CN102892805B - 具有优异的ito粘附性的可紫外固化的聚合物厚膜介电组合物 - Google Patents

具有优异的ito粘附性的可紫外固化的聚合物厚膜介电组合物 Download PDF

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Abstract

本发明提供了可丝网印刷的介电组合物，所述介电组合物包含分散在可固化液体组合物中的细分的滑石颗粒，所述可固化液体组合物包含丙烯酸化聚氨酯树脂低聚物、丙烯酸烷基酯和磷酸。

Description

具有优异的ITO粘附性的可紫外固化的聚合物厚膜介电组合物
发明领域
本发明涉及包含滑石和磷酸粘合剂的可固化介电组合物，并涉及此类组合物在氧化铟锡涂覆的基材上的应用。
发明技术背景
在装配的电路中，介电失效可导致电路的电中断或物理中断。材料供应商和电路制造商均在初始和加速的条件下对组分进行了严格测试，以减少中断发生的可能性。电气故障的基本类型是失去介电组合物与下面的基材的粘附性。如果不具有合格的粘附性，则材料不适于可靠的应用。
由于粘合剂与基材紧密相关，因此粘合剂失效是一个难题。该问题是由于存在大量的有效基材而形成。虽然聚酯膜在接触开关中应用最广泛，但也可使用聚碳酸酯和聚酰亚胺膜。各个膜制造商通常会提供多个等级的同一产品，这些产品由于不同的加工技术和/或表面预处理而具有不同的表面特性。还可对膜进行热处理，以减少在随后的固化步骤中的收缩。
用于触摸屏显示器和薄膜光伏电池中镀银和介电组合物的常用基材通常为沉积到聚酯或玻璃基材上方的氧化铟锡(ITO)。用于沉积ITO的常用方法为溅射。虽然ITO是其类型中最广泛应用的金属氧化物，但可以使用诸如氧化锌的其它金属氧化物替代ITO。由于用作光学透明导电相的能力，ITO的应用非常常见。然而，ITO具有非常低的表面能。因此，很难将印刷组合物粘附到ITO表面。
实际上，大多数制造商会首先选择导电性油墨，再寻找相容的电介质。由于电介质被用于隔离导体并用于包封导体以避免环境损害，因此这种选择对触摸屏显示器和薄膜光伏电池的应用尤其重要。电介质与基材和/或与导电性油墨缺乏足够的粘附性导致许多介电组合物市场渗透受限，尤其是可紫外(UV)固化的那些。
现有的制造方法要求电介质可丝网印刷并且可热固化或可紫外光固化。通过紫外固化可获得更快的固化，并且紫外固化装置的广泛可用性使其成为最具性价比和最实用的途径。介电组合物必须与导电性油墨相容，并且必须满足某些其它性能标准。它必须固化为与基材和导电性油墨具有良好粘附性的柔性耐磨损膜。交叉应用还要求导电性油墨与电介质具有良好的粘附性，并且很多情况下要求电介质与其自身具有良好的粘附性。电气要求需要低的介电常数、高的绝缘电阻和高的击穿电压。物理和电气特性在多种环境条件下不得降低。
用于测量聚合物厚膜材料的粘附力的最广泛认可的标准为ASTMD3359-78方法B中所述的胶带测试。对于5密耳厚度的膜，要求用锋利的切割器械穿过固化的油墨至基材表面形成10×10的网格30图案。用于该目的的装置购自Pacific Scientific的Gardner/Neotec Instrument分公司。将诸如3MBrand 600的压敏胶带施用到网格图案上，然后用连续、非跳跃的动作将其移除。根据油墨移除的程度，将粘附力等级评定为OB至5B，最高的等级评定表示无油墨移除。
然而，在该十字割痕测试中失效的许多油墨在简单的胶带拉伸测试中表现出可接受的粘附性。这暗示着粘附力损失是由于在切割操作过程中赋予油墨的多余能量引起油墨从基材分层。除非可阻止这种能量在整个油墨基材界面的横向移动，否则这些油墨将产生较差的十字割痕粘附力。很多情况下观察到，具有标称十字割痕粘附力的油墨合格或失效取决于切割图案的类型；在相同的单位面积上，间隔较远的少数切口比紧密相连的若干切口赋予更少的能量。上述ASTM测试被设计用于通过定量施加到任何具***置的横向力使十字割痕测试的可重复性更高。
为保持十字切割的应力，需要将聚合物油墨韧化，以便施加的力被吸收或消散在切口附近，并因此防止其移动到油墨基材界面。这样做的一种方法是增大交联度。该技术可能达不到预期的目的，因为触摸面板油墨的所得组合物可能变得十分易碎。另一种方法是使用诸如滑石之类的填料颗粒。虽然这在一定程度上改善了粘附性，但不能对ITO表面提供足够的粘附力。因此一直以来都需要一种可丝网印刷的可紫外固化的介电组合物来为ITO基材表面提供良好的粘附性。
发明概述
本发明提供了对多种ITO基材具有优异粘附性的可丝网印刷的可固化介电组合物，该介电组合物包含：
a)25-35重量%的细分的滑石颗粒；和
b)液体组分，包含：
(1)20-50重量%的丙烯酸化聚氨酯树脂低聚物；
(2)15-40重量%的丙烯酸烷基酯；和
(3)1-5重量%的磷酸，
其中滑石颗粒分散在液体组分中，并且其中重量%是基于介电组合物的总重量计的。
