isocyanate groups and / or a polyhydric alcohol having at least 2 hydroxyl groups.
Als leitfähige und druckfähige Paste können erfindungsgemäß nach dem Stand der Technik bekannte Pasten eingesetzt werden. Solche leitfähigen Pasten enthalten beispielsweise Polymere, Bindemittel, Verdicker und/oder Füllstoffe. Die Leitfähigkeit wird durch leitfähige Polymere, Metalle, Metallsalze, Metalloxide, Kohlenstoff in geeigneter Form, Fasern oder sonstige Zusätze bewirkt. Druckfähige Pasten sind beispielsweise aus EP 1 284 278 A2, US 5 389 403 A oder DE 197 57 542 A2 bekannt. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, druck- und leitfähige Pasten einzusetzen, die in PCT/EP2008/007235 oder DE 102007042253 beschrieben werden. Diese Pasten zeichnen sich gegenüber bekannten Pasten unter anderem dadurch aus, dass sie sowohl flexibel als auch dehnbar sind. Auf die druck- und leitfähigen Pasten, die in diesen beiden Anmeldungen offenbart werden, wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen. Die darin beschriebenen druckfähigen und leitfähigen Pasten enthalten ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen leitfähigen Füllstoff, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser. Das thermoplastische Polyurethan bildet den Binder der Paste und ist sowohl dehnbar als auch thermisch verformbar. Somit ist die Paste auch nach dem Verarbeiten dehnbar und kann durch thermische Formgebungsprozesse umgeformt werden, wobei die Dehnbarkeit erhalten bleibt. Der leitfähige Füllstoff wird so beigemischt, dass sich die leitfähigen Partikel nach dem Verarbeiten berühren und so die Leitfähigkeit herstellen. Über den wasserlöslichen Verdicker wird die Viskosität der Paste bestimmt. Diese liegt erfindungsgemäß zwischen 8.000 und 150.000 mPas, bevorzugt zwischen 20.000 und 150.000 mPas, so dass die Paste durch ein Druckverfahren, vorzugsweise Sieb- oder Schablonendruck, auf ein Material aufgetragen werden kann.As a conductive and printable paste pastes known in the art can be used according to the invention. Such conductive pastes contain, for example, polymers, binders, thickeners and / or fillers. The conductivity is effected by conductive polymers, metals, metal salts, metal oxides, carbon in a suitable form, fibers or other additives. Printable pastes are known, for example, from EP 1 284 278 A2, US Pat. No. 5,389,403 A or DE 197 57 542 A2. It is preferred according to the invention to use pressure and conductive pastes which are described in PCT / EP2008 / 007235 or DE 102007042253. Among other things, these pastes are distinguished from known pastes in that they are both flexible and extensible. The printed and conductive pastes disclosed in these two applications are incorporated herein by reference. The printable and conductive pastes described therein contain a dispersible thermoplastic polyurethane, a conductive filler, a water-soluble thickener, and water. The thermoplastic polyurethane forms the binder of the paste and is both ductile and thermoformable. Thus, the paste is stretchable even after processing and can be formed by thermal forming processes, while maintaining the stretchability. The conductive filler is mixed in such a way that the conductive particles touch each other after processing, thus establishing the conductivity. The viscosity of the paste is determined via the water-soluble thickener. According to the invention, this is between 8,000 and 150,000 mPas, preferably between 20,000 and 150,000 mPas, so that the paste can be applied to a material by a printing process, preferably screen printing or stencil printing.
Erfindungsgemäß einsetzbare leitfähige Pasten können beispielsweise zwischen 2 - 40 Gew.%, bevorzugt 4 - 25 Gew.%, besonders bevorzugt 5 - 15 Gew.% thermoplastisches Polyurethan enthalten. Der Anteil des leitfähigen Füllstoffes ist vorzugsweise 2 - 40 Gew.%, insbesondere 15 - 40 Gew.%, besonders bevorzugt 20 - 35 Gew.%. Es sind vorzugsweise zwischen 1 bis 5 Gew.%, bevorzugt 1 ,5 - 3 Gew.%, Verdicker enthalten. Vorzugsweise sind 0 bis 30 Gew.%, insbesondere 0,5 bis 25 % eines zusätzlichen Binders enthalten. Zusätzlich können 0 bis 30 Gew.%, insbesondere 0,2 bis 15 Gew.% oder 0,5 bis 10 Gew.% Vernetzer enthalten sein. In der Trockensubstanz ergeben sich somit Anteile von 15 bis 80 Gew.%, vorzugsweise 15 bis 40 Gew.% thermoplastisches Polyurethan, 15 bis 85 Gew.% leitfähiger Füllstoff und 0,5 bis 4,5 Gew.% Verdicker,Conductive pastes which can be used according to the invention can contain, for example, from 2 to 40% by weight, preferably from 4 to 25% by weight, particularly preferably from 5 to 15% by weight, of thermoplastic polyurethane. The proportion of the conductive filler is preferably 2-40% by weight, in particular 15-40% by weight, particularly preferably 20-35% by weight. It is preferably between 1 to 5 wt.%, Preferably 1, 5 -. 3 wt.%, Thickener included. Preferably, 0 to 30 wt.%, In particular 0.5 to 25% of an additional binder included. In addition, from 0 to 30% by weight, in particular from 0.2 to 15% by weight, or from 0.5 to 10% by weight, of crosslinking agent may be present. In the dry substance thus proportions of 15 to 80 wt.%, Preferably 15 to 40 wt.% Result. thermoplastic polyurethane, 15 to 85% by weight conductive filler and 0.5 to 4.5% by weight thickener,
Der Flächenwiderstand der leitfähigen Paste nach Trocknung und Kalandrieren beträgt bevorzugt zwischen 0,05 bis 0,5 Ohm, wobei sich der Widerstand bei einer Dehnung der Paste um 20 % je nach Zusammensetzung um den Faktor 10 bis 1000 erhöht. Dabei ist der Widerstand umso geringer, je höher der Anteil des leitfähigen Füllstoffs ist.The sheet resistance of the conductive paste after drying and calendering is preferably between 0.05 to 0.5 ohms, wherein the resistance increases by a factor of 10 to 1000 when the paste is stretched by 20%, depending on the composition. In this case, the higher the proportion of the conductive filler, the lower the resistance.
Die Paste kann zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit Hilfsstoffe wie Feuchthaltemittel, rheologische Additive und Entschäumer enthalten. Bevorzugte Entschäumer sind silikonfrei (Marke BYK-A-535, BYK-Chemie).The paste may contain adjuvants such as humectants, rheological additives and defoamers to improve processability. Preferred defoamers are silicone-free (BYK-A-535, BYK-Chemie).
Der Verdicker der leitfähigen Paste ist bevorzugt ausgewählt wie oben für die Isolierpaste beschrieben. Er kann beispielsweise entsprechende Cellulose- Derivate, ein Diurethan oder ein nicht thermoplastisches Polyurethan enthalten.The thickener of the conductive paste is preferably selected as described above for the insulating paste. It may contain, for example, corresponding cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane.
Die thermoplastischen Polyurethane (PU) der leitfähigen Paste und deren Eigenschaften, wie Schmelzpunkt und Partikelgröße, können so ausgewählt werden wie oben für die Isolatorpaste beschrieben.The thermoplastic polyurethanes (PU) of the conductive paste and their properties, such as melting point and particle size, can be selected as described above for the isolator paste.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist in der leitfähigen Paste ein Vernetzer enthalten oder ein Vernetzer wird vor oder während der Verarbeitung der Paste zugesetzt. Das Polyurethan enthält in dieser Ausführύngsform vernetzbare Hydroxylgruppen. Es ist beispielsweise ein Polyurethan, das eine niedrige Kennzahl, beispielsweise <99, <98, oder <95, insbesondere >80, oder von 80-98, aufweist (Kennzahl = n(NCO)/n(OH)*100). In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Polyurethane in vernetzten Pasten einen Schmelzpunkt unterhalb 120 0C, insbesondere unterhalb 110 0C auf. Der Schmelzpunkt liegt dann beispielsweise zwischen 80 und 1200C oder 90 und 1100C. Der Vernetzer ist eine Verbindung, die Hydroxylgruppen verknüpfen kann, vorzugsweise ein Diisocyanat oder Polyisocanat oder ein Dialkoho! oder Polyalkohol. in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Vernetzer ein blockiertes Isocyanat, das erst oberhalb einer definierten Temperatur, beispielsweise 70-1000C, vernetzend wirkt.In one embodiment of the invention, a crosslinker is included in the conductive paste, or a crosslinker is added to the paste before or during processing. The polyurethane in this embodiment contains crosslinkable hydroxyl groups. It is, for example, a polyurethane which has a low characteristic number, for example <99, <98, or <95, in particular> 80, or of 80-98 (characteristic number = n (NCO) / n (OH) * 100). In a preferred embodiment of the invention, the polyurethanes in crosslinked pastes have a melting point below 120 ° C., in particular below 110 ° C. The melting point is then for example between 80 and 120 0 C or 90 and 110 ° C. The crosslinker is a compound capable of linking hydroxyl groups, preferably a diisocyanate or polyisocyanate or a dialcohol! or polyalcohol. In a preferred embodiment of the invention, the crosslinker is a blocked isocyanate, which acts crosslinking only above a defined temperature, for example 70-100 0 C.
