KR100777662B1 - 잉크젯용 전도성 잉크 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 잉크젯용 전도성 잉크 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 나노입자 30 내지 85 중량부; 유기용매 10 내지 60 중량부; 다이올(diol) 또는 글리콜계 화합물로 이루어지는 습윤제 10 내지 30 중량부; 및 에틸렌 글리콜계 에테르 화합물로 이루어지는 점도조절을 위한 첨가제 0.1 내지 10 중량부;를 포함하는 잉크젯용 전도성 잉크 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 잉크 조성을 최적화시켜 잉크젯 장치를 이용한 배선 형성시 고농도의 금속 함량을 가지면서, 잉크의 점도를 조절하여 잉크의 흐름성 및 토출성을 개선시킬 수 있다.
잉크젯, 잉크, 금속 나노입자, 습윤제, 첨가제, 다이올, 글리콜계, 에틸렌글리콜계 에테르, 점도, 흐름성

Description

잉크젯용 전도성 잉크 조성물{Conductive ink composition for ink-jet}
본 발명은 잉크젯용 전도성 잉크 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잉크젯 장치를 이용한 배선 형성시 고농도의 금속 함량을 가지면서, 잉크의 점도를 조절하여 잉크의 흐름성 및 토출성을 개선시킨 잉크젯용 전도성 잉크 조성물에 관한 것이다.
최근 산업기술의 고도화와 더불어, 이동통신을 비롯한 IT 산업의 급속한 발전은 각종 전자, 정보통신기기에 대해 보다 작고 가벼워 휴대하기 편리하면서도 많은 기능들이 내장, 통합되어 있을 것을 요구하고 있다. 이와 같은 경향에 따라 보다 소형화, 경량화, 집적화되고 더욱 향상된 기능을 가지는 각종 소자부품의 개발과 동시에 유럽의 ROHS 규제와 같이 유독물질 발생이 없는 청정생산기술 개발에 대한 요구가 끊임없이 제기되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 기술들이 개발되고 있으며 그 중의 하나로 잉크젯 프린팅 기술이 연구되고 있다.
잉크젯용 잉크의 경우, 종래의 방식은 보통 사진 인화 등에 사용하는 안료 잉크에 대한 조성물이 대부분이었다. 안료 잉크의 경우 고형분의 중량이 잉크 전 체 중량에 비해 낮은 비율을 포함하므로, 고점도에 대한 물성 변화에 대한 조성 고려보다는 토출성, 색의 발현성 부분 위주의 잉크 제조 방식이 주류를 이룬다. 그러나, 잉크젯용 전도성 잉크의 경우 금속 배선으로 이용할 수 있는 두께를 확보하기 위하여 금속의 함량이 일정량 이상으로 함유된 고농도의 잉크가 필요하다. 그러나, 금속 함량이 높아질수록 전도성 잉크의 점도는 일정 수준 이상으로 과도하게 상승하여 잉크젯으로 토출이 불가능하게 된다는 문제점이 있다. 따라서, 잉크젯 프린팅에 있어서 해상도 및 인쇄 품질의 향상을 위하여 잉크의 표면장력 및 점도의 조절을 통하여 고농도의 토출가능한 잉크의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 수계에서 합성된 금속 나노입자를 이용하여 잉크젯용 전도성 잉크 조성물을 제조하는 경우, 고농도의 금속 함량을 유지하면서도 잉크의 점도를 낮게 유지하여 잉크의 흐름성을 개선시킬 수 있는 잉크젯용 전도성 잉크 조성물을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 금속 나노입자 30 내지 85 중량부; 유기용매 10 내지 60 중량부; 다이올(diol) 또는 글리콜계 화합물로 이루어지는 습윤제 10 내지 30 중량부; 및 에틸렌 글리콜계 에테르 화합물로 이루어지는 점도조절을 위한 첨가제 0.1 내지 10 중량부;를 포함하는 잉크젯용 전도성 잉 크 조성물을 제공한다.
상기 금속 나노입자는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 나노입자이다. 상기 금속 나노입자의 입자크기는 50nm이하인 것이 바람직하다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 다중산(polyacid) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 분산제로 캐핑된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 다중산(polyacid)은 폴리아크릴산, 폴리말레산, 폴리메틸메타크릴산, 폴리(아크릴산-코-메타크릴산), 폴리(말레산-코-아크릴산) 및 폴리(아크릴아미드-코-아크릴산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 유도체는 상기 다중산의 나트륨염, 칼륨염 및 암모늄염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다. 더욱 바람직하게는, 상기 금속 나노입자로 폴리비닐피롤리돈(PVP)로 캐핑된 은(Ag) 나노입자를 사용하는 것이 좋다.
상기 유기용매는 물, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, 헥산올 및 옥탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
또한, 상기 습윤제는 다이올(diol) 또는 글리콜계 화합물로서, 구체적으로는 1,2-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
또한, 상기 첨가제는 에틸렌 글리콜계 에테르로 이루어지며, 상기 에틸렌 글리콜계 에테르의 구체적인 예로는 트리에틸렌글리콜 디메틸 에테르(triethyleneglycol dimethyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(triethyleneglycol monobutyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(triethyleneglycol monoethyl ether), 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르(diethyleneglycol diethyl ether), 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(diethyleneglycol monobutyl ether), 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르(diethyleneglycol dibutyl ether), 에틸렌글리콜 모노프로필 에테르(ethyleneglycol monopropyl ether) 및 디프로필렌글리콜 메틸 에테르(dipropyleneglycol methyl ether)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 잉크젯용 전도성 잉크 조성물에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
잉크젯 장치를 이용한 배선을 형성하기 위하여는 잉크젯 헤드에서 연속적으로 토출 가능한 잉크의 제조가 필수적이다. 연속적인 잉크의 토출을 위하여 잉크젯 헤드에 적정한 잉크의 점도는 대략 20cp 미만인 것이 바람직하다. 그러나 금속 배선의 두께를 확보하기 위하여 금속 함량이 일정량 이상 함유된 고농도의 잉크가 필요하고, 또한 노즐에서의 건조를 제어하기 위하여 습윤제(humectant)가 필수적으로 함유되어야 하는데, 이와 같은 금속 및 습윤제로 인한 점도 증가로 인하여, 금 속 함량이 고농도가 될수록 점도가 과도하게 높아져 잉크젯의 토출이 불가능해진다. 이에 본 발명에서는 전도성 잉크의 조성을 최적화하여 고농도의 금속 함량을 가지면서도 점도를 낮추어 잉크젯 헤드에서 토출이 가능하도록 하고자 한 것이다.
본 발명에 따른 잉크젯용 전도성 잉크 조성물은 금속 나노입자 30 내지 85 중량부; 유기용매 10 내지 60 중량부; 다이올(diol) 또는 글리콜계 화합물로 이루어지는 습윤제 10 내지 30 중량부; 및 에틸렌 글리콜계 에테르 화합물로 이루어지는 점도조절을 위한 첨가제 0.1 내지 10 중량부;를 포함한다.
본 발명의 전도성 잉크 조성물에 사용되는 금속 나노입자는 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 나노입자로 이루어진다.
여기에서, 상기 금속 나노입자의 입자크기는 200nm 이하 인 것이 사용가능하나, 50nm이내 인 것이 바람직하다. 입자의 크기는 작을수록 금속잉크의 토출이 용이하게 하며 바람직하게는 50nm 이하의 입자가 잉크젯 토출에 Drop형성이 유리하게 한다.
이와 같은 나노 사이즈의 금속을 사용함으로써 잉크의 토출성을 개선시킬 수 있고 저온 소성이 가능하게 한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 다중산(polyacid) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 분산제로 캐핑된 것이 바람직하다.
여기서, 상기 다중산(polyacid)은 폴리아크릴산, 폴리말레산, 폴리메틸메타 크릴산, 폴리(아크릴산-코-메타크릴산), 폴리(말레산-코-아크릴산) 및 폴리(아크릴아미드-코-아크릴산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 유도체는 상기 다중산의 나트륨염, 칼륨염 및 암모늄염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이다.
금속 나노입자로 사용할 수 있는 구체적인 예로서 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 캐핑된 은(Ag) 나노입자를 들 수 있다. 이러한 폴리비닐피롤리돈(PVP)으로 캐핑된 은(Ag) 나노입자는 공지된 어떠한 제조방법에 의해서도 제조가능하다.
본 발명의 전도성 잉크 조성물에 있어서, 상기 금속 나노입자의 함량은 30 내지 85 중량부인 것이 바람직하다. 함량이 30 중량부 미만이면 금속 함량이 부족하여 배선으로 활용이 다양하지 못하고 용도가 제한되며, 함량이 85 중량부를 초과하면 점도가 너무 높아 잉크의 토출성이 악화되어 금속잉크로서 바람직하지 못하다. 더욱 바람직하게는 고농도의 금속 함량을 유지하면서 잉크의 흐름성이 용이하도록 50 내지 60 중량부인 것이 좋다.
본 발명의 전도성 잉크 조성물에 사용되는 유기용매는 수계 용매로서, 구체적으로는 물, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, 헥산올 및 옥탄올 등을 예로 들 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 유기용매는 이와 같은 수계용매 중 하나를 단독으로 사용할 수도 있고, 2 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 여기에서 본 발명에 사용가능한 유기용매의 함량은 10 내지 60 중량부인 것이 바람직하다. 함량이 10 중량부 미만이면 잉크젯 헤드의 건조속도가 빨라 쉽게 노즐 막힘 현상이 발행하여 바람직하지 못하고, 함량이 60 중량부를 초과하면 점도가 높아지며, 토출이 자유롭지 못하여 바람직하지 못하다. 더욱 바람직하게는 15 내지 40 중량부이다.
본 발명의 전도성 잉크 조성물은, 상기 유기용매로서 사용되는 알코올 계열의용매가 끓는점이 너무 낮아 건조가 심하게 나타나기 때문에 잉크젯 헤드에서의 건조속도를 조절하여 습윤성을 유지하기 위하여 습윤제를 사용한다. 본 발명에서 사용하는 습윤제로는 다이올(diol) 또는 글리콜계 화합물로서, 구체적으로, 1,2-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 글리세린의 경우 시중에 제품화 되어 있는 에틸렌 옥사이드가 26몰의 비율로 첨가되어 있는 EG1 또는 에티렌 옥사이드가 7몰의 비율로 첨가되어 있는 EG7 등의 제품을 사용할 수 있다.
여기서, 상기 습윤제의 함량은 10 내지 30 중량부인 것이 바람직하다. 함량이 10 중량부 미만이면 잉크젯 헤드의 건조속도가 빨라 쉽게 노즐 막힘 현상이 발행하여 바람직하지 못하고, 함량이 30 중량부를 초과하면 점도가 높아지며, 토출이 자유롭지 못하여 바람직하지 못하다
또한, 본 발명의 전도성 잉크 조성물은 잉크의 점도를 적정 수준으로 조절하기 위하여 첨가제를 사용한다. 본 발명에서 사용하는 첨가제로는 에틸렌 글리콜계 에테르 또는 이를 포함하는 혼합물인 것이 바람직하다. 에틸렌 글리콜계 에테르는 비공유 전자쌍을 함유하는 에테르기에 의하여 금속 나노입자를 안정화시켜 고농도의 금속 나노입자를 안정적으로 가용화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 잉크젯을 이용한 배선 형성시 잉크젯 헤드에서 적정 점도를 유지할 수 있어 잉크의 흐름성 및 토출성을 향상시키는 역할을 한다. 상기 에틸렌 글리콜계 에테르의 구체적인 예로는, 트리에틸렌글리콜 디메틸 에테르(triethyleneglycol dimethyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(triethyleneglycol monobutyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(triethyleneglycol monoethyl ether), 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르(diethyleneglycol diethyl ether), 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(diethyleneglycol monobutyl ether), 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르(diethyleneglycol dibutyl ether), 에틸렌글리콜 모노프로필 에테르(ethyleneglycol monopropyl ether) 및 디프로필렌글리콜 메틸 에테르(dipropyleneglycol methyl ether) 등을 들 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니고, 이들로부터 하나 또는 2 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서 이와 같은 첨가제는 0.1 내지 30 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 첨가제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 점도 조절이 용이하지 못하고, 함량이 30 중량부를 초과하면 입자의 안정성이 떨어지며, 용제간의 상용성에 문제가 발생하게 되어 바람직하지 못하다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시 예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1~3
하기 표 1의 함량에 따라 각 성분을 혼합하여 전도성 잉크 조성물을 제조하였다. 이때 사용한 은 나노입자는 PVP로 캐핑된 50nm 미만의 입자크기를 갖는 것을 사용하였다.
제조된 전도성 잉크 조성물의 물성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서 각 성분의 함량이 단위는 중량부이다.
비교예 1~3
하기 표 1에 나타낸 바와 같은 성분 및 함량으로 전도성 잉크 조성물을 제조하였으며, 제조된 전도성 잉크 조성물의 물성을 측정하여 하기 표 1에 함께 나타내었다.
[표 1]
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3
은 나노입자 50 50 50 30 50 50
유기 용매 물 5 5 5 5
에탄올 25 25 25 70 50 25
습윤제 글리세린 7.5 6.6 - -
1,2-헥산디올 7.5 6.6 - -
디프로필렌글리콜 - - 10 10
디에틸렌글리콜 - - 10 10
첨가제 디에틸렌글리콜 디부틸 에테르 5 6.6 - -
디프로필렌클리콜 모노부틸 에테르 - - 1 -
점도(at 60rpm)(cp) 14.4 15.5 6.8 6.5 13.6 19.2
표면장력(dyne/cm) 29.3 29.7 27 30.3 35.6 29.3
출력결과 ○ △ ○ × × ○
* 물성측정방법
a) 점도: Brookfield 점도계를 사용하여 측정함 (DV-Ⅲ+)
b) 표면장력: KRUSS 회사의 Ring Tension meter 측정 장비로 측정함(K-9)
c) 출력결과: Spectra SE head를 장착한 프린팅 장비를 사용하여 출력 테스트함.
상기 표 1의 결과로부터 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크젯용 전도성 잉크 조성물은 알코올계의 수계 용매를 사용하여 고농도의 전도성 잉크를 제조할 경우, 디올(diol) 또는 글리콜 계열의 습윤제 및 에틸렌글리콜계 에테르의 첨가제를 적정 범위로 포함함으로써 잉크젯 출력에 적합한 점도를 유지하여 잉크의 흐름성을 개선시키고 우수한 출력결과를 나타낸 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 잉크젯용 전도성 잉크 조성물은 최적화된 조성성분을 통하여 고농도의 잉크 배합이 가능하면서 잉크의 점도 상승으로 흐름성 을 완화시켜 잉크젯을 이용한 배선 형성 시 잉크 흐름성 및 토출성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 금속 나노입자 30 내지 85 중량부;
    유기용매 10 내지 60 중량부;
    1,2-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 글리세린, 폴리에틸렌 글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 다이올(diol) 또는 글리콜계 화합물로 이루어지는 습윤제 10 내지 30 중량부; 및
    에틸렌 글리콜계 에테르 화합물로 이루어지는 점도조절을 위한 첨가제 0.1 내지 10 중량부;
    를 포함하는 잉크젯용 전도성 잉크 조성물.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 나노입자의 입자크기는 20 내지 50nm인 잉크젯용 전도성 잉크 조성물.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는 폴리비닐피롤리돈(PVP), 다중산(polyacid) 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 분산제로 캐핑된 잉크젯용 전도성 잉크 조성물.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 다중산(polyacid)은 폴리아크릴산, 폴리말레산, 폴리메틸메타크릴산, 폴리(아크릴산-코-메타크릴산), 폴리(말레산-코-아크릴산) 및 폴리(아크릴아미드-코-아크릴산)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상이며, 상기 유도체는 상기 다중산의 나트륨염, 칼륨염 및 암모늄염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 잉크젯용 전도성 잉크 조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 나노입자는 폴리비닐피롤리돈(PVP)로 캐핑된 은(Ag) 나노입자인 잉크젯용 전도성 잉크 조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 유기용매는 물, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 이소부탄올, 헥산올 및 옥탄올로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 잉크젯용 전도성 잉크 조성물.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 첨가제는 트리에틸렌글리콜 디메틸 에테르(triethyleneglycol dimethyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(triethyleneglycol monobutyl ether), 트리에틸렌글리콜 모노에틸 에테르(triethyleneglycol monoethyl ether), 디에틸렌글리콜 디에틸 에테르(diethyleneglycol diethyl ether), 디에틸렌글리콜 모노부틸 에테르(diethyleneglycol monobutyl ether), 디에틸렌글리콜 디부틸 에테 르(diethyleneglycol dibutyl ether), 에틸렌글리콜 모노프로필 에테르(ethyleneglycol monopropyl ether) 및 디프로필렌글리콜 메틸 에테르(dipropyleneglycol methyl ether)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 금속 잉크 조성물.
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