提供可印刷电子器件的改进的性能的制品以及基材的制作方法

本发明涉及基材以及利用这些基材的制品，所述基材和制品提供在聚合物基材上可印刷电子器件的改进的性能。特别地，改进的基材涉及聚合物膜以及印刷在其上的电导体。这些制品可以用于需要显著拉伸的应用中，例如在可穿戴服装中。

背景技术：

用于可印刷电子器件的导电和介电油墨对于它们印刷在其上的基材是敏感的。表面平滑度、表面能以及基材与油墨溶剂的相容性均可以影响印刷原样的电路材料的导电性或绝缘行为。它们还可能损害印刷的电子器件的粘附性和耐洗性。对改进聚合物基材膜上的印刷质量存在需求。

技术实现要素：

本发明提供了一种含有电导体的制品，所述制品包含：

a)弹性体或热塑性弹性体聚合物膜；

b)在所述聚合物膜的一侧上的弹性体或热塑性弹性体涂层，其中每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的涂层，并且其中所述涂层已由溶剂溶液或水基分散体形成；以及

c)沉积在所述涂层上的弹性电导体。

在上述制品的实施例中，热塑性弹性体聚合物膜的聚合物选自由以下各项组成的组：热塑性聚氨酯、热塑性聚酯以及热塑性聚醚，并且热塑性弹性体涂层是由水基热塑性氨基甲酸乙酯分散体形成的热塑性氨基甲酸乙酯涂层。

在一个实施例中，将聚合物膜没有涂层的一侧粘附到载体膜上，所述载体膜包含聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、硅酮处理的纸、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物或聚氟乙烯。

本发明还提供了一种用于制备含有印刷电路的制品的方法，所述方法包括：

a)提供弹性体或热塑性弹性体聚合物膜；

b)使用弹性体或热塑性弹性体的溶剂溶液或水基分散体在所述聚合物膜的一侧上沉积涂层，其中，每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的涂层；以及

c)将弹性导电油墨沉积在所述涂层上，并且将所述弹性导电油墨干燥以形成印刷电路。

本发明进一步提供了一种用于制备含有印刷电路的制品的方法，所述方法包括：

a)提供包含聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物或聚氟乙烯的载体膜；

b)将弹性体或热塑性弹性体聚合物膜的一侧附着在所述载体膜上；

c)使用弹性体或热塑性弹性体的溶剂溶液或水基分散体在所述聚合物膜的另一侧上沉积涂层，其中，每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的涂层；

d)将弹性导电油墨沉积在所述涂层上，并且将所述弹性导电油墨干燥以形成印刷电路。

在一个实施例中，以上方法进一步包括：

e)将所述载体从所述聚合物膜上移除。

本发明还提供了一种复合基材，其包含：

a)弹性体或热塑性弹性体聚合物膜；以及

b)在所述聚合物膜的一侧上的弹性体或热塑性弹性体涂层，其中每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的涂层，并且其中所述涂层已由溶剂溶液或水基分散体形成。

在以上复合基材的一个实施例中，热塑性弹性体聚合物膜的聚合物选自由以下各项组成的组：热塑性聚氨酯、热塑性聚酯以及热塑性聚醚。

在一个实施例中，本发明提供了一种复合基材，其包含：

a)聚合物膜，其中聚合物选自由以下各项组成的组：热塑性聚氨酯、热塑性聚酯以及热塑性聚醚；以及

b)在所述聚合物膜的一侧上的聚氨酯涂层，其中每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的聚氨酯涂层，并且其中所述聚氨酯涂层已由水基聚氨酯分散体形成。

在另一个实施例中，本发明提供了一种复合基材，其包含：

a)聚合物膜，其中聚合物选自由以下各项组成的组：热塑性聚氨酯、热塑性聚酯以及热塑性聚醚；以及

b)在所述聚合物膜的一侧上的聚氨酯涂层，其中每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的聚氨酯涂层，并且其中所述聚氨酯涂层已由有机溶剂基聚氨酯溶液形成。

在以上制品、方法以及基材的一些实施例中，聚合物膜在沉积涂层之前已经经受了电晕或等离子体处理。

附图说明

图1a示出了在未经处理的热塑性聚氨酯膜基材上印刷并固化的银浆条。

图1b示出了在本发明的经处理的复合基材(即具有由水基聚氨酯分散体形成的聚氨酯涂层的热塑性聚氨酯膜)上印刷并固化的银条。

图2示出了在每个0％-40％-0％应变循环中在未经处理和经处理的基材上丝网印刷的银导体的作为后续拉伸循环次数的函数的最大电阻。

图3示出了在每个0％-40％-0％应变循环中在未经处理和经处理的基材上丝网印刷的银导体的作为后续拉伸循环次数的函数的最小电阻。

具体实施方式

本发明涉及一种含有具有改进的电特性的电导体或电路的制品，并且涉及使这些改进成为可能的复合基材。这些制品和基材可以用于多种应用，但尤其用于可拉伸的电路，如在织物(例如，用于可穿戴服装的)上产生功能性电路的那些应用。在基材上印刷并干燥导体层以便产生功能电路，并且然后使整个电路经受织物将会受到的典型的弯曲/起折痕。另外，如对于织物典型的，它们必须在周期性基础上被洗涤并干燥，并且必须保持导体的导电性和完整性。

