导电组合物的制作方法
【专利摘要】包含粘合剂和填料颗粒的导电组合物，其中至少一部分颗粒是镀银的。在一个实施方式中，该组合物包含诸如聚氨酯的粘合剂、导电填料颗粒、镀银的填料颗粒和溶剂。
【专利说明】导电组合物
[0001]本申请是分案申请，原申请的申请日为2007年9月13日、申请号为200780100909.2 (PCT/US2007/078334)、发明名称为“导电组合物”。
发明领域
[0002]本发明涉及含有镀银填料颗粒的导电组合物。
[0003]发明背景
[0004]银作为导电填料用于许多商业可购得的导电涂层和密封材料中，这是因为其氧化物是导电的，因此银填充的系统在高温固化、老化或银可能被氧化的其它条件期间很少或不会遇到导电率丧失。使用银的缺点是高成本和银在系统中迁移的风险。
[0005]完全基于银填料的产品所提供的高水平导电率和低电阻，不是对于所有导电材料应用是必需的。一些应用不需要如此高水平的导电率和低电阻。铜是另一种可以使用的导电材料，这是因为其能够以类似于利用银的方式，即以粉末、树枝状和薄片形式进行加工。铜的主要缺点是其氧化物不导电，以及干燥或固化期间形成的任何表面酮氧化物限制了系统的导电率——即使产生紧密的颗粒间接触。同样地，提供电导率的许多其它材料在导电涂层形成所必需的条件下氧化。
[0006]在本领域中对更经济的导电组合物一直存在需求。本发明满足了这种需求。
[0007]本发明概述
[0008]本发明提供包含粘合剂、填料颗粒、以及任选地溶剂的导电组合物，其中至少一部分填料颗粒是镀银的。由于使用镀银填料，组合物的薄层电阻率低于0.1OOOhm/平方/25微米。
[0009]另一个实施方式提供使用本发明导电组合物制造的电子装置。
[0010]又一个实施方式涉及使用本发明导电组合物制造或形成电子装置的方法。该方法包括例如通过模版印刷、丝网印刷、轮转凹版印刷或柔版印刷将本发明导电组合物分配在基材上，以形成导电道(conductive tracts)或电子电路,然后固化和/或干燥该组合物以获得导电率。可以使用这些导电组合物的示例性电子装置包括计算机和计算机设备，如打印机、传真机、扫描仪、键盘等；家用电器；医学传感器；汽车传感器等；以及个人电子装置，如电话、移动电话、计算器、遥控装置、照相机、CD播放器、DVD播放器、盒式磁带录音机等。
[0011]本发明详述
[0012]导电涂层或密封材料的粘合剂组分包含热塑系统、热固系统或热固系统和热塑系统的混合物。
[0013]粘合剂组分的热塑系统是官能或非官能热塑聚合物。适合的热塑聚合物包括，但不限于，聚氨酯弹性体、聚酯、酚醛树脂、丙烯酸聚合物、丙烯酸嵌段共聚物、具有叔烷基酰胺官能度的丙烯酸聚合物、聚硅氧烷聚合物、聚苯乙烯共聚物、聚乙烯聚合物、二乙烯基苯共聚物、聚醚酰胺、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯丙酮醇(polyvinylacetols)、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、亚甲基聚乙烯醚、乙酸纤维素、苯乙烯丙烯腈、无定形聚烯烃、热塑性氨基甲酸酯、聚丙烯腈、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯三元共聚物、官能性乙烯乙酸乙烯酯、官能性乙烯丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸酯三元共聚物、乙烯丁二烯共聚物和/或嵌段共聚物、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物及其混合物。可以使用的商业可购得的粘合剂是ESTANE5703P，其是可从Noveon，Ohio, USA获得的聚酯型热塑性聚氨酯；PKHC，其是可从Inchem，South Carolina, USA的苯氧基树脂；以及UCAR VAGH，其是可从Dow Chemical Company商业可购得的聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯和聚氯乙烯的共聚物。
