Composiciones conductoras acuosas.

Composiciones conductoras, acuosas, las cuales comprenden:

(i) copos o partículas,

metálicos;

(ii) un polímero de ácido acrílico o metacrílico, soluble en álcali, en una cantidad solvatante efectiva de agua y álcali, para disolver el polímero de ácido (met)acrílico;

(iii) un polímero insoluble en agua, dispersado en agua; y

(iv) opcionalmente, un agente coalescente, un plastificante, o ambos,

caracterizándose, las composición conductora, acuosa, por el hecho de que, el citado polímero de ácido (met)acrílico, soluble en álcali, es un copolímero de ácido acrílico o ácido metacrílico, con uno o más comonómeros hidrofóbicos, etilénicamente insaturados.

Composiciones conductoras acuosas Sector de la invención La presente invención, se refiere a composiciones conductoras acuosas, la cuales pueden apicararse sobres substratos, como tintas de impresión, para su uso en circuitos eléctricos, como por ejemplo, envases inteligentes y activos, sensores y antenas del tipo RFID.

ANTECEDENTES Y TRASFONDO DE LA INVENCIÓN

En el pasado, las formulaciones acuosas de películas gruesas de polímeros conductores, las cuales se utilizaban como tintas conductoras, exhibían, de una forma típica, unas propiedades reológicas, adhesivas y de flexibilidad, 15 que eran inferiores a lo que puede considerarse como óptimas, cuando se imprimían y se curaban sobre ciertos substratos, y de una forma particular, sobre substratos flexibles. La composiciones poliméricas acuosas utilizables como tintas conductoras imprimibles, se dan a conocer, por ejemplo, en los documentos de patente estadounidense US nº 5.286.415, correspondiente al preámbulo de la reivindicación 1 de la presente invención, y US nº 5.389.403 (Advanced Products, Inc) , en donde se describe un composición de polímero, conductora, acuosa, la cual 20 comprende un polímero termoplástico, tal como el ácido poliacrílico, una dispersión de polímero insoluble en agua, un compuesto a base de glicol, una carga conductora, y agua; el documento de patente estadounidense US nº

6.866.799 (Anuvu, Inc) , en donde se describe una composición de polímero, acuosa, la cual comprende un polímero acrílico, soluble en agua, copolimerizado con otro polímero, tal como el estireno, una carga conductora, una agente humectante, soluble en agua, agua y, con objeto de aumentar la composición, un elastómero soluble en agua; el 25 documento de patente estadounidense US nº 5.492.653 (Heraeus, Inc) , en donde se describe una composición de recubrimiento, la cual comprende de un porcentaje de un 30 a un 80%, en peso, de copos de plata recubiertos, un ligante de polímero, substancialmente completamente soluble en agua, éter monobutílico de dietilenglicol, y agua; y el documento de patente estadounidense US nº 5.658, 499 (Heraeus, Inc) , en donde se describe una composición acuosa de recubrimiento, la cual consiste, esencialmente, en un porcentaje del 30 a 80%, en peso, de copos de plata recubiertos, un ligante de polímero, substancialmente completamente soluble en agua, otros aditivos, y agua. No obstante, estas composiciones, no cumplen con todos los requerimientos de las prestaciones técnicas que son necesarias, en las aplicaciones de las tintas conductoras que se utilizan hoy en día.

Una composición conductora a base de agua, adicional, es la que se describe en el documento de patente 35 estadounidense US nº 5.855.820.

Se han preparado, en el pasado, metales en polvo, tales como las materias en polvo de plata que poseen una forma irregular, o que poseen una forma esférica, pero, tales tipos de materias en polvo, cuando se formulan, se imprimen y se disparan, tienen como resultado una eficiencia conductora eléctrica, que es relativamente baja. Adicionalmente, 40 además, las materias en polvo a base de copos de plata, cuando se formulan a una porcentaje superior a un 85% de carga de sólidos, muestran unas características de impresión en pantalla, las cuales son muy bajas, debido a su excesiva viscosidad, lo cual conduce a una porosidad y defectos, en los modelos patrón impresos, después del secado. Se logran unas mejoras de utilidad práctica, cuando se procede a reemplazar una porción substancial de los copos de plata en polvo, por materia en polvo que no sea de copos. Tal tipo de reemplazo, no obstante, daña de una 45 forma muy seria la eficacia conductora.