Der leitfähige Füllstoff wird vorzugsweise ausgewählt wie in PCT/EP2008/007235 oder DE 102007042253 offenbart. Der leitfähige Füllstoff ist dann insbesondere ausgewählt aus metallischen Partikeln, Carbon- Nanotubes, niedrigschmelzenden Legierungen und/oder Kupferflakes.The conductive filler is preferably selected as disclosed in PCT / EP2008 / 007235 or DE 102007042253. The conductive filler is then in particular selected from metallic particles, carbon nanotubes, low-melting alloys and / or copper flakes.
Der leitfähige Füllstoff kann aus metallischen Partikeln, bevorzugt kupfer- und/oder silberbasierend, bestehen. Derartige metallbasierte Partikel weisen eine besonders gute Leitfähigkeit auf. Silberbasierte Partikel sind darüber hinaus korrosionsbeständig. Die Partikel können kugelförmig, faserförmig oder flächig ausgebildet sein. Der Vorteil der flächigen Füllstoffe liegt darin, dass sich diese nach einer Druckbehandlung parallel zueinander ausrichten und überlappen. Daraus ergibt sich ein besonders geringer Flächenwiderstand. Kugelförmige Partikel lassen sich besonders gut dispergieren. Mit "metallischen" Partikeln werden erfindungsgemäß Teilchen bezeichnet, die weitgehend oder vollständig aus Metall bestehen, d.h. zu mehr als 95%, > 99% oder zu 100%.The conductive filler may consist of metallic particles, preferably copper- and / or silver-based. Such metal-based particles have a particularly good conductivity. Silver-based particles are also corrosion resistant. The particles may be spherical, fibrous or flat. The advantage of the planar fillers is that they align themselves parallel to each other after a pressure treatment and overlap. This results in a particularly low sheet resistance. Spherical particles are particularly easy to disperse. By "metallic" particles according to the invention refers to particles that are largely or entirely made of metal, i. to more than 95%,> 99% or 100%.
Der leitfähige Füllstoff kann Kupferflakes umfassen. Kupferflakes sind flache Partikel. Sie können bei einer kombinierten Druck- und Wärmebehandlung parallel ausgerichtet werden. Sie können dann auch einander überlappen und so einen geringen Flächenwiderstand aufweisen. Die erfindungsgemäß einsetzbaren Kupferflakes weisen beispielsweise mittlere Durchmesser von 5 bis 100 μm, insbesondere 20 bis 60 μm und Höhen von 0,2 bis 10 μm, insbesondere 0,5 bis 8 μm auf. Die Kupferflakes sind vorzugsweise mit einem Edelmetall, insbesondere Silber, beschichtet. Der Anteil der Beschichtung beträgt vorzugsweise i bis 25, insbesondere 5 bis 2G Gew.%. Geeignete Kupferflakes sind beispielsweise unter der Markenbezeichnung Conduct-O-Fil SC230F9.5 (Potters Industries Inc.) erhältlich. Dabei handelt es sich um flache Kupfer-Plättchen mit einem mittleren Durchmesser von ca. 40 μm und einer Höhe von ca. 1-5 μm. Sie sind mit einem Gewichtsanteil von ca. 9-10 Gew.% versilbert.The conductive filler may comprise copper flakes. Copper flakes are flat particles. They can be aligned in parallel in a combined pressure and heat treatment. You can then overlap each other and thus have a low sheet resistance. The copper flakes which can be used according to the invention have, for example, average diameters of 5 to 100 μm, in particular 20 to 60 μm, and heights of 0.2 to 10 μm, in particular 0.5 to 8 μm. The copper flakes are preferably with a Precious metal, in particular silver, coated. The proportion of the coating is preferably from 1 to 25, in particular from 5 to 2,% by weight. Suitable copper flakes are available, for example, under the trade name Conduct-O-Fil SC230F9.5 (Potters Industries Inc.). These are flat copper plates with a mean diameter of approx. 40 μm and a height of approx. 1-5 μm. They are silvered with a weight proportion of about 9-10 wt.%.
Der leitfähige Füllstoff kann Carbon-Nano-Tubes umfassen. Carbon-Nano- Tubes (CNT) sind röhrenförmige Gebilde aus Kohlenstoff. Diese weisen einen Durchmesser von 1 bis 50 nm auf.The conductive filler may include carbon nanotubes. Carbon nanotubes (CNT) are tubular structures made of carbon. These have a diameter of 1 to 50 nm.
Der leitfähige Füllstoff kann eine niedrigschmelzende Legierung enthalten. Eine derartige Legierung ist beispielsweise eine Zinn-Bismut-Legierung. Derartige Legierungen schmelzen bei einer Wärme- und Druckbehandlung, beispielsweise beim Kalandrieren. Die Partikel aus der niedrigschmelzenden Legierung können mit anderen Partikeln, beispielsweise aus Silber oder Kupfer gemischt werden. Hierbei ist vorteilhaft, dass die anderen Partikel durch die niedrigschmelzenden Partikel stoffschlüssig verbunden werden und sich so ein besonders niedriger Flächenwiderstand einstellt. Im Sinne der Erfindung bedeutet "niedrigschmelzend", dass die Legierung bei den Verarbeitungstemperaturen der Pasten schmelzen, insbesondere zwischen 100 und 2200C, zwischen 100 und 180°C oder zwischen 110 und 1500C.The conductive filler may include a low melting alloy. Such an alloy is, for example, a tin-bismuth alloy. Such alloys melt during a heat and pressure treatment, for example during calendering. The low melting alloy particles may be mixed with other particles, such as silver or copper. It is advantageous that the other particles are materially connected by the low-melting particles and thus sets a particularly low surface resistance. For the purposes of the invention, "low-melting" means that the alloy melt at the processing temperatures of the pastes, particularly 100-220 0 C, between 100 and 180 ° C or between 110 and 150 0 C.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine leitfähige Paste, enthaltend ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen leitfähigen Füllstoff, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser, wobei das thermoplastische Polyurethan freie Hydroxylgruppen aufweist und die Paste einen Vernetzer enthält., wobei als Vernetzer ein Polyalkohol mit mindestens 2 oder mindestens 3 freien Hydroxylgruppen und ein Di- oder Polyisocyanat enthalten sind. Eine solche leitfähige Paste eignet sich besonders gut zur Vernetzung mit einer erfindungsgemäßen Isolatorpaste, die auch ein thermoplastisches Polyurethan mit freien Hydroxylgruppen aufweist.The invention also provides a conductive paste comprising a dispersible thermoplastic polyurethane, a conductive filler, a water-soluble thickener and water, wherein the thermoplastic polyurethane has free hydroxyl groups and the paste contains a crosslinker, wherein as crosslinking agent is a polyhydric alcohol having at least 2 or at least 3 free hydroxyl groups and a di- or polyisocyanate are included. A Such conductive paste is particularly suitable for crosslinking with an isolator paste according to the invention, which also has a thermoplastic polyurethane with free hydroxyl groups.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthalten die leitfähige und/oder die Isolierpaste zusätzlich mindestens ein Antioxidans. Geeignet sind beispielsweise Ascorbinsäure oder Ascorbate wie Natriumascorbat, Glucose und Metallsalze, insbesondere reduzierende Salze wie Ammoniumeisen(ll)- sulfat. Vorzugsweise wird bei der Herstellung der Paste zunächst eine wässrige Lösung der Antioxidantien in destilliertem Wasser hergestellt. Diese weist beispielsweise 0,2 bis 5 Gew.%, bevorzugt 1 ,5 bis 3 Gew.% Antioxidantien auf.In a preferred embodiment of the invention, the conductive and / or the insulating paste additionally contain at least one antioxidant. For example, ascorbic acid or ascorbates such as sodium ascorbate, glucose and metal salts, in particular reducing salts such as ammonium iron (II) sulfate, are suitable. Preferably, in the preparation of the paste, an aqueous solution of the antioxidants is first prepared in distilled water. This has, for example, 0.2 to 5 wt.%, Preferably 1, 5 to 3 wt.% Antioxidants on.
Die Herstellung der Isolierpaste und/oder der leitfähigen Paste erfolgt bevorzugt, indem zunächst eine wässrige Lösung aus dem Verdicker und gegebenenfalls dem Antioxidans bereitgestellt wird (Verdickerlösung).The preparation of the insulating paste and / or the conductive paste is preferably carried out by first an aqueous solution of the thickener and optionally the antioxidant is provided (thickener solution).
