JPH08506206A - 水をベースとする重合体厚膜導電性インク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、水溶性熱可塑性重合体、重合体水中分散体、グリコール乾燥遅延剤、導電性金属および（または）炭素粒子の電気的に導伝性の量および水を含む水性導電性重合体厚膜（フイルム）形成性組成物に関する。高度に印刷（プリント）可能な導電性厚膜（フイルム）インクの製造におけるその組成物。

Description

【発明の詳細な説明】 水をベースとする重合体厚膜導電性インク 本発明は、一般に、導電性金属、炭素またはグラファイト粒子を含有する水性 重合体厚膜（フイルム）導電性組成物に関する。本組成物は電気回路にスクリー ニングするためにそして人体接触電極（ｈｕｍａｎ ｃｏｎｔａｃｔ ｅｌｅｃ ｔｒｏｄｅｓ）に配合するために特に有用である。 従来、水をベースとする導電性重合体厚膜（フイルム）配合物はポリエステル フイルムまたはポリカーボネートフイルム上に印刷（プリント）しそして硬化し たときに貧弱なレオロジー、貧弱な接着性そして貧弱な可撓性を典型的に示した 。それらは、また溶媒をベースとする配合物を用いて達成されることが出来る相 対的に低い電気抵抗性を提供しなかった。 上記の点からみて、従来の溶媒をベースとする厚膜（フイルム）配合物に比較 して減少した量の有機溶媒を含有しているにもかかわらず上記問題に対して解決 を提供する新規な水性組成物が重合体厚膜（フイルム）製造業界によって非常に 所望されるだろう。本発明はこの問題に対して一つの解決を提供する。この発明 は、配合物に対して滑らかな容易に展延できる被覆性品質を与えるために水をベ ースとする重合体厚膜（フイルム）形成性組成物中に水溶性熱可塑性重合体を使 用することに関する。 一つの面において、本発明は、 （ａ）約０．２５重量％〜約２０重量％の、水溶性熱可塑性重合体、 （ｂ）約１０重量％〜約７０重量％の、重合体水中分散体（ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｉｎ ｗaｔｅｒ）、 （ｃ）約２重量％〜約２０重量％の、グリコール乾燥遅延剤（ｄｒｙｉｎｇ− ｒｅｔａｒｄｅｒ ａｇｅｎｔ（ｓ））、 （ｄ）導電性金属（好ましくは銀フレーク）、炭素、およびグラファイト粒子 およびそれらの組み合わせ物から成る群から選ばれた導電性粒子の電気的に導伝 性の量であって、但し前記金属粒子の量は９０重量％を超えないことそして前記 炭素またはグラファイト粒子の量は４０重量％を超えないことを条件とする、導 電性粒子、および （ｅ）溶媒有効量の水 を含み（好ましくは、から本質的になり）、しかも前記量の各々はこの組成物の 合計重量に基づいている、水性導電性重合体厚膜（フイルム）形成性組成物に関 する。 この面および他の面は、本発明の以下の詳細な記載を読むことによって明らか になるだろう。 本発明によれば、使用中、抵抗性および印刷（プリント）適正のような優れた 膜（フイルム）の性質を提供する水性導電性重合体厚膜（フイルム）形成性組成 物が提供される。本組成物は、それらが水をベースとするので、環境的見地から 顕著な利点を提供する。これらの組成物はスクリーン印刷（プリント）（ｓｃｒ ｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）または他の従来の印刷（プリント）法に使用する高 度に印刷（プリント）可能な導電性インクとして有用である。これらのインクは 、線画（ｌｉｎｅｓ）及び間隔１２ミル幅を明瞭に印刷（プリント）する事が出 来る様な高度に印刷（プリント）可能な品質のインクである。この高度に印刷（ プリント）可能な品質は例えば、タッチパッド（ｔｏｕｃｈ ｐａｄ）回路の製 造におけるような高い性能の適用用途における電子工業によりしばしば要求され る複雑な回路パターンを有効に印刷（プリント）するために重要である。 本発明に於て有用適当な熱可塑性水溶性重合体の例はポリエチルオキシアゾリ ン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリ グリコール類、およびポリアクリル酸を包含する。 