Así, de este modo, permanece una necesidad, en cuanto al hecho de poder disponer de recubrimientos conductores, solubles, que contengan altos de niveles de materiales conductores (tales como los copos metálicos) , y que mantengan una excelente eficacia conductora eléctrica, al mismo tiempo que se procesen viscosidades que 50 proporcionen unas buenas características de impresión.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Esta invención, está dirigida a composiciones conductoras, acuosas, que comprendan partículas o copos (escamas)

55 metálicos, un copolímero de ácido acrílico o metacrílico, soluble en álcali, en una cantidad efectiva de agua y álcali, para disolver el copolímero de ácido acrílico, y un polímero insoluble en agua, dispersado en agua; y opcionalmente, un agente coalescente (o humectante) de película, un plastificante, o ambos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

60 La figura 1, es un gráfico de los valores de resistencia correspondientes a recubrimientos con diferentes factores de relación del pigmento con respecto al ligante (P/B - [del inglés pigment / binder]-) , aplicados mediante un aplicador de 30 μm. La figura 2, es un gráfico de los valores de resistencia correspondientes a recubrimientos con diferentes factores de relación del pigmento con respecto al ligante (P/B) - [del inglés pigment / binder]-) , aplicados mediante un aplicador de barra de 10 μm. La figura 3, es un esquema de formulaciones conductoras, acuosas. La figura 4, es un esquema de los valores de resistencia de dichas formulaciones.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Los copos (escamas) o partículas metálicas apropiados para su uso en la presente invención, son cualesquiera de éstas que proporcionen una conductividad eléctrica. Mediante "copo", se pretende dar a entender un material, cuya forma predominante, es un copo, según se determina mediante microscopia de exploración electrónica. Los copos y partículas metálicos, apropiados, incluyen a cualquiera de los metales nobles y, en una forma de presentación, éstos son copos (escamas) o partículas de plata. En otra forma de presentación, el material conductor, un copo de plata bimodal, el cual tiene un diámetro de masa medio (D50) de 3 μm, y un diámetro del 90% (D90) de 8, 8 μm. El diámetro de masa medio (D50) es el diámetro, al cual, un porcentaje del 50% de los copos, en masa, tienen un diámetro más pequeño que el valor en cuestión, mientras que, un porcentaje del 50%, en masa, tienen un diámetro mayor. El diámetro D90, es el diámetro, al cual, un porcentaje del 90% de los copos, en masa, tienen un diámetro más pequeño que el valor en cuestión. Las partículas de metal, pueden añadirse, para complementar los copos bimodales.

En una forma de presentación, el metal, es plata (Ag) , o cobre recubierto de plata, recubierto con ácido oléico. En otra forma de presentación, el ácido oléico, se aplica como un recubrimiento de capa mono-molecular, en un porcentaje correspondiente a un valor comprendido dentro de unos márgenes que van desde un 0, 05% hasta un 5%, en peso, sobre las superficies, de por lo menos dos tercios de los copos.

La viscosidad de la composición conductora, acuosa, de la presente invención, varía de una forma directa con la carga de copos de metal. La carga de copos metálicos, puede expresarse como el factor o valor de relación del pigmento metálico (es decir, los copos y partículas) , con respecto al ligante. El factor o valor de relación del pigmento con respecto al ligante, proporciona la cantidad de copos de metal, con relación la cantidad de polímero, en emulsión acuosa estabilizada con ácido. Así, por ejemplo, una composición conductora, acuosa, que contenga 2000 g de plata y 500 g de emulsión acusa de polímero (la cual contenga un porcentaje de sólidos del 40%) , tiene un factor o valor de relación del pigmento con respecto al ligante, correspondiente a un valor de 10.

Con objeto de determinar la influencia del factor o valor de relación de la carga de plata con respecto al ligante, se procedió a producir una gama de de composiciones conductoras, acuosas, con unos factores o valores de relación de la carga de plata, con respecto al ligante, con unos valores que iban desde 5 hasta 10. Las composiciones conductoras, acuosas, se aplicaron sobre poliéster, con un aplicador de 30 μm, y con un recubridor de barra de 10 μm, y se procedió a determinar los valores resistencia eléctrica. Estos valores de resistencia eléctrica, se encuentran recopilados en las figuras 1 y 2. Para ambos procedimientos de aplicación, se encontró el hecho de que la mejor resistencia eléctrica (es decir, la menor resistencia eléctrica) , se obtuvo con un factor o valor de relación de la carga de plata, con respecto al ligante (es decir, el factor o valor de relación entre la carga de metal y el contenido restante... [Seguir leyendo]

1. Composiciones conductoras, acuosas, las cuales comprenden:

(i) copos o partículas, metálicos;

(ii) un polímero de ácido acrílico o metacrílico, soluble en álcali, en una cantidad solvatante efectiva de agua y álcali, para disolver el polímero de ácido (met) acrílico;

(iii) un polímero insoluble en agua, dispersado en agua; y

(iv) opcionalmente, un agente coalescente, un plastificante, o ambos, caracterizándose, las composición conductora, acuosa, por el hecho de que, el citado polímero de ácido (met) acrílico, soluble en álcali, es un copolímero de ácido acrílico o ácido metacrílico, con uno o más comonómeros hidrofóbicos, etilénicamente insaturados.

