CN1860556A - 水溶性导电组合物及改变及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种包括悬浮导电性材料的导电性含水聚合赋形剂乳液。还公开了制造所述组合物以及相关组合物的方法。本发明旨在广泛的应用，从EMI屏蔽到复杂的三维印制电路，到电化学燃料电池。还可以改变该导电性组合物以制造电绝缘组合物。

Description

水溶性导电组合物及改变及其应用
I、相关申请的交叉参考：
本申请要求在2002年5月9日提交的美国发明申请No.10/143,198的优先权。
II、发明背景：
发明领域：
本发明是一种含有悬浮导电性材料的含水聚合赋形剂乳液组合物。本发明特别涉及电子设备及其它电气应用领域，例如印制电路板、EMI&RFI屏蔽以及电化学燃料电池应用。
现有技术的说明：
电子工业及其***每年在制造工艺和材料上消耗巨大的资源。这些工艺和材料中很多是昂贵且危害环境的。例如，电子工业的两个领域，电路板的蚀刻和电磁干扰(EMI)屏蔽，在产品制造中通常使用昂贵并且有毒的化学物质。使用昂贵的腐蚀酸从电路板基板上蚀刻掉光反应性金属层来制造电路板。回收该工艺的副产品通常是昂贵的，或者该工艺的副产品是不可回收的并且需要高成本的处理项目。
另一种形式的电路是用在电子工业中专门瞄准机会的市场(specialized niche market)的混合陶瓷电路。混合陶瓷电路非常昂贵，需要在极高的恒温下制造。它们主要用作微型电路板，其用作更大的电路板上的元件，其中间隔是关键因素。然而，混合陶瓷电路的高制造成本阻碍了其在商业上的广泛应用。
EMI屏蔽广泛地结合在电子设备中。它是计算机、医疗设备和其他EMI敏感的电子设备中的一个集成部分。来自外部环境或内部源如高速电路的电磁干扰可以破坏大量的电子设备。通常，必须将整个***屏蔽以便使EMI减到最小。屏蔽电子设备不受EMI影响的已有技术方法留下了很大的改进空间。例如，通常对高速电路进行简单的隔离并且尽可能地使其远离其它的更敏感的电子设备。另一种方法是将金属箱结合在电路板自身上以直接屏蔽敏感的电子设备。然而，接近和材料兼容性冲突的可能性对于许多应用可能是不适当的或不可接受的。然而，产生EMI屏蔽的另一种方法是在要被屏蔽的基板上化学气相沉积(CVD)铜。这种EMI屏蔽方法是昂贵的并且产生对环境有害的副产品。一种更有效的制造EMI屏蔽产品的方法利用导电性聚合物以覆盖要被屏蔽的基板。然而，这些聚合物的大多使用挥发性有机化合物(VOC)作为溶剂以乳化聚合物和导电性材料。
最初购买这些强酸和VOC溶剂很贵。由于它们对环境有危害，回收或清理它们也需要很大的花费。同样，由于它们通常是有毒的和/或易燃的组合物，它们对身体也是有害的。美国专利5,492,653和5,658,499是现有技术的例子，其提出在用于电子工业的水基导电性组合物中包括水溶性VOC。然而，VOC通常被俘获在包括导电性聚合物组合物的溶剂基聚合物组合物中。被俘获的溶剂侵蚀任何的金属导电材料，并且减小或抑制其导电功能性，由此同样损害这些导电性组合物的效力。而且，在诸如质子交换膜(PEM)燃料电池工业等工业中，其中设备的元件极易受到有机溶剂的腐蚀，任何VOC的使用都是禁止的。
总之，通过现有技术表明，这些化学制品和工艺的便宜的、无毒的替代物将极大地改进电子工业的几个方面。较为便宜的导电性多功能材料将降低生产成本；无毒的替代物意味着不太极端和不太昂贵的回收和处理项目。这样一种便宜的同时又无毒的替代物将使电子工业加倍受益。然而，迄今为止，在电子工业中还不存在切实可行的替代物。
本发明针对在电子工业中使用的昂贵且有害的材料的上述问题实施一个这样的解决方案。本发明涉及水基聚合物的使用—排除水溶性VOC—作为导电性材料的赋形剂。于是这种新颖的导电性聚合物可以应用到大量的基板上，以便为多种应用提供导电率。这一新颖的发明将减少材料支出并且在成本上减轻回收和处理项目的负担。
除了电子工业之外，其它一些工业也受益于导电性水基聚合物技术。电化学燃料电池工业就是这样一种工业，特别是PEM燃料电池工业。PEM燃料电池结构受益于导电性密封剂，以便将各元件密封在燃料电池组中。由于本发明的新颖的并且非显而易见的组合物，它被用作PEM燃料电池中的导电性密封剂。同样，还有一些其它工业或市场能利用本发明，如传感器、结构完整性传感器矩阵(structuralintegrity sensor matrix)、电接触。
III、发明内容：
本发明是一种包含悬浮导电性材料的导电性含水聚合赋形剂乳液。本发明特别涉及电子设备或其它电气应用，例如电路板、EMI屏蔽和结构整体矩阵(structural integrity matrix)。它作为密封剂也涉及电化学燃料电池工业。本发明的基本目的有两个方面：实施一种对环境无害的含水导电性聚合物并且通过结合使工艺成本较低的较为便宜的材料来降低与电子设备生产有关的成本。本发明的另一个主要目的是组分简单同时在应用中是多功能的。本发明是有利的因为它实施了一种有成本效益的、对环境无害的替代物，用以替代在电子设备制造中成为工业标准的昂贵且有危害的蚀刻酸和VOC。本发明还因为它的多功能性质而有利：它可以用在诸如EMI屏蔽和导电性PEM燃料电池密封剂等简单应用中，也可以用在诸如电路板和结构整体传感器矩阵等复杂应用中。
IV、附图说明：
将结合附图参考以下公开内容对本发明进行说明，其中：
图1是电路板的分解的等距图，其示出本发明的多层功能性的原理；
图2是实施本发明的集成多层电路板的等距图。
V、优选实施例的详细说明：
在本发明的精神和范围内的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物的优选实施例有很多。以下描述的实施例是本发明的优选实施例的例子。它们旨在表现本发明的精神和范围，但是它们并不包括在本发明的精神和范围内所包含的所有修改方案或实施例。
A、配方：
本发明是一种包含悬浮导电性材料的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。根据对本发明的组合物的应用要求，该组合物的配方包括下列组分中的一些或全部，可以改变该组合物，如在后面所描述的那样：
第一组分(A)是胶凝剂，例如包含二氧化硅和微量碳氢化合物的二氧化硅组合物。在这里所提出的各个例子和改变(modification)中，组分(A)包含在本发明组合物的总组分重量的大约1至8％的优选范围内。
第二组分(B)是热塑性聚合物乳液，例如丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(B)包含在本发明组合物的总组分重量的大约8至45％的优选范围内。
第三组分(C)是湿润剂，例如乙二醇正丁醚。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(C)包含在本发明组合物的总组分重量的大约1至42％的优选范围内。
第四组分(D)是分散剂，例如与羧酸有关的那些分散剂。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(D)包含在本发明组合物的总组分重量的大约0.1至5％的优选范围内。
第五组分(E)是水。以溶解能力有效量(solvency effectiveamount)包含组分(E)作为导电性含水聚合组合物的一部分。
第六组分(F)是硅氧烷基防沫乳液。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(F)包含在本发明组合物的总组分重量的大约0.01至5％的优选范围内。
第七组分(G)是表面活性剂，例如含有微量2-乙基己基丙烯酸酯和丙烯酸乙酯的丙烯酸酯共聚物。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(G)包含在本发明组合物的总组分重量的大约0.1至5％的优选范围内。
第八组分(H)是粘接剂，例如氨基烷基-官能的硅烷：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2NH2)。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(H)包含在本发明组合物的总组分重量的大约0.1至6％的优选范围内。
