使用交联的聚(乙烯醇缩丁醛)底漆层增强银纳米粒子墨水在塑料衬底上的粘附力的方法技术

包含聚乙烯醇缩丁醛的底漆层增强银纳米粒子墨水到塑料衬底(5)上的粘附力。底漆层包含具有约18重量％至约21重量％的聚乙烯醇含量的聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂。PVB树脂还可以具有大于约70℃的玻璃化转变温度。任选地，PVB底漆层还可以通过使用三聚氰胺‑甲醛树脂的交联来强化。在具有PVB底漆层的塑料衬底上形成的导电轨迹(1)表现出可接受的交叉影线粘附力评级，在暴露于4天盐雾老化或1天高湿度老化后观察到很少至没有观察到粘附力降低。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用交联的聚(乙烯醇缩丁醛)底漆层增强银纳米粒子墨水在塑料衬底上的粘附力的方法领域本公开涉及银纳米粒子墨水组合物及其用途。更具体地，本公开涉及包括涂布在塑料衬底上的银纳米粒子墨水的电子部件和增强对其粘附力的方法。背景本章节中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可以不构成现有技术。导电墨水正越来越多地用于形成在多种2-D和3-D电子应用中的印刷元件，如天线或传感器。然而，导电墨水对塑料衬底材料如低成本聚碳酸酯的粘附力较差，并且可能限制与印刷元件相关联的使用寿命。一般地，正在采用两种类型的导电墨水，即聚合物厚膜(PTF)糊料和金属纳米粒子墨水。PTF糊料通常由分散在聚合物粘合剂中的微米尺寸金属片组成。聚合物粘合剂的使用允许固化的PTF糊料粘附至多种衬底材料。然而，这些聚合物粘合剂还作为绝缘体，并且对由印刷导电元件表现出的导电性具有副作用。相比之下，金属纳米粒子墨水一般包含非常少量至不包含聚合物粘合剂。因此，在烧结纳米粒子墨水后，通常获得高水平的导电性。然而，该导电性增加是以对衬底材料的粘附力为代价获得的。塑料衬底材料的使用降低可以用于使导电墨水固化的烧结温度。低成本、温度敏感的塑料衬底的使用要求导电墨水在暴露于低退火或烧结温度后表现出墨水对衬底的良好粘附力以及保持高导电性(即低电阻率)。概述本公开总体上提供在衬底上形成导电轨迹(conductivetrace)的方法以及由其形成的功能性层状复合物。所述方法包括提供衬底；将底漆层涂布到所述衬底的表面上；使所述底漆层至少部分地固化；将银纳米粒子墨水涂布到所述底漆层上；以及将所述银纳米粒子墨水退火以形成导电轨迹，使得所述导电轨迹表现出4B以上水平的粘附力，备选地，5B水平的粘附力。所述底漆层含有聚乙烯基共聚物，所述聚乙烯基共聚物包含多个聚乙烯醇缩丁醛(PVB)链段、聚乙烯醇链段和任选地包含聚乙酸乙烯酯链段。基于所述聚乙烯基共聚物的重量，所述聚乙烯醇链段以约18重量％至约21重量％的量存在。当需要时，所述导电轨迹可以表现出大于约1.5x102N/m的剥离强度。所述聚乙烯基共聚物还可以具有大于约70℃的玻璃化转变温度。可以使用旋涂、浸涂、喷涂、印刷或流涂技术将所述底漆层涂布至所述衬底，并且可以使用模拟或数字印刷法将所述银纳米粒子墨水涂布到至少部分固化的底漆层上。当需要时，所述方法还包括在所述底漆层的涂布之前使用大气压/空气等离子体、火焰、大气压化学等离子体、真空化学等离子体、UV、UV-臭氧、热处理、溶剂处理、机械处理或电晕放电工艺处理所述衬底的表面。根据本公开的一个方面，所述底漆层在不大于120℃的温度至少部分地固化在约2分钟至约60分钟之间的范围内的时间段。所述至少部分固化的底漆层可以具有约50纳米至约1微米之间的平均厚度。所述底漆层可以任选地包含所述底漆层的重量的约0.05重量％至约10.0重量％的量的交联剂。