Formuła przewodzącego atramentu srebrnego: jak płynne dodatki jonowe poprawiają wydajność

Przewodzący atrament srebrny to cichy koń pociągowy stojący za rosnącą gamą produktów: antenami RFID, przełącznikami membranowymi, obwodami elastycznymi, czujnikami medycznymi, panelami dotykowymi i szynami fotowoltaicznymi. Niezależnie od zastosowania, atrament musi spełniać trzy funkcje jednocześnie — drukować czysto, utwardzać się, tworząc wysoce przewodzącą warstwę i zachować stabilność na półce przez wiele miesięcy. Ta kombinacja jest trudniejsza do osiągnięcia, niż się wydaje, a większość trudności tkwi w pakiecie dodatków, a nie w samym srebrze.

Firma Ldet Energy Technology opracowuje ciecze jonowe i dodatki funkcjonalne od 2009 roku. W tym artykule opisano, czego się dowiedzieliśmy o tym, gdzie ciecze jonowe rzeczywiście pomagają producentom atramentów srebrnych, a gdzie nie, i jak szybko je monitorować w ramach programu rozwojowego.

Co sprawia, że ​​przewodzący srebrny atrament jest tak wymagający?

Typowy srebrny atrament do sitodruku zawiera wagowo od 60 do 85 procent srebra, zwykle w postaci płatków, kulek lub mieszanki obu. Cała reszta to układ nośnikowy: rozpuszczalnik, spoiwo polimerowe, środek dyspergujący i niewielkie ilości modyfikatorów reologii, promotorów przyczepności i utwardzaczy. Srebro jest gęste i przy tym obciążeniu cząsteczki chcą się osadzić, zgrupować i utworzyć mostki, tworząc aglomeraty, które zatykają siatki i tworzą ścieżki oporowe.

Następnie jest budżet cieplny. Srebro luzem topi się w pobliżu 961°C, a płatki w skali mikronowej potrzebują znacznie ponad 150°C, aby utworzyć przewodzące szyjki. Wiele podłoży, na których najbardziej zależy ludziom — PET, poliimid, papier, termoplastyczny poliuretan — nie toleruje długo tego rodzaju ciepła. Dlatego od formulatora wymaga się zapewnienia przewodności objętościowej w temperaturach, które substrat faktycznie może przetrwać.

Trzy problemy decydujące o tym, czy srebrny atrament działa

Dyspersja i trwałość

Aglomeracja rozpoczyna się w chwili, gdy srebro spotyka się z wehikułem. Dobry środek dyspergujący adsorbuje się na powierzchni metalu, zapewnia odpychanie steryczne lub elektrostatyczne i zapobiega wzrostowi lepkości podczas przechowywania. Kiedy dyspersja jest słaba, zauważa się to najpierw w postaci osadu i zatykania ekranu, a później w postaci plam oporowych w utwardzonej warstwie.

Spiekanie w niskiej temperaturze

Przewodnictwo pojawia się tylko wtedy, gdy sąsiednie cząstki tworzą metalowe mostki. Wszystko, co obniża efektywny początek spiekania – bez pozostawiania resztek izolacyjnych – jest cenne. To tutaj starannie dobrane dodatki jonowe zyskują swoje miejsce w preparacie.

Przyczepność i kompatybilność z podłożem

Folia przewodząca, która odrywa się podczas testowania taśmy lub wielokrotnego zginania, jest folią nieudaną. Przyczepność zależy od dopasowania energii powierzchniowej farby do podłoża oraz od zachowania spoiwa i dodatków podczas schnięcia folii.

Gdzie ciecze jonowe zmieniają równanie

Ciecze jonowe to sole, które pozostają ciekłe w temperaturze poniżej 100°C. Mają znikomą prężność pary, wysoką stabilność termiczną i strukturę, którą można dostrajać niemal cząsteczka po cząsteczce. Dla twórców atramentów srebrnych wyróżniają się trzy praktyczne role: środki dyspergujące, które pokrywają srebrną powierzchnię i oddzielają cząsteczki, środki spiekające, które sprzyjają przewężaniu między cząsteczkami w niższych temperaturach oraz modyfikatory zwilżania lub przewodności, które dostosowują zachowanie drukowanej folii.

Jeśli sama chemia jest dla Ciebie nowa, nasz przegląd czym są ciecze jonowe i jak działają to przydatny punkt wyjścia przed rozpoczęciem sprawdzania kandydatów.

