CN101089058A - 用于喷墨打印的导电油墨组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于喷墨打印的导电油墨组合物，更具体地说，涉及用于喷墨打印的导电油墨组合物，其包含：30～85重量份的金属纳米颗粒，10～60重量份的溶剂，10～30重量份的湿润剂，该湿润剂由基于二醇或多元醇的化合物制成，以及0.1～10重量份的用于调节粘度的基于二醇的醚化合物添加剂。通过本发明的具体实施例，油墨组合物可以被最优化，使得当使用喷墨装置形成引线时，可以调节油墨的粘度同时保持金属的高浓度，以改善油墨的流动性能和喷射性能。

Description

用于喷墨打印的导电油墨组合物
相关申请的交叉参考
本申请要求于2006年6月14日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2006-0053630的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于喷墨打印的导电油墨组合物，更具体地说，涉及这样的用于喷墨打印的导电油墨组合物，其含有高浓度金属并且其中粘度得到调整以改善油墨的流动性能和喷射性能。
背景技术
随着最近工业技术的进步，IT行业(包括移动通讯领域)的迅速发展，产生了对可方便携带的更小、更轻并且还具有更多功能的电子产品和数据通信装置的需求。按照这些趋势，伴随着现在正在进行的开发各种更小、更轻、更集成、并且具有更多改善功能的部件的努力，还存在无止尽的需求，例如在欧洲的RoHS指令中，用于开发并不产生毒性物质的清洁产品技术。适应这种需求，出现了多种技术领域的发展，喷墨打印技术是其中之一。
在传统技术中用于喷墨打印的油墨通常是用于普通照片打印的颜料油墨的组合物。由于在颜料油墨的情况下，与全部油墨的重量相比，固体颗粒的重量具有较低的百分比，多数油墨制备技术集中在喷射和色彩性能上，而不考虑由于高粘度引起的相关性能变化。然而，在用于喷墨打印的导电油墨的情况下，需要金属含量高于确定值的高粘度的油墨，以便提供能够用作金属引线的厚度。然而，由于金属含量的值太高，导电油墨的粘度被过度升高超过特定水平，使油墨不能喷出。因此，为了改善喷墨打印的分辨率和打印质量，需要开发出一种通过调节油墨的表面张力和粘度而允许高浓度喷射的油墨。
发明内容
本发明的一个方面旨在提供一种用于喷墨打印的导电油墨组合物，其中，当使用在水基中合成的金属纳米颗粒制备用于喷墨打印的导电油墨组合物时，油墨的粘度可以保持在低水平，同时维持高金属浓度，以改善油墨的流动性能。
本发明的一个方面提供了一种导电油墨组合物，其包含：30～85重量份的金属纳米颗粒，10～60重量份的溶剂，10～30重量份的湿润剂，该湿润剂由基于二醇或多元醇的化合物制成，以及0.1～10重量份的用于调节粘度的基于二醇的醚化合物添加剂。
金属纳米颗粒可以是选自由银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)以及其合金组成的组中的任何一种或多种金属纳米颗粒。金属纳米颗粒的粒度可以为20～50nm。
在一种具体实施方式中，金属纳米颗粒可以用选自由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)、多元酸以及其衍生物组成的组中的任何一种或多种分散剂包覆。
这里，多元酸包括选自聚(丙烯酸)、聚(马来酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(马来酸-共-丙烯酸)和聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)的任何一种或多种，而衍生物包括选自由多元酸的钠盐、钾盐和铵盐组成的组中的一种或多种。进一步希望的是金属纳米颗粒为由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)包覆的银(Ag)纳米颗粒。
溶剂可以是选自由水、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、己醇和oxanol组成的组中的任何一种或多种。
此外，湿润剂可以是选自由1，2-己二醇、二甘醇、三甘醇、乙二醇、丙二醇、一缩二丙二醇(双丙甘醇)、丙三醇、聚乙二醇以及已二醇组成的组中的任何一种或多种。
此外，添加剂可以是选自由三甘醇二甲醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单***、二乙二醇二***、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇单丙醚以及一缩二丙二醇甲醚组成的组中的任何一种或多种。
具体实施方式
下面将详细描述根据本发明的某些具体实施方式用于喷墨打印的导电油墨组合物。
为了用喷墨装置形成引线，需要制备可以连续从喷墨头喷射的油墨。在用于连续喷射的喷墨头内的合适的油墨粘度为低于约20cp。然而，需要金属含量超过确定值的高浓度油墨，以便获得金属线的厚度，因此必须包括湿润剂以控制喷嘴处的干燥，并且由于金属和湿润剂含量而使粘度增加，较高的金属浓度导致粘度过分增加，使油墨不能喷出。因此，本发明的一个目的是使导电油墨的组合物最优化，从而降低粘度，同时保持较高的金属浓度，使油墨在喷墨头喷出。
