TINTA CONDUCTORA.

Una tinta conductora que tiene un contenido en sólidos de 40 a 85% en peso,

que comprende: (a) 10 a 75% en peso de al menos un disolvente que comprende < 20% en peso de agua; (b) 0 a 50% en peso de al menos un material curable por radiación que tiene un Mn en el intervalo de 50 a 10.000 g/mol; (c) 5 a 70% en peso de al menos un poliuretano, obtenido mediante la reacción de los componentes: teniendo el poliuretano: (i) 5 a 50% en peso de al menos un poliisocianato; (ii) 0 a 20% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato que tiene un Mw en el intervalo de 50 a 200 g/mol; (iii) 0 a 90% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato que tiene un Mw en el intervalo de 201 a 20.000 g/mol; (iv) 0 a 95% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato no comprendido por (ii) o (iii); (v) 0 a 40% en peso de al menos un componente extendedor de la cadena y/o terminador de la cadena no comprendido por (i), (ii), (iii) o (iv); en que (i), (ii), (iii), (iv) y (v) suman hasta el 100%; en presencia de un disolvente; (c1) un Mw en el intervalo de 4.000 a 70.000 g/mol; (c2) de 0 a 5% en peso de componente o componentes reactivos de isocianato que portan grupos dispersantes en agua iónicos o potencialmente iónicos; (c3) un contenido en grupos isocianato libres < 0,5% en peso; (d) 20 a 85% en peso de un material conductor y en donde (a), (b), (c) y (d) suman hasta el 100%

La invención se refiere a una tinta conductora que comprende al menos un poliuretano portado por disolvente, un material conductor y, opcionalmente, al menos un material curable por radiación; y una antena de identificación por radiofrecuencia preparada a partir de una tinta de este tipo.

Por una tinta conductora se quiere dar a entender una tinta que, cuando está en forma de una película seca, es conductora. La tinta en su estado “húmedo” puede ser conductora o puede no ser conductora. Conductora, tal como se utiliza en esta memoria, se refiere a eléctricamente conductora. Tintas conductoras de este tipo son adecuadas para diversas técnicas de impresión tales como, por ejemplo, impresión flexográfica, impresión en huecograbado e impresión por chorro de tinta, y se pueden utilizar en un cierto número de aplicaciones que incluyen, por ejemplo, tintas conductoras para sustratos de embalaje flexibles tales como papel, cartón y plástico para aplicaciones tanto de impresión en superficie como de laminación. Tintas conductoras de este tipo se pueden utilizar para la preparación de componentes electrónicos impresos, por ejemplo antenas para dispositivos de identificación por radiofrecuencia (RFID – por sus siglas en inglés) tales como marcas y etiquetas. En general, las etiquetas RFID están fijadas adhesivamente a una superficie, mientras que las marcas están afianzadas por otros medios tales como sujetadores de plástico o cordel. Los dispositivos RFID utilizan circuitos electrónicos impresos para almacenar la información sobre un producto al que están fijados. El dispositivo RFID incluye, típicamente, un chip semiconductor que contiene la información y una o más antenas impresas. A la información en el dispositivo RFID se puede acceder utilizando radiofrecuencia para generar una corriente a través del chip central.