Vorzugsweise quillt dabei der Verdicker auf, während für eine ausreichende Zeit, beispielsweise 10 bis 30 Minuten, gerührt wird. Es wird eine geeignete Viskosität eingestellt, beispielsweise zwischen 1500 und 20000 mPas. Anschließend werden das thermoplastische Polyurethan, gegebenenfalls der leitfähige Füllstoff und gegebenenfalls der Vernetzer hinzugefügt und durch Rühren zu einer homogenen Paste vermischt. Die Paste wird vorzugsweise entgast. Sofern ein Vernetzer eingesetzt wird, so wird dieser bevorzugt zunächst mit dem PU-Pulver und/oder dem Füllstoff vermischt, um eine homogenere Verteilung zu erreichen.Preferably, the thickener swells while being stirred for a sufficient time, for example 10 to 30 minutes. A suitable viscosity is set, for example between 1500 and 20,000 mPas. Subsequently, the thermoplastic polyurethane, optionally the conductive filler and optionally the crosslinker are added and mixed by stirring to a homogeneous paste. The paste is preferably degassed. If a crosslinker is used, it is preferably first mixed with the PU powder and / or the filler in order to achieve a more homogeneous distribution.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Isolierpaste und/oder die leitfähige Paste einen pH-Wert von 6 bis 8,5, bevorzugt von 7 bis 7,5 auf. Der pH-Wert liegt in einer bevorzugten Ausführungsform etwa bei pH 7,0. Diese pH- Werte werden vorzugsweise auch eingestellt, wenn Antioxidantien enthalten sind. Durch die Einstellung des pH-Werts in diesem Bereich, durch Einsatz von Antioxidantien und durch Herstellung und Lagerung unter Luftausschluss können unerwünschte Veränderungen der Pasten vermieden werden.In one embodiment of the invention, the insulating paste and / or the conductive paste has a pH of from 6 to 8.5, preferably from 7 to 7.5. The pH is in a preferred embodiment at about pH 7.0. These pH values are preferably also adjusted when antioxidants are included. By adjusting the pH in this area, by using Antioxidants and by preparation and storage in the absence of air, undesirable changes in the pastes can be avoided.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die leitfähige Paste mit den leitfähigen Partikeln in einer an die Trocknung anschließenden Wärme- und Druckbehandlung, vorzugsweise einem Kalandrieren, ausgesetzt. Dabei wird die Paste verfestigt, der Kontakt und die Haftung an dem Material verbessern sich und die leitfähigen Partikel werden ausgerichtet.In a preferred embodiment of the invention, the conductive paste is exposed to the conductive particles in a subsequent to the drying heat and pressure treatment, preferably a calendering. The paste is solidified, the contact and the adhesion to the material are improved and the conductive particles are aligned.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Material, dass mit der leitfähigen Paste versehen wurde, in einer thermischen Nachbehandlung gedehnt. Dafür eignet sich beispielsweise ein Tiefziehprozess. Dadurch wird eine Dehnung erreicht, d.h. die PU-Matrix erweicht unter Druck und Wärme und wird gestreckt. Nach dem Abkühlen behält sie die gedehnte Form bei. Die versilberten Kupferplättchen überlappen jedoch noch so weit, dass die elektrische Leitfähigkeit erhalten bleibt. Beim Tiefziehen wird die Ausrichtung der Plättchen nochmals verbessert, so dass auch bei einer Streckung bzw. Dehnung des Substrates noch genügend Plättchen überlappen.In a preferred embodiment of the invention, a material provided with the conductive paste is stretched in a thermal post-treatment. For example, a deep-drawing process is suitable for this. This achieves elongation, i. The PU matrix softens under pressure and heat and is stretched. After cooling, it maintains the stretched shape. However, the silver-plated copper platelets still overlap so that the electrical conductivity is maintained. During deep drawing, the orientation of the platelets is further improved, so that even with a stretch or elongation of the substrate still enough platelets overlap.
Erfindungsgemäß kann die Isolierpaste und/oder die leitfähige Paste mittels Sieb- oder Schablonendruck gedruckt werden. Je nach Wahl der Siebdruckgewebe sind große Schichtdicken der aufgedruckten Paste möglich. Das Material mit der aufgedruckten leitfähigen Paste kann im Anschluss an die kombinierte Wärme- und Druckbehandlung thermisch verformt werden. Ein Vorteil bei der Verwendung eines thermoplastischen Polyurethans liegt darin, dass derartige Pasten jederzeit durch Aufschmelzen des Polyurethans umgeformt werden können. Daher können auch die bereits mit der Paste versehenen Materialien später wiederholt umgeformt werden. Es können mehrere Materialien mit der Paste versehen und durch Druck- und Wärmebehandlung über die Paste stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Dadurch können Textilien leitfähig miteinander verbunden werden. Dies ist insbesondere bei Bekleidungsstücken vorteilhaft, da hier die leitfähige und auch stoffschlüssige Verbindung mehrerer Kleidungsabschnitte mit einfachen Mitteln möglich ist.According to the invention, the insulating paste and / or the conductive paste can be printed by screen or stencil printing. Depending on the choice of screen printing fabrics, large layer thicknesses of the printed paste are possible. The material with the printed conductive paste may be thermoformed following the combined heat and pressure treatment. An advantage of using a thermoplastic polyurethane is that such pastes can be reshaped at any time by melting the polyurethane. Therefore, the already provided with the paste materials can be repeatedly transformed later. It can provide several materials with the paste and bonded by pressure and heat treatment through the paste cohesively become. As a result, textiles can be conductively connected to each other. This is particularly advantageous for garments, since here the conductive and cohesive connection of several clothing sections is possible with simple means.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein isoliertes Material, das durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erhältlich ist. Das erfindungsgemäße Material enthält mindestens eine Isolierschicht, die aus der erfindungsgemäßen Paste hergestellt wurde. Zusätzlich können weitere Schichten in beliebiger Anordnung vorhanden sein. Die Isolierschicht kann auch auf ein festes Substrat aufgetragen sein, das keine Schichtstruktur aufweist. Weitere Schichten können beispielsweise Schirmungsschichten oder Stabilisierende Schichten sein. Geeignete Substrate sind beispielsweise Vliese, Folien oder sonstige flexible, dehnbare oder feste Substrate. Geeignete Folien sind beispielsweise Polyurethanfolien (Marke Epurex, Firma Bayer).The invention also provides an isolated material obtainable by a method according to the invention. The material according to the invention contains at least one insulating layer which has been produced from the paste according to the invention. In addition, further layers may be present in any arrangement. The insulating layer may also be applied to a solid substrate which has no layer structure. Further layers may be, for example, shielding layers or stabilizing layers. Suitable substrates are, for example, nonwovens, films or other flexible, stretchable or solid substrates. Suitable films are, for example, polyurethane films (trademark Epurex, Bayer).
Erfindungsgemäß wird mit "Schicht" jede flächige Struktur bezeichnet, ohne dass diese durch die seitliche Ausdehnung limitiert ist. Erfindungsgemäße Schichten, wie Isolierschichten und leitfähige Schichten, können beispielsweise in Form von Bahnen aufgetragen werden. Innerhalb einer Schicht kann eine Vielzahl von Bahnen vorliegen, beispielsweise in paralleler Anordnung oder in einer beliebigen sonstigen Struktur. Die Isolierschichten können inselförmig innerhalb einer Schicht vorliegen, beispielsweise als Kreise, die Kontaktpunkte von Leiterbahnen isolieren. In einer Ausführungsform der Erfindung wird mit der erfindungsgemäßen Isolierpaste nur ein Anteil einer Oberfläche eines Substrats oder Materials bedruckt, beispielsweise bis zu 80%, bis zu 50% oder bis zu 20%. Es kann jedoch auch ein Substrat vollständig oder weitgehend (zu mehr als 80 oder 90%) mit einer Isolierschicht versehen werden. Allgemein können innerhalb einer Schicht mehrere Teilbereiche vorliegen, die nicht miteinander in Verbindung stehen. Es ist erfindungsgemäß grundsätzlich auch möglich dass eine Schicht Teilbereiche aufweist, die isolieren, und Teilbereiche, die leitfähig sind oder eine andere Funktion erfüiien. Solche komplexen Strukturen sind erfindungsgemäß insbesondere in Druckverfahren auf einfache Weise herstellbar. Aussparungen der Isolierschicht in Teilbereichen können der Kontaktierung dienen, die dort frei liegenden Leiterstrukturen können als Kontaktierungsstellen verwendet werden.According to the invention, "flat" denotes any two-dimensional structure, without this being limited by the lateral extent. Layers according to the invention, such as insulating layers and conductive layers, can for example be applied in the form of webs. Within a layer, there may be a multiplicity of paths, for example in a parallel arrangement or in any other structure. The insulating layers may be insular within a layer, for example, as circles that insulate contact points of traces. In one embodiment of the invention, only a portion of a surface of a substrate or material is printed with the insulating paste according to the invention, for example up to 80%, up to 50% or up to 20%. However, it is also possible to provide a substrate completely or substantially (more than 80 or 90%) with an insulating layer. In general, several subareas that are not connected to one another can exist within a layer. It is according to the invention also possible in principle a layer has subregions that insulate and subregions that are conductive or perform another function. Such complex structures according to the invention can be produced in a simple manner, in particular in printing processes. Recesses of the insulating layer in partial areas can serve for contacting, the conductor structures exposed there can be used as contacting points.
In einer Ausführungsform enthält das isolierte Material mindestens eine leitfähige Schicht und mindestens zwei Isolierschichten, wobei die leitfähige Schicht zwischen den Isolierschichten angeordnet ist. Das Material ist auf diese Weise vollständig isoliert.In one embodiment, the insulated material includes at least one conductive layer and at least two insulating layers, wherein the conductive layer is disposed between the insulating layers. The material is completely isolated in this way.
Besonders bevorzugt sind isolierte Materialien, die zwei äußere erfindungsgemäße Isolierschichten und dazwischen angeordnete innere Leiterbahnen enthalten.Particular preference is given to insulated materials which contain two outer insulating layers according to the invention and inner conductor tracks arranged therebetween.
Die erfindungsgemäße isolierende Beschichtung kann mit weiteren bekannten und geeigneten Materialien verbunden oder laminiert werden. Geeignet sind beispielsweise Materialien wie Platten, die zur Stabilisierung dienen. Es können auch zusätzlich Polymerfolien als isolierende Schichten hinzugefügt werden. Solche Polymerfolien auf der Basis von beispielsweise Polyurethanen sind bekannt.The insulating coating of the invention may be bonded or laminated with other known and suitable materials. Suitable examples are materials such as plates, which serve for stabilization. It is also possible to add polymer films as insulating layers. Such polymer films based on, for example, polyurethanes are known.
