[发明专利]包含金属、金属氧化物或金属前体纳米颗粒、聚合分散剂和烧结添加剂的分散体

说明书

发明领域

本发明涉及包含导电分散体和作为烧结添加剂的特定羧酸的组合物，当涂敷于基材时，其允许固化时间的减少和/或固化温度的降低。

本发明还涉及用于制造这样的组合物的方法，涉及由这样的组合物制备的涂布层或图案，并涉及这些涂布层或图案的固化方法。

发明背景

由于它们在与特定金属的本体性质相比时的独特性质，对金属纳米颗粒的关注在最近几十年里增长。例如，金属纳米颗粒的熔点随着颗粒尺寸减少而降低，使得它们对于印刷电子器件、电化学、光学、磁力和生物学应用受关注。

可例如通过喷墨印刷被涂布或印刷的稳定和浓缩的金属纳米分散体的高产量生产极受关注，因为其使得电子设备能以低成本制备。

通常，金属纳米分散体的生产在水中或有机溶剂中如下进行：通过多元醇合成方法(如Mat.Chem.Phys.114，549-555中公开的)，通过多元醇合成方法的衍生，或在不同还原剂的存在下通过金属盐的原位还原。这样的方法在以下被公开：例如US 2010143591、US 2009142482、US 20060264518和US 20080220155、EP-A 2147733、2139007、803551、2012952、2030706、1683592、166617、2119747、2087490和2010314、WO 2008/151066、2006/076603、2009/152388和2009/157393。

其中，金属纳米分散体的稀释（通常低于1重量%金属颗粒）是严重的缺点。实际上，这样的高度稀释的金属纳米分散体不能直接用于制备以下导电性涂布或印刷流体：所述流体需要基于其组合物的至少5重量%金属纳米颗粒。因而，在其可用于这样的涂布或印刷流体的制备之前，稀释的金属纳米分散体的额外浓缩步骤是必需的。

WO 2006/072959公开了在水中高达35重量%的银纳米颗粒分散体的生产，但是所述方法仍然需要额外的纯化和分离步骤，这彻底地赋予它们的工业化和它们的应用范围。

金属纳米分散体通常包含金属、金属氧化物或金属前体纳米颗粒、聚合分散剂和任选的分散介质。所述聚合分散剂为促进颗粒分散体在分散介质中的形成和稳定化的物质。分散的颗粒在分散操作之后，由于相互吸引力，可具有再聚集的趋势。分散剂的使用抵消了颗粒的这种再聚集趋势。当用于涂布流体和印刷油墨时，所述分散剂必需满足特别高的需求。不稳定的分散体可导致不可逆的相分离，这尤其导致直径通常仅为数微米的涂布或印刷头的阻塞。此外，金属颗粒聚集和相关的涂布/印刷头的堵塞在所述系统的备用时期必须避免。

在金属纳米颗粒分散体情况下，当与其它的有机或无机颗粒相比时，例如有机颜料(ρ=1.2-2.0g/cm³)、无机颜料(ρ=4.2g/cm³，对于二氧化钛)或无机填料(ρ=4.4g/cm³，对于硫酸钡)，由于它们的高体积密度（ρ），它们再聚集、絮凝或沉淀(导致相分离)的趋势增强。例如，在室温下，银、铜和金的体积密度分别为10.49、8.94和19.30g/cm³。

聚合分散剂通常在分子的一部分中包含所谓的锚定基团，所述锚定基团吸附在金属颗粒上以被分散。在分子的空间分离部分，聚合分散剂具有与所述分散介质(或液体媒介物)和存在于最终涂布或印刷流体中的所有成分相容的聚合物链。典型的聚合分散剂包括不同拓扑和构造(线型、接枝、超支化)的均聚物或无规共聚物或嵌段共聚物。

金属纳米颗粒分散体通常包含聚合分散剂，聚合分散剂选自基于丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基吡咯烷酮、乙烯基丁缩醛、乙酸乙烯酯或乙烯醇的均聚物和共聚物。

EP-A 2147733公开了从包含聚合分散剂的分散体中生产银色油墨的方法，所述分散剂包含亲水部分和聚亚烷基亚胺链。

US 2009/0242854描述了用来提高金属导电油墨的稳定性的化合物，其包含金属纳米颗粒、聚合分散剂和溶剂，其中相应的沸点可低于150℃。所述聚合物可在纳米颗粒上具有首端基团和尾端基团，其中所述首端基团可包括例如胺、阳离子烷基铵基团、羧酸、磺酸和磷酸基团的化合物。其它的添加剂也可存在于所述分散体中，例如二甲基亚砜和氧基-二乙醇。将例如BYK-349、BYK-DYNWET800、异硬脂基乙基咪唑啉                                               乙基硫酸盐和醇添加到一些油墨中以促进良好的湿润性和粘合性。