用于制备导电涂层的可印刷组合物及其制备方法技术

本发明专利技术涉及基于在含水配制剂中的碳纳米管和至少一种聚合物分散剂的用于制备导电涂层的可印刷组合物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及基于在含水配制剂(Formulierung)中的碳纳米管和至少一种聚合物 分散剂(Dispergierhilfsmittel)的用于制备导电印刷图像的油墨及其制备方法。具有导电性质的表面在经济应用中具有高的普遍性，例如在电开关电路、传感器 和加热回路的制备中。就此而言，使用各种方法将导体电路施加到该表面上。然而，对于已知产品常见的 是，所得到的导电性质是基于金属或半导体涂层材料的。对于前述产品必要的是其通常高的普遍性。因此所用的材料和方法必须能够以尽 可能最低的成本制备所得到的组件，以廉价满足该高需求。使其称为可能的方法是例如用 于制备导电涂层的常规丝网印刷方法。该需要导致在一些应用领域中在构件上使用金属导体(特别是贵金属导体)是不 利的，特别是从价格的角度来看。近来已经已知的应用为例如人们所说的“射频识别”标签 (简称RFID标签)。其是基本上用于储存和转移涉及它们所处物品的数据的无源或有源电 子元件。存在以下研究，依照其，仅欧洲在2008年，就有超过2600亿各个产品，据称多达 5%的(即130亿)装备有这些构件之一。(新闻稿，“Enorme Wachstrumsraten fur RFID-Markt in Europa“，SOREON Research GmbH, Frankfurt am Main, 2004 年 5 月 10 日)尤其可以预期对于很多这些产品，该构件被施加到在将其所含的产品使用过之后 必须经处置的包装物上。因此，金属导体或半导体产品在其处置中是不利的，因为其难于完 全烧尽。另一方面，基本由容易燃烧掉的物质组成的构件将会在此处提供优点。这些的适 合实例将会是基于炭黑或石墨或本专利技术中给出的特定碳纳米管的导电糊状物或油墨。用于该涂层的良好导电率的先决条件是在每一情况中用于该涂层的配制剂中的 导电颗粒的微细分散及其高的比导电率。在US 2006/124028 Al中，公开了用于此目的的油墨，其使用碳纳米管用于喷墨打 印机。此处油墨的特征在于0. 02 0. 07N/m的表面张力和在25°C时0. 001 0. 03Pa · s 的粘度。所公开的碳纳米管的含量在宽界限内，为0.1 30重量％。该油墨具有不超过 0. 03Pa · s的粘度，因此不适用于丝网印刷。为此目的将会需要为IPa · s量级的粘度。在US 2005/284232 Al中，公开了包含碳纳米纤维的导电涂层。该涂层据信通过 刷涂、辊涂或喷雾适合的油墨而施加。未公开该油墨用于丝网印刷的可能性。该油墨在与 该基材类似的基体中具有4 12重量％的碳纳米纤维含量，该基材在此处例如聚氨酯、聚 酰亚胺、氰酸酯及其它有机物。未公开关于与丝网印刷相关的参数，例如粘度或在特定基材 上的表面张力。公开了能够通过溶解该基体而降低粘度。在WO 2005/119772 A2中，公开了包含碳纳米管的油墨，其中所用的碳纳米管具有 不超过20nm的外径且以彡10重量％的浓度使用。该后处理温度公开为大于75°C，且其应 当持续至少10分钟。此外，公开了用于例如丝网印刷的油墨的组成，其尤其使用纤维素的 衍生物，以在所得到的配制剂中实现或获得分散。依照该公开内容的在处理之后该油墨所4得到的表面电阻最大值为IOk Ω/m。在WO 2005/029528 Al中，公开了包含碳纳米管的油墨或糊状物，通过各种用于制 备电极的印刷技术(例如丝网印刷)将其施加到表面上。所公开的油墨是包含碳纳米管和 无机助剂的含水配制剂，或包括在有机溶剂中的碳纳米管和有机聚合物助剂的配制剂。所 用的碳纳米管是通常对于本领域技术人员公知的类型。该油墨的关于粘度、表面张力和导 电率的物理性质未公开。所公开的油墨是不利的，因为其要么存在于有机溶剂以及因此潜 在存在环境风险，要么其包括无机助剂，例如A1203、SiO2，其是不导电的并且也不易于在后 处理过程中除去。