Eine erfindungsgemäße Struktur eines erfindungsgemäßen isolierten Materials ist beispielsweise in den Figuren 1 und 2 gezeigt. Figur 1 zeigt in der Aufsicht ein erfindungsgemäßes Material mit Isolierschichten 1 und Leiterbahnen 2, 3, wobei die Isolierschichten 1 jeweils zwischen zwei Leiterbahnen 2, 3 angeordnet sind. Dabei kreuzen sich die Leiterbahnen 2, 3 und sind an den Kreuzungsstellen durch die Isolierschicht 1 voneinander getrennt. Figur 2 zeigt im Querschnitt das Material gemäß Figur 1 mit einem zusätzlichen unteren Substrat 4.An inventive structure of an isolated material according to the invention is shown for example in Figures 1 and 2. Figure 1 shows in plan view of an inventive material with insulating layers 1 and conductor tracks 2, 3, wherein the insulating layers 1 are each arranged between two conductor tracks 2, 3. In this case, the tracks 2, 3 intersect and are separated at the intersections by the insulating layer 1 from each other. Figure 2 shows in cross-section the material according to FIG. 1 with an additional lower substrate 4.
Figur 3 zeigt im Querschnitt ein weiteres erfindungsgemäßes Material mit Isolierschichten 1 , Leiterbahnen 2, äußeren Substraten 4 und zusätzlichen Abschirmungen 5. Für die Abschirmung ist eine leitfähige Paste flächig oder wenigstens engmaschig auf das Substrat aufgetragen und bewirkt so eine elektrische Abschirmung.Figure 3 shows in cross-section another inventive material with insulating layers 1, conductors 2, outer substrates 4 and additional shields 5. For the shielding a conductive paste is applied flat or at least closely meshed to the substrate, thus causing an electrical shield.
Erfindungsgemäß kann beispielsweise eine nicht flexible Stabilisatorschicht, oder eine flexible Isolatorfolie zunächst mit Leiterstrukturen bedruckt werden und anschließend mit einer Isolierschicht bedruckt werden.According to the invention, for example, a non-flexible stabilizer layer, or a flexible insulator film can first be printed with conductor structures and then printed with an insulating layer.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung weist das erfindungsgemäße Material mindestens zwei thermoplastische Schichten auf, die eine unterschiedliche Schmelztemperatur aufweisen. Diese mindestens zwei Schichten können erfindungsgemäße Isolierschichten odör leitfähige Schichten sein. Bevorzugt liegen dabei Schichten mit unterschiedlicher Schmelztemperatur unmittelbar übereinander und wurden durch Drucken aufgetragen. Die Schmelztemperaturen liegen bevorzugt um mindestens 10, 20, 30 oder 500C auseinander. Dabei weist bevorzugt die jeweils untere Schicht, die zuerst gedruckt wurde, die höhere Schmelztemperatur auf. Bei solchen Laminaten kann eine thermische Nachbearbeitung bei einer Temperatur erfolgen, die unterhalb der Schmelztemperatur der oberen Schicht und oberhalb der Schmelztemperatur der unteren Schicht liegt. DieseIn a particular embodiment of the invention, the material according to the invention has at least two thermoplastic layers which have a different melting temperature. These at least two layers can be insulating layers according to the invention or conductive layers. Preferably, layers with different melting temperatures lie directly above one another and were applied by printing. The melting temperatures are preferably at least 10, 20, 30 or 50 0 C apart. In this case, preferably, the respective lower layer, which was printed first, the higher melting temperature. In such laminates, a thermal post-processing may be carried out at a temperature which is below the melting temperature of the upper layer and above the melting temperature of the lower layer. These
Ausführungsform hat den Vorteil, dass die obere zuletzt aufgetragene Schicht in einem thermischen Verfahren nachbearbeitet werden kann, ohne dass die darunter liegende Schicht verändert wird. Allgemein hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass auch komplizierte Geometrien von Isolierschichten auf einfache weise gedruckt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass es erfindungsgemäß möglich ist, isolierte Materialien und Beschichtungen herzustellen, die dehnbar und thermisch verformbar sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Isolierschicht und die leitfähige Schicht so hergestellt werden können, dass sie sowohl dehnbar als auch thermisch verformbar sind. Auf diese Isolierschicht können weitere Leiterbahnen gedruckt werden, so dass ein mehrlagiges, dehnbares bzw. thermisch verformbares Leitungssystem entsteht. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Paste ungiftig ist und auch beim Konfektionieren sowie im späteren Gebrauch keine gesundheitsschädlichen Stoffe austreten bzw. ausgasen können.Embodiment has the advantage that the top last applied layer can be post-processed in a thermal process, without the underlying layer is changed. In general, the method according to the invention has the advantage that even complicated geometries of insulating layers can be printed in a simple manner. Another advantage is that according to the invention it is possible to produce insulated materials and coatings which are stretchable and thermoformable. Another advantage is that the insulating layer and the conductive layer can be made to be both malleable and thermoformable. On this insulating layer further printed conductors can be printed, so that a multilayer, expandable or thermally deformable conduit system is formed. Another advantage is that the paste is non-toxic and can not escape or degas during manufacture and later use any harmful substances.
Der Durchschlagwiderstand des erfindungsgemäßen isolierten Materials oder einer isolierten Beschichtung ist vorzugsweise größer als 107 Ohm oder größer als 108 Ohm und insbesondere größer als 109 oder 1011 Ohm. Der Durchschlagswiderstand wird gemessen nach. Der elektrische Widerstand wird mit der Methode DIN IEC 93 oder nach der ISO 6722 gemessen. Bei beliebigem Schichtaufbau hat sich die Vier-Punkt-Methode bewährt, um Fehlmessungen durch Kontaktwiderstände zu vermeiden.The breakdown resistance of the isolated material or an insulated coating according to the invention is preferably greater than 10 7 ohms or greater than 10 8 ohms and in particular greater than 10 9 or 10 11 ohms. The breakdown resistance is measured after. The electrical resistance is measured using the method DIN IEC 93 or ISO 6722. With any layer structure, the four-point method has proven itself to avoid incorrect measurements due to contact resistance.
Die Dicke der Leit- bzw. Isolatorschicht im verfestigten Zustand ist bevorzugt kleiner als 5 mm oder kleiner als 1 mm, bevorzugt kleiner 0,7 mm und besonders bevorzugt kleiner 0,5 mm. Die Dicke kann größer als 0,02 oder 0,05 mm sein.The thickness of the conductive or insulator layer in the solidified state is preferably less than 5 mm or less than 1 mm, preferably less than 0.7 mm and particularly preferably less than 0.5 mm. The thickness can be greater than 0.02 or 0.05 mm.
In bevorzugten Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße isolierte Material ausgewählt aus einer Leiterplatte, einer Konsole, einem Stoff, einem Vliesstoff, einem Textil, einem Kleidungsstück, einem Heizelement, einer Wundauflage, einem Flachkabel und einem Möbelstück. Vorteilhafterweise ist das Substrat, auf das die Leitpaste und auch die Isolierpaste gedruckt sind, als dehnbarer Vliesstoff ausgebildet. Ein derartig mit der erfindungsgernäßen Paste bedruckter, mit einer elektrischen und isolierten Schaltung versehener dehnbarer Vliesstoff ist dehnbar und eignet sich daher insbesondere für Anwendungen bei denen das Substrat flexibel und auch dehnbar sein soll. Des Weiteren kann der Vliesstoff auch wasserdampfdurchlässig ausgebildet sein. Bei einer entsprechend ausgebildeten Schaltung, hergestellt mit der erfindungsgemäßen Paste, mit nicht-bedruckten Bereichen ist auch das mit einem Leitersystem versehene Substrat wasserdampfdurchlässig und eignet sich insbesondere für Kleidung. Es ist auch denkbar, die erfindungsgemäße Paste auf eine dehnbare Folie aufzudrucken.In preferred embodiments, the insulated material according to the invention is selected from a printed circuit board, a console, a fabric, a nonwoven fabric, a textile, a garment, a heating element, a wound dressing, a flat cable and a piece of furniture. Advantageously, the substrate is on which the conductive paste and the insulating paste are printed, designed as a stretchable nonwoven fabric. A stretchable nonwoven fabric printed in such a way with the paste according to the invention and provided with an electrical and insulated circuit is stretchable and is therefore particularly suitable for applications in which the substrate should be flexible and also extensible. Furthermore, the nonwoven fabric can also be formed permeable to water vapor. In a suitably designed circuit, produced with the paste according to the invention, with non-printed areas and provided with a conductor system substrate is permeable to water vapor and is particularly suitable for clothing. It is also conceivable to print the paste according to the invention on a stretchable film.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Isolierpaste zum Isolieren und/oder Abschirmen von Materialien, bevorzugt ist eine Abschirmung (EMV-Schutz), beispielsweise durch mehrlagigen Aufbau aus Kombinationen von Leitpasten- und Isolierpasten.The invention also provides the use of an insulating paste according to the invention for insulating and / or shielding materials, preferably a shield (EMC protection), for example by multilayer construction of combinations of conductive paste and insulating pastes.
Die erfindungsgemäßen Materialien eigenen sich insbesondere zur Isolation von Leiterbahnen von flexiblen und/oder dehnbaren Elektronikbauteilen. Auf diese Weise wird der Schutz des Leiters gegen äußere mechanische, chemische oder sonstige Beeinträchtigungen gewährleistet. So kann eine Isolierschicht auf Textilien die Waschbarkeit bewirken.The materials of the invention are particularly suitable for the isolation of printed conductors of flexible and / or stretchable electronic components. In this way, the protection of the conductor against external mechanical, chemical or other impairments is ensured. Thus, an insulating layer on textiles can cause washability.
