柔性導(dǎo)電油墨的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于薄膜觸摸開關(guān)或柔性印刷的線路板應(yīng)用中的柔性導(dǎo)電油墨組合 物。所述組合物包含粘結(jié)劑和導(dǎo)電填料，其中所述填料中的至少一部分為鍍銀的導(dǎo)電顆粒。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子工業(yè)需要導(dǎo)電油墨同時(shí)具有良好的初始電導(dǎo)率和良好的柔性。需要良好的柔 性從而當(dāng)由導(dǎo)電油墨制得的電路被壓縮入更輕、更薄且更小的最新電子器件的外殼中時(shí)可 被彎曲。通常柔性導(dǎo)電油墨組合物使用柔性樹脂粘結(jié)劑來實(shí)現(xiàn)柔性。使用柔性樹脂的缺 點(diǎn)是所述樹脂具有低表面硬度和差的防刮擦性，這些性能對(duì)于終端使用的電子應(yīng)用是必需 的。含鹵樹脂具有較高的表面硬度，但在環(huán)境方面鹵素的存在通常是不希望的。
[0003] 為了獲得良好的初始電導(dǎo)率，需要具有低表面積和高振實(shí)密度的純銀片。然而，使 用具有低表面積和高振實(shí)密度的導(dǎo)電銀片對(duì)導(dǎo)電油墨的柔性具有不利影響。而且，銀的成 本非常高。電子工業(yè)已經(jīng)開始在導(dǎo)電油墨中使用鍍銀的銅來取代銀以達(dá)到成本降低。該方 法的問題是：與銀相比，銅具有相當(dāng)大的剛性。銅的體積彈性模量為I. 378X10nNm2,銀的 體積彈性模量為1.036 X IO11Nm 2。這意味著與純銀顆粒的油墨相比，具有鍍銀的銅顆粒的 導(dǎo)電油墨具有相當(dāng)更小的柔性。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的一些組合物與純銀填料一起使用在有機(jī)溶劑中的聚酯樹脂或苯氧 基樹脂，或苯氧基樹脂和聚氨酯樹脂的組合。這些組合物的薄片電阻率很低且其柔性從良 好到適當(dāng)。對(duì)于含有聚氨酯的組合物，聚氨酯的存在導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg)的降低和機(jī) 械性能的折衷。對(duì)于所有其中僅使用銀塊以具有良好的電導(dǎo)率和柔性的組合物，成本是個(gè) 問題。簡(jiǎn)單降低銀負(fù)載量不能解決成本問題，因?yàn)榻档豌y負(fù)載量導(dǎo)致較差的薄膜性能和較 低的電導(dǎo)率。這造成了對(duì)用于薄膜觸摸開關(guān)和柔性電路板的具有合適性能以及與僅含有銀 塊負(fù)載量的組合物相比成本更低的導(dǎo)電組合物的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明涉及柔性導(dǎo)電油墨組合物，其包含：(A)樹脂粘結(jié)劑，（B)鍍銀的核導(dǎo)電顆 粒，以及（C)表面積為至少1.0 mVg的導(dǎo)電顆粒；其特征在于，與不含（C)導(dǎo)電顆粒的組合 物的柔性相比，所述組合物的柔性更高。根據(jù)需要在所述組合物的制備中加入溶劑以達(dá)到 用于混合和分配的可用粘度。本發(fā)明組合物的各組分的重量百分?jǐn)?shù)不包括溶劑。
[0006] 與不含表面積為至少1.0 mVg的導(dǎo)電顆粒的相同組合物相比，這些組合物獲得了 良好的初始電導(dǎo)率和經(jīng)改善的柔性，并且與僅使用銀塊的組合物相比，它們的成本更低。本 發(fā)明的柔性導(dǎo)電油墨組合物特別適合用于薄膜觸摸開關(guān)應(yīng)用，所述薄膜觸摸開關(guān)被廣泛用 于鍵盤和電子開關(guān)，因?yàn)樗鼈兲峁┝烁唠妼?dǎo)率、高柔性和低成本。
[0007] 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案是制備用于薄膜觸摸開關(guān)器件或柔性電路的導(dǎo)電薄膜 的方法。所述方法包括將本發(fā)明的柔性導(dǎo)電組合物（根據(jù)需要具有溶劑）分散在薄膜觸摸 開關(guān)基材上以形成導(dǎo)電電路和/或電極，并然后干燥所述組合物以除去溶劑。 具體實(shí)施方案
[0008] 在本說明書和權(quán)利要求書中的表面積為至少I. 0m2/g的導(dǎo)電顆粒可以是指大表面 積（large surface area)的導(dǎo)電顆粒，或LSA導(dǎo)電顆粒；表面積小于I. 0m2/g的導(dǎo)電顆粒 可以是指小表面積（small surface area)的導(dǎo)電顆粒，或SSA導(dǎo)電顆粒；以及組合物的各 組分的重量百分?jǐn)?shù)是干組合物的重量百分?jǐn)?shù)，即不包括溶劑。