根据本发明的具体实施方式，用于喷墨打印的导电油墨组合物包括：30～85重量份的金属纳米颗粒，10～60重量份的溶剂，10～30重量份的湿润剂，该湿润剂由基于二醇或多元醇的化合物制成，以及0.1～10重量份的用于调节粘度的基于二醇的醚化合物添加剂。
根据本发明的具体实施方式，导电油墨组合物中使用的金属纳米颗粒由选自由银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)及其合金组成的组中的任何一种或多种金属的纳米颗粒制成。
这里，金属纳米颗粒的粒度可以为20～50nm。颗粒的尺寸越小，越容易喷出金属油墨，其中50nm或更小的颗粒对于形成用于喷墨的墨滴更有利。
利用纳米尺寸金属的这种应用可以改善油墨的喷射性能并且允许低温固化。
在一个具体实施方式中，金属纳米颗粒可以用选自由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)、多元酸及其衍生物组成的组中任何一种或多种分散剂包覆。
这里，多元酸包括选自由聚(丙烯酸)、聚(马来酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(马来酸-共-丙烯酸)、以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)组成的组中的任何一种或多种，而衍生物包括选自由多元酸的钠盐、钾盐和铵盐组成的组中的任何一种或多种。
可以用作金属纳米颗粒的具体实例为由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)包覆的银(Ag)纳米颗粒。由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)包覆的银(Ag)纳米颗粒可以利用液相方法制备，如在韩国专利申请No.10-2005-85708中所披露的。即，首先将还原剂和包覆分子混合，如乙二醇和聚(乙烯吡咯烷酮)，并将该混合物与金属前体和醇基化合物的混合溶液混合并反应，之后，可以通过加入丙酮和乙二醇来制备纳米颗粒。
在根据本发明某些方面的导电油墨组合物中，所希望的是，金属纳米颗粒的含量为30～85重量份。如果含量低于30重量份，则金属含量不足，使得在利用油墨作为引线的应用中的变化减少，并且限制了其应用，反之，如果含量高于85重量份，则粘度太高，使得油墨的喷射性能下降并且油墨变得不适用于金属油墨。可以进一步期望的是，金属含量为50～60重量份，以便保持金属的高浓度同时使油墨容易流动。
在根据本发明的具体实施方式的导电油墨组合物中所使用的溶剂是亲水性溶剂，其具体实例包括但不限于：水、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、己醇和oxanol。溶剂可以是单独使用的亲水性溶剂中的一种或可以是用作混合物的两种或两种以上溶剂。这里，所希望的是，在本发明的具体实施方式中所使用的溶剂含量为10～50重量份。如果含量低于10重量份，则喷墨头的干燥速度太快，并且可能发生喷嘴堵塞，反之，如果含量高于50重量份，则粘度太高，并且油墨不能自由地喷出。可以进一步希望的是，溶剂含量为15～40重量份。
在根据本发明的具体实施方式的导电油墨中，湿润剂用来调节喷墨头处的干燥速度并维持湿度，因为用作溶剂的醇基溶剂具有极低的沸点，因此导致严重干燥。本发明的具体实施方式中所使用的湿润剂可以是基于二醇或多元醇的化合物，其包括但不限于：选自由1，2-己二醇、二甘醇、三甘醇、乙二醇、丙二醇、一缩二丙二醇、丙三醇、聚乙二醇、以及已二醇组成的组中的一种或多种。当使用丙三醇时，可以使用EG1和EG7等商购产品，其中在EG1中环氧乙烷以26摩尔的比例加入，而在EG7中环氧乙烷以7摩尔的比例加入。
这里，可以期望的是，湿润剂的含量为10～30重量份。如果含量低于10重量份，则喷墨头的干燥速度太快，并可以引起喷嘴堵塞，反之，如果含量高于30重量份，则粘度太高，使得油墨不能自由地喷出。
此外，添加剂可以用于根据本发明的具体实施方式的导电油墨组合物中，以便将油墨的粘度调节到适当的水平。在本发明的具体实施方式中所使用的添加剂可以是基于二醇的醚或含有基于二醇的醚的化合物。基于二醇的醚不但可以通过含非共用电子对的醚基稳定金属纳米颗粒，以使得稳定地应用高浓度的金属纳米颗粒，而且可以在使用喷墨打印时保持喷墨头内适当的粘度，以形成引线，用于改善油墨的流动性能和喷射性能。基于二醇的醚的具体实例包括但不限于：三甘醇二甲醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单***、二乙二醇二***、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇单丙醚以及一缩二丙二醇甲醚等，其中这些中的任何一种可以单独使用或者两种或两种以上添加剂作为混合物使用。
在本发明的具体实施方式中，可以期望的是，所使用的这些添加剂为0.1～10重量份。如果含量低于0.1重量份，则不容易实现粘度的调节，反之，如果含量高于10重量份，则颗粒的稳定性会下降，并在溶剂间的相容性方面出现问题。
本发明的方面将在下面通过本发明的具体实施例详细说明，其中实施例仅是用于示例说明的目的而并不旨在限制本发明。
具体实施例1～3
导电油墨组合物通过混合根据在下面表1中所列出的各种成分而制备。这里，所使用的银纳米颗粒由PVP包覆，并且粒度小于50nm，通过如在韩国专利申请No.10-2005-085708中所披露的方法制备。
制备的导电油墨组合物的性能列于表1中。在下面的表1中，每种成分的含量是用重量份来描述。