適当な重合体水中分散体の例はポリウレタン、アクリル、ポリエステル、およ びビニル、の樹脂重合体を包含する。 本発明において使用されるグリコール乾燥遅延剤の目的は、重合体厚膜（フイ ルム）が乾燥される機会に付されるまえに、シルクスクリーニングによるような 重合体厚膜（フイルム）の取扱を可能にするように乾燥処理を遅延化するためで ある。適当なグリコールタイプの乾燥遅延剤の例は、ジエチレングリコールエチ ルエーテルアセテート、ジエチレングリコールブチルエーテルアセテート、エチ レングリコールブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエ ーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールメチ ルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、フタル酸ジブチル、フ タル酸ジオクチル、フタル酸ジオシル（ｄｉｏｃｙｌ ｐｈｔｈａｌａｔｅ）、 燐酸トリプチル、１，３ブチレングリコール、プロピレングリコール、およびエ チレングリコールを包含する。これらの乾燥遅延剤は単独で使用してもよくある いはおたがいに組み合わせて用いてもよい。 銅、金、ニッケル、銀合金、銀メッキ金属類（ｓｉｌｖｅｒ ｐｌａｔｅｄ ｍｅｔａｌｓ）および銀のような任意の導電性金属粒子は、この発明の組成物に おいて使用されることが出来る。銀はほとんどの用途のために好ましい導電性粒 子である。別法として、カーボンブラックまたはグラファイトはまた、単独でま たは金属粒子と組み合わせて使用されることが出来る。 金属または炭素またはグラファイト粒子の平均粒子寸法は広い範囲にわたって 変化させることが出来るがしかし好ましくは約１ミクロン〜約５０ミクロン、さ らに好ましくは、約２ミクロン〜約２０ミクロンの範囲にある。もし金属粒子の 平均粒子寸法が約１ミクロンより小さければ電気的性質は有害に影響される可能 性がある。言い換えると、もし金属粒子があまりにも微細であれば組成物の低効 率はあまりにも高くなる可能性がある。もし金属粒子の平均粒子寸法が約５０ミ クロン以上ならば、そのときは組成物は基材に適用するにはあまりにも困難で適 用できないだろう。例えばその組成物はシルクスクリーニング等の処理中に粘り 着く傾向がある。 他の従来の少成分が導電性組成物に加えられてもよい。これらには、粘度改良 剤、および消泡性界面活性剤を包含する。この発明の最終の導電性組成物の粘度 はスクリーン印刷（プリント）可能であるためには、３０℃で約８，０００〜約 ２５，０００センチポイズが好ましい（２０ｒｐｍでのＢｒｏｏｋｆｉｅｌｄ ＲＶＴ Ｓｐｉｎｄｌｅ ＃６）。 この発明の組成物は、シルクスクリーニング、スプレー、刷毛ぬりのような種 々の技術によって、基材に適用されることができる。いったん導電性重合体厚膜 （フイルム）が基材に適用されたならば、それは良好な接着性を有する硬化 （ｃｕｒｅ）を完成するのに十分な時間の間約９３℃〜１３５℃で硬化される。 本発明の導電性組成物は慣用の剛性または可撓性の基材に適用されることが出 来る。基材が種類において可撓性であろうとまたは剛性であろうといずれにして も、基材は本組成物を適用するまえに、予備処理されなくともよくまたは任意の 他の物質で予備処理されてもよい。例 １： 銀フレークを用いての水性重合体厚膜（フイルム）形成性組成物の製造 水中のＰｅｏｘの４０％溶液をコウレス（ｃｏｗｌｅｓ）ミキサーを用いて造 った。次ぎに、この溶液は、下記の表に示されるとおりの混合物の残りの成分と ともに激しく手で混合された。得られた混合物は次ぎに３ロール粉砕機（ｍｉｌ ｌ）を通過させて所望の膜（フイルム）形成性組成物を得た。組成物成分 １００重量部あたりの量 Ｐｅｏｘ ２．８０ （ポリエチルオキシアゾリン）（１） ＡＷ ８７５（２） ２０．３８ 銀フレーク（３） ５５．２５ Ｈ₂Ｏ １６．２２ ジエチレングリコール ５．２２ モノエチルエーテル ＢＹＫ０２０（４） ０．１３ そのフイルム形成性組成物の性質は次ぎのとおりであった： 電気抵抗率 １０ミリオーム／平方 ＠１．