Flexible oder dehnbare Leiterbahnen, auch mehrtägig, sind auch für den Automobilinnenraum, beispielsweise Konsolen, geeignet. Eine weitere bevorzugte Anwendung ist die Isolation von Leiterbahnen für den Schuhinnenbereich für die Drucksensorik. Erfindungsgemäß isolierte Materialien, insbesondere solche mit Leiterbahnen, eignen sich auch für textile und medizinische Produkte wie Kompressionsstrümpfe, Heizdecken, Wundauflagen, EKG Zubehör. Die Erfindung betrifft auch Heizelemente allgemein, z.B. für Sitzheizungen, beispielsweise im Automotiv-Bereich.Flexible or stretchable interconnects, including multi-day, are also suitable for the automotive interior, such as consoles. Another preferred application is the insulation of printed circuit traces for the shoe inner region for the pressure sensor system. Materials isolated according to the invention, in particular those with printed conductors, are also suitable for textile and medical products such as compression stockings, electric blankets, Wound dressings, ECG accessories. The invention also relates to heating elements in general, for example for seat heaters, for example in the automotive sector.
Mit der erfindungsgemäßen Paste beschichtete Materialien eignen sich insbesondere für Automotive-Anwendungen, beispielsweise Armaturenbretter und Dachhimmel die eine dreidimensionale, gebogene Geometrie aufweisen, wobei das mit der Paste versehene Material thermisch verformt wird und die Gestalt des Materials annimmt. Des Weiteren eignet sich die erfindungsgemäße Paste zur Verwendung in Kleidung, insbesondere Funktionskleidung mit integrierten elektronischen Komponenten. Hier isoliert die Paste flexible Leiterbahnen auf der Kleidung. Ein weiteres Einsatzgebiet sind funktionale Beschichtungen von Aggregaten und Rohrleitungen, beispielsweise die Isolierung einer antistatischen Ausrüstung und Wärme- /Kälteanwendungen.Materials coated with the paste according to the invention are particularly suitable for automotive applications, such as dashboards and headliners having a three-dimensional, curved geometry, wherein the material provided with the paste is thermally deformed and assumes the shape of the material. Furthermore, the paste according to the invention is suitable for use in clothing, in particular functional clothing with integrated electronic components. Here the paste isolates flexible tracks on the clothing. Another area of application is functional coatings of aggregates and pipelines, for example the isolation of antistatic equipment and heating / cooling applications.
Die Verwendung der Isolierpaste ist insbesondere vorteilhaft, weil das zu bedruckende Substrat, beispielsweise ein Vliesstoff, nicht notwendig elektrisch isolierend ist und es insbesondere im Bereich von Poren, die bedruckt werden, zu Kurzschlüssen kommen kann. Übliche isolierende Substrate wie Folien sind nicht durchlässig für Wasserdampf, was die Verwendbarkeit für Kleidung einschränkt. Die Isolierpaste kann so aufgetragen werden, dass wasserdampfdurchlässige Zwischenräume verbleiben.The use of the insulating paste is particularly advantageous because the substrate to be printed, for example a nonwoven fabric, is not necessarily electrically insulating and, in particular in the region of pores that are printed, can lead to short circuits. Common insulating substrates such as films are not permeable to water vapor, which limits the utility of clothing. The insulating paste can be applied so that water vapor permeable spaces remain.
Kurzbeschreibung der Abbildungen:Brief description of the pictures:
Figur 1 zeigt in der Aufsicht ein erfindungsgemäßes Material mit Isolierschichten 1 und Leiterbahnen 2, 3, wobei die Isolierschichten wenigstens an den Kreuzungsstellen jeweils zwischen zwei Leiterbahnen 2, 3 angeordnet sind. Figur 2 zeigt im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Material gemäß Figur 1 , das zusätzlich ein unteres Substrat 4 aufweist.Figure 1 shows in plan view of an inventive material with insulating layers 1 and conductors 2, 3, wherein the insulating layers are arranged at least at the intersection between each two interconnects 2, 3. FIG. 2 shows in cross-section a material according to the invention according to FIG. 1, which additionally has a lower substrate 4.
Figur 3 zeigt im Querschnitt ein erfindungsgemäßes Material mit Isolierschichten 1 , Leiterbahnen 2, äußeren Substraten 4 und zusätzlichen Schirmungen 5. FIG. 3 shows in cross-section a material according to the invention with insulating layers 1, conductor tracks 2, outer substrates 4 and additional shields 5.
Ausführungsbeispieleembodiments
Beispiel 1 : Herstellung einer LeitpasteExample 1: Preparation of a conductive paste
Als Polyurethan wird ein nicht ionisches, thermoplastisches, nicht vernetztes, OH-terminiertes Polyurethan eingesetzt. Dieses wird aus Ethylenglykol- Adipinsäure-Polyesterpolyol und Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat unter Zusatz der Kettenverlängerer Butandiol und Hexandiol hergestellt. Die Kennzahl, die das Verhältnis von Isocyanatgruppen zu Hydroxylgruppen im Polymer beschreibt, liegt unter 100. Das TPU hat einen Schmelzpunkt von ca. 135°C und wird als feines Pulver eingesetzt. Zur Herstellung der Paste wird unter Rühren eine wässrige Lösung aus dem Verdicker Methylcellulose (Metylan Normal®, Henkel) hergestellt. Dabei quillt der Verdicker unter Rühren weitere 20 Minuten. Die wässrige Lösung weist je nach Konzentration des Verdickers eine Viskosität zwischen 1.500 und 20.000 mPas auf. In die Lösung werden das TPU-Pulver sowie der leitfähige Füllstoff eingerührt, unter weiterem Rühren zu einer homogenen Paste verarbeitet und anschließend unter Vakuum entgast. Bei Verwendung eines Vernetzers wird dieser mit dem PU-Pulver und/oder dem Füllstoff zusammen eingewogen und vermischt. Bei Verwendung von Antioxidantien wird zunächst mit voll entsalztem Wasser eine ca. 2,8 %ige Lösung mit einem pH-Wert von 7,0 hergestellt, in die der Verdicker eingerührt wird.The polyurethane used is a nonionic, thermoplastic, non-crosslinked, OH-terminated polyurethane. This is prepared from ethylene glycol adipic acid polyester polyol and diphenylmethane-4,4'-diisocyanate with the addition of the chain extenders butanediol and hexanediol. The index, which describes the ratio of isocyanate groups to hydroxyl groups in the polymer, is less than 100. The TPU has a melting point of about 135 ° C and is used as a fine powder. To prepare the paste, an aqueous solution of the thickener methylcellulose (Metylan Normal®, Henkel) is prepared with stirring. The thickener swells with stirring for another 20 minutes. Depending on the concentration of the thickener, the aqueous solution has a viscosity of between 1,500 and 20,000 mPas. In the solution, the TPU powder and the conductive filler are stirred, processed with further stirring to a homogeneous paste and then degassed under vacuum. When using a crosslinker, this is weighed together with the PU powder and / or the filler and mixed. When using antioxidants, an approximately 2.8% solution with a pH of 7.0 is first prepared with demineralized water, into which the thickener is stirred.
Ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Paste enthält 60 Gew.% einer Lösung bestehend aus 1 ,5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in Wasser, 32 Gew.% eines leitfähigen Füllstoffs, in dieser Ausführung silberbeschichtete Kupferflakes (Conduct-O-Fil, SC230F9.5 der Fa. Potters Industries Inc.) und 8 Gew.% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm. Die Paste weist eine Viskosität von 56.000 mPas auf und kann beispielsweise mitteis Siebdruck auf ein Material gedruckt werden. Nach Trocknung in einem Ofen und Nachbehandlung in einem Heizkalander weist die Paste als getrockneter Feststoff einen Flächenwiderstand von 0,19 Ohm auf.A first example of a paste according to the invention contains 60% by weight of a solution consisting of 1.5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in water, 32% by weight of a conductive filler, in this embodiment silver-coated copper flakes (Conduct-O-Fil, SC230F9 .5 of the company Potters Industries Inc.) and 8 wt.% Of a thermoplastic polyurethane having a particle size of less than 120 microns. The paste has a viscosity of 56,000 mPas and can be printed on a material, for example by screen printing. After drying in an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a sheet resistance of 0.19 ohms as the dried solid.
Beispiel 2: Herstellung einer LeitpasteExample 2: Preparation of a conductive paste
Es wurde eine Paste gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei folgende unterschiedliche Bedingungen eingestellt wurden. Die erfindungsgemäßen Paste enthält 70 Gew.% einer Lösung bestehend aus 2,1 % Metylan® Normal (Henkel KGaA) in Wasser, 24 Gew.% eines leitfähigen Füllstoffs, in dieser Ausführung silberbeschichtete Kupferflakes, und 6 Gew.% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm.A paste was prepared according to Example 1, with the following different conditions were set. The paste according to the invention contains 70% by weight of a solution consisting of 2.1% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in water, 24% by weight of a conductive filler, in this embodiment silver-coated copper flakes, and 6% by weight of a thermoplastic polyurethane with a Particle size less than 120 μm.
