TW202229375A - 分散液與油墨 - Google Patents
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Abstract
Description
本揭露關於分散液與油墨,更特別關於其採用的分散劑。
微粉分散技術在數位噴印油墨與塗料的應用廣泛。應用於分散有機/無機微粉的分散劑之市場需求量大,特別是符合環保需求用於水性分散液的高分子分散劑。水性分散液可搭配樹脂以形成水性墨水,其優點包括安全、無毒、無害、幾乎無揮發性有機氣體產生,因此分散劑的開發極為重要。在使導電碳黑分散安定化且兼具高導電性的技術中,分散劑扮演關鍵的角色。欲達上述目的,亟需針對微粉設計水性分散劑的結構。
本揭露一實施例提供之分散液,包括:100重量分的粉體;1至80重量分的分散劑;以及80至900重量分的極性溶劑,其中分散劑係一雙團塊共聚物,其化學結構為:
,其中Ini與Ini’係聚合反應所用之起始劑的殘基;每一R
1各自為H或甲基;R
2係
、
、或
;B係鹼金族金屬或N(R
3)
4,且每一R
3各自為H、C
1-4的烷基、或C
1-4的烷基醇,m與n的比例為3:1至1:2;以及x係0.7至1,其中該分散劑的重量平均分子量(Mw)為1500至4500。
本揭露一實施例提供之分散液,包括:100重量分的粉體;1至80重量分的分散劑;以及80至900重量分的極性溶劑。若分散劑的比例過低,則無法有效分散粉體。若分散劑的比例過高,在無法進一步分散粉體的情況下,反而增加成本。此外,若分散液之後用於油墨,過高比例的分散劑會影響油墨形成的塗層性質(如導電性)。若極性溶劑的比例過低,則粉體易析出。若極性溶劑的比例過高,則會降低產品的實用性。
前述之分散劑係雙團塊共聚物,其化學結構為:
。Ini與Ini’係聚合反應所用之起始劑的殘基。舉例來說,若採用原子轉移自由基聚合(ATRP)的聚合機制,則Ini可為C
1-C
12脂肪族烷基、C
6-C
12芳香族烷基、或一般市售的ATRP起始劑的殘基,而Ini’可為Cl或Br。若採用其他聚合機制如陽離子型聚合或陰離子型聚合,則Ini與Ini’可為對應的殘基。每一R
1各自為H或甲基;R
2係
、
、或
;B係鹼金族金屬或N(R
3)
4,且每一R
3各自為H、C
1-4的烷基、或C
1-4的烷基醇。m與n的比例為3:1至1:2。若m的比例過低且n的比例過高,則分散劑不易溶於水。若m的比例過高且n的比例過低,則分散劑不易吸附粉體。x係0.7至1。舉例來說,可中和大部分的酸基(x=0.7),或將所有的酸基中和(x=1)。上述分散劑的重量平均分子量(簡稱重均分子量)為1500至4500。若分散劑的重均分子量過低,則分散劑不易吸附粉體。若分散劑的重均分子量過高,則無法有效分散粉體。若分散劑為無規共聚物,則無法有效分散粉體。
在一實施例中,上述分散劑的合成方法如下。值得注意的是,下述方法僅用以舉例而非侷限本揭露。本技術領域中具有通常知識者自可採用可行設備與藥品合成上述分散劑。
接著將除氧後的另一丙烯酸酯(例如甲基丙烯酸異丁酯(
iBMA))加入上述聚合物,並反應形成雙團塊共聚物。可以理解的是,由於
tBMA與
iBMA兩種單體係依序反應而非同時反應,因此形成之共聚物為雙團塊共聚物而非無規共聚物。上述聚合機制即ATRP,其反應如下:
在上述反應中,Ini、Ini'、R
1、R
2、m、n、x、與B的定義同前述,在此不再贅述。
在一些實施例中,前述之粉體包括碳材、顏料、金屬、金屬氧化物、或上述之組合。舉例來說,碳材可包括碳黑、石墨、石墨烯、奈米碳管、富勒烯、或其他合適之碳材、或上述之組合。顏料可為黃色顏料如鎘黃(PY35, C.I.77205, CAS# 12237-67-1)、鈦鎳黃(PY53, C.I.77788, CAS#8007-18-9)、鐠鋯黃(PY159, C.I.77997, CAS#68187-15-5)、鉻鈦黃(PY162, C.I.77896, CAS#68611-42-7; PY163, C.I.77897, CAS# 68186-92-5)、或鉍黃(PY184, C.I.771740, CAS# 14059- 33-7)。顏料可為洋紅色顏料如鐵紅(PR101, C.I.77491, CAS# 1317-60-8)、鎘紅(PR108, C.I.77202, CAS#58339-34-7)、鉛鉻紅(PR104, C.I.77605, CAS#12656-85-8;PR105, C.I.77578, CAS#1314-41-6)、或鐵鋯紅(PR232, C.I.77996, CAS#68412- 79-3)。顏料可為青色顏料如鈷藍 (PB28, C.I.77364, CAS# 68187-40-6)和鈷鉻藍(PB36, C.I.77343, CAS#68187-11-1)。顏料可為黑色顏料如錳鐵黑(PBK26, C.I.77494, CAS# 68186-94-7;PBK33, C.I.77537, CAS #75864-23-2)、鈷鐵鉻黑(PBK27, C.I.77502, CAS#68186-97-0)、銅鉻黑(PBK28, C.I.77428, CAS#68186-91-4) 、鉻鐵黑(PBK30, C.I.77504, CAS#71631-15-7)、或鈦黑(PBK35, C.I.77890, CAS# 70248-09-8)。顏料可為白色無機顏料如鈦白(PW6, C.I.77891, CAS#13463-67-7)、鋯白(PW12, C.I.77990, CAS#1314- 23-4)、或鋅白(PW4, C.I.77947, CAS#1314-13-2)。顏料可為橘色顏料如鎘橘(PO20, C.I.77199, CAS#12656-57-4)和橘鉻黄(PO21, C.I.77601, CAS#1344-38-3)。顏料可為綠色顏料如鉻綠(PG17, C.I.77288, CAS#1308-38-9)、鈷綠(PG19, C.I.77335, CAS#8011-87-8)、鈷鉻綠 (PG26, C.I.77344, CAS#68187- 49-5)、或鈷鈦綠(PG50, C.I.77377, CAS#68186-85-6)。顏料亦可為其他合適顏料,而不侷限於上述顏料。