０ミル 印刷（プリント）適正 非常に良好 接着性 ＜２％（抵抗における） 印刷（プリント）品質 良好例 ２： 銀フレークを用いる他の水性重合体厚膜（フイルム）形成性組成物の製造 Ｈ₂Ｏ中のＰＶＰ Ｋ−３０の５５重量％溶液をコウレス（ｃｏｗｌｅｓ）ミ キサーを用いて造った。この溶液を、次ぎに下記の表に示される通りの混合物の 残りの成分とともにかき混ぜた。次ぎに得られた混合物を３ロール粉砕機（ｍｉ ｌｌ）中に２回通過させて所望の膜（フイルム）形成性組成物を得た。成分 １００部あたりの部 ＰＶＰ（５） １．０９ ＡＷ ８７５ ２８．１５ エチレングリコール ７．５２ Ｈ₂Ｏ １．９６ Ｗｉｔｃｏ ７４８（６） ０．６ Ｔｒｉｔｏｎ ＣＦ−１０（７） ０．６ 銀フレーク ６０．０８ 膜（フイルム）形成性組成物の性質を次ぎのとおりであった。 粘度 １０，１５０ ＣＰＳ （ブルックフイールド ＃６ ＠２０ｒｐｍ， ２５℃） 抵抗率 １７ミリオーム／平方＠１．０ミル 接着性 ＜２（抵抗における） 可撓性 １クリーズ（ｃｒｅａｓｅ） ＋１０％ ３クリーズ ＜＋１５０％ 例 ３： 炭素粒子を用いる水性重合体厚膜（フイルム）形成性組成物の製造 Ｈ₂Ｏ中ＰＶＰ Ｋ−３０の５５％溶液かコウレス（ｃｏｗｌｅｓ）ミキサー を用いて造られた。次ぎにこの溶液を下記の表に示されるとおりの混合物の残り の成分とともにかき混ぜた。次ぎに得られた混合物を３ロール粉砕機（ｍｉｌｌ ）中に２回通過させて所望の膜（フイルム）形成性組成物を得た。成分 １００部あたりの部 炭素（ＸＣ−７２）（８） ６．２６ ＡＷ ８７５ ６０．８８ Ｔｒｉｔｏｎ ＣＦ−１０ ２．６０ ＰＶＰ Ｋ−３０ ２．４６ エチレングリコール １６．３１ Ｈ₂Ｏ １０．３４ Ｗｉｔｃｏ ７４８ １．１５ その膜（フイルム）形成性組成物の性質は次のとおりであった。 抵抗率 １７００オーム／平方＠１．０ミル 印刷（プリント）適正 良好 下記の記載は上記３例において使用された種々の商標/商品名についての出所 源のリストである。 １）“Ｐｅｏｘ”は、０６８１７−０００１コネチカット州ダンバリー、Ｏｌｄ Ｒｉｄｇｅｂｕｒｙ Ｒｏａｄ ３９のユニオンカーバイドから予かじめ手に入 れることが出来る水および溶媒可溶性重合体ポリエチルオキシアゾリンである。 ２）“ＡＷ ８７５”は０６８１７−０００１コネチカット州ダンバリーＯｌｄ Ｒｉｄｇｅｂｕｒｙ Ｒｏａｄ ３９のユニオンカーバイド市販の水中に分散さ れたビニル樹脂である。 ３）“銀フレーク”は、０２７０３マサチューセッツ州Ａｔｔｌｅｂｏｒo、Ｇ ａｒｄｎｅｒ Ｓｔｒｅｅｔ ５２のＣｈeｍeｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより 市販されている。 ４）“ＢＹＫ０２０”は、０６４９２コネチカット州Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ、 Ｓｏｕｒｔｈ Ｃｈｅｒｒｙ Ｓｔｒｅｅｔ ５２４のＢＹＫ ＣｈeｍiｅＵＳ Ａから市販の消泡剤である。 ５）“ＰＶＰ Ｋ−３０”は、０７４７０ニュージャージー州 Ｗａｙｎｅ、Ａ ｌｐｓ Ｒｏａｄ １３６１のＧＡＦ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからの市販のＨ₂Ｏ中に可溶性の、ポリビニルピロリド ン重合体である。 ６）Ｗｉｔｃｏ“Ｂｕｂｂ１ｅ Ｂｒｅａｋｅｒ ７４８”は、７７０４５テキ サス州ヒューストン、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｅｔ ３２３０の、Ｗｉ ｔｏｃｏ Ｏｒｇａｎｉｃｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎから市販の消泡剤である。 ７）“Ｔｒｉｔｏｎ ＣＦ−１０”は、０６８１７−０００１コネチカット州、 ダンバリー、Ｏｌｄ Ｒｉｄｇｅｂｕｒｙ Ｒｏａｄ ３９のユニオンカーバイ ドから市販の界面活性剤である。 ８）“ＸＣ−７２”は、０２１１０マサチューセッツ州ボストン、ＨｉｇｈＳｔ ｒｅｅｔ １２５の、キャボットコーポレーションから市販の炭素粉末である。 