可拉伸导电油墨组合物制造技术

本文公开的是包含聚合物、导电薄片、添加剂和任选存在的导电珠粒的可拉伸导电油墨组合物，其中在伸长之前测量初始电阻率，并且其中50％伸长率下的电阻率是初始电阻率的约10倍或更小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可拉伸导电油墨组合物
技术介绍
在电子工业中，需要印刷的导电材料的新商业应用不断涌现。这些商业应用中的一些是用于射频识别(“RFID”)标签的印刷天线、印刷晶体管、太阳能电池、模内电子产品和可穿戴电子产品。这些印刷的导电材料通常是通过使用特定的印刷工艺来印刷导电油墨而生产的。导电油墨通常是基于颗粒的，基于导电颗粒的，所述颗粒通常被单独合成然后被掺入到油墨配制物中。然后调整所得导电油墨的性能，以用于特定的印刷工艺和最终用途。通常，印刷工艺需要特定的粘度以允许印刷组合物。可以通过这些特定印刷工艺之一将导电油墨选择性地施用到所需基材上。可拉伸导电油墨特别是在两个主要领域中有需求：1)模内应用，其包括用于家用电器的面板、用于汽车和航空航天应用的仪表板和按钮、以及用于工业控制的界面；和2)可穿戴应用，其包括但不限于纺织应用和可穿戴医疗装置。现有的导电油墨对于模内和可穿戴应用的有用性受到限制，因为油墨的导电性在相对低的伸长率下损失(即，油墨不可拉伸)。市售可得的导电颗粒包括银薄片，该银薄片通常用硬脂酸或油酸进行表面改性，以使得能够研磨并在储存期间避免冷焊。然而，这种表面处理不能改善组合物的拉伸或导电性，并且仅对于将粉末分散在基质中有用。当固化或干燥时，典型的导电油墨是高度填充的复合材料，其可包含大于50％的无机导电填料。即使当使用高伸长率的聚合物基质时，与不含填料的聚合物相比，这种高度填充的复合材料仍然可以具有低得多的伸长率。因此，导电油墨组合物的可拉伸性随着填料负载的增加而降低，因为填料颗粒将变得更靠近在一起，并且伸长率受到导电填料的刚性以及填料颗粒与聚合物粘合剂之间的强粘合的限制。进一步地，导电油墨组合物的导电性取决于形成连续的导电路径的导电填料之间的接触。在拉伸导电油墨组合物的同时保持这些连续的路径是具挑战性的。因此，仍需要这样的可拉伸导电油墨，其在拉伸后保持导电性并且具有更高的电和机械失效伸长率。
技术实现思路
本文提供了包含聚合物、导电薄片和添加剂的可拉伸导电油墨组合物。在伸长之前测量可拉伸导电油墨组合物的初始电阻率，并且50％伸长率下的电阻率是初始电阻率的约10倍或更小。在替代实施方案中，提供了一种可拉伸导电油墨组合物，其包含聚合物、导电薄片、导电珠粒和添加剂。在伸长之前测量可拉伸导电油墨组合物的初始电阻率，并且50％伸长率下的电阻率不超过初始电阻率的约10倍。附图说明图1描绘了与添加了1体积％氟硅烷的对照组合物相比，对照组合物的电阻(欧姆)对伸长百分率的图；图2描绘了与添加了1体积％氟硅烷和10体积％200nm银球的对照组合物相比，对照组合物的电阻(欧姆)对伸长百分率的图；图3描绘了与包含3体积％添加剂KenrichKR-55(“KR-55”)的对照组合物相比，对照组合物的电阻(欧姆)对伸长百分率的图；并且图4描绘了与添加了3体积％添加剂KR-55和10体积％的200nm银球的对照组合物相比，对照组合物的电阻(欧姆)对伸长百分率的图。具体实施方式本文提供了可拉伸导电油墨组合物，其包含添加剂和任选存在的导电珠粒以提高油墨组合物的可拉伸性。特别地，本文公开的油墨组合物中的添加剂和任选存在的珠粒使油墨在油墨被拉伸时保持其导电性。令人惊讶地发现，油墨组合物的导电颗粒和聚合物基质之间的相互作用是油墨组合物被拉伸时的导电性的限制因素。因此，本文公开的油墨组合物中所包含的添加剂降低了油墨的导电颗粒与聚合物基质之间的相互作用，从而使组合物具有更好的断裂伸长率。此外，任选存在的导电珠粒允许导电薄片相对于彼此移动，同时保持导电路径。特别是，本文公开的是包含聚合物、导电薄片和添加剂的可拉伸导电油墨组合物，其中在伸长之前测量初始电阻率，并且其中50％伸长率下的电阻率是初始电阻率的约10倍或更小。在替代实施方案中，公开了包含聚合物、导电薄片、导电珠粒和添加剂的可拉伸导电油墨组合物，其中在伸长之前测量初始电阻率，并且其中50％伸长率下的电阻率不超过初始电阻的约10倍。导电薄片本文使用的导电薄片可以选自本领域已知的各种导电薄片。导电薄片可以是导热的、导电的、热绝缘的、电绝缘的或它们的各种组合。在优选的实施方案中，导电薄片是导电的。示例性导电填料包括但不限于：银、铜、金、钯、铂、镍、涂金或银的镍、碳黑、碳纤维、石墨、铝、氧化铟锡、涂银的铜、涂银的铝、涂金属的玻璃球、涂金属的填料、涂金属的聚合物、涂银的纤维、涂银的球、掺锑的氧化锡、导电纳米球、纳米银、纳米铝、纳米铜、纳米镍、碳纳米管及它们的混合物。导电薄片可以由金属或碳制成。优选地，导电薄片是银、铝、碳、镍、铜、石墨薄片或它们的组合。更优选地，导电薄片是银薄片。在一个实施方案中，导电薄片是不同尺寸的银薄片的混合物，例如可从Ferro商购获得的SF-80和可从Metalor商购获得的SF-AA0101的混合物。