在一些實施例中,粉體的平均粒徑可為100 nm至550 nm,例如100 nm至350 nm。一般而言,顏料粉體的平均粒徑越小越好。此外,上述分散液在室溫下存放半年以上,其粉體粒徑仍能維持而未大幅改變,顯見上述分散液的穩定性極佳。在一些實施例中,前述的極性溶劑包括水、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇丁醚、四乙二醇二甲醚、或上述之組合。
本揭露一實施例提供之油墨,包括:上述分散液以及樹脂,且分散液與樹脂的重量比為100:10至100:120。樹脂可包括聚丙烯樹脂、聚氨酯樹脂、或上述之組合。若樹脂的比例過低,則粉體附著性變差。若樹脂的比例過高,則粉體性質不易展現出來。舉例來說,可取市售黏合劑如VSR-50 (購自陶氏化學)、ESP-2293 (購自ESP materials)、SP3901 (購自基立化學)、與2026c (購自六和化工)與分散液混合以形成油墨。在一些實施例中,油墨中的粉體平均粒徑為100 nm至550 nm。一般而言,若油墨中的粉體平均粒徑遠大於分散液中的粉體平均粒徑,則表示分散劑與樹脂的相容性不佳。在一些實施例中,油墨中的粉體平均粒徑與分散液中的粉體平均粒徑之間的差異,可小於5 %。
為讓本揭露之上述內容和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂,下文特舉出較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
[實施例]
在下述實施例中,分散液或油墨中的粉體粒徑如D
ave、D
95、與D
100的量測方法為ISO-13320 標準方法。
合成例1 (DBDI-01)
將
N,N,N',N',N''-五甲基二乙三胺(PMDETA,7.90 g,45.59 mmole)溶於四氫呋喃(THF,65 mL)後,將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將CuBr (6.54 g,45.59 mmole)加入溶液後攪拌均勻。接著將CuBr
2(2.04 g,9.12 mmole)加入THF溶液後攪拌均勻。
將甲基丙烯酸第三丁酯(
tBMA,77.80 g,547.12 mmole)與對甲基苯基磺醯氯(
p-TsCl,8.69 g,45.59 mmole)溶於THF (65 mL),並將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將此溶液加入 PMDETA溶液後,在氮氣下加熱上述反應物至40℃反應約18小時,形成P
tBMA。上述聚合機制即原子轉移自由基聚合(ATRP),其反應如下:
將氮氣通入甲基丙烯酸異丁酯(
iBMA,77.80 g,547.12 mmole)中除氧,接著將除氧後的
iBMA加入P
tBMA溶液,在氮氣下加熱上述反應物至40℃反應約24小時,形成雙團塊共聚物P
tBMA-
b-P
iBMA。可以理解的是,由於
tBMA與
iBMA兩種單體係依序反應而非同時反應,因此形成之共聚物為雙團塊共聚物而非無規共聚物。上述聚合機制即ATRP,其反應如下:
上述反應冷卻後,以中性氧化鋁管柱過濾上述反應後之粗產物溶液,並以正己烷再沉澱濾液,並收集白色固體(P
tBMA-
b-P
iBMA),上述產物之Mw約為6600,Mn為4300,且PDI為1.5。在上式中,m=10,n=19。
接著取P
tBMA-
b-P
iBMA (100 g,23.25 mmol)與二噁烷(120 mL)於氮氣下混合攪拌,再將鹽酸(11.0 mL,128 mmol)加入上述混合液後,加熱至85℃反應18小時。冷卻反應後,濃縮除去溶劑。取THF溶解粗產物至具低黏度流動性後,過濾掉不溶物。再將溶液加入正己烷中再沈澱,並過濾取濾餅。乾燥濾餅後,即得白色固體PMAA-
b-P
iBMA (酸價約200~215 mg KOH/g)。PMAA-
b-P
iBMA之Mw=4900,Mn=2700,且 PDI=1.8。接著將60 g 之PMAA-
b-P
iBMA粉末攪拌分散於267 mL的去離子水中,滴入28%之氨水溶液(14.9 g)至上述分散液中,再加熱至70℃反應5小時。完全溶解後,以氨水將上述溶液之pH值調整至8以上,即得雙團塊共聚物DBDI-01 (固含量: 18.2 wt%)。上述反應如下:
合成例2 (DBDI-02)
將PMDETA (7.90 g,45.59 mmole)溶於THF (65 mL)後,將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將CuBr (6.54 g,45.59 mmole)加入溶液後攪拌均勻。接著將CuBr
2(2.04 g,9.12 mmole)加入THF溶液後攪拌均勻。
將
tBMA (77.80 g,547.12 mmole)與
p-TsCl (8.69 g,45.59 mmole)溶於THF (65 mL),並將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將此溶液加入PMDETA溶液後,在氮氣下加熱上述反應物至40℃反應18小時,形成P
tBMA。上述聚合機制即原子轉移自由基聚合(ATRP),其反應如下:
將氮氣通入
iBMA (38.90 g,273.56 mmole)中除氧,接著將除氧後的
iBMA加入P
tBMA溶液中,在氮氣下加熱上述反應物至40 ℃反應24小時,形成雙團塊共聚物P
tBMA-
b-P
iBMA。可以理解的是,由於
tBMA與
iBMA兩種單體係依序反應而非同時反應,因此形成之共聚物為雙團塊共聚物而非無規共聚物。上述聚合機制即ATRP,其反應如下:
上述反應冷卻後,以中性氧化鋁管柱過濾上述反應後之粗產物溶液,並以正己烷再沉澱濾液,並收集白色固體(P
tBMA-
b-P
iBMA)。上述產物之Mw為3800,Mn為2500,且PDI為1.5。在上式中,m=10,n=6。
接著取P
tBMA-
b-P
iBMA (70 g,28.00 mmol)與二噁烷(140 mL)於氮氣下混合攪拌,再將鹽酸(23.0 mL,140 mmol)加入上述混合液後,加熱至85℃反應18小時。冷卻反應後,濃縮除去溶劑。取THF溶解粗產物至具低黏度流動性後,過濾掉不溶物。再將溶液加入正己烷中再沈澱,並過濾取濾餅。乾燥濾餅後,即得白色固體PMAA-
b-P