さらに上記例において用いられたとおりの、“接着性”試験は、インクのテス トパターンにスコッチテープを適用しそして次ぎにテープを取り除きそして抵抗 率を再測定した後の抵抗率におけるパーセント変化を言う。 同様に、“可撓性 ”は、各々の例についてシルクスクリーニングされたテストパターンをクリージ ング（ｃｒｅａｓｉｎｇ）（しわ寄せまたは折り曲げ）させた後のパーセント変 化を測定する。 本発明をその特定の態様に関して上に記載したけれども、本明細書中に開示さ れた本発明の概念から離れることなしに、多くの変更、修正および改変かなされ ることが出来ることは明らかである。従って、請求の範囲の精神および広い範囲 に入るすべてのそのような変更、修正および改変を本発明が包含することが意図 される。すべての部およびパーセンテージは他のように記載しない限り重量によ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＺ，ＦＩ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，Ｍ Ｇ，ＭＮ，ＭＷ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＫ，ＵＡ，ＶＮ (72)発明者 バウンズ，リチャード アール アメリカ合衆国91745 カリフォルニア州 ハシエンダ ハイツ，ホーリバートン 16326

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）ポリエチルオキシアゾリン、ホリビニルピロリドン、ポリビニルア ルコール、ポリアクリルアミド、ポリグリコールおよびポリアクリル酸からなる 群から選ばれた水溶性熱可塑性重合体の約０．２５重量％〜約２０重量％、 （ｂ）分散される重合体がポリウレタン樹脂重合体、アクリル樹脂重合体、ポ リエステル樹脂重合体およびビニル樹脂重合体からなる群から選ばれる、重合体 水中分散体の約１０重量％〜約７０重量％、 （ｃ）少なくとも１種のグリコール乾燥遅延剤の約２重量％〜約２０重量％、 （ｄ）導電性金属粒子、カーボンブラック粒子、グラファイト粒子およびそれ らの組み合わせ物からなる群から選ばれた導電性粒子の９０重量％より少ない量 で且つ有効な電気的に導伝性の量であって、但し前記カーボンブラック粒子、グ ラファイト粒子またはそれらの組み合わせ物の量は４０重量％を超えないことを 条件とし、そして （ｅ）水の、水溶性熱可塑性重合体（ａ）を溶解するのに有効な溶媒和量（ｓ ｏｌｖａｔｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ）、 によって特徴づけられ、しかも前記量の各々は、この組成物の合計重量に基づい ていることを特徴とする、水性導電性重合体厚膜形成性のそして印刷可能性の組 成物。 ２．前記水溶性熱可塑性重合体がポリエチルオキシアゾリンであることを特徴 とする請求の範囲第１項の組成物。 ３．前記水溶性熱可塑性重合体がポリビニルピロリドンであることを特徴とす る請求の範囲第１項の組成物。 ４．前記分散される重合体がビニル樹脂重合体であることを特徴とする請求の 範囲第１項の組成物。 ５．前記グリコール乾燥遅延剤がエチレングリコールであることを特徴とする 請求の範囲第１項の組成物。 ６．前記導電性粒子が銀フレークであることを特徴とする請求の範囲第１項の 組成物。 ７．粘度改良剤および消泡性界面活性剤をさらに含むことを特徴とする請求の 範囲第１項の組成物。 ８．前記導電性粒子が約１ミクロン〜約５０ミクロンであることを特徴とする 請求の範囲第１項の組成物。 ９．前記組成物を基材に適用しそして高められた温度（ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔ ｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で前記組成物を乾燥して前記基材上に重合体厚膜導電性 インクを提供することを特徴とする請求の範囲第１項の組成物を使用する方法。 10． 前記高められた温度が７０゜Ｆ（２１．１℃）〜３００゜Ｆ（１４８． ９℃）であることを特徴とする請求の範囲第９項の方法。