KR20150079527A - Phase change ink compositions and conductive patterns formed therefrom - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 상변이 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴에 관한 것으로 더욱 구체적으로는 용융온도가 60℃ 내지 90℃로 낮아 전도성 패턴 형성시에 통상의 잉크젯 헤드를 사용할 수 있는 상변이 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an ink composition and a conductive pattern using the ink composition. More specifically, since the melting temperature is as low as 60 占 폚 to 90 占 폚, Pattern.
전도성 패턴을 만드는 일반적인 공정 방법으로는 리소그래피(lithography)를 이용한 광학적 패터닝이 주로 사용되어 왔다. 하지만 광학적 패터닝은 공정단계가 복잡하여 고비용이 요구되며, 노광과 식각 공정시에 유해한 가스와 폐수 등이 배출되어 환경오염의 문제점이 있다. 따라서 이를 대체하는 저비용, 친환경적인 패턴형성방법이 연구되고 있으며, 이러한 대표적인 예로서 잉크젯 프린팅 방식이 있다.As a general process for making conductive patterns, optical patterning using lithography has been mainly used. However, optical patterning requires a high cost due to complicated process steps, and harmful gases and wastewater are discharged during the exposure and etching processes, thereby causing environmental pollution problems. Therefore, a low-cost and environmentally friendly pattern forming method that replaces this is being studied, and a representative example of this is the ink-jet printing method.
잉크젯 프린팅 방식은 기판 위에 원하는 패턴을 직접 묘화하는 방식으로서 공정 단계가 간단하고 대면적 프린팅이 용이하여 공정시간을 줄일 수 있으며 생산비용의 절감 효과가 크다. 또한, 기존의 광학적 패터닝 방법과 달리 노광, 식각의 공정이 없기에 환경오염 물질의 배출도 없는 친환경적인 패터닝 방법이다.The inkjet printing method is a method of directly drawing a desired pattern on a substrate, which can simplify the process steps and facilitate large-area printing, thereby reducing the processing time and reducing the production cost. Unlike the conventional optical patterning method, it is an environmentally friendly patterning method which does not have any process of exposure and etching and thus does not discharge environmental pollutants.
잉크젯 프린팅 방식으로 전도성 패턴을 형성하기 위해서는 전도성 라인을 형성할 수 있는 낮은 점도를 가진 전도성 잉크가 필요하며, 이를 위해 전도성 금속 나노 입자를 잉크 조성물의 재료로 사용하고 있다.In order to form a conductive pattern by an ink-jet printing method, a conductive ink having a low viscosity capable of forming a conductive line is required. To this end, conductive metal nanoparticles are used as a material of an ink composition.
그러나 상기 금속 나노 입자를 잉크 조성물의 재료로 사용할 경우, 금속의 비중이 유기 용매의 비중보다 커, 금속 나노 입자들의 침강이 일어나 저장안정성이 좋지 못하다는 문제점이 있다. However, when the metal nanoparticles are used as a material for the ink composition, the specific gravity of the metal is larger than the specific gravity of the organic solvent, and the precipitation of the metal nanoparticles occurs, resulting in poor storage stability.
금속 나노 입자의 크기를 작게 하면 브라운 운동에 의해 침강을 늦추는데 효과는 있지만 근본적인 해결 방법은 아니다. 또한, 금속 나노 입자의 침강을 방지하기 위해 계속적으로 교반기를 사용하는 방법도 있으나, 이는 교반시설을 상시 가동시켜야 하므로 비용 증가에 의한 어려움이 있다.Reducing the size of metal nanoparticles is effective in slowing sedimentation by Brownian motion, but it is not a fundamental solution. In addition, there is a method of continuously using an agitator to prevent sedimentation of metal nanoparticles, but it is difficult to increase the cost because the agitator must be operated at all times.
잉크의 점도를 증가시키면 금속 나노 입자의 침강 속도를 늦출 수 있으며, 더 나아가 잉크를 고체화시키면 금속 나노 입자의 침강을 완전히 정지시킬 수 있다. 따라서 상온에서는 고체이며, 잉크젯 장치가 허용하는 온도 상승범위에서는 액체가 되며, 제팅 온도에서는 20cP 이하의 점도를 유지하는 잉크 조성물의 연구가 이루어졌다.Increasing the viscosity of the ink can slow down the settling rate of the metal nanoparticles, and further solidifying the ink can completely stop the settling of the metal nanoparticles. Therefore, research has been conducted on an ink composition which is solid at room temperature, becomes a liquid at a temperature rising range allowed by an inkjet apparatus, and maintains a viscosity of 20 cP or less at a jetting temperature.
이에 따라, 상변이 잉크로서 왁스 성분을 주성분으로 하는 잉크 조성물이 개발되었는데, 상기 잉크 조성물의 용융온도는 90℃를 초과한다. 잉크 조성물의 용융온도가 90℃를 초과할 때는 잉크젯 헤드의 온도를 공차를 감안하여 100℃ 이상으로 유지해야 하는데, 이는 대부분의 잉크젯 헤드가 허용하는 90℃를 초과한다. 따라서 상기 상변이 잉크를 사용할 때는 특별하게 설계된 잉크젯 헤드를 사용해야 하는 단점이 있다. 또한 상기 주성분인 왁스는 대부분이 비극성으로 물에 녹지 않고, 비극성인 용매에만 잘 용해되며, 일반적인 잉크에 사용되는 극성의 첨가제가 사용될 경우, 혼합되지 않아 상분리가 일어나는 등의 문제가 있다.Thus, an ink composition having a wax component as a main component was developed as an upper phase ink, and the melting temperature of the ink composition exceeded 90 占 폚. When the melting temperature of the ink composition exceeds 90 占 폚, the temperature of the inkjet head must be maintained at 100 占 폚 or more in consideration of the tolerance, which exceeds 90 占 폚 that is allowed by most inkjet heads. Therefore, there is a disadvantage that an inkjet head designed specifically when the above-mentioned ink is used is required. In addition, most of the waxes as the main component are non-polar, non-water soluble, and only dissolve in non-polar solvents. When polar additives used in common inks are used, they are not mixed and phase separation occurs.
이에 본 발명은 기존의 상변이 잉크에서는 사용이 불가능한 통상의 잉크젯 헤드와 극성 분자구조의 첨가제를 사용할 수 있는 상변이 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴을 제공하고자 한다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a phase change ink composition and a conductive pattern using the same, which can use conventional ink jet heads and polar molecular structure additives that can not be used in conventional phase inks.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1태양은 금속 나노 입자; 분산제; 및 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매를 포함하고, 용융온도가 60℃ 내지 90℃인 상변이 잉크 조성물을 제공한다.In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention is a metal nanoparticle comprising: a metal nanoparticle; Dispersing agent; And a solvent comprising at least two sulfur-containing compounds, wherein the melt temperature is between 60 ° C and 90 ° C.
상기 상변이 잉크 조성물은 상기 금속 나노 입자 20 내지 70 중량부, 상기 분산제 1 내지 10 중량부 및 상기 용매 20 내지 79 중량부를 포함할 수 있다.The phase change ink composition may include 20 to 70 parts by weight of the metal nanoparticles, 1 to 10 parts by weight of the dispersant, and 20 to 79 parts by weight of the solvent.
상기 금속 나노 입자의 표면은 상기 분산제로 캡핑될 수 있다.The surface of the metal nanoparticles may be capped with the dispersant.
상기 황 함유 화합물은 설폰기 함유 화합물일 수 있다.The sulfur-containing compound may be a compound containing a sulfonic group.
상기 용매는 용융점이 80℃ 내지 200℃인 제1 용매 및 용융점이 0 내지 40℃인 제2 용매를 혼합한 것일 수 있다.The solvent may be a mixture of a first solvent having a melting point of 80 ° C to 200 ° C and a second solvent having a melting point of 0 to 40 ° C.