iBMA (酸價約280~305 mg KOH/g)。PMAA-
b-P
iBMA之Mw=2100,Mn=1400,且 PDI=1.5。接著將30 g 之PMAA-
b-P
iBMA粉末攪拌分散於72 mL的去離子水中,滴入28 %之氨水溶液(11 g)至上述分散液中,再加熱至70℃反應5小時。完全溶解後,以氨水將上述溶液之pH值調整至8以上,即得雙團塊共聚物DBDI-02 (固含量: 26.8 wt%)。上述反應如下:
合成例3 (DBDT-01)
將PMDETA (12.18 g,70.32 mmole)溶於THF (65 mL)後,將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將CuBr (10.08 g,70.32 mmole)加入溶液後攪拌均勻。接著將CuBr
2(3.14 g,14.06 mmole)加入THF溶液後攪拌均勻。
將
tBMA (100 g,703.23 mmole)、
p-TsCl (13.40 g,70.32 mmole)溶於THF (65 mL),並將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將此溶液加入PMDETA溶液後,在氮氣下加熱上述反應物至40℃反應22小時,形成P
tBMA。上述聚合機制即ATRP,其反應式如下式所示:
將氮氣通入甲基丙烯酸四氫呋喃酯(THFMA,119.70 g,703.23 mmole)中除氧,接著將除氧後的THFMA加入P
tBMA溶液,在氮氣下加熱上述反應物至40℃反應24小時,形成雙團塊共聚物P
tBMA-
b-PTHFMA。可以理解的是,由於
tBMA與THFMA兩種單體係依序反應而非同時反應,因此形成之共聚物為雙團塊共聚物而非無規共聚物。上述聚合機制即ATRP,其反應如下:
上述反應冷卻後,以中性氧化鋁管柱過濾上述反應後之粗產物溶液,並以正己烷再沉澱濾液,並收集白色固體(P
tBMA-
b-PTHFMA)。上述產物之Mw為3600,Mn為2400,且PDI為1.5。在上式中,m=9,n=5。
接著取P
tBMA-
b-PTHFMA (151 g,64.01 mmol)與二噁烷(300 mL)於氮氣下混合攪拌,再將鹽酸(27.5 mL,320 mmol)加入上述混合液後,加熱至85℃反應18小時。冷卻反應後,濃縮除去溶劑。取THF溶解粗產物至具低黏度流動性後,過濾掉不溶物。再將溶液加入正己烷中再沈澱,並過濾取濾餅。乾燥濾餅後,即得白色固體PMAA-
b-PTHFMA (酸價為210~215 mg KOH/g)。PMAA-
b-PTHFMA之Mw=2700,Mn=1800,且 PDI=1.5。接著將60 g 之PMAA-
b-PTHFMA粉末攪拌分散於60 mL的去離子水中,滴入28 %之氨水溶液(15.2 g)至上述分散液中,再加熱至70 ℃反應5小時。完全溶解後,以氨水將上述溶液之pH值調整至8以上,即得雙團塊共聚物DBDT-01 (固含量: 45 wt%)。上述反應如下:
合成例4 (DBMA-01)
將PMDETA (12.18 g,70.32 mmole)溶於THF (65 mL)後,將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將CuBr (10.08 g,70.32 mmole)加入溶液後攪拌均勻。接著將CuBr
2(3.14 g,14.06 mmole)加入THF溶液後攪拌均勻。
將雙頸瓶抽真空通氮氣後,加入
tBMA (100 g,703.23 mmole)、
p-TsCl (13.40 g,70.32 mmole)、與THF (85 mL),並將氮氣通入THF溶液中除氧。接著將此溶液加入PMDETA溶液中後,在氮氣下加熱上述反應物至40 ℃反應7小時,形成P
tBMA。上述聚合機制即ATRP,其反應式如下式所示:
將氮氣通入甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA,113.22 g,843.88 mmole)中除氧,接著將除氧後的THFMA加入P
tBMA溶液中後,在氮氣下加熱上述反應物至40 ℃反應18小時,形成雙團塊共聚物P
tBMA-
b-PHEMA。可以理解的是,由於
tBMA與HEMA兩種單體係依序反應而非同時反應,因此形成之共聚物為雙團塊共聚物而非無規共聚物。上述聚合機制即ATRP,其反應如下:
上述反應冷卻後,以中性氧化鋁管柱過濾上述反應後之粗產物溶液,並以正己烷再沉澱濾液,並收集白色固體(P
tBMA-
b-PHEMA)。上述產物之Mw為4100,Mn為2800,且PDI為1.5。在上式中,m=11,n=7。
接著取P
tBMA-
b-PHEMA (120 g,42.86 mmol)與二噁烷(250 mL)於氮氣下混合攪拌,再將鹽酸(17.9 mL,214 mmol)加入上述混合液後,加熱至85 ℃反應18小時。冷卻反應後,濃縮除去溶劑。取THF溶解粗產物至具低黏度流動性後,過濾掉不溶物。再將溶液加入正己烷中再沈澱,並過濾取濾餅。乾燥濾餅後,即得白色固體PMAA-
b-PHEMA (酸價為230~250 mg KOH/g)。PMAA-
b-PHEMA之Mw=3500,Mn=2300,且 PDI=1.5。接著將60 g 之PMAA-
b-PHEMA粉末攪拌分散於93 mL的去離子水中,滴入28 %之氨水溶液(17.1 g)至上述分散液中,再加熱至70 ℃反應5小時。溶解完全後,以氨水將上述溶液之pH值調整至8以上,即得雙團塊共聚物DBMA-01 (固含量: 35.5 wt%)。上述反應如下:
實施例1
取1.68 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加15.32 g的水攪拌溶解後,加入3 g的碳黑(XC72R,購自Cabot)後,並持續攪拌以得到碳黑分散液WB38,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為305 nm,D
95為689 nm。碳黑分散液WB38的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.15,且流動性佳。
