(57)【要約】  本発明は、ポリマー基材において印刷可能なエレクトロニクスの性能を向上させる基材及びこれらの基材を利用する物品に関する。この物品は、エラストマー又は熱可塑性エラストマーの溶媒溶液又は水系分散液でコーティングされたエラストマー又は熱可塑性エラストマーフィルム基材と、コーティングに堆積された弾性導電体とを含む。ポリマーフィルムへの薄いポリマーコーティングの塗布は、印刷された導体の性能を向上させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムと、
ｂ）ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在し、前記コーティングは溶媒溶液又は水系分散液から形成されている、前記ポリマーフィルムの片面におけるエラストマー又は熱可塑性エラストマーコーティングと、
ｃ）前記コーティングに堆積された弾性導電体と、を含む物品。
【請求項２】
前記熱可塑性エラストマーポリマーフィルムのポリマーは、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステル、及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択され、前記熱可塑性エラストマーコーティングは、水系熱可塑性ポリウレタン分散液から形成された熱可塑性ポリウレタンコーティングであり、前記弾性導電体は、ポリマー厚膜銀ペーストから形成される、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記ポリマーフィルムは、前記コーティングの堆積前にコロナ又はプラズマ処理に供されている、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記コーティングのない前記ポリマーフィルムの面を、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シリコーン処理紙、ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンコポリマー又はフッ化ポリビニルを含む担体フィルムに接着する、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
印刷された電気回路を含む物品を調製するための方法であって、
ａ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムを提供する工程と、
ｂ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーの溶媒溶液又は水系分散液を使用して前記ポリマーフィルムの片面にコーティングを堆積させる工程であって、ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在する工程と、
ｃ）前記コーティングに弾性導電性インクを堆積させ、前記弾性導電性インクを乾燥させて前記印刷された回路を形成する工程と、を含む方法。
【請求項６】
前記熱可塑性エラストマーポリマーのポリマーは、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステル、及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択され、前記熱可塑性エラストマーコーティングは、水系熱可塑性ポリウレタン分散液から形成された熱可塑性ポリウレタンコーティングであり、前記ポリマーフィルムは、工程ｂ）の前にコロナ又はプラズマ処理を受けている、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シリコーン処理紙、ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンコポリマー又はフッ化ポリビニルを含む担体フィルムを提供する工程と、
前記コーティングのない前記エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムの面を前記担体フィルムに取り付ける工程と、を更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
ａ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムと、
ｂ）ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在し、前記コーティングは溶媒溶液又は水系分散液から形成されている、前記ポリマーフィルムの片面におけるエラストマー又は熱可塑性エラストマーコーティングを含む、複合基材。
【請求項９】
前記熱可塑性エラストマーポリマーフィルムのポリマーは、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステル、及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択され、前記熱可塑性エラストマーコーティングは、水系ポリウレタン分散液から形成された熱可塑性ポリウレタンコーティングであり、前記ポリマーフィルムは、前記ポリウレタンコーティングの堆積前にコロナ又はプラズマ処理を受けている、請求項８に記載の複合基材。
【請求項１０】