상기 제1 용매는 디메틸설폰(dimethyl sulfone, 이하, '디메틸설폰'이라 함.)이고, 상기 제2 용매는 술포란(sulfolane, 이하, '술포란'이라 함.)일 수 있으며, 상기 제1 용매와 제2 용매의 중량비는 1:0.75 내지 1:1.5인 것이 바람직하다.The first solvent may be dimethyl sulfone (hereinafter, referred to as dimethylsulfone), the second solvent may be sulfolane (hereinafter referred to as sulfolane) The weight ratio of the solvent to the second solvent is preferably 1: 0.75 to 1: 1.5.
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 주석, 크롬, 팔라듐, 코발트, 티타늄, 몰리브덴, 철, 망간, 텅스텐 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다.The metal nanoparticles may include at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, nickel, zinc, platinum, tin, chromium, palladium, cobalt, titanium, molybdenum, iron, manganese, tungsten and aluminum.
60℃ 내지 90℃의 용융온도에서 상기 상변이 잉크 조성물의 점도는 1 내지 20cP일 수 있다.The viscosity of the phase change ink composition at a melt temperature of 60 ° C to 90 ° C may be 1 to 20 cP.
본 발명의 제 2 태양은 상기 상변이 잉크 조성물을 사용하여 형성된 전도성 패턴을 제공하는 것이다. A second aspect of the present invention is to provide a conductive pattern formed using the ink composition.
덧붙여, 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the solution of the above-mentioned problems does not list all the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.
본 발명의 상변이 전도성 잉크 조성물은 통상의 잉크젯 헤드의 허용온도 범위 안에서 용융온도의 조절이 가능하고 극성의 첨가물을 사용할 수 있어 제품개발이나 품질 관리면에서 우수하며, 상온에서 고체상태를 유지하므로 금속 나노 입자의 침강을 방지하여 저장안정성을 증가시키는 효과가 있다.The phase change conductive ink composition of the present invention can control the melting temperature within a permissible temperature range of a conventional ink jet head and can use a polar additive to improve product development and quality control and maintain a solid state at room temperature, The precipitation of nanoparticles is prevented and the storage stability is increased.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art.
본 발명의 상변이 잉크 조성물은 1)금속 나노 입자, 2)금속 나노 입자가 안정적으로 분산 배치될 수 있도록 하는 분산제 및 3)상기 금속 나노 입자 및 상기 분산제가 혼합되는 것으로서, 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매를 포함하고, 용융온도가 60℃ 내지 90℃인 것을 특징으로 한다.The phase change ink composition of the present invention is characterized by comprising 1) metal nanoparticles, 2) a dispersing agent capable of stably dispersing and arranging the metal nanoparticles, and 3) a mixture of the metal nanoparticles and the dispersing agent, Compound, and is characterized in that the melting temperature is 60 ° C to 90 ° C.
또는, 상기 용융온도는 65℃ 내지 75℃, 또는 65℃ 내지 70℃일 수 있다. Alternatively, the melting temperature may be 65 占 폚 to 75 占 폚, or 65 占 폚 to 70 占 폚.
한편, 본 발명의 명세서에서 상변이 잉크 조성물은 약 20℃ 내지 약 27℃의 온도, 예를 들어 실온에서 실질적으로 유동성이 없는 고체 상태이다. 그러나 상기 잉크 조성물을 가열하면, 60℃ 내지 90℃의 온도 범위에서 고체에서 액체로 상이 변하며, 특히, 분사 온도에서는 액체 상태로 존재한다. On the other hand, in the context of the present invention, the topically modified ink composition is a solid state at a temperature of about 20 캜 to about 27 캜, for example, substantially free of fluidity at room temperature. However, when the ink composition is heated, the phase changes from a solid to a liquid in a temperature range of 60 ° C to 90 ° C, and is particularly in a liquid state at an ejection temperature.
보다 구체적으로는, 본 발명의 잉크 조성물은 1)금속 나노 입자 20 내지 70 중량부, 2)분산제 1 내지 10 중량부 및 3)용매 20 내지 79 중량부를 포함하는 것이 바람직하다.More specifically, the ink composition of the present invention preferably comprises 1) 20 to 70 parts by weight of metal nanoparticles, 2 to 10 parts by weight of a dispersant, and 3) 20 to 79 parts by weight of a solvent.
한편, 상기 용매는 극성 용매일 수 있다. 종래 사용되던 상변이 잉크는 주성분으로 비극성 왁스를 사용하기 때문에, 용매로 비극성 용매를 사용하였다. 그러나, 이와 같이 비극성 용매를 사용할 경우, 극성의 첨가제를 사용하지 못할 수 있다. 반면, 용매로 극성 용매를 사용함으로써, 통상의 잉크 조성물에 사용되는 극성의 첨가제를 사용할 수 있다. On the other hand, the solvent can be used for a polar solvent. The non-polar solvent is used as a solvent because the phase-change ink conventionally used uses a non-polar wax as a main component. However, when such a non-polar solvent is used, polar additives may not be used. On the other hand, by using a polar solvent as a solvent, it is possible to use a polar additive used in a common ink composition.
예를 들어, 상기 황 함유 화합물은 설폰기 함유 화합물일 수 있다. 다시 말해, 본 발명의 상변이 잉크 조성물은 1)금속 나노 입자, 2)금속 나노 입자가 안정적으로 분산 배치될 수 있도록 하는 분산제 및 3)상기 금속 나노 입자 및 상기 분산제가 혼합되는 것으로서, 적어도 2종의 설폰기 화합물을 포함하는 용매를 포함하고, 용융온도가 60℃ 내지 90℃인 것일 수 있다.For example, the sulfur-containing compound may be a compound containing a sulfonic group. In other words, the phase-change ink composition of the present invention comprises: 1) metal nanoparticles, 2) a dispersing agent capable of stably dispersing and arranging the metal nanoparticles, and 3) a mixture of the metal nanoparticles and the dispersing agent, Of a solvent containing a sulfone group compound, and the melting temperature may be 60 占 폚 to 90 占 폚.
또한, 상기 용매는 용융점이 80℃ 내지 200℃인 제1 용매 및 용융점이 0 내지 40℃인 제2 용매를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 용매는 용융점이 80℃ 내지 200℃인 제1 용매 및 용융점이 0 내지 40℃인 제2 용매를 혼합한 것일 수 있다. Also, the solvent may include a first solvent having a melting point of 80 ° C to 200 ° C and a second solvent having a melting point of 0 to 40 ° C. More specifically, the solvent may be a mixture of a first solvent having a melting point of 80 ° C to 200 ° C and a second solvent having a melting point of 0 to 40 ° C.
상기 제1 용매는 메틸페닐 설폰(용융점 85℃), 디페닐 설폰(용융점 123℃), 디메틸 설폰(용융점 109℃), 4,4'-디클로로디페닐 설폰(용융점 143℃), 디-p-톨릴 설폰(용융점 160℃), 또는 4-아미노페닐 설폰(용융점 175℃)일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 용매는 술포란(용융점 27.5℃)일 수 있다. The first solvent is phenyl sulfone (melting point 85 ℃), diphenyl sulfone (melting point 123 ℃), dimethyl sulfone (melting point 109 ℃), 4,4'- dichlorodiphenyl sulfone (melting point 143 ℃), di - p - tolyl Sulfone (melting point 160 캜), or 4-aminophenyl sulfone (melting point 175 캜), but the present invention is not limited thereto. Also, the second solvent may be sulfolane (melting point 27.5 DEG C).