第九组分(I)是含水硅氧烷基弹性体。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(I)包含在本发明组合物的总组分重量的大约0.1至7％的优选范围内。
第十组分(J)是导电性材料，例如银薄片。在这里所提出的各个例子和改变中，组分(J)包含在直径大约为1至50微米的优选范围内。
第十一组分(L)是含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)和/或全氟磺酸(PFSA)离聚物。组分(L)包含在导电性或电绝缘配方的总组分重量的大约0.1至19％的优选范围内。该组分用于要求这两个组分表现出的聚合特性特殊应用，例如电化学燃料电池应用。
B.各配方组分的作用：
本发明中的配方组分发挥以下作用：
第一组分(A)是含有99.8％的二氧化硅和微量碳氢化合物的二氧化硅组合物。典型的组分(A)可以从Degussa公司获得，产品号为R812S，它是该公司的AerosilTM系列产品中的一种。碳氢化合物给予二氧化硅憎水性的性质。这种组分是胶凝剂，其在粒子表面形成硅烷醇基团，并且它们通过氢键彼此相互作用。形成三维网络，其影响该聚合物组合物的流变能力。当将高剪切速度施加到该材料时，将该网络破坏，该组合物表现出牛顿方式。在这种状态下，它将自如地运动并且与其自身分离。在较低的剪切速度下，例如当该材料静止或经历低水平的搅拌时，该聚合物组合物表现出触变行为。这些特性对于使该聚合物组合物适应各种印刷和喷射工艺来说是非常有用的。有些印刷工艺需要相当稀薄的状态，而另一些需要较为粘稠的浓度。通过从基准值改变该许分的量，可以获得不同的粘度。此外，牛顿流体和触变行为的双重性导致本聚合物发明的全面应用性。例如，在喷枪应用的情况下，在散射过程中获得的高速度使得该材料表现得与牛顿流体一样，这导致均匀的薄涂层(light coating)。当在基板上静止时，该材料表现得与凝胶体一样。组分(A)也可以用作悬浮液和增稠剂，有助于导电性材料的悬浮。此外，该组分提高了去泡沫剂和湿润剂的效果。它也有助于导电性材料的抗腐蚀性。可以利用其它相似的胶凝剂，例如触变胶(thixotropiem)、***树胶、黄原胶来有效地代替该组分。
第二组分(B)是热塑性丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液。典型的组分(B)可以从BF Goodrich公司获得，就是CarbosetTM CR 763。将其结合到本发明中，因为它形成耐用的表面。当固化时，它对水蒸气、适度的VOC和其他与该材料表面或基板的结合界面反应的化学制品具有很强的抵抗力。该乳液的比重为1.03。由于它的密度非常接近水的密度，固体将沉淀(settle)而没有问题。由于使得该材料在燃料电池结构中是适合的丙烯酸-苯乙烯乳液组分的热塑性的特性，本发明能够结合在燃料电池中作为密封剂。可以利用其它相似的热塑性聚合物乳液，例如其中丙烯酸系聚合物与选自包括苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物；丙烯酸系聚合物、苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物以及它们的进一步的聚合物的酯和酸的组中的另一种聚合物共聚的乳液来有效地代替该组分。
第三组分(C)是湿润剂，例如乙二醇正丁醚。该组分可以从许多来源获得，一种典型的来源是商标为Butyl CellusolveTM的产品。该组分有助于其它各种组分在混合过程中保持在溶液中，并且有助于在固化工艺期间形成适当的结构。这一功能有助于使导电性材料均匀地分散在整个的组合物中，这有助于组合物的总导电率。因此该组合物的电阻率很低。该组分还具有抗腐蚀性。可以利用包括甲基二甘醇、丁基二甘醇醚、丙二醇甲基醚、二丙二醇甲基醚、乙二醇正丁醚和二乙二醇正丁醚的其它相似的湿润剂来有效地代替该组分。
第四组分(D)是分散剂。它是75％的水和25％的聚合羧酸的钠盐。典型的组分(D)可以从Rohm和Hass公司获得，就是产品Tamol731A。该组分有助于湿润导电性材料和其他组分并有助于将它们分散到整个聚合物中。可以利用包括羧基树脂聚合物、羧酸树脂聚合物、羧基树脂聚合物的盐、羧酸树脂聚合物的盐、大豆卵磷脂、以及烷基酚聚二醇醚的其它相似的分散剂来有效地代替该组分。
第五组分(E)是水。优选去离子水。水用于湿润和溶解组合材料(compositional material)，以有助于混合和悬浮。它还抑制某些可以使聚合组合物“凝固”或不当混合的化学和物理反应。
第六组分(F)是硅氧烷基防沫乳液。典型的组分(F)作为DowCorning Additive 62而获得。该组分必需使该材料与高速混合兼容；否则，形成泡沫的条件会抑制该组合物的湿润和通常的内聚。硅氧烷穿透这些泡沫并且使它们破裂。结果，防泡沫作用也使得该材料可以用在侵蚀性印刷过程中。该添加剂也有助于防止腐蚀和氧化。可以利用其它相似的硅氧烷基乳液防沫剂来有效地代替该组分。
第七组分(G)是表面活性剂。典型的组分(F)从Monsanto获得，就是产品ModaflowTM AQ-3000。该丙烯酸酯共聚物含有微量的2-乙基己基丙烯酸酯和丙烯酸乙酯，并将其结合用作表面活性剂和增强流变性的流动剂。该共聚物还具有促进金属材料结合到溶液中的效果。如果需要，通过增加该添加剂在组合物中的含量，可以结合更多的金属薄片，这导致更高的导电率。可以利用包括丙烯酸酯树脂聚合物、乙基树脂聚合物、乙基己基树脂聚合物、交联的丙烯酸酯-乙基树脂聚合物、交联的丙烯酸酯-乙基己基树脂聚合物、羟基丙基甲基纤维素以及羟基乙基甲基纤维素的其它相似的表面活性剂来有效地代替该组分。
第八组分(H)是粘接剂。典型的成分(H)作为Dow Corningproduct number Z-6011而获得。该物质是氨基烷基硅烷：γ-氨基丙基三乙氧基硅烷或(CH3CH2O)3SiCH2CH2CH2NH2。该物质通常与热固性树脂结合以增强玻璃纤维的物理结合。然而，在这种情况下粘接剂用来增强金属材料和聚合物溶液之间、以及聚合物溶液与基板之间的结合。因此，如果需要更多的金属填充物或者如果基板特别光滑，则可以加入更多的该组分。可以利用包括硅烷、氨基烷基硅烷、烷基硅烷、氨基硅烷、丙烯酸酯和聚丙烯酸酯的其它相似的粘接剂来有效地代替该组分。
第九组分(I)是含水硅氧烷基弹性体。典型的成分(I)作为Dow Corning Additive 85而获得。该组起几种作用：其提高组合物的伸长率和耐用性；在不影响导电性的情况下其还提高组合物的韧性和弹性。该含水硅氧烷弹性体还具有防腐蚀性。另外，它还提高了丙烯酸树脂和硅烷的粘合力，这在制造具有本发明的新颖导电性含水聚合物的多层电路板中是非常有用的。可以利用包括硅氧烷基弹性体、聚硅氧烷、石蜡、碱性石蜡、大石蜡(macro-paraffin)和硬脂酸钙的其它相似弹性体来有效地代替该组分。
第十组分(J)是导电性材料，例如银薄片。典型的组分(J)可以从Atlantic Equipment Engineers获得，就是AG-110银金属薄片。使用没有任何涂层、氧化或污染的纯导电性材料是必需的。当使用诸如银薄片的金属材料时，对于大多数应用来说其直径应该为大约1至50微米。银薄片是优选的用于聚合物赋形剂的导电性材料，但是针对特定目的可以实施配方的实质性改变。可以利用包括铝、锑、铋、镉、铬、铜、镓、金、铱、铅、镁、锰、汞、钼、镍、钯、铂、铑、硒、银、钽、碲、锡、钛、钨、铀、锌、锆、卤化银、导电性碳、碳纳米结构、炭黑、石墨及其混合物的其它导电性材料来有效地代替该组分。
此外，可以利用含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)和/或全氟磺酸(PFSA)离聚物，来扩大用于本发明的导电性和电绝缘的配方，用于需要这两种组分表现出的特性的特殊应用，例如电化学燃料电池应用。该附加组分(I)包含在导电性或电绝缘配方的总组分重量的大约0.1至19％的优选范围内。典型的组分(L)可以从Dupont获得，就是Teflon(PTFE)和Natfion(PFSA)。
C、导电性含水聚合赋形剂乳液组合物实施例的例子：
以下是含水聚合赋形剂乳液组合物的有效实施例的例子：
例子
