(57)【要約】      （修正有）【課題】折り曲げ時に導電性を維持しながら印刷可能性及び可撓性を保つインク組成物の提供。【解決手段】純粋なポリマー形態のとき２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈する熱可塑性ポリウレタンと、銀を含む粒子と、少なくとも１つの希釈液と、を含むインク組成物。前記熱可塑性ポリウレタンが、約５０℃〜約１００℃の範囲の活性化温度を有する線状ポリウレタンであり、前記希釈液が少なくとも１つの溶媒を含み、前記熱可塑性ポリウレタンが前記少なくとも１つの溶媒中に溶解されている、インク組成物。【選択図】図１
2020183514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インク組成物であって、
熱可塑性ポリウレタンと、
銀を含む粒子と、
少なくとも１つの希釈液と、を含み、
前記熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態のとき、２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈するという特性を有する、インク組成物。
【請求項２】
前記熱可塑性ポリウレタンが、約５０℃〜約１００℃の範囲の活性化温度を有する線状ポリウレタンである、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記希釈液が少なくとも１つの溶媒を含み、前記熱可塑性ポリウレタンが前記少なくとも１つの溶媒中に溶解されている、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記熱可塑性ポリウレタンが、前記少なくとも１つの希釈液と共にエマルションを形成し、前記熱可塑性ポリウレタンは、前記エマルションの分散相であり、前記希釈液は、水及び有機液体から選択される少なくとも１つのキャリア液を含む連続相である、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記熱可塑性ポリウレタン対前記導電性粒子の乾燥重量比が、約１：３０〜約１：１の範囲である、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記粒子が、ミクロンサイズのフレークの形態である、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
前記粒子中の銀の量が、約２０％銀〜１００％銀の範囲である、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記銀を含む粒子が、前記インクの総重量に対して約２０重量％〜約９０重量％の範囲の量である、請求項１に記載の組成物。
【請求項９】
前記少なくとも１つの希釈液が、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、１−フェノキシ−２−プロパノール、ジ（プロピレングリコール）メチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル、ジ（プロピレングリコール）メチルエーテル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、スルホラン、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の組成物。
【請求項１０】
前記インクの粘度が、約４０ｓ−１〜約４００ｓ−１の範囲のせん断速度及び２５℃の温度において約１０００ｃｐｓ〜約５００，０００ｃｐｓの範囲である、請求項１に記載の組成物。
【請求項１１】
接着促進剤、着色剤、分散剤、及びレベリング剤からなる群から選択される１つ以上の任意成分を更に含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１２】
製造品を形成する方法であって、前記方法は、
インク組成物を可撓性基材に塗布することであって、前記インク組成物は、
熱可塑性ポリウレタンと、
銀を含む粒子と、
少なくとも１つの希釈液と、を含み、
前記熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態のとき、２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈するという特性を有する、ことと、
前記インク組成物を乾燥させて導電性インク画像を形成することと、
任意選択的に、前記基材及び前記導電性インク画像を折り曲げることと、を含む、方法。
【請求項１３】