本发明克服了热塑性和弹性体膜基材的三个缺陷。它减少或消除了来自用于在基材上印刷电子器件的油墨中的溶剂对基材的损害。它改进了印刷的电子器件与基材的粘附性，这会影响耐久性和耐洗性。并且它减少了表面粗糙度。

在聚合物膜基材上印刷电子器件之前在所述基材上施用薄聚合物涂层产生复合基材，所述复合基材具有与用于印刷电子器件的油墨更相容的表面，同时保持未经处理的聚合物膜基材的希望的机械和热本体特性。

复合基材包含弹性体或热塑性弹性体聚合物膜；以及在聚合物膜的一侧上的弹性体或热塑性弹性体涂层，其中每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的涂层，并且其中所述涂层已由溶剂溶液或水基分散体形成。如本文使用的，“经处理的基材”、“经处理的表面”或“经处理的”都是指“复合基材”，并且“未经处理的基材”、“未经处理的表面”或“未经处理的”都是指没有弹性体或热塑性弹性体涂层的基材。

在一个实施例中，复合基材包含聚合物膜，其中聚合物选自由以下各项组成的组：热塑性聚氨酯(tpu)、热塑性聚酯以及热塑性聚醚；以及在聚合物膜的一侧上的聚氨酯涂层，其中每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的聚氨酯涂层，并且其中所述聚氨酯涂层已由水基聚氨酯分散体形成。

用于聚合物膜的一种聚合物是热塑性聚氨酯(tpu)，如从宾夕法尼亚州匹兹堡的科思创公司(covestro,pittsburgh,pa)可获得的covestropt6410s，以及从马萨诸塞州雪莉的毕玛时联合公司(bemisassociates,inc.,shirley,ma)可获得的bemisst-604。另一种聚合物是热塑性聚酯，如从特拉华州威明顿的杜邦公司(dupontco.,wilmington,de)可获得的dupont^tm

涂层是具有与将涂层施用到其上的聚合物膜的弹性特性类似的弹性特性的聚合物涂层。可以在电晕或等离子体处理后立即施用涂层以改进聚合物膜表面的湿润性，或者可以在聚合物膜表面没有电晕或等离子体预处理的情况下施用涂层。涂层可以由水基聚合物分散体或溶剂基聚合物溶液形成。每平方米聚合物膜有在1与50g之间的涂层。涂层在120℃与250℃之间的温度(取决于聚合物膜)下固化。

在复合基材的一个实施例中，将聚合物膜没有涂层的一侧粘附到载体膜上，所述载体膜包含聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、硅酮处理的纸、聚丙烯、聚丙烯/聚乙烯共聚物或聚氟乙烯。载体膜为聚合物膜提供机械支撑并且使其更容易处理。当使用厚度小于约0.003英寸(80μm)的聚合物膜时，这是尤其重要的。用于将聚合物膜粘附在载体上的粘合剂必须使得在电路或导体已经在复合基材上形成之后载体可以被移除。

本发明提供了一种包含弹性体或热塑性弹性体聚合物膜、在所述聚合物膜的一侧上的弹性体或热塑性弹性体涂层以及在所述涂层上沉积的弹性电导体的制品，其中每平方米聚合物膜上有在1与50g之间的涂层，并且其中所述涂层已由溶剂溶液或水基分散体形成。

电导体或电路沉积到复合基材的涂层上。典型地，该电路是使用被称为油墨或浆的聚合物厚膜银导体复合材料施用的。聚合物厚膜银导体复合材料的有机介质的聚合物部分在干燥后保持为导体复合材料的组成部分。在本文中，电路和导体可互换地用于描述在涂层上沉积并形成的导电实体。对比于未经涂覆的聚合物膜上的导体，复合基材上的导体的改进的可印刷性通过复合基材上更低的印刷原样的电阻率以及不存在与油墨溶剂对聚合物膜的化学侵蚀相关联的溶剂溶胀或表面起泡而得到证实。

与直接印刷在dupont^tm3078上的印刷导体相比，当印刷在涂覆有聚氨酯的dupont^tm3078的复合基材上时，聚合物厚膜银油墨的印刷导体在电阻率方面示出40％至多达70％的降低。对于印刷在复合基材上的导体，印刷油墨的单一涂层的电阻率是稳定的，而直接印刷在3078上的那些直至施用了二或三层涂层才示出稳定的电阻率。此外，对于复合基材，没有油墨溶剂损害的证据。没有观察到溶胀或起泡。