在第二方面，本发明涉及上述组合物，其已被固化以形成丙烯酸化聚氨酯树脂低聚物的连续固相，并且其中分散有细分的滑石颗粒。
在第三方面，本发明涉及包括上层和下层的触摸屏面板，所述上层和下层具有由固化的上述组合物的粘附性隔板层分开的相对的导电区域。
在又一方面，本发明涉及包括上层和下层的触摸屏面板，所述上层和下层具有由固化的上述组合物的粘附性隔板层分开的相对的导电区域，并且具有从固化的上述组合物的包封层中引出的导电迹线。
在又一方面，本发明涉及包括上层和下层的薄膜光伏电池，所述层的至少一者具有多个上覆导电区域，每个区域与另一个区域由固化的上述组合物的层分开。
发明详述
本发明涉及包含滑石和磷酸并且对多种ITO表面具有优异的粘附性的可固化介电组合物。如本文所用，术语“固化”和“交联”是指液体聚合物由于聚合和/或交联而硬化。通过适当地选择自由基引发剂，可通过紫外光或通过热作用引发固化。可通过紫外光作用固化的组合物是有利的。选择此类引发剂和引发体系为本领域的技术人员所熟知。例如，光引发剂的描述在Dueber等人的美国专利4,613,560中给出。
所有重量%均是基于介电组合物的总重量计的。
A.无机粘合剂
虽然现有技术表明多种材料都将会有效发挥作用，但已发现可用的无机添加剂组合物非常重要。仅发现滑石和磷酸的组合可有效地获得高粘合度。
对于本发明的组合物，要获得期望的粘合水平，需要至少25重量%的滑石。然而，大于约35重量%的该粘合剂是不利的，因为固化的组合物可能变得过于不可挠曲。用于介电组合物的25-35重量%的滑石是基于介电组合物的总重量计的。
磷酸是另一种粘合剂，并且是可紫外固化的液体组分的一部分。基于介电组合物的总重量计，磷酸以约1重量%至约5重量%的量存在。在另一个实施方案中，磷酸以约1.5重量%至约2.5重量%的量存在。对于与ITO的粘附性，大约2.0重量%的磷酸是最佳的。
B.聚氨酯树脂低聚物
本发明的可固化液体组分的基本成分和主要橡胶材料为丙烯酸化聚氨酯树脂低聚物。基于介电组合物的总重量计，丙烯酸化聚氨酯树脂低聚物占20-50重量%。在一些实施方案中，其占30-40重量%。
C.丙烯酸烷基酯
丙烯酸烷基酯构成本发明的可固化液体组分的重要部分。在所有情况下，丙烯酸烷基酯在室温下必须为液体。单官能和多官能丙烯酸酯均可用于本发明。然而，为避免组合物过度交联和收缩，三官能度和更高官能度的丙烯酸酯必须限制在10重量%或更少。因此，期望仅使用基于介电组合物的总重量计15-40重量%的单官能和双官能液体丙烯酸烷基酯。其它实施方案包含20-30重量%的丙烯酸烷基酯。
合适的丙烯酸烷基酯包括但不限于下列丙烯酸酯和对应的甲基丙烯酸酯：丙烯酸烷基酯、丙烯酸四氢糠基酯、三乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇二丙烯酸酯。1,4-丁二醇二丙烯酸酯、二乙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)丙烯酸乙酯、四乙二醇二丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、2-苯氧基乙基丙烯酸酯、乙氧基化双酚A二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸异癸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、2-(N,N-二乙氨基)丙烯酸乙酯、羟基丙烯酸低级烷基酯，如丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟己酯、苯甲酰氧基丙烯酸烷基酯，如苯甲酰氧基丙烯酸乙酯和苯甲酰氧基丙烯酸己酯、丙烯酸环己基酯、正己基丙烯酸酯、丙烯酸二环戊烯基酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸异辛基酯、丙烯酸十二酯、丙烯酸2-丁氧基乙酯、丙烯酸2-乙基己酯、2,2-甲基-(l,3-二氧杂环戊-4-基)丙烯酸甲酯。
单官能丙烯酸酯应当具有较高的分子量，因此挥发性较低。从上述列表可见，事实上，只要所得丙烯酸酯在室温下仍为液体并且在上述丙烯酸化低聚物中可混溶，丙烯酸酯的烷基部分可被任何惰性有机基团取代。在一些实施方案中，丙烯酸烷基酯组合为丙烯酸双环戊烯基氧化乙酯和三丙二醇二丙烯酸酯。
E.添加剂
除上述主要组分外，本发明的组合物还可以包含多种次要材料以增加或提高其性能，例如，弹性体聚合物、自由基引发剂，以使组合物可通过热或紫外光固化、颜料（可溶或不溶）以及多种印刷助剂，如流平剂、消泡剂和增稠剂。这些材料是本领域所熟知的。基于介电组合物的总重量计，光引发剂的量通常为0.1-10重量%。基于介电组合物的总重量计，印刷助剂的量通常为0.1-2.0重量%。
F.配方