取1.38 g的聚氨酯樹脂(2026C,購自六和化工)與4.61 g的碳黑分散液WB38混合後,攪拌得到導電油墨,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為307 nm (ΔD
ave=2 nm),且D
95為694 nm。以44號線棒將導電油墨塗佈於PET膜上,加熱到150℃並烘烤30分鐘以得到導電層。以四點探針導電度計(5601Y,購自Quatek Co.,Ltd.)量測導電層的片電阻(31 Ω/□/mil),並以高精度厚度計(sylvac D50S顯示器,製造商sylvac)量測導電層的厚度且推算導電層的體電阻(78 mΩ.cm)。
實施例2
取1.00 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑、加24.50 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌以得到碳黑分散液WB24,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為333 nm,D
95為918 nm。碳黑分散液WB24的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.10,且流動性佳。
取2.30 g的樹脂(2026C)與7.68 g的碳黑分散液WB24混合後,攪拌得到導電油墨,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為310 nm (ΔD
ave=-23 nm),且D
95為718 nm。以44號線棒將導電油墨塗佈於PET膜上,加熱到150℃並烘烤30分鐘以得導電層。以四點探針導電度計(5601Y)量測導電層的片電阻(34 Ω/□/mil),並以高精度厚度計(sylvac D50S)量測導電層的厚度且推算導電層的體電阻(86 mΩ.cm)。
實施例3
取1.50 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑、加24.00 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌以得到碳黑分散液WB25,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為315 nm,D
95為757 nm。碳黑分散液WB25的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.15,且流動性佳。
取2.30 g的樹脂(2026C)與7.68 g的碳黑分散液WB25混合後,攪拌得到導電油墨,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為329 nm (ΔD
ave=14 nm),且D
95為933 nm。以44號線棒將導電油墨塗佈於PET膜上,加熱到150℃並烘烤30分鐘以得導電層。以四點探針導電度計(5601Y)量測導電層的片電阻(39 Ω/□/mil),並以高精度厚度計(sylvac D50S)量測導電層的厚度且推算導電層的體電阻(99 mΩ.cm)。
實施例4
取1.99 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑、加23.51 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌以得到碳黑分散液WB26,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為317 nm,且D
95為861 nm。碳黑分散液WB26的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.20,且流動性佳。
取2.30 g的樹脂(2026C)與7.68 g的碳黑分散液WB26混合後,攪拌得到導電油墨,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為313 nm (ΔD
ave=-4 nm),D
95為595 nm。以44號線棒將導電油墨塗佈於PET膜上,加熱到150 ℃並烘烤30分鐘以得導電層。以四點探針導電度計(5601Y)量測導電層的片電阻(86 Ω/□/mil),並以高精度厚度計(sylvac D50S)量測導電層的厚度且推算導電層的體電阻(218 mΩ.cm)。
實施例5
取0.85 g的雙團塊共聚物DBMA-01作為分散劑、加16.15 g的水並攪拌溶解後,加入3 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌以得到碳黑分散液WB39,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為330 nm,D
95為814 nm。碳黑分散液WB39的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.10,且流動性佳。
取1.38 g的樹脂(2026C)與4.61 g的碳黑分散液WB39混合後,攪拌得到導電油墨,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為536 nm (ΔD
ave=206 nm),D
95為1260 nm。以44號線棒將導電油墨塗佈於PET膜上,加熱到150℃並烘烤30分鐘以得導電層。以四點探針導電度計(5601Y)量測導電層的片電阻(55 Ω/□/mil),並以高精度厚度計(sylvac D50S)量測導電層的厚度且推算導電層的體電阻(139 mΩ.cm)。
比較例1
取1.65 g的雙團塊共聚物DBDI-01作為分散劑、加15.35 g的水並攪拌溶解後,加入3 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌以得到混合物WB44。混合物WB44的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.10,但無法分散呈現膠態。
比較例2