[0009] 合適的粘結(jié)劑樹脂是熱塑性樹脂，選擇以達(dá)到目標(biāo)終端使用所需的電導(dǎo)率和柔性 以及適當(dāng)?shù)膲簩?shí)或耐刮擦性。合適的熱塑性聚合物包括但不限于：聚酯、苯氧基樹脂、酚 醛樹脂、丙烯酸類聚合物、丙烯酸類嵌段共聚物、具有叔烷基酰氨基官能團(tuán)的丙烯酸類聚合 物、聚硅氧烷聚合物、聚苯乙烯共聚物、聚乙烯聚合物、二乙烯基苯共聚物、聚醚酰胺、聚乙 烯醇縮醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯丙酮醇、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、亞甲基聚 乙烯基醚、醋酸纖維素、苯乙烯丙烯腈共聚物、無定形聚烯烴、熱塑性聚氨酯、聚丙烯腈、乙 烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯三元共聚物、官能化的乙烯乙酸乙烯酯共聚物、 乙烯丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸酯三元共聚物、乙烯-丁二烯共聚物和/或嵌段共聚物， 苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
[0010] 合適的市售粘結(jié)劑包括以產(chǎn)品牌號(hào)ESTANE 5703P銷售的那些，它們是購自The Lubrizol Corporation, Cleveland, Ohio, USA 的熱塑性聚氨酯；以產(chǎn)品牌號(hào) Vitel 220B 銷 售的那些，它們是獲自Bostik Findley, Inc的聚酯型熱塑性樹脂；以及以產(chǎn)品牌號(hào)PKHB、 PKHC、PKHH、PKHJ和PKFE銷售的那些，它們是購自Inchem, South Carolina, USA的苯氧基 樹脂。
[0011] 優(yōu)選的粘結(jié)劑是苯氧基樹脂，因?yàn)樗哂械头磻?yīng)性或沒有反應(yīng)性，以及合適的硬 度。
[0012] 所有粘結(jié)劑的含量為全部干組合物的2-60重量％ ;在另一個(gè)實(shí)施方案中所有粘結(jié) 劑的含量是全部干組合物的5-30重量％。
[0013] 表面積小于1.0 mVg的導(dǎo)電顆粒是指小表面積的SSA導(dǎo)電顆粒，并且通常被用作 單質(zhì)導(dǎo)電顆粒例如銀的替代物以降低成本。所述SSA顆?？删哂袑?dǎo)電核或非導(dǎo)電核。可使 用鍍銀的填料與導(dǎo)電核和非導(dǎo)電核的組合。在所有情況下，鍍銀的導(dǎo)電填料的銀含量必須 足以提供合適的電導(dǎo)率以用于所選擇的終端使用器件，這可由本領(lǐng)域技術(shù)人員測(cè)得而無需 過度實(shí)驗(yàn)。
[0014] 對(duì)于SSA鍍銀的核顆粒，示例性的導(dǎo)電核包括但不限于：銅、鎳、鈀、炭黑、碳纖維、 石墨、鋁和銦錫氧化物，示例性的非導(dǎo)電核包括但不限于：玻璃、聚合物、摻銻的錫氧化物、 二氧化硅、氧化鋁、纖維和粘土。
[0015] 在其中鍍銀的顆粒的核為銅的實(shí)施方案中，當(dāng)鍍銀的銅的銀含量在5-30重量％ 銀的范圍內(nèi)時(shí)，鍍銀的銅的銀含量將足以向各種終端使用器件提供適當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率。
[0016] 在其中鍍銀的填料顆粒的核為石墨的實(shí)施方案中，當(dāng)鍍銀的石墨的銀含量在 30-80重量％銀的范圍內(nèi)時(shí)，鍍銀的石墨的銀含量將足以向各種終端使用器件提供適當(dāng)?shù)?電導(dǎo)率。
[0017] 所述SSA鍍銀的導(dǎo)電顆粒占全部干組合物的1-97. 9重量％，并且優(yōu)選占全部干組 合物的30-92重量％。
[0018] 為了在導(dǎo)電油墨中獲得需要的柔性，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)加入表面積為至少I. 0m2/g的 導(dǎo)電顆粒將改善柔性。因此，除了鍍銀的導(dǎo)電填料顆粒之外，在本發(fā)明的組合物中還使用表 面積比鍍銀的導(dǎo)電顆粒更大的導(dǎo)電顆粒。這些LSA顆粒優(yōu)選表面積為1. 0m2/g或更大，并將 其加入組合物中以獲得足夠的柔性和電導(dǎo)率?？墒褂孟蛩杞K端使用提供足夠的柔性和電 導(dǎo)率的任何導(dǎo)電LSA顆粒。LAS顆粒不限于金屬塊或?qū)щ婎w粒（即沒有核的那些），但還包 括鍍金屬的核顆粒，只要它們具有所需要的大表面積。LAS顆粒以全部干組合物的0. 1-70 重量％存在，并且優(yōu)選占全部干組合物的3-60重量％。LSA導(dǎo)電填料的平均粒徑優(yōu)選為 1-100 μ m，更優(yōu)選為 5-20 μ m。
[0019] 示例性的LSA導(dǎo)電顆粒包括但不限于：銀、金、鈀、鉑、炭黑、碳纖維、石墨、銦錫氧 化物、鍍銀的鎳、鍍銀的銅、鍍銀的石墨、鍍銀的鋁、鍍銀的纖維、鍍銀的玻璃、鍍銀的聚合 物，以及摻銻的錫氧化物?？墒褂缅兤渌饘俚念w粒，只要它們的電導(dǎo)率足以用于所需終端 使用。
[0020] 根據(jù)需要，為了能夠有效分配，可使用溶劑調(diào)節(jié)組合物的粘度。粘度在 50-150, OOOmPa · s范圍內(nèi)是適合用于許多方式的分配。對(duì)于輪轉(zhuǎn)影印或柔印，合適的粘度 是在500-4, OOOmPa · s范圍內(nèi)；對(duì)于模板印刷（ste