i、第一批组分主要包括：(A)2.4％的胶凝剂，其包括96-97％的二氧化硅和3％-4％的碳氢化合物，例如CH3；(B)23.3％的热塑性丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液；(C)13.9％的湿润剂，例如乙二醇正丁醚；(D)0.31％的分散剂，其包括75％的水，其余的(the balance)是聚合羧酸钠盐；(E)和2.32％的去离子水，
ii、第二批组分主要包括：(F)0.04％的硅氧烷基防沫乳液；(G)0.39％的表面活性剂，例如具有微量的2-乙基己基丙烯酸酯和丙烯酸乙酯的丙烯酸酯共聚物；(E)和0.77％的去离子水，
iii、第三批组分主要包括：(H)0.27％的粘接剂，例如氨基烷基官能的硅烷；(E)和0.77％的去离子水，
iv、第四批组分主要包括：(I)0.58％的水基弹性体，例如硅氧烷基弹性体；(E)和1.55％的去离子水，以及
v、第五批组分主要包括：(J)53.4％的直径为1至50微米的银薄片。
上述例子给出了基准导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。在前述指定的范围内增加或者减小不同组分的相对浓度，将得到下面将讨论的本发明组合物的多种改变。
此外，关于该例子，存在指定的五批组分。关于每批组分，必须按指定的顺序加入每一批组分。以一些其它的顺序将各批组分加入混合物中，可能会造成一些材料的冲突，或产生不正确的pH，当加入它们时这将破坏其他化学组分。具有多种组分的批，例如第一、二、三和四批需要预混合。第五批不需要预混合。
使用高速旋转分批混合器或相似的装置来分别对每批进行预混合。一旦完成预混合，相似的混合器将所有批混合在一起。即使是在相同的化学浓度下，利用额外的混合操作，使含有组分(A)的批变得更浓稠。这样可以用辊磨机来制造非常浓稠的批。然后将第二批的材料逐渐地加入到第一批的材料中，同时第一批的材料在混合器扎。之后的每一批在加入下一批之前通过充分的混合以相同方式加入进来。最佳的混合温度在15和25摄氏度之间。完成的本发明导电性组合物的最佳pH在6至8的范围内。
D、特定的配方改变：
在本发明的精神和范围内，有许多特定的配方改变，以及通过检查公开内容可以推导出的其他改变。以下描述的改变是本发明的优选实施例：它们旨在表现本发明的精神和范围，但是它们并不包括在本发明的广泛范围和精神内所包含的所有改变或实施例。
i、电绝缘配方：
第一配方改变是上述公开的导电性聚合物的引伸组合物(corollary composition)。该改变是非导电性的或其他形式的电绝缘配方。它适旨在置于导电性层之间，以保护所施加的材料的表面；或者，旨在使导电性基板与相继施加的导电性材料绝缘。在与上述公开的含水导电性聚合物组合物的批工艺(stage-process)类似的批工艺中制备该含水电绝缘聚合物组合物。该电绝缘配方在以下的总组分重量的优选范围内包括成分B，C，E，G，K和L中的一些或全部：
在这里提出的各个例子和改变中，组分(B)包含在电绝缘配方的总组分重量的大约50至91％的优选范围内。
在这里提出的各个例子和改变中，组分(C)包含在电绝缘配方的总组分重量的大约1至33％的优选范围内。
在这里提出的各个例子和改变例中，组分(G)包含在电绝缘配方的总组分重量的大约0.1至7％的优选范围内。
在这里提出的各个例子和改变中，组分(K)包含在电绝缘配方的总组分重量的大约0.1至8％的优选范围内。
在这里提出的各个例子和改变中，组分(L)包含在电绝缘配方的总组分重量的大约0.1至19％的优选范围内。
也没有包含在导电性聚合物组合物中的唯一电绝缘配方组分是(K)邻苯二甲酸二丁酯。除了其他的供应商外，可以从伊利诺斯州芝加哥市的Chemcentral，Inc获得。该添加剂增加韧性，因此能够使用具有柔软基板的电绝缘聚合物组合物。邻苯二甲酸二丁酯还可以防止由剧烈的机械的、化学的、或其它的环境刺激所引起的破裂。结果，在固化之后电绝缘聚合乳液组合物是更坚硬、更耐用的产品。例如，可以利用包括邻苯二甲酸二丁酯的其它的韧性剂来有效地代替该组分。
由于该电绝缘材料与上述公开的导电性聚合物组合物共有基本组分的相近性，这两种相关的材料以相似的方式对环境的、化学的和机械的刺激作出反应，这样在各种操作条件下使相容性和部件寿命(part-life)最大化。
ii、电绝缘含水聚合乳液组合物实施例的例子：
以下是电绝缘含水聚合物组合物的有效实施例的例子：
例子：
i、第一批成分主要包括：(B)82％的热塑性丙烯酸-苯乙烯共聚物乳液，
ii、第二批成分主要包括：(C)10.7％的湿润剂，例如乙二醇正丁醚；(K)0.46％的韧性剂，例如邻苯二甲酸二丁酯；以及(E)1.94％的去离子水，
iii、第三批成分主要包括：(G)0.34％的表面活性剂，例如具有微量的2-乙基己基丙烯酸酯和丙烯酸乙酯的丙烯酸酯共聚物；以及(E)4.56％的去离子水，
电绝缘性组合物与本发明的导电性组合物相似，包含几批成分。必须以所示的顺序引入电绝缘组合物的各批。所有的三批成分都必须进行预混合。最佳的混合温度在15和25摄氏度之间。完成的电绝缘组合物的最佳pH在6至8的范围内。
iii、导电率改变：
可以通过导电率的要求来发展本发明的另一种类型的配方改变。可能需要增加导电率用于特殊功能；同样，也可能需要降低该组合物的导电率用于特定应用。控制配方中的导电性材料的百分比将改变该组合物的导电率。应该特别注意一个这样的改变：，可以用铝、锑、铋、镉、铬、铜、镓、金、铱、铅、镁、锰、汞、钼、镍、钯、铂、铑、硒、银、钽、碲、锡、钛、钨、铀、锌、锆、卤化银、导电性碳、碳结构纳米、炭黑、石墨及其混合物来代替该组合物中的银薄片，产生具有不同电阻的许多可选组合物实施例。例如，所述实施例可以用作电路中的可印制的连续电阻器。可以通过控制结合到该组合物中的不同导电性材料的浓度来精确地设置电阻。另外，可以根据印制电阻器的宽度、长度和厚度改变电阻。电阻率与电阻器的宽度和厚度成反比，与电阻器的长度成正比。
如上所述，例如，也可能需要增加导电率用于特定的应用。可以通过增加该组合物中的银含量增加导电率。然而，也可能需要增加胶凝剂的含量，这有助于增加的导电性材料的悬浮，和/或增加表面活性剂的含量以促进更多的导电性材料的结合。增加胶凝剂的含量允许更高浓度的银悬浮在该组合物中，从而增加导电率。另外，也可以增加氨基烷基-官能的硅烷粘合剂的含量以便增强聚合物组合物与导电性材料间的结合。
iv、密封剂改变：
另一组优选实施例源自由特定应用所规定的密封要求，例如密封PEM燃料电池隔离物。例如，如果由石墨制成的基板是燃料电池隔离物，则为了保持与多孔基板的整体强度可以增加密封剂。同样，如果基板是leiodermatous、salebrous、多孔的、磨损的(distressed)或柔软的，则可以改变该组合物以便保持令人满意的结合。当需要这种类型的组合物改变时，可以增加氨基烷基-官能的硅烷粘合剂，以提高机械特性和聚合物组合物与基板之间的结合。该粘合剂还增强多孔、salebrous、leiodermatous基板的粘合力。
在有些应用中，也可能需要增加硅氧烷基弹性体的含量。该弹性体提供额外的组合物韧性，这对那些具有柔软和磨损的基板的应用来说是必须的。该弹性体还增加丙烯酸树脂类和硅烷类上的粘合力，这在电路板的制造中是有益的。在那些使用磨损和柔软的基板的应用中，或在操作环境恶劣的应用中，可能需要使用邻苯二甲酸二丁酯。邻苯二甲酸二丁酯还增强整体的组合物韧性，而且其还提高材料的机械特性，由此获得更耐用的产品。
v、腐蚀和机械应力改变：
例如，有可能本发明的聚合物组合物的某些应用，例如结构整体矩阵和电化学燃料电池，需要极好的抗腐蚀性以不受其操作环境恶劣性的影响。有些操作环境对材料组合物有化学危害和/或产生机械应力。环境刺激所带来的机械应力引起的问题可以用与上述粘合剂改变相似的方法来解决：增加弹性体和/或邻苯二甲酸二丁酯的含量。这两种添加剂改善该新颖组合物的韧性和弹性。通过增加该组合物的弹性和韧性，可以抑制应力裂缝的积累和材料从基板上分层。