Típicamente, métodos tradicionales para producir componentes electrónicos tales como antenas RFID y placas de circuito impreso son procesos sustractivos de múltiples etapas que implican el grabado al agua fuerte o la estampación de láminas de cobre. Componentes electrónicos impresos, preparados a través de procesos de impresión aditivos, ofrecen muchas ventajas económicas y medioambientales en comparación con estos métodos sustractivos tradicionales. Con un mercado creciente de componentes electrónicos impresos tales como dispositivos RFID impresos de bajo coste, existe la necesidad de tintas que sean conductoras tras la aplicación y que puedan ser aplicadas a través de procesos de impresión convenientes tales como impresión flexográfica, en huecograbado y por chorro de tinta sobre una amplia gama de sustratos. En tecnologías de película gruesa tradicionales, tintas conocidas en la técnica que comprenden un aglutinante y un material conductor son, típicamente, pastas que se aplican a través de impresión por serigrafía, después de lo cual el aglutinante se retira generalmente después de la aplicación para potenciar la conductividad. La separación del aglutinante se consigue habitualmente a través de un curado a muy alta temperatura (típicamente bastante por encima de 650ºC), que es un proceso laborioso y costoso y que elimina la posibilidad de utilizar sustratos de bajo coste, sensibles a la temperatura, tales como papel y láminas de plástico. Alternativamente, disoluciones de metales reactivas se pueden aplicar y curar esencialmente sin material aglutinante a temperaturas reducidas (típicamente de 150 a 300ºC), lo que resulta en una buena conductividad, pero en propiedades finales de la película deficientes. Sin embargo, los autores de la invención han encontrado que la presencia de un material aglutinante es importante para la protección del material conductor con el fin de evitar un daño químico o mecánico indeseado al material conductor, que puede resultar en una pérdida de conductividad. También, han encontrado que se necesita un material aglutinante adecuado con el fin de obtener una buena flexibilidad de la película resultante, así como resistencia a la abrasión, y para obtener una buena adherencia de la capa conductora al sustrato.

Además, existe un aumento en la demanda de impresión de alta velocidad de línea, especialmente a velocidades de línea mayores que 200 m/min o incluso mayores que 300 m/min. Sin embargo, a velocidades de línea de este tipo pueden surgir problemas de capacidad de impresión tales como la formación de hilos finos de tinta para la impresión flexográfica, y puede aparecer un engrase para los procesos de impresión de huecograbado. Una causa de problemas de este tipo es la limitada resolubilidad, también denominada redispersabilidad, de los aglutinantes utilizados en las tintas en los disolventes típicos utilizados en estas aplicaciones. La resolubilidad es una propiedad bien conocida de la industria de la impresión, en la que un polímero seco o secante, obtenido a partir de una composición polímera acuosa o basada en disolvente, es redispersable o redisoluble en esa misma composición cuando esta última se aplica. La resolubilidad se define con mayor detalle más abajo. La resolubilidad es de gran importancia en el proceso de impresión, que implica generalmente aplicar la formulación de tinta mediante diversos cilindros (de clichés lisos, grabados o flexo); éstos pueden quedar bloqueados con polímero mediante la evaporación del medio líquido (disolvente y/o agua), y/o la formulación de la tinta puede secarse sobre la superficie del rodillo (p. ej. durante una breve parada del proceso por uno u otro motivo) y esto crearía, obviamente, problemas cuando se vuelve a iniciar el proceso si el polímero no fuese resoluble.

A pesar de que se puede hacer uso de disolventes tales como cetonas o disolventes con una velocidad de evaporación más baja para resolver algunos de los problemas, estos disolventes tienen otras cuestiones inherentes tales como cuestiones de seguridad y medioambientales así como que se secan lentamente, lo cual puede resultar en que el disolvente migre hacia el material empaquetado. Por lo tanto, es útil el uso de disolventes con una velocidad de evaporación más rápida, a pesar de que si es demasiado rápida, entonces pueden producirse también fallos en la capacidad de impresión.

Existen también inquietudes con la adición de cloro durante la incineración de dispositivos de embalaje o de RFID impresos con tintas basadas en poli(cloruro de vinilo), y las tintas basadas en polivinil-butiral están asociadas con dificultades de impresión.

Un método para superar este tipo de problemas consiste en utilizar una combinación de aglutinantes, en que los aglutinantes se pueden elegir de modo que se adapten a películas particulares. Sin embargo, una desventaja con una estrategia de este tipo es que se necesita preparar y almacenar un gran número de aglutinantes para todos los distintos tipos de tintas que se pueden aplicar a las películas del estratificado. Adicionalmente, si las diversas tintas no son compatibles una con otra, entonces se requeriría para cada cambio una amplia limpieza del equipo de impresión.

El documento WO 04/069941 describe una composición conductora que comprende una escama de metal y un aditivo fomentador de la adherencia. El documento WO 03/068874 describe una tinta conductora adecuada para producir estructuras conductoras impresas tales como antenas RFID. Ninguno de los dos documentos enseña el uso de un poliuretano portado por disolvente. El documento WO 02/076724 describe películas eléctricamente conductoras que contienen nanotubos.

