CN103224761B - 抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶 - Google Patents

Abstract

本发明的抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶是由46.6-66.2wt%的片状银粉、7.4-15.5wt%聚酯树脂、22-40wt%高沸点溶剂、1.7-2.2wt%抗划伤助剂和1.1-2.2wt%防沉降剂组成。本导电胶具有良好的丝网印刷性，低温固化性，对ITO玻璃基板，聚酯型ITO薄膜等具有优异的附着力和极佳的导电性，体积电阻小于0.5×10^-6Ω·m，方阻值小于30mΩ/□。本发明的导电胶可广泛应用于发光二极管(LED)、液晶显示屏(LCD)、印刷线路板(PCB)和柔性线路板(FPC)、薄膜开关、智能卡、点阵块、陶瓷电容等电子元件和组件的封装。

Description

抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶

技术领域

本发明涉及一种导电胶粘剂，特别是一种适用于ITO玻璃或PET薄膜的具有优异抗划伤性能的丝网印刷型导电胶粘剂和导电涂料，属于导电涂料领域。

背景技术

丝网印刷用的导电胶粘剂一般由四大类原料组成，分别是导电胶粘结剂（Binder），银粉，溶剂和功能性助剂。

导电胶粘结剂用来粘结银粉附着到基材上起到支撑体作用。常用的有机聚合物粘结剂有聚酯，聚醋酸乙烯酯，氯乙烯/醋酸乙烯共聚物，聚（甲基）丙烯酸酯，热塑性酚醛树脂，聚酰亚胺，线性环氧树脂，醇酸树脂，聚乙烯醇缩丁醛和聚氨酯。其中聚酯是由多元醇和多元酸聚合而成，选择不同的多元醇和多元酸可以得到各种各样不同性能的聚酯，给导电胶粘剂提供了丰富的选择性。残留的氢氧基官能团还可以进一步和异氰酸酯固化剂反应交联，用以提高固化物的强度和耐热耐溶剂性，是最为广泛使用的一种导电胶粘结剂。

中国专利公开号CN101063027A记载了一种适用于采用聚酯树脂为粘结剂的导电胶用于薄膜按键开关以及柔性线路板FPC导电回路。对于此类用途要求导电胶具有良好的丝网印刷性，固化后对ITO玻璃或PET薄膜基材具有很好的附着力，铅笔硬度在2H以上，180度弯折并加载2kg重物10次的电阻值变化不能大于2倍。CN101063027A记载的导电胶具有极佳导电性与较佳的附着力，有良好的耐高温高湿性，但专利中没有给出固化后的导电胶是否具有抗划伤性，也没有给出铅笔硬度值和抗弯折性能。从专利中使用的聚酯树脂（DEGUSSA的Dynapol L206）的玻璃化温度(Tg)为67度来看，固化后的导电胶具有较大的脆性，虽然有利于提高固化物的铅笔硬度，但不利于提高导电胶的抗弯折性。

还有的导电胶采用柔性的氯乙烯/醋酸乙烯共聚物树脂做粘结剂，对ITO玻璃，PET聚酯薄膜等材料具有良好的附着力和极好的导电性，抗弯折性也很好。但所用的树脂玻璃化（Tg）较低，铅笔硬度达不到2H。另外电子用途的胶粘剂有无卤要求的越来越多，无卤胶粘剂要求胶粘剂中的Cl（氯）浓度小于900ppm，Br（溴）浓度小于900ppm，Cl+Br小于1500ppm，显然因为聚氯乙烯结构上含有卤素，以其作为导电胶粘结剂根本无法达到无卤标准。

铅笔硬度和抗弯折性是两个具有相反特性的参数，硬度大的导电胶具有良好的抗划伤性能，但往往涂膜比较脆，弯折实验之后导电性大幅下降，因此在实际配方实践过程中很难做到高硬度（铅笔硬度2H以上），同时也能很好地抗弯折。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗划伤性能优异的，铅笔硬度2H以上且具有良好抗弯折性能的可丝网印刷型导电胶。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶，由46.6-66.2wt%的片状银粉、7.4-15.5wt%聚酯树脂、22-40wt%高沸点溶剂、1.7-2.2wt%抗划伤助剂和1.1-2.2wt%防沉降剂组成。

其中，所述的高沸点溶剂选择沸点在110-210度的酯类或酮类溶剂，即醋酸丁酯、二元醇酯（DBE）、乙二醇醚类、丙二醇醚类或酯类、环己酮、异佛尔酮等中的一种或几种混合，优选二乙二醇单乙基醚醋酸酯。