前記コーティングのない前記ポリマーフィルムの面を、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シリコーン処理紙、ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンコポリマー又はフッ化ポリビニルを含む担体フィルムに接着する、請求項８に記載の複合基材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリマー基材において印刷可能なエレクトロニクスの性能を向上させる基材及びこれらの基材を利用する物品に関する。特に、向上した基材は、ポリマーフィルム及びそれらに印刷された導電体に関する。これらの物品は、顕著な伸張が必要とされる用途、例えば着用可能な衣類において使用されることができる。
【背景技術】
【０００２】
印刷可能なエレクトロニクス用の導電性及び誘電性インクは、それらが印刷される基材に敏感である。表面平滑性、表面エネルギー及びインク溶媒との基材の適合性は全て、印刷した状態の回路材料の導電性又は絶縁挙動に影響を及ぼす可能性がある。又、それらは、印刷されたエレクトロニクスの接着性及び洗浄堅牢性を損なう可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ポリマー基材フィルムにおける印刷品質を向上させる必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、導電体を含む物品を提供し、この物品は、
ａ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムと、
ｂ）ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在し、コーティングは溶媒溶液又は水系分散液から形成されている、ポリマーフィルムの片面におけるエラストマー又は熱可塑性エラストマーコーティングと、
ｃ）コーティングに堆積された弾性導電体と、を含む。
【０００５】
上記物品の一実施形態においては、熱可塑性エラストマーポリマーフィルムのポリマーは、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステル、及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択され、熱可塑性エラストマーコーティングは、水系熱可塑性ウレタン分散液から形成された熱可塑性ウレタンコーティングである。
【０００６】
一実施形態においては、コーティングのないポリマーフィルムの面を、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シリコーン処理紙、ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンコポリマー又はフッ化ポリビニルを含む担体フィルムに接着する。
【０００７】
又、本発明は、印刷された電気回路を含む物品を調製するための方法を提供し、この方法は、
ａ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムを提供する工程と、
ｂ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーの溶媒溶液又は水系分散液を使用してポリマーフィルムの片面にコーティングを堆積させる工程であって、ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在する工程と、
ｃ）コーティングに弾性導電性インクを堆積させ、弾性導電性インクを乾燥させて印刷された回路を形成する工程と、を含む。
【０００８】
更に、本発明は、印刷された電気回路を含む物品を調製するための方法を提供し、この方法は、
ａ）ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンコポリマー又はフッ化ポリビニルを含む担体フィルムを提供する工程と、
ｂ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムの片面を担体フィルムに取り付ける工程と、
ｃ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーの溶媒溶液又は水系分散液を使用してポリマーフィルムの反対側にコーティングを堆積させる工程であって、ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在する工程と、
ｄ）弾性導電性インクをコーティングに堆積させ、弾性導電性インクを乾燥させて印刷された回路を形成する工程と、を含む。
【０００９】
一実施形態においては、上記方法は更に、
ｅ）ポリマーフィルムから担体を除去する工程を含む。
【００１０】
又、本発明は、
ａ）エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルムと、
ｂ）ポリマーフィルムの片面にエラストマー又は熱可塑性エラストマーコーティングと、を含む複合基材を提供し、この場合に、
ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在し、コーティングは溶媒溶液又は水系分散液から形成されている。
【００１１】