所述交联剂可以包括烷基化的三聚氰胺-甲醛(MF)树脂、酚醛树脂、环氧树脂、二醛或二异氰酸酯中的至少一种。根据本公开的另一方面，所述导电轨迹在暴露于在60℃具有90％相对湿度的高湿度环境至少一天后可以表现出5B粘附力。备选地，所述导电轨迹在暴露于在盐雾试验中的4天老化后表现出5B粘附力。所述衬底是可以选择为来自由以下各项组成的组中的一种的塑料衬底：聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺、或聚酯、聚酰亚胺、乙烯基聚合物、聚苯乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚氨酯、环氧类聚合物、聚乙烯醚、聚醚酰亚胺(PEI)、聚烯烃或聚偏二氟乙烯(PVDF)树脂。所述银纳米粒子墨水包含平均粒径在约2纳米(nm)至约800纳米的范围内的银纳米粒子；任选地，所述银纳米粒子中的一个或多个至少部分地被亲水性涂层包围。所述银纳米粒子可以在退火后不完全融合。根据本公开的另一方面，功能性导电层状复合物可以包括根据上述教导形成并且在本文中进一步限定的导电轨迹。所述功能性导电层状复合物可以起到天线、电子器件的电极或使两个电子部件互连的作用。根据本公开的又一方面，形成功能性导电层状复合物的方法包括：提供塑料衬底；将底漆层涂布至所述塑料衬底的表面；使所述底漆层在处于或低于120℃的温度至少部分地固化；将银纳米粒子墨水涂布到所述底漆层上；将所述银纳米粒子墨水在处于或低于120℃的温度退火以形成导电轨迹，使得所述导电轨迹表现出5B水平的粘附力；以及将所述导电轨迹并入到功能性导电层状复合物中。所述导电轨迹在暴露于在60℃具有90％相对湿度的高湿度环境10天后还可以表现出5B粘附力。在所述层状复合物中的所述塑料衬底可以是聚碳酸酯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物(ABS)、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺、乙烯基聚合物、聚苯乙烯、聚醚醚酮(PEEK)、聚氨酯、环氧类聚合物、聚乙烯醚、聚醚酰亚胺(PEI)、聚烯烃或聚偏二氟乙烯(PVDF)物质。所述底漆层包含根据式F-1的聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇和聚乙酸乙烯酯聚合物链段，以及任选的交联剂，其中下标x、y和z表示链段在所述底漆层中的重量百分比，使得x＝77-82重量％；y＝18-21重量％，以及z＝0-2重量％。所述至少部分固化的底漆层具有约50纳米至约1微米之间的平均厚度。用于所述层状复合物的所述银纳米粒子墨水包含具有在约2纳米至约800纳米的范围内的平均粒径的银纳米粒子。所述银纳米粒子可以在退火后不完全融合。另外的适用领域根据本文提供的描述将变得明显。应理解，描述和具体实例仅用于举例说明的目的，而不打算限制本公开的范围。附图本文所述的附图仅用于举例说明的目的，而不打算以任何方式限制本公开的范围。图1是在暴露于盐雾和温度/湿度(即湿热)试验后无法粘附至衬底的印刷银墨水天线的立体图。图2是描述根据本公开的教导的增强粘附力的方法的示意图。图3A是涂布到聚碳酸酯衬底上的银纳米粒子膜中的银纳米粒子在退火前的扫面电子显微术(SEM)图像。图3B是涂布到聚碳酸酯衬底上的银纳米粒子膜中的银纳米粒子在120℃退火后的扫面电子显微术(SEM)图像。图3C是涂布到聚碳酸酯衬底上的银纳米粒子膜中的银纳米粒子在180℃退火后的扫面电子显微术(SEM)图像。图4A是涂布至用异丙醇清洁的聚碳酸酯衬底的比较退火银纳米粒子墨水的胶带粘附力试验后的横切区域的平面图。图4B是涂布至用异丙醇清洁并且用空气等离子体处理的聚碳酸酯衬底的比较退火银纳米粒子墨水的胶带粘附力试验后的横切区域的平面图。