分层和裂缝的存在显著地造成腐蚀性化学制品穿透材料并且损坏该组合物的完整性。因此，缓解分层和裂缝将提供一定的抗腐蚀性。然而，也需要改变那些直接影响材料本身的抗腐蚀性的聚合物组合物组分。一个这样的改变可以是增加该组合物中的硅基组分，例如二氧化硅组分。该添加剂主要包含纯二氧化硅和微量的碳氢化合物。碳氢化合物将憎水性的性质给予与银粒子结合的二氧化硅。由于银迅速氧化，有必要使其与水和其它化学的氧化源隔离开。同样，也可以增加硅氧烷基防沫剂；它通过将银粒子包裹也提供抗腐蚀性。另一种可以被利用的硅氧烷基组分是弹性体。弹性体防止金属氧化并且提高聚合物组合物作为整体的内聚力。
vi、粘性改变：
导电性和电绝缘聚合物组合物都能以多种方式施加到基板上，例如：手刷、喷射、丝网印刷、软布印刷(tampon printing)、模版印刷(stenciling)、凹版印刷和浮凸印刷(embossed printing)。为了令人满意地应用该组合物这些操作中的每一种都需要不同的材料参数。一个这样的参数就是粘性。例如，有些印刷工艺需要较高的粘性以便将材料从印刷工具转移到可印刷的基板上。材料的粘性与材料的表面张力直接相关。材料的表面张力是表示将材料从印刷工具转移到可印刷的基板上的能力的物理参数。例如，如果通过软布印刷将导电性或电绝缘组合物应用到基板上，则可能需要改变配方，以便增加粘性，以保持合理的表面张力，从而提供从铅版(cliché)到软布(tampon)，然后从软布到基板的充分释放(release)。为了增加组合物的粘性，可以增加二氧化硅胶凝剂的含量；或者，可以减小水在组合物中总的百分比，只要保持有效的溶解能力就行。对于丝网印刷、模版印刷、凹版印刷也是如此，其中，材料需要更粘稠以便获得令人满意的释放和保持均匀的覆盖。
在笔式绘图仪印刷(pen plotter printing)、喷墨印刷、掩模印刷(masked printing)或者使用喷射装置的情况下，可能需要减小材料的粘性从而材料将以合理的速度流动。配方改变与上述的例子相反：可以减小胶凝剂的百分比；或者，增加水在该组合物中的百分比。
vii、干燥改变：
本发明的导电性和电绝缘聚合物组合物都能利用下列的印刷方法，但并不仅限于这些方法，施加到各种基板。这些印刷工艺中的每一种都可能需要对配方进行调整以便获得优选的干燥或固化条件。例如，通过调整胶凝剂的百分比来影响干燥条件。然而，最佳的干燥条件受干燥***的环境控制。可以调整干燥环境参数，例如气流、温度和湿度，以便在制造工艺中使干燥最优化。能够控制这些干燥参数是有用的，因为一些生产操作需要快速干燥，例如模版印刷；而一些生产操作需要慢速干燥，例如在一个生产周期中可能需要几个元件放置操作的印制电路板。
E、印制电路板：
本发明是一种导电性含水聚合乳液组合物。将其特别设计成应用于诸如电子工业及其***、以及燃料电池技术等工业的低成本、多功能、水基导电性聚合物。作为电路板技术使用本聚合物发明的优点是多方面的：结合其的电路板装配能够更灵活、具有三维布图、重量更轻、外形更小(lower profile)且成本更低。
本发明的多用性使得它可以应用于许多电路板基板上，例如塑料、有机材料、石料、混凝土、玻璃、结晶材料、布料、皮革、泡沫塑料和金属。现有技术中的电路板技术局限于一定数量的(a selectnumber of)的兼容性基板。刚性印制电路板(PCB)通常是扁平、刚性和昂贵的包铜酚(copper-clad phenolic)。
传统的柔性电路板通常由能承受焊接温度的昂贵柔性塑料制成。更为重要的是，传统基板是器件本身中的附加元件。随着本发明的出现，可以将导电性聚合物材料直接印刷到器件本身的结构上：事实上，除去了一整套的电子元件。与其将电路板印刷在附加元件上，这将增加材料和装配成本，不如将电路板直接印刷在固有形成产品本身的实质材料上，这将减少生产和装配成本。这种电路板的印刷方法被称作实质材料电子器件(EME)。除了那些关于用于电子器件的注模塑料的应用之外还可以进一步发展将电路直接印刷到产品外壳上的EME概念。同样，EME印刷降低了生产成本以及材料成本，因为没有多余的在其上进行装配的“板”。使用本聚合物发明，可以将复杂电路印刷到大多数的塑料、有机材料、石料、混凝土、玻璃、结晶材料、布料、皮革、泡沫塑料和金属上。为了将电路板印刷到诸如金属或石墨的导电性基板上，仅仅需要首先施加电绝缘聚合物组合物层。于是可以根据电路图案施加导电性聚合物组合物。
通过将电绝缘聚合物组合物层置于导电性层之间而将多个电路印刷单个基板上，在本发明的含水导电性聚合物组合物的范围和精神内。这产生了多层电路(MLC)。所公开的导电性聚合物组合物的可印刷特征使得单个基板便于多个电路，同时减小电路板的空间并且降低了生产成本。由于一些设计复杂性，可以交织这些上述的电路图案用于特定目的；例如，产生或接收想要的电磁场。作为将电绝缘层置于导电性层之间的结果，通常可以应用电绝缘配方材料以提供耐用性和对部件表面划痕的抵抗性。
为了举例，将图1所示的电路板10实施为包括层L1-L5的多层电路。可以通过多种印刷方法，例如：模版或丝网印刷、转印垫(transferpad)或软布印刷、笔式绘图仪印刷、喷墨印刷、掩模印刷、无水平版印刷、以及柔性版印刷(flexographic printing)来施加导线12、绝缘点20和安装垫(mounting pad)40。这些方法在下面将进一步讨论。
本发明的第一层表示为“L1”，包括施加到基板14上的第一导线12。剩余层L2-L5中的每一层在制造期间都同样均匀地施加到基板14上。在图1中，层L2-L5显示为虚构平面，具有与每一层有关的标记元件。层L2-L5给出元件在空间中相对于其它层的元件，以及相对于它们最终将施加到其上的基板14的位置。图2示出将所有的层L1-L5施加到基板14上以形成印制电路板10的最终结果。在L1上，导线12包括导电性聚合物。本发明与许多基板兼容：三维的、特别平滑的、特别粗糙的、多孔的，磨损的、导电性的或是柔性的等。然而，在使用本发明的导电性聚合物制造电路板10的情况下，基板必须与预期的元件兼容，也就是说，如果相应的元件不是同等三维的、柔性的等，则基板不能是三维的或柔性的等。在图1和图2所例举的分层电路板实施例10的情况下，基板14在尺寸山是稳定的并且是非导电性的。如果基板14是导电性的，则该基板也可能需要涂有薄但有效的本发明电绝缘配方层(未示出)。
如前所述，L1包括电路的第一导线12。为了连接电路的不同点而又不使连接电路其他点的其他导线12短路，以多层L1-L5实施印制电路是有用的。因此，多层间的电接触应当仅仅在需要的地方发生。如此设计L1的导线12的结构，以便避免在二维、一层的电路中导线可能的“重叠”。通过以三维实施电路板10，可以在计算上(logistically)简化电路设计。结果，由于实施电路的维数增加，所以可以使电路板10更加复杂。
第二层，“L2”，是在点20实施由本发明电绝缘配方构成的选择性印刷绝缘体的层。在位于L1的导线12与“L3”的导线12的交叉处的特定点20上将电绝缘组合物施加到L2上，从而***这两个导线结构的会合点20并使其绝缘，否则使电路板短路或破坏操作。
“L3”是所实施的电路板10的第3层；它包括除了表面安装技术(SMT)元件50之外的完成电路板10的电路所需的导线12的剩余部分。在空间上使L3的导线与L1的导线和L2的绝缘体协调一致，以便使导线结构充分连接并且允许正常的导电。
所示电路板10的第4层表示为“L4”，实施导电性安装垫40，用于将SMT元件50安装并固定到电路板10上。安装垫40由本发明的导电性配方构成，从而将SMT元件50，例如电阻器、电容器、二极管、计时器、处理器等连接到电路板10的电路。这里所示的安装垫40是本发明优选实施例的例子，其中调整粘性以便使得该组合物更似凝胶。当增加粘性并且该组合物更为凝胶状时，SMT元件更牢固地附着在安装垫上，确保充分的电接触。
“L5”是多层电路板10的第5层；它包括制造该电路板所需的SMT元件50。将SMT元件50安装到L4的导电性安装垫40上，从而将它们集成到电路板10中。
可以在这样的本发明实施例中使用可能的第6层，这里未显示；具体地说，它是本发明的电绝缘配方的电绝缘和保护层。这样的层可以用于使电路板与其它电路或者其它可能的电危害绝缘；它也可以保护电路免受诸如腐蚀性化学制品、机械应力等环境危害的影响。结果，该保护层也可以用作制造另一个电路板的基板。
图2示出该电路板实施例中的每一层的元件的总体功能。导线结构层L1和L3在需要地方连接，在需要地方绝缘；L2的绝缘体点允许适当的电路板功能性，而没有短路和破裂；并且L4的安装垫固定L5的SMT元件50。