前記導電性インク画像が、５０回の屈曲サイクルが折り目で実行される場合に、前記折り目にわたって導電性を維持するのに十分な可撓性があるという特性を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記導電性インク画像が、約１０００Ｓ／ｃｍ〜約１５０，０００Ｓ／ｃｍの範囲の体積伝導率を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記インク組成物を塗布することが、スクリーン印刷によって実行される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記インク組成物を塗布することが、シリンジアプリケータを通した押出印刷によって実行される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
製造品であって、
可撓性基材と、
前記可撓性基材上に配置された導電性インク画像であって、前記導電性インク画像は、
熱可塑性ポリウレタンと、
銀を含む粒子と、を含む、導電性インク画像と、を含み、
前記熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態のとき、２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈するという特性を有する、製造品。
【請求項１８】
前記可撓性基材が、紙、厚紙、ガラス、ニトリル、ポリカーボネート、可撓性プラスチック、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項１７に記載の製造品。
【請求項１９】
前記可撓性基材が少なくとも１つの折り目を含み、前記導電性インク画像が前記少なくとも１つの折り目上に配置されている、請求項１７に記載の製造品。
【請求項２０】
前記導電性インク画像が、約１０００Ｓ／ｃｍ〜約１５０，０００Ｓ／ｃｍの範囲の伝導率を有する、請求項１７に記載の製造品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、導電性インク組成物、特に熱可塑性ポリウレタンを含む導電性インク組成物を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
プリンデットエレクトロニクスは、低コストの電子部品を印刷して、不活発体にも機能を追加することを目的とする、新産業である。従来の電子機器とは異なり、プリンテッドエレクトロニクスは、剛性基材に限定されない。
【０００３】
プリンデットエレクトロニクスの１つの用途は、包装の分野にある。例えば、電子回路が平坦な厚紙に印刷され、次いで、印刷後の最終形状に折り畳まれ、依然として導電性を維持することは有益であろう。可撓性基材を含む他の用途もまた、基材が折り曲げられた後に導電性を維持し得る電子回路から利益を得ることができる。
【０００４】
しかしながら、導電性インクが印刷された基材が折り曲げられるか又は折り目を付けられると、ほとんどの導電性インクは１つ以上の方面で失敗となる。例えば、厚紙が折り畳まれた後、印刷された導電線は導電性を維持しないために、インクは失敗となり得る。加えて、インクの基材への接着が不十分であるために、インクが基材から剥離する場合、インクは失敗となり得る。
【０００５】
折り曲げ時に導電性を維持しながら印刷可能性及び可撓性を保つ新規な導電性インクは、当該技術分野において加わることが歓迎されるであろう。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の一実施形態は、インク組成物に関する。インク組成物は、熱可塑性ポリウレタンと、銀を含む粒子と、少なくとも１つの希釈液と、を含む。熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態のとき、２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈するという特性を有する。
【０００７】
本開示の別の実施形態は、製造品を形成する方法を対象とする。この方法は、インク組成物を可撓性基材に塗布することを含む。インク組成物は、熱可塑性ポリウレタンと、銀を含む粒子と、少なくとも１つの希釈液と、を含む。熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態のとき、２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈するという特性を有する。この方法は、インク組成物を乾燥させて導電性インク画像を形成することを更に含む。この方法は、基材及び導電性インク画像を折り曲げることを任意選択的に含む。
【０００８】
