专利名称：用于喷墨打印的金属油墨组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于喷墨打印的金属油墨组合物，更具体而言，涉及一种含有高浓度金属用于喷墨打印的金属油墨组合物，其中使用了适用于喷墨头的有机溶剂，以改善油墨的喷射、贮存和粘度性能。
背景技术：
最近人们对金属油墨越来越感兴趣，这引起了对金属油墨的积极研究。当前市场上可购得的金属油墨可以划分为基于水的(或称“水基的”)金属油墨、基于油的(或称“油基的”)金属油墨、以及基于溶剂的油墨。在制造高浓度油墨时，基于水的油墨与基于油的金属油墨相比，产生更大的纳米颗粒尺寸和更高的粘度，这导致在喷墨头处连续喷射的困难。因此，在制造高浓度金属油墨时需要进行调整，使得可以连续喷射喷墨油墨，即使该油墨中的金属含量高。
传统方法采用基于水的金属纳米颗粒和亲水溶剂，以水和乙醇为主要溶剂，以开发在喷墨头不干燥并在表面提供期望的表面图像的油墨。在开发这样的高浓度纳米金属油墨中，油墨组合物通过许多制备实验确定，并且这些组合物积累成为公司的重要技术。一种喷墨油墨，作为基于水的油墨的一个实例，已经被开发和公开，其中Ag-IJ-G-100-S1的含量高达20wt％。这种油墨使用乙醇和乙二醇作为溶剂，而且是可以从喷墨头喷射的喷墨油墨。然而，尽管其金属含量低，但是仍无法保证喷射稳定性。
发明内容
本发明提供一种具有提高的金属浓度的金属油墨组合物，其中，当使用在水基中合成的纳米颗粒制备用于喷墨打印的油墨组合物时，维持低粘度，由此提供优良的喷射稳定性和提高的贮存稳定性。
本发明提供了一种金属油墨组合物，其包含20～85wt％的金属纳米颗粒以及15～80wt％的有机溶剂，其中该有机溶剂由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶剂制成。
在某些佳好实施例中，基于乙二醇的醚可以是选自由三甘醇二甲醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇单丙醚、以及二丙二醇甲醚组成的组中的一种或多种。
这里，基于乙二醇的醚可以为全部有机溶剂的50wt％至100wt％。
本发明的金属油墨组合物还包括水和C1-C8低级羟醇的一种或多种溶剂。
在某些佳好实施例中，该低级羟醇可以选自由水、乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、己醇、以及正辛醇组成的组中的一种或多种。
这里，溶剂的含量可以为全部有机溶剂的0至50wt％。
在本发明所使用的金属纳米颗粒可以是选自由银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)及其合金组成的组中的一种或多种金属的纳米颗粒。金属纳米颗粒的粒度可以为50nm或更小。
在某些佳好实施例中，金属纳米颗粒可以用选自由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)、多元酸及其衍生物组成的组中的一种或多种分散剂包覆。
这里，多元酸可以包括选自聚(丙烯酸)、聚(马来酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(马来酸-共-丙烯酸)以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)中的一种或多种，而衍生物包括选自由该多元酸的钠盐、钾盐和铵盐组成的组中的一种或多种。
使用这样的有机溶剂，金属纳米颗粒可以包含在全部组合物的60wt％至80wt％的高浓度范围内。
本发明的其它方面和优点将在以下描述中部分地提出，部分通过描述变得显而易见，或可以通过本发明的实践而理解。
图1是表示对于本发明的金属油墨组合物，油墨组合物粘度相对于金属纳米颗粒含量的变化的曲线图，
图2是在本发明的实施例和比较实施例中使用的银纳米颗粒的SEM照片，以及图3是利用根据本发明的金属油墨组合物形成的印刷电路图案的印刷图像的图示。
具体实施例方式
下面将更详细地描述根据本发明的某些方面的金属油墨组合物。
当在用于喷墨打印的金属油墨中使用水基溶剂时，金属纳米颗粒的尺寸大于使用基于油的溶剂的情形，并且当制造高浓度的油墨时粘度更高。为了制造可以在喷墨头连续喷射的油墨，需要这样的溶剂，即，仅通过该溶剂即可在喷墨头实现良好的喷射和流动性能。因此，本发明的一个方面是使金属油墨的组合物最优化，从而降低粘度，同时金属含量维持在高浓度，以增强金属油墨的喷射和贮存性能。
形成本发明的金属油墨组合物的有机溶剂由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶剂制成。
通过包含未共用电子对的醚基，基于乙二醇的醚可以稳定金属纳米颗粒，以使金属纳米颗粒熔化至高浓度而无需附加的分散剂。此外，基于乙二醇的醚具有超过100℃的高沸点，使得当使用喷墨打印形成布线时可以在喷墨头维持合适的粘度，以增强喷射稳定性。
