[发明专利]水性导电组合物

说明书

发明领域

本发明涉及水性导电组合物，其可作为可印刷油墨应用到 衬底上，用作例如智能和有源封装、传感器以及RFID天线中的电路。

发明背景

以往，用作导电油墨的水性导电聚合物厚膜配制物当被印 刷和固化在某些衬底上，特别是挠性衬底上时通常展示出绝非最佳的 流变学、粘合和挠性。例如在下述专利中公开了用作可印刷导电油墨 的水性聚合物组合物：美国专利第5,286,415和5,389,403号(Advanced Products，Inc.)，描述了水性导电聚合物组合物，其包含诸如聚丙烯酸的 热塑性聚合物、水不溶性聚合物在水中的分散体、乙二醇化合物、导 电填料以及水；美国专利第6,866,799号(Anuvu，Inc.)，描述了水性聚 合物组合物，其包含与诸如苯乙烯的另一聚合物共聚合的水溶性丙烯 酸聚合物、导电填料、水溶性湿润剂、水以及增大组合物的水溶性高 弹体；美国专利第5,492,653号(Heraeus，lnc.)，描述了涂料组合物，其 包含30wt％至80wt％的涂覆银薄片、基本上完全水溶的聚合物粘合剂、 二乙二醇一丁醚和水；以及美国专利第5,658,499号(Heraeus，Inc.)，描 述了水性涂料组合物，其基本由如下组成：30wt％至80wt％的涂覆银 薄片、基本上完全水溶的粘合剂、其它添加剂和水。然而，这些组合 物无法满足当今导电油墨应用中所需的所有性能要求。

金属粉末，诸如不规则形状或球状的银粉末，过去已被制 备，但这些粉末当被配制、印刷和烧制时产生相对低的导电效率。另 外，传统的片状银粉当在85％以上的固体填充量下配制时由于过度的 粘性通常显示出差的丝网印刷特性，这导致在干燥后的印刷图案中出 现孔隙和缺陷。当大部分片状银粉被非片状粉末代替时，达到了实践 上有用的粘度改良。然而，这种代替严重削弱了导电效率。

因此，对水性导电涂料存在需求，该水性导电涂料包含高 含量的导电材料(诸如金属薄片)，并且保持优良的导电效率，同时具有 提供良好印刷特性的粘度。

发明概述

本发明涉及水性导电组合物，其包含金属薄片或微粒；碱 溶性丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物，其在有效溶剂化量的水和碱中以溶 解该丙烯酸共聚物；分散在水中的水不溶性聚合物；和任选地，膜聚 结(或湿润)剂、增塑剂或两者。

附图简述

图1是由30μm涂布器涂布的不同颜料与粘合剂(P/B)比率 涂层的电阻值图。图2是由10μm绕线棒刮涂器涂布的不同P/B比率 涂层的电阻值图。图3是导电水性配制物的图表。图4是那些配制物 的电阻值图表。

发明详述

适用于本发明的金属薄片或微粒为提供导电率的任何材 料。“薄片”是指其主要形状为片状的材料，如扫描电子显微镜所测 定的。适合的金属薄片和微粒包括任意贵金属以及在一个实施方式中 为银薄片或微粒。在另一个实施方式中，导电材料为具有3μm平均质 量直径(D50)和8.8μm 90％直径(D90)的双态(双峰，bimodal)银薄片。 “平均质量直径”(D50)为这样的直径：在该直径下按质量计50％的薄 片具有比所述值小的直径，而按质量计50％具有较大的直径。D90值 为这样的直径：在该直径下按质量计90％的薄片具有比所述值小的直 径。金属微粒可被加入，以补足双态薄片。

在一个实施方式中，金属为银(Ag)或镀银的铜，它们涂有 油酸。在另一个实施方式中，油酸在约0.05wt％至5wt％范围内以单分 子层涂布在至少三分之二的薄片表面上。

本发明水性导电组合物的粘度直接随着金属薄片的填充量 而变化。金属薄片的填充量可以表示为金属颜料(即薄片和微粒)与粘合 剂的比率。颜料与粘合剂的比率给出了金属薄片相对于酸稳定化水性 聚合物乳液中聚合物量的量。例如，包含2000g银和500g水性聚合物 乳液(其含有40％固体)的水性导电组合物，颜料与粘合剂的比率为10。

为测定银填料与粘合剂比率的影响，以银填料与粘合剂比 率范围从5至10制备了一系列水性导电组合物。用30μm涂布器和 10μm绕线棒刮涂器将水性导电组合物涂布在聚酯上，并测定电阻值。 这些电阻值在图1和2中示出。对于两种涂布方法，发现得到最佳(即 最低)电阻所使用的银填料与粘合剂的比率(即，金属填料和组合物的余 下固体含量之间的比率)在约8至约10之间，优选约9。