上記複合基材の一実施形態においては、熱可塑性エラストマーポリマーフィルムのポリマーは、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステル及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択される。
【００１２】
一実施形態においては、本発明は、
ａ）ポリマーが、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステル及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択されるポリマーフィルムと、
ｂ）ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのポリウレタンコーティングが存在し、ポリウレタンコーティングは水系ポリウレタン分散液から形成されている、ポリマーフィルムの片面におけるポリウレタンコーティングと、を含む複合基材を提供する。
【００１３】
別の実施形態においては、本発明は、
ａ）ポリマーが、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性ポリエステル及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択されるポリマーフィルムと、
ｂ）ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのポリウレタンコーティングが存在し、ポリウレタンコーティングは有機溶媒系ポリウレタン溶液から形成されている、ポリマーフィルムの片面におけるポリウレタンコーティングと、を含む複合基材を提供する。
【００１４】
上記の物品、方法及び基材のいくつかの実施形態においては、ポリマーフィルムは、コーティングの堆積前にコロナ又はプラズマ処理に供されている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】未処理の熱可塑性ポリウレタンフィルム基材に印刷され硬化された銀ペーストのストリップを示す。
【図１Ｂ】本発明の複合処理基材、即ち、水系ポリウレタン分散液から形成されたポリウレタンコーティングを有する熱可塑性ポリウレタンフィルムに印刷され硬化された銀のストリップを示す。
【図２】それぞれの０％〜４０％〜０％の歪みサイクルにおける未処理及び処理された基材にスクリーン印刷された銀導体の最大抵抗を、その後の伸張サイクル数の関数として示す。
【図３】それぞれの０％〜４０％〜０％の歪みサイクルにおける未処理及び処理された基材にスクリーン印刷された銀導体の最小抵抗を、その後の伸張サイクル数の関数として示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、向上した電気特性を有する導電体又は電気回路を含む物品、及びこれらの向上を可能にする複合基材に関する。これらの物品及び基材は、様々な用途に使用することができるが、機能性回路が布地に生成される用途、例えば着用可能な衣類などの伸縮性回路に特に有用である。導電体の層は、機能性回路を生じるように基材に印刷及び乾燥され、次いで、全体の回路は、布地が受けることになる典型的な曲げ／折り目を受ける。更に、布地に典型的であるように、これらは定期的に洗浄及び乾燥されなければならず、導電体の導電性及び完全性が維持されなければならない。
【００１７】
本発明は、熱可塑性及び弾性フィルム基材の３つの欠点を克服する。これは、基材においてエレクトロニクスを印刷するために使用されるインク中の溶媒による基材への損傷を低減又は排除する。これは、耐久性及び洗浄能力に影響を与える基材への印刷されたエレクトロニクスの接着性を向上させる。更にこれは表面粗さを減少させる。
【００１８】
基材におけるエレクトロニクスの印刷の前にポリマーフィルム基材への薄いポリマーコーティングの塗布は、未処理ポリマーフィルム基材の所望の機械的及び熱的バルク特性を維持しながら、エレクトロニクスを印刷するためのインクにより適合する表面を有する複合基材をもたらす。
【００１９】
複合基材は、エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルム、及びポリマーフィルムの片面にエラストマー又は熱可塑性エラストマーコーティングを含み、この場合に、ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在し、コーティングは溶媒溶液又は水系分散液から形成されている。本明細書で使用される場合、「処理された基材」、「処理された表面」、又は「処理された」は全て、「複合基材」を指し、「未処理基材」、「未処理表面」、又は「未処理」は全て、エラストマー又は熱可塑性エラストマーコーティングを有さない基材を指す。
【００２０】
一実施形態においては、複合基材は、ポリマーが熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、熱可塑性ポリエステル及び熱可塑性ポリエーテルからなる群から選択されるポリマーフィルムと、ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのポリウレタンコーティングが存在し、ポリウレタンコーティングは水系ポリウレタン分散液から形成されている、ポリマーフィルムの片面におけるポリウレタンコーティングとを含む。
【００２１】
