高度導(dǎo)電的水基油墨的制作方法
【專利說明】高度導(dǎo)電的水基油墨
[0001] 本專利申請是申請日為2007年9月7日，發(fā)明名稱為"高度導(dǎo)電的水基油墨"的 中國專利申請200780040913. 4的分案申請。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明主要涉及具有改進(jìn)特性的導(dǎo)電的含水的涂料組合物。干燥的涂層用于各種 各樣的電子、屏蔽和射頻識別（RFID)應(yīng)用中。該組合物特別可用作用于高速印刷的油墨以 產(chǎn)生電子線路，例如RFID天線等。
【背景技術(shù)】
[0003] 導(dǎo)電涂層是電子工業(yè)非常需要的。它們用于保護(hù)商業(yè)設(shè)備免受電子干擾（EMI/RFI 屏蔽），以在印刷電路板上形成復(fù)雜的電子線路，作為從商品的貨棧儲藏到美國港口的應(yīng)用 場合中的射頻識別天線。在現(xiàn)有的各種各樣的導(dǎo)電涂層中，導(dǎo)電印刷油墨的需求在不斷增 長，就為滿足應(yīng)用需求所需要的多種施加方法和組合物而言，它們構(gòu)成了涂層類的代表。
[0004] 因此，通過印刷電子工業(yè)使用導(dǎo)電油墨以在印刷電路板上形成導(dǎo)電的部件，例如 RFID天線或線路。當(dāng)今使用的導(dǎo)電油墨基本上由包含在其中分散的金屬粉末、金屬粉末前 體（金屬的分解化合物）、涂覆金屬的微?；蚱渌膶?dǎo)電顆粒例如石墨粉的有機聚合物基 質(zhì)組成。油墨也可以包括通常低濃度的添加劑，它們的作用是保持/改進(jìn)穩(wěn)定性（例如定 形劑）或控制流動以實現(xiàn)容易的施加（例如溶劑）等。通過控制金屬粉末的濃度調(diào)整導(dǎo)電 性的主要特性，所述的金屬粉末濃度值與金屬/載體比成比例，雖然不是線性的。導(dǎo)電油墨 組合物通常使用低速工藝（例如，絲網(wǎng)印刷）或高速工藝（例如，模板（絲?。?、膠印、凹版 印刷）施加到基質(zhì)上，后者提供每個印刷物較低的加工成本的優(yōu)點。
[0005] 當(dāng)今使用的大多數(shù)導(dǎo)電油墨組合物是設(shè)計用于低速絲網(wǎng)印刷的溶劑基厚膜體系 (例如見，美國專利 6, 322, 620、4, 592, 961、5, 622, 547、5, 653, 918 和 6, 939, 484。用于印刷 RFID天線等的一種通用的方法是在塑料制品、紙或紙板基質(zhì)上絲網(wǎng)印刷銀基油墨，然后加 熱驅(qū)除溶劑并固化或退火該油墨，因此形成導(dǎo)電的厚度超過10微米的線路。然而，這種組 合物存在許多缺點。除與溶劑基體系相關(guān)的環(huán)境問題之外，施加厚膜需要相當(dāng)大的熱能用 于干燥。它們通常需要很高的干燥和固化溫度以及相對長的干燥和固化時間。此外，這種方 法需要基質(zhì)高度耐熱以容許除去溶劑并固化/退火油墨。因此，紙、紙板基質(zhì)和玻璃化轉(zhuǎn)變 (Tg)溫度低的聚合基質(zhì)，不容易適合作為基質(zhì)，因為它們不能經(jīng)受高溫，雖然它們是有成本 效益的。其他的能使用高速工藝（例如凹版印刷）印刷的導(dǎo)電油墨體系同樣需要高溫固化 條件（通常超過150°C)。例如見，美國專利公開編號2004/0144958A1。
[0006] 含水的導(dǎo)電油墨和涂料相對于溶劑基組合物提供明顯的生態(tài)學(xué)優(yōu)點，因為后者 一經(jīng)干燥就將溶劑釋放進(jìn)大氣中。然而，含水的導(dǎo)電油墨至今不能提供溶劑基配方所能 實現(xiàn)的高電導(dǎo)率或低的電阻率。例如見美國專利編號5, 286, 415、5, 389, 403、5, 492, 653、 5, 658, 499、5, 756, 008、5, 855, 820、6, 410, 637、6, 576, 336 和 6, 866, 799。高電導(dǎo)率是必要 的以確保油墨當(dāng)固化時傳導(dǎo)足夠的電流。盡管通常通過增加導(dǎo)電粉末（通常為銀）的濃度 能實現(xiàn)更高的導(dǎo)電性，但這種方法通常需要性能以及經(jīng)濟(jì)代價，例如儲藏期限的減少和成 本的增加。