基于乙二醇的醚的具体实施包括但不限于三甘醇二甲醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇单丙醚、以及二丙二醇甲醚等。
在一些佳好实施例中，这些基于乙二醇的醚之一可以单独使用，或者可以两种或多种混合使用。当将两种或多种基于乙二醇的醚混合在一起并用作有机溶剂时，可以考虑使用沸点为200℃或更高且闪点为100℃或更高的基于乙二醇的醚与沸点低于200℃且闪点低于100℃的基于乙二醇的醚的混合物，使得在形成布线时干燥速率可以被调整为适当的水平。
在上列具体实施例中，沸点为200℃或更高且闪点为100℃或更高的基于乙二醇的醚包括二乙二醇二乙醚、乙二醇单丙醚、以及二丙二醇甲醚等，而沸点低于200℃且闪点低于100℃的基于乙二醇的醚包括三甘醇二甲醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、以及二乙二醇二丁醚等。
基于乙二醇的醚可以为全部有机溶剂的50wt％至100wt％。如果基于乙二醇的醚的含量低于50wt％，则喷嘴的干燥速率可能变得太快，使得喷射不稳定并使得难以形成喷墨滴，从而使得需要使用额外的具有高沸点的干燥剂以防止喷嘴干燥。
为了调整组合物低粘度，本发明的金属油墨组合物还可以进一步包括水与C1-C8低级羟醇的一种或多种溶剂。通过调整油墨组合物的表面张力，水可以用于调整粘度，而低级羟醇可以用于调整形成布线时的干燥速率。更具体而言，低级羟醇可以是乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、己醇、以及正辛醇等。这里，该溶剂的含量可以为全部有机溶剂的0至50wt％。该溶剂用作干燥促进剂，用于调整期望基板上的干燥速率。如果该溶剂的含量超过50wt％，过快的干燥可以影响喷射。
在本发明的金属油墨组合物中，尽管对用于形成金属纳米颗粒的金属没有特别限制，可以使用选自银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)及其合金中的一种或多种。金属纳米颗粒的粒度越小，喷射越容易，而且尽管可以使用200nm或更小的颗粒，但是50nm或更小的颗粒可以提供更佳的喷墨喷射效果。
在某些佳好实施例中，金属纳米颗粒可以用选自由聚(乙烯吡咯烷酮)(PVP)、多元酸及其衍生物组成的组中的一种或多种分散剂包覆。
这里，多元酸可以是在主链或侧链包含羧基或其衍生物的聚合物，并具有10至100,000的聚合度。这种多元酸的具体实例包括但不限于聚(丙烯酸)、聚(马来酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(马来酸-共-丙烯酸)、以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)等。
此外，多元酸的衍生物是指羧基的氢原子被另外的原子或分子取代的化合物，例如多元酸的钠盐、钾盐和铵盐等。
此外，在使用乙二醇单丙醚作为有机溶剂溶化金属纳米颗粒时，测量了粘度相对于金属纳米颗粒含量的变化，其示于图1。如图1所示，可以看出，本发明的金属油墨组合物可以溶化为高达85wt％的含量，并且在70wt％或更高的高金属含量下也可以进行连续喷射。此外，对于使用MEMS技术的典型喷墨头(Spectra公司)，粘度为20cp或更低时可以进行喷射，并且对于由玻璃材料制成的喷墨头(Microfab公司)，粘度为40cp或更低时可以提供良好的喷射。
因此，本发明的金属油墨组合物可以包含占全部组合物的20wt％至85wt％的金属纳米颗粒，含量60wt％至80wt％时更好。当含量低于20wt％时，则金属含量可能不充足，在这种情况下金属油墨在布线涂敷中的应用将缺乏变化并且其应用受到限制，而当含量高于85wt％时，则粘度可能太高，使得油墨的喷射性能可能退化，用作金属油墨是不理想的。
此外，有机溶剂的含量可以为全部组合物的15wt％至80wt％。当含量低于15wt％时，则出现与金属纳米颗粒超过85wt％时相同的结果，而当含量高于80wt％时，则出现与金属纳米颗粒低于20wt％时相同的结果。
下面将更详细地描述本发明的实施例，其目的仅仅是说明而并非限制本发明。
实施例1～14通过混合40wt％的有机溶剂和60wt％的银纳米颗粒来制造金属油墨组合物，其中该有机溶剂根据下面在表1中列出的含量通过混合各种溶剂进行制备。这里使用的银纳米颗粒为粒度小于50nm的纳米颗粒，并用PVP包覆，其通过在韩国专利申请第10-2005-085708号中所披露的方法制备。实施例和比较实施例中使用的银纳米颗粒的SEM照片示于图2。
为了评估所制造的油墨组合物的喷射性能，使用来自Spectra公司的Se-128头进行喷墨喷射测试，其结果也列于下面表1中。这里，“休息后打印”是指在停止打印并暂停机器直到重新开始打印图像的休息时间，而“连续打印”是指可以连续打印图像而无需清洗打印头等的持续时间。
比较实施例1～2
除了使用美国Cabot公司的油墨(Ag-IJ-G-100-S1)作为有机溶剂外，使用与上面的实施例中相同的步骤来制造金属油墨组合物，所制造的组合物的喷射性能测量结果列于下面的表1。