2. La composición, según la reivindicación 1, en la cual, el copolímero de ácido (met) acrílico, soluble en álcali, es un copolímero de estireno - ácido acrílico.

3. La composición, según la reivindicación 1, en la cual, el polímero insoluble en agua, dispersado en agua, se selecciona de entre el grupo de polímeros consistente en poliuretano, acrílico, poliéster y vinilo.

2.

4. La composición, según la reivindicación 3, en la cual, el polímero insoluble en agua, dispersado en agua, es poli (cloruro de vinilo) .

5. La composición, según la reivindicación 1, en la cual, los copos o partículas, metálicos, se seleccionan de entre el 25 grupo consistente en plata, cobre, níquel, materiales recubiertos con plata, materiales recubiertos con cobre, materiales recubiertos con níquel, y mezclas de éstos.

6. La composición, según la reivindicación 5, en la cual, los copos o partículas, metálicos, son copos bimodales, recubiertos con ácido oleico.

3.

7. La composición, según la reivindicación 5, en la cual, el factor de relación de los copos o partículas, metálicos, con respecto al contenido en sólidos restante de la composición, es de un valor que va desde 8 hasta 10.

8. La composición, según la reivindicación 1, en la cual, el agente coalescente, se encuentra presente, y éste se 35 selecciona de entre el grupo consistente éter monobutílico de etilenglicol, 1, 3-butilenglicol; propilenglicol, y etilenglicol.

9. La composición, según la reivindicación 1, en la cual, el plastificante, se encuentra presente, y éste se selecciona de entre el grupo consistente en el dibenzoato de dipropilenglicol, ftalato de dibutilo, el ftalato de dihexilo, el ftalato de dioctilo, el ftalato de di-isooctilo, el ftalato de dinonilo, una mezcla de ftalatos de dialquilo C7-9, ftalato de ditridecilo, ftalato de butil-bencilo, adipato de dibutilo, adipato de dihexilo, adipato de dioctilo, adipato de di-iso-oxilo, sebacato de dibutilo, y sebacato de dioctilo.

10. La composición, según la reivindicación 1, en la cual, el polímero soluble en agua, se dispersa en agua, y es un 45 copolímero que comprende monómeros de estireno y de acrilato de 2-etilhexilo.

11. Un recubrimiento conductor, dispuesto sobre un substrato flexible, formado mediante la impresión y el secado de la composición según la reivindicación 1.

50 12. Una antena RFID, la cual comprende el recubrimiento conductor según la reivindicación 1.

FIGURA 1

Valores de resistencia de recubrimientos con distintos factores de relación del pigmento con respecto al ligante (factor de relación P/B) aplicados con un aplicador de 3 μm

Aplicador (30 μm) , factor de relación P/B en el test de ensayo factor de relación P/B

FIGURA 2

Valores de resistencia de recubrimientos con distintos factores de relación del pigmento con respecto al ligante (factor de relación P/B) aplicados con un aplicador de recubrimiento, de barra, de 10 μm

Aplicador de recubrimiento, de barra (10 μm) , factor de relación P/B en el test de ensayo factor de relación P/B

FIGURA 3 FORMULACIONES CONDUCTORAS, ACUOSAS

FIGURA 3 FORMULACIONES CONDUCTORAS, ACUOSAS (CONTINUACIÓN)

FIGURA 4 VALORES DE RESISTENCIA DE LAS FORMULACIONES (MO/SQ/MIL)

3. 3 5 Test de ensayo con mandril, 2 mm Resistencia inicial 14540 1234000 18500 14380 Resistencia final 15630 1234000 19510 15080 Test de ensayo de doble plegado Resistencia inicial 14630 1234000 19510 14920 Resistencia final 96200 3530000 roto roto Humedad Resistencia inicial 350 380 1260 220 400 470 Resistencia final 350 310 1160 170 310 460

FIGURA 4 VALORES DE RESISTENCIA DE LAS FORMULACIONES (MO/SQ/MIL) (CONTIINUACIÓN)