本发明的组合物不难配制，并且简单的低能量混合便足以有利于溶液。虽然组合物必须形成稳定的混合物，但组合物不一定完全可溶于彼此。事实上，期望这些共混物具有一定的可混溶性，所述可混溶性在紫外固化后导致微观相分离，并因此导致多相结构。
G.测试程序
用于粘附力测试的ITO溅射的聚酯膜基材可按5密耳厚膜商购获得。实施例中说明了评估的等级。
通过280目不锈钢筛网形成1平方英寸的印花，从而得到1-1.1密耳（25.4-27.9微米）厚的测试图案。
所报告的粘附力结果是指根据ASTM D3359-78使用方法B 65运行的十字割痕粘附力，其中在电介质到基材中形成每个方向具有11个切口的晶格图案，将压敏胶带施加到晶格上，然后移除，根据以下规格通过移除程度评定粘附力等级：
5B切口边缘完全光滑；晶格的方格均不分离。
4B涂层的小薄片在交叉点分离；小于5%的区域受到影响。
3B涂层的小薄片沿着边缘和在切***叉点分离。受影响的区域为晶格的5%至15%。
2B涂层沿着边缘和在方格部分呈薄片状。受影响的区域为晶格的15%至35%。
1B涂层沿着较大的带状切口边缘呈薄片状，并且全部方格均分离。受影响的区域为晶格的35%至65%。
OB片状剥落和分离比等级1B更严重。
所有粘附力测试均使用得自Pacific Scientific的Gardner/NeotecInstrument分公司的具有中型刀片（具有1.5mm间距的11个刀齿）的十字口切割器在1英寸宽的3M胶带#600上运行。
在包含两个200瓦/线性英寸（79瓦/线性厘米）中压汞蒸气灯泡的1202AN型RFC Industries(8)处理器上以40ft/min(20.3cm/s)运行，在紫外光下固化所有电介质印花；在与灯相距大约3英寸处的空气中将样品固化。
实施例
制备三种组合物。实施例1为包含28.29重量%的滑石和2重量%的磷酸的本发明的介电组合物。比较实验1具有本发明的介电组合物的所有成分，不同的是其不包含磷酸。比较实验2具有本发明的介电组合物的所有成分，如实施例1包含28.29重量%的滑石，但仅包含0.5重量%的磷酸。
实施例1
由37.83重量%的丙烯酸化聚氨酯树脂（得自Cytec,Inc.）、26.86重量%的丙烯酸双环戊烯基氧化乙酯、0.11重量%的预分散到三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的铜酞菁颜料(20:80)、3.24重量%的2-羟基-2-甲基-苯基-1-丙酮、0.69重量%的2,2-二乙氧基苯乙酮、0.98重量%的有机硅印刷助剂、28.29重量%的滑石以及2.0%的磷酸添加剂（以Ebecryl 168得自Cytec Inc.）制得可紫外固化的混合物。将所有成分混合到一起后，按照上文说明，在得自Courtaulds,Inc.的5密耳厚的80Ω和200ΩITO溅射的聚酯上印刷和固化粘附力测试部件。使用十字割痕规格，得到5B的粘附力值，表明没有材料移除，即具有优异的粘附力。
比较实验1
由38.59重量%的丙烯酸化聚氨酯树脂（得自Cytec,Inc.）、27.40重量%的丙烯酸双环戊烯基氧化乙酯（以FA-512A得自Hitachi Chemical）、0.11重量%的预分散到三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的铜酞菁颜料(20:80)、3.30重量%的2-羟基-2-甲基-苯基-1-丙酮（以Darocur 1173得自Ciba-Geigy)、0.70重量%的2,2-二乙氧基苯乙酮（以2,2-二乙氧基苯乙酮得自First Chemical Corp.）、1.0重量%的有机硅印刷助剂以及28.90重量%的滑石（得自Luzenac America,Inc）制得可紫外固化的混合物。将所有成分混合到一起后，按照上文说明，在得自Courtaulds,Inc.的5密耳厚的80Ω和200ΩITO溅射的聚酯上印刷和固化粘附力测试部件。使用十字割痕规格，得到2B的粘附力值，表明显著的材料移除，即粘附力较差。
比较实验2
由39.33重量%的丙烯酸化聚氨酯树脂（得自Cytec,Inc.）、26.86重量%的丙烯酸双环戊烯基氧化乙酯、0.11重量%的预分散到三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的铜酞菁颜料(20:80)、3.24重量%的2-羟基-2-甲基-苯基-1-丙酮、0.69重量%的2,2-二乙氧基苯乙酮、0.98重量%的有机硅印刷助剂、28.29重量%的滑石以及0.5%的磷酸添加剂（以Ebecryl 168得自Cytec Inc.）制得可紫外固化的混合物。将所有成分混合到一起后，按照上文说明，在得自Courtaulds,Inc.的5密耳厚80Ω和200ΩITO溅射的聚酯上印刷和固化粘附力测试部件。使用十字割痕规格，得到2B的粘附力值，表明存在材料移除，即粘附力较差。