该Cabot公司的油墨(Ag-IJ-G-100-S1)使用乙醇作为主要溶剂，乙二醇作为辅助溶剂。
(单位wt％)从表1结果可以看出，基于本发明的金属油墨组合物已经得到显著改善，因为其提供了1小时或1小时以上的连续打印和休息后打印的时间，即使包含高浓度的金属纳米颗粒。此外，在传统水基溶剂的情况下，不仅喷射性能差，而且在打印图像被传输到打印系统期间在(打印)头内会发生堵塞，从而使得无法喷射，或在打印图像期间在头内会出现干燥，从而无法提供良好的图像。
此外，为了测量在上述实施例1至14中制造的金属油墨组合物的热稳定性，进行了三温度循环试验，其中各个组合物置于50℃的高温、正常温度、以及0℃的低温条件下24小时。对粒度的变化、是否存在沉淀、以及粘度变化进行了评价，结果列于下面表2中。
*评价标准a)粒度变化◎表示小于10％，○表示小于20％，△表示小于30％；b)粘度变化◎表示小于10％，○表示小于20％，△表示小于30％；c)是否存在沉淀○表示存在，×表示不存在。
由表2的结果可以看出，即使包含50wt％或更高的高浓度金属纳米颗粒时，基于本发明的金属油墨组合物仍具有优良的热稳定性。
使用根据本发明的金属油墨组合物形成的印刷电路图案示于图3。参照图3，注意，根据本发明佳好实施例的金属油墨组合物具有良好的喷射性能，使得印刷图像高度清楚。
如上所述，根据本发明一个方面的金属油墨组合物使用基于乙二醇的醚作为有机溶剂以维持喷墨头处的低粘度，同时维持金属纳米颗粒的高浓度，以得到良好的喷射稳定性和优良的贮存稳定性。
虽然已参照特定的佳好实施例详细地描述了本发明的精神，这些佳好实施例仅是用于说明目的而并不限制本发明。应当理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员可以对这些佳好实施例进行变化或修改。
权利要求
1.一种金属油墨组合物，包含20wt％至85wt％的金属纳米颗粒；以及15wt％至80wt％的有机溶剂；所述有机溶剂由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶剂制成。
2.根据权利要求1所述的金属油墨组合物，其中，所述基于乙二醇的醚是选自由三甘醇二甲醚、三甘醇单丁醚、三甘醇单乙醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单丁醚、二乙二醇二丁醚、乙二醇单丙醚、以及二丙二醇甲醚组成的组中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的金属油墨组合物，其中，所述基于乙二醇的醚为全部有机溶剂的50wt％至100wt％。
4.根据权利要求1所述的金属油墨组合物，进一步包括水或C1-C8低级羟醇的一种或多种溶剂。
5.根据权利要求4所述的金属油墨组合物，其中，所述低级羟醇是选自由乙醇、甲醇、丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、己醇以及正辛醇组成的组中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的金属油墨组合物，其中，所述溶剂为全部有机溶剂的0至50wt％。
7.根据权利要求1所述的金属油墨组合物，其中，所述金属纳米颗粒是选自由银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)、钯(Pd)、铂(Pt)及其合金组成的组中的一种或多种金属的纳米颗粒。
8.根据权利要求1所述的金属油墨组合物，其中，所述金属纳米颗粒具有50nm或更小的粒度。
9.根据权利要求1所述的金属油墨组合物，其中，所述金属纳米颗粒用选自由聚(乙烯吡咯烷酮)、多元酸及其衍生物组成的组中的一种或多种分散剂包覆。
10.根据权利要求9所述的金属油墨组合物，其中，所述多元酸包括选自由聚(丙烯酸)、聚(马来酸)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(马来酸-共-丙烯酸)、以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)组成的组中的一种或多种，而所述衍生物包括选自由所述多元酸的钠盐、钾盐和铵盐组成的组中的一种或多种。
11.根据权利要求1所述的金属油墨组合物，其中，所述金属油墨组合物包括60wt％至80wt％的所述金属纳米颗粒。
全文摘要
本发明涉及一种用于喷墨打印的金属油墨组合物，更具体地说，涉及一种包含20wt％至85wt％的金属纳米颗粒以及15wt％至80wt％的有机溶剂的金属油墨组合物，其中所述有机溶剂由基于乙二醇的醚或含有基于乙二醇的醚的混合溶剂制成。本发明提供了一种金属油墨组合物，其中使用适用于喷墨头的有机溶剂即使含有高浓度金属还是可以改善油墨的喷射、贮存、以及粘度性能。
文档编号B41J2/01GK101085887SQ2007100969
公开日2007年12月12日 申请日期2007年4月19日 优先权日2006年6月8日
发明者金太勋, 郑在祐, 赵诚男, 吴圣日, 赵惠真 申请人:三星电机株式会社