[0014]粘合剂组分的热固系统是官能或非官能热固聚合物。适合的热固聚合物包括，但不限于，酚醛塑料、氨基甲酸酯、苯氧基树脂、聚酯、环氧树脂、三聚氰胺及其混合物。可以使用的一种商业可购得的粘合剂是Bakelite Hartz9132KP,其是从Bakelite商业可购得的酚醛树脂。
[0015]总粘合剂含量通常占组合物的约2至约50重量百分比范围以及优选占组合物的约2至约40重量百分比范围。
[0016]一种或更多种镀银填料用于组合物中。镀银填料的芯可以是导电的或非导电的。可以使用镀银填料——具有导电芯和具有非导电芯——的组合。示例性的芯包括，但不限于，铜、镍、钯、碳黑、碳纤维、石墨、铝、氧化铟锡、玻璃、聚合物、掺锑二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、纤维、粘土及其混合物。
[0017]在一个实施方式中，镀银填料颗粒的芯是铜。镀银填料的银含量必须足以提供足够的电导率并且通常占镀银填料的约0.2至约25重量百分比范围。
[0018]一种或更多种镀银填料颗粒占组合物的约I至约99重量百分比范围以及优选占组合物的约20至约70重量百分比范围。
[0019]任选地，除镀银填料颗粒之外，一种或更多种导电填料材料用于组合物中。示例性的导电填料材料包括，但不限于，银、铜、金、钯、钼、镍、涂金或银的镍、碳黑、碳纤维、石墨、铝、氧化铟锡、涂银的铜、涂银的铝、涂敷金属的玻璃球、涂敷金属的纤维、涂敷金属的聚合物、涂银的纤维、涂银的球、掺锑二氧化锡、导电纳米球、纳米银、纳米铝、纳米铜、纳米镍、碳纳米管及其混合物。导电填料材料可以与组合物中使用的任何镀银填料颗粒的芯相同或不同。所述一种或更多种导电填料材料占组合物的约0至约99重量百分比范围以及优选占组合物的上至约40重量百分比范围。
[0020]可以用溶剂调节组合物的粘度。一般优选组合物具有低粘度，以能够对组合物进行有效分配、模版印刷或丝网印刷。在一个实施方式中，组合物具有约50至约150，OOOmPas范围内的粘度，以及在另一个实施方式中，是在约500至约50，OOOmPas范围内。对于组合物的轮转凹版印刷或柔版印刷，优选较低的粘度范围，约500至约4，OOOmPas。对于分配、模版印刷或丝网印刷组合物，优选较高的粘度范围，约3，000至50，OOOmPas。
[0021]可以使用的示例性溶剂单独地是下列或是下列的组合:缩水甘油醚，例如1，4- 丁二醇二缩水甘油醚；对叔丁基苯基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、甘油二缩水甘油醚、丁基二乙二醇、2-(2-丁氧基乙氧基)-乙基酯、丁基乙二醇乙酸酯、乙酸、2-丁氧基乙基酯、丁基乙二醇、2-丁氧基乙醇、异佛儿酮、3，3，5-三甲基-2-环己烯-1-酮、二甲基琥珀酸酯、二甲基戊二酸酯、二甲基己二酸酯、水、乙酸、二丙二醇(单)甲基酯、乙酸丙酯、烷基苯酚的缩
水甘油醚(可作为Cardolite NC513从Cardolite Corporation商业购得)-尽管其它
溶剂可以使用。
[0022]另外的成分，如有机添加剂，可以包含在制剂中，以提供期望的性质。可以包含的各种添加剂是表面活性试剂(surface active agents)、表面活性剂(surfactants)、湿润剂、抗氧化剂、触变剂、加强材料、硅烷官能的全氟醚、磷酸酯官能的全氟醚、硅烷、钛酸酯、蜡、苯酚甲醛、脱泡剂(空气去除剂)、流动助剂、助粘剂、流变改性剂、表面活性剂、间隔珠及其混合物。对用于具体组合物中的树脂的使用，成分被具体选择以获得期望的性质平衡。另外的成分占组合物的上至约20重量百分比以及优选占组合物的上至约10重量百分比。
[0023]组合物被组合，然后通过分配、模版印刷、丝网印刷、轮转凹版印刷或柔版印刷施用在基材上，以形成导电道或电子电路，接着进行固化和/或干燥以产生导电率。通常将组合物在120°C下固化和/或干燥约10分钟。可以将组合物在更高的温度下固化和/或干燥更少的时间。一般而言,这些组合物提供小于0.1OOOhm/平方/25 u m的薄层电阻率。