所述的抗划伤助剂为天然蜂蜡、有机蜡、硬脂酸及其盐、聚酰胺蜡、聚乙烯微粉、聚四氟乙烯微粉（PTFE）中的一种或多种混合物，优选聚四氟乙烯微粉。

所述的防沉降剂为有机膨润土。

所述的聚酯树脂选自铅笔硬度为2H以下的聚酯树脂，优选日本东洋纺VYLON GK-140或VYLON GK-390。

本导电胶具有良好的丝网印刷性，低温固化性，对ITO玻璃基板，聚酯型ITO薄膜等具有优异的附着力和极佳的导电性，方阻值小于30mΩ/□。

具体实施方式

鉴于目前电子胶粘剂的无卤要求，采用了结构上不含卤素的聚酯型树脂做为导电胶的粘结剂，溶解于高沸点溶剂中，加入鳞片状银粉作为导电金属，同时加入抗划伤助剂来提高铅笔硬度，加入防沉降剂来防止银粉在保存过程中发生沉降分离。

丝网印刷用的导电胶粘剂一般由四种原料组成，分别是导电胶粘结剂（Binder），银粉，溶剂和功能性助剂。

粘结剂一般是有机聚合物，其基本功能是将银粉固定于基材上，连接银粉颗粒保护膜层不受环境的影响。溶剂的主要功能是将固体有机聚合物溶解，使其具有可流淌性，能够使用点胶机或丝网印刷机对导电胶进行涂布。助剂用于调整导电胶的流平性，触变性，抗划伤性，润湿性等等特性。

有机聚合物粘结剂在导电胶中起着至关重要的作用，对固化后的导电胶层的硬度，柔韧性，导电性，可靠性具有重大影响。

常用的有机聚合物粘结剂有聚酯，聚醋酸乙烯酯，氯乙烯/醋酸乙烯共聚物，聚（甲基）丙烯酸酯，热塑性酚醛树脂，聚酰亚胺，现行环氧树脂，醇酸树脂，聚乙烯醇缩丁醛和聚氨酯。其中聚酯是由多元醇和多元酸聚合而成，选择不同的多元醇和多元酸可以得到各种各样不同性能的聚酯，给导电胶粘剂提供了丰富的选择性。残留的氢氧基官能团还可以进一步和异氰酸酯固化剂反应交联，用以提高固化物的强度和耐热耐溶剂性。采用不同的多元醇和多元酸得到的聚酯由于分子结构的对称性不一样其结晶性也不同，结晶性较强的聚酯难溶于有机溶剂中，不适于本用途。

有机聚合物粘结剂和银粉的比例对导电性影响最大，固化后聚合物的含量越高银含量越少，膜层的附着力越好，强度越大，但导电性相应降低。一般来讲聚合物和银粉比例在10～30：60～80（wt%）为宜。银含量低于60%时导电性很差，随着银含量升高导电性逐渐上升在85%附近达到最大值，超过90%后其导电性反而下降。

本发明中的聚酯树脂，具有良好的柔韧性，对ITO玻璃或聚酯薄膜附着力好，单独成膜后的铅笔硬度在2H以下，通过添加抗划伤助剂在保持柔韧性的同时可以将丝网印刷后的导电胶涂膜铅笔硬度提高到2H以上，添加的抗划伤助剂对导电性不应产生负面影响。

聚酯的分子量越大，在溶剂中溶解后的粘度就越大，有利于降低固含量和银含量，降低成本。但分子量太大溶解能力下降，同时也会造成丝网印刷性不良。

本发明中的抗划伤助剂是指天然蜂蜡、有机蜡、硬脂酸及其盐、聚酰胺蜡、聚乙烯微粉或聚四氟乙烯微粉（PTFE）的一种或多种混合物。其中以聚四氟乙烯微粉抗划伤效果最好，对导电性不产生负面影响。

溶剂是丝网印刷导电胶的重要成分，对丝网印刷性有重要影响。首先要选用聚合物的良溶剂，可以根据相似相容原理选择和聚合物溶解度参数相近的溶剂。另外溶剂的挥发性也是一个选择的重要因素。溶剂的沸点比较低的话，表面蒸发速度太快导致出现桔皮现象，印刷后的外观不良，同时很容易在丝网印刷时候堵住网眼，需要频繁进行清洗。另外选择的时候还要考虑环保低毒，无刺激性气味。

一般选择沸点在110-210度的酯类或酮类溶剂，最常用的溶剂是醋酸丁酯、二元醇酯（DBE）、乙二醇醚类溶剂或丙二醇醚类酯类溶剂、环己酮或异佛尔酮等等。芳香族溶剂因为毒性较大不推荐使用。一种溶剂难以满足要求的时候可以使用两种或两种以上的溶剂组合以其达到溶解性，挥发性和丝网印刷性的完美结合。