图5A是在暴露于盐雾试验后的退火的涂布在PVB底漆层(MowitalTMTMB16H)上的银纳米粒子墨水的胶带粘附力试验后的横切区的平面图。图5B是在暴露于盐雾试验后的退火的涂布在PVB底漆层(ButvarTMB98)上的银纳米粒子墨水的胶带粘附力试验后的横切区的平面图。图6A是在10天湿度老化后的退火的涂布到具有MF树脂交联的PVB底漆层的塑料衬底上的银纳米粒子墨水的胶带粘附力试验后的横切区的平面图。图6B是在4天盐雾老化后的退火的涂布到具有MF树脂交联的PVB底漆层的塑料衬底上的银纳米粒子墨水的胶带粘附力试验后的横切区的自上而下的详细视图。图7是在10天湿度老化后的退火的涂覆到具有交联的PVB底漆层的聚碳酸酯衬底上的银粒子墨水的气溶胶喷射印刷天线的平面图。详述以下描述实际上仅是示例性的，并且不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在衬底上形成导电轨迹的方法，所述方法包括：提供所述衬底；将底漆层涂布到所述衬底的表面上；所述底漆层含有聚乙烯基共聚物，所述聚乙烯基共聚物包含多个聚乙烯醇缩丁醛链段和聚乙烯醇链段，和任选的聚乙酸乙烯酯链段，其中基于所述聚乙烯基共聚物的重量，所述聚乙烯醇链段以约18重量％至约21重量％的量存在；使所述底漆层至少部分地固化；将银纳米粒子墨水涂布到所述底漆层上；以及将所述银纳米粒子墨水退火以形成所述导电轨迹；其中所述导电轨迹表现出4B以上水平的粘附力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.12 US 15/043,4601.一种在衬底上形成导电轨迹的方法，所述方法包括：提供所述衬底；将底漆层涂布到所述衬底的表面上；所述底漆层含有聚乙烯基共聚物，所述聚乙烯基共聚物包含多个聚乙烯醇缩丁醛链段和聚乙烯醇链段，和任选的聚乙酸乙烯酯链段，其中基于所述聚乙烯基共聚物的重量，所述聚乙烯醇链段以约18重量％至约21重量％的量存在；使所述底漆层至少部分地固化；将银纳米粒子墨水涂布到所述底漆层上；以及将所述银纳米粒子墨水退火以形成所述导电轨迹；其中所述导电轨迹表现出4B以上水平的粘附力。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电轨迹表现出5B水平的粘附力，优选地其中所述导电轨迹在(a)暴露于在60℃具有90％相对湿度的高湿度环境至少一天和(b)暴露于在盐雾试验中的4天老化中的至少一种后表现出5B粘附力。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电轨迹表现出大于1.5x102N/m的剥离强度。4.根据权利要求1所述的方法，其中使用旋涂、浸涂、喷涂、印刷或流涂技术将所述底漆层涂布至所述衬底，并且使用模拟或数字印刷法将所述银纳米粒子墨水涂布到至少部分固化的底漆层上。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述底漆层在不大于120℃的温度至少部分地固化在约2分钟至约60分钟之间的范围内的时间段。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述底漆层还包含所述底漆层的重量的约0.05重量％至约10重...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴贻良，巴里·C·马修斯，迈克尔·A·奥尔，米格尔·A·莫拉莱斯，莱昂纳德·亨利·拉奇洛夫斯基，詹姆斯·保罗·斯科尔斯，布鲁斯·福斯特·毕少普，杰瑞·L·摩尔，
申请(专利权)人：泰连公司，
类型：发明
国别省市：美国,US