聚合物厚膜银油墨不能直接在tpucovestropt6410s上很好地印刷。与直接印刷在covestropt6410s上的电阻相比，当印刷在涂覆有聚氨酯的covestropt6410s的复合基材上时，电阻降低了70％。

实例和对比实验

实例1和对比实验a

对于实例1，使用低粘性粘合剂将2密耳dupont^tm3078tpc-et膜安装在pet载体上。使dupont^tm膜的暴露侧经受

5kw/cm²的电晕处理，并且使用水基分散体利用拉杆以每平方米dupont^tm膜4g涂层的速率施用聚氨酯涂层。将涂层在80℃与110℃之间固化30秒。将dupont^tmpe873导电弹性银浆丝网印刷到经处理的表面上并且在130℃下固化15min。测量厚度和电阻，并且计算电阻率为33毫欧姆/平方/密耳。

除了使用未经处理的dupont^tm膜(即没有电晕处理或聚氨酯涂层)之外，如对实例1所描述的进行对比实验a。在未经处理的dupont^tm3078上丝网印刷的相同银浆的电阻率为65毫欧姆/平方/密耳。

实例2和对比实验b

对于实例2，使用3密耳熔融粘合剂将1密耳的基于酯的高拉伸恢复性热塑性聚氨酯膜(硬度为74a、并且熔点为150℃)安装在聚丙烯载体上。使聚氨酯膜的暴露表面经受5kw/cm²的电晕处理，并且使用水基分散体在卷到卷工艺(roll-to-rollprocess)中以每平方米聚氨酯膜1g涂层的速率施用聚氨酯涂层。将涂层在80℃与110℃之间固化30秒。将dupont^tmpe873导电弹性银浆丝网印刷到经处理的表面上，并且在130℃下固化15min。测量厚度和电阻，并且计算电阻率为22毫欧姆/平方/密耳。

除了使用未经处理的聚氨酯膜(即没有电晕处理或聚氨酯涂层)之外，如对实例2所描述的进行对比实验b。在未经处理的聚氨酯上丝网印刷的相同银浆的电阻率为51毫欧姆/平方/密耳。

实例3和对比实验c

对于实例3，使用1密耳熔融粘合剂将3密耳的基于醚的高拉伸恢复性热塑性聚氨酯膜(硬度为71a、并且最小软化点为140℃)安装在硅酮处理的纸载体上。使聚氨酯膜的暴露表面经受5kw/cm²的电晕处理，并且使用水基分散体在卷到卷工艺中以每平方米聚氨酯膜1g涂层的速率施用聚氨酯涂层。将涂层在80℃与110℃之间固化30秒。将dupont^tmpe873导电弹性银浆丝网印刷到经处理的表面上，并且在130℃下固化15min。测量厚度和电阻，并且计算电阻率为58毫欧姆/平方/密耳。

除了使用未经处理的聚氨酯膜(即没有电晕处理或聚氨酯涂层)之外，如对实例3所描述的进行对比实验c。在未经处理的聚氨酯上丝网印刷的相同银浆的电阻率也为58毫欧姆/平方/密耳。然而，在未经处理的膜上印刷的部分的18％因断路没有通过电阻测试。经处理的膜没有产生没通过的部分。如在图1a中看到的，未经处理的聚氨酯1具有包含许多针孔缺陷3的银印刷品2。为清楚起见，仅指示了两个这种针孔，但大量其他针孔是显而易见的。如在图1b中看到的，经处理的聚氨酯11具有示出更均匀银覆盖层的银印刷品。

实例4和对比实例d

对于实例4，使用3密耳熔融粘合剂将1密耳的基于酯的高拉伸恢复性热塑性聚氨酯膜(硬度为74a、并且熔点为150℃)安装在聚丙烯载体上。使聚氨酯膜的暴露表面经受5kw/cm²的电晕处理，并且使用水基分散体在卷到卷工艺中以每平方米聚氨酯膜1g涂层的速率施用聚氨酯涂层。将涂层在80℃与110℃之间固化30秒。将dupont^tmpe873导电弹性银浆丝网印刷到经处理的表面上，并且在130℃下固化15min。将6”规格长度的银印刷品以20in/min的速率在0％与40％之间的应变下反复拉伸300次。通过四点探针方法在拉伸期间连续地测量样品的电阻。记录在每个0％-40％-0％循环中的最大和最小电阻。

除了使用未经处理的聚氨酯膜(即没有电晕处理和聚氨酯涂层)之外，如对实例4所描述的进行对比实验d。使银印刷品经受与在经处理的表面上相同的应变程序和电阻测量。

对于在经处理的表面上的银和在未经处理的表面上的银在每个应变循环中的最大和最小电阻在图2和3中示出。相比于在未经处理的表面上的银，在经处理的表面上的银的最大电阻随循环次数更缓慢地增加。在经处理的样品中，在每个循环中的最小电阻也更缓慢地增加，并且不同于未经处理的样品，经处理的样品的电阻恢复至小于100欧姆的电阻。