比较实施例1～3
根据下面表1中所列出的成分和含量制备导电油墨组合物。测量所制备的导电油墨组合物的性能并一起列在表1中。
表1
    具体实施例     比较实施例
    1     2     3     1     2     3
    银纳米颗粒     50     50     50     30     50     50
溶剂   水     5     5     5     5
  乙醇     25     25     25     70     50     25
湿润剂   丙三醇     7.5     6.6     -     -
  1，2-己二醇     7.5     6.6     -     -
  一缩二丙二醇     -     -     10     10
  二甘醇     -     -     10     10
添加剂   二乙二醇单丁醚     5     6.6     -     -
  一缩二丙二醇单丁醚     -     -     1
    粘度(在60rpm)(cp)     14.4     15.5     6.8     6.5     13.6     19.2
    表面张力(dyne/cm)     29.3     29.7     27     30.3     35.6     29.3
    打印效果     ○     △     ○     ×     ×     ○
注：○表示喷射性能优；△表示喷射性能一般；×表示喷射性能差。
*性能测量方法
a)粘度：使用布氏粘度计(DV-III+)加以测量
b)表面张力：使用KRUSS公司(K-9)的环张力计(Ring Tensionmeter)测量装置加以测量
c)打印效果：使用装备有Spectra SE头的打印装置进行打印测试
从表1的结果可以看出，用于根据本发明的具体实施方式的喷墨打印的导电油墨组合物，当使用醇基亲水性溶剂来制备高浓度导电油墨时，为了改善油墨的流动性能和优良的打印效果，适合于喷墨打印的粘度可以通过含有基于二醇或多元醇的湿润剂和适当范围的基于二醇的醚添加剂来保持。
根据如上所述的本发明的方面，用于喷墨打印的导电油墨组合物具有优化的组成，使得允许制备高浓度油墨，由此可以获得适于喷墨打印的粘度，并且当利用喷墨打印形成引线时，可以改善油墨的流动性能和喷射性能。
虽然已参照具体实施方式详细地描述了本发明的精神，这些具体实施方式只是用于说明目的而并不限制本发明。应当理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员可以对这些具体实施方式进行变化或修改。

Claims (9)

1.  一种导电油墨组合物，包含：
30～85重量份的金属纳米颗粒；
10～60重量份的溶剂；
10～30重量份的湿润剂，所述湿润剂由基于二醇或多元醇的化合物制成；以及
0.1～10重量份的用于调节粘度的添加剂，所述添加剂由基于二醇的醚化合物制成。
2.根据权利要求1所述的导电油墨组合物，其中，所述金属纳米颗粒是选自由银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)及其合金组成的组中的任何一种或多种金属的纳米颗粒。
3.根据权利要求1所述的导电油墨组合物，其中，所述金属纳米颗粒的粒度为20～50nm。
4.根据权利要求1所述的导电油墨组合物，其中，所述金属纳米颗粒用选自由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)、多元酸及其衍生物组成的组中的任何一种或多种分散剂包覆。
5.根据权利要求4所述的导电油墨组合物，其中，所述多元酸包括选自聚(丙烯酸)、聚(马来酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(马来酸-共-丙烯酸)以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)组成的组中的任何一种或多种，而所述衍生物包括选自由所述多元酸的钠盐、钾盐和铵盐组成的组中的任何一种或多种。
6.根据权利要求1所述的导电油墨组合物，其中，所述金属纳米颗粒是由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)所包覆的银(Ag)纳米颗粒。
7.根据权利要求1所述的导电油墨组合物，其中，所述溶剂是选自由水、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、己醇和oxanol组成的组中的任何一种或多种。
8.根据权利要求1所述的导电油墨组合物，其中，所述湿润剂是选自由1，2-己二醇、二甘醇、三甘醇、乙二醇、丙二醇、一缩二丙二醇、丙三醇、聚乙二醇和己二醇组成的组中的任何一种或多种。
9.根据权利要求1所述的导电油墨组合物，其中，所述添加剂是选自由三甘醇二甲醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单***、二乙二醇二***、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇单丙醚、以及一缩二丙二醇甲醚组成的组中的任何一种或多种。
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