本開示の更に別の実施形態は、製造品を対象とする。製造品は、可撓性基材を含む。導電性インク画像は、可撓性基材上に配置される。導電性インク画像は、熱可塑性ポリウレタンと、銀を含む粒子とを含む。熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態のとき、２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈するという特性を有する。
【０００９】
本開示の導電性インク組成物は、以下の利点、すなわち、様々な基材に対する優れた接着性、インクが導電性であること、乾燥後のインクが可撓性であること、インクがスクリーン印刷され得ること、インクが押出印刷され得ること、インクが、折り目で複数回屈曲した後であっても、基材の折り目にまたがって導電性を維持すること、インクが、室温で空気安定性であること、インクが低温で処理されること、又は、インクが、比較的安価であり得るミクロンサイズの銀フレーク及び熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を使用して作製されること、のうちの１つ以上を有する。
【００１０】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明はいずれも、あくまで例示的かつ説明的なものであり、請求されるように、本教示を限定するものではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本教示の実施形態を示し、説明と共に、本教示の原理を説明する役割を果たす。
【００１２】
【図１】本開示の一実施形態による、製造品を形成する方法のフローチャートを示す。
【図２】本開示の一実施形態による、可撓性基材上の導電性インク画像を示す。
【図３】本開示の一実施形態による、製造品を形成するために折り曲げられた、図２の導電性インク画像及び可撓性基材を示す。
【図４】本開示の実施例で論じるように、ＴＰＵを有する可撓性インク、ＰＢＶを有する可撓性インク、及び市販の可撓性インクに対して繰り返された３６０°屈曲サイクルにわたる相対伝導率の変化を示す。
【図５Ａ】本開示の実施例で論じるように、３つのインクで印刷されたフィルムの折り曲げ前（上パネル）及び折り曲げ後（下パネル）を示すデジタル光学顕微鏡画像を示す。実施例１のインク（ＴＰＵを伴うＡｇμＦ）を示す。
【図５Ｂ】本開示の実施例で論じるように、３つのインクで印刷されたフィルムの折り曲げ前（上パネル）及び折り曲げ後（下パネル）を示すデジタル光学顕微鏡画像を示す。比較例Ａのインク（ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を伴うＡｇμＦ）を示す。
【図５Ｃ】本開示の実施例で論じるように、３つのインクで印刷されたフィルムの折り曲げ前（上パネル）及び折り曲げ後（下パネル）を示すデジタル光学顕微鏡画像を示す。比較例Ｂのインク（市販の可撓性インク）を示す。円は、フィルムのひび割れ領域及び剥離領域を強調する。
【図６】本開示の一実施例による、曲率半径を有する可撓性基材上の導電性インク画像を示す。
【００１３】
図のいくつかの詳細は簡略化されており、厳密な構造精度、詳細、及び縮尺は維持されるものではなく、実施形態の理解を容易にするように描かれていることに留意されたい。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本教示の実施形態を詳細に参照し、それらの実施例は、添付の図面に示される。図中、同様の参照番号は、全体をとおして、同一の要素を指定するために使用される。以下の説明では、その一部をなし、本教示を実践することができる特定の例示的な実施形態を示す添付図面を参照する。したがって、以下の説明は、単なる例示に過ぎない。
【００１５】
導電性インク組成物
本開示の一実施形態は、導電性インク組成物に関する。インク組成物は、熱可塑性ポリウレタン（「ＴＰＵ」）を含み、熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態において、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８を２３℃で使用して約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを有する。インク組成物は、銀を含む粒子と、少なくとも１つの希釈液とを更に含む。
【００１６】
熱可塑性ポリウレタンは、線状ポリマーであってもよく、熱活性化又は任意の他の好適な架橋機構などによる架橋能力を任意選択的に有してもよい。一実施例では、熱可塑性ポリウレタンは、約５０℃〜約１００℃の範囲の架橋の活性化温度を有する線状ポリウレタンである。
【００１７】