ポリマーフィルムのためのポリマーの１つは、Ｃｏｖｅｓｔｒｏ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ，ＰＡから入手可能なＣｏｖｅｓｔｒｏ  ＰＴ６４１０Ｓ、及びＢｅｍｉｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．，Ｓｈｉｒｌｅｙ，ＭＡから入手可能なＢｅｍｉｓ  ＳＴ−６０４などの熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）である。別のポリマーは、ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥから入手可能なデュポン（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）などの熱可塑性ポリエステルである。
【００２２】
コーティングは、コーティングが塗布されるポリマーフィルムの弾性特性と同様の弾性特性を有するポリマーコーティングである。ポリマーフィルム表面の濡れを改善するためにコロナ又はプラズマ処理の直後に塗布することができ、或いはポリマーフィルム表面のコロナ又はプラズマの予備調整なしに塗布することができる。コーティングは、水系ポリマー分散液又は溶媒系ポリマー溶液から形成することができる。ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在する。コーティングは、ポリマーフィルムに応じて１２０〜２５０℃の温度で硬化する。
【００２３】
複合基材の一実施形態においては、コーティングされていないポリマーフィルムの面が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、シリコーン処理紙、ポリプロピレン、ポリプロピレン／ポリエチレンコポリマー、又はフッ化ポリビニルを含む担体フィルムに接着されている。担体フィルムは、ポリマーフィルムを機械的に支持し、取り扱いを容易にする。約０．００３インチ（８０μｍ）未満の厚さのポリマーフィルムを使用するとき、これは特に重要である。ポリマーフィルムを担体に接着するのに使用される接着剤は、電気回路又は導体が複合基材に形成された後に担体を除去できるようなものでなければならない。
【００２４】
本発明は、エラストマー又は熱可塑性エラストマーポリマーフィルム、ポリマーフィルムの片面におけるエラストマー又は熱可塑性エラストマーコーティングを含む物品を提供し、この場合に、ポリマーフィルム１平方メートル当たり１〜５０ｇのコーティングが存在し、コーティングは、溶媒溶液又は水系分散液、及びコーティングに堆積した弾性導電体から形成されている。
【００２５】
導電体又は回路が複合基材のコーティングに対して堆積される。典型的には、この回路は、インク又はペーストと呼ばれるポリマー厚膜銀導体組成物を使用して塗布される。ポリマー厚膜銀導体組成物の有機媒体のポリマー部分は、乾燥後に導体組成物の不可欠な部分として残る。本明細書においては、回路及び導体は、コーティングにおいて堆積され形成される導電性の実体を説明するために互換的に使用される。コーティングされていないポリマーフィルムにおけるものに対する複合基材における導体の向上した印刷適性は、複合基材における低い印刷した状態の抵抗率、並びにインク溶媒によるポリマーフィルムの化学的攻撃に関連した溶媒膨潤又は表面膨れの欠如によって実証される。
【００２６】
ポリマー厚膜銀インクの印刷された導体は、ポリウレタンでコーティングされたＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）３０７８の複合基材に印刷した場合、ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）３０７８に直接印刷したものと比べて４０％から７０％もの抵抗率の減少を示した。印刷されたインクの単一コーティングの抵抗率は、複合基材に印刷された導体に対して安定していたが、Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）３０７８に直接印刷されたものは、２回又は３回のコーティングを施すまで不安定な抵抗率を示した。更に、複合基材ではインク溶媒による損傷の証拠はなかった。膨潤又は腫れは観察されなかった。
【００２７】
ポリマー厚膜銀インクは、ＴＰＵ  Ｃｏｖｅｓｔｒｏ  ＰＴ６４１０Ｓに直接良好に印刷されなかった。ポリウレタンでコーティングされたＣｏｖｅｓｔｒｏ  ＰＴ６４１０Ｓの複合基材に印刷された場合、その抵抗は、Ｃｏｖｅｓｔｒｏ  ＰＴ６４１０Ｓに直接印刷されたものと比較して７０％低下した。
【実施例】
【００２８】
実施例及び比較実験
実施例１及び比較実験Ａ
実施例１では、低粘着性接着剤を使用して２ミルのＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）３０７８  ＴＰＣ−ＥＴのフィルムをＰＥＴ担体に載せた。ＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）フィルムの露出面を、５ｋｗ／ｃｍ２のコロナ処理にかけ、水系分散液を使用して、ドローバーを使用しＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）フィルム１平方メートル当たり４ｇのコーティングの割合でポリウレタンコーティングを塗布した。コーティングを８０℃〜１１０℃で３０秒間硬化させた。ＤｕＰｏｎｔ（商標）ＰＥ８７３導電性弾性銀ペーストを処理された表面にスクリーン印刷し、１３０℃で１５分間硬化させた。厚さと抵抗を測定し、抵抗率は３３ミリオーム／平方／ミルと計算された。