Dostosowani producenci cieczy jonowych Bromek 1-etylo-3-metyloimidazoliowy Zobacz produkt →

Odczytywanie kationu i anionu jak formulator

Prawie każda właściwość cieczy jonowej istotna dla atramentu – lepkość, hydrofilowość, stabilność termiczna, okno elektrochemiczne – wynika z połączenia kationu z anionem. Zmiana któregokolwiek z nich zmienia kształt całego dodatku. W praktyce najczęściej ocenianymi rodzinami kationów w preparatach przewodzących są:

• Sole imidazoliowe, w tym typy mono-, di- i tri-podstawione, cenione ze względu na stabilność termiczną i przestrajalną polaryzację
• Sole pirydyniowe i pirolidyniowe o dużej stabilności elektrochemicznej
• Sole piperydyniowe i czwartorzędowe sole amoniowe o niskiej lepkości i użytecznej aktywności powierzchniowej
• Czwartorzędowe sole fosfoniowe do wymagających procesów wysokotemperaturowych
• Kationy funkcjonalizowane hydroksylowo i eterowo do kontroli zwilżania i przyczepności

Po stronie anionów halogenki, tetrafluoroboran, heksafluorofosforan, triflat i aniony na bazie imidów pokrywają większość zakresu polarności i stabilności, jakiego potrzebuje atrament srebrny. Gdy preparat wymaga określonej lepkości, profilu utwardzania lub wrażliwości na wilgoć, funkcjonalizowany kation – na przykład zawierający grupę hydroksylową – jest często najszybszą drogą do lepszego zwilżania i przyczepności do podłoży z tworzyw sztucznych.

Producenci cieczy hydroksylowo-jonowych Tetrafluoroboran 1-hydroksyetylo-3-metyloimidazolu Zobacz produkt →

Testy wydajności do śledzenia podczas opracowywania

Przesiewanie addytywne staje się znacznie szybsze, gdy ustalisz plan pomiarów przed pierwszą próbą. Poniższa tabela przedstawia parametry, które nasz zespół ds. zastosowań sprawdza wraz z klientami na wczesnym etapie prac nad recepturą.

Reologia i drukowalność: przeoczony środek

Atramenty srebrne to płyny rozrzedzające się pod wpływem ścinania, a drukarki polegają na tym zachowaniu: niska lepkość pod raklem lub dyszą, natychmiastowy powrót do strukturalnej warstwy. Dodatki zakłócające siatkę spoiwa mogą zepsuć definicję krawędzi. Dodatki polimerowe i oligomeryczne są tutaj łagodniejsze, ponieważ ich większa objętość cząsteczkowa pozwala na regulację przepływu bez gwałtownej zmiany polarności cieczy.

Nasza gama polimerowych cieczy jonowych została opracowana właśnie z tego powodu — aby zapewnić formulatorom przestrajalne modyfikatory reologii, które również przyczyniają się do stabilności termicznej i trwałej aktywności powierzchniowej, zamiast migrować z folii w czasie.

Producenci polimerowych cieczy jonowych Sól bis(trifluorometylosulfonylo)imidowa poli(1-winylo-3-metyloimidazoliowego) Zobacz produkt →

Od partii laboratoryjnej do partii produkcyjnej

Dodatek, który doskonale sprawdza się w 50-gramowej próbce laboratoryjnej, jest bezużyteczny, jeśli dziesiąta partia produkcyjna zachowuje się inaczej. Dlatego utrzymujemy prostą dyscyplinę procesową: ustalone trasy syntezy, kontrolowane oczyszczanie i pełna dokumentacja partii z naszej bazy produkcyjnej w Deqing w Zhejiang.

Ponieważ ciecze jonowe składają się z kationów i anionów, synteza niestandardowa jest raczej normalna niż wyjątkowa. Powiedz nam, jakiej lepkości, rozpuszczalności i właściwości utwardzania potrzebujesz, a my zaproponujemy struktury, które będą pasować do reszty Twojej receptury, zamiast prosić Cię o przeformułowanie w oparciu o naszą.

Kontrola statyczna w przetwarzaniu i obsłudze

Atramenty przewodzące i statyczne rzadko dobrze mieszają się podczas produkcji. Suszenie, rozwijanie i cięcie wytwarzają ładunek, który przyciąga kurz, przesuwa rejestrację i może uszkodzić wrażliwe komponenty w dalszej części procesu. Tam, gdzie drukowane warstwy srebra stanowią część szerszego procesu przetwarzania, oferujemy naszą ofertę środki antystatyczne do polimerów, folii i klejów jest często określany obok samego atramentu, aby utrzymać rezystywność powierzchni w kontrolowanym zakresie.

Porozmawiajmy o Twoim projekcie Silver Ink

Niezależnie od tego, czy obniżasz temperaturę utwardzania atramentu kompatybilnego z PET, szukasz lepszej przyczepności na poliimidzie, czy też próbujesz wydłużyć okres przydatności do spożycia powyżej sześciu miesięcy, właściwym dodatkiem jest zazwyczaj konkretna struktura, a nie ogólny. Nasz zespół dokona przeglądu Twojego systemu, poleci odpowiednie ciecze jonowe z naszego katalogu lub zaprojektuje niestandardową konstrukcję i dostarczy próbki do własnych prób.

Prześlij nam swoją specyfikację, a my szczerze powiemy Ci, czy ciecze jonowe są właściwym narzędziem do rozwiązania stojącego przed Tobą problemu.