取1.69 g的市售分散劑BYK2015 (固含量40 wt%,購自BYK)、加23.81 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌以後得到混合物WB27。混合物WB27的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.15,無法分散呈現膠態。
比較例3
取2.25 g的市售分散劑BYK2015、加23.25 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌得到碳黑分散液WB28,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為406 nm,D
95為1180 nm。碳黑分散液WB28的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.20,流動性差。
取2.30 g的樹脂(2026C)與7.68 g的碳黑分散液WB28混合後,攪拌得到導電油墨,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為346 nm (ΔD
ave=-60 nm),D
95為1290 nm。以44號線棒將導電油墨塗佈於PET膜上,加熱到150℃並烘烤30分鐘以得導電層。以四點探針導電度計(5601Y)量測導電層的片電阻(143 Ω/□/mil),並以高精度厚度計(sylvac D50S)量測導電層的厚度且推算導電層的體電阻(363 mΩ.cm)。
比較例4
取4.50 g的市售分散劑BYK2015、加21.00 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(XC72R)後,並持續攪拌得到碳黑分散液WB29,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為330 nm,D
95為725 nm。碳黑分散液WB29的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.40,且流動性佳。
取2.30 g的樹脂(2026C)與7.68 g的碳黑分散液WB29混合後,攪拌得到導電油墨,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為319 nm (ΔD
ave=-11 nm),D
95為766 nm。以44號線棒將導電油墨塗佈於PET膜上,加熱到150 ℃並烘烤30分鐘以得導電層。以四點探針導電度計(5601Y)量測導電層的片電阻(126 Ω/□/mil),並以高精度厚度計(sylvac D50S)量測導電層的厚度且推算導電層的體電阻(320 mΩ.cm)。
由實施例1至5與比較例1至4的比較可知,實施例的分散劑用量少(D/P=0.10~0.15)即具有好的分散性(D
ave= 305~333 nm)。此外,實施例的導電層之導電性大幅提升,片電阻大幅降低。
實施例6
取2.50 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑,加23.00 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(EMPEROR
®2000,購自Cabot),再攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K151a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為76 nm,D
100為396 nm。碳黑分散液K151a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.25,碳黑含量為15 wt%。
取3.0 g的碳黑分散液K151a置入60℃的烘箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為74 nm (ΔD
ave=-2 nm),D
100為295 nm。取3.0 g的碳黑分散液K151a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為71 nm (ΔD
ave=-5 nm),D
100為295 nm。
實施例7
取3.33 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑,加20.67 g的水並攪拌溶解後,加入6.0 g的碳黑(EMPEROR
®2000),再攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K152a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為91 nm,D
100為396 nm。碳黑分散液K152a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.25,碳黑含量為20 wt%。
取3.0 g的碳黑分散液K152a置入60℃的烘箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為98 nm (ΔD
ave=7 nm),且D
100為396 nm。取3.0 g的碳黑分散液K152a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為96 nm (ΔD
ave=5 nm),D
100為396 nm。
實施例8
取3.36 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加22.14 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(EMPEROR
®2000)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K153a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為80 nm,D
100為342 nm。碳黑分散液K153a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.20,碳黑含量為15 wt%。