实施在关于配方改变和实施例的部分中提到过的可印刷电阻器也在本发明的含水导电性聚合物组合物的范围和精神内。电阻器的电阻值是电路线的宽度、长度和厚度的函数，也是包括该电阻器的导电性材料的导电率和浓度的函数。因此，通过改变这些变量，可以在给定的电阻器内取得很宽的电阻范围。可以与电路的其它部分一起连续地印刷该电阻器，从而在可能引起问题的图案中没有不连续的间隔(discrete break)。导电性材料包括：铝、锑、铋、镉、铬、铜、镓、金、铱、铅、镁、锰、汞、钼、镍、钯、铂、铑、硒、银、钽、碲、锡、钛、钨、铀、锌、锆、卤化银、导电性碳、碳纳米结构、炭黑、石墨及其混合物。通过减少所需元件的数量印刷电阻减少了在电路板装配中的元件成本。
几种印刷方法能以可行的、有成本效益的方式印刷令人满意的电路。这些印刷方法包括，但不限于以下方法：模版和丝网印刷、转印垫印刷、浸渍印刷、笔式绘图仪印刷、喷墨印刷、掩模印刷、无水平版印刷、以及柔性版印刷。印刷方法选择的广泛范围允许通过选择最能满足产品要求的印刷方法实现工艺的最优化。有多种变量可以使每一种印刷方法与众不同，例如印刷分辨率、大批量生产的适应性、基板的兼容性、产品几何形状和电路几何形状。这些印刷变量指示出对于每一种产品基板哪一种制造方法是最佳的。
F、制造方法：
以下示出本发明的几个制造方法和物理实施例：
i、模版和丝网印刷：
有两种基本的模版和丝网印刷的印刷设计：平台和滚筒设计(flatbed and cylinder designs)。传统的平台设计将基板放置在平台或工作台上。具有电路图案的框和网屏(frame and screen)位于基板的上方，并且当包含本发明的导电性聚合物组合物的着墨装置(inkapplicator)通过网屏上的印刷区域时保持静止。着墨装置向下的力和水平方向的移动的结合使网屏与基板有片刻的接触，导致电路图案的转移。
滚筒印刷设计更适用于柔性基板，例如布料、薄塑料、一些有机材料和金属薄片。滚筒印刷将基板传送到向前移动的真空滚筒上。具有电路图案的排字台和网屏与被旋转滚筒移动的基板同步移动。包含本发明的导电性聚合物组合物的着墨装置在真空滚筒的上方，保持静止，并与基板接触。基板的弯曲，由于符合滚筒的轮廓，所以产生比平台印刷工艺更明显、更清晰的图案。
丝网印刷可以用在许多种印刷应用中。然而，如果导体宽度和间隔小于大约0.3mm时，制造商们不喜欢丝网印制电路板。此外，如果这些导线接近地平行延伸很长的距离，则有这些导线可能结合的危险。如果有这些疑虑，则应当利用本发明的导电性聚合物组合物使用另一种印刷技术。
所公开的含水导电性聚合物组合物与丝网印刷方法兼容。丝网印刷通常优选较粘稠的、凝胶状的材料。利用前面描述为“粘性改变”的配方改变可以很容易地提供这种优选。如本领域的技术人员所知的那样，粘性可以间接地影响干燥参数，例如干燥时间、气流和温度。因此，优选较高的材料粘性的印刷方法，象丝网印刷，需要较长的干燥时间。然而，可以通过控制干燥环境而不是配方来获得最佳的干燥条件。在干燥环境中调整气流、湿度和温度，对于生产操作是优选的，因为它允许配方保持在化学组分的材料容许量(material tolerance)范围内。
ii、转印垫印刷：
转印垫印刷(TPP)，或者软布印刷，是一种间接的凹版印刷工艺。在转印垫印刷中最重要的因素是转印垫或软布，通常是由硅橡皮制成的。该硅垫从铅版拾取导电性聚合物组合物，所述铅版是光刻蚀刻(photographically etch)的印刷表面。该铅版以待印制电路的图像保持导电性聚合物“油墨”。该硅垫将油墨图形从铅版转移到基板。在转印垫印刷工艺中关于该具体步骤中有三种变化：密封油墨杯、敞开的油墨池和轮转式的凹版垫转印(rotary gravure pad printing)。
转印垫印刷是最通用和最灵活的印刷方法；它能够在三维基板上印刷；能印刷多种颜色；并且可以进行湿压湿印刷。对于具有复杂表面几何形状的基板来说TPP是优选的印刷方法，虽然它也可以用于柔性和刚性基板。它与金属和塑料、有机材料、石料以及结晶材料兼容。作为大批量生产方法TPP是经济的。
所公开的含水导电性和电绝缘聚合物组合物与转印垫印刷方法十分兼容。转印垫印刷通常优选粘度适中的材料。利用前面描述为“粘性改变”的配方改变可以很容易提供这种优选。该组合物的粘度间接地影响干燥参数，例如干燥时间、气流和温度。因此，如果不调整整个组合物中的凝胶剂的百分比，转印垫印刷的产品可能需要更长的干燥时间。在干燥环境中调整气流、湿度和温度，对于生产操作是优选的，因为它允许配方保持在化学组分的材料容许量范围内。可以调整气流、湿度和干燥温度以使干燥时间最大化，但是，如本领域的技术人员所知的那样，这些参数的巨大改变对产品是有害的。
iii、笔式绘图仪印刷：
适合于原型和小批量生产的印刷方法是笔式绘图仪印刷。笔式绘图仪，适合于与本发明的导电性聚合物组合物兼容的专用笔尖设计，可以快速设计、重复设计以及制造原型电路板。笔式绘图仪与标准的计算机打印机相似。该绘图仪连接到计算机上，并且用导电性聚合物组合物填充笔尖。于是可以将计算机的电路图像直接印刷到基板上。笔式绘图仪使用线性驱动器将笔尖定位在基板上。与普通的计算机打印机相同，笔式绘图仪通常在二维基板上印刷。然而，也有可以三维印刷的笔式绘图仪。
笔绘印刷方法具有优越性，因为它不需要模板或其它的中间步骤。它也适合原型电路设计和印刷，因为它直接连接到计算机。然而，相对于其它印刷方法，笔式绘图不能以高速印刷。因此，作为大批量生产方法它受到限制。
所公开的含水导电性和电绝缘聚合物组合物与笔式绘图仪印刷方法兼容。笔式绘图仪印刷通常优选低粘度的材料。利用前面描述为“粘性改变”的配方改变可以很容易地提供这种优选。然而，在干燥环境中调整气流、湿度和温度，对于生产操作是优选的，因为它允许配方保持在化学组分的材料容许量范围内。
iv、喷墨印刷：
喷墨印刷，与上述的笔式绘图仪印刷一样，对于生产测试数量的原型是理想的。它通过电控制由许多个开和关的小喷射阀形成的阵列，控制导电性聚合物组合物的精确喷射，从而在基板上形成这样的电路。一些喷雾(the jet spray)从基板转移，从而到达基板的小滴形成电路的精确图案。喷射阀或喷墨阵列由线性驱动器控制，其由计算机控制。因此，印制电路的精度和质量是计算机敏锐度的函数。喷墨印刷与笔式绘图仪印刷和标准的计算机打印相似，在于它们不需要透明性和模板。可以从计算机立刻印刷和测试电路。这些能力促使喷墨印刷在原型和小批量的规模上成为一种可行的电路生产形式。然而，喷墨印刷通常受限于诸如纸张、塑料片和金属薄片的薄基板上的二维印刷。另外，大多数，但并非全部的，喷墨印刷机在墨水中引起静电荷，有助于附着。该工艺与本聚合物发明的导电性不兼容，因此需要避免。但是，还有些没有静电的喷墨印刷***。然而，本发明的电绝缘配方可以用于该静电工艺。
所公开的含水导电性和电绝缘聚合物组合物与喷墨印刷方法兼容。喷墨印刷通常优选低粘度的材料。利用前面描述为“粘性改变”的配方改变可以很容易地提供这种优选。因此，优选低粘度材料的印刷方法，与笔式绘图仪印刷一样，需要较短的干燥时间，这对原型电路印刷是有利的。
v、掩模印刷：
也可以利用掩模技术印制电路。不需要导电性聚合物组合物的地方简单地掩盖或覆盖基板。可以通过很多种技术，例如浸渍、喷射或使用滚轴，来施加该组合物。除去掩模以露出想要的电路图案。该技术适用于较大的、较简单的电路设计，而不是微小的、复杂的图案。然而，掩模印刷具有很高的适应性。掩模可以与印切粘纸(stamp cutadhesive paper)或蚀刻的金属一样简单；或者与可以使用紫外(UV)光固化的光刻胶聚合物一样复杂。掩模印刷十分适合于下面描述的结构整体传感器矩阵。使用掩模印刷方法，可以将所公开的导电性聚合物组合物施加到诸如桥梁和建筑物等结构，以探测其基础结构中的裂缝。
掩模技术最适合于由最终产品的规格和允许的偏差所规定的工艺。例如，纸张掩模简单并且便宜，但它不能为电路图案提供所需的精度。通过浸渍工艺施加导电性聚合物组合物的技术也同样如此。喷射工艺更适合于复杂的图案和精致的基板。浸渍技术适合于三维基板和EMI屏蔽。而且，取决于所使用的方法，掩模印刷可能会由于使用过量的材料而产生很大的浪费，从而增加生产成本。
所公开的含水导电性和电绝缘聚合物组合物与掩模印刷方法兼容。掩模印刷通常优选低粘度的材料。利用前面描述为“粘稠性改变”的配方改变可以很容易地提供这种优选。粘度可以影响干燥参数，例如干燥时间、气流和温度要求。因此，优选低粘度材料的印刷方法，象掩模印刷，需要较短的干燥时间，这对大规模生产是有利的。