El documento US 2004/0149959 describe un método para producir escamas de un material conductor a partir de agentes de liberación oligómeros y un precursor del material conductor que puede luego ser dispersado en un aglutinante para formar una tinta conductora.

El documento US 4.443.495 describe una composición de tinta conductora térmicamente curable, que comprende un miembro etilénicamente insaturado.

Los documentos US 4.088.801 y US 3.968.056 describen una tinta curable por radiación, adecuada para producir placas de circuitos impresos.

Una desventaja de algunos aglutinantes de la técnica anterior es que a menudo siguen requiriendo combinarse con varios otros aglutinantes, especialmente aglutinantes duros, para adquirir un buen equilibrio de propiedades tales como, por ejemplo, adherencia, resistencia al bloqueo, flexibilidad, retención del disolvente, resistencias químicas y resistencia a la esterilización.

Sorprendentemente, los autores de la invención han encontrado que es posible preparar tintas conductoras que comprendan aglutinantes... [Seguir leyendo]

1. Una tinta conductora que tiene un contenido en sólidos de 40 a 85% en peso, que comprende:

(a) 10 a 75% en peso de al menos un disolvente que comprende < 20% en peso de agua;

(b) 0 a 50% en peso de al menos un material curable por radiación que tiene un Mn en el intervalo de 50 a 10.000 g/mol;

(c) 5 a 70% en peso de al menos un poliuretano, obtenido mediante la reacción de los componentes:

(i) 5 a 50% en peso de al menos un poliisocianato;

(ii) 0 a 20% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato que tiene un Mw en el intervalo de 50 a 200 g/mol;

(iii) 0 a 90% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato que tiene un Mw en el intervalo de 201 a 20.000 g/mol;

(iv) 0 a 95% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato no comprendido por

(ii) o (iii);

(v) 0 a 40% en peso de al menos un componente extendedor de la cadena y/o terminador de la cadena no comprendido por (i), (ii), (iii) o (iv); en que (i), (ii), (iii), (iv) y (v) suman hasta el 100%; en presencia de un disolvente;

teniendo el poliuretano:

(c1) un Mw en el intervalo de 4.000 a 70.000 g/mol;

(c2) de 0 a 5% en peso de componente o componentes reactivos de isocianato que portan grupos

dispersantes en agua iónicos o potencialmente iónicos; (c3) un contenido en grupos isocianato libres < 0,5% en peso;

(d) 20 a 85% en peso de un material conductor y en donde (a), (b), (c) y (d) suman hasta el 100%.

2. Una tinta conductora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el disolvente (a) comprende > 75% en peso de disolventes que tienen una velocidad de evaporación > 1,0.

3. Una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende 1 a 50% en peso de material curable por radiación (b).

4. Una tinta conductora de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la relación de material curable por radiación (b) a poliuretano (c) está en el intervalo de 9/91 a 40/60.

5. Una tinta conductora de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el material curable por radiación (b) es un material curable por UV.

6. Una tinta conductora de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el material curable por radiación (b) tiene una funcionalidad acrilato media en el intervalo de 1 a 5.

7. Una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el poliuretano

(c) tiene una viscosidad < 18.000 mPa.s a cualquier contenido en sólidos en el intervalo de 20 a 60% en peso, en un disolvente que comprende > 70% en peso de al menos un disolvente que tiene un peso molecular < 105 g/mol.

8. Una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que el material conductor (d) se selecciona del grupo que consiste en materiales en partículas conductores, materiales en escamas conductores, materiales en forma de agujas conductores, fibras conductoras, nanotubos conductores y mezclas de los mismos.

9. Una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en que el material conductor (d) se selecciona de materiales en partículas de plata, materiales en escamas de plata, materiales en partículas de cobre, materiales en escamas de cobre, materiales en partículas revestidos con plata, materiales

similares a escamas revestidos con plata, fibras revestidas con plata, nanotubos revestidos con plata y mezclas de los mismos.