取3.0 g的碳黑分散液K153a置入60℃的烘箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為84 nm (ΔD
ave=4 nm),D
100為531 nm。取3.0 g的碳黑分散液K153a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為92 nm (ΔD
ave=12 nm),D
100為342 nm。
實施例9
取5.71 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加18.29 g的水並攪拌溶解後,加入6.0 g的碳黑(EMPEROR
®2000)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K154a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為102 nm,D
100為459 nm。碳黑分散液K154a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.20,碳黑含量為20 wt%。
取3.0 g的碳黑分散液K154a置入60℃的烘箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為102 nm (ΔD
ave=0 nm),D
100為459 nm。取3.0 g的碳黑分散液K154a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為106 nm (ΔD
ave=4 nm),D
100為615 nm。
實施例10
取2.52 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加22.98 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(EMPEROR
®2000)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K147a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為76 nm,D
100為255 nm。碳黑分散液K147a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.15,碳黑含量為15 wt%。
取3.0 g的碳黑分散液K147a置入60℃的烘箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為89 nm (ΔD
ave=13 nm),D
100為396 nm。取3.0 g的碳黑分散液K147a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為111 nm (ΔD
ave=35 nm),D
100為531 nm。
比較例5
取6.75 g的市售分散劑BYK2015,加18.75 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(EMPEROR
®2000)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K179a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為63 nm,D
100為295 nm。碳黑分散液K179a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.60,碳黑含量為15wt%。值得注意的是,若此碳黑分散液的分散劑與碳黑的重量比(D/P)降低到0.4或更低,則會膠化(Gel)而無法流動。
取3.0 g的碳黑分散液K179a置入60℃的烘箱中7天之後膠化無法流動。取3.0 g的碳黑分散液K179a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為77 nm (ΔD
ave=14 nm),D
100為6440 nm。
比較例6
取7.88 g的市售分散劑BYK2012 (購自BYK),加17.63 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(EMPEROR
®2000)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K184a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為134 nm,D
100為615 nm。碳黑分散液K184a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.70,碳黑含量為15wt%。值得注意的是,若此碳黑分散液的分散劑與碳黑的重量比(D/P)降低到0.5或更低,則會膠化(Gel)而無法流動。
取3.0 g的碳黑分散液K184a置入60℃的烘箱中7天之後呈現膠化。取3.0 g的碳黑分散液K184a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後呈現膠化。
比較例7
取9.00 g的市售分散劑BYK2010 (購自BYK),加16.50 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(EMPEROR
®2000)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K188a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為105 nm, D
100為396 nm。碳黑分散液K188a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.80,碳黑含量為15wt%。值得注意的是,若此碳黑分散液的分散劑與碳黑的重量比(D/P)降低到0.5或更低,則會膠化(Gel)而無法流動。