ＴＰＵは、インク希釈液中に溶解されるか、又はエマルションの形態のいずれかなど、インク中の任意の所望の形態であり得る。熱可塑性ポリウレタンがエマルションの形態である実施形態では、ＴＰＵは、希釈液中の粒子として分散され得、ＴＰＵ及び希釈液が合わさってエマルションを形成する。エマルションに好適な希釈液としては、例えば、極性有機液体、水、又はその両方などのキャリア液が挙げられる。好適な極性有機液体について以下に論ずる。エマルションの分散したＴＰＵ粒子は、例えば、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍ、又は約２０ｎｍ〜約２００ｎｍ、又は約３５ｎｍ〜約１００ｎｍの範囲のサイズを有するナノ粒子であり得、それによってナノエマルションを形成する。
【００１８】
導電性インクはまた、所望の導電性を提供し、用いられる印刷技術と適合する任意の好適な量の銀を含む粒子を含み得る。一実施形態では、熱可塑性ポリウレタン対銀を含む粒子の乾燥重量比は、約１：３０重量％〜約１：１重量％の範囲、例えば約１：２５重量％〜約１：２重量％、又は約１：２０重量％〜約１：４重量％である。これらの範囲外の乾燥重量比も用いることができる。
【００１９】
銀を含む粒子の例としては、実質的に純粋な銀（例えば、９８重量％銀以上）である粒子、及び銀合金で作製された粒子が挙げられる。一実施形態では、粒子中の銀の量は、約２０重量％銀〜１００重量％銀の範囲、例えば約５０重量％銀〜約１００重量％銀、又は約８０重量％銀〜１００重量％銀、又は約９０重量％〜１００重量％、又は約９５重量％〜１００重量％銀である。
【００２０】
一実施形態では、粒子は、ミクロンサイズのフレークなどのフレークの形態である。本明細書で使用するとき、用語「ミクロンサイズ」は、平均サイズが約０．１ミクロン〜約１０００ミクロンの範囲である最大寸法を有する粒子（例えば、フレーク）を指す。例として、ミクロンサイズのフレークは、約０．５ミクロン〜約１００ミクロン、又は約１ミクロン〜約１０ミクロン、又は約２ミクロン〜約４ミクロンの範囲のそれぞれの粒子の最大寸法の平均サイズを有し得る。ミクロンサイズのフレークのサイズは、ＳＥＭ撮像を使用して検証することができる。所望の導電性を提供するフレーク以外の粒子のタイプも、潜在的に用いることができる。他のタイプの粒子の例としては、繊維、球状粒子、又は任意の他の形状の粒子が挙げられ得る。
【００２１】
インク組成物は、所望の導電性をもたらす一方で、依然として所望の可撓性及び伸縮性の特質を提供する、任意の好適な量の銀を含む粒子を含み得る。一実施形態では、インク組成物は、希釈液を含むインクの総重量に対して約１０重量％〜約９０重量％の範囲、例えば、インクの総重量に対して約３０重量％〜約７０重量％、又は４０重量％〜約６０重量％の量の粒子を含む。
【００２２】
少なくとも１つの希釈液は、インクの所望の粘度及び作業時間（例えば、印刷中にインクが乾燥する前の時間）を得るように選択され得る。希釈液はまた、系の残りと適合するように選択される。例えば、少なくとも１つの希釈液は、ＴＰＵを溶解するか、又はエマルションＴＰＵの場合、好適な連続相キャリア液として作用し得、スクリーン（スクリーン印刷に使用される場合）及び基材と適合する。ＴＰＵが希釈液中に溶解される実施形態では、例示的な溶媒は、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、１−フェノキシ−２−プロパノール、ジ（プロピレングリコール）メチルエーテルアセテート（ジ−ＰＧＭＥＡ）、プロピレングリコールメチルエーテル（ジ−ＰＧＭＥ）、ジ（プロピレングリコール）メチルエーテル、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、水、及びこれらの混合物からなる群から選択され得る。ＴＰＵがエマルションの形態である他の実施形態では、希釈液は、水若しくは極性有機液体又はその両方などの任意の好適なキャリア液であり得る。極性有機液体の例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、スルホラン、又はこれらの混合物が挙げられる。エマルションに好適な連続相として作用する任意の他の好適な有機液体は、極性有機液体の代わりに、又はそれに加えて、キャリア液として単独又は水との組み合わせのいずれかで用いられ得る。
【００２３】
とりわけ、所望の印刷向け粘度、印刷品質などを提供する、任意の好適な量の希釈液が用いられ得る。一例として、約２０重量％〜約８０重量％の範囲、例えば約３０重量％〜約７５重量％、又は約５０重量％〜約７０重量％の固形分を有するインク組成物を得るために、好適な量の希釈液が用いられ得る。
【００２４】