10. Una tinta conductora de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:

(a) 10 a 75% en peso de al menos un disolvente que comprende < 1% en peso de agua;

(b) 0 a 50% en peso de al menos un material curable por radiación:

(i) que tiene un Mn en el intervalo de 550 a 3500 g/mol;

(ii) que tiene una función acrilato media en el intervalo de 2 a 5;

(c) 5 a 70% en peso de al menos un poliuretano:

(i) que tiene un Mw en el intervalo de 6.000 a 55.000 g/mol;

(ii) que tiene 0 a 5% en peso de componente o componentes reactivos de isocianato que portan grupos dispersantes en agua iónicos o potencialmente iónicos;

(iii) que tiene un contenido en grupos isocianato libres no detectable;

(iv) que tiene 0 a 0,1 moles de enlaces C=C por cada 100 g; y

(d) 20 a 85% en peso de un material conductor seleccionado de materiales en partículas de plata, materiales en escamas de plata, materiales en partículas de cobre, materiales en escamas de cobre, materiales en partículas revestidos con plata, materiales a modo de escamas revestidos con plata, fibras revestidas con plata, nanotubos revestidos con plata y mezclas de los mismos; y en donde (a), (b), (c) y (d) suman hasta el 100%.

11. Una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que tiene una viscosidad en el intervalo de 50 a 1.000 mPa.s.

12. Una capa conductora con un espesor en el intervalo de 2 a 20 micras y una resistividad de superficie < 1,5 ohmios por cuadrado, obtenida a partir de una composición de tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedes.

13. Una capa conductora con un espesor en el intervalo de 2 a 20 micras y una resistividad de superficie < 1,5 ohm por cuadrado, obtenida a partir de una composición de tinta conductora aplicada a un sustrato que se seca con un perfil de secado, que comprende las etapas:

(i) pre-secado (evaporación instantánea) a 70 hasta 200ºC desde 5 segundos hasta 5 minutos; y

(ii) secado a 80 hasta 200ºC durante 5 a 60 minutos, más preferiblemente 10 a 30 minutos,

teniendo la composición de tinta conductora un contenido en sólidos de 40 a 85% en peso, que comprende:

(a) 10 a 75% en peso de al menos un disolvente que comprende < 1% en peso de agua;

(b) 0 a 50% en peso de al menos un material curable por radiación:

(i) que tiene un Mn en el intervalo de 550 a 3500 g/mol;

(ii) que tiene una función acrilato media en el intervalo de 2 a 5;

(c) 5 a 70% en peso de al menos un poliuretano, obtenido mediante la reacción de los componentes:

(i) 5 a 50% en peso de al menos un poliisocianato;

(ii) 0 a 20% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato que tiene un Mw en el intervalo de 50 a 200 g/mol;

(iii) 0 a 90% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato que tiene un Mw en el intervalo de 201 a 20.000 g/mol;

(iv) 0 a 95% en peso de al menos un componente reactivo de isocianato no comprendido por (ii) o (iii);

(v) 0 a 40% en peso de al menos un componente extendedor de la cadena y/o terminador de la cadena no comprendido por (i), (ii), (iii) o (iv); en que (i), (ii), (iii), (iv) y (v) suman hasta el 100%; en presencia de un disolvente;

5 teniendo el poliuretano:

(c1) un Mw en el intervalo de 6.000 a 55.000 g/mol;

(c2) de 0 a 5% en peso de componente o componentes reactivos de

isocianato que portan grupos dispersantes en agua iónicos o potencialmente iónicos; (c3) un contenido en grupos isocianato libres no detectable; 10 (c4) de 0 a 0,1 moles de enlaces C=C por cada 100 g; y

(d) 20 a 85% en peso de un material conductor seleccionado de materiales en partículas de plata, materiales en escamas de plata, materiales en partículas de cobre, materiales en escamas de cobre, materiales en partículas revestidos con plata, materiales a modo de escamas revestidos con plata, fibras revestidas con plata, nanotubos revestidos con plata y mezclas de los mismos;

15 y en donde (a), (b), (c) y (d) suman hasta el 100%.

14. Un artículo que comprende una capa de una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

15. Una antena de RFID que comprende una capa de una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.

20 16. Un proceso para imprimir una imagen sobre un sustrato, que comprende aplicar al mismo una tinta conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 utilizando un procedimiento seleccionado de procesos de impresión flexográficos, de huecograbado y por chorro de tinta.