取3.0 g的碳黑分散液K188a置入60℃的烘箱中7天之後呈現膠化無法流動。取3.0 g的碳黑分散液K188a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為105 nm (ΔD
ave=0 nm), D
100為615 nm。
比較例8
取3.65 g的市售分散劑BYK9151 (購自BYK),加21.85 g的水並攪拌溶解後,加入4.5 g的碳黑(EMPEROR
®2000)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得碳黑分散液K189a,其碳黑的平均粒徑(D
ave)為135 nm, D
100為615 nm。碳黑分散液K189a的分散劑與碳黑的重量比(D/P)為0.80,且碳黑含量為15wt%。值得注意的是,若此碳黑分散液的分散劑與碳黑的重量比(D/P)降低到0.5或更低,則會膠化(Gel)而無法流動。
取3.0 g的碳黑分散液K189a置入60℃的烘箱中7天之後呈現膠化。取3.0 g的碳黑分散液K189a與0.53g的1,2-丙二醇(作為抗凍劑)置入-17℃的冰箱中7天之後呈現膠化。
由實施例6至10與比較例5至8的比較可知,實施例的分散劑在較少使用量(D/P=0.15~0.25)的情形下,即可分散高比表面積碳黑達20 wt%,且熱儲存及低溫儲存的安定性佳。
實施例11
取1.00 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑,加14.00 g的水並攪拌溶解後,加入15.00 g的鈦白(TiO
2,CR828,購自製造商TRONOX)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得鈦白分散液LAW184,其鈦白的平均粒徑(D
ave)為464 nm, D
95為930 nm,粒徑分布(D
95/D
ave)為2.00。
實施例12
取1.68 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加13.32 g的水並攪拌溶解後,加入15.00 g的鈦白(CR828)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得鈦白分散液LAW206,其鈦白的平均粒徑(D
ave)為278 nm,D
95為524 nm,粒徑分布(D
95/D
ave)為1.88。
比較例9
取1.13 g的市售分散劑BYK2015,加13.88 g的水並攪拌溶解後,加入15.00 g的鈦白(CR828)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得鈦白分散液LAW211,其鈦白的平均粒徑(D
ave)為883 nm, D
95為4710 nm,粒徑分布(D
95/D
ave)為5.33。
由實施例11及12與比較例9的比較可知,使用實施例的分散劑分散鈦白,所得到的分散液其鈦白的粒徑較小且分布較窄,顯示分散效果較佳。
實施例13
取2.50 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑,加17.00 g的水與3.00 g的1,2-丙二醇攪拌溶解後,加入7.50 g的藍色顏料(B-432,購自福大顏料)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得藍色分散液B07,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為122 nm, D
100為396 nm。藍色分散液B07的分散劑與藍色顏料的重量比(D/P)為0.15,藍色顏料含量為25 wt%。
取3.0 g的藍色分散液B07置入60℃的烘箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為117 nm (ΔD
ave=-5 nm), D
100為396 nm。取3.0 g的藍色分散液B07置入-17℃的冰箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為120 nm (ΔD
ave=-2 nm), D
100為342 nm。
實施例14
取4.20 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加15.30 g的水與3.00 g的1,2-丙二醇攪拌溶解後,加入7.50 g的藍色顏料(B-432)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得藍色分散液B08,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為118 nm, D
100為459 nm。藍色分散液B08的分散劑與藍色顏料的重量比(D/P)為0.15,藍色顏料含量為25 wt%。
取3.0 g的藍色分散液B08置入60℃的烘箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為126 nm (ΔD
ave=8 nm),且D
100為531 nm。取3.0 g的藍色分散液B08置入-17℃的冰箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為122 nm (ΔD
ave=4 nm), D
100為531 nm。
實施例15
取5.60 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加13.90 g的水與3.00 g的1,2-丙二醇攪拌溶解後,加入7.50 g的藍色顏料(B-432)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得藍色分散液B09,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為125 nm, D
100為396 nm。藍色分散液B09的分散劑與藍色顏料的重量比(D/P)為0.20,藍色顏料含量為25 wt%。