一実施形態では、インク組成物は、シリンジアプリケータを通した押出印刷など、スクリーン印刷又は押出印刷に好適な粘度を有し得る。スクリーン印刷及びシリンジアプリケータを使用する押出印刷の両方とも、一般に、当該技術分野において周知である。好適な粘度の例は、約４０ｓ−１〜約４００ｓ−１の範囲、例えば、約１ｓ−１〜約４００−１のせん断速度及び２５℃の温度で、約１０００ｃｐｓ〜約５００，０００ｃｐｓの範囲、例えば、約１０００ｃｐｓ〜約１００，０００ｃｐｓである。粘度は、Ｔｅｘａｓ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＡＲＥＳ−Ｇ２レオメーターを使用して決定され得る。
【００２５】
導電性インク組成物での使用に好適な任意の他の追加成分も、本開示の組成物に任意選択的に含めることができる。例としては、接着促進剤、着色剤（例えば、染料又は顔料）、分散剤、及びレベリング剤から選択される１つ以上の任意成分が挙げられる。好適な接着促進剤の例は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）である。好適なレベリング剤の例としては、シリコーン、例えば、ＢＹＫ−３０７、ＢＹＫ−３０６、ＢＹＫ−３０７、ＢＹＫ−３１０、ＢＹＫ−３１３、ＢＹＫ−３３３、ＢＹＫ−３４２、ＢＹＫ−３７８、ＢＹＫ−３７６０、及びＢＹＫ−Ｓｉｌｃｌｅａｎ  ３７００、又はこれらの組み合わせが挙げられる。当業者であれば、使用可能な他の成分を容易に決定することができるであろう。
【００２６】
本開示において明示的に列挙されていない成分は、限定される、かつ／又は本明細書に開示される組成物から除外される可能性がある。ゆえに、熱可塑性ポリウレタン（「ＴＰＵ」）、銀を含む粒子、及び少なくとも１つの希釈液の量は、本明細書に列挙される任意成分のいずれか又は全ての有無にかかわらず、本開示の組成物に用いられる全成分の最大９０重量％〜１００重量％、例えば、全成分の９５重量％〜１００重量％、又は９８重量％〜１００重量％、又は９９重量％〜１００重量％、又は９９．９重量％〜１００重量％、又は１００重量％を追加することができる。
【００２７】
本開示の一実施形態はまた、製造品を形成する方法を対象とする。図１のフローチャートの１００に示すように、この方法は、可撓性基材１１２に導電性インク組成物を塗布することを含む。一実施形態では、基材は、導電性インク組成物が塗布されるときに、任意選択的に平面又はほぼ平面であり得る。他の実施形態では、基材は、導電性インク組成物が塗布されるときに平面ではない。基材１１２は、１つ以上の折り目１１６を任意選択的に含み得る。インク組成物は、熱可塑性ポリウレタンエマルションと、銀を含む粒子と、少なくとも１つの希釈液と、を含み、エマルションの熱可塑性ポリウレタンは、純粋なポリマー形態のとき、２３℃で約２００％〜約１５００％の範囲の破断点伸びを呈するという特性を有する。図１の１０２に示すように、インクを可撓性基材に塗布した後、インクを乾燥させて導電性インク画像１１４を形成する（図２）。乾燥するとき、結果として生じるポリウレタン結合剤は、銀粒子を含むポリマーフィルムを形成し得る。ポリウレタン結合剤は、架橋されていても架橋されなくてもよいが、場合によって架橋は有利であり得る。
【００２８】
乾燥後、導電性インク画像１１４を含む図２の可撓性基材１１２は、図１の１０４に示すように、任意選択的に折り曲げられ得る。例えば、導電性インク画像１１４を含む基材１１２は、図３に示すように、包装又は任意の他の所望の製造品１２０を形成するように折り曲げられ得る。上述したように、折り曲げることにより、基材及び／又は導電性インク画像内に折り目１１６が生じ得る。可撓性基材は、任意の所望の角度θで折り曲げられ得、この角度は、図３に示すように、曲げが生じている曲げ点（図３に折り目１１６として示される）の両側の、基材１１２の２つの辺に対して測定される。折り曲げ角度の例は、約０°〜約３６０°、又は約３０°〜約３３０°、又は約４５°〜約３１５°、又は約９０°〜約２７０°の範囲である。図３の角度θが１８０°である場合、これは、任意の折り目１１６として示される、曲げ点にまたがる平面的な基材部分を表す。ゆえに、最終製造品における曲げを請求する目的では、１８０°の角度若しくは１８０°に近い角度、例えば、１７５°〜１８５°、若しくは１７０°〜１９０°、又は、１８０°を包含する範囲の他の角度、例えば、１６０°〜２００°、若しくは１５０°〜２１０°、若しくは１２０°〜２４０°、若しくは１００°〜２６０°は、製造品１２０の任意の最終角度θに関する上記範囲のそれぞれから、任意選択的に除外され得る。
【００２９】
他の実施形態では、基材１１２は、図６に示されるように、折り目１１６を形成しないよう、折り曲げ中に十分なめらかに湾曲してもよい。そのような場合、基材１１２は、折り曲げ後に任意の所望の曲率半径１３０を有し得、曲率半径は、導電性インク画像１１４が形成される、最小曲率半径を有する基材１１２の表面上の点で測定され、曲率半径１３０は、導電性インク画像１１４が形成される基材表面の所与の点で基材１１２に接触し、その点において同じ接線及び曲率を有する円の半径として定義される。曲率半径の例示的な範囲としては、１０メートル〜１ｍｍ、又は１メートル〜１ｃｍ、又は０．５メートル〜２ｃｍが挙げられる。図６の曲率半径１３０は必ずしも縮尺どおりに描かれておらず、基材１１２の曲線に応じてより長く又は短くなり得ることに留意されたい。