Claims (11)

1.可丝网印刷的可固化介电组合物，包含：
a)25-35重量％的细分的滑石颗粒；和
b)液体组分，包含：
(1)20-50重量％的丙烯酸化聚氨酯树脂低聚物；
(2)15-40重量％的丙烯酸烷基酯；和
(3)1-5重量％的磷酸，
其中所述滑石颗粒分散在所述液体组分中，并且其中所述重量％是基于所述介电组合物的总重量计的。
2.权利要求1的介电组合物，还包含0.1-10重量％的光引发剂，从而所述介电组合物是可紫外固化的。
3.权利要求1的介电组合物，还包含0.1-2.0重量％的印刷助剂。
4.权利要求1的介电组合物，其中所述磷酸的量为1.5-2.5重量％。
5.权利要求1的介电组合物，其中所述磷酸的量为2重量％。
6.权利要求1的介电组合物，其中所述丙烯酸化聚氨酯树脂低聚物的量为30-40重量％。
7.权利要求1的介电组合物，其中所述丙烯酸烷基酯的量为20-30重量％。
8.触摸屏显示器，包括ITO或金属氧化物基材上的电介质，所述电介质由经固化的权利要求1的可固化介电组合物组成。
9.触摸屏显示器，包括ITO或金属氧化物基材上的电介质，所述电介质由经固化的权利要求2所述的可固化介电组合物组成。
10.薄膜光伏电池，包括ITO或金属氧化物基材上的电介质，所述电介质由经固化的权利要求1的可固化介电组合物组成。
11.薄膜光伏电池，包括ITO或金属氧化物基材上的电介质，所述电介质由经固化的权利要求2的可固化介电组合物组成。
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