取3.0 g的藍色分散液B09置入60℃的烘箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為140 nm (ΔD
ave=15 nm), D
100為459 nm。取3.0 g的藍色分散液B09置入-17℃的冰箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為126 nm (ΔD
ave=1 nm), D
100為396 nm。
實施例16
取3.33 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑,加17.67 g的水與3.00 g的1,2-丙二醇攪拌溶解後,加入6.00 g的黃色顏料(Y-310,購自大福顏料)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得黃色分散液Y08,其黃色顏料的平均粒徑(D
ave)為138 nm, D
100為459 nm。黃色分散液Y08的分散劑與黃色顏料的重量比(D/P)為0.25,黃色顏料含量為18 wt%。
取3.0 g的黃色分散液Y08置入60℃的烘箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為134 nm (ΔD
ave=-4 nm), D
100為459 nm。取3.0 g的黃色分散液Y08置入-17℃的冰箱中7天之後,其黃色顏料的平均粒徑(D
ave)為138 nm (ΔD
ave=0 nm), D
100為459 nm。
實施例17
取6.72 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加14.28 g的水與3.00 g的1,2-丙二醇攪拌溶解後,加入6.00 g的黃色顏料(Y-310),再攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得黃色分散液Y10,其黃色顏料的平均粒徑(D
ave)為153 nm, D
100為459 nm。黃色分散液Y10的分散劑與黃色顏料的重量比(D/P)為0.30,黃色顏料含量為20 wt%。
取3.0 g的黃色分散液Y10置入60℃的烘箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為171 nm (ΔD
ave=18 nm), D
100為459 nm。取3.0 g的黃色分散液Y10置入-17℃的冰箱中7天之後,其黃色顏料的平均粒徑(D
ave)為184 nm (ΔD
ave=31 nm), D
100為531 nm。
實施例18
取4.00 g的雙團塊共聚物DBDT-01作為分散劑,加17.00 g的水與3.00 g的1,2-丙二醇攪拌溶解後,加入6.00 g的紅色顏料(R-220,購自大福顏料)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得紅色分散液R09,其紅色顏料的平均粒徑(D
ave)為130 nm, D
100為459 nm。紅色分散液R09的分散劑與紅色顏料的重量比(D/P)為0.30,紅色顏料含量為20 wt%。
取3.0 g的紅色分散液R09置入60℃的烘箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為126 nm (ΔD
ave=-4 nm), D
100為459 nm。取3.0 g的紅色分散液R09置入-17℃的冰箱中7天之後,其紅色顏料的平均粒徑(D
ave)為130 nm (ΔD
ave=0 nm), D
100為459 nm。
實施例19
取5.60 g的雙團塊共聚物DBDI-02作為分散劑,加15.40 g的水與3.00 g的1,2-丙二醇攪拌溶解後,加入6.00 g的紅色顏料(R-220)攪拌0.5小時。取出磁石後加入60 g的鋯珠(尺寸: 0.2 mm)並進行震盪分散8小時,震盪完成後以濾孔尺寸為25 μm的濾布過濾以得紅色分散液R10,其紅色顏料的平均粒徑(D
ave)為132 nm, D
100為459 nm。紅色分散液R10的分散劑與紅色顏料的重量比(D/P)為0.25,紅色顏料含量為20 wt%。
取3.0 g的紅色分散液R10置入60℃的烘箱中7天之後,其藍色顏料的平均粒徑(D
ave)為128 nm (ΔD
ave=-4 nm), D
100為459 nm。取3.0 g的紅色分散液R10置入-17℃的冰箱中7天之後,其紅色顏料的平均粒徑(D
ave)為132 nm (ΔD
ave=0 nm), D
100為459 nm。
由實施例13至19可知,實施例的分散劑可用於分散顏料,且所得到的分散液其熱儲存及低溫儲存的安定性佳。
雖然本揭露已以數個較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本揭露,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本揭露之精神和範圍內,當可作任意之更動與潤飾,因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
無。
無。
無。
Claims (10)
- 如請求項1之分散液,其中該粉體包括碳材、顏料、金屬、金屬氧化物、或上述之組合。
- 如請求項2之分散液,其中該碳材包括碳黑、石墨、石墨烯、奈米碳管、富勒烯、或上述之組合。
- 如請求項1之分散液,其中該粉體的平均粒徑為100 nm至550 nm。
- 如請求項1之分散液,其中該極性溶劑包括水、二乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、乙二醇丁醚、四乙二醇二甲醚、或上述之組合。
- 如請求項6之油墨,其中該樹脂包括聚丙烯樹脂、聚氨酯樹脂、或上述之組合。
- 如請求項6之油墨,其中該粉體包括碳材、顏料、金屬、金屬氧化物、或上述之組合。
- 如請求項8之油墨,其中該碳材包括碳黑、石墨、石墨烯、奈米碳管、富勒烯、或上述之組合。
- 如請求項6之油墨,其中該粉體的平均粒徑為100 nm至550 nm。
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