vi、无水平版印刷：
无水平版印刷使用3种主要元件：无水印版(waterless plate)、所公开的导电性聚合物组合物和印刷机设备。“无水印版”基于一种叠层设计。普通的金属，通常是铝，用作基底材料。将光敏的感光聚合物结合到铝上。然后，将一微米厚的硅橡胶薄层施加在感光聚合物的顶上。
将印版暴露在紫外光下，由胶片支架(film carrier)进行控制，所述紫外光穿过硅层，照在下面的感光聚合物上。UV下激活了感光聚合物，破坏了感光聚合物和硅之间的结合。光反应是相当精确的；很容易取得6微米线(micro-lines)的分辨率，支持每英寸175线的从0.5％到99.5％的点范围。这种精确度使得无水印版印刷相对于所有其它印刷工艺能够印刷最微小和最复杂的电路板。
在暴露在UV下后，对印版进行处理，以从图像区域除去硅氧烷，留下感光聚合物层。对于导电性聚合物组合物感光聚合物层是易于接受的，这允许印版选择性地吸引或抵抗材料。然后印版可以用于将导电性聚合物组合物以精确的电路图案转移到预期的在基板上。无水平版印刷使用印版滚筒或平印版来将电路设计施加到基板上。两种印刷技术最适合于二维表面。然而，柔性基板，例如塑料膜、布料和薄片可以用于印版滚筒技术；而平印版技术最适合于刚性、静态基板，例如玻璃、厚塑料和厚金属。无水平版印刷能够高质量、大批量生产所公开的导电性聚合物组合物的最复杂的电路应用。
所公开的含水导电性聚合物组合物与无水平版印刷兼容。无水平版印刷通常优选更粘的、凝胶状材料。利用前面描述为“粘稠性改变”的配方改变可以很容易地提供这种优选。然而，可以通过控制干燥环境而不是配方来实现最佳干燥条件。在干燥环境中调整气流、湿度和温度对于生产操作是优选的，因为它允许配方保持在化学组分的材料容许量范围内。
vii、柔性版印刷：
可以利用柔性版印刷方法来印刷所公开的导电性聚合物组合物。它是凸版印刷的变型，使用柔性排版(set type)和印刷板。将所公开的导电性聚合物组合物淀积到凸起的铅字(type)表面，其具有电路图案；然后，将铅字和基板压在一起，从而将电路图案转移到基板上。如果铅字、基板和墨水都兼容，可以使用柔性版印刷方法来印刷几乎任意的电路图案。
通常在制造包装和标签时使用柔性版印刷；因此，柔性版印刷可以将所公开的导电性聚合物组合物结合到包装和标签产品以及其它应用中。对于结合电路的包装和标签有相当大的市场；例如，食品和饮料产品，药品、医疗用品以及新产品。柔性版印刷与所有这些包装和标签产品的高产量、低成本生产相兼容。柔性版印刷的一个缺点是它的印刷精度偏差。由于其柔软的性质，柔性版印刷固有地不太精确。因此，应当使用更精确的印刷方法来印刷大多数的复杂电路。然而，柔性版印刷适合于低成本、中等质量的大批量生产。
所公开的含水导电性聚合物组合物与柔性版印刷兼容。柔性版印刷通常优选更粘的、凝胶状材料。利用前面描述为“粘稠性改变”的配方改变可以很容易地提供这种优选。粘性可以间接影响干燥参数，例如干燥时间、气流和温度。然而，可以通过控制干燥环境而不是配方来实现最佳的干燥条件。在干燥环境中调整气流、湿度和温度，对于生产操作是优选的，因为它允许配方保持在化学组分的材料容许量范围内。
G、EMI屏蔽：
来自外部环境或者诸如高速电路的内部源的射频频谱中的电磁干扰(EMI)可以破坏大量的电子设备。EMI屏蔽的传统方法可能是不实用的或不利的。由于其水基导电性聚合物的性质，本发明是EMI屏蔽的可行替换方案。为了将这种新颖的含水导电性聚合物组合物作为EMI屏蔽的形式来实施，需要将它布置成连续膜。喷射或浸渍部件可以很容易制造本发明的连续膜。该组合物聚合物可以用来覆盖电子设备的外壳的内部面板，有效地屏蔽外壳内的一切。也可以直接将其喷射到需要屏蔽的元件或设备上。可以覆盖整个电路板。首先，应该将电绝缘聚合物组合物薄层的预处理(pretreatment)淀积在电路板基板上。在固化电绝缘层之后，可以根据电路图案施加导电层。另外，如果应用允许，则可以施加多层导电性聚合物组合物并***电绝缘层。结果，通常可以施加电绝缘配方材料，以提供部件的耐用性和对部件表面划痕的抵抗性。
本发明还可以为数据电缆和电路提供EMI屏蔽。制造EMI屏蔽电缆的传统方法耗时并且成本很高。简单的浸渍或喷射工艺可以用于利用本发明的导电性聚合物组合物涂敷大多数类型的电缆。在浸渍工艺中，可以通过调整材料的浓度以及电缆从溶液中去除的速度来改变屏蔽层的厚度。对于仅需要少量有涂层的电缆的应用，可以将导电性聚合物组合物喷射到电缆上。同样，利用该聚合物组合物喷射电缆对于断续的EMI屏蔽是有效的。
H、电接触：
所公开的含水导电性聚合物组合物对于氧化和其他形式的腐蚀具有很强的抵抗性。它是很好的热和电的传导体。这些特性的结合使得本发明是优选的电接触材料。它能在恶劣的化学、热、机械和电磁条件下保持电接触。湿润剂、分散剂和防沫剂的结合允许该导电性材料完全地被薄聚合物层所包裹。该聚合物层足够厚能保护经常易被氧化的导电性材料，然而又要足够薄能确保令人满意的电传导。
使用本发明的含水导电性聚合物组合物作为电接触材料实际上比作为工业标准的镀金更有成本效益。然而，它的抗磨性比镀金低，因此当实施本发明的含水导电性聚合物组合物作为电接触时需要注意和小心。
I、电子元件安装：
使用含水导电性聚合物组合物作为用于将电子元件，例如计算机芯片，固定到基板上的材料手段，属于本发明的精神和范围。可以通过实施列举在“粘性实施例”部分中的配方改变来提高该材料的粘性。增加粘性有助于使该材料更为凝胶状的，这考虑到更好的元件安装。含水导电性聚合物组合物可以用作电路和元件的凝胶垫(gel-pad)。在元件底座(feet)的精确位置上可以将含水导电性聚合物组合物成滴地施加到基板上。然后可以将元件放置在未固化的材料中。结果，通常可以施加电绝缘聚合物组合物以使元件保持在适当的位置并增加结构整体性。另外，可以将电绝缘材料球滴滴在元件下导电性垫没有延伸的区域，以便增强电子元件在基板上的粘接力。
J、结构完整性矩阵：
将本发明特别设计成由电子工业及其***所使用的低成本、多功能、水基导电性聚合物。一个这样的***应用是结构完整性矩阵，它用于监测由诸如桥梁、隧道、大坝和高层建筑等建筑物所承受的机械应力。有必要监测这些建筑物的完整性，以便预先进行维修并且避免灾难发生。本发明还可以用作监测结构安全性的报警电路。所公开的导电性聚合物组合物可以应用于现有的建筑物，以及那些正在建造的建筑物中。最合适的应用工艺是将栅格或矩阵掩模喷射到建筑物的基础结构和受力点上。这些矩阵应当是连接到监测***的完整电路。可以将本地监测***集成到能够在电路损坏时警告工程师或者维修人员的中心控制单元。也必须用另一层电绝缘聚合物组合物保护导电性聚合物组合物层。电绝缘层保护导电层免受外力的影响。由于这两层的配方相似，在运行过程中这两层的表现相似。因此，这两层的结合不会抑制监测***的能力。
一些增强结构完整性监测应用的改变和***开发属于本发明的范围和精神内。一个这样的改变是在微观水平上(on the micro-level)而不是在宏观水平上(on the macro-level)喷射结构基板，将所公开的导电性聚合物组合物结合到建筑材料中，从而不需要在建造之后实施其应用。通过实施可以集成和保持所有传感器电路之间的电接触的矩阵形式设计，这一改变是可能的。
K、照明设备：
例如，可以将本发明的含水导电性聚合物组合物集成到几种发光器件例如汽车技术中的头灯和尾灯的电路中。在照明技术中使用本发明的优点在于两个方面：更低的生产成本和更高的元件效率。例如，为了更低的生产成本和更有效的照明***，本发明可以与发光二极管(LED)结合使用，以代替低效率的白炽灯。可以将本发明结合到柔性LED阵列的电路中，这允许更好地对准和定位LED矩阵，提高头灯和尾灯的亮度。所公开的导电性聚合物组合物还可以实施在安全和地面照明设备、电子设备显示器、手电筒和交通灯中。由于可以在生产中精确地控制本发明的导电参数，所以可以将LED或其他的发光技术直接应用到导电性材料中。该材料的性能使得照明***具有更少的元件，这减少生产成本和装配时间。
L、质量控制传感器/时间或信息控制传感器：