【００３０】
乾燥後、インク画像は、可撓性基材の折り曲げ中に複数回屈曲した後、インクが導電性を維持することを可能にするために、十分な可撓性及び伸縮性がある。以下の実施例で詳細に説明するように、導電性インクを、コーティングされた厚紙上に印刷し、次いで、複数回の屈曲サイクルのために折り目を付け、その折り目に沿って屈曲させた。インクは、他の試験インクと比較したとき、折り目にまたがって測定された抵抗性の比較的小さな増加を実証した。例えば、５０回の屈曲サイクル後、更に１００回又は２００回の屈曲サイクル後でも、インクは、依然として折り目にまたがる導電性を保ち得る。本明細書で使用するとき、用語「屈曲サイクル」は、厚紙基材上に印刷されたインクトレースを通る折り目などの折り目に沿って折り畳むことを指し、第１のサイクルは、内側１８０°及び外側３６０°に折り畳むことを含み、残りのサイクルは全て、内側３６０°及び外側３６０°に折り畳むことを含む。更に、インクは、折り曲げ中に基材に接着する能力を有する。
【００３１】
乾燥後、インクは、約１０００Ｓ／ｃｍ〜約１５０，０００Ｓ／ｃｍの範囲、例えば、約１５，０００Ｓ／ｃｍ〜約１００，０００Ｓ／ｃｍ、又は約２５，０００Ｓ／ｃｍ〜約１００，０００Ｓ／ｃｍの体積伝導率を有する。
【００３２】
インクは、任意の好適な印刷方法によって基材に塗布され得る。一実施形態では、インクを塗布することは、スクリーン印刷によって実行される。別の実施形態では、インクを塗布することは、押出印刷によって実行される。
【００３３】
図３は、本開示の一実施形態による、製造品１２０を示す。製造品１２０は、例えば包装の形状など、所望の構成に折り曲げられている可撓性基材１１２を含む。導電性インク画像１１４は、可撓性基材１１２上に配置される。導電性インク画像は、熱可塑性ポリウレタン結合剤と、銀を含む粒子とを含む。
【００３４】
任意の適切な基材が用いられ得る。一実施形態では、可撓性基材は、紙、厚紙、ガラス、ニトリル、ポリカーボネート及び他の可撓性プラスチック、並びにこれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む。
【００３５】
一実施形態では、可撓性基材は少なくとも１つの折り目を含み、導電性インク画像は少なくとも１つの折り目上に配置される。
【実施例】
【００３６】
ＡｇμＦ及びＴＰＵを配合した可撓性インクを、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を配合したインク、並びに市販の可撓性インクと比較した。ＴＰＵを使用して可撓性を付与した。ＰＶＢが、接着性の比較基準をもたらした。また、市販の可撓性インクを商用ベンチマークとして使用した。
【００３７】
３つのインクを、代表的な包装材料／基材である厚紙上に印刷した。導電性、可撓性、屈曲機構、接着性、及び分散安定性を全て調査した。配合物は最適化されなかったが、性能が市販の可撓性インクよりも優れていることを実証している。
【００３８】
２つの配合物を調製して、それらの性能を評価した。２つの配合物の性能を市販の可撓性インクと比較した。
【００３９】
材料の説明：
ミクロンサイズの銀フレーク（ＡｇμＦ）をＩＮＦＲＡＭＡＴ  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ＬＬＣから購入した。これらのインクを調製するために使用したミクロンサイズのフレークは、〜２〜４μｍであった。熱可塑性ポリウレタンは、Ｈｕｎｔｓｍａｎ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ提供のＩｒｏｓｔｉｃ  Ｓ  ８６１２及びＩｒｏｓｔｉｃ  Ｓ  ８７４３、Ａｌｂｅｒｄｉｎｇｋ  Ｂｏｌｅｙ，Ｉｎｃ．提供のＡｌｂｅｒｄｉｎｋ  Ｕ６１５、Ａｌｂｅｒｄｉｎｋ  Ｕ４１０、Ａｌｂｅｒｄｉｎｋ  Ｕ２１０１、Ｃｏｖｅｓｔｒｏ提供のＢａｙｈｙｄｒｏｌ  Ｕ２７５７、Ｂａｙｈｙｄｒｏｌ  ＵＨ２５５８、及びＢａｙｈｙｄｒｏｌ  Ｕ２６０６を含む様々な供給源から得た。希釈液には、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート（ＰＧＭＥＡ）、１−フェノキシ−２−プロパノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール及びスルホランを含めた。添加剤には、レベリング剤、ＢＹＫ−３０７を含めた。
【００４０】
実施例１：可撓性インク配合物（溶媒中にＴＰＵを溶解）