银粉是导电胶中成本最高，对导电性影响最大的成分。银也是所有金属中导电率和导热系数最高的。之所以采用银粉作为导电填料是因为银具有良好的导电性，可靠性高，在空气中稳定，不容易氧化，即使氧化也能导电。

银粉种类很多，按照颗粒形状可以分为球形，片状，絮状和树枝状。按照粒径来分的话可以分为微米级，亚微米级和纳米级。片状银粉因为导电性好，比表面积大，常用于丝网印刷型导电胶粘剂。为防止银粉在生产和保存过程中发生团聚，通常在银粉生产过程中加入硬脂酸，树脂酸或聚合物作为表面处理剂。这些表面处理剂包裹在银粉的表面，一定程度上降低了银粉的导电性，故此选择的溶剂要有能够溶解这些表面处理剂的能力，溶解能力越强导电性就越好。

防沉降剂广泛用于含银导电胶，因为银的比重很大，即使导电胶的粘度较大并且低温保存，长时间的放置仍然会导致银粉沉降下来。本发明为了防止沉降添加了有机膨润土作为防沉降剂。

本发明的导电胶由下面的五类材料组成：46.6-66.2wt%的片状银粉、7.4-15.5wt%聚酯树脂、22-40wt%高沸点溶剂、1.7-2.2wt%抗划伤助剂和1.1-2.2wt%防沉降剂。

【实施例-1】聚酯树脂采用市售的日本东洋纺VYLON GK-140，玻璃化温度（Tg）为20度，聚酯树脂本体的铅笔硬度为H，将15g聚酯树脂溶解于70g二乙二醇单乙基醚醋酸酯高沸点溶剂中，加热至80度直至树脂完全溶解成透明状态。添加85g片状银粉，2g聚四氟乙烯微粉，3g有机膨润土，采用行星搅拌机混合均匀之后用三辊研磨机研磨3回。制备的导电胶采用80目丝网印刷在PET聚酯薄膜上印制成1cm宽5cm长的试验片，120度30min鼓风干燥箱中干燥之后测试方阻，弯折性能，体积电阻，铅笔硬度和附着力（百格试验）。结果见表1。

【实施例-2】聚酯树脂采用日本东洋纺VYLON GK-390，Tg为7度，树脂本体的铅笔硬度为HB，用聚乙烯微粉代替聚四氟乙烯微粉，其他原料和制备工艺与实施例-1相同。

【实施例-3，4】改变聚酯树脂（Binder）和银粉的比例以及溶剂用量，其他原料和制备工艺与实施例-1相同。

【比较例-1】-【比较例-3】配方见表1，其他原料和制备工艺相同。

从比较例-1和实施例-1可以看出，未添加聚四氟乙烯微粉和有机膨润土的时候得到的固化物铅笔硬度只有HB，室温下长期放置会导致银粉沉降分层，而添加聚四氟乙烯微粉大大提高了固化物的铅笔硬度，可达3H，同时聚四氟乙烯的添加也没有影响导电性。采用低Tg的聚酯，并用聚乙烯微粉代替聚四氟乙烯微粉，导电性和铅笔硬度都有所下降（实施例-2）。采用气相白炭黑代替有机膨润土（比较例-2）虽然也可防止银粉的沉降，但降低了导电性，不具有实用价值。采用高Tg的DEGUSSA聚酯Dynapol L206可以得到铅笔硬度为3H的固化物，但因为这样的聚酯比较脆，抗弯折性大大降低了（比较例-3）。

Claims (4)

1.一种抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶，其特征在于所述导电胶由46.6-66.2wt％的片状银粉、7.4-15.5wt％聚酯树脂、22-40wt％高沸点溶剂、1.7-2.2wt％抗划伤助剂和1.1-2.2wt％防沉降剂组成，其中，抗划伤助剂为聚四氟乙烯微粉，防沉降剂为有机膨润土，高沸点溶剂选择沸点在110-210℃的酯类或酮类溶剂。

2.根据权利要求1所述的抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶，其特征在于所述的高沸点溶剂优选二乙二醇单乙基醚醋酸酯。

3.根据权利要求1所述的抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶，其特征在于所述的聚酯树脂选自铅笔硬度为2H以下的聚酯树脂。

4.根据权利要求1所述的抗划伤性能优异的丝网印刷型导电胶，其特征在于聚酯树脂为VYLON GK-140或VYLON GK-390。