구체적으로, 상기 제1 용매는 디메틸설폰이고, 상기 제2 용매는 술포란일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 상기 용매는 디메틸설폰과 술포란을 혼합한 것일 수 있다. 디메틸설폰은 상온에서 고체인 극성 용매로, 디메틸설폰에 포함된 황 원자와 산소 원자가 강한 극성을 나타낸다. 따라서, 디메틸설폰을 용매로 사용할 경우, 극성 첨가제가 포함된 잉크를 제조할 수 있다. 또한, 디메틸설폰의 용융점은 109℃이므로 상온에서 고체 상태를 유지할 수 있으나, 이는 일반적인 잉크젯 헤드를 사용할 수 있는 온도범위인 최대 90℃보다 높다. 따라서 극성 용매로서 디메틸설폰과 상용성이 좋고, 용융점이 낮은 술포란을 혼합하여 사용함으로써, 상변이 잉크조성물의 용융온도를 조절할 수 있다. Specifically, the first solvent may be dimethylsulfone, and the second solvent may be sulfolane. More specifically, The solvent of the present invention is a mixture of dimethylsulfone and sulfolane . Dimethylsulfone is a polar solvent which is solid at room temperature. The sulfur and oxygen atoms contained in dimethylsulfone show strong polarity. Therefore, when dimethylsulfone is used as a solvent, an ink containing a polar additive can be produced. Since the melting point of dimethylsulfone is 109 deg. C, it can maintain a solid state at room temperature, but it is higher than a maximum temperature range of 90 deg. C, in which a general inkjet head can be used. Therefore, by using sulfolane having a low melting point, which is compatible with dimethylsulfone as a polar solvent, a phase change can control the melting temperature of the ink composition.
이때, 상기 제1 용매와 제2 용매의 중량비는 1:0.75 내지 1:1.5일 수 있다. 예를 들어, 상기 디메틸설폰과 술포란은 그 혼합비가 1:0.75 내지 1:1.5일 수 있다. 제2 용매의 함량을 증가시켜 용융온도를 낮게 조절할 수 있으나, 상기 제2 용매의 함량이 제1 용매의 0.75배 보다 적게 혼합되면 제조된 상변이 잉크조성물의 용융온도가 90℃보다 높아서 통상의 잉크젯 헤드를 사용하기 어려우며, 제2 용매가 제1 용매의 1.5배 보다 많이 혼합되면, 상변이 잉크 조성물의 용융온도가 60℃ 보다 낮아져서, 잉크가 제팅된 후 기재 표면에서 빨리 응고되지 않고 퍼지는 현상이 나타날 수 있다. At this time, the weight ratio of the first solvent to the second solvent may be 1: 0.75 to 1: 1.5. For example, the mixing ratio of the dimethylsulfone and the sulfolane may be 1: 0.75 to 1: 1.5. When the content of the second solvent is less than 0.75 times the content of the first solvent, the melt temperature of the prepared ink composition is higher than 90 ° C, It is difficult to use the head and when the second solvent is mixed with more than 1.5 times of the first solvent, the phase change becomes lower than the melting temperature of the ink composition of 60 占 폚 and the ink spreads without being rapidly solidified on the substrate surface after jetting .
따라서, 사용하는 잉크젯 헤드의 종류에 따라 상변이 잉크 조성물의 용융온도를 조절할 수 있다. 예를 들어, Dimatix사 DMC-11610/DMC-11601 잉크젯 헤드를 사용할 경우에는 용융온도를 최대 70℃로 조절하며, Dimatix Nova 잉크젯 헤드를 사용할 경우에는 용융온도를 최대 90℃로 조절할 수 있다. 기타 다른 회사 또는 모델의 잉크젯 헤드에서 사용 가능한 최고 온도는 제작사가 명시하고 있으며, 일반적으로는 60℃ 내지 90℃이다.Therefore, depending on the type of the inkjet head used, the melting temperature of the ink composition can be adjusted at the upper side. For example, if the Dimatix DMC-11610 / DMC-11601 inkjet head is used, the melt temperature can be controlled up to 70 ° C, and if the Dimatix Nova inkjet head is used, the melt temperature can be controlled up to 90 ° C. The highest temperature that can be used in ink jet heads of other companies or models is specified by the manufacturer and is generally 60 ° C to 90 ° C.
또한, 본 발명의 상변이 잉크 조성물은 상기 용융온도에서 점도가 1 내지 20cP 이하인 것이 바람직하다. 안정적인 잉크의 토출 및 잉크젯 장비의 원활한 구동의 측면에서 사용 온도에서의 점도는 상기 수치범위 내인 것이 바람직하다.Further, it is preferable that the phase-change ink composition of the present invention has a viscosity of 1 to 20 cP or less at the above-mentioned melting temperature. In terms of stable ink ejection and smooth driving of the ink jet apparatus, the viscosity at the use temperature is preferably within the above-mentioned numerical range.
한편, 상기 용매는 상변이 잉크 조성물 100 중량부에 대하여 20 내지 79 중량부일 수 있다. 바람직하게는 20 내지 70 중량부 또는 50 내지 79 중량부, 더욱 바람직하게는 60 내지 75 중량부일 수 있다. 이때, 용매의 함량이 20 중량부 보다 적으면 상변이 잉크 조성물 내의 금속 나노 입자의 비율이 너무 높아 용융온도 이상에서도 제팅에 적절한 점도를 보이지 않으며, 용매의 함량이 79 중량부 보다 크면 상변이 잉크조성물 내의 금속 나노 입자의 비율이 너무 낮아 형성된 패턴의 전도도가 낮아지게 된다. On the other hand, the solvent may be 20 to 79 parts by weight based on 100 parts by weight of the ink composition. Preferably 20 to 70 parts by weight or 50 to 79 parts by weight, and more preferably 60 to 75 parts by weight. If the content of the solvent is less than 20 parts by weight, the proportion of the metal nanoparticles in the ink composition is too high, so that the viscosity is not suitable for jetting even at a temperature higher than the melting point. If the content of the solvent is more than 79 parts by weight, The conductivity of the formed pattern is lowered.
다음으로, 상기 1)의 금속 나노 입자의 평균 입경은 2 nm 내지 500 nm일 수 있다. Next, the average particle diameter of the metal nanoparticles of 1) may be 2 nm to 500 nm.
상기 금속 나노 입자는, 예를 들면, 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 주석, 크롬, 팔라듐, 코발트, 티타늄, 몰리브덴, 철, 망간, 텅스텐 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 주석, 크롬, 팔라듐, 코발트, 티타늄, 몰리브덴, 철, 망간, 텅스텐, 또는 알루미늄의 순수한 금속 그 자체이거나 그것의 합금일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The metal nanoparticles may include at least one selected from the group consisting of gold, silver, copper, nickel, zinc, platinum, tin, chromium, palladium, cobalt, titanium, molybdenum, iron, manganese, tungsten, . The metal nanoparticles may be pure metals or their alloys of gold, silver, copper, nickel, zinc, platinum, tin, chromium, palladium, cobalt, titanium, molybdenum, iron, manganese, tungsten, But is not limited thereto.
상기 금속 나노 입자는 상변이 잉크 조성물 100 중량부에 대하여 20 내지 70 중량부일 수 있다. 바람직하게는 20 내지 50 중량부 또는 40 내지 70 중량부이며, 더욱 바람직하게는 25 내지 35 중량부일 수 있다. 이때, 금속 나노 입자의 함량이 20 중량부 보다 적으면 잉크의 전기 전도도가 충분하지 않고 금속 나노 입자의 함량이 70 중량부 보다 많으면 금속 나노 입자를 분산시키기 어렵게 된다. The metal nanoparticles had a phase difference of 100 parts by weight relative to 100 parts by weight of the ink composition 20 to 70 parts by weight. Preferably 20 to 50 parts by weight or 40 to 70 parts by weight, and more preferably 25 to 35 parts by weight. At this time, if the content of the metal nanoparticles is less than 20 parts by weight, the electrical conductivity of the ink is not sufficient, and if the content of the metal nanoparticles is more than 70 parts by weight, it is difficult to disperse the metal nanoparticles.
한편, 용매 내에서 분산성을 유지하도록 금속 나노 입자 표면에 고분자 캡핑층을 도입할 수 있다. 예를 들면, 폴리올 합성법에 의해, 고분자로 캡핑된 금속 나노 입자를 제조할 수 있으며, 그 방법은 Dongjo Kim 등이 저술한 Nanotechnology 제 17권 4019-4024 등의 문헌에 개시되어 있다. On the other hand, the polymer capping layer can be introduced onto the surface of the metal nanoparticles so as to maintain dispersibility in the solvent. For example, metal nanoparticles capped with a polymer can be prepared by a polyol synthesis method, and the method is disclosed in Nanotechnology, Vol. 17, Vol. 4019-4024 by Dongjo Kim et al.