ＰＧＭＥＡ及び１−フェノキシ−２−プロパノール中、３．０ｇのＡｇμＦ及び３．０ｇの２０％  ＴＰＵ（ＩＲＯＳＴＩＣ（登録商標）Ｓ  ８７４３、Ｈｕｎｔｓｍａｎ）を、ボルテックスミキサを使用してガラスバイアル瓶内で十分に混合した。混合物を約１時間、超音波処理した。結果として生じた混合物中のＡｇμＦの濃度は、約５０重量％であった。ＴＰＵ対ＡｇμＦの重量比は約１：５であり、総固形分は約６０重量％であった。
【００４１】
比較例Ａ：可撓性インク配合物
ＰＧＭＥＡ及び１−フェノキシ−２−プロパノール中、３．０ｇのＡｇμＦ及び３．０ｇの２０％  ＰＶＢ（Ｍｗ＝５０Ｋ、カタログ番号５１０）を、ボルテックスミキサを使用してガラスバイアル瓶内で十分に混合した。混合物を１時間、超音波処理した。結果として生じた混合物中のＡｇμＦの濃度は、約５０重量％であった。ＴＰＵ対ＡｇμＦの重量比は約１：５であり、総固形分は約６０重量％であった。
【００４２】
実施例１及び実施例２のインクの粘度を以下の表１に示す。特に明記しない限り、全ての粘度は、２５℃での組成物に関する。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
実施例１及び比較例Ａのインクを、単色スクリーンプリンタを使用してスクリーン印刷した。印刷に使用したスクリーンは、まずジアゾ増感エマルションを塗布し、空気乾燥させることによって調製した。ステンシルパターンを、エマルションを１０００Ｗ  Ｂｌａｃ−ｒａｙ長波長ランプに曝露することによってスクリーン上に転写した。メッシュサイズは１８０であった。可撓性インクを、約１２０℃のオーブン内で２０分間硬化させた（最適化されていない条件）。印刷された可撓性インクは、材料の均一なフィルムを生成した。
【００４５】
比較例Ｂ
実施例１及び比較例Ａについて上述したものと同じ手順を使用して、市販の可撓性インクをスクリーン印刷した。
【００４６】
実施例１及び比較例Ａ及び比較例Ｂの印刷されたフィルムの初期伝導率を、四探針法を使用して評価した。伝導率及びＸ因子（バルク銀材料と比較した伝導率）を表２に示す。
【００４７】
【表２】
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【００４８】
実施例１、厚紙を内側に１８０°、次いで外側に３６０°折り畳み、続く内側に３６０°、次いで外側に３６０°の複数回の折り畳みサイクルによって、比較例Ａ及び比較例Ｂの３つの印刷されたインクの可撓性を試験した。図４に示すように、３つのインクの折り目にまたがる相対伝導率の変化を、１００回の屈曲サイクルにわたって比較した。３つ全てのインクの性能は、１回の折り畳みサイクル後は同様であった。しかしながら、１０サイクル後、比較例ＡのＰＶＢインクは、伝導度が劇的に低下した（例えば、屈曲サイクル後の伝導率は、屈曲サイクル前の元の伝導率の２％のみであった）が、依然としていくらかの限界伝導率を示した。一方、比較例Ｂの市販の可撓性インクは、その伝導率を完全に喪失した。比較例ＡのＰＶＢインクはまた、５０回の屈曲サイクル後に伝導率を喪失したが、実施例１のＴＰＵインクは、１００回の屈曲サイクル後であっても、依然として非常に導電性が高く（表３に示すように、初期の３．２Ωから穏やかな５７Ωまでの抵抗が測定された）、優れた可撓性及び堅牢性を示した。
【００４９】
【表３】
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【００５０】
３種類のインクにおける可撓性の差の機構を調査するために、印刷された線の光学顕微鏡画像を、１００サイクルの屈曲試験の前後に撮影した。折り畳む前、３つのインクで印刷されたフィルムは、全て均一かつ連続的である。図５Ａ〜図５Ｃに示されるように、折り目における１００回の屈曲サイクル後、実施例１（図５Ａ）のＡｇμＦ及びＴＰＵインクは、依然として基材に強く接着し、ひび割れがないままであったが、比較例Ａ（図５Ｂ）のＰＶＢを有するインクは、折り目にいくらかのひび割れ及び剥離を示し、比較例Ｂ（図５Ｃ）のインクの大きな断片は、屈曲した領域で剥離され、印刷された線に大きな間隙を残した。図５Ｂ及び図５Ｃの円で囲まれた領域は、インクのひび割れ及び剥離領域を示している。これらの観察結果は、実施例１のインクが他の２つのインクよりも高い可撓性を呈する理由を明白にした。実施例１のＴＰＵの優れた接着性及び可撓性により、可撓性インクに適した結合剤となっている。
【００５１】
実施例１のインク及び比較例Ｂのインクの接着性を、正方形のパッチをメス刃で斜交模様に切り目付けし、次いで、ミシン目付きパッチ上にスコッチテープを適用し、テープを剥離することによって評価した。テープ上へ印刷された材料の転写量は、インクの接着性を示す。所定のＳＩＲチャートにより、５段階で接着性を定量化する。
１．接着性なし−インクが全てテープに転写される。
２．低接着性−インクのほとんどがテープに転写される。