Die Paste weist eine Viskosität von 50.200 mPas auf und kann beispielsweise mittels Siebdruck auf ein Material gedruckt werden. Nach Trocknung in einem Ofen und Nachbehandlung in einem Heizkalander weist die Paste als getrockneter Feststoff einen Flächenwiderstand von 0,44 Ohm auf.The paste has a viscosity of 50,200 mPas and can be printed on a material, for example by screen printing. After drying in an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a sheet resistance of 0.44 ohms as the dried solid.
Beispiel 3: Herstellung einer LeitpasteExample 3: Preparation of a conductive paste
Es wurde eine Paste gemäß Beispiel 1 hergestellt, wobei folgende unterschiedliche Bedingungen eingestellt wurden. Die erfindungsgemäßen Paste enthält 60 Gew.% einer Lösung bestehend aus 2,5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in Wasser, 32 Gew.% eines leitfähigen Füllstoffs, in dieser Ausführung Kupferflakes, und 8 Gew.% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm.A paste was prepared according to Example 1, with the following different conditions were set. The paste according to the invention contains 60% by weight of a solution consisting of 2.5% Metylan® Normal (Henkel KGaA) in water, 32% by weight of a conductive filler, in this embodiment copper flakes, and 8% by weight of a thermoplastic polyurethane having a particle size less than 120 μm.
Die Paste weist eine Viskosität von 125.000 mPas auf und kann beispielsweise mittels Schablonendruck auf ein Material gedruckt werden. Nach Trocknung in einem Ofen und Nachbehandlung in einem Heizkalander weist die Paste als getrockneter Feststoff einen Fiächenwiderstand von 0,39 Ohm auf.The paste has a viscosity of 125,000 mPas and can be printed on a material, for example by means of stencil printing. After drying in In an oven and after-treatment in a heating calender, the paste has a dried solids content of 0.39 ohms.
In den Beispielen 1 bis 3 ergibt sich eine Dehnbarkeit der getrockneten und kalandrierten Paste bis 25%. Die Dehnbarkeit der Paste wird vorwiegend durch die starke Zunahme des Widerstands limitiert.In Examples 1 to 3, a distensibility of the dried and calendered paste results to 25%. The extensibility of the paste is limited primarily by the large increase in resistance.
Beispiel 4: Herstellung von PolyurethanenExample 4: Preparation of polyurethanes
Es wurden verschiedene geeignete Polyurethane hergestellt. Die Tabelle 1 zeigt eine Übersicht der verwendeten Komponenten. Durch die Auswahl der Komponenten kann der Schmelzbereich variiert werden. Für die Herstellung erfindungsgemäßer Polyurethane können auch weitere, nicht im Einzelnen aufgeführte, di- oder mehrfunktionelle kurz- bzw. langkettige Alkohole, Amine und Thiole, sowie di- bzw. höherfunktionelle Isocyanate verwendet werden.Various suitable polyurethanes were prepared. Table 1 shows an overview of the components used. By selecting the components, the melting range can be varied. For the production of polyurethanes according to the invention, it is also possible to use further, not specifically listed, difunctional or polyfunctional short- or long-chain alcohols, amines and thiols, as well as di- or higher-functional isocyanates.
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Abkürzungen:Abbreviations:
Basis-Polvole:Basic Polvole:
D: Desmophen™ (Polyole von Bayer) D2000: Polyethylenadipatdiol (Mw: 2000)D: Desmophen ™ (Polyols from Bayer) D2000: Polyethylene adipate diol (Mw: 2000)
D2001 KS: Polyethylen/Polybutylenadipatdiol (Mw: 2000)D2001 KS: Polyethylene / polybutylene adipate diol (Mw: 2000)
D2028: Neopentylglykol-Adipat (Mw: 2000)D2028: neopentyl glycol adipate (Mw: 2000)
D C2201 Polycarbonatpolyol (Mw.: 2000)D C2201 polycarbonate polyol (Mw .: 2000)
C: Capa™ (Polycaprolacton-Polyole von Solvay) C200: Polycaprolacton (Mw:535)C: Capa ™ (Solvay Polycaprolactone Polyols) C200: Polycaprolactone (Mw: 535)
C2200: Polycaprolacton (Mw:2000)C2200: polycaprolactone (Mw: 2000)
DG: Diexter™ G (Polyole von Coim)DG: Diexter ™ G (polyols from Coim)
DG200: gesättigtes Polyesteroladipat:DG200: saturated polyester oladipate:
T: Terathane™ (Polyetheφolyol von Invista) T2000: Polytetramethylenetherglycol.T: Terathane ™ (Invista's Polyetheφolyol) T2000: Polytetramethylene ether glycol.
Kettenveri.: B: Butandiol (1 ,4-B: 1 ,4 Butandiol); H: 1 ,6-Hexandiol; D:Chain Ver .: B: Butanediol (1,4-B: 1,4 butanediol); H: 1,6-hexanediol; D:
Diethylenglykol (3-Oxapentan-1 ,5-diol); N: Neopentylglykol (2,2-Dimethyl-1 ,3- propandiol).Diethylene glycol (3-oxapentane-1, 5-diol); N: neopentyl glycol (2,2-dimethyl-1,3-propanediol).
Isocvanate: MDI: Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat (Methylendi- (phenylisocyanat)); HDI: 1 ,6-Hexamethylendiisocyanat.Isocvanate: MDI: diphenylmethane-4,4'-diisocyanate (methylenedi (phenyl isocyanate)); HDI: 1,6-hexamethylene diisocyanate.
Die aliphatischen Polyurethane PU10, bis PU15 eignen sich besonders zur Herstellung von Pasten mit tiefem Schmelzbereich. Sie sind lichtecht und nicht vergilbend und daher unter anderem für Anwendungen im Sichtbereich geeignet. Die Polyurethane PUi bis PU9 sind aromatische Polymere.The aliphatic polyurethanes PU10 to PU15 are particularly suitable for the production of pastes with a deep melting range. They are lightfast and not yellowing and therefore suitable, inter alia, for applications in the field of vision. The polyurethanes PUi to PU9 are aromatic polymers.
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Beispiele 5 - 7: Herstellung von IsolierpastenExamples 5 - 7: Preparation of insulating pastes
Es wurden Pasten gemäß den Beispielen 1 - 3 hergestellt, wobei der Anteil an Leitpulver durch gleiche Anteile an TPU-Pulver ersetzt wurde. Beispielrezepturen sind in Tab. 3 aufgeführt.Pastes were prepared according to Examples 1-3, wherein the proportion of conductive powder was replaced by equal amounts of TPU powder. Example formulations are listed in Tab. 3.
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Beispiele 8 - 10: Herstellung von nachvernetzenden LeitpastenExamples 8-10: Preparation of postcrosslinking conductive pastes
Gemäß den Beispielen 1 - 3 werden Leitpasten hergestellt, wobei mit dem TPU-Pulver zusätzlich Di-TMP-Pulver (Di-Trimetylolpropan) und MDI-Pulver (Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat) hinzugegeben wird. Das nicht vernetzte TPU der reaktiven Paste hat hierbei Oπ-Endgruppen und kann einen Schmelzpunkt von ca. 1100C bis ca. 1600C haben. Die Zusammensetzungen sind in Tabelle 4 zusammengefasst.In accordance with Examples 1 to 3, conductive pastes are prepared, with the TPU powder additionally containing di-TMP powder (di-trimethylolpropane) and MDI powder (Diphenylmethane-4,4'-diisocyanate) is added. The non-crosslinked TPU of the reactive paste in this case has Oπ end groups and may have a melting point of about 110 0 C to about 160 0 C. The compositions are summarized in Table 4.
Tabelle 4: Beispielrezepturen von nachvernetzenden LeitpastenTable 4: Example formulations of postcrosslinking conductive pastes
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Der Zusatz von bis zu 0,1 %Katalysator (z.B. Dabco:1 ,4- Diazabicyclo[2.2.2]octan) ist möglich. Statt Di-TMP und MDI können als vernetzende Komponenten auch andere Polyalkohole und Isocyanate wie z.B. Trimethylolpropan- oder HQEE-Pulver sowie TODI- oder NDI-Pulver verwendet werden.The addition of up to 0.1% catalyst (e.g., Dabco: 1, 4-diazabicyclo [2.2.2] octane) is possible. Instead of di-TMP and MDI, as crosslinking components it is also possible to use other polyalcohols and isocyanates, such as e.g. Trimethylolpropane or HQEE powder and TODI or NDI powder can be used.
Beispiele 11 - 13: Herstellung von nachvernetzenden IsolierpastenExamples 11 - 13: Production of post-crosslinking insulating pastes
Gemäß den Beispielen 8 - 10 werden Pasten hergestellt, wobei der Anteil an Leitpulver durch gleiche Anteile an TPU-Pulver ersetzt wurde. Beispielrezepturen sind in Tab. 5 aufgeführt. Tabeiie b: öeispieirezepiuren von nachvernetzenden IsoüerpastenAccording to Examples 8-10 pastes are prepared, wherein the proportion of conductive powder has been replaced by equal amounts of TPU powder. Example formulations are listed in Tab. 5. Tabeiie b: Öeispieirezepiuren of postcrosslinking Isoüerpasten
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Beispiele 14 - 18: Herstellung von FolienExamples 14-18: Production of Films
Gemäß dem Beispiel 11 wurden Pasten auf Basis einer 2,1 %igen Metylanlösung hergestellt. Es wurde jedoch der Anteil der vernetzenden Komponente (Di-TMP und MDI) variiert. Das Basis-TPU ist OH-terminiert und besitzt einen Schmelzpunkt von ca. 125-1300C. Hierzu wurden jeweils 5 g der Paste bei 400C getrocknet und anschl. zur Folie verpresst. 5 Minuten pressen bei 125°C und 7bar (hergestellte Folie ca. 10 cm im Durchmesser); eine Verkürzung der Presszeit ist durch Katalysatorzugabe möglich. Die Ergebnisse in Tabelle 6 zeigen, dass sich der Schmelzpunkt über den Vernetzeranteil einstellen läßt.According to Example 11, pastes were prepared based on a 2.1% Metylanlösung. However, the proportion of crosslinking component (di-TMP and MDI) was varied. The base TPU is OH-terminated and has a melting point of about 125-130 0 C. For this purpose, each 5 g of the paste were dried at 40 0 C and then pressed to the film. Press for 5 minutes at 125 ° C and 7 bar (produced film about 10 cm in diameter); a shortening of the pressing time is possible by addition of catalyst. The results in Table 6 show that the melting point can be adjusted via the crosslinker content.