[0007] 導(dǎo)電油墨其他希望的特性包括當(dāng)干燥/固化/退火時，良好的耐磨損和耐化學(xué)性， 因此它們在隨后使用期間不容易被刮去或擦去。因此，導(dǎo)電油墨應(yīng)該在干燥/固化/退火 時，能可接受地附著到基質(zhì)上，并能耐受被溶劑擦去。此外，對于高速印刷（例如模板（絲 ?。?、膠印、凹版印刷），必要的是導(dǎo)電油墨具有恰當(dāng)?shù)牧髯儗W(xué)（特性）和基質(zhì)潤濕性以實現(xiàn) 良好的油墨轉(zhuǎn)移和圖形再現(xiàn)。另外，該油墨應(yīng)該具有良好的柔韌性和熱穩(wěn)定性以耐得住基 質(zhì)可能經(jīng)歷的物理形變。光滑和均一的層，即具有低的表面粗糙度的層，同樣是高度希望 的，特別是在包括天線構(gòu)造的應(yīng)用中。
[0008] 因此，為用于高速印刷方法（例如轉(zhuǎn)輪絲網(wǎng)印刷、膠印、凹版印刷），需要具有高電 導(dǎo)率、良好的可印性、低的表面粗糙度、在低的干燥和固化溫度下短的干燥和固化時間的含 水的導(dǎo)電油墨。具有其他希望特性的導(dǎo)電油墨是更加有利的。本發(fā)明提供一系列適合用作 涂料，特別作為高速油墨的導(dǎo)電組合物，它們具有希望的特性/性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明提供一種水基導(dǎo)電油墨，它提供油墨層表面粗糙度與纖維素基基質(zhì)的表面 粗糙度比值為1. 5或更小，優(yōu)選1. 25或更小，優(yōu)選，薄層電阻小于200毫歐/平方，更優(yōu)選小 于150毫歐/平方，最優(yōu)選小于120毫歐/平方。具有該表面粗糙度的油墨層能提供至少 3米的超高頻RFID天線讀取范圍。這例如通過不考慮傳統(tǒng)的認(rèn)識：認(rèn)為使組合物中導(dǎo)電粒 子的數(shù)量達(dá)到最大會產(chǎn)生最高水平的導(dǎo)電性，而提供導(dǎo)電的組合物，它們的基質(zhì)是水溶性 的能夠分散導(dǎo)電粒子的丙烯酸系共聚物，加入陰離子型濕潤劑同樣能顯著地增加印刷線路 和/或圖形的導(dǎo)電性。例如，能實現(xiàn)印刷行距小于約500微米（特別是小于約300微米）， 以及薄層電阻小于140毫歐/平方的印刷導(dǎo)電圖形。
[0010] 更具體地說，本發(fā)明涉及含水的導(dǎo)電組合物，例如適合用于RFID及其他電子技術(shù) 中的油墨。該組合物是高度導(dǎo)電的，需要減少的干燥能量。另外，可以通過高速印刷方法施 加到低成本的基質(zhì)上。本發(fā)明的導(dǎo)電的組合物的例子包括（甲基）丙烯酸系共聚物或其鹽， 導(dǎo)電的粒子，陰離子的表面潤濕劑，消泡劑，水和任選其他的溶劑。
[0011] 對于RFID應(yīng)用的四個主要頻率范圍是低頻（LF) (100-140千赫）、高頻（HF) (-13. 56兆赫）、超高頻（UHF) (800-1000兆赫）和微波（-2. 45千兆赫）。本發(fā)明用于RFID 天線，特別是那些在超高頻范圍工作的天線。重要的是，由于最近來自美國軍隊和大零售商 對于RFID物品標(biāo)簽的要求，特高頻天線通常用于符合EPCGIobal開發(fā)的Class1/Gen2協(xié) 議標(biāo)準(zhǔn)的RFID集成電路片。相對于包括北美洲、日本和歐洲標(biāo)準(zhǔn)的寬頻帶，Gen2標(biāo)準(zhǔn)允 許多次讀取包含在芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)。
[0012] RFID集成電路芯片通常與天線，或者通過使用粘合劑（導(dǎo)電的或非導(dǎo)電的）直 接將芯片附著到天線上，或通過包含預(yù)先安裝在兩個導(dǎo)電襯墊（通常和導(dǎo)電粘合劑一起） 上的芯片的帶索附著到天線上，從而實現(xiàn)連接。銷售超高頻芯片的公司是Impinj、Texas Instrument>STMMicro>PhilipsElectronics，而AlienTechnology和TexasInstrument 提供帶索。TagsysRFID已經(jīng)開發(fā)了生產(chǎn)適應(yīng)EPCGen2天線的不同的技術(shù)。TagsysRFID AKKernel體系利用安裝在小的（12毫米X8毫米）主要天線上適應(yīng)EPCClass1/Gen2 的UHF芯片。然后，或者在較大的次要天線之上或靠近大的次要天線處，使用通常非導(dǎo)電粘 合劑施加AKKernel組件，因此在主要和次要天線之間不存在直接接觸。次要天線的功能 是吸收超高頻能量并將它發(fā)射到"Kernel組件"。
[0013] 通過閱讀以下的本發(fā)明的詳細(xì)說明，這些及其他方