한편, 본 발명의 상변이 잉크 조성물은, 용매 내에서, 금속 나노 입자가 안정적으로 분산 배치될 수 있도록 하기 위해 2)분산제를 포함한다. 예를 들어, 상기 분산제는 폴리비닐피롤리돈, 상용화 분산제인 BYK사의 disperBYK, disperBYK-101, 102, 103, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 115, 116, 130, 140, 142, 145, 160, 161, 162, 163, 164, 166, 167, 168, 169, 170, 171, 174, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 190, 191, 192, 193, 194, 198, 199, 2000, 2001, 2008, 2009, 2010, 2012, 2015, 2020, 2022, 2025, 2050, 2059, 2070, 2090, 2095, 2096, 2117, 2118, 2150, 2151, 2155, 2163, 2164, BYKJET-9130, 9131, 9132, 9133, 9150, 9170, Evonic사의 Tego Dispers 741 W, 750 W, 755 W, 650, 652, 653, 656, 670, 685, Lubrizol사의 Solsperse 11200, 12000, 13240, 13300, 13500, 13650, 13940, 16000, 17000, 17940, 18000, 19000, 19200, 20000, 21000, 22000, ,24000, 26000, 27000, 28000, 30000, 32000, 32500, 32600, 34750, 35000, 35100, 35200, 36000, 36600, 37500, 38500, 39000, 40000, 41000, 41090, 43000, 44000, 46000, 47000, 50000, 53095, 54000, 71000, 76500, 8000, 8100, 8200, 9000, RM50, X300 및 기타 다른 회사의 제품군으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 1종일 수 있다. 상기 분산제로서, 폴리비닐피롤리돈이 바람직하나 상기 언급된 다른 상용 분산제 또는 언급되지 않은 분산제 혹은 습윤제도 폴리비닐피롤리돈과 유사한 효과를 낼 수 있으므로, 본 발명은 분산제의 종류를 한정하지 않는다.On the other hand, the phase-change ink composition of the present invention includes 2) a dispersant in order to allow stable dispersion and arrangement of metal nanoparticles in a solvent. For example, the dispersant may be selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, DISPERBYK, DISPERBYK-101, 102, 103, 106, 107, 108, 109, 110, 111, 112, 115, 116, 130, 140, 142, 145, 160, 161, 162, 163, 164 , 166, 167, 168, 169, 170, 171, 174, 180, 181, 182, 183, 184, 185, 187, 190, 191, 192, 193, 194, 198, 199, 2000, 2001, 2008, 2009 , 2010, 2012, 2015, 2020, 2022, 2025, 2050, 2059, 2070, 2090, 2095, 2096, 2117, 2118, 2150, 2151, 2155, 2163, 2164, BYKJET-9130, 9131, 9132, 9133, 9150 , 9170, Tego Dispers 741 W from Evonic, 750 W, 755 W, 650, 652, 653, 656, 670, 685, Solsperse 11200, 12000, 13240, 13300, 13500, 13650, 13940, 16000, 17000, 17940 from Lubrizol , 18000, 19000, 19200, 20000, 21000, 22000, 24000, 26000, 27000, 28000, 30000, 32000, 32500, 32600, 34750, 35000, 35100, 35200, 36000, 36600, 37500, 38500, 39000, 40000, At least one member selected from the group consisting of the product families of the following families of products, such as, for example, 41000, 41090, 43000, 44000, 46000, 47000, 50000, 53095, 54000, 71000, 76500, 8000, 8100, 8200, 9000, RM50, X300, Can. As the dispersant, polyvinylpyrrolidone is preferred, but the above-mentioned other commercial dispersants or undescribed dispersants or wetting agents can produce similar effects to polyvinylpyrrolidone, so that the present invention does not limit the kind of dispersant.
본 발명에서는 상기 금속 나노 입자 표면은 상기 분산제로 캡핑(capping)될 수 있다. 상기 캡핑에 의해, 상기 금속 나노 입자의 결정 성장을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산제가 캡핑 분자로서 금속 나노 입자의 특정 결정면을 선택적으로 둘러쌈으로써 나노 입자의 성장 방향을 조절하는 한편, 금속 나노 입자간 응집을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노 입자의 표면은 폴리비닐피롤리돈으로 캡핑될 수 있고, 이때, 상기 폴리비닐피롤리돈은 폴리올합성법의 캡핑 분자로 사용되면서 동시에 분산제의 역할을 수행할 수 있다. In the present invention, the surface of the metal nanoparticles may be capped with the dispersant. By the capping, crystal growth of the metal nanoparticles can be controlled. For example, the dispersant selectively encapsulates a specific crystal plane of the metal nanoparticles as a capping molecule, thereby controlling the growth direction of the nanoparticles and preventing aggregation between the metal nanoparticles. For example, the surface of the metal nanoparticles may be capped with polyvinylpyrrolidone, wherein the polyvinylpyrrolidone is used as a capping molecule in a polyol synthesis process and may also serve as a dispersant.
상기 2)의 분산제는 1 내지 10 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 1 내지 7 중량부 또는 3 내지 10 중량부를 포함하며, 보다 바람직하게는 2 내지 5 중량부를 포함한다. 이때, 분산제가 1 중량부 미만이면 금속 나노 입자의 분산이 적절히 되지 않는 문제가 있고 10 중량부 초과이면 잉크의 점도가 높아져서 잉크젯으로 제팅하기 어려운 문제가 발생한다. The dispersant of 2) may contain 1 to 10 parts by weight, preferably 1 to 7 parts by weight or 3 to 10 parts by weight, and more preferably 2 to 5 parts by weight. If the amount of the dispersing agent is less than 1 part by weight, the dispersion of the metal nano-particles may not be adequately performed. If the amount is more than 10 parts by weight, the viscosity of the ink becomes high.
또한, 본 발명은 상기 상변이 잉크 조성물을 이용하여 형성된 전도성 패턴을 제공한다. 상기 전도성 패턴은, 고체상의 상변이 잉크 조성물을 가열하여 용융시키고, 기판 상에 액체의 상변이 잉크 조성물을 분사 후, 상기 기판 표면에 분사된 잉크 조성물을 가열하여 형성된다. 한편, 열 처리시 상기 상변이 잉크 조성물은 용융되어 흐를 수 있다. 다만, 상기 금속 입자들은 기재 표면에 닿으면 바로 달라붙는 핀잉(pinning) 현상 때문에, 상기 잉크 조성물이 녹는 것에 크게 영향을 받지 않으므로, 본 발명의 상변이 잉크 조성물을 이용하여 우수한 전도성을 나타내는 미세 패턴을 형성할 수 있다.In addition, the present invention provides a conductive pattern formed using the ink composition. The conductive pattern is formed by heating the ink composition on the solid phase, melting the ink composition, spraying the ink composition on the top surface of the liquid on the substrate, and then heating the ink composition sprayed onto the substrate surface. On the other hand, at the time of heat treatment, the ink composition may melt and flow. However, since the metal particles are not significantly influenced by the melting of the ink composition due to the pinning phenomenon immediately when the metal particles come into contact with the surface of the substrate, the tops of the present invention can form a fine pattern exhibiting excellent conductivity .
이때, 분사된 잉크 조성물의 액적은 100pl 이하로 매우 작아, 기재에 떨어진 후 즉시 응고하여, 기재에서 퍼지는 현상을 억제하므로 미세한 전도성 패턴을 형성하는데 유리하다. 또한, 통상의 상변이 잉크가 기재의 표면에너지와 잉크의 표면장력이 평형상태에 도달한 상태의 액적형상을 가지는데 비해, 본 발명의 상변이 잉크 조성물은 상기 평형에 이르기 전에 잉크 조성물이 응고하여 형상이 고정되므로 잉크 조성물의 형상은 기재의 표면에너지에 크게 영향을 받지 않는다. 따라서, 기재의 정밀한 표면에너지 처리를 생략할 수 있는 우수한 효과가 있다. At this time, the liquid droplet of the injected ink composition is as small as 100 pl or less, so that it is advantageous to form a fine conductive pattern by suppressing the phenomenon of spreading in the substrate by solidifying immediately after falling on the substrate. In addition, while the normal phase has a droplet shape in which the surface energy of the base material and the surface tension of the ink reach an equilibrium state, the phase composition of the present invention solidifies before the ink composition reaches the equilibrium state Since the shape is fixed, the shape of the ink composition is not greatly affected by the surface energy of the substrate. Therefore, there is an excellent effect that the precise surface energy treatment of the substrate can be omitted.
한편, 종래의 잉크 조성물로 형성된 전도성 패턴은 기재의 표면에너지에 따라 선폭이 크게 달라지며, 잉크젯 유효 노즐 구경의 4배 정도까지 퍼지는 경우가 있어 미세한 전도성 패턴 구현이 불리한 반면, 본 발명의 상변이 잉크 조성물을 사용하여 형성된 전도성 패턴은 잉크젯 유효 노즐 구경의 1.5~2배에 해당하는 비교적 일정한 폭의 미세한 전도성 패턴일 수 있다.On the other hand, the conductive pattern formed by the conventional ink composition greatly varies in line width depending on the surface energy of the substrate, spreads to about four times the aperture diameter of the ink-jet effective nozzle, and the implementation of the fine conductive pattern is disadvantageous. On the other hand, The conductive pattern formed using the composition may be a fine conductive pattern of relatively constant width corresponding to 1.5 to 2 times the inkjet available nozzle diameter.
한편, 본 발명은 금속 나노 입자, 분산제 및 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매를 포함하고, 용융온도가 60℃ 내지 90℃인 상변이 잉크 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. The present invention, on the other hand, provides a method for preparing a topically modified ink composition comprising a metal nanoparticle, a dispersing agent, and a solvent comprising at least two sulfur-containing compounds and having a melting temperature of 60 ° C to 90 ° C.
상기 제조방법은, 예를 들면, 금속 나노 입자, 분산제 및 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매를 혼합하는 방법에 의해 제조될 수 있으며, 이때, 상기 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매는 상기한 제1용매 및 제2용매의 혼합물일 수 있다. The preparation method can be produced by, for example, a method of mixing metal nanoparticles, a dispersant, and a solvent containing at least two sulfur-containing compounds, wherein at least two of the sulfur- The solvent may be a mixture of the first solvent and the second solvent.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 금속 나노 입자, 분산제 및 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매는 동시에 혼합될 수도 있고, 금속 나노 입자와 분산제를 유기 용매에 혼합하여 금속 나노 입자 분산액을 형성한 후, 이 분산액에 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매를 혼합할 수도 있다. 보다 구체적으로는, 이로써 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 금속 나노 입자와 분산제를 유기 용매 내에서 먼저 혼합한 후, 폴리올 합성법을 이용하여 금속 나노 입자의 표면에 분산제가 캡핑되도록 하는 단계를 거친 후, 상기 적어도 2종의 황 함유 화합물을 포함하는 용매, 즉, 제1용매 및 제2용매를 순차적으로 혼합함으로써, 본 발명의 상변이 잉크 조성물을 제조할 수 있다. Meanwhile, in the present invention, the metal nanoparticles, the dispersant, and the solvent containing at least two sulfur-containing compounds may be mixed at the same time, or may be prepared by mixing metal nanoparticles and a dispersant in an organic solvent to form a metal nanoparticle dispersion Thereafter, the dispersion may be mixed with a solvent containing at least two sulfur-containing compounds. More specifically, though not limited thereto, for example, after the metal nanoparticles and the dispersant are first mixed in an organic solvent, the dispersant is capped on the surface of the metal nanoparticles using the polyol synthesis method , A phase-change ink composition of the present invention can be prepared by sequentially mixing a solvent containing at least two sulfur-containing compounds, that is, a first solvent and a second solvent.
이때, 상기 캡핑 단계 또는 분산액 형성에서 사용되는 유기 용매는 상기 제1용매 혼합 후에 제거되어야 하기 때문에, 제1용매에 비해 낮은 비점을 갖는 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 유기 용매의 제거는 증발 또는 원심 분리법 등에 의해 수행될 수 있다. At this time, since the organic solvent used in the capping step or the dispersion forming step should be removed after mixing the first solvent, it is preferable to use a solvent having a lower boiling point than the first solvent. At this time, the removal of the organic solvent may be performed by evaporation or centrifugation.
구체적으로, 본 발명은 금속 나노 입자, 분산제 및 제1용매 및 상기 제1용매보다 비점이 낮은 용매를 혼합하여 조성물을 형성하는 단계; 상기 제1용매보다 비점이 낮은 용매를 증발시키는 단계; 및 비점이 낮은 용매가 증발된 조성물에 제2용매를 혼합하는 단계를 포함하는 상변이 잉크 조성물 제조방법을 제공한다.Specifically, the present invention relates to a method for preparing a metal nanoparticle, comprising: forming a composition by mixing metal nanoparticles, a dispersant, a first solvent and a solvent having a lower boiling point than the first solvent; Evaporating a solvent having a lower boiling point than the first solvent; And mixing the second solvent with the composition in which the low boiling solvent has been evaporated.
또한, 본 발명은 금속 나노 입자, 분산제 및 제1용매보다 비점이 낮은 용매를 혼합하여 조성물을 형성하는 단계; 원심 분리법으로 상기 제1용매보다 비점이 낮은 용매를 제거하고 금속 나노 입자 및 분산제를 얻는 단계; 및 상기 원심 분리법으로 얻은 금속 나노 입자 및 분산제를 제1용매 및 제2용매와 혼합하여 조성물을 형성하는 단계를 포함하는 상변이 잉크 조성물 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for preparing a metal nanoparticle, comprising: forming a composition by mixing metal nanoparticles, a dispersant, and a solvent having a lower boiling point than the first solvent; Removing solvent having a lower boiling point than the first solvent by centrifugation to obtain metal nanoparticles and a dispersant; And mixing the metal nanoparticles and the dispersant obtained by the centrifugal separation method with a first solvent and a second solvent to form a composition.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited thereto.
1. 잉크 조성물 제조1. Ink Composition Manufacturing
제조예 1 - E1Production Example 1 -E1
폴리올 합성법을 이용하여 합성한 폴리비닐피롤리돈이 캡핑된 은 나노 입자가 50wt% 함유된 에틸렌 글리콜(비점 197℃) 용액 50g을 디메틸설폰(비점 238℃) 25g과 혼합한 후 질소를 흘려주는 플라스크에 넣어 자석 막대로 교반하면서 200℃로 가열하였다. 이때 디메틸설폰은 녹아서 은 나노 입자 용액과 균일하게 섞였다. 가열을 지속함에 따라 상기 은 나노 입자 함유 용액에 포함되어 있던 비점이 낮은 용매인 에틸렌 글리콜은 증발하였다. 1시간 동안 가열하여, 은 나노 입자 약 25g과 디메틸설폰과 기타 물질 약 25g의 조성물을 얻었다. 제조된 잉크의 조성은 전체 100 중량부에서 은 나노 입자 45 중량부, 폴리비닐피롤리돈 3 중량부, 디메틸설폰 52 중량부이었다. 이 조성물은 100℃ 부근에서 응고하며 상온에서 고체 상태로 된다. 50 g of a solution of 50% by weight of polyvinylpyrrolidone-capped silver nanoparticles synthesized by the polyol synthesis method and having a boiling point of 197 ° C was mixed with 25 g of dimethylsulfone (boiling point 238 ° C) And heated to 200 DEG C while stirring with a magnet rod. At this time, the dimethylsulfone melted and was uniformly mixed with the silver nanoparticle solution. As the heating continued, the ethylene glycol as a low boiling point solvent contained in the silver nanoparticle-containing solution evaporated. And heated for 1 hour to obtain a composition of about 25 g of silver nanoparticles and about 25 g of dimethyl sulfone and other substances. The composition of the ink was 45 parts by weight of silver nanoparticles, 3 parts by weight of polyvinylpyrrolidone and 52 parts by weight of dimethyl sulfone in 100 parts by weight of the whole. This composition solidifies at about 100 캜 and becomes a solid state at room temperature.
제조예 2 - E2Production Example 2 - E2
폴리올 합성법을 이용하여 합성한 폴리비닐피롤리돈이 캡핑된 은 나노 입자를 함유한 분산액을 원심 분리하여 은 페이스트 25g을 얻었다. 상기 은 페이스트를 술포란 55g과 혼합한 후 질소를 흘려주는 플라스크에 넣고 자석 막대로 교반하면서 150℃로 가열하였다. 제조된 잉크의 조성은 전체 100 중량부에서 은 나노 입자 32 중량부, 폴리비닐피롤리돈 2 중량부, 술포란 66 중량부이었다. 이 잉크 조성물은 25℃ 부근에서 응고하며 상온에서 액체 또는 무른 고체이다.The dispersion containing polyvinylpyrrolidone-capped silver nanoparticles synthesized by the polyol synthesis method was centrifuged to obtain 25 g of silver paste. The silver paste was mixed with 55 g of sulfolane and placed in a flask for flowing nitrogen, and the mixture was heated to 150 DEG C while stirring with a magnet rod. The composition of the ink thus prepared was 32 parts by weight of silver nanoparticles, 2 parts by weight of polyvinylpyrrolidone and 66 parts by weight of sulfolane in 100 parts by weight of the whole. This ink composition solidifies at about 25 캜 and is a liquid or a loose solid at room temperature.
제조예 3 - E3Production Example 3 - E3
폴리올 합성법을 이용하여 합성한 폴리비닐피롤리돈이 캡핑된 은 나노 입자를 함유한 분산액을 원심 분리하여 은 페이스트 25g을 얻었다. 상기 은 페이스트를 메틸페닐설폰 55g과 혼합한 후 질소를 흘려주는 플라스크에 넣고 자석 막대로 교반하면서 150℃로 가열하였다. 이때 은 입자들의 분산성이 좋지 않아서 잉크로 사용할 수 없었다.The dispersion containing polyvinylpyrrolidone-capped silver nanoparticles synthesized by the polyol synthesis method was centrifuged to obtain 25 g of silver paste. The silver paste was mixed with 55 g of methylphenylsulfone, placed in a flask for flowing nitrogen, and heated to 150 DEG C while stirring with a magnet rod. At this time, since the dispersibility of the particles was not good, it could not be used as an ink.
제조예 4 - E4Production Example 4 - E4
폴리올 합성법을 이용하여 합성한 폴리비닐피롤리돈이 캡핑된 은 나노 입자를 함유한 분산액을 원심 분리하여 은 페이스트 50g을 얻었다. 상기 은 페이스트에 부틸 카비톨이 주 용매 성분인 용액 50g을 첨가하여 제조된 잉크의 조성은, 전체 100 중량부에서 은 나노 입자 약 45 중량부, 폴리비닐피롤리돈 3 중량부, 부틸카비톨 52 중량부이었다. 이 조성물은 상온에서 액체 상태이다. The dispersion containing polyvinylpyrrolidone-capped silver nanoparticles synthesized by the polyol synthesis method was centrifuged to obtain silver paste (50 g). The composition of the ink prepared by adding 50 g of the solution containing butylcarbitol as the main solvent component to the silver paste was about 45 parts by weight of silver nanoparticles, 3 parts by weight of polyvinylpyrrolidone, 50 parts by weight of butyl carbitol 52 Parts by weight. This composition is in a liquid state at room temperature.
제조예 5 - E5Production Example 5 - E5
폴리올 합성법을 이용하여 합성한 폴리비닐피롤리돈이 캡핑된 은 나노 입자를 함유한 분산액을 원심 분리하여 캡핑된 은 나노 입자를 얻었다. 상기 캡핑된 은 나노 입자가 50wt% 함유된 부틸 카비톨이 주 용매 성분인 용액 50g에 파라핀을 첨가하였다. 제조된 잉크의 조성은 은 나노 입자 25 중량부, 폴리비닐피롤리돈 2 중량부, 부틸카비톨 23 중량부, 파라핀 50 중량부이었다. 파라핀 용액은 은 나노 입자 용액과 균일하게 섞이지 않았으며 질소를 흘려주는 플라스크에 넣고 자석 막대로 교반하면서 120℃로 가열하면 은 나노 입자 함유 용액 부분에서 용액이 일부 증발하면서 은 나노 입자가 덩어리로 석출되었다. 이러한 덩어리는 잉크젯 노즐을 막기 때문에 잉크로 사용하기 부적절한 것으로 판명되었다. The dispersion containing polyvinylpyrrolidone capped silver nanoparticles synthesized by the polyol synthesis method was centrifuged to obtain capped silver nanoparticles. Paraffin was added to 50 g of a solution in which butylcarbitol containing 50 wt% of the capped silver nanoparticles was the main solvent component. The composition of the ink was 25 parts by weight of silver nanoparticles, 2 parts by weight of polyvinylpyrrolidone, 23 parts by weight of butyl carbitol and 50 parts by weight of paraffin. The paraffin solution was not uniformly mixed with the silver nanoparticle solution. When the solution was heated to 120 ° C while stirring with a magnet rod, the silver nanoparticles were precipitated as a lump in the solution portion of the silver nanoparticle-containing solution portion . These lumps proved to be inadequate to use as inks because they block the inkjet nozzles.
제조예 6 - E6Production Example 6 - E6
폴리올 합성법을 이용하여 합성한 폴리비닐피롤리돈이 캡핑된 은 나노 입자가 50wt% 함유된 에틸렌 글리콜(비점 197℃) 용액 50g을 디메틸설폰(비점 238℃) 25g과 혼합한 후 질소를 흘려주는 플라스크에 넣고 자석 막대로 교반하면서 200℃로 가열하였다. 이때, 디메틸설폰은 녹아서 은 나노 입자 용액과 균일하게 섞였다. 가열을 지속함에 따라 상기 은 나노 입자 함유 용액에 포함되어 있던 비점이 낮은 용매인 에틸렌 글리콜은 증발하였다. 1시간 동안 가열하여, 은 나노 입자 약 25g과 디메틸설폰과 기타 물질 약 27g의 조성물을 얻었다. 이 조성물은 100℃ 부근에서 응고하며 상온에서는 고체 상태로 된다.50 g of a solution of 50% by weight of polyvinylpyrrolidone-capped silver nanoparticles synthesized by the polyol synthesis method and having a boiling point of 197 ° C was mixed with 25 g of dimethylsulfone (boiling point 238 ° C) And heated to 200 DEG C while stirring with a magnet rod. At this time, the dimethylsulfone melted and was uniformly mixed with the silver nanoparticle solution. As the heating continued, the ethylene glycol as a low boiling point solvent contained in the silver nanoparticle-containing solution evaporated. And heated for 1 hour to obtain a composition of about 25 g of silver nanoparticles and about 27 g of dimethyl sulfone and other substances. This composition solidifies at about 100 캜 and becomes a solid state at room temperature.
용융온도가 낮은 잉크 조성물을 조제하기 위해, 상기 제조된 조성물에 35g의 술포란을 추가하고 120℃에서 교반하였다. 제조된 잉크의 조성은 전체 100 중량부에서 은 나노 입자 28 중량부, 폴리비닐피롤리돈 2 중량부, 디메틸설폰 30 중량부, 술포란 40 중량부이었다. 상기 잉크 조성물의 용융온도는 약 65℃이며, 상온에서 고체 상태로 된다. To prepare an ink composition having a low melting temperature, 35 g of sulfolane was added to the above-prepared composition and stirred at 120 캜. The composition of the ink thus prepared was 28 parts by weight of silver nanoparticles, 2 parts by weight of polyvinylpyrrolidone, 30 parts by weight of dimethylsulfone and 40 parts by weight of sulfolane in 100 parts by weight of the whole. The melting temperature of the ink composition is about 65 占 폚 and becomes a solid state at room temperature.
제조예 7 - E7Production Example 7 - E7
폴리올 합성법을 이용하여 합성한 폴리비닐피롤리돈이 캡핑된 은 나노 입자를 함유한 분산액을 원심 분리하여 은 페이스트 25g을 얻었다. 상기 은 페이스트를 디메틸설폰 15g, 술포란 35g과 혼합한 후 질소를 흘려주는 플라스크에 넣고 자석 막대로 교반하면서 150℃로 가열하였다. 제조된 잉크의 조성은 전체 100 중량부에서 은 나노 입자 32 중량부, 폴리비닐피롤리돈 2 중량부, 디메틸설폰 28 중량부, 술포란 38 중량부이었다. 이 잉크 조성물은 65℃ 부근에서 응고하며 상온에서 고체 상태로 된다. The dispersion containing polyvinylpyrrolidone-capped silver nanoparticles synthesized by the polyol synthesis method was centrifuged to obtain 25 g of silver paste. The silver paste was mixed with 15 g of dimethylsulfone and 35 g of sulfolane, and the mixture was placed in a flask for flowing nitrogen, and the mixture was heated to 150 DEG C while stirring with a magnet rod. The composition of the ink thus prepared was 32 parts by weight of silver nanoparticles, 2 parts by weight of polyvinylpyrrolidone, 28 parts by weight of dimethylsulfone and 38 parts by weight of sulfolane in 100 parts by weight of the whole. This ink composition solidifies at about 65 캜 and becomes a solid state at room temperature.
2. 패턴의 형성2. Formation of patterns
하기 기재된 바와 같이, 상기 제조된 잉크 조성물을 사용하여 유리기판, 실리콘기판, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 필름(PET 필름) 및 잉크젯 포토용지 위에 잉크젯 방식으로 패턴을 형성하였다. 이때, 사용된 잉크젯 장비는 최고 온도가 70℃인 Dimatix사의 DMP 2830(이하 '잉크젯 장비 1')와 동사의 약 20개 제품 중 유일하게 고온용으로 특수 제작된 최고 온도가 130℃인 Galaxy 256/30 HM(이하 '잉크젯 장비 2')의 프린터 헤드를 사용하였고, 이때, 잉크젯 헤드의 유효 노즐 구경은 22㎛이다.As described below, a pattern was formed on the glass substrate, the silicon substrate, the polyethylene terephthalate film (PET film), and the inkjet photo paper by the ink jet method using the ink composition prepared above. At this time, the inkjet equipment used was Dimatix's DMP 2830 (hereinafter referred to as 'inkjet equipment 1') having a maximum temperature of 70 ° C and the Galaxy 256 / A printer head of 30 HM (hereinafter, referred to as 'ink jet apparatus 2') was used, and the effective nozzle diameter of the ink jet head was 22 μm.
비교예 1Comparative Example 1
제조예 1의 E1 잉크 조성물은 잉크젯 장비 1에는 사용할 수 없었다. 그러나 잉크젯 장비 2를 사용하여 패턴을 형성할 수 있었다. 잉크젯 장비 2의 프린터 헤드의 온도를 110℃로 유지한 상태에서 유리 기판 위에 액적의 간격을 50㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 형성된 선의 선폭은 82㎛이었다.The E1 ink composition of Production Example 1 could not be used in the ink jet equipment 1. However, inkjet equipment 2 could be used to form patterns. In a state where the temperature of the print head of the ink jet apparatus 2 was maintained at 110 占 폚, droplet intervals were jetted at intervals of 50 占 퐉 on a glass substrate to form a metal line pattern. At this time, the line width of the formed line was 82 mu m.
비교예 2Comparative Example 2
제조예 2의 E2 잉크 조성물을 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 유리 기판 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 액적은 유리 기판에 떨어진 후, 빨리 응고되지 않아 퍼지는 현상이 발생하였으며, 형성된 선의 선폭은 81㎛이었다.The E2 ink composition of Production Example 2 was injected into an ink jet head used in the ink jet apparatus 1. The temperature of the head was maintained at 70 占 폚, and droplet spacing was jetted onto the glass substrate at intervals of 30 占 퐉 to form a metal line pattern. At this time, the droplet fell on the glass substrate and then rapidly solidified and spread. The line width of the formed line was 81 μm.
비교예 3Comparative Example 3
제조예 4의 E4 잉크 조성물을 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 상온으로 두고 유리 기판 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 액적이 유리 기판에 떨어진 후 퍼지는 현상이 발생하였으며, 형성된 선의 선폭은 85㎛이었다.The E4 ink composition of Production Example 4 was injected into an inkjet head used in the inkjet apparatus 1. [ The temperature of the head was kept at room temperature and droplets were jetted at intervals of 30 탆 on a glass substrate to form a metal line pattern. At this time, a phenomenon occurred that the droplet fell on the glass substrate and then spread, and the line width of the formed line was 85 μm.
비교예 4Comparative Example 4
제조예 4의 E4 잉크 조성물을 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 상온으로 두고 잉크젯 포토용지 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 포토 용지가 용매를 흡수하여 선이 퍼지는 현상을 억제 하였으며, 형성된 선의 선폭은 41㎛이었다.The E4 ink composition of Production Example 4 was injected into an inkjet head used in the inkjet apparatus 1. [ The temperature of the head was kept at room temperature, and droplet spacing was jetted on the inkjet photo paper at intervals of 30 탆 to form a metal line pattern. At this time, the phenomenon that the photo paper absorbed the solvent to spread the line was suppressed, and the line width of the formed line was 41 μm.
실시예 1Example 1
제조예 6의 E6 잉크 조성물을 75℃로 가열하여 액체 상태로 만든 후 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 유리 기판 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 형성된 선의 선폭은 33㎛이었다.The E6 ink composition of Production Example 6 was heated to 75 占 폚 to be in a liquid state, and then injected into an ink jet head used for the ink jet apparatus 1. [ The temperature of the head was maintained at 70 占 폚, and droplet spacing was jetted onto the glass substrate at intervals of 30 占 퐉 to form a metal line pattern. At this time, the line width of the formed line was 33 탆.
실시예 2Example 2
제조예 6의 E6 잉크 조성물을 75℃로 가열하여 액체 상태로 만든 후 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 실리콘 기판 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 형성된 선의 선폭은 45㎛이었다.The E6 ink composition of Production Example 6 was heated to 75 占 폚 to be in a liquid state, and then injected into an ink jet head used for the ink jet apparatus 1. [ The temperature of the head was maintained at 70 占 폚 and droplet spacing was jetted onto the silicon substrate at intervals of 30 占 퐉 to form a metal line pattern. At this time, the line width of the formed line was 45 탆.
실시예 3Example 3
제조예 6의 E6 잉크 조성물을 75℃로 가열하여 액체 상태로 만든 후 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 잉크젯 포토용지 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 형성된 선의 선폭은 32㎛ 이었다.The E6 ink composition of Production Example 6 was heated to 75 占 폚 to be in a liquid state, and then injected into an ink jet head used for the ink jet apparatus 1. [ The temperature of the head was maintained at 70 占 폚, and droplet spacing was jetted onto the inkjet paper at intervals of 30 占 퐉 to form a metal line pattern. At this time, the line width of the formed line was 32 탆.
실시예 4Example 4
제조예 6의 E6 잉크 조성물을 75℃로 가열하여 액체 상태로 만든 후 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 PET필름 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 형성된 선의 선폭은 38㎛이었다.The E6 ink composition of Production Example 6 was heated to 75 占 폚 to be in a liquid state, and then injected into an ink jet head used for the ink jet apparatus 1. [ The temperature of the head was kept at 70 占 폚 and droplet spacing was jetted at intervals of 30 占 퐉 on the PET film to form a metal line pattern. At this time, the line width of the formed line was 38 mu m.
실시예 5Example 5
제조예 7의 E7 잉크 조성물을 75℃로 가열하여 액체 상태로 만든 후 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 유리 기판 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 이때, 형성된 선의 선폭은 34㎛이었다.The E7 ink composition of Production Example 7 was heated to 75 占 폚 to be in a liquid state and then injected into an ink jet head used for the ink jet apparatus 1. [ The temperature of the head was maintained at 70 占 폚, and droplet spacing was jetted onto the glass substrate at intervals of 30 占 퐉 to form a metal line pattern. At this time, the line width of the formed line was 34 탆.
실시예 6Example 6
제조예 7의 E7 잉크 조성물을 75℃로 가열하여 액체 상태로 만든 후 잉크젯 장비 1에 사용하는 잉크젯 헤드에 주입하였다. 헤드의 온도를 70℃로 유지한 상태에서 실리콘 기판 위에 액적의 간격을 30㎛ 간격으로 제팅하여 금속 선 패턴을 형성하였다. 형성된 선의 선폭은 44㎛이었다.The E7 ink composition of Production Example 7 was heated to 75 占 폚 to be in a liquid state and then injected into an ink jet head used for the ink jet apparatus 1. [ The temperature of the head was maintained at 70 占 폚 and droplet spacing was jetted onto the silicon substrate at intervals of 30 占 퐉 to form a metal line pattern. The line width of the formed line was 44 탆.
상기 제조예에 따른 상변이 잉크 조성물의 용매 성분, 용융 온도, 잉크 조성물의 상온에서의 물질의 상태를 하기 표 1에 정리하였다. 또한, 비교예 및 실시예에 따라, 상기 잉크 조성물을 사용하여 제조된 패턴의 선폭을 하기 표 1에 정리하였다. 한편, 실시예 1 내지 6에 따라 제조된 패턴은 약 30mm 길이를 기준으로 측정했을 때, 약 수십~수백 옴 정도의 저항값을 나타냈다.Table 1 below summarizes the solvent components of the phase-change ink composition, the melting temperature, and the state of the substance at room temperature of the ink composition according to the preparation examples. In addition, according to Comparative Examples and Examples, line widths of the patterns produced using the ink composition are summarized in Table 1 below. On the other hand, the patterns prepared according to Examples 1 to 6 exhibited resistance values of about several tens to several hundreds of ohms when measured on the basis of a length of about 30 mm.
상기 실험데이터에 의하면, 비교예 1에서는 잉크 조성물의 용융온도가 잉크젯장비 1에 적합하지 않음을 알 수 있으며, 비교예 2를 통해, 용융점이 0 내지 40℃인 술포란만을 용매로서 사용할 경우, 잉크 조성물의 용융 온도는 60℃ 미만이므로, 본 발명의 잉크 조성물로서 적절하지 아니함을 알 수 있다. 또한, 비교예 3 및 4를 통해, 황 함유 화합물을 전혀 포함하지 않는 용매를 사용하여 제조된 잉크 조성물의 경우, 액적이 유리 기판에 떨어진 후 퍼지는 현상이 발생하며, 기재에 따라, 선폭이 크게 달라짐을 알 수 있다. According to the experimental data, it can be seen that in Comparative Example 1, the melting temperature of the ink composition is not suitable for the ink jet apparatus 1, and when only sulfolane having a melting point of 0 to 40 ° C is used as a solvent through Comparative Example 2, It is understood that the melting temperature of the composition is less than 60 占 폚 and therefore is not suitable as the ink composition of the present invention. Further, in Comparative Examples 3 and 4, in the case of an ink composition prepared using a solvent containing no sulfur-containing compound at all, the droplet spreads after falling on the glass substrate, and the line width varies greatly depending on the substrate .
한편, 제조예 3은 용융점이 85℃인 메틸페닐 설폰만을 용매로서 사용하여 제조된 잉크 조성물의 경우, 금속 나노 입자들의 분산성이 좋지 않아서 잉크 조성물로서 적절하지 아니함을 보여준다. 또한, 제조예 5에서는 은 나노 입자의 분산제로 극성인 폴리비닐피롤리돈을 사용한 잉크 조성물의 경우, 비극성 용매인 파라핀에서 은 나노 입자가 덩어리로 석출되어, 잉크 조성물로서 적절하지 아니함을 알 수 있다.On the other hand, Production Example 3 shows that, in the case of an ink composition prepared by using only methylphenylsulfone having a melting point of 85 캜 as a solvent, the dispersibility of the metal nanoparticles is poor and is not suitable as an ink composition. Further, in Production Example 5, in the case of an ink composition using polyvinylpyrrolidone having polarity as a dispersing agent of silver nanoparticles, it was found that silver nanoparticles were precipitated in a lump in paraffin, which is a non-polar solvent, .
또한, E6 및 E7의 잉크 조성물의 경우, 디메틸설폰을 제1용매로, 술포란을 제2용매로 하여 이들을 혼합한 용매를 사용함으로써, 용융온도를 조절한 결과, 잉크젯 장비 1에 적합한 온도에서 용융되었다. 또한, 실시예 1 내지 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 기재와 무관하게 잉크젯 유효 노즐 구경의 1.5~2배에 해당하는 비교적 일정한 폭의 미세 패턴을 형성할 수 있었다. Further, in the case of the ink compositions of E6 and E7, by using dimethylsulfone as the first solvent and sulfolane as the second solvent and mixing them, As a result of controlling the melting temperature, it melted at a temperature suitable for the ink jet apparatus 1. Further, as can be seen from Examples 1 to 6, It was possible to form a fine pattern with a relatively constant width corresponding to 1.5 to 2 times the aperture diameter of the ink-jet-enabled nozzle regardless of the substrate.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be obvious to those of ordinary skill in the art.
Claims (7)
분산제;
메틸페닐 설폰, 디페닐 설폰, 디메틸 설폰, 4,4'-디클로로디페닐 설폰, 디-p-톨릴 설폰, 또는 4-아미노페닐 설폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 제 1용매 및 제 2용매로 술포란을 포함하는 용매; 및
용융온도가 60℃ 내지 90℃인 상변이 잉크 조성물.
Metal nanoparticles;
Dispersing agent;
A first solvent selected from the group consisting of methyl phenyl sulfone, diphenyl sulfone, dimethyl sulfone, 4,4'-dichlorodiphenyl sulfone, di- p -tolylsulfone, A solvent comprising propran; And
Wherein the melting temperature is 60 占 폚 to 90 占 폚.
상기 금속 나노 입자 20 내지 70 중량부;
상기 분산제 1 내지 10 중량부; 및
상기 용매 20 내지 79 중량부를 포함하는 상변이 잉크 조성물.The method according to claim 1,
20 to 70 parts by weight of the metal nanoparticles;
1 to 10 parts by weight of the dispersant; And
And 20 to 79 parts by weight of the solvent.
상기 금속 나노 입자의 표면은 상기 분산제로 캡핑된 상변이 잉크 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the surface of the metal nanoparticles is capped with the dispersant.
상기 제 1용매와 제 2용매의 중량비는 1:0.75 내지 1:1.5인 상변이 잉크 조성물The method according to claim 1,
Wherein the weight ratio of the first solvent to the second solvent is 1: 0.75 to 1: 1.5,
상기 금속 나노 입자는 금, 은, 구리, 니켈, 아연, 백금, 주석, 크롬, 팔라듐, 코발트, 티타늄, 몰리브덴, 철, 망간, 텅스텐 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 상변이 잉크 조성물.The method according to claim 1,
Wherein the metal nanoparticle is a phase change ink containing at least one member selected from the group consisting of gold, silver, copper, nickel, zinc, platinum, tin, chromium, palladium, cobalt, titanium, molybdenum, iron, manganese, tungsten, Composition.
60℃ 내지 90℃의 용융온도에서 상기 상변이 잉크 조성물의 점도가 1 내지 20cP인 상변이 잉크 조성물.The method according to claim 1,
Wherein said phase change ink composition has a viscosity of from 1 to 20 cP at a melt temperature of from 60 캜 to 90 캜.
A conductive pattern formed using the ink composition of any one of claims 1 to 6.
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