[发明专利]高度导电的水基油墨

说明书

发明领域

本发明主要涉及具有改进特性的导电的含水的涂料组合物。干燥的涂层用于各种各样的电子、屏蔽和射频识别(RFID)应用中。该组合物特别可用作用于高速印刷的油墨以产生电子线路，例如RFID天线等。

背景技术

导电涂层是电子工业非常需要的。它们用于保护商业设备免受电子干扰(EMI/RFI屏蔽)，以在印刷电路板上形成复杂的电子线路，作为从商品的货栈储藏到美国港口的应用场合中的射频识别天线。在现有的各种各样的导电涂层中，导电印刷油墨的需求在不断增长，就为满足应用需求所需要的多种施加方法和组合物而言，它们构成了涂层类的代表。

因此，通过印刷电子工业使用导电油墨以在印刷电路板上形成导电的部件，例如RFID天线或线路。当今使用的导电油墨基本上由包含在其中分散的金属粉末、金属粉末前体(金属的分解化合物)、涂覆金属的微粒或其他的导电颗粒例如石墨粉的有机聚合物基质组成。油墨也可以包括通常低浓度的添加剂，它们的作用是保持/改进稳定性(例如定形剂)或控制流动以实现容易的施加(例如溶剂)等。通过控制金属粉末的浓度调整导电性的主要特性，所述的金属粉末浓度值与金属/载体比成比例，虽然不是线性的。导电油墨组合物通常使用低速工艺(例如，丝网印刷)或高速工艺(例如，模板(丝印)、胶印、凹版印刷)施加到基质上，后者提供每个印刷物较低的加工成本的优点。

当今使用的大多数导电油墨组合物是设计用于低速丝网印刷的溶剂基厚膜体系(例如见，美国专利6,322,620、4,592,961、5,622,547、5,653,918和6,939,484。用于印刷RFID天线等的一种通用的方法是在塑料制品、纸或纸板基质上丝网印刷银基油墨，然后加热驱除溶剂并固化或退火该油墨，因此形成导电的厚度超过10微米的线路。然而，这种组合物存在许多缺点。除与溶剂基体系相关的环境问题之外，施加厚膜需要相当大的热能用于干燥。它们通常需要很高的干燥和固化温度以及相对长的干燥和固化时间。此外，这种方法需要基质高度耐热以容许除去溶剂并固化/退火油墨。因此，纸、纸板基质和玻璃化转变(Tg)温度低的聚合基质，不容易适合作为基质，因为它们不能经受高温，虽然它们是有成本效益的。其他的能使用高速工艺(例如凹版印刷)印刷的导电油墨体系同样需要高温固化条件(通常超过150℃)。例如见，美国专利公开编号2004/0144958A1。

含水的导电油墨和涂料相对于溶剂基组合物提供明显的生态学优点，因为后者一经干燥就将溶剂释放进大气中。然而，含水的导电油墨至今不能提供溶剂基配方所能实现的高电导率或低的电阻率。例如见美国专利编号5,286,415、5,389,403、5,492,653、5,658,499、5,756,008、5,855,820、6,410,637、6,576,336和6,866,799。高电导率是必要的以确保油墨当固化时传导足够的电流。尽管通常通过增加导电粉末(通常为银)的浓度能实现更高的导电性，但这种方法通常需要性能以及经济代价，例如储藏期限的减少和成本的增加。

导电油墨其他希望的特性包括当干燥/固化/退火时，良好的耐磨损和耐化学性，因此它们在随后使用期间不容易被刮去或擦去。因此，导电油墨应该在干燥/固化/退火时，能可接受地附着到基质上，并能耐受被溶剂擦去。此外，对于高速印刷(例如模板(丝印)、胶印、凹版印刷)，必要的是导电油墨具有恰当的流变学(特性)和基质润湿性以实现良好的油墨转移和图形再现。另外，该油墨应该具有良好的柔韧性和热稳定性以耐得住基质可能经历的物理形变。光滑和均一的层，即具有低的表面粗糙度的层，同样是高度希望的，特别是在包括天线构造的应用中。

因此，为用于高速印刷方法(例如转轮丝网印刷、胶印、凹版印刷)，需要具有高电导率、良好的可印性、低的表面粗糙度、在低的干燥和固化温度下短的干燥和固化时间的含水的导电油墨。具有其他希望特性的导电油墨是更加有利的。本发明提供一系列适合用作涂料，特别作为高速油墨的导电组合物，它们具有希望的特性/性能。

发明内容