Tabelle 6: Schmelzpunktveränderung in Abhängigkeit des Vernetzeranteils:Table 6: Melting point change as a function of the crosslinker fraction:
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Beispiele 19 - 21 : Mit Prepolymer vernetzte IsolierpastenExamples 19-21: Insulating pastes crosslinked with prepolymer
Gemäß den Beispielen 11 - 13 werden Isolatorpasten hergestellt, die vernetzenden Komponenten Di-TMP und MDI werden jedoch durch gemahlenes Prepolymer ersetzt. Beispielrezepturen sind in Tab. 7 dargestellt. Das TPU der reaktiven Paste hat hierbei OH-Endgruppen und einen Schmelzpunkt von ca. 1100C bis ca. 160°C.Insulator pastes are prepared according to Examples 11-13, but the crosslinking components Di-TMP and MDI are replaced by ground prepolymer. Example formulations are shown in Tab. 7. The TPU of the reactive paste in this case has OH end groups and a melting point of about 110 0 C to about 160 ° C.
Tabelle 7: Beispielrezepturen für Prepolymer-vernetzte Isolatorpasten:Table 7: Example formulations for prepolymer-crosslinked insulator pastes:
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Zur Herstellung Prepolymer-vernetzter Leitpasten kann ein Teil des TPU- Pulvers durch Leitpulver gemäß Beispiel 8 -10 ersetzt werden.For the preparation of prepolymer-crosslinked conductive pastes, part of the TPU powder can be replaced by conductive powder according to Example 8-10.
Beispiele 22 - 24: Mit Polyisocyanat vernetzte LeitpasteExamples 22-24: conductive paste crosslinked with polyisocyanate
Eine weitere, erfindungsgemäße Vernetzung findet durch Zugabe eines bei Raumtemperatur wenig reaktivem, in Wasser dispergierbaren Polyisocyantats statt. Ein erfindungsgemäßes Isocyanat ist beispielsweise Tolonate®HDB oder ToionateΘHDT von Rhodia. Gemäß den Beispielen 11 - 13 werden Isolatorpasten hergestellt, die vernetzenden Komponenten Di-TMP und MDI werden jedoch durch ein flüssiges, in Wasser dispergierbares Polyisocyanat ersetzt. Beispielrezepturen sind in Tab. 8 dargestellt. Der Vernetzer (Tolonate®HDB oder Tolonate®HDT) wird beim Anmischen der Paste oder bei einer längeren Lagerung bis ca. 24h vor Verwendung der Paste in diese eingerührt. Das TPU der reaktiven Paste hat hierbei OH-Endgruppen und einen Schmelzpunkt von ca. 11O0C bis ca. 1600C.A further crosslinking according to the invention takes place by adding a water-dispersible polyisocyanate which is less reactive at room temperature instead of. An isocyanate according to the invention is, for example, Tolonate® HDB or Toionate® HDT from Rhodia. Insulator pastes are prepared according to Examples 11-13, but the crosslinking components Di-TMP and MDI are replaced by a liquid, water-dispersible polyisocyanate. Example formulations are shown in Tab. 8. The cross-linking agent (Tolonate®HDB or Tolonate®HDT) is stirred into the paste when mixing the paste or during prolonged storage until approx. 24 hours before using the paste. The TPU of the reactive paste in this case has OH end groups and a melting point of about 11O 0 C to about 160 0 C.
Tabelle 8: Beispielrezepturen für Polyisocanat-vernetzte Isolatorpasten:Table 8: Example formulations for polyisocanate crosslinked insulator pastes:
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Für die entsprechende Leitpaste wird das TPU entsprechend der oben angeführten Beispiele z.T. durch Leitpulver ersetzt (vgl. Beispiel 8 - 10).For the corresponding conductive paste, the TPU according to the above examples z.T. replaced by lead powder (see Example 8 - 10).
Beispiele 25 - 27: Zusatz von VerdickernExamples 25 - 27: Addition of thickeners
Anstelle des Verdicker auf Cellulosebasis (Metylan bzw. MHEC 9000) werden alternative Verdicker eingesetzt, die gegenüber dem verbesserte Filmbildungseigenschaften aufweisen.Instead of the cellulose-based thickener (Metylan or MHEC 9000), alternative thickeners are used which have improved film-forming properties.
Zum Herstellen der Pasten wurde zunächst Wasser und Verdicker vermischt und im Speed Mixer 1 min lang vermengt. Anschließend wurde das PU hinzugegeben, gerührt und ebenfalls im Speed Mixer vermengt. Die angerührte Paste wurde ohne Entlüftung anschließend auf Verdruckbarkeit getestet. Die Paste wurde im Siebdruck auf Folien aufgetragen. Die Paste lässt sich gut verdrucken. Beim Druck auf eine Duplocoll Folie (Firma Lohmann) sind keine Löcher im Druck zu erkennen. Beim Druck auf ein dehnbares Vlies aus Polyurethan (XO90) sind keine Löcher im Druck zu erkennen.To prepare the pastes, water and thickener were first mixed and mixed in the Speed Mixer for 1 min. Subsequently, the PU was added, stirred and also mixed in Speed Mixer. The stirred paste was then tested for airability without venting. The paste was screen printed on foils. The paste is easy to print. When printing on a Duplocoll film (Lohmann) no holes are visible in the print. When printing on a stretchable non-woven polyurethane (XO90) no holes in the print can be seen.
Die erfindungsgemäßen Pasten enthalten 56 - 57 Gew.% einer Lösung bestehend aus den beschriebenen, alternativ einzusetzenden Verdickern in Wasser, und 43-44 Gew.% eines thermoplastischen Polyurethans mit einer Partikelgröße kleiner 120 μm (s. Tab. 9).The pastes according to the invention comprise 56-57% by weight of a solution consisting of the described, alternatively to be used thickeners in water, and 43-44% by weight of a thermoplastic polyurethane having a particle size of less than 120 μm (see Table 9).
Tabelle 9: Beispielrezepturen für Isolatorpasten auf Basis verschiedener Verdicker:Table 9: Example formulations for isolator pastes based on different thickeners:
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Je nach gewünschter Viskosität kann sowohl die Konzentration des Verdickers in Wasser als auch der Anteil des TPU-Pulvers variiert werden. Zur Herstellung von Leitpasten wird gemäß Beispiel 8 - 10 ein Teil des TPU-Pulvers durch Leitpulver ersetzt.Depending on the desired viscosity, both the concentration of the thickener in water and the proportion of the TPU powder can be varied. For the production of conductive pastes, a portion of the TPU powder is replaced by conductive powder according to Example 8 - 10.
Beispiel 28-30: Pasten mit zusätzlichen BindernExample 28-30: Pastes with additional binders
Zur Herstellung der Paste wurden zunächst Wasser und Collacral ® (Firma BASF Ludwigshafen), vermischt und im Speed Mixer 1 min lang vermengt. Anschließend wurde das TPU-Pulver und als Binder Emuldur® DS2360 der Fa. BASF hinzugegeben, gerührt und ebenfaiis im Speed Mixer vermengt. Die angerührte Paste wurde ohne Entlüftung anschließend auf Verdruckbarkeit getestet. Ergebnisse und Zusammensetzung der Paste sind in Tab. 10a dargestellt. Es wurden Isolierpasten aus folgenden Bestandteilen hergestellt:To prepare the paste, water and Collacral® (from BASF Ludwigshafen) were first mixed and mixed in a speed mixer for 1 min. Subsequently, the TPU powder and as a binder Emuldur® DS2360 BASF was added, stirred and blended just in the Speed Mixer. The stirred paste was then tested for airability without venting. Results and composition of the paste are shown in Tab. 10a. Insulating pastes were made from the following components:
A: Lösungsmittel Wasser Feststoffanteil in Gew.%: 0A: solvent water solid content in wt.%: 0
B: Verdicker: Collacral PU75/85 Feststoffanteil in Gew.%: 26B: thickener: Collacral PU75 / 85% by weight in% by weight: 26
C: PU-Grundlage: TPU-Pulver Feststoffanteil in Gew.%: 100 D: Binder: Emuldur DS 2360 Feststoffanteil in Gew.%: 40C: PU base: TPU powder Solids content in% by weight: 100 D: Binder: Emuldur DS 2360 solids content in% by weight: 40
E: Binder Acronal DS 2337 Feststoffanteil in Gew.%: 55E: Binder Acronal DS 2337 solid content in wt.%: 55
Tabelle 10: Isolierpasten mit zusätzlichem BinderTable 10: Insulating pastes with additional binder
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Alternativ zum Einsatz nachvernetzender Pasten eignet sich beim mehrlagigen Druck auch die Verwendung von Pasten, bei denen die Schmelztemperatur der TPUs von der ersten zur nächst höheren, gedruckten Schicht abnimmt. So kann die jeweils nächste Schicht mit geringerer Temperatur laminiert werden, ohne dass die darunter iiegende Schicht wieder aufgeschmolzen wird.As an alternative to the use of postcrosslinking pastes, multilayer printing also makes it possible to use pastes in which the melting temperature of the TPUs decreases from the first to the next higher printed layer. So For example, the next layer can be laminated at a lower temperature without remelting the underlying layer.