实施例
[0024]通过下列非限制性实施例对本发明进行进一步说明。
[0025]通过在搅拌下将粘合剂溶于热溶剂(40°C )中直至形成均匀的混合物来制备比较样品I和样品A-G。将样品冷却至室温，添加填料以及再搅拌混合物30分钟。如需要，使用三棍滚轧机(3-roll mill) (Buhler)来滚轧组合物。
[0026]将每种组合物以100X2mm的轨道(track)，约5_8 ii m的厚度施用在聚酯片上。在120°C下将组合物固化和/或干燥10分钟,之后使用Keithley2000Multimeter测量薄层电阻。通过下式计算薄层电阻率(SR):
【权利要求】
1.导电组合物，其包含2-40wt%的粘合剂和20-70wt%的填料颗粒，所述粘合剂选自聚氨酯弹性体、聚酯、酚醛树脂、丙烯酸聚合物、丙烯酸嵌段共聚物、具有叔烷基酰胺官能度的丙烯酸聚合物、聚硅氧烷聚合物、聚苯乙烯共聚物、聚乙烯聚合物、二乙烯基苯共聚物、聚醚酰胺、聚乙烯醇缩乙醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯丙酮醇、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、亚甲基聚乙烯醚、乙酸纤维素、苯乙烯丙烯腈、无定形聚烯烃、热塑性氨基甲酸酯、聚丙烯腈、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯三元共聚物、官能性乙烯乙酸乙烯酯、乙烯丙烯酸酯共聚物、乙烯丙烯酸酯三元共聚物、乙烯丁二烯共聚物和/或嵌段共聚物、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物、环氧树脂、三聚氰胺；聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯和聚氯乙烯的共聚物；及其混合物，所述填料颗粒具有镀有银的芯，其中所述组合物具有小于约0.1OOOhm/平方/25微米的薄层电阻率。
2.权利要求1所述的导电组合物，其中所述芯选自铜、镍、钯、碳黑、碳纤维、石墨、铝、氧化铟锡、玻璃、聚合物、掺锑二氧化锡、二氧化硅、氧化铝、纤维、粘土及其混合物。
3.权利要求2所述的导电组合物，其中所述芯是铜。
4.权利要求1所述的导电组合物，其中所述粘合剂是酚醛树脂。
5.权利要求1所述的导电组合物，其中所述组合物进一步包含选自下列的上至40wt%的导电填料材料:银、铜、金、钯、钼、镍、涂金或银的镍、碳黑、碳纤维、石墨、铝、氧化铟锡、涂银的铜、涂银的铝、涂敷金属的玻璃球、涂敷金属的纤维、涂敷金属的聚合物、涂银的纤维、涂银的球、掺锑二氧化锡、导电纳米球、纳米银、纳米铝、纳米铜、纳米镍、碳纳米管或其混合物。
6.权利要求1所述的导电组合物，其中所述组合物进一步包含表面活性试剂、表面活性齐IJ、湿润剂、抗氧化剂、触变剂、加强材料、硅烷官能的全氟醚、磷酸酯官能的全氟醚、硅烷、钛酸酯、蜡、苯酚甲醛、脱泡剂、流动助剂、助粘剂、流变改性剂、表面活性剂、间隔珠或其混合物。
7.导电组合物，其包含聚氨酯弹性体、一种或更多种镀银的铜颗粒以及至少一种溶剂。
8.电子装置，其包含权利要求1所述的导电组合物。
9.用权利要求1所述的导电组合物制造或形成电子装置的方法，其包括通过分配、模版印刷、丝网印刷、轮转凹版印刷或柔版印刷将所述导电组合物施用在基材上，以形成导电道或电子电路，以及在约120°C下固化和/或干燥所述导电组合物约10分钟。
10.用权利要求7所述的导电组合物制造或形成电子装置的方法，其包括通过分配、模版印刷、丝网印刷、轮转凹版印刷或柔版印刷将所述导电组合物施用在基材上，以形成导电道或电子电路，以及在约120°C下固化和/或干燥所述组合物约10分钟。
【文档编号】H01B1/22GK103646686SQ201310654550
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2007年9月13日 优先权日:2007年9月13日
【发明者】A·P·范费恩, C·普伦特 申请人:汉高股份两合公司