导电薄片可以是薄片、树枝状或针型填料薄片的几何形式。特别地，导电薄片可以具有在约0.9至1.1的范围之外、优选地大于约1.1的长宽比。导电薄片将使油墨具有较高的粘度，此时固化的组合物较硬并且因此具有较低的可拉伸性。然而，增加的导电薄片负载也将提高组合物的导电性。因此，在确定要包含在组合物中的导电薄片的适当量时，有必要平衡这两个因素。优选地，基于整个组合物，导电薄片以约20体积％至约90体积％、例如约30体积％至约70体积％、例如约40体积％至约60体积％的量存在于组合物中。添加剂本文公开的导电油墨组合物中包含的添加剂将减小薄片与聚合物的相互作用，同时保持薄片与薄片的接触；因此，当油墨组合物被拉伸时，该添加剂使组合物的导电性得以保持，即该添加剂将提高油墨组合物的可拉伸性。然而，添加剂通常会提高导电油墨组合物的初始电阻率。优选地，选择包含在导电油墨组合物中的添加剂将不会显著提高导电油墨组合物的初始电阻率。特别地，添加剂可以是增塑剂、偶联剂、表面活性剂或它们的组合。增塑剂可用于本文公开的导电油墨组合物中，因为它们被均匀地分散在聚合物中，减少了与导电薄片的相互作用，并且通常对导电性有很大的影响。优选地，增塑剂可以选自来自BASFChemicals的PluracolV10，如下所示，二甘醇二苯甲酸酯(来自EastmanChemical的Benzoflex2088)，如下所示，和2000分子量的氢化聚丁二烯二醇(来自NissoChemical的GI2000)或它们的组合。表面活性剂——特别是非离子表面活性剂——可用于本文公开的导电油墨组合物中，因为当添加时它们在薄片-聚合物界面上集中，它们降低了聚合物与导电薄片的相互作用。优选地，包含与聚合物具有弱相互作用的表面活性剂。优选地，包含在组合物中的表面活性剂可以选自：根据下式的表面活性剂(可从Croda,Inc.以Tween61商购获得)、根据下式的表面活性剂(可从Croda,Inc.以Span60商购获得)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可拉伸导电油墨组合物，其包含：/n聚合物，/n导电薄片，和/n添加剂，/n其中初始电阻率是在伸长之前测量的，/n其中约50％伸长率下的电阻率是初始电阻率的约10倍或更小，并且/n其中所述添加剂和所述聚合物的溶解度参数差大于约2。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190118 US 62/794,1811.可拉伸导电油墨组合物，其包含：
聚合物，
导电薄片，和
添加剂，
其中初始电阻率是在伸长之前测量的，
其中约50％伸长率下的电阻率是初始电阻率的约10倍或更小，并且
其中所述添加剂和所述聚合物的溶解度参数差大于约2。


2.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中所述导电薄片包含银、铝、碳、镍、铜、石墨或它们的组合。


3.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中约100％伸长率下的电阻率小于约100欧姆*cm。


4.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中所述初始电阻率在约1x10-3至约1x10-5欧姆*cm的范围内。


5.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中所述添加剂为增塑剂、偶联剂或表面活性剂。


6.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，进一步包含有机溶剂。


7.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中直到伸长率达到大于约50％，导电性才损失。


8.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中所述导电薄片以约20体积％至约90体积％的量存在于所述组合物中。


9.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中所述添加剂以约0.01体积％至约10体积％的量存在于所述组合物中。


10.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中所述添加剂以约0.10体积％至约0.3体积％的量存在于所述组合物中。


11.根据权利要求1所述的可拉伸导电油墨，其中所述聚合物是热塑性聚氨酯。


12.根据权利要求1所述的可拉伸导电...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·P·克罗斯，张文华，杨展航，欧阳江波，陈聿，L·M·赫尔伯特，D·L·古斯塔夫森，
申请(专利权)人：汉高知识产权控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE