TWI406704B - 奈米銀分散液與其噴印墨水 - Google Patents

Description

奈米銀分散液與其噴印墨水

本發明係關於一種可將奈米銀均勻分散之奈米銀分散液，且特別關於一種包含此奈米銀分散液之噴印墨水，其導電性佳且對基材之附著力強。

由於噴印製程具備節能與省料之優點，因此其為目前積極開發，擬取代，如LCD用濾光片、LCD用增亮擴散片、光電元件用透明電極、PCB用之噴印光阻、LED晶片封裝等現今電子/光電產業之黃光微影製程。且，若銀導線能以噴印製程形成將對產業有更大的效益，而此製程最重要之關鍵材料為具高導電、安定分散且可對基材附著之導電墨水。

現今導電墨水所存在的問題包括墨水分散安定性不足，以及為了使導電墨水為能夠穩固地附著於基材上，大都會於其中加入樹脂(黏結劑，binder)以使導電墨水中之奈米銀粒子與基材緊密附著，但由於樹脂(黏結劑，binder)為絕緣體所以會降低導電墨水之導電度。因此為了克服上述等問題，近年來有許多相關之研究。

美國專利公開號US 2006/0044382描述以Ag－Pd合金(Pd含量10－40%)的奈米顆粒配製成導電墨水，其可克服一般導電銀墨水在高溫高濕度之環境所造成的斷路現象。另外，在此發明中是以十二烷磺酸鈉(sodium dodecyl sulfate)作為分散劑，但因其為小分子型分散劑對基材附著性差。

美國專利公開號US 2007/0283848揭露利用加入20-85wt%之不同奈米銀含量調配出黏度不同墨水(2-100cps)，且其加入之分散劑為甘油類溶劑，但因其為小分子型分散劑所以對基材附著性也不佳。

美國專利公開號US 2007/0244220揭示一導電墨水藉由添加含氨基化合物衍生物與含氮氧的高分子分散劑以分散穩定銀。且其揭示利用提高銀含量以提升導電度，但因其為含氮氧型分散劑，對已製備好的酸性系統奈米銀分散液會造成不安定性。

本發明提供一種用以分散奈米銀的奈米銀分散液，包括：一磺酸鹽基水分散聚酯，該磺酸鹽基水分散聚酯為一無規共聚物，其分子式為：，其中 R₁ 與R₂ 獨立地包括OCH₂ CH₂ 、OCH₂ CH₂ CH₂ CH₂ 或；以及一奈米銀溶液。

本發明也提供一種噴印墨水，包括：一磺酸鹽基水分散聚酯，該磺酸鹽基水分散聚酯為一無規共聚物，其分子 式為：，其中 R₁ 與R₂ 獨立地包括OCH₂ CH₂ 、OCH₂ CH₂ CH₂ CH₂ 或；一奈米銀溶液；以及一保濕劑。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：

本發明之用以分散奈米銀的奈米銀分散液，其詳細配方與配製如下所述。

首先將一磺酸鹽基水分散聚酯加入適量水中，之後進行加熱並攪拌，使其溶解而形成一磺酸鹽基水分散聚酯水溶液。而上述磺酸鹽基水分散聚酯為一無規共聚物，且其分子式為： ，其中R₁ 與R₂ 獨立地可包括OCH₂ CH₂ 、OCH₂ CH₂ CH₂ CH₂ 或。

所配製之磺酸鹽基水分散聚酯水溶液，其磺酸鹽基水分散聚酯含量可為約5－50 wt%，在一實施例中為約30 wt%。而此磺酸鹽基水分散聚酯之磺酸鹽含量可為此磺酸鹽基水分散聚酯的約13.5－70 mol%，在一實施例中，磺酸鹽基水分散聚酯之磺酸鹽含量為約13.5 mol%。磺酸鹽基水分散聚酯的分子量為約4000－8000。又在一實施例中，所使用之具上述分子式的磺酸鹽基水分散聚酯，其R₁ 與R₂ 皆為OCH₂ CH₂ 。

而由於磺酸鹽基水分散聚酯不但具有對銀吸附性強之硫原子，且可分散於水中，因此將其做為一分散劑來配製奈米銀分散液可讓奈米銀粒子安定且均勻分散於水中。

接著將磺酸鹽基水分散聚酯水溶液加入一奈米銀溶液中以形成本發明之用以分散奈米銀的奈米銀分散液。而於本發明之奈米銀分散液中，磺酸鹽基水分散聚酯的含量為約0.1－6 wt%，而奈米銀溶液的含量為約94－99.9 wt%。其中上述奈米銀溶液的組成包括銀、水與穩定劑。穩定劑可包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、二甘醇(diethylene glycol,DEG)或甘油。於奈米銀溶液中，銀佔約5－50%、水佔約47－94.9%，而穩定劑佔約0.1－3%。在一實施例中，所使用之奈米銀溶液包括20%的銀、78.5%的水與1.5%的穩定劑。

又，做為分散劑之磺酸鹽基水分散聚酯對於基材具有 良好之附著性，因此將上述之用以分散奈米銀的奈米銀分散液噴印固定於一基材上，然後對其進行百格膠帶測試(ASTM D3359－93)，其對基材之附著性可達3級以上，較佳為4級以上，更佳為5級。而基材可包括塑膠基材、一般紙材或相片紙材。

本發明之另一實施樣態為利用上述之用以分散奈米銀的奈米銀分散液所配製成之噴印墨水。

而噴印墨水之配製為將一保濕劑加入上述之用以分散奈米銀的奈米銀分散液混合均勻後，即形成本發明之噴印墨水。保濕劑可包括2－咯烷酮(2－pyrolidone)、二甘醇或甘油。在一實施例中，本發明之噴印墨水磺酸鹽基水分散聚酯的含量為約0.1－1.5 wt%，奈米銀溶液的含量為約50－95 wt%與該保濕劑的含量為約5－15 wt%。

在另一實施例中，噴印墨水之組成除上述之成分外，更可加入一添加劑，用以調整噴墨適性，而添加劑可包括具顏料親合基團的共聚物，例如DISPERBYK－192(BYK Chemie)，或具醚改性聚二甲基矽氧烷，例如BYK333(BYK Chemie)。而於此實施例中，噴印墨水磺酸鹽基水分散聚酯的含量為約0.1－2.0 wt%，奈米銀溶液的含量為約76－94.9 wt%、保濕劑的含量為約5－20 wt%與添加劑的含量為約0.01－2 wt%。

又，參見第1圖。第1圖顯示本發明之噴印墨水附著於一基材上並維持良好導電性之示意圖。於本發明噴印墨水103中，由於做為分散劑之磺酸鹽基水分散聚酯105可 與基材101附著，因此可與基材101緊密貼合。又磺酸鹽基水分散聚酯105並非將奈米銀粒子107進行包覆，而僅是吸附於奈米銀粒子107，因此奈米銀粒子107間可透過分散劑105間之空隙互相接觸，而維持良好的導電性。導電之示意路線如曲線109所示。

因此，將依據上述所形成之噴印墨水固定於一基材上，然後對其進行百格膠帶測試(ASTM D3359-93)，其對基材之附著性可達3級以上，較佳為4級以上，更佳為5級。而基材可包括塑膠基材、一般紙材或相片紙材。且在一實施例中，本發明之噴印墨水的導電性以片電阻表示，當本發明噴印墨水的噴印膜厚為1μm厚時，其片電阻可小於約42.0(Ω/□)，較佳可小於約14.6(Ω/□)。

【實施例】 奈米銀分散液 1.配製磺酸鹽基水分散聚酯水溶液

(1)秤取60g之磺酸鹽基水分散聚酯 (，為一無規共 聚物，含13.5mol%之磺酸鹽)，並加入140g之水。

(2)加熱至80-90℃，並攪拌溶解。

(3)配製成含量為30 wt%之磺酸鹽基水分散聚酯水溶液。

2.配製奈米銀分散液實施例1－9

如第1表所示，分別秤取實施例1－9所需之30 wt%磺酸鹽基水分散聚酯水溶液添加量(分散溶液添加量)，再加入分別奈米銀溶液AG－100－20(成分：銀20%；水78.5%；穩定劑1.5%)中，配製為總量皆為10 g之奈米銀分散液實施例1－9。

3.配製奈米銀分散液比較例1－3

(1)奈米銀分散液比較例1

直接使用奈米銀溶液AG－100－20(成分：銀20%；水78.5%；穩定劑1.5%)，不導入分散劑

(2)奈米銀分散液比較例2－3

如表1所示，分別秤取比較例2－3所需分散劑添加量(分散溶液添加量)，再加入分別奈米銀溶液AG－100－20(成分：銀20%；水78.5%；穩定劑1.5%)中，配製為總量皆為10 g之奈米銀分散液比較例2－3。

4.奈米銀分散液之實施例與比較例對基材附著性測試

分別將奈米銀分散液之實施例1－9與比較例1－3分別固定於紙張與聚對苯二甲酸二乙酯基材，然後以膠帶百格測試(ASTM D3359－93)測試其對紙張與聚對苯二甲酸二乙酯 基材之附著性，測試結果如表1所示。

噴印墨水

1.配製噴印墨水實施例A－F

如表2所示，分別秤取實施例A－F所需之保濕劑(DEG)與水的量並混合均勻，再將其如表2所示分別加入上述之實施例2－7中，即將噴印墨水實施例A－E配製完成。

2.配製噴印墨水比較例A－C

(1)噴印墨水比較例A

將1.5g保濕劑(DEG)與1g水混合均勻後，直接導入奈米銀溶液AG－100－20(成分：銀20%；水78.5%；穩定劑1.5%)中。

(2)噴印墨水比較例B－C

如表2所示，分別秤取比較例B－C所需保濕劑(DEG)與水的量並混合均勻，再將其如表2所示分別加入上述之比較例2－3中，即將噴印墨水比較例B－C配製完成。

3.噴印墨水之實施例與比較例對基材附著性測試

分別將噴印墨水之實施例A－F與比較例A－C固定於紙張與聚對苯二甲酸二乙酯基材，然後以膠帶百格測試(ASTM D3359－93)測試其對相片紙(三菱)與聚對苯二甲酸二乙酯基材(PET film)之附著性，測試結果如表2所示。

4.噴印墨水之實施例與比較例之導電性測試測試

分別將噴印墨水之實施例A－F與比較例A－C噴印於相片紙，然後進行導電性測試，測試結果如表2所示。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

101‧‧‧基材

103‧‧‧噴印墨水

105‧‧‧磺酸鹽基水分散聚酯(分散劑)

107‧‧‧奈米銀粒子

109‧‧‧導電之示意路線

第1圖顯示本發明之噴印墨水附著於一基材上並維持良好導電性之示意圖。

101‧‧‧基材

103‧‧‧噴印墨水

105‧‧‧磺酸鹽基水分散聚酯(分散劑)

107‧‧‧奈米銀粒子

109‧‧‧導電之示意路線

Claims (27)

1. 一種奈米銀分散液，包括：一磺酸鹽基水分散聚酯，該磺酸鹽基水分散聚酯為一無規共聚物，其分子式為： 其中R₁ 與R₂ 獨立地包括OCH₂ CH₂ 或OCH₂ CH₂ CH₂ CH₂ ；以及一奈米銀溶液。
2. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中該磺酸鹽基水分散聚酯的含量為約0.1-6wt%，而奈米銀溶液的含量為約94-99.9wt%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中該磺酸鹽基水分散聚酯之磺酸鹽含量為該磺酸鹽基水分散聚酯的約13.5-70mol%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中該磺酸鹽基水分散聚酯的分子量為約4000-8000。
5. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中該奈米銀溶液的組成包括銀、水與穩定劑。
6. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中該穩定劑包括聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、二甘醇(diethylene glycol,DEG)或甘油。
7. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中 該奈米銀分散液於膠帶百格測試(ASTM D3359-93)下，其對於一基材的附著性大於3級。
8. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中該奈米銀分散液於膠帶百格測試(ASTM D3359-93)下，其對於一基材的附著性大於4級。
9. 如申請專利範圍第1項所述之奈米銀分散液，其中該奈米銀分散液於膠帶百格測試(ASTM D3359-93)下，其對於一基材的附著性為5級。
10. 如申請專利範圍第7項所述之奈米銀分散液，其中該基材包括塑膠基材、一般紙材或相片紙材。
11. 如申請專利範圍第10項所述之奈米銀分散液，其中該塑膠基材包括聚對苯二甲酸二乙酯(polyethylene terephthalate,PET)。
12. 一種噴印墨水，包括：一磺酸鹽基水分散聚酯，該磺酸鹽基水分散聚酯為一無規共聚物，其分子式為： 其中R₁ 與R₂ 獨立地包括OCH₂ CH₂ 或OCH₂ CH₂ CH₂ CH₂ ；一奈米銀溶液；以及一保濕劑。
13. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該 磺酸鹽基水分散聚酯的含量為約0.1-1.5wt%，該奈米銀溶液的含量為約50-95wt%與該保濕劑的含量為約5-15wt%。
14. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該磺酸鹽基水分散聚酯之磺酸鹽含量為該磺酸鹽基水分散聚酯的約13.5-70mol%。
15. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該磺酸鹽基水分散聚酯的分子量為約4000-8000。
16. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該奈米銀溶液的組成包括銀、水與穩定劑。
17. 如申請專利範圍第16項所述之噴印墨水，其中該穩定劑包括聚乙烯醇、二甘醇或甘油。
18. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該保濕劑包括2-咯烷酮(2-pyrolidone)、二甘醇或甘油。
19. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，更包括一添加劑，用以調整噴墨適性。
20. 如申請專利範圍第19項所述之噴印墨水，其中該磺酸鹽基水分散聚酯的含量為約0.1-2.0wt%，該奈米銀溶液的含量為約76-94.9wt%、該保濕劑的含量為約5-20wt%與該添加劑的含量為約0.01-2wt%。
21. 如申請專利範圍第19項所述之噴印墨水，其中該添加劑包括具顏料親合基團的共聚物或具醚改性聚二甲基矽氧烷。
22. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該 噴印墨水於膠帶百格測試(ASTM D3359-93)下，其對於一基材的附著性大於3級。
23. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該噴印墨水於膠帶百格測試(ASTM D3359-93)下，其對於一基材的附著性大於4級。
24. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該噴印墨水於膠帶百格測試(ASTM D3359-93)下，其對於一基材的附著性為5級。
25. 如申請專利範圍第22項所述之噴印墨水，其中該基材包括塑膠基材、一般紙材或相片紙材。
26. 如申請專利範圍第25項所述之噴印墨水，其中該塑膠基材包括聚對苯二甲酸二乙酯(polyethylene terephthalate,PET)。
27. 如申請專利範圍第12項所述之噴印墨水，其中該噴印墨水的噴印膜厚為1μm厚時，其片電阻小於約42.0(Ω/□)。