KR20110078007A - Method for preparing inkjet ink dispered with metal nanoparticle - Google Patents

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김용석
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지수영
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Abstract

PURPOSE: A method for preparing inkjet ink is provided to maximize the dispersibility of metal ink and to enhance storage stability by controlling the size and effective charge diameter of metal nanoparticles. CONSTITUTION: A method for preparing inkjet ink in which metal nanoparticles are dispersed comprises the steps of: mixing first capping molecules into a first disperse solvent and adding metal nanoparticles to prepare a first mixed solution; mixing second capping molecules into a second disperse solvent, and adding metal nanoparticles to prepare a second mixed solution; making the effective charge diameters of metal nanoparticles of the first mixed solution and the second mixed solution different; and mixing the first and second mixed solutions.

Description

금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법{Method for preparing Inkjet Ink dispered with Metal Nanoparticle}Method for preparing Inkjet Ink dispered with Metal Nanoparticles

본 발명은 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing an inkjet ink in which metal nanoparticles are dispersed.

나노 과학의 응용성이 현실화되면서 여러 각도에서 나노 구조체의 적용 노력이 급격하게 늘어나고 있다. 이에 인쇄 전자공학(Printed Electronics)에도 이와 같은 나노 입자를 응용하려는 시도가 많이 이루어지고 있으며, 나노 입자 및 잉크젯 프린팅 공정을 이용하여 최근 전자부품(RFID 태그, PCB 기판, PDP용 전극 등)의 경박단소화에 따른 초 미세 선폭의 패턴 인쇄를 가능하게 하였다. 일반적으로 금속 입자를 이용하여 잉크젯으로 토출 가능한 전도성 잉크를 만들기 위해서는 이들 나노 금속 입자를 특정 용매에 분산시키는 공정이 필요하며, 이때의 공정은 제조된 금속 나노 입자를 특정 용매에 넣고 일정 온도를 가해주며 교반하는 방식으로 이루어 진다.As the applicability of nanoscience becomes a reality, efforts to apply nanostructures from various angles are rapidly increasing. Therefore, many attempts have been made to apply such nanoparticles to printed electronics, and light and thin edges of electronic components (RFID tags, PCB boards, PDP electrodes, etc.) have recently been made using nanoparticles and inkjet printing processes. The pattern printing of the ultra fine line width according to the digestion was made possible. In general, a process of dispersing these nano metal particles in a specific solvent is required to make a conductive ink that can be ejected by inkjet using metal particles. The process involves putting the prepared metal nanoparticles in a specific solvent and applying a predetermined temperature. It is made by stirring.

그러나 이와 같은 종래의 방식은 전도성 나노 금속 잉크의 분산성을 불안정하게 만들어 나노 금속 입자의 응집현상을 일으킨다. However, such a conventional method causes unstable dispersibility of the conductive nano metal ink, causing agglomeration of the nano metal particles.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 나노입자의 크기 및 유효전하반경을 조절하여 금속잉크의 분산성을 극대화하고 저장 안정성을 증진시킬 수 있는 잉크젯용 금속 잉크를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a metal ink for inkjet that can maximize the dispersibility of the metal ink and improve the storage stability by adjusting the size and the effective charge radius of the metal nanoparticles. .

본 발명의 일 측면에 따르면, 양전하를 띠는 헤드부, 알킬 사슬로 이루어진 중간부 및 티올기의 테일부를 포함하는 제1 캐핑분자를 제 1분산 용매에 혼합하고 금속 나노입자를 추가하여 제 1혼합용액을 준비하는 단계; 음전하를 띠는 헤드부, 알킬 사슬로 이루어진 중간부 및 티올기의 테일부를 포함하는 제 2 캐핑분자를 제 2분산 용매에 혼합하고 금속 나노입자를 추가하여 제2혼합용액을 준비하되, 상기 제 1혼합용액의 금속 나노입자의 유효전하반경과 상기 제 2 혼합 용액의 금속나노입자의 유효전하반경은 같지 않도록 하는 단계; 및 제 1혼합용액과 제 2혼합용액을 혼합하여 교반하는 단계를 포함하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법이 제공된다. According to an aspect of the present invention, a first capping molecule including a positively charged head portion, an intermediate portion of an alkyl chain, and a tail portion of a thiol group is mixed with a first dispersion solvent and a first mixture is added by adding metal nanoparticles. Preparing a solution; A second capping molecule including a negatively charged head portion, an intermediate portion of an alkyl chain, and a tail portion of a thiol group is mixed with a second dispersion solvent, and metal nanoparticles are added to prepare a second mixed solution, wherein the first mixed solution is prepared. Preventing the effective charge radius of the metal nanoparticles of the mixed solution from the effective charge radius of the metal nanoparticles of the second mixed solution; And mixing and stirring the first mixed solution and the second mixed solution, thereby providing an inkjet ink manufacturing method in which metal nanoparticles are dispersed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 사슬의 탄소수는 2 내지 20인 범위일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the carbon number of the chain may be in the range of 2 to 20.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 캡핑분자는 N,N,N- trimetyl(mercaptoalkyl) ammonium chloride 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 제 2 캡핑분자는 mercaptoalkanoic acid 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종이상일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the first capping molecule is at least one member selected from the group consisting of N, N, N-trimmetyl (mercaptoalkyl) ammonium chloride and derivatives thereof, and the second capping molecule is mercaptoalkanoic acid and its It may be at least one selected from the group consisting of derivatives.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 Ag, Au, Pd, Pt, Ni, Cu, Cr, Al, W, Zn, Fe 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 단일 금속 또는 2종 이상의 합금, 또는 금속 산화물의 나노입자일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the metal nanoparticle is a single metal or two or more alloys selected from the group consisting of Ag, Au, Pd, Pt, Ni, Cu, Cr, Al, W, Zn, Fe and Pb. Or nanoparticles of metal oxides.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 분산용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 톨루엔 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the first dispersion solvent may be at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, acetone, toluene and hexane.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 분산용매는 에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 디에틸 에테르, 크실렌 및 테트라데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the second dispersion solvent may be at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, ethylene glycol, diethyl ether, xylene and tetradecane.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 혼합용액을 준비한 후, 상기 제1 혼합용액을 농축하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after preparing the first mixed solution, the method may further include concentrating the first mixed solution.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1혼합용액과 상기 제 2혼합용액을 혼합하여 교반한 후 분별증류법을 이용하여 상기 제 1혼합용액을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the first mixed solution and the second mixed solution may further comprise the step of mixing and stirring and then removing the first mixed solution using a fractional distillation method.

본 발명에 따르면, 금속잉크를 제조하는데 있어서 금속나노입자 크기 및 유 효전하반경을 조절함으로써 금속 잉크의 분산성을 극대화하고 저장 안정성을 증진시키며, 금속 나노 입자의 응집현상을 방지하고 금속 잉크의 분사특성을 개선할 수 있다. According to the present invention, metal nanoparticle size and effective charge radius are adjusted in the manufacture of metal ink to maximize the dispersibility of the metal ink, improve storage stability, prevent the agglomeration of metal nanoparticles and spray the metal ink. Properties can be improved.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described more specifically.

본 발명의 일 측면에 따르면, 양전하를 띠는 헤드부, 알킬 사슬로 이루어진 중간부 및 티올기의 테일부를 포함하는 제1 캐핑분자를 제 1분산 용매에 혼합하고 금속 나노입자를 추가하여 제 1혼합용액을 준비하는 단계; 음전하를 띠는 헤드부, 알킬 사슬로 이루어진 중간부 및 티올기의 테일부를 포함하는 제 2 캐핑분자를 제 2분산 용매에 혼합하고 나노입자를 추가하여 제2혼합용액을 준비하되, 상기 제 1혼합용액의 금속 나노입자의 유효전하반경과 상기 제 2 혼합 용액의 금속나노입자의 유효전하반경은 같지 않도록 하는 단계; 및 제 1혼합용액과 제 2혼합용액을 혼합하여 교반하는 단계를 포함하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, a first capping molecule including a positively charged head portion, an intermediate portion of an alkyl chain, and a tail portion of a thiol group is mixed with a first dispersion solvent and a first mixture is added by adding metal nanoparticles. Preparing a solution; A second capping molecule comprising a negatively charged head portion, an intermediate portion of an alkyl chain, and a tail portion of a thiol group is mixed with a second dispersion solvent and nanoparticles are added to prepare a second mixed solution, wherein the first mixture Preventing the effective charge radius of the metal nanoparticles of the solution from the effective charge radius of the metal nanoparticles of the second mixed solution; And mixing and stirring the first mixed solution and the second mixed solution, thereby providing an inkjet ink manufacturing method in which metal nanoparticles are dispersed.

상기 단계에서 제 1캐핑분자, 제 2캐핑분자는 각각 금속나노입자에 흡착되게 되는데 이때 제 1캐핑분자가 흡착된 금속나노입자의 유효전하반경과 제 2캐핑분자가 흡착된 금속나노입자의 유효전하반경을 다르게 하여 분산성을 향상시킬 수 있다. In this step, the first capping molecule and the second capping molecule are respectively adsorbed to the metal nanoparticles, wherein the effective charge radius of the metal nanoparticles to which the first capping molecule is adsorbed and the effective charge of the metal nanoparticles to which the second capping molecule is adsorbed By varying the radius, dispersibility can be improved.

본 발명에 있어서, 유효전하반경(Q)이란 전하를 띤 캐핑분자가 흡착된 금속 입자 전체의 반경을 의미한다 . 유효전하반경이 차이가 나면 분산용매에서 금속나노입자의 크기 차이를 극대화 하므로 분산성이 현저히 우수해지는 결과를 확인할 수 있다. 분산성 조절을 위해 다양한 길이의 캐핑분자를 사용하게 되는데 이 경우 유효 전하 반경 차이를 크게 함으로 잉크젯용 금속 나노 잉크의 분산성을 향상시켜 저장 안정성을 증진시키는 한편 금속 나노 입자의 응집을 최소화하여 노즐에서 발생하는 문제를 줄이고 금속 잉크의 분사 특성 개선에 적용할 수 있다. 도 1에서 유효전하반경의 차이가 있는 금속 나노입자의 일 실시예에 대한 개념도를 나타내었다.In the present invention, the effective charge radius (Q) means the radius of the entire metal particle to which the charged capping molecules are adsorbed . If the effective charge radius is different, the dispersibility is remarkably excellent because the size difference of the metal nanoparticles in the dispersion solvent is maximized. In order to control the dispersibility, capping molecules of various lengths are used. In this case, the effective charge radius difference is increased, thereby improving the dispersibility of the ink jet metal nano ink, improving storage stability, and minimizing aggregation of the metal nano particles in the nozzle. It can be applied to reduce the problem occurring and to improve the spraying property of the metal ink. 1 shows a conceptual diagram of an embodiment of a metal nanoparticle having a difference in effective charge radius.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 유효전하반경의 차이는 상기 제 1 캐핑분자의 사슬의 탄소수 또는 상기 제2 캐핑분자의 사슬의 탄소수를 조절하여 얻어질 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the difference in the effective charge radius can be obtained by adjusting the carbon number of the chain of the first capping molecule or the carbon number of the chain of the second capping molecule.

사슬의 탄소수를 조절한다는 의미는 사슬의 탄소수가 다른 여러 종류의 화합물을 캐핑분자로서 사용한다는 뜻이다. 주사슬의 탄소수가 다른 화합물은 그 길이가 다르므로 금속분자에 흡착할 경우 유효전하반경을 달리 조절하는 것이 가능해진다. 예컨대, 양전하 분자로 흡착된 금속의 중간부를 탄소수가 많은 알킬사슬로 이루어지게 하고, 음전하 분자로 흡착된 금속의 중간부를 탄소수가 적은 알킬 사슬로 이루어지게 하면 유효전하 반경의 차이가 커짐으로서 분산성이 좋아질 수 있다. 즉, 양전하 분자로 흡착된 금속의 유효전하반경을 Q(+)라 하고 음전하 분자로 흡착된 금속의 유효전하반경을 Q(-)라고 할 때, 일 실시예에 따르면, Q(+)을 늘이고 Q(-)을 줄여 유효 전하 반경의 차이를 만들면 Q(-)/Q(+)가 |-1|보다 작아지며 이 때 더욱 분산성이 좋아지게 된다. 그 반대의 경우 (Q(+)/Q(-)<<|-1|)도 마찬가지이다. Controlling the carbon number of a chain means using various types of compounds with different carbon atoms in the chain as capping molecules. Compounds having different carbon atoms in the main chain have different lengths, so that the effective charge radius can be adjusted differently when adsorbed onto metal molecules. For example, if the middle portion of the metal adsorbed by the positively charged molecule is composed of an alkyl chain having a high carbon number, and the middle portion of the metal adsorbed by the negatively charged molecule is composed of an alkyl chain having a small number of carbon atoms, the difference in the effective charge radius is increased so that the dispersibility is increased. Can be improved. That is, when the effective charge radius of the metal adsorbed by the positively charged molecules is called Q (+) and the effective charge radius of the metal adsorbed by the negatively charged molecules is called Q (-), according to an embodiment, the Q (+) is increased and If Q (-) is reduced to make the difference in the effective charge radius, Q (-) / Q (+) becomes smaller than | -1 |, which results in better dispersibility. The opposite is also true for (Q (+) / Q (-) << | -1 |).

이때 제1혼합 용액의 금속 나노입자와 제 2혼합용액의 금속 나노입자는 같은 크기의 것을 사용해도 무방하다. 입자가 같은 크기라도 주사슬의 길이가 다른 캐핑분자로 각각 흡착시키면 유효전하반경의 차이를 나게 할 수 있기 때문이다. 나아가 금속나노입자의 평균크기를 달리하고 입도분석 그래프상 크기(size)가 겹침이 없게 한 후, 주사슬의 길이가 다른 캐핑분자를 흡착하여 유효반경의 차이를 더 크게 하는 경우, 분산성이 극대화될 수 있다.In this case, the metal nanoparticles of the first mixed solution and the metal nanoparticles of the second mixed solution may be the same size. This is because if the particles are the same size, the adsorption of the capping molecules with different lengths of the main chain can make the difference in the effective charge radius. Furthermore, after the average size of the metal nanoparticles is different and the size does not overlap on the particle size analysis graph, the dispersibility is maximized when the capillary molecules having different main chains are adsorbed to increase the effective radius. Can be.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 알킬 사슬의 탄소수는 2 내지 20인 범위일 수 있다. 탄소수가 2미만이면 금속나노입자 표면에 흡착되는 수가 많으며 이에 과량의 전하(+/-)를 형성하여 이온결합 형태의 결정화를 이루어 분산 상태의 저하를 가져올 수 있으며, 탄소수가 20을 초과시에는 입체효과(Steric effect)에 의하여 금속나노입자 표면에 흡착되는 수가 적기 때문에 바람직하지 않다.According to a preferred embodiment of the present invention, the carbon number of the alkyl chain may be in the range of 2 to 20. If the carbon number is less than 2, it is adsorbed on the surface of the metal nanoparticles and the excess charge (+/-) is formed, resulting in the crystallization of the ionic bond form, which leads to the deterioration of the dispersed state. It is not preferable because the number of adsorption on the surface of the metal nanoparticles due to (Steric effect) is small.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 캡핑분자는 N,N,N-trimethyl(mercaptoalkyl) ammonium chloride 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 상기 제 2 캡핑분자는 mercaptoalkanoic acid 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first capping molecule may be at least one selected from the group consisting of N, N, N-trimethyl (mercaptoalkyl) ammonium chloride and derivatives thereof, and the second capping molecule is mercaptoalkanoic acid And it may be one or more selected from the group consisting of derivatives thereof.

N,N,N-trimethyl(mercaptoalkyl) ammonium chloride 는 알킬 주사슬의 탄소수를 2내지 20까지 달리한 화합물을 사용할 수 있다. 예컨대, 주사슬의 탄소수가 11인 N,N,N-trimethyl(11-mercaptoundecyl) ammonium chloride 등이다. mercaptoalkanoic acid 도 알킬 사슬의 탄소수를 조절하여 사용하는데, 알킬 사슬의 탄소수는 2내지 20에서 선택될 수 있다. 예컨대, 탄소수가 11인 mercaptoundecanoic acid, 탄소수가 5인 mercaptopentanoic acid, 탄소수가 3인 mercaptopropanoic acid 등일 수 있다. 이러한 캐핑분자는 헤드부분은 전하를 띠고 있으며, 테일부분은 금속 나노입자와의 결합력을 호전시키기 위한 티올기가 도입된 분자로서 본 발명에서 적합한 캐핑분자로 사용될 수 있다.N, N, N-trimethyl (mercaptoalkyl) ammonium chloride can be used with a compound containing 2 to 20 carbon atoms in its alkyl main chain. For example, N, N, N-trimethyl (11-mercaptoundecyl) ammonium chloride having 11 carbon atoms in the main chain. mercaptoalkanoic acid is also used to control the carbon number of the alkyl chain, the carbon number of the alkyl chain can be selected from 2 to 20. For example, mercaptoundecanoic acid having 11 carbon atoms, mercaptopentanoic acid having 5 carbon atoms, mercaptopropanoic acid having 3 carbon atoms, and the like. The capping molecule is charged with the head portion, and the tail portion may be used as a suitable capping molecule in the present invention as a molecule into which a thiol group is introduced to improve the binding force with the metal nanoparticles.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 금속 나노입자는 Ag, Au, Pd, Pt, Ni, Cu, Cr, Al, W, Zn, Fe 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 단일 금속 또는 2종 이상의 합금, 또는 금속 산화물의 나노입자일 수 있다. 상기 금속 나노입자는 입자의 크기는 작을수록 금속잉크의 토출이 용이하게 하며, 200nm 이하의 입자가 사용이 가능하나, 50nm 이하의 입자가 잉크젯 토출에 좋은 영향을 준다.According to a preferred embodiment of the present invention, the metal nanoparticle is a single metal or two or more selected from the group consisting of Ag, Au, Pd, Pt, Ni, Cu, Cr, Al, W, Zn, Fe and Pb Nanoparticles of alloys, or metal oxides. The smaller the particle size of the metal nanoparticles, the easier the ejection of the metal ink, and particles of 200nm or less can be used, but particles of 50nm or less have a good effect on inkjet ejection.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 분산용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 톨루엔 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 즉, 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 제1 분산용매는 금속 나노입자의 성질에 따라서 수계 또는 비수계를 선택적으로 사용할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the first dispersion solvent may be at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, acetone, toluene and hexane. That is, they may be used alone or in combination of two or more thereof. The first dispersion solvent may selectively use an aqueous or non-aqueous system according to the properties of the metal nanoparticles.

여기서, 상기 제1 혼합용액은 제2 분산용매에 비하여 상대적으로 낮은 끓는점을 가지는 제1 분산용매를 과량으로 사용하여 제조하는 것이 바람직하다. 제1 혼합용액에서의 금속 나노입자의 함량은 낮을수록 분산성 면에서 유리한데, 예를 들 면, 상기 제1 혼합용액에서의 금속 나노입자의 함량은 5 내지 20 중량%이고, 제1 분산용매의 함량은 80 내지 95 중량%가 되도록 할 수 있다. 여기서 금속 나노입자의 함량이 5중량% 미만이면 제1 분산용매의 양이 과도하게 사용되어 비효율적일 수 있고, 함량이 20중량%를 초과하면 용액 중에 금속 나노입자가 골고루 분산되지 않을 수 있어 바람직하지 않을 수 있다. Here, the first mixed solution is preferably prepared using an excess amount of the first dispersion solvent having a relatively low boiling point compared to the second dispersion solvent. The lower the content of the metal nanoparticles in the first mixed solution is advantageous in terms of dispersibility, for example, the content of the metal nanoparticles in the first mixed solution is 5 to 20% by weight, the first dispersion solvent The content of may be 80 to 95% by weight. Here, if the content of the metal nanoparticles is less than 5% by weight, the amount of the first dispersion solvent may be excessively inefficient, and if the content is more than 20% by weight, the metal nanoparticles may not be uniformly dispersed in the solution. You may not.

금속 나노입자와 제1 분산용매를 혼합하고 교반함으로써 제1 분산용매에 금속나노입자가 골고루 분산된 제1 혼합용액을 준비하는데, 이와 같이 준비된 제1 혼합용액은 고형분의 함량이 최종적으로 제조되는 금속잉크의 고형분의 함량보다 상대적으로 낮은데, 이는 나노입자를 용매 내에 골고루 분산시키기 위한 것이다.By mixing and stirring the metal nanoparticles and the first dispersion solvent to prepare a first mixed solution in which the metal nanoparticles are evenly dispersed in the first dispersion solvent, the first mixed solution prepared as described above is a metal in which the solid content is finally prepared It is relatively lower than the solids content of the ink, to evenly distribute the nanoparticles in the solvent.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제1 혼합용액을 준비한 후, 상기 제1 혼합용액을 농축하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, after preparing the first mixed solution, the method may further include concentrating the first mixed solution.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제2 분산용매는 에틸렌글리콜, 디에틸 에테르, 크실렌 및 테트라데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다. 즉, 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 제2 분산용매는 금속 나노입자의 성질에 따라, 그리고 제1 혼합용액에서 사용된 제1 분산용매의 성질에 따라 수계 또는 비수계를 선택적으로 사용할 수 있다. According to a preferred embodiment of the present invention, the second dispersion solvent may be at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethyl ether, xylene and tetradecane. That is, they may be used alone or in combination of two or more thereof. In addition, the second dispersion solvent may be selectively used in accordance with the nature of the metal nanoparticles, and depending on the nature of the first dispersion solvent used in the first mixed solution.

여기서, 제2 혼합용액에 혼합되는 제2 분산용매는, 제1 분산용매가 제거된 후의 금속 나노잉크에서의 금속 나노입자의 함량이 20 내지 70 중량%이고, 제2 분산용매의 함량이 30 내지 80 중량%가 되도록, 정량으로 혼합하는 것이 바람직하다. 금속 나노잉크 내에서 금속 나노입자의 함량이 20중량% 미만이면 나노잉크의 농도가 낮아 잉크젯으로 잉크 토출시 원하는 배선의 높이를 만족시킬 수 없어 여러 번 토출시켜야 하는 단점이 있을 수 있고, 함량이 70중량%를 초과하면 나노잉크의 점도가 높아져 잉크젯 노즐에서의 토출성이 떨어질 수 있다. Here, the second dispersion solvent to be mixed in the second mixed solution, the content of the metal nanoparticles in the metal nano ink after the first dispersion solvent is removed is 20 to 70% by weight, the content of the second dispersion solvent is 30 to It is preferable to mix quantitatively so that it may become 80 weight%. If the content of the metal nanoparticles in the metal nano ink is less than 20% by weight, the concentration of the nano ink may be low, and thus, the ink may not be able to satisfy the desired wiring height when the ink is ejected. When the weight percentage is exceeded, the viscosity of the nano ink may be increased, and the ejectability from the inkjet nozzle may be reduced.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 제 1혼합용액과 상기 제 2혼합용액을 혼합하여 교반한 후 분별증류법을 이용하여 상기 제 1혼합용액을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. According to one preferred embodiment of the present invention, the first mixed solution and the second mixed solution may be further mixed with agitation and the step of removing the first mixed solution using a fractional distillation method.

제1 분산용매는 제2 분산용매보다 상대적으로 끓는점이 낮은 것을 사용하기 때문에 분별증류에 의하여 모두 제거될 수 있으며, 이를 통하여 제2 분산용매에 금속 나노입자가 분산된 고농도의 금속 나노잉크가 제조될 수 있다. 이와 같이 제조되는 금속 나노잉크는 금속 나노입자의 종류에 관계없이 분산용매를 가열하여 교반하는 기존의 방식에 비하여 고형분의 함량을 높일 수 있으며, 가열이 적기 때문에 잉크의 안정성도 상대적으로 높다고 할 수 있다. Since the first dispersion solvent uses a relatively lower boiling point than the second dispersion solvent, all of the first dispersion solvent can be removed by fractional distillation, whereby a high concentration of metal nano ink in which the metal nanoparticles are dispersed in the second dispersion solvent can be prepared. Can be. The metal nano ink prepared as described above can increase the solid content in comparison with the conventional method of heating and stirring the dispersion solvent irrespective of the type of the metal nanoparticles, and it can be said that the stability of the ink is relatively high because of the low heating. .

비교예Comparative example 1 One

평균 크기(size)가 같은 Au(5.5nm), Ag(5.5nm) 2종 금속 (d(-)/d(+)=1)을 사용하였고, 캡핑분자를 흡착시 양 금속의 유효반경이 일치하는 부분이 존재하는 경우이다 (Q(-)/Q(+)=|-1|). 도 2에 이의 개념도를 나타내었다.Au (5.5nm), Ag (5.5nm) two kinds of metals (d (-) / d (+) = 1) with the same average size were used, and the effective radius of both metals coincided with the capping molecules. This is the case when there is a part to be used (Q (-) / Q (+) = | -1 |). 2 is a conceptual diagram thereof.

N,N,N-trimethyl(11-mercaptoundecyl)ammonium cholride (TMA: positive charge) 1M의 수용액에 Ag 나노입자를 혼합하여 Ag 나노입자의 농도가 0.5-2mM인 용액이 되게 제조 후 60-65℃의 온도에서 5-10분간 교반하여 제1혼합용액을 제조하였다.N, N, N-trimethyl (11-mercaptoundecyl) ammonium cholride (TMA: positive charge) Ag nanoparticles were mixed in an aqueous solution of 1M to prepare a solution with a concentration of Ag nanoparticles 0.5-2mM and then 60-65 ℃ Stirring at a temperature of 5-10 minutes to prepare a first mixed solution.

mercaptoundecanoic acid(MUA: negative charge) 1M의 수용액에 Au 나노입자를 혼합하여 Au 나노입자의 농도가 0.5-2mM인 용액이 되게 제조 후 카르복시 그룹의 탈양성자화 반응을 위하여 pH 11로의 조정 및 60-65℃의 온도에서 5-10분간 교반하여 제2혼합용액을 제조하였다.mercaptoundecanoic acid (MUA: negative charge) 1M aqueous solution of Au nanoparticles were mixed to make a solution of 0.5-2mM concentration of Au nanoparticles and then adjusted to pH 11 and 60-65 for deprotonation of the carboxy group. A second mixed solution was prepared by stirring at a temperature of 5-10 minutes.

제1혼합용액과 제2혼합용액을 혼합하여 60-65℃의 온도에서 수분간 교반하여금속 잉크를 제조하였다. 도 2에 나타난 바와 같이 금속의 평균 크기가 같으며 유효전하반경이 유사 분포를 보이는 경우 금속 입자는 제대로 분산이 이루어지지 않았다.The first mixed solution and the second mixed solution were mixed and stirred for several minutes at a temperature of 60-65 ° C. to prepare a metal ink. As shown in FIG. 2, when the average size of the metal is the same and the effective charge radius shows a similar distribution, the metal particles are not properly dispersed.

비교예Comparative example 2 2

평균 크기(size)가 다른 Au(5nm), Ag(6nm) 2종 금속을 사용 (d(-)/d(+)<1)하나, 입도 분석 그래프상 크기 분포상 양 금속간 겹치는 부분이 존재하는 경우이다. 캐핑분자를 흡착시켜도 유효전하반경이 일치하는 부분이 존재하게 된다(Q(-)/Q(+)=|-1|).Au (5nm), Ag (6nm) 2 kinds of metals with different average size are used (d (-) / d (+) <1), but there is an overlap between the two metals in the size distribution on the size analysis graph If it is. Even if the capping molecules are adsorbed, a portion where the effective charge radius matches is present (Q (-) / Q (+) = | -1 |).

N,N,N-trimethyl(11-mercaptoundecyl)ammonium cholride (TMA: positive charge) 1M의 수용액에 Ag 나노입자를 혼합하여 Ag 나노입자의 농도가 0.5-2mM인 용액이 되게 제조 후 60-65℃의 온도에서 5-10분간 교반하여 제1혼합용액을 제조하였다.N, N, N-trimethyl (11-mercaptoundecyl) ammonium cholride (TMA: positive charge) Ag nanoparticles were mixed in an aqueous solution of 1M to prepare a solution with a concentration of Ag nanoparticles 0.5-2mM and then 60-65 ℃ Stirring at a temperature of 5-10 minutes to prepare a first mixed solution.

mercaptoundecanoic acid(MUA: negative charge) 1M의 수용액에 Au 나노입자를 혼합하여 Au나노입자의 농도가 0.5-2mM인 용액이 되게 제조 후 카르복시 그룹의 탈양성자화 반응을 위하여 pH 11로의 조정 및 60-65℃의 온도에서 5-10분간 교반하여 제2혼합용액을 제조하였다mercaptoundecanoic acid (MUA: negative charge) 1M aqueous solution of Au nanoparticles were mixed so that the concentration of Au nanoparticles to 0.5-2mM solution and adjusted to pH 11 for the deprotonation reaction of the carboxy group and 60-65 A second mixed solution was prepared by stirring at a temperature of 5-10 minutes.

제1혼합용액과 제2혼합용액을 혼합하여 60-65℃의 온도에서 수분간 교반하여 금속 잉크를 제조하였다.The first mixed solution and the second mixed solution were mixed and stirred for several minutes at a temperature of 60-65 ° C. to prepare a metal ink.

평균 크기(size)가 다른 금속일 지라도 입도 분석 그래프상 금속의 크기가 겹치는 부분이 존재하고, 유효전하반경이 유사분포를 보이는 부분이 있는 경우 도 3의 SEM 사진에서도 볼 수 있듯이 금속 입자는 제대로 분산이 이루어지지 않아 심한 엉김현상을 나타내었다. Even if the average size of the metal is different, when the size of the metal overlaps in the particle size analysis graph, and the portion where the effective charge radius shows similar distribution, as shown in the SEM image of FIG. 3, the metal particles are properly dispersed. This was not done and showed severe tangles.

실시예Example 1 One

평균 크기(size)가 다르며 입도분석 그래프상 이종금속간의 크기가 겹치지 않는 Au(3nm), Ag(8nm) 2종 금속을 사용하고 N,N,N-trimethyl(11-mercaptoundecyl) ammonium cholride (TMA: positive charge) 및, mercaptopropanoic acid(MPA: negative charge)를 사용하여 유효전하반경 차이를 크게 한 경우이다. (Q(-)/Q(+)<<|-1|)In the size analysis graph, the average size is different and the size of heterogeneous metals does not overlap between two kinds of Au (3nm) and Ag (8nm), and N, N, N-trimethyl (11-mercaptoundecyl) ammonium cholride (TMA: This is the case where the effective charge radius difference is increased by using positive charge) and mercaptopropanoic acid (MPA: negative charge). (Q (-) / Q (+) << | -1 |)

N,N,N-trimethyl(11-mercaptoundecyl)ammonium cholride (TMA: positive charge) 1M의 수용액에 Ag 나노입자를 혼합하여 Ag 나노입자의 농도가 0.5-2mM인 용액이 되게 제조 후 60-65℃의 온도에서 5-10분간 교반하여 제1혼합용액을 제조하 였다.N, N, N-trimethyl (11-mercaptoundecyl) ammonium cholride (TMA: positive charge) Ag nanoparticles were mixed in an aqueous solution of 1M to prepare a solution with a concentration of Ag nanoparticles 0.5-2mM and then 60-65 ℃ Stirring at a temperature of 5-10 minutes to prepare a first mixed solution.

mercaptopropanoic acid(MPA: negative charge) 1M의 수용액에 Au 나노입자를 혼합하여 Au 나노입자의 농도가 0.5-2mM인 용액이 되게 제조 후 카르복시 그룹의 탈양성자화 반응을 위하여 pH 11로의 조정 및 60-65℃의 온도에서 5-10분간 교반하여 제2혼합용액을 제조하였다mercaptopropanoic acid (MPA: negative charge) 1M aqueous solution mixed with Au nanoparticles to a solution of Au nanoparticles concentration of 0.5-2mM and then adjusted to pH 11 and 60-65 for deprotonation reaction of the carboxy group A second mixed solution was prepared by stirring at a temperature of 5-10 minutes.

제1혼합용액과 제2혼합용액을 혼합하여 60-65℃의 온도에서 수분간 교반하여 금속 잉크를 제조하였다.The first mixed solution and the second mixed solution were mixed and stirred for several minutes at a temperature of 60-65 ° C. to prepare a metal ink.

도 4의 SEM 사진을 통해 본 실시예에 의해 제조된 금속 잉크의 금속 나노입자가 우수한 분산성을 나타내고 있음을 알 수 있는데 이는 도 3의 사진과 비교할 때 확연한 효과를 확인할 수 있다. It can be seen from the SEM photograph of FIG. 4 that the metal nanoparticles of the metal ink prepared according to the present embodiment exhibit excellent dispersibility, which can be clearly seen when compared with the photograph of FIG. 3.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention. Many embodiments other than the above-described embodiments are within the scope of the claims of the present invention.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 유효전하반경의 차이가 나는 금속나노입자를 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating metal nanoparticles having a difference in effective charge radius according to an embodiment of the present invention.

도 2는 비교예 1의 금속나노입자의 개념도 및 SEM 사진이다.FIG. 2 is a conceptual diagram and SEM photograph of metal nanoparticles of Comparative Example 1. FIG.

도 3는 비교예 2의 SEM 사진 및 금속 입도 분석 결과를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing an SEM image and a metal particle size analysis result of Comparative Example 2. FIG.

도 4은 실시예 1의 SEM 사진 및 금속 입도 분석 결과를 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the SEM image and the metal particle size analysis results of Example 1.

Claims (8)

양전하를 띠는 헤드부, 알킬 사슬로 이루어진 중간부 및 티올기의 테일부를 포함하는 제1 캐핑분자를 제 1분산 용매에 혼합하고 금속 나노입자를 추가하여 제 1혼합용액을 준비하는 단계;Preparing a first mixed solution by mixing a first capping molecule including a positively charged head portion, an intermediate portion of an alkyl chain, and a tail portion of a thiol group in a first dispersion solvent and adding metal nanoparticles; 음전하를 띠는 헤드부, 알킬 사슬로 이루어진 중간부 및 티올기의 테일부를 포함하는 제 2 캐핑분자를 제 2분산 용매에 혼합하고 금속 나노입자를 추가하여 제 2혼합용액을 준비하되, 상기 제 1혼합용액의 금속 나노입자의 유효전하반경과 상기 제 2 혼합 용액의 금속나노입자의 유효전하반경은 같지 않도록 하는 단계; 및A second capping molecule including a negatively charged head portion, an intermediate portion of alkyl chains, and a tail portion of a thiol group is mixed with a second dispersion solvent, and a second mixed solution is prepared by adding metal nanoparticles, wherein the first mixed solution is prepared. Preventing the effective charge radius of the metal nanoparticles of the mixed solution from the effective charge radius of the metal nanoparticles of the second mixed solution; And 제 1혼합용액과 제 2혼합용액을 혼합하여 교반하는 단계를 포함하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법.A method for producing an inkjet ink, wherein the metal nanoparticles are dispersed, the method comprising mixing and stirring the first mixed solution and the second mixed solution. 제 1항에 있어서, 상기 알킬 사슬의 주사슬의 탄소수는 2 내지 20인 범위인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법.The method according to claim 1, wherein the number of carbon atoms in the main chain of the alkyl chain is in the range of 2 to 20. 제 1항에 있어서, 상기 제 1캡핑분자는 N,N,N-trimethyl(mercaptoalkyl) ammonium chloride 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이고, 상기 제 2 캡핑분자는 mercaptoalkanoic acid 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법. The method of claim 1, wherein the first capping molecule is at least one member selected from the group consisting of N, N, N-trimethyl (mercaptoalkyl) ammonium chloride and derivatives thereof, and the second capping molecule is composed of mercaptoalkanoic acid and derivatives thereof. Method for producing an inkjet ink dispersed with metal nanoparticles, characterized in that at least one selected from the group. 제 1항에 있어서, 상기 금속 나노입자는 Ag, Au, Pd, Pt, Ni, Cu, Cr, Al, W, Zn, Fe 및 Pb로 이루어진 군에서 선택되는 단일 금속 또는 2종 이상의 합금, 또는 금속 산화물의 나노입자인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법.The metal nanoparticle of claim 1, wherein the metal nanoparticles are selected from the group consisting of Ag, Au, Pd, Pt, Ni, Cu, Cr, Al, W, Zn, Fe, and Pb, or two or more alloys thereof, or metals. A method for producing an inkjet ink, in which metal nanoparticles are dispersed, which are oxide nanoparticles. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 분산용매는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 아세톤, 톨루엔 및 헥산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법.The method of claim 1, wherein the first dispersion solvent is at least one selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, isopropanol, acetone, toluene and hexane. . 제 1항에 있어서, 상기 제2 분산용매는 에틸렌글리콜, 디에틸 에테르, 크실렌 및 테트라데칸으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법.The method of claim 1, wherein the second dispersion solvent is at least one selected from the group consisting of ethylene glycol, diethyl ether, xylene, and tetradecane. 제 1항에 있어서, 상기 제1 혼합용액을 준비한 후, 상기 제1 혼합용액을 농 축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법.The method of claim 1, further comprising, after preparing the first mixed solution, concentrating the first mixed solution. 제 1항에 있어서, 상기 제 1혼합용액과 상기 제 2혼합용액을 혼합하여 교반한후 분별증류법을 이용하여 상기 제 1혼합용액을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속나노입자가 분산된 잉크젯용 잉크의 제조방법.The method of claim 1, further comprising the step of removing the first mixed solution by using a fractional distillation method after mixing and stirring the first mixed solution and the second mixed solution is dispersed in the metal nanoparticles Method for producing an inkjet ink.
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