实施可以用作质量控制(QC)和信息控制(IC)装置的电路，属于所公开的含水导电性聚合物组合物的精神和范围内。这些装置的设计可以是简单电路。例如，食品或饮料产品的包装具有简单的连续电路，它印刷在关键接触点的表面上。该包装还包括小和廉价的与电路串联的电池或电容器。这样，当该电路被损坏或被顾客弄坏时，QC警报器就被激活。该警报器可以采用多种形式，从闪烁灯到振动器到警报器。可以使该简单的QC装置变得复杂并对其进行改变。
一个这样的改变可以是产生信号控制装置。IC电路可以基于与QC电路相同的原理存储和管理信息。例如，利用印刷为并联连续电路阵列的所公开的导电性聚合物组合物制造药物分配器。该电路阵列覆盖穿孔的、或者以其它方式设计的药品胶囊的出射口。此外，廉价的电池或电容器与电路串联。还具有内置在该电路中的处理芯片(PC)。这样，当单个的药品胶囊离开分配器时，PC记录下分配的时间。在整个用药期间纪录下时间是有用的。然而，还可以对PC进行编程，以便开始从第一次配药开始的分配周期。可以对PC进行编程，与上述的QC警报器不同，是以编过程的间歇启动警报器，以提醒分配的患者。
M、天线：
实施可以用于发射和接收EMF信号的天线，属于本发明的含水导电性聚合物组合物的精神和范围内。这样的装置的设计可以是连接到简单电路的印刷线，这两者都是由本发明的含水导电性聚合物组合物制成的。可以设计不同长度的天线的阵列，从而发射和接收不同波长的EMF信号。可以将本发明的含水导电性聚合物组合物的该实施例直接印刷到想要的电子器件例如便携式电话、计算机组件、汽车遥控报警、头戴式耳机、建筑物等的外壳上。将天线和电路直接印刷在电子器件的基板或外壳上除去一整套的电子元件。不是将电路板印刷在额外的元件上，这增加材料和装配成本，而是将电路板直接印刷在固有地形成产品本身的材料上，这减少了生产和装配成本。
N、燃料电池密封剂：
实施用于电化学燃料电池的密封剂，属于所公开的导电性水基聚合物组合物的精神和范围内。电化学燃料电池-特别是PEM燃料电池—包括多个必须充分地集成、合并到液体不能渗透的，也就是说无渗漏的燃料电池组件中的元件。典型地，现有技术的PEM燃料电池结合平面元件——或主要表面为平面的元件——例如需要密封以便防止元件表面间渗漏的双极分离器和膜电极组件(MEA)。由于密封和导电特性的结合本发明特别适合于这种应用。可以通过上述列举的改变的说明改变该导电性水基聚合物组合物，从而诸如粘性、电和热的传导率、粘合力等材料特性在诸如密封燃料电池周边的燃料电池应用的最佳参数范围内。可以将该导电性水基聚合物材料施加到燃料电池双极分离器或者双极分离器-MEA界面的周边。由于本发明的化学特性，还可以沿周边干燥地、带状地施加该材料。
应该注意的是，以上所例举的例子是代表性的，并且仅旨在说明所公开的导电性水基聚合物组合物的精神和范围，而不是包括所有可能的实施例。

Claims (50)

1、一种导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，
包括：
a、与另一种聚合物共聚的占总组分重量的大约8至45％的水溶性丙烯酸聚合物，所述另一种聚合物选自由苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物；丙烯酸系聚合物、苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物以及它们的进一步的聚合物的酯和酸所构成的组；
b、小于总组分重量的90％的导电性材料组分，该导电性材料组分选自由铝、锑、铋、镉、铬、铜、镓、金、铱、铅、镁、锰、汞、钼、镍、钯、铂、铑、硒、银、钽、碲、锡、钛、钨、铀、锌、锆、卤化银、导电性碳、碳纳米结构、炭黑、石墨及其混合物所构成的组；
c、有效量的水溶性湿润剂；以及
d、溶解能力有效量的水。
2、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述组合物补充有水溶性弹性体。
3、根据权利要求2所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述水溶性弹性体包括总组分重量的大约0.1至7％，并且选自由硅氧烷基弹性体、聚硅氧烷、石蜡、碱性石蜡、大石蜡、硅烷和硬脂酸钙所构成的组。
4、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述组合物补充有水溶性胶凝剂。
5、根据权利要求4所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述水溶性胶凝剂包括总组分重量的大约1至8％，并且选自由硅氧烷二氧化物、触变胶、***胶、黄原胶所构成的组。
6、根据权利要求4所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中调整所述水溶性胶凝剂占所述组合物总重量的百分比，以便改变所述组合物的材料粘度特性和/或固化特性。
7、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述水溶性湿润剂包括总组分重量的大约1至42％，并且选自由甲基二甘醇、丁基二甘醇醚、丙二醇甲基醚、二丙二醇甲基醚、乙二醇正丁醚和二乙二醇正丁醚所构成的组。
8、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述组合物补充有水溶性防沫剂，其包括总组分重量的大约0.01至5％，并且选自由硅氧烷基乳液所构成的组。
9、根据权利要求8所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中调整所述水溶性防沫剂占所述组合物总重量的百分比，以便改变所述组合物防止化学腐蚀的特性。
10、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述组合物补充有水溶性聚合物分散剂，其包括总组分重量的大约0.1至5％，并且选自由羧基聚合物、羧酸聚合物、羧基聚合物的盐、羧酸聚合物的盐、大豆卵磷脂、烷基酚聚二醇醚所构成的组。
11、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述组合物补充有水溶性表面活性剂，其包括总组分重量的大约0.1至5％，并且选自由丙烯酸酯聚合物、乙基聚合物、乙基己基聚合物、交联的丙烯酸酯-乙基聚合物、交联的丙烯酸酯-乙基己基聚合物、羟基丙基甲基纤维素、羟基乙基甲基纤维素所构成的组。
12、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述组合物补充有水溶性粘接剂，其包括总组分重量的大约0.1至6％，并且选自由硅烷、氨基烷基硅烷、烷基硅烷、氨基硅烷、丙烯酸酯和聚丙烯酸酯所构成的组。
13、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述组合物补充有氟代聚合物，例如聚四氟乙烯和全氟磺酸离聚物，包括总组分重量的大约0.1至19％。
14、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述导电性材料组分的直径为大约1至50微米。
15、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中调整所述导电性材料组分占所述组合物总重量的百分比，以便改变所述组合物的导电率，由此利用所述组合物生产、操作和保持电阻器。
16、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述导电性材料组分选自由铝、锑、铋、镉、铬、铜、镓、金、铱、铅、镁、锰、汞、钼、镍、钯、铂、铑、硒、银、钽、碲、锡、钛、钨、铀、锌、锆、卤化银、导电性碳、碳纳米结构、炭黑、石墨及其混合物所构成的组，以改变所述组合物的导电率，由此利用所述组合物生产、操作和保持电阻器。
17、根据权利要求15和16所述的电阻器，其中通过调整所述导电性含水聚合赋形剂乳液组合物施加的宽度、长度和厚度来控制所述电阻器的电阻率。
18、根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中调整所述溶剂量的水占所述组合物总重量的百分比，以便改变所述组合物的材料粘度特性和/或固化特性。