【００２９】
未処理のＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）フィルムを使用した、即ちコロナ処理もポリウレタンコーティングもしなかったこと以外、実施例１に記載したように比較実験Ａを実施した。未処理のＤｕＰｏｎｔ（商標）Ｈｙｔｒｅｌ（登録商標）３０７８に印刷された同じ銀ペーストスクリーンの抵抗率は、６５ミリオーム／平方／ミルであった。
【００３０】
実施例２及び比較実験Ｂ
実施例２では、デュロメータ７４Ａ、及び融点１５０℃のエステル系高伸張回復熱可塑性ポリウレタンの１ミルのフィルムを、３ミルの溶融接着剤を用いてポリプロピレン担体に載せた。ポリウレタンフィルムの露出表面を、５ｋｗ／ｃｍ2のコロナ処理にかけ、水系分散液を用いて、ロールツーロールプロセスにおいてポリウレタンフィルム平方メートル当り１ｇのコーティングの割合でポリウレタンコーティングを塗布した。コーティングを８０℃〜１１０℃で３０秒間硬化させた。ＤｕＰｏｎｔ（商標）ＰＥ８７３導電性弾性銀ペーストを、処理された表面に対してスクリーン印刷し、１３０℃で１５分間硬化させた。厚さと抵抗を測定し、抵抗率は２２ミリオーム／平方／ミルと計算された。
【００３１】
未処理ポリウレタンフィルムを使用した、即ちコロナ処理もポリウレタンコーティングもしなかったこと以外、実施例２に記載したように比較実験Ｂを実施した。未処理ポリウレタンに印刷された同じ銀ペーストスクリーンの抵抗率は、５１ミリオーム／平方／ミルであった。
【００３２】
実施例３及び比較実験Ｃ
実施例３では、デュロメータ７１Ａ、及び最低軟化点１４０℃のエーテル系高伸張回復熱可塑性ポリウレタンの３ミルのフィルムを、１ミルの溶融接着剤を用いてシリコーン処理紙担体に載せた。ポリウレタンフィルムの露出表面を、５ｋｗ／ｃｍ2のコロナ処理にかけ、水系分散液を用いて、ロールツーロールプロセスにおいてポリウレタンフィルム平方メートル当り１ｇのコーティングの割合でポリウレタンコーティングを塗布した。コーティングを８０℃〜１１０℃で３０秒間硬化させた。ＤｕＰｏｎｔ（商標）ＰＥ８７３導電性弾性銀ペーストを、処理された表面に対してスクリーン印刷し、１３０℃で１５分間硬化させた。厚さと抵抗を測定し、抵抗率は５８ミリオーム／平方／ミルと計算された。
【００３３】
未処理ポリウレタンフィルムを使用した、即ちコロナ処理もポリウレタンコーティングもしなかったこと以外、実施例３に記載したように比較実験Ｃを実施した。又、未処理ポリウレタンに印刷された同じ銀ペーストスクリーンの抵抗率は、５８ミリオーム／平方／ミルであった。しかしながら、未処理フィルムに印刷された部品の１８％が、開回路として抵抗試験に不合格であった。処理されたフィルムは、不良部分を生じなかった。図１Ａに見られるように、未処理ポリウレタン１は、多数のピンホール欠陥３を含む銀プリント２を有する。明確にするために、このようなピンホールは２つだけ示されているが、その他の多数のピンホールが明らかである。図１Ｂに見られるように、処理されたポリウレタン１１は、より均一な銀被覆を示す銀プリントを有する。
【００３４】
実施例４及び比較例Ｄ
実施例４では、デュロメータ７４Ａ、及び融点１５０℃のエステル系高伸張回復熱可塑性ポリウレタンの１ミルのフィルムを、３ミルの溶融接着剤を用いてポリプロピレン担体に載せた。ポリウレタンフィルムの露出表面を、５ｋｗ／ｃｍ2のコロナ処理にかけ、水系分散液を用いて、ロールツーロールプロセスにおいてポリウレタンフィルム平方メートル当り１ｇのコーティングの割合でポリウレタンコーティングを塗布した。コーティングを８０℃〜１１０℃で３０秒間硬化させた。ＤｕＰｏｎｔ（商標）ＰＥ８７３導電性弾性銀ペーストを、処理された表面に対してスクリーン印刷し、１３０℃で１５分間硬化させた。６インチゲージ長の銀プリントを、２０インチ／分の速度で３００回、０％〜４０％の歪みで繰り返し伸張した。試験片の抵抗は、伸張中連続的に四探針法により測定した。それぞれの０％〜４０％〜０％サイクルにおける最大抵抗と最小抵抗を記録した。
【００３５】
未処理ポリウレタンフィルムを使用した、即ちコロナ処理もポリウレタンコーティングもしなかったこと以外、実施例４に記載したように比較実験Ｄを実施した。銀プリントを処理された表面のものと同じ歪み手順及び抵抗測定にかけた。
【００３６】
処理された表面の銀と未処理表面の銀に対するそれぞれの歪みサイクルにおける最大抵抗と最小抵抗を図２及び図３に示す。最大抵抗は、未処理表面の銀よりも処理された表面の銀の方がサイクル数と共によりゆっくり増加する。それぞれのサイクルにおける最小抵抗も、未処理試料とは異なり、処理された試料においてよりゆっくり増加し、処理された試料の抵抗は１００オーム未満の抵抗に回復する。
【図１Ａ】
2019536267.tif 000002
【図１Ｂ】
2019536267.tif 000003
【図２】
2019536267.tif 000004
【図３】
2019536267.tif 000005
【国際調査報告】
2019536267.tif 000006
2019536267.tif 000007
2019536267.tif 000008