Beispiele 31-34: Herstellen eines Laminats aus Leit- und IsolatorpasteExamples 31-34: Making a laminate of conductive and insulating paste
Zunächst wurde die Isolierbaste mittels Siebdruck auf ein Vliesstoff (Evolon) gedruckt und anschließend einer kombinierten Druck/Wärmebehandlung unterzogen (130°C, bei 6 bar Pressdruck). Die Leiterbahn wurde anschließend auf das isolierte Vlies gedruckt und ebenfalls einer kombinierten Druck/Wärmebehandlung unterzogen (1300C1 bei 2 bar Pressdruck). Ein beispielhaftes Ergebnis ist schematisch in Figur 1 gezeigt. First, the Isolierbaste was screen printed on a nonwoven fabric (Evolon) and then subjected to a combined pressure / heat treatment (130 ° C, at 6 bar pressing pressure). The printed circuit was then printed on the isolated nonwoven and also subjected to a combined pressure / heat treatment (130 0 C 1 at 2 bar pressing pressure). An exemplary result is shown schematically in FIG.

Claims

Patentansprüche claims
1. Isolierpaste zur Herstellung einer isolierenden Beschichtung, enthaltend ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser.An insulating paste for producing an insulating coating containing a dispersible thermoplastic polyurethane, a water-soluble thickener and water.
2. Isolierpaste nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Verdicker Cellulose-Derivate, ein Diurethan oder ein nicht thermoplastisches Polyurethan enthält.2. insulating paste according to claim 1, characterized in that the thickener contains cellulose derivatives, a diurethane or a non-thermoplastic polyurethane.
3. Isolierpaste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan in Form von3. insulating paste according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic polyurethane in the form of
Partikeln mit einem mittleren Teilchendurchmesser kleiner 350 μm, bevorzugt kleiner 120 μm, vorliegt.Particles having an average particle diameter of less than 350 microns, preferably less than 120 microns, is present.
4. Isolierpaste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan einen Schmelzpunkt zwischen 800C und 25O0C aufweist.4. insulating paste according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic polyurethane has a melting point between 80 0 C and 25O 0 C.
5. Isolierpaste nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan freie Hydroxylgruppen aufweist und die Paste einen Vernetzer enthält.5. insulating paste according to any one of the preceding claims, characterized in that the thermoplastic polyurethane has free hydroxyl groups and the paste contains a crosslinker.
6. Verfahren zur Herstellung eines isolierten Materials, umfassend6. A process for producing an insulated material, comprising
(a) Bereitstellen eines ersten Substrats mit einer Oberfläche,(a) providing a first substrate having a surface,
(b) flächiges Auftragen einer Isolierpaste nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf die Oberfläche oder Teilbereiche der Oberfläche und(B) surface application of an insulating paste according to any one of the preceding claims on the surface or portions of the surface and
(c) Verfestigen der Isolierpaste. (c) solidifying the insulating paste.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das flächige Auftragen (b) durch Drucken erfolgt.7. The method according to claim 6, wherein the surface application (b) is effected by printing.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Verfestigen (c) der Isolierpaste durch Trocknen, Erwärmen und/oder Vernetzen erfolgt.8. The method according to at least one of claims 6 or 7, wherein the solidification (c) of the insulating paste by drying, heating and / or crosslinking takes place.
9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das mit der Paste versehene Material vor, während oder nach dem Verfestigen (c) einer kombinierten Wärme- und Druckbehandlung unterzogen wird.9. The method according to at least one of claims 6 to 8, wherein the material provided with the paste before, during or after the solidification (c) is subjected to a combined heat and pressure treatment.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierte Material im Anschluss an die kombinierte Wärme- und Druckbehandlung thermisch verformt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the insulated material is thermally deformed following the combined heat and pressure treatment.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das erste Substrat in Schritt (a) mindestens eine Leiterbahn aufweist.11. The method according to at least one of claims 6 to 10, wherein the first substrate in step (a) comprises at least one conductor track.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 11 , umfassend vor Schritt (a)12. The method according to at least one of claims 6 to 11, comprising before step (a)
(a1) Herstellen des ersten Substrats aus Schritt (a), indem unter Verwendung einer leitfähigen Paste mindestens eine Leiterbahn auf die Oberfläche eines zweiten Substrat gedruckt wird.(a1) producing the first substrate of step (a) by printing at least one conductive line on the surface of a second substrate using a conductive paste.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei in Schritt (a1 ) zum Drucken eine leitfähige Paste eingesetzt wird, enthaltend eine Dispersion eines13. The method according to claim 12, wherein in step (a1) for printing a conductive paste is used, comprising a dispersion of a
Polyurethans und einen leitfähigen Füllstoff.Polyurethane and a conductive filler.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, umfassend vor Schritt (a1 )14. The method according to claim 12 or 13, comprising before step (a1)
(a2) Herstellen des zweiten Substrats, indem eine Isolierschicht auf ein drittes Substrat gedruckt wird. (a2) forming the second substrate by printing an insulating layer on a third substrate.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Isolierpaste und/oder die leitfähige Paste vernetzbar sind.15. The method according to any one of claims 12 to 14, wherein the insulating paste and / or the conductive paste are crosslinkable.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Isolatorpaste und die leitfähige Paste vernetzbar sind und nach dem Drucken der Isolierpaste vernetzt werden, so dass eine Vernetzung der Leiterbahn oder der leitfähigen16. The method of claim 15, wherein the insulator paste and the conductive paste are crosslinkable and crosslinked after printing the insulating paste, so that a crosslinking of the conductor or the conductive
Paste mit der Isolierpaste erfolgt.Paste with the insulating paste takes place.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Isolierpaste und die leitfähige Paste jeweils ein thermoplastisches Polyurethan mit freien Hydroxylgruppen und mindestens einen Vernetzer enthalten, ausgewählt aus einem Polyisocyanat mit mindestens 217. The method according to any one of claims 12 to 16, wherein the insulating paste and the conductive paste each contain a thermoplastic polyurethane having free hydroxyl groups and at least one crosslinker selected from a polyisocyanate having at least 2
Isocyanatgruppen und einem Polyalkohol mit mindestens 2 Hydroxylgruppen.Isocyanate groups and a polyhydric alcohol having at least 2 hydroxyl groups.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 17, wobei auf das in Schritt (c) erhaltene isolierte Material Leiterbahnen und gegebenenfalls eine weitere isolierte Schicht aufgetragen werden.18. The method according to any one of claims 6 to 17, wherein on the isolated material obtained in step (c) conductor tracks and optionally a further isolated layer are applied.
19. Isoliertes Material, erhältlich durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 6 bis 18.19. An isolated material obtainable by a method according to at least one of claims 6 to 18.
20. Isoliertes Material nach Anspruch 19, wobei der Durchschlagswiderstand des isolierten Materials größer als 107 Ohm ist.The insulated material of claim 19, wherein the breakdown resistance of the isolated material is greater than 10 7 ohms.
21. Isoliertes Material nach Anspruch 19 oder 20, enthalten mindestens eine leitfähige Schicht und mindestens zwei Isolierschichten, wobei die leitfähige Schicht zwischen den Isolierschichten angeordnet ist.21. An insulated material according to claim 19 or 20, comprising at least one conductive layer and at least two insulating layers, wherein the conductive layer is disposed between the insulating layers.
22. Isoliertes Material nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , ausgewählt aus einer Leiterplatte, einer Konsole, einem Stoff, einem Vliesstoff, einem Textil, einem Kleidungsstück, einem Heizelement, einer Wundauflage, einem Flachkabel und einem Möbelstück. 22. An insulated material according to any one of claims 19 to 21, selected from a printed circuit board, a console, a fabric, a nonwoven fabric, a textile, a garment, a heating element, a wound dressing, a flat cable and a piece of furniture.
23. Verwendung einer Isolierpaste nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Isolieren und/oder Abschirmen von Materialien.23. Use of an insulating paste according to at least one of claims 1 to 5 for insulating and / or shielding of materials.
24. Leitfähige Paste, enthaltend ein dispergierbares thermoplastisches Polyurethan, einen leitfähigen Füllstoff, einen wasserlöslichen Verdicker und Wasser, wobei das thermoplastische Polyurethan freie Hydroxylgruppen aufweist und die Paste einen Vernetzer enthält, der ausgewählt ist aus einem Polyalkohol mit mindestens 2 freien Hydroxylgruppen in Verbindung mit einem Di- oder Polyisocyanat; einem Prepolymer mit freien Isocyanatgruppen. 24. A conductive paste comprising a dispersible thermoplastic polyurethane, a conductive filler, a water-soluble thickener and water, wherein the thermoplastic polyurethane has free hydroxyl groups and the paste contains a crosslinker selected from a polyhydric alcohol having at least 2 free hydroxyl groups in combination with a Di- or polyisocyanate; a prepolymer with free isocyanate groups.
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