19、用于生产、操作和保持电路、电路板或其他电传输装置的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
20、用于生产、操作和保持电结构完整性矩阵的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
21、用于生产、操作和保持电磁场发射和接收装置的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
22、用于生产、操作和保持电磁干扰屏蔽的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
23、用于生产、操作和保持电接触的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
24、用作导电性密封剂的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
25、用作专门用于生产、操作和保持电化学燃料电池或电解电池的导电性密封剂的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
26、用作安装和固定电子元件的导电性粘接剂的根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物。
27、一种电绝缘含水聚合乳液组合物，包括：
a、与另一种聚合物共聚的占总组分重量大约50至91％的水溶性丙烯酸系聚合物，所述另一种聚合物选自由苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物；丙烯酸系聚合物、苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物以及它们的进一步的聚合物的酯和酸所构成的组；
b、有效量的水溶性湿润剂；
c、水溶性延展剂(ductility agent)；以及
d、溶解能力有效量的水。
28、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，其中所述水溶性湿润剂包括总组分重量的大约1至33％，并且选自由甲基二甘醇、丁基二甘醇醚、丙二醇甲基醚、二丙二醇甲基醚、乙二醇正丁醚和二乙二醇正丁醚所构成的组。
29、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，其中所述水溶性延展剂包括总组分重量的大约0.1至8％，并且选自由邻苯二甲酸二丁酯和邻苯二甲酸丁酯所构成的组。
30、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，其中所述组合物补充有水溶性表面活性剂，其包括总组分重量的大约0.1至7％，并且选自由丙烯酸酯聚合物、乙基聚合物、交联的丙烯酸酯-乙基聚合物、交联的丙烯酸酯-乙基己基聚合物、羟基丙基甲基纤维素以及羟基乙基甲基纤维素所构成的组。
31、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，其中所述组合物补充有氟代聚合物，例如聚四氟乙烯和全氟磺酸离聚物，包括总组分重量的大约0.1至19％。
32、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，其中调整所述水溶剂量占所述组合物总重量的百分比，以便改变所述组合物的材料粘度特性和/或固化特性。
33、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，用于保护导电性基板不受腐蚀。
34、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，用于保护绝缘基板不受腐蚀。
35、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，用于生产、操作和保持电绝缘电路、电路板或其他电传输物理装置。
36、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，用于生产、操作和保持实施在通过所述组合物而彼此隔离并绝缘的多个配置层中的电路，使得电路层之间的电接触仅发生在想要的地方。
37、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，用作密封剂。
38、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，用作专门用于生产、操作和保持电化学燃料电池或电解电池的电绝缘密封剂。
39、根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物，用作安装和固定电子元件的电绝缘粘接剂。
40、通过将粘度特性和/或固化特性调整至专门针对每一种应用的预定设置，使用包括模版或丝网印刷、转换垫片或软布印刷、笔式绘图仪印刷、喷墨印刷、掩模印刷、无水平版印刷、柔性版印刷和浸渍的方法，将根据权利要求1所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物施加到想要的基板，包括三维基板。
41、通过将粘度特性和/或固化特性调整至专门针对每一种应用的预定设置，使用包括模版或丝网印刷、转换垫片或软布印刷、笔式绘图仪印刷、喷墨印刷、掩模印刷、无水平版印刷、柔性版印刷和浸渍的方法，将根据权利要求4所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物施加到想要的基板，包括三维基板。
42、通过将粘度特性和/或固化特性调整至专门针对每一种应用的预定设置，使用包括模版或丝网印刷、转换垫片或软布印刷、笔式绘图仪印刷、喷墨印刷、掩模印刷、无水平版印刷、柔性版印刷和浸渍的方法，将根据权利要求27所述的电绝缘含水聚合乳液组合物施加到想要的基板，包括三维基板。
43、一种导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，包括：
a、与苯乙烯聚合物共聚的水溶性丙烯酸系聚合物；
b、导电性材料组分；
c、有效量的水溶性湿润剂；以及
d、溶解能力有效量的水。
44、根据权利要求43所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中与所述苯乙烯聚合物共聚的所述丙烯酸系聚合物包括的所述组合物的总组分重量的大约8至45％。
45、根据权利要求43所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述导电性材料组分包括小于所述组合物的总组分重量的90％。
46、根据权利要求43所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中用选自由丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物；丙烯酸系聚合物、苯乙烯聚合物、丙烯酸酯聚合物、聚丙烯酸酯聚合物、(甲基)丙烯酸酯聚合物、聚(甲基)丙烯酸酯聚合物、羟基聚合物以及它们的进一步的聚合物的酯和酸所构成的组中的聚合物来替代所述苯乙烯聚合物。
47、根据权利要求43所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述湿润剂将所述导电性材料分散到整个所述组合物中，有助于所述组合物的整体导电性。
48、一种导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，包括：
a、占所述组合物的总组分重量大约8至45％的柔性共聚物；
b、导电性材料组分；
c、有效量的水溶性湿润剂；以及
d、溶解能力有效量的水。
49、包括热塑性丙烯酸-苯乙烯共聚物的一种导电性无毒含水聚合赋形剂乳液组合物。
50、根据权利要求49所述的导电性含水聚合赋形剂乳液组合物，其中所述丙烯酸-苯乙烯共聚物包括所述组合物的总组分重量的大约8至45％。
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