因此能够假设该印刷图像的导电性与没有这些助剂的油墨相比是不利 的。在上面列出的现有技术中，通常将圆柱状的碳纳米管用于制备油墨。这些碳纳米 管是单壁的(称作“单壁碳纳米管”-SWNT)或多壁的(称作“多壁碳纳米管”-MWNT)碳纳 米管结构，如Ijima在公开文件(公开文件S. Ijima, Nature 354，56-58，1991)中描述的 那样。这些已知的碳纳米管的特征在于其涉及其中一个或多个封闭的同心设置的石墨烯层 为该碳纳米管结构基础的碳纳米管结构。因此存在这样的目标，也即提供包括特定碳纳米管的油墨，其非常适用于工业规 模的印刷方法，例如丝网印刷，并与现有技术相比表现出改进的导电率且是环境技术上不 让人担心的。令人惊奇地，已经发现通过用于产生导电印刷图像的油墨能够实现该目标，该油 墨包含特定比例的具有之前未描述过的聚集成堆并卷起的若干个石墨烯层的内部结构 (多卷轴型)的特定碳纳米管且包括在含水配制剂中的一定比例的至少一种聚合物分散 剂。本专利技术提供了基于在含水配制剂中的碳纳米管和至少一种聚合物分散剂的用于 制备导电涂层的可印刷组合物，其特征在于该碳纳米管中的至少五分之一是由碳纳米管构 成，该碳纳米管具有含若干个石墨烯层的分子结构(多卷轴型)，所述石墨烯层以汇集成叠 层并卷起的形式存在。与本专利技术相关的术语印刷图像表示在表面上的结构，其已经通过公知的印刷技术 施加到该表面上。因此印刷图像还包括已经通过印刷技术施加到表面上的导体电路。因此 该术语在其创造性方面不应当以其限制性方式理解。该特定的多卷轴型碳纳米管是指例如由迄今为止尚未公开的具有官方申请号 102007044031. 8的德国专利申请提供的碳纳米管及其聚集体。其关于该碳纳米管及其制备 的内容由此包括在本申请的公开内容中。该多卷轴型的特定碳纳米管能够以与本身已知的 其它类型的碳纳米管(即单壁CNT和/或多壁CNT)的混合物使用。与已知的CNT结构不同，在其横截面中来看这些特定碳纳米管中的各个石墨烯层 或石墨层从该碳纳米管的中心连贯地延伸到其外部边缘而没有中断。这能够使得可以例如 在该管结构中改进和更快速地插入其它材料，因为与已知的碳纳米管相比能够得到更开放 的边缘作为用于插入的进入区域。令人惊奇的是，通过这些性能，与该聚合物分散剂相结合，实现了所得到的油墨的 良好分散性和均勻性。该术语油墨下面也用于简化代替术语可印刷组合物。该碳纳米管在依照本专利技术的油墨中可以以经处理或未经处理的形式存在。如果其5经过处理，优选预先经过氧化剂的处理。该氧化剂优选为硝酸和/或过氧化氢，该氧化剂特 别优选为过氧化氢。优选含具有超过5，优选超过100的长度对外径比的碳纳米管的组合物。所用的碳纳米管优选在该情况中具有3 lOOnm，特别优选5 80nm，最特别优选 6 60nm的平均外径。该特别的碳纳米管通常至少部分作为聚集体存在于依照本专利技术的该油墨中。优选 小于15数量％的该碳纳米管作为聚集体存在。特别优选小于5数量％的该碳纳米管作为 聚集体存在。如果该碳纳米管作为聚集体存在于该油墨中，其优选具有基本上<5 μ m，特别优 选< 3 μ m的直径。最特别优选该聚集体直径< 2 μ m。小比例的尽可能小聚集体是有利的，因为作为其结果，在依照本专利技术使用时，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于在含水配制剂中的碳纳米管和至少一种聚合物分散剂的用于制备导电涂层的可印刷组合物，其特征在于，该碳纳米管中的至少五分之一是由这样的碳纳米管构成的，该碳纳米管具有含数个石墨烯层的分子结构，所述石墨烯层以汇集成叠层并卷起的形式存在。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S巴恩米勒，S艾登，O贝伦德，DD兰登，M博尔，
申请(专利权)人：拜尔材料科学股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]