３．部分接着性−インクが、基材とテープとの間で均一に割れる。
４．優れた接着性−テープへのインクの転写が極めて少ない。
５．完全接着性−インクがテープに転写されない。
【００５２】
【表４】
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【００５３】
実施例１及び比較例Ｂのインクの接着性を、ガラス、ポリカーボネート、ポリビニル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びニトリルを含む様々な基材上で測定した。接着強度は、両方のインクに関して非常に類似していた。それらの両方とも、ガラス、ポリカーボネート、ＰＥＴ、及びポリビニルステッカーに対する良好な接着性を有するが、ニトリルに対する接着性は乏しい。実施例１のインクの接着性は、必要に応じて、様々な方法、例えば、ＴＰＵの充填を増加させること、ＴＰＵの自己架橋を誘発するためにより高温（＞１２０℃）に加熱すること、又はより長い時間架橋させるために１２０℃以下に加熱することによって、更に最適化され得る。
【００５４】
実施例１のインクの分散安定性を経時的に監視した。インクは、室温で少なくとも４時間安定していることが判明した。分散安定性は、好適な分散剤の添加によって更に改善され得る。
【００５５】
実施例２〜９（ＴＰＵナノ粒子エマルション）
ＴＰＵナノ粒子エマルションをまた、可撓性インク用の結合剤として使用し、強力な接着性及び貼着性の両方を実証した。いくつかの異なる市販のＴＰＵナノ粒子水性エマルション及び有機液体を用いた実施例２〜９のインク処方を表５に示す。結果的に生じた実施例２〜９の導電性インクの導電性及び可撓性は、実施例１のＴＰＵ溶解処方と同様であった。
【００５６】
実施例９では、２重量％のレベリング剤、ＢＹＫ  ３０７を処方に含めた。実施例２〜９のインクは、押出プリンタで又はスクリーン印刷によって印刷可能であると考えられる。レベリング剤などの添加剤は、インク特性を変更するために、本明細書の実施例のいずれかに任意選択的に添加され得る。
【００５７】
【表５】
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【００５８】
本開示の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメーターは近似値であるが、特定の実施例に記載される数値は、可能な限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も、それぞれの試験測定値に見出される標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を本質的に含む。更に、本明細書に開示される全ての範囲は、その中に包含される任意の及び全ての小範囲を包含すると理解されるべきである。
【００５９】
１つ以上の実装形態に関して本教示は例示されているが、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、改変及び／又は修正を例示の実施例に対して行うことができる。加えて、本教示の特定の特徴がいくつかの実装のうちの１つにのみ関して開示されていることがあり得るが、そのような特徴は、任意の所与の機能又は特定の機能のために所望されかつ有利であり得るものとして、他の実装の１つ以上の他の特徴と組み合わされてもよい。更に、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有する（ｗｉｔｈ）」、又はこれらの変形が発明を実施するための形態及び特許請求の範囲のいずれかで使用される限りにおいて、そのような用語は、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の手法での包含であることが意図される。更に、本明細書における考察及び「特許請求の範囲」内の「約」という用語は、変更が例示された実装形態へのプロセス又は構造の非適合性をもたらさない限り、列挙された値が幾分変更されてもよいことを示す。最後に、「例示的な」は、その記載が理想的であることを暗示するのではなく、一実施例として使用されることを示す。
【００６０】
上記に開示されたものの変形、並びに他の特徴及び機能、又はこれらの代替物が、多くの他の異なる系又は用途に組み合わされ得ることが理解されるであろう。様々な現在予期されていない、又は先行例のない代替物、修正、変形、若しくは改善が、以後に当業者によってなされてもよく、それらも以下の「特許請求の範囲」によって包含されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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